YZ20D型振动压路机总体设计.doc

YZ20DYZ20D 型振动压路机总体设计摘型振动压路机总体设计摘 要要 振动压路机是一种高效的压实机械 广泛应用于道路建设施工中 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 为彻底改变这种现状 必须研制和生产具有自主知识 产权的高性能重型振动压路机 由于这里不能上传完整的毕业设计 完整的应 包括毕业设计说明书 相关图纸 CAD PROE 中英文文献及翻译等 此文档也 稍微删除了一部分内容 目录及某些关键内容 如需要其他资料的朋友 请加 叩扣 2215891151 本文本论文简述了国内外压实设备和压实技术的发展概况 振动压实的原 理 振动轮的结构和工作原理 振动压路机的压实特性与压实效果 动力学特性 和振动压实机理进行了研究与分析 建立了振动轮的数学模型 明确了振幅 加速度 激振力 对地面作用力与振动频率之间的动态响应关系 以此作为参 数的设计依据 计算出了 YZ20D 型振动压路机的整机工作质量 振动频率 振 幅 激振力 发动机功率等压路机压实作业中重要的振动性能参数及振动轮等 关键技术结构进行研究及确定 最大功率 本文在理论分析和计算的基础上 完成了 YZ20D 型振动压路机总体和液压 系统 振动轮总成等主要部件的设计 关键词关键词 振动压路机 总体参数 功率计算 爬坡校核 液压系统 YZ20D Type Vibratory Rollers Overall Design Abstract Vibratory roller is a kind of highly efficient compaction machine which is widely used in the road construction Most of domestic vibratory rollers adopting mechanical transmission are light or medium size at present while full hydraulic and heavy vibratory rollers with high performance are mainly depended on importation To change the actuality completely the heavy vibratory rollers with high performance an our own intellectual property rights must be developed and manufactured The general development of road rollers is stated in this paper The theories of vibratory compacting and the configuration and work theory of vibratory wheel and the compact characteristic and effect of vibratory road roller are introduced In this paper the physical property dynamic characteristics and vibration compaction mechanism of soil are studied and a mathematical model of vibratory rollers is created The dynamic responses between the amplitude acceleration exciting force acting force on the ground and vibration frequency are determined and according to which frequency amplitude and mass are designed Determine the important vibratory performance specifications for the compaction operation of roller such as the operating mass vibratory frequency amplitude centrifugal force power of engine and so on Based on theoretical analysis and calculation the overall design of model YZ20D vibratory roller and the main part design of hydraulic system roller and vibration damping system have been complished Key Words Vibratory roller the overall parameters Grade ability check shock absorbers Hydraulic system 目录目录 1 1 