毕业设计（论文）-压路机液压系统设计.doc

摘 要振动压路机是利用其自身的重力和振动压实各种建筑和筑路材料。在公路建设中，振动压路机最适宜压实各种非粘性土壤、碎石、碎石混合料以及各种沥青混凝土而被广泛应用。目前国产振动压路机以中小吨位和机械传动方式为主，而性能优良的全液压重型振动压路机主要依赖于进口。之所以出现处于这种状况是由于全液压压路机液压液压系统结构比较复杂并且各类液压元件加工复杂，为彻底改变这种现状本文对现有压路机液压系统进行调研，研制出结构优良的全液压压路机液压系统。本文在理论分析和计算的基础上，完成了YZJ13型振动压路机液压系统的设计，在方案、结构和设计方法上进行了创新：采用全液压的传动方案，通过3个相互独立的液压回路实现行驶、振动和转向三大基本功能，与机械传动相比在压实效果、爬坡能力、质量分配、操作控制和整体布局方面具备更大优势。转向结构采用铰接式车架折腰转向的方案，转弯半径小、机动性好、前后轮迹重叠、重心低、驾驶员视野开阔。同时本文对分动箱的机构进行了详细的设计计算，为缩小分动箱的体积本次采用齿面硬度达60HRC的齿轮和双列滚柱轴承的结构。关键词：振动压路机；设计；液压系统；分动箱全套图纸加153893706AbstractVibratory roller is the use of its own gravity and vibration compaction of various building and road construction materials. In the process of highway construction, vibratory roller is the most suitable for compaction of various kinds of non cohesive soil, crushed stone, crushed stone mixture and asphalt concrete. At present, the domestic vibratory roller is mainly based on the medium and small tonnage and mechanical transmission mode, and the full hydraulic vibratory roller with good performance mainly depends on import. The reason in this situation is due to hydraulic roller hydraulic system of complex structure and various hydraulic components processing complex, to completely change this situation in the research of the existing roller hydraulic system, developed the fine structure of the full hydraulic roller hydraulic system.In this paper, on the basis of theoretical analysis and calculation, completed the design of YZJ13 type hydraulic system of vibratory roller, the innovation in the scheme, structure and design method: using hydraulic transmission scheme, realize the vibration and turned to the three basic functions of the 3 independent hydraulic circuits, compared with mechanical the transmission has more advantages in the compaction effect, climbing ability, quality distribution, operation control and overall layout. Steering articulated frame structure using articulated steering scheme, small turning radius, good maneuverability, and the wheel track overlap, low center of gravity, the driver vision. At the same time, the mechanism of the transfer case were calculated with the structure design, in order to reduce the volume of the transfer gear tooth surface hardness of 60HRC gear and double row roller bearing.Keywords: Vibrating roller ; Design ; Hydraulic system ; Transfer case目录摘 要IAbstractII1.