基于COSMOS的振動壓路機(jī)振動加速度與壓實(shí)度關(guān)系研究

分類號TH6單位代碼10618密級學(xué)號106310917碩士學(xué)位論文論文題目：基于COSMOS的振動壓路機(jī)振動加速度與壓實(shí)度關(guān)系研究COSMOS-basedaccelerationofvibratoryrollervibrationrollervibrationstudyandtherelationshipbetweendegreeofcompaction研究生姓名：麥雄平導(dǎo)師姓名、職稱：曹源文教授申請學(xué)位門類：工學(xué)專業(yè)名稱：載運(yùn)工具運(yùn)用工程論文答辯日期：2009年04學(xué)位授予單位：重慶交通大學(xué)答辯委員會主席：李偉評閱人：李偉熊正榮2009年04月重慶交通大學(xué)學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的學(xué)位論文，是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品成果。對本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。學(xué)位論文作者簽名：日期：年月日重慶交通大學(xué)學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)重慶交通大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。同時授權(quán)中國科學(xué)技術(shù)信息研究所將本人學(xué)位論文收錄到《中國學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫》，并進(jìn)行信息服務(wù)（包括但不限于匯編、復(fù)制、發(fā)行、信息網(wǎng)絡(luò)傳播等），同時本人保留在其他媒體發(fā)表論文的權(quán)利。學(xué)位論文作者簽名：指導(dǎo)教師簽名：日期：年月日日期：年月日……………………本人同意將本學(xué)位論文提交至中國學(xué)術(shù)期刊（光盤版）電子雜志社CNKI系列數(shù)據(jù)庫中全文發(fā)布，并按《中國優(yōu)秀博碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫出版章程》規(guī)定享受相關(guān)權(quán)益。學(xué)位論文作者簽名：指導(dǎo)教師簽名：日期：年月日日期：年月日摘要振動壓路機(jī)的一些重要參數(shù)如振動加速度等與壓實(shí)作業(yè)的聯(lián)系目前是一個有待研究的問題，本文就此問題做出比較深入的研究與討論。本文對壓路機(jī)，尤其是振動壓路機(jī)的發(fā)展概況與國內(nèi)外發(fā)展趨勢，壓實(shí)過程的基本原理與工作情況，基本力學(xué)原理做了簡明扼要的敘述，在此基礎(chǔ)上采用三維建模軟件SOLIDWORKS，建立了雙輪式振動式壓路機(jī)的實(shí)體模型，并且通過帶ADAMS內(nèi)核的動力學(xué)仿真軟件COSMOSMOTION構(gòu)建了等效的動力學(xué)仿真模型，并且先采用了三維有限元軟件COSMOSWORKS的模態(tài)分析模塊對主要工作部件振動壓路機(jī)的振動輪作了有限元模態(tài)分析，驗證了其作業(yè)的合理性與安全性，以及模態(tài)剛度的可靠性，用COSMOSMOTION分析了各種工況下的振動壓路機(jī)的作業(yè)工況，總結(jié)出了基于動力學(xué)仿真結(jié)果的大致合理工況的經(jīng)驗公式，并提取了主要參數(shù)振動加速度、路面剛度K，找出合理工況下隨著路面剛度的變化振動加速度的大致變化趨勢，做出了擬合出曲線圖，由此表明振動加速度與土壤剛度之間確實(shí)存在一定的聯(lián)系。