瀝青混凝土攤鋪機找平均衡梁的頻率特性

1、.瀝青混凝土攤鋪機找平均衡梁的頻率特性赫00瀝青混凝土攤鋪機找平均衡粱的頻率特性長安大學郁錄平惠輝袁明虎i摘要:介紹瀝青攤鋪機均衡梁的結構及其工作原理.利用正弦量的旋轉矢量的表示方法,!i分析基準梁長度,滑靴的間距和滑靴長度對基準梁的頻率特性的影響.通過對基準梁的幅值特性!;曲線的研究,給出基準梁滑靴的最優(yōu)設計,以保證基準梁對地面波動干擾最佳的衰減能力.!;?1?.,1?.m關鍵詞:瀝青混凝土攤鋪機基準梁頻率特性1問題的提出瀝青混凝土攤鋪機采用以均衡梁作為自動找平系統的基準后,不需要專門架設基準線,消除了由于基準線變形等不確定因素帶來的攤鋪誤差,可以避免在掛線過程中產生的累積誤差和攤鋪過程中的

2、掉線問題,因此能很好地保證路面平整度.由于采用均衡梁的攤鋪機是以路基和鋪過的路面為相對基準進行攤鋪的,所以路面鋪層的厚度均勻,路面強度得到了保證.但是,與此同時,地面的不平整也總會以某種形式進入自動找平系統,影響攤鋪機的作業(yè)質量.所以均衡梁性能是一個值得我們研究的問題.2跨越式均衡梁的工作原理簡介2.1基本結構跨越式均衡梁由三部分組成(圖1),即鉸接于攤鋪機前端,后端的浮動基準梁和跨越于攤鋪機熨平板前后且鉸接于攤鋪機動臂的桿件(即前,后連接梁).常見的基準梁有桿件鉸接式和彈簧支撐式兩種,其主要功能是高效濾波作用,而且兩種的實際使用性能相近.本文討論彈簧支撐式,其主要結論也可以應用于桿件鉸接式基

3、準梁.2.2基準梁工作原理跨越式均衡梁用其基準梁對地面進行濾波后,一16一1.滑靴2.后基準梁3.后連接梁4.傳感器5.前連接梁6.前基準梁圖1均衡梁結構原理示意圖通過前后連接梁給攤鋪機提供一個高度相當穩(wěn)定的參考點,攤鋪機的找平控制系統以該點為基準確定鋪層厚度,起調平作用.2.2.1基準梁高度與路面高度的關系為了便于進行分析,在下面的討論中,我們暫時不考慮彈簧下面滑靴的長度對基準梁性能的影響.這時基準梁的重量由n個滑靴上面的彈簧的彈性力來支撐.設開始時基準梁工作于水平地面上,n個滑靴上彈簧的壓縮長度相同,基準梁與地面的距離保持一個常量(圖2a).在這時,基準梁離開地面的高度.為:ho=H一(1

4、)式中:滑靴上彈簧的自由長度基準梁在水平地面時每個彈簧的壓縮量12f"l2f"(a)(b)圖2基準梁的工作過程分析拭2006(1)Ah=導(2)式中:G基準梁的重量n基準梁下面滑靴的數量每個滑靴上彈簧的剛度系數當攤鋪機向前運動了距離,使基準梁工作于不平整的地面上時(圖2b),設第i個滑靴處地面的高度為,第i個滑靴上彈簧的實際長度為h,則基準梁中心處的高度()為:()=()=n(一)胡+一n即:)=+(3)粵(4)AhFn=G=Ah(5)式中:廠一在基準梁的重量作用下第個滑靴上彈簧的變形'G_一基準梁作用在第個滑靴上的重力將上式代入(3)后,再將(1)式代入得:h(x

5、)=ho+yi(6)如果將基準梁開始工作時中心的高度y(x),從它在初始水平地面工作時的高度算起(即以圖2a中的0點算起),則有:y()=()一ho=F():yi()(7)這就是說,基準梁工作時其中心的高度變化量為其下面滑靴所在位置處,地面高度變化的平均值.從信號分析的角度來說,n個滑靴向基準梁輸入了yl),y2(x),),n個信號,而基準梁的輸出y)就是這n個信號的平均值,通常將這稱作為基準梁的濾波作用.2.2.2基準梁濾波時的頻率特性前面是在幅值范圍內用常規(guī)方法分析了基準梁的濾波作用,未考慮地面的頻率成分對基準梁性能的影響,下面討論基準梁濾波時的頻率特性.設基準梁工作于一條高度按正弦規(guī)律工

6、彳杠拭2006(1)(y=Asin(IJ)變化的地面上(圖3),我們以最后面一個滑靴所在的位置作為計算的起點.在基準梁工作的過程中,第個滑靴所在位置的地面高為:yi(x)=Asin(IJ+(一1)1=Asin(+)(i=1,2,n)(8)式中:卜一滑靴之間的距離A地面波動的幅值廣地面波動的角頻率_地面波動的周期(T=2r/(IJ)廠第個滑靴所在位置的初相位=(一1)(=1,2,n)(9)將(8)代入(7)得:y()=n()=Asin爭+訓(1o)這是n個滑靴向基準梁對應輸入的n個周期,幅值相同,僅相位角不同的正弦信號,基準梁的輸出y)就是這n個正弦信號的平均值.利用正弦信號的旋轉矢量表示法可以