绪论绪论 1 1 1 研究的背景 1 1 2 研究的意义 1 1 3 国内外相关研究现状 2 1 3 1 国内研究情况 2 1 3 2 国外研究情况 2 1 4 研究的主要内容 3 2 2 振动压路机设计综述振动压路机设计综述 4 2 1 振动压路机 4 2 1 1 振动压路机的种类 4 2 1 2 振动压路机的基本结构和特点 5 2 1 3 振动压实的基本原理 5 2 1 4 振动压实的性能特点 6 2 1 5 振动压实的结构特点 6 2 2 振动压路机总体设计 7 3 3 总体参数确定及部件设计计算总体参数确定及部件设计计算 10 3 1 振动压路机总体参数的确定 10 3 1 1 振动压路机总体参数的选择依据 10 3 1 2 名义振幅的选择 10 3 1 3 振动压路机工作频率的选择 11 3 1 4 振动压路机部分质量的确定 12 3 1 5 振动压路机振动加速度的校核 14 3 1 6 振动压路机工作速度的确定 14 3 1 7 激振力 0F 和振动压路机对地面的作用力Fs 16 3 1 8 振动轮宽度和直径的确定 16 3 2 振动压路机发动机功率的计算 17 3 2 1 行驶功率 P1 17 3 2 2 转向功率 P2 18 3 2 3 换向功率 P3 19 3 2 3 振动压路机的爬坡功率 4P KW 19 3 2 4 振动压路机的振动功率 P5 20 3 2 5 振动压路机的功率组合 21 3 2 6 振动功率 P5 的研究讨论 22 4 4 振动压路机爬坡能力校核振动压路机爬坡能力校核 28 4 1 爬坡能力的概述 28 4 2 由牵引力决定的压路机爬坡能力 28 4 3 由附着力决定的压路机爬坡能力 29 5 5 压路机数学模型和运动方程的建立压路机数学模型和运动方程的建立 32 5 1 振动压路机数学模型的建立原则 32 5 2 两个自由度系统振动压路机的运动方程 32 5 3 运动方程中各个参数的取值 35 6 6 振动压路机的动态响应振动压路机的动态响应 37 6 1 位移 频率 x 和加速度 频率 a 曲线 37 6 2 激振力 频率 0F 曲线和振动压路机对土的作用力 频率 SF 曲线 38 6 3 下车质量 2m 对x 曲线 0F 曲线和 SF 曲线的影响 39 6 4 减振器刚度 1K 对x 曲线的影响 40 6 5 土的刚度和阻尼对x 曲线的影响 40 7 7 振动压路机液压系统振动压路机液压系统 41 7 1 液压传动性能特点分析 41 7 2 振动压路机行走液压系统 42 7 3 振动液压系统 43 7 4 转向液压系统 43 8 8 结论结论 44 参考文献参考文献 45 致致 谢谢 46 毕业设计 论文 知识产权声明毕业设计 论文 知识产权声明 47 毕业设计 论文 独创性声明毕业设计 论文 独创性声明 48 1 1 绪论绪论 1 11 1 研究的背景研究的背景 我国公路建设正处于高速发展的阶段 交通建设一直作为我国国民经济建 设的重点投资领域 随着公路总里程的增加和出口量增多 需求量将逐年增长 公路建设的投资为开发面向国内中 高档用户的超重型振动压路机提供了极其 广阔的市场空间 目前国内年产量 6000 台压路机中 振动压路机不到总产量的 70 而发达国家为 90 以上 并且国内振动压路机产量中 14 吨以下的中小吨 位压路机仍占有相当比例 按国家有关要求规定 高等级公路建设必须采用 14 吨以上超重型压路机才能获得施工资格 根据近年来高等级公路建设中使用的 压路机已向 20 吨发展的情况 开发 20 吨超重型压路机市场前景较好阁 现代公路都是在原始地面基础上 自下而上由自然土石方和各种混合料逐 层铺筑起来的各种结构层 这些结构层除了承受上层的重量载荷和车辆的流动 变载荷外 还要遭受日晒 雨淋 冰雪 洪水 地震等自然气候灾害的侵蚀与 破坏 如果各层材料压实不足 将直接导致道路面层出现沉陷 波浪 裂纹等 缺陷 路基和路面的早期破坏 将降低运输效率 提高运输成本 诱发交通事 故 危及行车安全 大幅增加道路养护成本 随着交通流量与大吨位车辆的与 日俱增 对道路强度 刚度 平整度和气候稳定性要求越来越高 为了适应这 些要求 必须对各铺层材料运用重型压实机械进行逐层压实以达到高标准的密 实度 经过良好均匀压实的铺层 材料颗粒间摩擦阻力和内聚力增大 道路强 度 刚度和承载能力大大提高 材料内部的空隙减少 颗粒之间结合更加紧密 能抵抗水的渗透 改善道路的水稳定性和抗冰冻的能力 路面获得好的平整度 车辆行驶更舒适 平稳 工程实践证明 将筑路料的密实度增加 1 道路的 承载能力会增加 10 15 尽管压实所需的费用只占总施工预算的 1 4 但压实结果对道路的使用寿命是至关重要的 我国公路建设正逐步采用高的压实标准 为达到这样的标准 国家建设部门规 定 只有装备 16 吨级以上重型振动压路机的施工单位才具备参与高等级公路 建设的资质 因此 随着每年大量高速公路的开工建设 市场对于重型振动压 路机的需求量不断增加 目前国产振动压路机在压实性能 可靠性 液压传动 电器控制等方面与国外产品相比还存在一定的差距 产品系列以中小吨位机械 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 要彻底 改变这种现状 就必须研制和生产具有自主知识产权的高性能重型振动压路机 既能满足市场需求 