關(guān)鍵詞：振動壓路機(jī)；力學(xué)性能；COSMOS有限元；COSMOSMOTION動力學(xué)仿真；振動加速度；ABSTRACTVibratoryCompactionofhomework-relatedconditions,aswellasthemainparametersofthevibratoryrollervibrationofsomeimportantparameterssuchasacceleration,suchascontactwiththecompactionofthehomeworkisanissuetobeexamined,thisarticlemadethisissuemorein-depthresearchanddiscussion.Inthispaper,rollers,vibratoryrollers,especiallythedevelopmenttrendofdevelopmentathomeandabroad,compactionprocessandtheworkofthebasicprinciples,thebasicmechanicstodoabriefdescription,onthebasisofthree-dimensionalmodelingsoftwareSOLIDWORKS,setupaVibratoryRollerdoublethesolidmodel,andthroughthecorewithADAMSdynamicsimulationsoftwaretobuildtheequivalentCOSMOSMOTIONdynamicsimulationmodel,andthefirstuseofthree-dimensionalfiniteelementsoftwareCOSMOSWORKSmodalanalysismoduleofthemainworkingpartsVibratoryRollerrotationofthevibrationofthefiniteelementmodalanalysistoverifythereasonablenessofitsoperationsandsecurity,aswellasthereliabilityofmodalstiffness,usingavarietyofconditionsCOSMOSMOTIONanalysisofthevibratoryrolleroperatingconditions,summarizeddynamicssimulationresultsbasedonthegeneralconditionofareasonableempiricalformula,andextractthemainparametersofthevibrationaccelerationwiththesurfacestiffnessK,summedupwiththechangesinsurfacestiffnessvibrationaccelerationunderreasonableconditionsthegeneraltrend,andfittingthecurves,indicatingthatthevibrationaccelerationandthesoilmustexistbetweenthestiffnessofthecontact.KEYWORDS：VibratoryRoller;mechanicalproperties;COSMOSfiniteelement;cosmosmotiondynamicssimulation;vibrationacceleration目錄第一章緒論 1振動壓路機(jī)發(fā)展趨勢與簡史 1振動壓路機(jī)發(fā)展簡史 1振動壓路機(jī)發(fā)展趨勢 1我國壓路機(jī)行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀 3國內(nèi)外壓路機(jī)的發(fā)展趨勢 5研究問題的提出 8研究路線 9第二章振動壓實(shí)基礎(chǔ)概念與振動壓路機(jī)特點(diǎn) 10振動壓實(shí)的基本概念 10振動對材料剪應(yīng)力的影響 10振動對不同材料壓實(shí)強(qiáng)度的影響 102.2振動壓路機(jī)的主要性能與結(jié)構(gòu)特點(diǎn)介紹 122.2.1振動壓路機(jī)的主要性能特點(diǎn)介紹 12.2振動壓路機(jī)的主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)介紹 