绪论11.1引言11.2压路机的用途及分类11.3国内外双钢轮振动压路机发展现状31.4双钢轮振动压路机发展趋势51.5课题提出的背景与意义71.6本文的研究内容72.振动压实理论93.振动压路机动力学模型及运动方程123.1研究振动压路机动力学模型的意义123.2两个自由度系统振动压路机的运动方程123.3运动方程中各参数的取值154. 液压系统总体结构设计184.1行走液压系统的设计194.1.1 全轮驱动液压压路机的优点194.1.2 全轮驱动液压压路机的缺点204.2振动液压系统设计204.2.1开式液压震动系统204.2.2闭式液压振动系统214.2.3工作装置液压振动系统形式的选用224.3转向液压系统设计234.4液压系统原理图245. 液压系统计算与选型265.1 液压系统265.1.1 行走液压系统265.1.2 振动液压系统265.1.3 转向液压系统275.2各液压系统所需功率计算275.2.1行驶液压系统所需功率计算275.2.2转向液压系统所需功率计算285.2.3振动液压系统所需功率计算285.3 主要液压元件计算选型295.3.1 行驶液压系统295.3.2 振动液压系统315.3.3转向液压系统325.3.4油箱的设计计算346. 分动箱设计356.1分动箱结构设计356.2分动箱设计计算356.2.1动力参数计算366.2.2行驶级齿轮传动设计366.2.3转向-振动级齿轮传动设计386.2.4输入轴的设计406.2.5输出轴1的设计416.2.6输出轴2的设计416.2.7 轴强度的校核427. 液压系统的保养438.结 论45参考文献46致谢47 第 47 页1.绪论1.1引言压路机是工程机械的一种，是以特制钢轮或光面轮胎作为作业装置的施工机械，主要是用来提高被压实对象的密实度和承载能力，被广泛应用于道路施工、市政建设、机场基础、拦水大坝建设等施工工程中。压路机的压实过程，就是通过静压、振动、揉搓、冲击等方式向被压实材料加载，克服被压实材料间的摩擦力、粘着力、吸附力，排出被压实颗粒间的空气和水分，使各种颗粒相互靠近、提高密实度的过程。振动压路机是利用机械自重和激振器产生的激振力，迫使土产生垂直强迫振动，急剧减小土颗粒间的内摩擦力，达到压实土的目的。振动压路机可以根据不同的铺路材料和铺层厚度，合理地选择振荡频率的振幅，提高压实效果，减少压实遍数。振动压路机的压实深度和压实生产率均高于静力压路机，是一种理想的压实设备。振动压路机最适宜压实各种非粘性土（砂、碎石、碎石混合料）以及各种沥青混凝土等。是公路、机场、海港、堤坝、铁道等建筑和筑路工程必备的压实设备。双钢轮振动压路机主要适用于沥青混凝土、RCC混凝土等路面的压实，也可用于路基、次路基和稳定层等的压实。1.2压路机的用途及分类.用途：振动压路机是工程施工的重要设备之一，它主要用在公路、铁路、机场、港口、建筑等工程中，用来压实各种土壤、碎石料、各种沥青混凝土等。在公路施工中，多用在路基、路面的压实，是筑路施工中不可缺少的压实设备。振动压路机是依靠机械自身质量及其激振装置产生的激振力共同作用，用以降低被压材料颗粒间的内摩擦力，将土粒楔紧，达到压实土壤的目的。振动压实具有静载和动载组合压实的特点，不仅压实能力强，压实效果好，生产效率高，而见相对于静力压路机节省能源，减少金属消耗，是现代工程建设中不可缺少的基础压实和路面压实的重要设备。由于振动压路机更新了压实技术，改进了压实工艺，降低了压实成本，提高了压实质量，因而，近三十年来振动压路机在品种、质量和数量上都得到了很大的发展。据统计，在美国、日本和欧洲的压路机市场上，振动压路机的销售量和保有量都占绝对的优势。在我国，振动压路机的生产也在逐年增长，主要生产厂家已先后引进国外先进技术，产品质量不断提高，部分产品已销往国外。振动压路机已有半个世纪的发展历史，近十几年发展更为迅速，特别是大型振动压路机得到了较好的发展C181级振动压路机可对岩石、碎石等基础填方工程进行有效压实。液压调频调幅技术的应用，有效地扩大了振动压路机的压实范围。实践证明：振动压实不仅适用于路基和路面的压实作业，而且适合对沥青混凝土路面、干硬性混凝土路面的压实。.分类： 振动压路机可以按照结构质量、行驶方式、振动轮数量、驱动轮数量、传动系传动方式，按振动轮外部结构、振动轮内部结构、振动激励方式等进行分类。其具体分类如下：.按机器结构质量可分为：轻型、中型、重型和超重型。.