又能为我国高等级公路建设提供现代化的高效压实装备 确保公路建设的质量 1 21 2 研究的意义研究的意义 振动压路机是施工工程的重要设备之一 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 根据压路机工作原理 结构特点 操作方法和用途等的不同 有不同的分类方法 振动压路机是利用机械自重和激振器产生的激振力 迫使 土壤产生垂直振动 急剧减小土颗粒间的内摩擦力 达到压实土壤的目的 振 动压实可以根据不同的铺筑材料和铺层厚度 合理地选则振动频率的振幅 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 碎石混和料 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 YZ20D型超重型压路机是长沙中联重工科技发展股份有限公司以建设部长 沙建设机械研究院为依托 充分发挥其科技创新优势 瞄准国外压路机先进技 术 高起点研制成功最新推出的单钢轮全液压自行式压路机 该机采用现代工 业设计方法设计 选用原装进口的优质配置 是一种高品质 高可靠性 环保 型的产品 它可广泛用于各种等级的公路 铁路 机场 港口及各种工业场地 基础层和中间层的压实施工 特别适宜砾石 碎石 沙石混合料等非粘性土壤 的高效压实 YZ20D超重型振动压路机在安装装配式凸块构件后可用于块状和 粘土的压实 1 31 3 国内外相关研究现状国内外相关研究现状 1 3 11 3 1 国内研究情况国内研究情况 我国工程机械行业起步较晚 振动压路机的发展源于1961年西安公路交通 学院与西安筑路机械厂联合开发的3t自行式振动压路机 目前 国内已初步形 成以徐州工程机械厂 洛阳建筑机械厂为主的二十余家压路机生产厂家 能够 生产数十种型号规格的压路机产品 国内压路机生产企业应充分认识到自身产品在技术性能上与国外先进产品 存在的差距 找出自己的不足 认真借鉴和学习国外产品的先进技术 并结合 国内市场的需要不断创新 只有奋起直追 才能为提高国产振动压路机竞争力 长沙建设机械研究院以及中联重工业科技发展股份有限公司一直致力于振动压 路机的开发与实验工作并取得了显著的成绩 其中 YZ14 YZ16型压路机已开 发成功 1999年 长沙中联重工科技发展股份有限公司以建设部长沙建设机械 研究院为依托 充分发挥其科技创新优势 瞄准国外压路机先进技术 高起点 研制成功了YZ2OD型全液压双驱动振动压路机 这是长沙中联重工科技发展股份 有限公司凭籍建设部长沙建设机械研究院几十年从事压路机研究所取得的科研 成果和丰富的设计经验 在充分吸收借鉴九十年代未国内外最先进的压路机技术 的基础上而开发的压路机产品 是目前国内作用力最大 压实效果最佳的超重型 振动压路机 该机采用全液压双驱动 驱动桥内装了防止轮胎打滑的差速锁 无级变速 钢轮振动 双频双幅 三级减震 发动机 液压系统和振动轴承等 关键零部件选用世界著名品牌 确保使用可靠 我国压路机行业生产研制水平与我国经济建设仍不相适应 尤其是重型和 超重型振动压路机生产数量和品种依然较少 产品的可靠陛和外观质量等综合 技术经济指标和自动控制技术方面仍低于国外先进水平闹 积极引进国外先进 技术 加强技术创新 开发出具有自主知识产权和独特技术的产品 缩小与国 外先进生产企业的差距 对国内压路机生产厂家来说迫在眉睫 设计技术的整 体水平还处于经验设计时期 近十多年的压路机技术发展 大部分是通过技术 引进实现的 以技术模仿 降低零部件的成本为主 加强科学实验 进行技术 测试 建设高水平的实验室的进程还处于起步阶段 CAD技术 有限元分析 机 电液一体化 动态设计 仿真等现代设计技术还处于应用入门或水平较低的普 及阶段 这种状况是导致企业自主开发能力不强 技术创新能力不足 难以与 世界先进水平的工程机械企业展开强有力竞争的原因之一 1 3 21 3 2 国外研究情况国外研究情况 1930 年德国人最先使用了振动压实技术 并于 1940 年成功发明了拖式振 动压路机 彻底改变了压实效果简单依靠重量或增大线压力的方式 随着振动 压实理论研究的不断深入 振动压路机产品的规格品种也越来越多 尤其是 20 世纪 70 年代静液压传动和液压控制技术在振动压路机上得到应用 出现了采用 调频调幅机构的振动压路机 为压实工作参数的优化调节奠定了基础 使得振 动压路机迅速成为世界压路机市场的主导者 国外超高级路面的振动压实技术 双钢轮自动控制压实系统 水平振动压 实技术 增强了压实效果 为了提高了压实效率 国外一些产品还普遍采用超 高频振动技术 振动频率超过 4000r min 使压路机迅速达到所需密实度的高 输出力 可有效提高压实的速度 此外 建立在冲击技术理论上的冲击式压路 机由于具有制造简单 成本低廉 作用力均匀 压实效果较好的特点也被国内 外越来越多的企业所采用 其压实深度可达 2 2 5m 近来国外振动技术更是向着自动化 智能化的方向发展美国 INGERsOURAND 公司的 DD 一 130 双钢轮串联式振动压路机 在每个振动轮中都有自动反向的偏 向装置 可实现 7225 一 16330 吨八种不同的激振力输出 基本上可以满足所有 土壤类型路面的碾压需要 目前在国外全液压传动 全轮驱动振动压路机成为主流 铰接式转向 三级 制动 调频调幅 