12第三章振動壓路機(jī)的動力學(xué)仿真模型的建立 14振動壓路機(jī)的動力學(xué)模型的建立 14振動壓路機(jī)的COSMOSMOTION的動力學(xué)仿真模型 15第四章有限元法及其對振動輪的模態(tài)分析驗證 19有限元法及其發(fā)展趨勢概述 19本文使用的有限元分析軟件COSMOS簡介 21基于COSMOS的壓路機(jī)振動輪的模態(tài)分析 22建立11T雙輪振動壓路機(jī)的振動輪幾何模型 23劃分網(wǎng)格輸入?yún)?shù)，求解得到結(jié)果并分析 23第五章振動壓路機(jī)的動力學(xué)仿真以及工況分析 28計算機(jī)仿真環(huán)境 28仿真參數(shù)的設(shè)定與模型的調(diào)整 28動力學(xué)仿真過程以及結(jié)果分析 30系統(tǒng)靜平衡分析 30系統(tǒng)的動力學(xué)工況分析 30定義系統(tǒng)的比值工況并分析 39第六章振動壓路機(jī)的振動加速度與壓實(shí)度的關(guān)系研究 54模型的定義與參數(shù)的確定 54分析模型并討論與總結(jié) 56第七章總結(jié)與展望 59主要結(jié)論 59研究展望 59致謝 61參考文獻(xiàn) 62附錄 64在學(xué)期間發(fā)表的論著及成果 77第一章緒論振動壓路機(jī)發(fā)展趨勢與簡史振動壓路機(jī)發(fā)展簡史【28】美國是發(fā)展土壤壓實(shí)技術(shù)的先驅(qū)。1862年，美國制成了世界上第一臺以蒸汽機(jī)為動力的自行式三輪壓路機(jī)。1929年，美國制成了世界上第一臺以柴油機(jī)為動力的自行式光輪壓路機(jī)。在美國發(fā)展起來的土壤壓實(shí)理論和方法在其它國家也被廣泛應(yīng)用。20世紀(jì)30年代初，德國在修筑公路網(wǎng)時開始利用振動壓實(shí)。最初的振動壓路機(jī)是拖拉機(jī)牽引的1.5噸板式壓路機(jī)和自重約25噸的推土機(jī)式壓路機(jī)。40年代初制造出第一臺自行式鋼輪振動壓路機(jī)和拖拉機(jī)牽引的振動壓路機(jī)。振動壓路機(jī)的出現(xiàn)，引起各國制造商的關(guān)注，對振動壓路機(jī)進(jìn)行了廣泛的實(shí)驗研究。最初，振動壓路機(jī)只用于壓實(shí)非粘性材料。隨著技術(shù)性能的改進(jìn)和提高，振動壓路機(jī)已廣泛用于粘性土、瀝青路面和混凝土的壓實(shí)工作。50年代歐洲各國開發(fā)了串聯(lián)式整體車架壓路機(jī)并逐步改型。60年代隨著振動壓實(shí)理論的深入研究和完善，出現(xiàn)了各種型式的振動壓實(shí)機(jī)械。此時，輪胎驅(qū)動鉸接式振動壓路機(jī)、串聯(lián)式振動壓路機(jī)等產(chǎn)品相繼問世。振動壓路機(jī)形成兩個主要系列。70年代，振動壓路機(jī)家族先后出現(xiàn)了組合式、蟹行式、凸塊式、手扶式振動壓路機(jī)。調(diào)頻、調(diào)幅技術(shù)，全輪驅(qū)動、振動技術(shù)，被廣泛應(yīng)用于振動壓路機(jī)。80年代初瑞典喬戴納米克研究所提出了新的壓實(shí)理論，即利用土力學(xué)交變剪應(yīng)變原理使土壤等壓實(shí)材料的顆粒重新排列而變得更加密實(shí)。根據(jù)該理論，德國哈姆(HAMM)公司開發(fā)出新型振動壓路機(jī)，即振蕩壓路機(jī)。80年代末日本生產(chǎn)出大噸位垂直振動壓路機(jī)，其振動輪內(nèi)部采用雙軸交叉振動法，使壓路機(jī)壓實(shí)深度深、壓實(shí)效果好且低速直線行駛穩(wěn)定。80年代末90年代初瑞典喬戴納米克研究所在振動壓路機(jī)液壓化、電子化的基礎(chǔ)上提出智能壓路機(jī)的概念，使振動壓路機(jī)的研究和應(yīng)用進(jìn)入新的領(lǐng)域。振動壓路機(jī)發(fā)展趨勢【28】縱觀振動壓路機(jī)發(fā)展簡史，振動壓路機(jī)發(fā)展水平及發(fā)展趨勢可歸納為：=1\*GB3①液壓化60年代，國外大中型振動壓路機(jī)己經(jīng)采用液壓技術(shù)，70年代推出的全液壓振動壓路機(jī)，使得壓路機(jī)的傳動系統(tǒng)大大簡化、操作簡便、省力。