按行驶方式可分为：手扶式、自行式和拖式。图1-1手扶式、自行式和拖式振动压路机.按振动轮数量可分为：单轮振动、双轮振动和多轮振动。图1-2单轮振动、双轮振动振动压路机.按驱动轮数量可分为：单轮驱动、双轮驱动和全轮驱动。.按传动方式可分为：机械传动、液力机械传动、液压机械传动和全液压传动。.按振动轮外部结构可分为：光轮、橡胶压轮和凸轮(羊足)。图1-3光轮、橡胶压轮和凸轮(羊足) 振动压路机.按振动轮内部结构可分为：振动、振荡和垂直振动。其中振动又可分为：单频单幅、单频双幅、单频多幅、多频多幅和无级调频调幅。.分为定向激励和非定向激励。按振动激励方式可分为：垂直振动激励、水平振动激励和复合激励。垂直振动激励又可分为定向激励和非定向激励。按振动压路机其他主要结构特点还有一些分类方法。一般而言，振动压路机主要按其结构型式和结构质量来分类。根据现有振动压路机的结构型式，其分类列于下表：表1-1振动压路机分类振动压路机轮胎驱动光轮振动压路机手扶式振动压路机手扶式单路振动压路机轮胎驱动凸轮振动压路机手扶式双轮整体式振动压路机两轮串联振动压路机手扶式双轮铰接式振动压路机两轮并联振动压路机四轮振动压路机组合振动压路机拖式振动压路机拖式光轮振动压路机新型振动压路机振荡压路机拖式凸轮振动压路机垂直振动压路机拖式羊足振动压路机拖式格栅振动压路机1.3国内外双钢轮振动压路机发展现状综观国内外振动压路机的技术现状，主要有如下特点：.液压(液力)化早在20世纪60年代初，国际上先进的振动压实机械已在大中型机型上采用了液压液力技术，主要是在行走系统和振动系统上采用了液压泵和液压马达，且可通过系统流量的控制实现行走速度和振频的无级调整，而静液压技术用于压路机的转向系统。在国外70年代推出了全液压振动压路机。液压液力技术的实施使压路机的作业更为可靠，结构更为紧凑，操纵也更为灵活和省力，且在制作工艺上更为简便。同时，液压液力技术的运用为振动压路机自动检测和控制提供了条件。.系列化为满足不同施工工况的要求，国内外振动压路机产品系列不断扩大和完善，从自重仅300kg的手扶振动压路机直到自重18t的大型振动压路机，都形成了自己不同的产品系列。根据用户的使用要求，一种产品又可以派生出多种变型产品。 .多振幅振动压路机最初的振动机构只是单振幅，与静碾压压路机比较，其压实效果有明显提高。但在实际作业中，根据压实厚度、含水量及压实对象的不同，要求压实机械有不同的振动强度，而振动强度的大小与振幅的大小密切相关。如小振幅压实厚基础时效率低，反之用大振幅压实沥青路面面层则难以得到高的平整度。为适应工程施工压实作业的多工况要求，先进的振动压路机开发了双振幅、三振幅等多振幅振动机构，以适应工程的需要。振幅的调节主要通过改变振动机构的固定偏心块与活动偏心块间的夹角，调节方式有液压驱动、电磁吸引等方式。.机电一体化计算机技术、微电子技术、传感技术、测试技术的迅速发展，推动了振动压路机机电一体化的进程。如在碾压次数显示，装置中采用电子管理装置自动计数，配合微电脑与前进、后退操纵手柄联为一体，即可自动计算碾压遍数，实现工程管理的自动化。另外，也可采用电子仪器进行压实状况管理，其方法是在压实滚轮上安装加速度传感器，用计算机对检测到的波形进行处理，并在驾驶室内由显示屏显示，以便操作者合理地进行施工作业。这些技术在振动压路机上的应用可以提高机器性能和生产能力，保证压实质量。可实现对振动压路机状态和参数的检测、处理和显示，以及压实密实度自动检测；测试振动压路机可以在工程施工过程中对压实质量进行监控；智能压路机可以自动调节自身状态，使之与周围环境及压实材料相适应，优化压实过程等。.结构模块化国外一些压路机生产厂家开始生产有不同功能的模块结构和标准附件，通过更换模块和标准附件来改变压实性能和用途及压路机型别。例如，英国柯斯特尔(coasta)公司设计生产有平足型、凸块型、z型等多种轮面结构的套筒式滚轮或组合模块；瑞典戴纳帕克(DynaPac)公司正在改进CAl5、CA25、CA30、CA51机型的设计，使压路机的一些零部件尽可能通用，如分动箱、变速箱、减速器、驱动桥等，便于组织大批量生产。.一机多用化为扩大同一振动压路机的使用范围，用改进振动机构的操作控制，可使压路机具有垂直振动、振荡和静碾压功能，而且可以根据需要进行变换。也有在压路机上增设附属装置，如推铲，路面刮平修整装置等，增加压路机的多用途功能。.舒适、方便、安全化现代振动压路机在减震降噪方面进行了大量的研究工作，可以便驾驶员连续工作不疲劳，从而提高了振动压路机的生产能力和使用寿命。采用双方向盘、可移动方向盘、旋转座椅并且将操纵手柄设计在座椅扶手上，尽可能减少操纵失误和减轻司机的劳动强度，满足操纵方便性。安装防倾翻驾驶室和防重降物驾驶室，以保障施工时机器和驾驶人员的安全。1.4双钢轮振动压路机发展趋势进入21世纪以后，压实技术与振动压实机械的进步将更加富有理论性，研究和创新已经显示出强有力的势头。.新的理论突破现代压实技术与振动压实机械的发展愈来愈多地依靠压实理论的新突破，成为创造全新压实过程的理论支柱。