故障自动报警与调控 静液压传动与控制 压实度随机检测 振动压实动态特性仿真与分析等技术被充分运用到压路机上同 除上述技术特 点之外 国外压实技术在多频率复合振动或混沌振动 超声波技术促使土壤 液化 原理以及新传动技术上也有新的发展 驾驶室有逐渐向汽车驾驶室标 准靠近的趋势 整体布置舒适合理 并根据压路机经常需要前后行驶作业的特点 特别注意追求丰裂野宽阔 1xl 的等韧捉巨效果 配备有换气 空调 暖风 电视监测等设施 计算机 智能化技术在整机的设计中也被广泛采用 在德国 BOM AG 和 HAMM 瑞典 DYNAPAC 等公司的压路机产品中 微电脑技术已经在各工 作系统中被广泛应用 如工作系统的监控 驱动系统的防滑转装置 整机的故 障自动检测系统等 1 41 4 研究的主要内容研究的主要内容 根据对压路机的主要参数的确定和发动机功率的计算来确定总体设计的参 数 校核其爬坡能力 并建立振动压路机的数学模型和运动方程 对其动态响 应进行分析研究 结合其他某型号的振动压路机 对 YZ20D 型振动压路机的液 压系统进行介绍 主要包括 a 设计概述 设计的目的 内容和方法 b 总体设计参数的确定与计算 1 主要技术参数的确定 2 发动机功率计 算 c 爬坡能力校核 d 建立振动压路机的数学模型及运动方程 e 振动压路机的动态响应 f 振动压路机液压系统介绍 g 绘制图纸 其中包括 1 压路机总体结构图 2 前车架 3 后车架 4 振动轮及其它结构图纸 其中 至少有一张 3 号图纸应用 AUTOCAD 软件 绘 出 h 编写设计说明书一份 2 2 振动压路机设计综述振动压路机设计综述 2 12 1 振动压路机振动压路机 2 1 12 1 1 振动压路机的种类振动压路机的种类 振动压路机的类型和特性主要由振动机构决定 因此 可以从振动机构来 分 类 常见的振动机构有圆周振动机构 扭矩振动机构 由垂直 水平 倾斜的 组 合机构统称为智能振动和复式振动机构 a 圆周振动圆周振动 中型和大型振动压路机的振动机构多采用圆周振动 在一个振动轮内有一 个 振动轴 轴上装有偏心块 振动轴带着偏心块旋转 产生离心力 从而产生振 动 由于离心力 也称激振力 绕圆周旋转 所以称作圆周振动 振动轴每秒钟的 转 动次数即为振动频率 这种机构结构简单 工作可靠 压实深度大 压实效果 好 所以得到广泛应用 b 扭转振动扭转振动 在一个振动轮内有两个振动轴 两个振动轴转速 转向相同 但两个振动 轴 上的振动块相位差 180 产生的离心力形成一对力矩 从而形成扭矩振动即 扭 转振动 这就是通常所说的振荡机构 振荡压路机产生的扭转振动不会产生冲击 振荡轮也不会离开地面 这样 行 驶时可改善对地面的附着力和表面压实质量 对周围建筑物影响小 可在市内 桥梁上施工 其主要缺点压实深度小 所以 在双钢轮压路机中与圆周振动组 合 使用可获得不同的压实组合作业方式 满足不同的压实工作的需要 c 智能振动智能振动 德国 Bomag 宝马公司研制的智多星压实控制系统 其中一项就是通过一 油缸改变两偏心块的相位差实现垂直 水平 扭振 倾斜不同振动方向的需要 这种振动组合机构是实现压实作业过程智能化的基础 因此也称为智能振动 d 复式振动复式振动 这是日本酒井公司首创的振动方式 这种方式一改过去在圆周方向 径向 上 做文章 而是在轴向产生振动 对多孔性沥青混凝土压实效果好 e 混沌振动混沌振动 混沌振动即主频附近的宽频激振 f 冲击振动冲击振动 利用多边凸轮转动时 势能的变化对压实材料有夯碾作用 2 1 22 1 2 振动压路机的基本结构和特点振动压路机的基本结构和特点 见图 2 1 为轮胎驱动单钢轮振动压路机的结构简图 振动轮是主要的工 作部件 内部设置有高速旋转的偏心轴或偏心块 产生圆周方向的巨大离心力 迫使振动轮产生机械振动 并利用其自身重量 完成对路面的振动压实 振动 轮与后轮又是行走部件 在传动系统的作用下 驱动压路机前后行驶 当后轮 是主动轮时 则为单驱动 当后轮与振动轮均为主动轮时 则为全驱动 后轮 采用低压宽基轮胎 外形尺寸大 弹性好 能增大接地面积 减小比压 适合 在松软的路基上行走 同时滚动阻力小 附着系数大 爬坡能力强 减振性能 好 前车架通过两侧的减振器悬挂在振动轮上 以隔离和缓冲高频振动 图 2 1 振动压路机外形结构简图 1 振动轮 下车 2 前车架 上车 3 驾驶室 4 后轮 5 后车架 2 1 32 1 3 振动压实的基本原理振动压实的基本原理 振动使被压实材料内产生振动冲击 被压实材料的颗粒在振动冲击的作用 下 由静止的初始状态过渡到运动状态 被压实材料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 由于材料中水分的离析作用 使材 料颗粒的外层包围一层水膜 形成了颗粒运动的润滑剂 为颗粒的运动提供了 十分有利的条件 被压实材料颗粒之间在非密实状态下存在许多大小不等的间 隙 被压实材料在振动冲击的作用下 其颗粒间的相对位置发生变化出现了相 互填充现象 即大颗粒形成的间隙由较小颗粒来填充 较小颗粒形成的间隙由 水分来填充 被压实材料中空气的含量也在振动冲击过程中减少了 被压实材 料颗粒间隙的减少 意味着密实度的增加 被压实材料之间间隙的减少使其颗 粒间接触面增大 导致被压使材料内摩擦阻力增大 意味着其承载能力的提高 无论是水平振动还是垂直振动 