特別是液壓傳動使行走機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了無級變速;使振動系統(tǒng)能夠根據(jù)施工要求在較大范圍內(nèi)調(diào)頻和變幅。振動壓路機(jī)的使用性能和應(yīng)用范圍得到大大改善和提高。同時，液壓化為機(jī)器自動檢測和控制提供了條件。近年來，液壓技術(shù)逐步應(yīng)用于小型振動壓路機(jī)和振動平板夯，而且非常重視液壓系統(tǒng)的污染控制。②系列化為了滿足不同施工條件的要求，國外壓實(shí)機(jī)械產(chǎn)品系列不斷擴(kuò)大和完善。就振動壓路機(jī)而言，從自重僅300公斤③標(biāo)準(zhǔn)化標(biāo)準(zhǔn)化包括兩個方面內(nèi)容。一方面，為了適應(yīng)施工工藝，產(chǎn)品性能參數(shù)盡可能標(biāo)準(zhǔn)化。例如，振動輪尺寸、靜線壓力、激振頻率、振幅、行駛速度等。另一方面，為了簡化加工工藝，降低成本，生產(chǎn)廠家盡力將本公司零件標(biāo)準(zhǔn)化。例如，瑞典戴納帕克公司正在改進(jìn)CA15，CA25，CA30，CAS1機(jī)型的設(shè)計，使其零件在一定范圍內(nèi)盡可能通用，如分動箱、減速器、驅(qū)動橋等，便于組織大批量生產(chǎn)。另外，標(biāo)準(zhǔn)化有利于采用模塊組合設(shè)計方法，將一臺機(jī)器分成不同的模塊，提高新產(chǎn)品開發(fā)速度，滿足一機(jī)多用的需要。④一機(jī)多用化實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用的途徑主要有兩條:一是改進(jìn)對振動結(jié)構(gòu)的操作控制，使壓路機(jī)具有垂直振動、水平振動(振蕩)、調(diào)頻調(diào)幅和靜碾壓功能，根據(jù)需要隨時變通，發(fā)揮各種振動壓實(shí)方法的特點(diǎn)。二是在壓路機(jī)上增加附屬裝置(如推土鏟、路面刮平修整機(jī)、鑿巖機(jī)等)，增加其專用功能。⑤電子化微電子技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)和遙感技術(shù)的發(fā)展，推動了壓路機(jī)的電子化進(jìn)程。各種電子元器件、電液伺服機(jī)構(gòu)以及壓實(shí)度檢測裝置的應(yīng)用，克服了壓實(shí)檢測靠經(jīng)驗判斷或取樣化驗的缺點(diǎn)，確保了整個壓實(shí)面質(zhì)量的一致性，提高了施工效率。壓路機(jī)實(shí)現(xiàn)電子化，是其向高性能、自動化、智能化方向發(fā)展的標(biāo)志。⑥舒適、方便、安全化為了提高生產(chǎn)率，延長機(jī)器的使用時間和壽命，振動壓路機(jī)均在減振降噪方面做了大量工作，可以滿足司機(jī)連續(xù)工作8小時不疲勞的要求。采用雙方向盤、可移動方向盤、旋轉(zhuǎn)座椅并且將操縱手柄設(shè)計在座椅扶手上，盡可能減少操縱失誤和減輕司機(jī)的勞動強(qiáng)度，滿足操縱方便性。采用防傾翻駕駛室和防重降物駕駛室，適應(yīng)特殊施工的要求，保障駕駛?cè)藛T的人身安全等。發(fā)展現(xiàn)狀【28】1961年西安公路交通大學(xué)與西安筑路機(jī)械廠聯(lián)合開發(fā)3t自行式振動壓路機(jī)，標(biāo)志著我國自行開發(fā)設(shè)計振動壓實(shí)機(jī)械的起步。1964年洛陽建筑機(jī)械廠研制出4.5t振動壓路機(jī)，1974年洛陽建筑機(jī)械廠與長沙建筑機(jī)械研究所合作開發(fā)了10t輪胎驅(qū)動振動壓路機(jī)和14t拖式振動壓路機(jī)。80年代中期，我國開始引進(jìn)國外先進(jìn)的壓路機(jī)制造技術(shù)，1983年洛陽建筑機(jī)械廠引進(jìn)了美國Hrster公司技術(shù)，合作生產(chǎn)6t鉸接式振動壓路機(jī)，1984年徐州工程機(jī)械廠引進(jìn)瑞典戴納帕克(Dynapac)公司的CA25輪胎驅(qū)動振動壓路機(jī)和CC21型串聯(lián)式振動壓路機(jī)技術(shù)。