压实理论研究更加显示出综合性的特点，即从工作介质的材料特性、力学基础、施工方法及机械结构、运动学与动力学的综合角度来研究压实作业过程。压实技术的发展更加带有多种是施力方法综合作用的特点，即通过静压、揉搓、振动、捣实、冲击等多种方法的联合作用来强化压实过程。现以进入实用阶段的新的压实技术与压实机械，例如振荡压路机和冲击压路机将进一步定位自己的领域，而在某一领域内成为主要的压实设备。宝马公司利用两振动轴偏心距的相位差调节而实现了压路机在水平或垂直振动两个极限或在其间的任何状态下作用，从而实现了压路机振幅的最佳选择和自动调节。.新的研究手段在理论和技术的研究中，试验研究与计算机仿真技术的结合将成为更加重要的研究手段。计算机的应用将使压路机械的研究过程从构思、设计、制造、试验、使用、维修到管理的全过程成为高度自动化和现代化的工作过程。近10年来压实过程的计算机仿真软件、压实机械专用CAD软件、压实过程的计算机辅助管理软件等已经有了很大的发展，国外大型压实机械制造公司各自都在设计软件包，有的已经商品化。瑞典Geodynamik技术咨询公司开发的振动压实过程计算机仿真软件的特点是建立了土壤非线形动力学模型。该仿真模型允许以土壤最基本的物理特性作为计算机的输入参数，在不同的土壤条件和不同的机械参数下模拟滚轮与土壤相互作用的动力学特性，可以用于对先有压路机的压实性能进行评价和对新设计的机型进行性能预测。模型的另一功能是根据给定的土壤条件对压实作业选用不同的机型和不同的施工工艺，并对方案进行优化和比较。.新技术开发与应用新技术革命和现代高科技将继续推动压实机械向自动化、智能化、无人化和机器人化的方向发展。.智能化控制技术在压实过程和机器工作状态实施监测的基础上，压实机械将从局部自动化过渡到全面自动化。由于压实过程的影响因素较小，所以智能压路机有可能成为工程机械智能化进程中最早推出的机种。在压实机械智能化方面一个可以预测的目标是，将自适应和自学习技术引进压实控制中，并在此基础上实现压实作业的最优控制。机器可以按照土质的变化情况不断调整自身各项工作参数(振动频率、振幅、碾压速度和遍数)的组合，自动适应外部或内部工作状态的变化，使压实作业始终在最优条件下进行。智能化发展的另一个重要趋势是将电脑普遍应用在压实机械上，用来进行工作过程的监测，机器技术状态的诊断、报警及故障分析。人工智能的介入加速了压实机械的现代化进程，使其逐步逼近完全智能化的作业机器人目标。.碾压作业连续控制技术GcodynamiL公司的压实设备控制与检测系统经过改装可以用于任何一家的压路机产品上，其中包括用于振动压路机和振荡压路机的示波器，用于连续压实控制的文件系统以及处理CCC数据用的PC软件程序。这些程序还包括中央数据服务软件窗口，用来分析某一项目的CCC在案信息，并将共显示在屏幕上以供观察。文件系统数据可通过一些有关处理，制成各种图表和以特定的表格呈现出来。.自动滑转控制系统这种称为ASC(Auto slip control)的自动滑转控制系统是为满足建筑大坝和大型填方工程而设计开发的，其爬坡能力超过50。该系统主要是监测振动轮和胶轮之间的滑转，借助于调整液压驱动系统的液流量提供最佳牵引条件，避免机器停顿或下陷。安装有自动滑转控制系统的压路机仅在振动轮和驱动轮胎都面临快速滑转时或液压系统超载时才停止作业，宝马公司称其备有此装置的Bw213、BW225高爬坡性能机型可在68的坡道上安全行驶。.工业设计技术的应用宝马的第三代压实机械采用了工业设计，用圆弧形的现代驾驶室和大斜坡的发动机罩作外观造型。新驾驶室的活动空间增加了30，方向盘的高度与倾角可调，选用舒适的高靠背座椅给驾驶员带来了良好的操作环境。圆弧形挡风玻璃和驾驶室有4个外支承可隔离噪声与振动，室内噪声低于70dB。液压转向器也移到驾驶室外以减少发热和噪声。仪器仪表设计更合理，易于观察，发动机罩倾斜，给驾驶员提供了良好的视野。.压实工程辅助管理宝马公司向用户推出了一种名为CARE(Computer Aided Roller Selection in Earthworks)的土方压实机械辅助使用软件，作为使用压实设备的辅助工具。它可以帮助用户根据工程的工作量、现场条件、材料特性、葡氏压实曲线，以及所要求的压实度来选择该公司的3种压实机械配置方案。对每一方案均可提供对各使用参数的选用建议，包括压轮类型(光轮、凸块或光轮与凸块组合)、振弧和频率、最小与最大铺层厚度和铺层数、每层压实带的安排、碾压速度和遍数，以及压实生产率和压实时间的确定o1.5课题提出的背景与意义我国振动压路机通过不断技术引进、消化吸收、自主创新，无论从技术水平还是制造能力、质量水平上，都有长足的进步。从产销量上看，己位居世界前列。但从技术水平上讲，与世界先进水平还存在着很大差距，主要表现在：产品可靠性差，制造不精细，产品外观造型落伍，排放水平低，噪音超标、操纵舒适性差，产品系列不全，缺少重型和超重型振动压路机，在综合技术水平和自动控制方面仍与国外先进水平差距较大。