压实材料在振动作用下减少空隙率 使其变得 更加密实的原理是一致的 2 1 42 1 4 振动压实的性能特点振动压实的性能特点 与静作用压路机相比 振动压路机具有以下性能特点 a 同样质量的振动压路机比静作用压路机的压实效果好 压实后的基础压 实度高 稳定性好 b 振动压路机的生产效率高 当所要求的压实度相同时 压实遍数少 c 压实沥青混凝土面层时 由于振动作用 当使面层的沥青材料能与其他 集料充分渗透 揉合 故路面耐磨性好 返修率低 d 机载压实度计在振动压路机上的应用 使驾驶员可及时发现施工道路中 的薄弱点 随时采取补救措施 大大减少质量隐患 e 可压实大粒径的回填石等静作用压路机难以压实的物料 f 压实沥青混凝土时 允许沥青混凝土的温度较低 g 由于其振动作用 可压实干硬性水泥混凝土 即 RCC 材料 h 在压实效果相同的情况下 振动压路机的结构质量为静作用压路机的一 半 发动机的功率可降低 30 左右 但是 由于振动压路机的振动作用 给周围环境及人体带来一定公害 限制了它的使用范围 在人口密集地 区 危房区 靠近装有精密仪器的建筑物以及公路桥梁的桥面等处都不 宜使用振动压路机进行压实作业 另外 由于振动对人体健康的影响 减振效果不好的振动压路机是不受欢迎的 2 1 52 1 5 振动压实的结构特点振动压实的结构特点 不论振动压路机在结构上的差异有多大 任何振动压路机都装有振动器 当振动压路机工作时 振动器产生引起振动的干扰力 在干扰力的作用下 振 动压路机的工作部件 振动轮 将产生具有一定振幅和频率的振动 这就是振 动压路机在原理上与静作用压路机的根本区别 通常振动压路机的振动器是由振动轴和安装在振动轴上的偏心块组成 当 今 有些公司将液压振动器在振动压路机上使用 由于液压振动器机构较为复 杂 尽管具有可以无机调频和调幅的优点 但并未广泛使用 当振动压路机作 业时 振动轴带动偏心块高速旋转 因此偏心块产生的离心力形成了 压路机 土 的振动系统的干扰力 振动压路机的下车 振动轮 在这个干扰力的作用 下产生强迫振动 强迫振动的频率等于干扰力的频率 此时 振动轮将其振动 作用传递到土或其他被压实材料上 压路机的振动轮连同其接触的被压实材料 一起产生受迫振动 这就是 压路 土 的振动系统 2 22 2 振动压路机总体设计振动压路机总体设计 振动压路机主要分为结构件 动力系统 传动系统 桥箱及液压系统 控 制系统 液压及电气系统 和振动轮等五大部分 图 2 2 YZ20D 振动压路机总体图 2 2 12 2 1 振动轮振动轮 振动轮采用内外圆筒相套结构 内圆筒作为润滑油室 结构受力合理 油 室润滑和散热空间大 振动轴承和行走轴承采用进口的单列圆柱滚子轴承 具 有激振力超大 工作可靠 轴承使用寿命长等优点 图 2 3 振动轮总示意图 1 振动轮 2 悬架 3 偏心块 4 连接座 5 联轴器 6 中间轴 7 振动轮行走轴承 8 减振器 9 振动马达 2 2 22 2 2 液压驱动系统液压驱动系统 如图 2 4 所示 液压驱动系统由驱动泵 液压差速及冲洗组合阀 制动阀 驱动马达 调速阀等元件构成 图 2 4 液压系统 1 行走液压泵 2 振动液压泵 3 转向泵 4 桥驱动马达 5 钢轮驱动马达 6 振动马达 7 转向器 8 转向油缸 9 液压油 箱 2 2 32 2 3 液压振动系统液压振动系统 通过仪表板上的自动 手动开关 可实现振动的手动操作或自动操作 选择 自动操作状态后 当压路机行走速度达到一定值时 振动就自动开始 在压路 机行走速度下降到一定值时 振动将自动停止 2 2 42 2 4 液压制动系统液压制动系统 采用工作制动 停车制动和紧急制动三级常闭式制动系统 常闭式制动器 内藏于低速大扭矩驱动马达之中 当换向操纵杆移到中间 停止 位置时 驱 动泵摆角为零 驱动泵停止向驱动马达供油 常闭式制动器制动 实现工作制 动 当压路机在坡道上停车 柴油机停止转动后 常闭磨擦片式停车制动器便自 动实现停车制动 当液压驱动系统出现工作油渗漏或胶管破裂等情况时 紧急制 动器便 会自动实现紧急制动 2 2 52 2 5 电气及操纵系统电气及操纵系统 电气系统主要由发电及起动系统 控制系统 照明系统 讯号系统四个部 分组成 电气系统与液压系统紧密相关 振动 驱动 制动液压系统皆是通过 电气系统的电液控制来实现的 压路机的关键部件采用电子元件进行监控 在 驾驶台的后壁上 集中有液压系统主要压力的测压接口 供调试检测时使用 该机操纵轻便灵活 仪表灯具和故障报警装备配备齐全 便于及时发现和排除 故障 避免压路机带病作业网 柴油机 泵 阀 马达 轴承 油封 电器元 件 仪表等主要件均采用国际著名公司产品 确保了整机性能优越 质量稳定 2 2 62 2 6 减振系统减振系统 振动压路机采用三级隔振系统 第一级隔振一 前车架框架与振动轮之间即振动轮减振器 第二级隔振 一 后车架与驾驶台之间即操纵台减振器 第三级隔振一一驾驶员与驾驶台之间即带减振功能的座椅闭 3 3 总体参数确定及部件设计计算总体参数确定及部件设计计算 3 13 1 振动压路机总体参数的确定振动压路机总体参数的确定 3 1 13 1 1 振动压路机总体参数的选择依据振动压路机总体参数的选择依据 a 根据被压实材料的性质和振动压路机的用途选择参数 振动压路机在压实土壤 回境石 沥青混凝土以及水泥混凝土等不同材料 