1985年溫州冶金機(jī)械廠研制了19t振動壓路機(jī)。1987年洛陽建筑機(jī)械廠引進(jìn)了德國寶馬(Bomag)公司BW217D和BW217AD振動壓路機(jī)技術(shù)。江麓機(jī)械廠引進(jìn)德國凱斯偉博麥?zhǔn)?Case-Vibromax)公司的W1102系列振動壓路機(jī)技術(shù)。以后，各生產(chǎn)廠家在此基礎(chǔ)上不斷開發(fā)新產(chǎn)品，使本廠產(chǎn)品多樣化、系列化。80年代后期，隨著基礎(chǔ)工業(yè)元件的發(fā)展，特別是液壓泵、馬達(dá)、振動輪用軸承、橡膠減振器的引進(jìn)生產(chǎn)，使振動壓路機(jī)總體水平和可靠性有很大的提高。在基礎(chǔ)元件支持下，振動壓路機(jī)引進(jìn)技術(shù)不斷得到消化吸收，國內(nèi)高等院校和科研院所的科研攻關(guān)，使我國自行開發(fā)和研制振動壓路機(jī)的能力有較大的提高。1990年西安公路交通大學(xué)與徐州工程機(jī)械廠共同開發(fā)的10t振蕩壓路機(jī)，標(biāo)志著我國振動壓路機(jī)科研和產(chǎn)品開發(fā)達(dá)到新的水平。進(jìn)入90年代的“八五”、“九五”期間，我國壓路機(jī)呈迅速增長之勢，最近2-3年，又增加了20多家，使壓路機(jī)制造企業(yè)總數(shù)已超過70家。能生產(chǎn)4t-24t靜碾、16tt-30t振動壓路機(jī)等品種，并出現(xiàn)了多種規(guī)格的拖式、沖擊式、蟹行式等特殊用途振動壓路機(jī)。在技術(shù)質(zhì)量方面，先進(jìn)的全液壓技術(shù)及鉸接轉(zhuǎn)向已得到普遍推廣應(yīng)用，其余基本上達(dá)到了當(dāng)今世界壓路機(jī)的先進(jìn)水平。特別是最近出現(xiàn)了大噸位鉸接式全液壓驅(qū)動光輪靜碾壓路機(jī)及大噸位全液壓國際配套的振動壓路機(jī)，以及全液壓拖式振動壓路機(jī)等，可完全與當(dāng)今世界最先進(jìn)水平相媲美。因此，無論從品種規(guī)格方面，還是從技術(shù)質(zhì)量方面，我國壓路機(jī)都基本能滿足國內(nèi)建設(shè)的需求，并有一定數(shù)量的出口。在我國壓路機(jī)產(chǎn)品中，機(jī)械振動占37.1%，居第一位。第二為靜碾鋼輪占31.5%，全液壓振動占22.2%，居第三位。輪胎式及雙鋼輪量都很小，分別占3.2%%。從發(fā)展趨勢看，今后靜碾壓路機(jī)的產(chǎn)品數(shù)量會進(jìn)一步減少，特別是小噸位靜碾壓路機(jī)，由于技術(shù)落后，效率低，金屬材料及能耗高，盡管價格低，今后也會逐漸被小型振動壓路機(jī)所代替。輪胎式壓路機(jī)，特別是大噸位輪胎振動壓路機(jī)，由于它壓實(shí)路面的特殊優(yōu)越性能，使其在高等級公路建設(shè)中成為不可替代的產(chǎn)品，隨著我國高等級公路，特別是高速公路建設(shè)力度的加大，輪胎式壓路機(jī)市場占有率將有比較大的增長。在振動壓路機(jī)中，目前國內(nèi)機(jī)械驅(qū)動振動壓路機(jī)比全，液壓驅(qū)動還多，主要是在我國目前購買力情況下的價格影響。全液壓驅(qū)動振動壓路機(jī)在壓實(shí)性能、操縱方便性、舒適性等各方面都大大優(yōu)于機(jī)械驅(qū)動振動壓路機(jī)。在國外發(fā)達(dá)國家，振動壓路機(jī)基本上都是全液壓驅(qū)動。隨著我國對基礎(chǔ)壓實(shí)要求越來越高及購買力的提高，全液壓驅(qū)動振動壓路機(jī)將會逐漸取代機(jī)械驅(qū)動振動壓路機(jī)。雙鋼輪振動壓路機(jī)，目前只占市場總量的3.5%，市場份額很小。今后雙鋼輪振動壓路機(jī)將有比較大的發(fā)展空間。雙鋼輪串聯(lián)式振動壓路機(jī)原先只用于壓實(shí)路面，目前已擴(kuò)展到壓實(shí)土壤鋪層。壓實(shí)土壤時，比單鋼輪提高效率80%以上，且壓實(shí)效果更好，因此，10t以上雙驅(qū)雙振的雙鋼輪振動壓路機(jī)今后將會得到進(jìn)一步發(fā)展。