本项目的开发符合市场需求，具有良好的市场前景；通过该项目的实施可以完善企业产品系列，满足市场需求；通过该项目的实施，可以提高企业在振动压路机方面的综合实力和产品竞争力。13吨全液压驱动的双钢轮振动压路机的研制，旨在开发一款技术先进，性能卓越的、可靠性高、性价比高的，具有市场竞争力的大吨位振动压路机产品。为实现上述目的，需要对全液压驱动的双钢轮振动压路机传动系统进行优化研究，确保整机传动效率高效；需要对整机成本构成进行研究，保证该机良好的性价比和市场竞争力；需要着力缩小在整机造型、振动压实性能、可靠性、操纵舒适性方面进行研究，缩小与国际先进技术的差距。1.6本文的研究内容通过该项目的开展，设计一款造型美观、技术先进、性能卓越的、性价比高，具有较强市场竞争力的13吨全液压驱动的双钢轮振动压路机。为此，对该项目主要研究内容和关键技术进行分解，本论文的研究内容：.对13吨全液压驱动的双钢轮振动压路机总体结构布局设计及整机性能匹配研究，确定整机结构布置及整机传动方案；通过对压实理论的研究，合理选取各振动参数；通过对整机传动系统的研究，合理的对各传动部件进行选型，并对压路机在各工况下动力性进行计算，确定整机功率需求，并选取发动机。.对关键零部件进行设计研究，包括对影响振动性能振动可靠性因素的分析，对振动轮结构设计及振动轴承的寿命的计算、减振系统设计、制动系统设计。通过对关键零部件的设计研究，提高整机的性能和可靠性。.对整机造型进行研究。通过对驾驶室、后机罩、机架总成的设计提升整机的美观性；提高驾驶室和后机罩的密封性，降低驾驶室司机耳旁噪音。对驾驶室操纵系统研究，提高司机的操纵舒适性。2.振动压实理论振动压路机在作业时，由于振动轮的振动使其对地面作用一个往复冲击力。振动轮每对地面冲击一次，被压实的材料中就产生一个冲击被。同时，这个冲击被在被压实的材料内沿着纵深方向扩散和传播（图1）。随着振动轮不断振动，冲击波也将不断产生和持续扩散。被压实材料的颗粒在冲击波的作用下，由静止的初始状态变为运动状态。被压实材料颗粒之间的摩擦力也由初始的静摩擦状态逐渐进入到动摩擦状态。同时，由于材料中水份的离析作用，使材料颗粒的外 层包围层水膜，形成了颗粒运动的润滑剂。颗粒间的摩擦阻力将大为下降，为颗粒的运动创造了十分有利的条件。被压实材料在冲击波的作用下产生了运动，带来了颗粒间的初始位置的变化。并由此而产生了互相填充间隙的现象。（图2a表示振动压实前的被压实材料颗粒的排列状态）可见，在颗粒之间存在许多大小不等的间隙。但在振动压实后，由于颗粒之间的相对位置发生了变化，出现了相互填充现象，颗粒间的间隙减少了（图2b）。较大颗粒之间形成的间隙由较小的颗粒所填充，被压实材料的压实度提高了。同时，颗粒之间的紧密接触也增大了被压实材料的内摩擦阻力，使基础的承载能力也随之提高了。由于被压实材料(如土等)其颗粒之间存在着粘聚力和吸附力等阻碍颗粒运动的力。所以，要达到使被压实材料压实的目的，必须克服阻碍其颗粒运动的力。振动压路机是通过合理地选择一组振动与工作参数，来降低被压实材料的内部阻力，实现用较少的能量消耗获得较高的压实效果。为了克服土颗粒之间的粘聚力和吸附力，振动压路机必须有足够大的线载荷和振幅。线裁荷越大，作用在被压实的土表面上的正压力也越大，从而越容易破坏内部颗粒之间的粘聚力和吸附力形成的抗剪切强度。振动轮振幅越大，土颗粒运动的位移越大，也就越容易破坏土的颗粒之间的粘聚力，使土容易被压实。振动压路机的工作频率是影响土颗粒运动状态的重要参数。当工作频率靠近“压路机土”的振动系统的二阶固有频率时，土的颗粒运动加速度增高，其内摩擦阻力急剧下降，土的颗粒之间的相互填充作用加强。这时土仿佛处于流动状态。为了便于理解，将这种内摩擦阻力急剧下降，仿佛处于流动状态下的土的状态称为“土的液化”现象。对于粘性较大的土，在振动状态下，内摩擦阻力虽也有十分明显的下降，但仅仅通过振动是不足以使这种物料达到密实效果的。为了使其密实，还必须施加一定的正压力。同时，还要有足够大的振幅，以克服土的抗剪切强度和土的颗粒之间的粘聚力和吸附力。这说明，两台振动参数相同的振动压路机，振动轮的线载荷越大，压实效果越好。振动压路机在作业时，由于振动轮的振动使其对地面作用一个往复冲击力。振动轮每对地面冲击一次，被压实的材料中就产生一个冲击被。同时，这个冲击被在被压实的材料内沿着纵深方向扩散和传播（图2-1）。随着振动轮不断振动，冲击波也将不断产生和持续扩散。被压实材料的颗粒在冲击波的作用下，由静止的初始状态变为运动状态。被压实材料颗粒之间的摩擦力也由初始的静摩擦状态逐渐进入到动摩擦状态。同时，由于材料中水份的离析作用，使材料颗粒的外 层包围层水膜，形成了颗粒运动的润滑剂。颗粒间的摩擦阻力将大为下降，为颗粒的运动创造了十分有利的条件。被压实材料在冲击波的作用下产生了运动，带来了颗粒间的初始位置的变化。并由此而产生了互相填充间隙的现象。（图2-2a表示振动压实前的被压实材料颗粒的排列状态）可见，在颗粒之间存在许多大小不等的间隙。