时 对振动轮的工作频率和振幅均有不同要求 当然 用于压实路基和压实 路面的振动压路机所要求的振动参数及总体参数也不尽相同 b 根据节能和高效的原则选择振动压路机的参数 希望用尽量少的压实遍数获得尽可能高的压实度和良好的路面质量 例如 用于压实面层的振动压路机 应尽量采用双轮振动 双轮驱动的串联振动压 路 机 c 振动压路机的参数选择应考虑到驾驶人员具有舒适 良好的工作环境 同时 也应考虑机械零部件具有较高的使用寿命 3 1 23 1 2 名义振幅的选择名义振幅的选择 振动压路机工作振幅是指振动压路机在实际工作时的实际振幅 其大小受土壤 的刚度影响 而土壤的刚度值是一个随机变化的参数 所以振动压路机的工作 振幅也是一个随机参数 所谓 名义振幅 是指前轮车架用千斤顶或其它支承 物架起后 振动轮悬空时测得的振动轮振幅 通常 工作振幅比名义振幅大 用 A 表示工作振幅 A0表示名义振幅 则 A 与 A0随土的刚度的变化有如下关系 A 1 2 A0 3 1 工作振幅 A 的均值 A1 按正态分布统计 其结果是 XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX 中 得到 2 222 cos1sin MgMgMg StBt mmm 3 18 积分 3 18 式得 2 1 222 sin1cos MgMgMg SttBtC mmm 3 19 0 0tS 由 3 19 式得 2 1 2 1MgB C m 3 20 将 3 19 代入 3 20 中得 2 2 2222 111 sin1cos MgMgMgMgB SttBt mmmm AA 2 2 1 sin1 1cos Mg ttBt m 2 1 2 10 Mg BC m 3 21 将 3 21 两端积分得 22 2 2 1111 cos1 sin 2 Mg SttBttC m 3 22 因0 0tS 则2 2 2 1 0 Mg C m A 得 2 2 2 1Mg C m A 3 23 将 3 23 代入 3 22 中得 22 2 2 11 1 cos1 sin 2 Mg SttBtt m 3 24 设 它是从开始起跳时计算的转角 t 则 是从水平方向计算的偏心块转角 00t 有公式 3 24 可得出 22 2 2 11 1cos1 sin 2 Mg SB m 3 25 有公式 3 20 得出 2 2 2 1 sin1 1cos Mg SB m 3 26 设时 为振动轮刚好接触地面的时间 这时 振动轴的偏心块转角att 将上述条件代入公式 3 25 中 得 aat 0aS 22 2 2 11 1cos1 sin 0 2 aaaa Mg B m 3 27 由公式 3 26 可得到振动轮在与地面接触时的撞击速度 av 2 2 1 sin1 1cos 10 5aaaaa Mg vSB m 3 28 由于 2 eMBMg e Mg B M A 3 29 将公式 3 29 代入公式 3 28 中得 2 2 1 sin1 1cos e aaaa MgB M vB m 3 30 接着来分析振动轮的起跳高度 当 也就是偏心块与水平夹角在区间0att 内时 振动轮的起跳高度由公式0a 3 25 来确定 根据这个方程画出振动轮 在空中的位移曲线 如图 3 7 所示 值B 不同 振动轮在空中的位移路程也不尽相同 随着值的增大 起跳高度也随之增加 BS 也增加 a 对于不同的值 公式 3 28 和 3 29 图 3 7 振动轮挑起路程图B 可看出 振动轮撞击地面的速度也不同 当振动压路机的振动轮冲击地面时 振动轮作用在土上的能量由三部分组 成 即动能 势能和冲击能 EEEE 动静冲 3 31 式中 为振动轮作用在地面上的总能量 N M E 为振动轮作用在地面上的动能 N M E动 为振动轮作用在地面上的势能 N M E静 为振动轮作用在地面上的冲击能 N M E冲 根据力学的基本原理 2 2 1 2 aEm v 动 3 32 eEM g S A A静 3 33 cosaeaEb Mt AA A冲 3 34 参数与土本身的物理特性有关 也与土被压实状态有关 因而是一个随eS 即参数 通常取 01 2eSA 参数是振动轮碰撞地面的速度对碰撞时间的变化率 其表达式为 ab aabvt aavbt A 3 35 将公式 3 33 代入公式 3 34 中 得 cosaeaEvM A冲 3 36 参数可用下式计算 t 360 360 a tT 3 37 式中 T 为振动压路机的振动周期 s 3 38 2 T 振动压路机每冲击地面一次所释放的能量为 E 那么振动压路机的振动功 率应为 KW 1000 S E P T A 3 39 式中 为振动压路机振动系统的传动效率 通常取 0 8 从公式 3 32 3 39 中可发现 要计算振动轮的动能 振动轮对地E动 面的冲击能 必须首先算出振动轮接触地面的瞬时速度 由公式E冲av 3 38 已知的表达式为 av 2 2 1 sin1 1cos aaaa Mg vB m 上式中 除是未知量外 其他格参数都可视为已知量 所以 求解a 的关键在于求解ava 公式 3 35 为的基本解法 a 22 2 2 11 1cos1 sin 0 2 aaaa Mg B m 由于上式中有 因此有如下关系 2 2 1 0 Mg m 22 1 1cos1 sin 0 2 aaaaB 