7、容易地求得這個平均值.函數():Asin+】用旋轉矢量可以表示為圖4的形式.A表示矢量的模,旋轉矢量Y可以用其初相位表示為以下形式:j,:Ay.cosi+iAsinai(11)這種周期相同的旋轉矢量可以用矢量求和的方法得到合成矢量.如圖5所示,有兩個同周期的旋轉'l一''/,rl,I一/ff一ZZ一l一.I圖3基準梁的頻率特性示意圖y圖4正弦周期信號旋轉矢量表示一17圖5旋轉矢量的合成矢量Y和Y:,其合成矢量Y的周期與其分矢量相同,也是.合成矢量Y的幅值A及初相位可用圖5中的平行四邊形法則求得,也可用下式計算:A產(Aycosql+Aycos)+(Ay,sinql+Ay

8、sin)z(12)'D=taI1Aysincpl+Aysin(13)Acosqh+AHCOS(p2多個矢量的合成方法與上面的兩個矢量合成方法相同,這樣可以得基準梁的中心高度Y的旋轉矢量表示式:=1n(Ac.ssi嗽)=c.ssin(?4)矢量Y的幅值,也就是基準梁中心高度變化的幅值A由下式求得:產耋cos小n)J上式兩邊同除以A,可得地面頻率成分的周期為時,基準梁中點處響應的幅值A與地面波動幅值A之比K()即:一18一上.11K()=AL=I(c.s)+(sin)I.L,i=l,i=lJ(16)對于給定的基準梁,其滑靴的數量n,彈簧間距Z是確定的,對于給定的周期,可以用(9)式求出所有

9、的來,再代人(16)式求得K().另取一個周期,用同樣的方法可以得到相應的K(),依次類推.以為橫坐標,K()為縱坐標,可以畫出基準梁的K()一曲線來,這實際上就是基準梁的幅值特性曲線.圖6為/=0.3m,/1,=8,16時的K()曲線.由圖6可以看出,在滑靴的間距Z給定的條件下,增加滑靴的數量n(也就是增加基準梁的長度)可以改善基準梁的頻率特性.圖中在T=0.3,0.15,0.1m等處頻率沒有被衰減,其原因是,在這種情況下相鄰的兩個滑靴剛好同時處于路基波形的波峰或波谷位置(圖7),基準梁對這種頻率成分就沒有濾波的作用.也就是說,在不計滑靴長度的條件下,基準梁對周期T=I/m(m為正整數)的路

10、基頻率成分沒有衰減作用.圖8為/=0.3m,0.6m,基準梁長度L=6m時的K()曲線.由圖8可以看出,在基準梁的長度一定時,滑靴的間距對基準的點的影響.這時滑靴的數量越多,基準梁的頻率特性越好.和上圖相同的是,周期為滑靴間距的整數分之一的波形同樣沒有被基準梁衰減.從圖6,圖8還可以看出,基準梁對周期特別長的頻率成分沒有衰減作用.事實上,我們也沒有必要對周期很長的頻率成分進行衰減,因為長周期的頻率成分已經不再是路面的不平度,而是路面的坡度.3滑靴長度對基準梁性能的影響實際上滑靴是存在一個長度Z的,如圖1所示,對于周期T<l的地面頻率成分,可以認為滑靴只在圖6l=0.3Ill.n=

11、8,16時的基準梁的幅值特性曲線杠拭2006(1)卜一相鄰兩個滑靴的間距-_地面波形周期圖7基準梁沒有濾波作用狀態(tài)時.滑靴工作狀態(tài)示意圖(a)(b)圖9滑靴長度對基準梁特性的影響If】,九,一/.圖8l=0.3m,0.6m.6m時的基準梁的幅值特性曲線其波峰上滑動(圖9a),地面的這部分頻率成分不會引起滑靴上下運動.對于周期T>l,的地面頻率成分,可以近似地認為滑靴的上下波動量為2A(圖9b).對于圖9l】的情況,與A的比值和r的關系如式(17)所示.1一=_1(1+COS)(17)'j,L1將圖9中的兩種情況匯總在一起.可以得到地面波動的周期與滑靴上下運動的關系曲線(圖

12、l0),這可以看作滑靴的幅值特性.由前面的討論可以看出,通過恰當的設計基準梁長度L,滑靴間距l(xiāng),可以實現使基準梁對周期大于l的地面頻率成分有滿意的濾波性能.所以,確定滑靴的長度z,時,只要使其可以很好地衰減周期小于等于l的頻率分量便可.根據圖10的頻率特性曲線,最好應該使z.>l,但這樣前后滑靴會發(fā)生干涉現象.由(17)式可以求得,當刪F1.5時,&/A-0.25.這個衰減效果也是相當良好的.所以,筆者建議設計滑靴時,最好使l/l>O7.圖10地面波動的周期與滑靴上下運動的關系(1)滑靴的間距一定時,基準梁的長度越大,找平基準粱的頻率衰減特性越好.但由于對周期太長的地面頻率成分沒有衰減的必要,所以基準梁也沒有必要太長,一般9m左右可以基本滿足要求.(2)基準梁長度一定時,滑靴的間距越小,找平基準梁的頻率衰減特性越好.也就是說在基準梁上裝盡可能多的滑靴將使濾波效果大大改善.同時增加滑靴長度也可以改善基準梁的濾波特性,但過多的滑靴會使基準梁結構復雜,滑靴的間距應定為多少,可根據工程實踐具體而定.(3)為了使基準梁對周期較短的地面波動有較好的衰減作用,建議滑靴的長度應該大于其間距的70%參考資料1李寶蘊,馬廣