同時，行駛速度在每小時15km以上，機(jī)動性較好的、4t以下的小型串聯(lián)式雙鋼輪振動壓路機(jī)，作為公路養(yǎng)護(hù)壓路機(jī)用有比較大的發(fā)展空間。由于近年來我國公路，特別是高速公路發(fā)展速度很快，公路養(yǎng)護(hù)機(jī)械特別是高速公路養(yǎng)護(hù)機(jī)械，包括養(yǎng)護(hù)壓路機(jī)在內(nèi)，跟不上發(fā)展需要。1999年我國進(jìn)口的200多臺壓路機(jī)中，雙鋼輪振動壓路機(jī)占了絕大部分，據(jù)工程機(jī)械信息2000年第3期報道，1998,1999兩年，從英格索蘭一家公司進(jìn)口的雙鋼輪振動壓路機(jī)就達(dá)1600臺之多。因此，國內(nèi)壓路機(jī)企業(yè)應(yīng)把雙鋼輪振動壓路機(jī)盡快搞上去。還有近年來開始發(fā)展起來的大噸位拖式振動壓路機(jī)及沖擊式壓路機(jī)也有相當(dāng)大的發(fā)展空間。大噸位拖式振動壓路機(jī)對大填方的壓實(shí)施工具有比一般振動壓路機(jī)壓實(shí)效果更好、效率更高的優(yōu)越性。但以前的拖式振動壓路機(jī)都是用機(jī)械驅(qū)動，性能差，特別是可靠性更差，因此應(yīng)用很少。而近年來將液壓驅(qū)動用于拖式振動壓路機(jī)上，性能及可靠性發(fā)生了根本變化，徹底解決了機(jī)械驅(qū)動拖式壓路機(jī)不能解決的問題，且使用費(fèi)用也較低，是一種很有前途的壓路機(jī)。沖擊式壓路機(jī)是國外70年代才出現(xiàn)的新型壓路機(jī)，由于技術(shù)問題尚未完全解決，一直未得到推廣應(yīng)用，直到90年代才開始投入實(shí)際使用。沖擊式壓路機(jī)特別適用于濕陷性黃土壓實(shí)，其它壓路機(jī)對這種土壤壓實(shí)效果都不好。同時還特別適宜大面積深填土石方的壓實(shí)工作。另外，在路基工程中，沖擊壓實(shí)可以減少路基施工后沉降。因此沖擊式壓路機(jī)的市場前景較好。國內(nèi)外壓路機(jī)的發(fā)展趨勢【28】①超高級路面的振動壓實(shí)技術(shù)的發(fā)展為了能以適當(dāng)?shù)臏囟瓤刂茐簩?shí)超高級路面(Superpave)材料，需要提高碾壓速度，同時提高振動頻率，以保持振動壓實(shí)混合材料的時間間隔，從而保證密實(shí)度。目前，世界上各主要壓路機(jī)生產(chǎn)企業(yè)均開展了這一方面的研制工作?？ㄌ乇死展?、戴納帕克公司、酒井公司海帕克公司等通過對兩輪振動壓路機(jī)的改進(jìn)，提高了振動頻率和激振力。操作者能舒適地、自動地控制振動輪的振動頻率和振幅，實(shí)現(xiàn)在保證質(zhì)量的同時進(jìn)行高速壓實(shí)。由于從高到低設(shè)置有多級頻率和振幅，使這些產(chǎn)品能夠在高速狀態(tài)下壓實(shí)較多結(jié)構(gòu)類型的土壤，從而提高施工范圍和施工效率。②振動技術(shù)不斷創(chuàng)新寶馬公司為了滿足高密實(shí)度精度的使用要求，研制出雙鋼輪自動控制壓實(shí)系統(tǒng)“Variomatic”，簡稱BVM。該系統(tǒng)的特點(diǎn)是能自動判別和控制所需壓實(shí)力的大小，也可稱自動調(diào)幅壓實(shí)系統(tǒng)。其主要工作裝置由兩根反向旋轉(zhuǎn)的軸組成，工作時旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力經(jīng)幾何疊加形成定向振動，定向振動系統(tǒng)是BVM的基礎(chǔ)。BVM系統(tǒng)的獨(dú)到之處是振動方向可變化，它能自動調(diào)節(jié)定向振動的施振方向，在壓實(shí)過程中可根據(jù)壓實(shí)面剛度的變化或壓路機(jī)的行駛方向的變化調(diào)節(jié)施振方向，從而達(dá)到調(diào)節(jié)振幅的目的。其它如美國英格索蘭t～1.6t的8種不同激振力輸出，基本上可以滿足所有土壤類型路面的碾壓需要。此外，還有水平振動壓實(shí)技術(shù)。它是利用土壤力學(xué)中交變剪應(yīng)變原理，使土壤等材料的顆粒重新排列來進(jìn)行密實(shí)的。