将上式展开后得 3 40 222 1 11cossin1 2 aaaaBB 利用插入法 即给不同的数值 分别代入公式的两端 通过逐步逼近 a 直到公式两端相等 这时 给定的值即为所求的值a a 振动功率的消耗问题说明 a 在实际工作中 振动压路机的振动频率是在不断变化的 造成振动功率 变化的原因除了与被压实的土的物理特性有关外 还与振动压路机本身的工作 状态有关 如振动压路机的柴油机油门所在的位置 振动轴承的润滑条件等 b 振动轴的支撑条件 两个支撑振动轴的轴承孔的同心度对振动功率的消 耗影响很大 振动轴承与轴承孔的配合对振动功率的消耗影响也很大 如果两 者配合过紧张 由于轴承发热而使轴承滚动阻力加大 使振动功率的消耗急剧 上升 因而 两个振动轴承孔应有较高的同心度要求 同时 轴承的外圈与轴 承座的配合应松一些 4 4 振动压路机爬坡能力校核振动压路机爬坡能力校核 4 14 1 爬坡能力的概述爬坡能力的概述 压路机的动力性能以爬坡能力为考核指标 爬坡能力是压路机等速行驶ai 所能爬越的最大坡度角的正切值 即 atan aia 爬坡能力是一个理论计算值 它实际上只是比较压路机动力性能的一个相 对指标 并不是压路机动力性能的一个绝对指标 并不是压路机能够稳定行驶 所允许的爬坡度数 更不能作为坡道压实作业的依据 但所以有的压路机都必 须通过在 20 11 3 标准坡道上的爬坡实验 此时不起振 实验时 压路 机以 1 档速度等速上坡行驶 并能够制动 驻车和在坡上起步 在有些液压压路机产品样本上将爬坡能力标的很高 甚至超过了 50 26 6 这在某种情况下引起了不少的误解 其实在标注爬坡能力时 未 必都做过周密的设计计算 往往都忽略了一些影响压路机牵引力的重要因素 特别是液压传动的效率很低 全液压单论振动压路机行走驱动在最大牵引力状 态下的传递效率不足 60 可以肯定的是 没有哪一台压路机做过 50 的坡道实 验 即使将爬坡能力标得在高 也是一个得不到验证的虚设数据 从使用角度来看 道路建设是压路机应用最主要的行业 从公路的标准坡 度不能超过 11 6 3 如果有压实最大角度坡道的需要 则应选购专用的 斜坡压路机 压路机实际能够爬越的坡道与其动力性能 附着性能 制动性能及行驶稳 定性都有这密切联系 也就是说 压路机在坡道上要有足够的动力驱动压路机 上坡 而驱动轮产生的附着力能够足以克服压路机的上坡阻力 行车制动器要 有足够的能力使压路机在坡道上驻车 同时还必须保证压路机在此坡道上不至 于纵向失稳 4 24 2 由牵引力决定的压路机爬坡能力由牵引力决定的压路机爬坡能力 牵引力的大小涉及到发动机的输出功率 应除去振动功率传递功率及液压 系统的背压损失的功率 液压系统的最大工作压力 机械传递系统与结构的强 度等 而且还必须计入整个传递系统的机械效率损失 图 4 1 振动压路机等速上坡时的牵引力平衡 由压路机在爬坡时的力学平横关系如图 4 1 所示 可得方程式 cossin 0kPG faa 4 1 式中 为压路机行驶时的牵引力kP 为压路机的重力 视为集中在中心上的力G 为滚动阻力系数 振动压实取 0 15 无振压实取 0 12 公路行驶f 取 0 05 为坡道角度a 全液压单轮振动压路机的牵引力主要取决于液压系统的工作压力差 其爬 坡能力与速度的关系由压路机的牵引特性决定 100KNaivkP 4 34 3 由附着力决定的压路机爬坡能力由附着力决定的压路机爬坡能力 以上所分析的压路机牵引力和爬坡能力都是从动力性的角度出发的 并不 能反映出压路机能够实现的坡道爬坡能力 压路机在坡道上能够行驶的必要条 件是 cossin kPPG faa 4 2 式中 是压路机对地面的附着力 由车轮的正压力和附着系数决定P 120KNP 所以满足 cossin kPPG faa 是由动力性能决定的压路机牵引力kP 前轮驱动压路机上坡时 利用图 4 2 的力学关系 由力学平横关系 可求 得后轮和前轮的法向反作用力为 122 8KN 1 cossin ZG LlahaL 4 3 59 1KN 2 cossin ZG lahaL 4 4 图 4 2 压路机等速上坡时的受力简图 由附着系数决定的后轮附着力和前轮附着力分别为 1P 2P 73KN 2222 cossin G PZlaha L A 4 5 35KN 1111 cossin G PZLlaha L A 4 6 式中 为压路机的前后轮轴距L 为压路机重心到后轮轴线的水平距离及离地高度lh和 为压路机轮胎与振动轮的附着系数1 2 由于单轮振动压路机前后轮动力半径 附着条件及传动比 传递效率不相 等 压路机附着力取决于首先打滑的那个驱动轮 整机最大驱动力取决于首先 打滑的那个驱动轮 某一驱动轮一旦打滑空转 另一个驱动轮便不能在发挥驱 动作用 要确定那一个驱动轮先打滑的 有以下判别式 1 2 cossin cossin m Llaha AC laha A A 4 7 式中 为振动轮的机械效率系数mC 由于 又因为为振动轮的机械效率系 1 2 cossin 2 86 cossin Llaha laha A mC 数一定大于 0 5 因此 A 一定大于 1 当判别式时 必然后轮先打滑 这时后轮的最大牵引力为 1A 1kPP 而前轮的最大牵引力只能是 根据压路机等速行驶在坡道上的力学21kmPC P 平衡式 则有 将与的表达式代入式 7 