但在振动压实后，由于颗粒间的相对位置发生了变化，出现相互填充现象，颗粒间的间隙减少了（图2-2b）。较大颗粒之间形成的间隙由较小的颗粒所填充，被压实材料的压实度提高了。同时，颗粒之间的紧密接触也增大了被压实材料的内摩擦阻力，使基础的承载能力也随之提高了。图2-1 振动冲击波在土中的传递 由于被压实材料(如土等)其颗粒之间存在着粘聚力和吸附力等阻碍颗粒运动的力。所以，要达到使被压实材料压实的目的，必须克服阻碍其颗粒运动的 图2-2压实前、后被压实材料颗粒排列状况（a）压实前压实材料颗粒排列状况（a）压实后压实材料颗粒排列状况力。振动压路机是通过合理地选择一组振动与工作参数，来降低被压实材料的内部阻力，实现用较少的能量消耗获得较高的压实效果。为了克服土颗粒之间的粘聚力和吸附力，振动压路机必须有足够大的线载荷和振幅。线裁荷越大，作用在被压实的土表面上的正压力也越大，从而越容易破坏内部颗粒之间的粘聚力和吸附力形成的抗剪切强度。振动轮振幅越大，土颗粒运动的位移越大，也就越容易破坏土的颗粒之间的粘聚力，使土容易被压实。振动压路机的工作频率是影响土颗粒运动状态的重要参数。当工作频率靠近“压路机土”的振动系统的二阶固有频率时，土的颗粒运动加速度增高，其内摩擦阻力急剧下降，土的颗粒之间的相互填充作用加强。这时土仿佛处于流动状态。为了便于理解，将这种内摩擦阻力急剧下降，仿佛处于流动状态下的土的状态称为“土的液化”现象。对于粘性较大的土，在振动状态下，内摩擦阻力虽也有十分明显的下降，但仅仅通过振动是不足以使这种物料达到密实效果的。为了使其密实，还必须施加一定的正压力。同时，还要有足够大的振幅，以克服土的抗剪切强度和土的颗粒之间的粘聚力和吸附力。这说明，两台振动参数相同的振动压路机，振动轮的线载荷越大，压实效果越好。3.振动压路机动力学模型及运动方程3.1研究振动压路机动力学模型的意义振动压路机的压实过程是复杂的随机过程，为了探索振动压路机作业时被压实的基础、振动轮(或称下车)、机架（或称上车)的动态响应，了解振动压实机理；分析压实过程中“压路机土”组成的振动系统的基本参数的动态变化预计在已知条件下振动压路机的振动规律等。必须把结构复杂的、型式各异的振动压路机连同被压实的土视为一个振动系统，并进行必要的简化，使其成为一个在数学上可以处理的模型数学模型。有了数学模型就可以用数学表达式来描述“压路机土”振动系统的运动规律。振动压路机数学模型的建立原则：首先应使数学模型尽量与实际工况相吻合。其次，数学模型应力求简化，以便数学计算方法简单易行。只有这样，数学模型才有实用价值。由于振动压路机在结构上的差异，数学模型也应有所区别。从理论上讲，单轮振动的串联振动压路机约有六个以上自由度，而其他类型振动压路机(如双轮振动串联压路机，轮胎驱动振动压路机等)约有67个自由度。采用6个以上自由度系统的数学模型，分析“压路机一土”的振动系统，看起来精度很高，但是由于土的随机性和数学处理及简化的局限性使理论上精度较高的多自由度数学模型失去其精度意义，反而使计算工作变得十分复杂。鉴于上述原因，人们通常把“压路机上”的系统简化为具有两个自由度的数学模型。这种两个自由度的数学模型基本上可真实地反映“压路机土”的系统的实际动态响应，而且在数学处理上也比较简单易行。建立数学模型以后，可以从事以下工作：.分析“压路机土”的振动系统的动态响应，为振动压路机的振动参数的选择及优化设计打下基础。.预测已知参数的振动压路机在不同工况下的动态响应，为振动压路机修改设计提供依据。.为振动压路机减振系统设计提供指导。3.2两个自由度系统振动压路机的运动方程现列出“压路机土”振动系统的运动方程，并对其进行分析。在列出振动方程以前，首先对模型中有关参数和条件进行假设：.在模型中，假设土是具有一定刚度的弹性体。其刚度为K2，阻尼C2。阻尼为线性阻尼。.振动压路机的上、下车的质量简化为具有一定质量的集中质量块。上车为m1，下车为m2。.振动压路机工作在任何一个瞬时，振动轮都保持与地面紧密接触。.忽略发动机的振动。因此，可建立轮胎驱动振动压路机的平面两个自由度的数学模型如图3-1所示。图3-1振动压路机平面两自由度振动模型图3-1数学模型的运动方程是m1x1+c1x1+k1x1-c1x2-k1x2=0m2x2+c1+c2x2+k1+k2x2-c1x1-k1x1=F0sint (3-1)式中 F0=Me2 (3-2) Me-偏心块的静偏心力矩Me=mfr (3-3) mf-偏心重；r-偏心块的偏心距。上式的解为x1=F0A22+B22C2+D212, x2=F0A12+B12C2+D2121=tg-1B1A1-tg-1DC, 2=tg-1B2A2-tg-1DC式中1-激振力与机架位移之间的相对角； 2-激振力与振动轮位移之间的相对角；A1=k1-m12;B1=c1 A2=k1 B2=c1C=m2m14-m2k12-m1k22-c1c22+k1k2-m1k12D=k2c1+k1c2-m2c13-m1c23-m1c13无阻尼状态下振动系统的一阶、二阶固有频率1、2分别为1=m2k1+m1k2+m1k1-m2k1+m1k2+m1k12-4m1m2k1k22m1m2122=m2k1+m1k2+m1k1-m2k1+m1k2+m1k12-4m1m2k1k22m1m212振动压路机下车(振动轮)对地面作用力FS的大小不仅与振动压路机本身的振动参数有关，而且也与被压实土的刚度k2和阻尼c2有关。