德國Hamm公司首先根據(jù)這一原理開發(fā)出了振蕩壓路機(jī)，它利用兩根偏心軸同步旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生相互平行的偏心力，形成交變扭矩，使振動輪產(chǎn)生振蕩作用，形成對地面的壓實(shí)。為了增強(qiáng)壓實(shí)效果和提高壓實(shí)效率，國外一些產(chǎn)品還普遍采用了超高頻振動技術(shù)，振動頻率超過了HZ，使壓路機(jī)迅速達(dá)到所需密實(shí)度的高輸出力，可有效提高壓實(shí)的速度。③適時監(jiān)測、自動化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用隨著現(xiàn)代新技術(shù)革命的興起，特別是微電子技術(shù)、自動控制技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)等高科技的迅速發(fā)展，引導(dǎo)著壓實(shí)機(jī)械向著自動化、智能化和機(jī)器人化的方向發(fā)展。在壓實(shí)過程監(jiān)測技術(shù)方面，德國的BTM壓實(shí)計利用振動部件與基礎(chǔ)之間相互作用的動力特性來判斷壓實(shí)進(jìn)程。這種方法的原理是建立在當(dāng)?shù)孛嬖谡駝硬考淖饔孟轮鸩綁簩?shí)時，地面與機(jī)器系統(tǒng)的動力特性也在變化，這種變化將指示出地面承壓能力變化的相對數(shù)值，從而也反映了地面被壓實(shí)的程度。其BTM05型計算機(jī)壓實(shí)控制測量系統(tǒng)，可以進(jìn)行連續(xù)和實(shí)時測量并處理壓實(shí)過程中壓實(shí)度的變化情況，可顯示或打印出壓實(shí)層剖面各點(diǎn)的壓實(shí)質(zhì)量。在此基礎(chǔ)上該公司又開發(fā)出一種可與微機(jī)相連的離線處理系統(tǒng)BCM03，數(shù)據(jù)經(jīng)處理后可以繪制出整個壓實(shí)地區(qū)的壓實(shí)質(zhì)量圖。同時在德國Bomag，瑞典Dynapac等公司的壓路機(jī)產(chǎn)品上，微電腦技術(shù)已在各工作系統(tǒng)中被廣泛應(yīng)用，如工作系統(tǒng)的監(jiān)控、驅(qū)動系統(tǒng)的防滑轉(zhuǎn)裝置、整機(jī)的故障自動檢測系統(tǒng)等。它們的基本原理是預(yù)先將整機(jī)各工作系統(tǒng)的有關(guān)工況信息編制成軟件，在整機(jī)工作過程中，安裝在各工作裝置上的傳感器不斷向微處理器發(fā)送出設(shè)備運(yùn)行中有關(guān)的信號或數(shù)據(jù)，經(jīng)計算機(jī)處理后在LCD顯示屏上顯示出相應(yīng)的文字、圖像或聲光信息(報警)。在非報警時，操作人員還可以隨時通過該系統(tǒng)查詢所關(guān)心的整機(jī)工作信息，如溫度、轉(zhuǎn)速、油量等。在智能化、網(wǎng)絡(luò)化的應(yīng)用上，德國Bomag公司已將網(wǎng)絡(luò)傳輸和衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GPS)應(yīng)用于相應(yīng)的產(chǎn)品上。通過此系統(tǒng)，壓路機(jī)的位置可以被非常精確地記錄下來，并能確定壓實(shí)的位置和保證壓實(shí)質(zhì)量。它通過安裝在壓路機(jī)上的GPS脈沖裝置，將整機(jī)的工作情況如整機(jī)的工作區(qū)域、工作軌跡、碾壓密實(shí)度等GPS信號，傳輸?shù)娇臻g衛(wèi)星上；空間衛(wèi)星將匯集到的信息形成圖像或數(shù)據(jù)信息重新發(fā)送到安裝在壓路機(jī)上的GPS接收裝置上并在PC機(jī)上顯示；并可同時通過地面的GPS信號裝置向壓路機(jī)發(fā)出指令，啟動自動調(diào)幅機(jī)構(gòu)，隨時調(diào)節(jié)工作激振力的大小，以達(dá)到路面規(guī)定的密實(shí)度要求。