121 1 kkkmPPPCP 1P kP 则得由附着力决定的爬坡能力为 i 1 1 1 1 m m CLlLf i LCh 4 8 当判别式时 必然前轮先打滑 这时前轮的最大牵引力为 1A 22kPP 而后轮的最大牵引力只能是 此时 12 kmPPC 将与的表达式代入 7 则 122 1 kkkmPPPCP 2kPkP 0 38 1 1 2 2 1 1 m m ClLf i LCh 4 9 对于仅后轮驱动的单轮振动压路机 将代入式 4 8 中计算 0mC 由动力决定的爬坡能力与附着力决定的爬坡能力 应以较小者为可以实现 的压路机最大爬坡能力 通过对附着爬坡能力计算可知 机械传动单轮振动压 路机由于单轮驱动 其最大爬坡能力主要取决与附着力 而对全液压单轮振动 压路机 其最大能力主要取决于液压系统的最大工作压力差 由于压路机车轮对地面的附着力所限 过大的动力匹配并不能得以发挥 也就是说 按动力计算得到的牵引力和爬坡度必须用附着条件进行校验 任何 超过辅着能力的牵引力都是不可能实现的 另外 压路机在坡道上行驶 同时要考虑能在坡道上驻车制动 以及一旦 驻车无效就要使用应急制动刹车 我国有关技术标准规定 压路机制动系统要 保证其在 20 的坡道上能停车制动 并能在停稳后的 10min 内不得有下滑现象 由此可以求解得出各个制动器的最小制动力矩 假如要增大实际爬坡能力 就 必须相应地增加制动器的制动能力 综上所述 由附着力决定的压路机爬坡能力 38 i 5 5 压路机数学模型和运动方程的建立压路机数学模型和运动方程的建立 5 15 1 振动压路机数学模型的建立原则振动压路机数学模型的建立原则 a 应使数学模型尽量与实际工况相吻合 b 数学模型应力求简化 使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 6 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 约有 6 7 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 鉴于此 通常把 压路机一土 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 压路机一土 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 1 分析 压路机一土 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 2 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 3 为振动压路机减振系统设计提供指导 5 25 2 两个自由度系统振动压路机的运动方程两个自由度系统振动压路机的运动方程 现以轮胎驱动振动压路机为典型机型 列出 压路机一土 振动系统的运 动方程 并对其进行分析 图 5 1 为轮胎驱动振动压路机的两个自由度的数学 模型 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 a 在模型中 假设土是具有一定刚度的弹性体 其刚度为 阻尼为 2K2C 阻尼为线性阻尼 图 5 1 振动压路机数学模型 m1 上车质量 m2 下车质量 振动质量 k1 减震器刚度 k2 土的刚度 c1 减 震器阻尼 c2 土的阻尼 F0 激振力 x1 上车瞬时位 移 瞬时振幅 x2 下车瞬时位移 瞬时振幅 w 工作频率 角频率 b b 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 下车为 1m2m c c 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 图 5 1 数学模型的运动方程是 2212212211110 sinm xCCxKKxC xK xFt 5 1 11111112120m xC xK xC xK x 5 2 式中 2 0eFM 5 3 为偏心块的静偏心矩 图 5 2 eM 图 5 2 振动器的偏心块 efMMr 为偏心力 为偏心块的偏心矩 fMr 微分方程式 5 1 5 2 得 1 22 2 11 20 22 AB xF CD 5 4 1 22 2 22 10 22 AB xF CD 5 5 1 11 1 1 BD tgtg AC 5 6 2 11 2 2 BD tgtg AC 5 7 式中 为激振力与上车位移之间的相位角 1 0F 为激振力与上车位移之间的相位角 2 0F 2 111AKm 11BC 21AK 21BC 42222 212112121211Cm mm Km KC CK Km K 333 2112211211DK CK Cm Cm Cm C 无阻尼状态下振动系统的一阶 二阶固有频率 分别为 1 2 1 2 2 1211211211211121221 4 2m Km Km Km Km Km Km mK Km m 1 2 2 2211211211211121221 4 2m Km Km Km Km Km Km mK Km m 振动压路机下车 振动轮 对地面的作用力的大小不仅与振动压路机本身的sF 振动参数有关 而且也与被压实的土的刚度和阻尼有关 可表示为2K2CsF 1 2