FS可表示为FS=k2x22+c2x2212 (3-4) 从公式(3-4)中可看出，振动压路机对地面作用力Fa是土的弹性变形量K2x2和土的阻尼力C2x2的矢量和。前者与振动压路机的瞬时振幅和土的刚度有关，后者与振动压路机振动速度和土的阻尼有关。所以，振动压路机对地面的作用力大小与土的物理特性有着密切关系。由于土的物理特性的随机性，因而FS力也同样具有随机性。譬如，有一台振动压路机在甲地作业时，土的刚度为Ka，土的阻尼为Ca，在乙地作业时，土的刚度为Kb,土的阻尼为Cb。如果KaKb, CaCb,那么由（3-4)式可知FsaFsb。尽管这时振动压路机参数没有变化，但是由于被压实的土变化了，其物理特性不同了，因而Fsa和Fsb也不同了。在这里也知道了振动压路机对地面的作用力Fs不同于振动压路机振动器的激振力F0。有些振动压路机的激振力很大，但它并没有完全作用在被压实的土上，因而其压实效果并不一定好。只有对地面作用力Fs较大的振动压路机才可能获得较好的压实效果。如果以RT表示激振力对地面作用力的有效率，则RT为 RT=FaF0 (3-5)设计振动压路机时，人们总希望振动压路机对地面的作用力Fs越大越好。从(3-5)式可看出，当振动压路机的振动器的激振力一定时，RT值越大，则Fa越大。而提高RT值的关键在于合理选择工作频率和振幅A。3.3运动方程中各参数的取值前面已讨论了振动压路机的数学模型及其数学表达式。关键是方程式(3-1)中各参数的取值。如果这两个方程各项参数的取值问题解决了，这两个方程的解也就可求了，其系统固有频率也可以算出来了。 方程式(31)中有些参数是很容易被测量或推算出来。m2为下车质量，即振动质量。可用称量法测得，因此在计算时可认为m2为己知数。m1为上车质量，不同结构的振动压路机的m1也不相同。因为m1的大小不仅与振动压路机上车零部件的质量有关，而且与这些零部件的安装位置有关。因此可以说m1实际是上车的当里质量。并用下面公式计算m1L2=i-1nmili2 (3-6)对图68中的振动压路机而言式中 L-轴距；m1-安装在上车第i个零件或部件的质量；li-第i个零件或部件距驱动轴中心线的距离；n-上车安装的零件或部件的个数。方程式(3-1)中的激振力F0，工作频率，是设计者根据一定设计方法结合压实要求选取的，因而可以认为是已知数。振动压路机减振器的刚度和阻尼是设计者根据减振要求和减振器受力状态而设计的。所以，也可以认为减振器的刚度K1和阻尼C1是已知数。这样，方程式(3-1)中只有土的刚度K2和阻尼C2为未知数。到目前为止，人们还没有找到一种较为合理和较为准确的方法测量或者计算振动压路机的“压路机土”模型的土的刚度和阻尼。虽然曾有一些方法可以测量弹性地基基础的土的刚度和阻尼，但是这些方法只适用于固定基础，不能用于“压路机土”的振动系统。因为测量固定基础的土的刚度和阻尼的方法只适用于参加振动的土体质量在振动发生与结束时始终保持不变。对振动压路机而言，参加振动的土体质量是随振动压路机的工作过程而不断变化。图610a表示固定基础振动情况；图6l0(b)表示非固定基础振动情况。图3-2 振动基础图（a）固定基础的振动；（b）非固定基础的振动由图(b)可见，当振动压路机的振动轮由虚线位置移到实线位置时，既有新的土参加振动，又有部分土退出振动。所以就振动能量的观点而言，这是一种开环式能量体系。反之，固定基础振动则为闭环能量体系。由于人们目前还没有找到较为理想方法来测量或计算非固定基础振动状态下的土的刚度和阻尼，因此常用反算法来求解K2和C2。所谓反算法是在工地或试验室内用已知参数的振动压路机做实际的压实作业，同时用各种仪器测出该振动压路机在实际工况下的上、下车振动的振幅、速度、加速度等参数并把这些实测的参数和前面所陈述的已知参数代入方程式(3-1)中，就可求出所需要土的刚度K2和阻尼C2。如果有多台振动压路机在多种工况下进行上述实测和反算就会得出多级土的刚度和阻尼数值。然后，将所得到的多组数据进行数理统计分折，找出各类土的分布状态，利用这些统计值进行振动压路机设计或动态响应分析。4. 液压系统总体结构设计振动压路机传动系将动力装置的机械能进行传递和转换后传至振动压路机行驶元件驱动轮、工作装置振动马达、转向元件转向油缸等，行驶、振动压实、转向等，典型的全液压压路机液压系统原理图如下4-1：图4-1 全液压压路机液压系统1-分动箱；2，11-变量泵；3-齿轮油泵；4-变速器；5-液压马达；6-行走液压马达；7-减速器；8-振动液压马达；9-振动轮；10-转向器；12-轮边减速器；13-轮胎；14-后桥 4.1行走液压系统的设计根据前期的市场和技术调研，发现在道路的修筑过程中，路面以下各基础层的压实工程量是最大的。而全轮驱动液压压路机主要适用于道路基础的压实，不仅具有良好的压实效果，而且相对于前后都是光轮的压路机，具备更大的驱动力，更适应在坡道上碾压，在未成形路面上行驶。这种振动压路机在市场销售量中占据了大部分的份额，具有广泛的市场前景，自身的重量更是向着重型或超重型的方向发展。因此，本次设计选用全轮驱动液压压路机。图4-2 全轮驱动液压系统原理图4.1.1 全轮驱动液压压路机的优点压路机的碾压速度是根据滚动压实工艺规范选定的。碾压速度对土壤铺层的压实效果有着显著的影响，振动压路机尤其如此。在铺层厚度一定时，压路机传递给填方内的能量E与碾压遍数n和碾压速度之比值成正比，即Erezo。较低的碾压速度，能使铺层材料在压实力的作用下有足够的时间产生不可逆变形，更好地改变被压材料的结构。然而，碾压速度还与生产率有着密切关系，因此，碾压速度存在一个最佳值，这个最佳值就是在不降低压实质量的前提下，选择尽可能高的碾压速度，以保证压路机有较高的生产率。对于不同的铺层材料、铺层厚度与压实度要求，无级调速允许选用不同的碾压速度，能较好地克服压实质量与生产效率之问的矛盾，优化压实过程。由于一个系统内压力的自然平衡及液压软管的相对柔性，使得液压传动的动力极易分流和长距离传输，这对于压路机振动轮行走的动力传递很方便，从而能实现全轮驱动。全轮驱动不仅增加了压路机的驱动能力，而且能增大振动压路机的压实能力和提高铺筑表层的压实质量，还提高了驱动桥的工作可靠性。全轮驱动充分利用了两个车轮的附着能力，在匹配得当的条件下，一台全轮驱动单轮振动压路机的爬坡能力可以达到50以上。在沙漠地带压实施工，砂性土壤的附着系数只有粘性土的5060，而滚动阻力系数却是粘性土的1215倍，单轮驱动的振动压路机根本不能行走。全轮驱动允许振动轮有较大的分配重量，其分配比可从单轮驱动的465增加到62。振动轮的静线压力和激振力相应地增大。压路机的全轮驱动是以其液压传动为条件实现的。由于液流的自动差速作用，能使压路机的所有车轮实现驱动而不会产生前后轮间的循环功率损失和相对滑移。车轮滑移会搓起被碾压材料，造成新的表面不平整。4.1.2 全轮驱动液压压路机的缺点全轮驱动液压液压系统的缺点主要表现在：1. 单纯的液压系统不能用于低速运行，因为液体的可压缩性会引起压路机的爬行，从而降低压实工作质量；2. 液压系统在高压低速时的传动效率低下，在系统压力35 MPa与马达转速300 rmin时的总效率不足70，大量的机械能转化成热能；3. 液压一机械联合传动使得压路机行走液压系统总传动效率仅有60左右，能源浪费大，还造成了机器发热；4. 增加了液压油的消耗，还容易造成环境污染；5. 液压油的清洁度至关重要，使得压路机对制造与使用的条件苛刻，反而使得全液压振动压路机的工作可靠性大打折扣；4.2振动液压系统设计闭式系统结构比较紧凑，泵的自吸性好，系统与空气接触的机会较少，空气不宜渗入系统，故传动的平稳性较好；工作机构的变速和换向靠调节泵或马达的变量机构实现，避免了在开式系统换向过程中所出现的液压冲击和能量损失。本设计选择闭式液压振动系统。4.2.1开式液压震动系统开始回路液压系统，如图4-3所示。基本组成为：齿轮泵1、电液换向阀2、齿轮马达3、稳压阀4和冷却器5.其中的稳压阀由减压阀和溢流阀组成，稳压阀和电液换向阀集成于一体，共同组成一个振动阀单独安装在压路机车架上。此系统仅能得到单频率振动。电液换向阀用于改变马达的旋转方向，以实现压路机双振幅的变换。液压阀的控制用压力油是由压路机行走液压系统中的供油泵提供的。单换向阀处于中位时，阀体的四个通道相互串通，油泵即可卸荷，振动就停止。当压路机起振或变换振幅时，偏心块将产生很大的惯性力矩，使液压系统中的附加压力急剧增大。当阀在开启0.2-0.4s的瞬间，由于阀孔的开启面积小，而在油路中造成一个压力峰值，这一峰值压力增大到一定程度的瞬间，溢流阀就会开启卸载；待压力平稳之后溢流阀才关闭，使激振器进入到正常运转，从而保护了液压元件。该种液压传动方案适宜于中等工作压力。溢流阀的调定压力纵使要比实际工作压力高出2-3MPa。图4-3.开式液压振动系统1- 齿轮泵；2-溢流阀；3-齿轮马达； 4-电液换向阀；5-冷却器；开式系统的优点：结构简单，由于系统本身具有油箱，因此可以发挥油箱的散热、沉淀杂质的作用。4.2.2闭式液压振动系统闭式液压振动系统如图3-3所示，其基本组成为：冷却器1、斜盘式轴向柱塞变量泵2、储能器3、组合阀4、定量柱塞马达5。此系统是用马达的正反转来调节振幅，并且能很容易地得到两种频率，必要时还可以实现无级调频。这种闭式回路的振动液压系统可以选的工作压力较大，在使用柱塞马达时的最大工作压力可达25Mpa，这样就减少了液压元件的规格尺寸。在振动压路机停振或转换振幅时，工作压力常达35Mpa,也伴有瞬时冲击压力产生，但比开式回路系统要好得多。解决这一问题的有效方法是在液压马达回路中设置蓄能器，用作缓冲装置。图4-4.闭式液压振动系统1-变