有的壓路機(jī)還在機(jī)身周圍布置方向傳感器和超聲波發(fā)射接收裝置，壓路機(jī)在行駛時若遇到障礙，接收裝置就會接收到障礙物反射回的反射波，觸發(fā)警報器，提醒駕駛員注意；如果和操作人員的手持式傳感遙控器相連接，就能實(shí)現(xiàn)信息的遠(yuǎn)距離自由傳遞，并實(shí)現(xiàn)整機(jī)的無人駕駛。④注重人性化設(shè)計的理念，提高產(chǎn)品的舒適性和安全性國外工程機(jī)械產(chǎn)品在人性化設(shè)計方面做了大量細(xì)致、有效的工作，盡力滿足操作人員希望達(dá)到的美觀、實(shí)用、舒適等需求。除了前面提到的座椅高度的升降、前后左右的滑移和旋轉(zhuǎn)、靠背的前后及角度調(diào)節(jié)外，還考慮了諸如扶手的上下浮動、方向盤角度的隨動、腳蹬與扶攔的協(xié)調(diào)、文件袋的設(shè)置，急救包的配備、操縱臺的布置、儀表燈光的安裝布置及操作繁簡程度等，這些設(shè)計充分考慮了人的生理特點(diǎn)和行為習(xí)慣，盡量減輕駕駛員的勞動強(qiáng)度，以減少操作失誤，體現(xiàn)最大限度地滿足用戶的使用意愿。工程機(jī)械的舒適性涉及面很廣，如司機(jī)的駕駛環(huán)境、操作過程、維護(hù)及保養(yǎng)性等，其中最主要的是駕駛環(huán)境。目前，國外振動壓路機(jī)的駕駛室有逐漸向汽車駕駛室的標(biāo)準(zhǔn)靠近的趨勢，表現(xiàn)在內(nèi)部結(jié)構(gòu)大量采用模塊化成形零件，外觀考究，整體布置舒適合理，并根據(jù)壓路機(jī)經(jīng)常需要前后行駛作業(yè)的特點(diǎn)，特別注意追求視野寬闊、等視距效果，并配備有換氣、空調(diào)、暖風(fēng)、電視監(jiān)測等設(shè)施。在操縱及控制方面，大量采用電控或電液聯(lián)控，使操作輕便靈活。在駕駛室整體結(jié)構(gòu)上，加大了人機(jī)工程造型藝術(shù)的應(yīng)用，駕駛室的四周設(shè)有超大鋼化玻璃門窗，豪華司機(jī)座椅可前后、左右、上下滑動和移動，靠背角度可任意調(diào)節(jié)，駕駛室可整體翻轉(zhuǎn)或滑移，提高了對設(shè)備內(nèi)部維修養(yǎng)護(hù)的方便性。在駕駛室與機(jī)身之間設(shè)置多層電子橡膠阻尼元件，振動輪與機(jī)身采用柔性聯(lián)接，使壓路機(jī)的驅(qū)動部分與振動部分處在兩個單元上，動力靠液壓系統(tǒng)傳過去，而振動輪的振動卻很少能傳過來；加上駕駛室采用優(yōu)質(zhì)橡膠元件，振動輪與框架之間裝有彈性減振器，使座椅的振幅大幅減小，妥善地解決了既要提高振動效果又要防止有害振動這一矛盾，極大地提高了操作的舒適性和維護(hù)的方便性，體現(xiàn)了很高的人機(jī)造型藝術(shù)。在安全性方面，普遍采用了防傾翻及落物保護(hù)的駕駛室或獨(dú)立的防傾翻及落物保護(hù)裝置，并配有重型工程座椅及安全帶。在剎車系統(tǒng)上普遍采用了鉗盤式氣推液的無動力制動系統(tǒng)，可在失去動力的緊急情況下，實(shí)現(xiàn)整機(jī)的有效制動。在驅(qū)動系統(tǒng)中，通過采用防滑轉(zhuǎn)技術(shù)，極大地提高了整機(jī)的驅(qū)動性能，使整機(jī)的爬坡能力達(dá)到50%以上。如采用這項技術(shù)的英國Benford公司研制的SP2012D-HC振動壓路機(jī)，能夠在1∶2的斜坡上壓實(shí)含8％膨潤土濃縮沙子的材料，且進(jìn)行幾次振動壓實(shí)就能達(dá)到規(guī)定的密實(shí)度。⑤注重綠色環(huán)保設(shè)計為滿足日益苛刻的環(huán)保要求，國外振動壓路機(jī)生產(chǎn)廠商紛紛引入綠色環(huán)保設(shè)計的理念。目前，主要是從降低zz.shtml"發(fā)動機(jī)尾氣排放、減少振動和降低噪音幾個方面入手。國外一些振動壓路機(jī)在設(shè)計和試制過程的開始就注意尋找降低噪音、振動、廢氣產(chǎn)生的原因、部位，積極探求并采取措施將其設(shè)法消除。如在尾氣凈化方面，卡特彼勒公司生產(chǎn)的部分產(chǎn)品，通過應(yīng)用燃油電控噴射、廢氣再循環(huán)和使用催化凈化器等新技術(shù)，已能滿足EPATierII和EUStageII排放標(biāo)準(zhǔn)；其某些型號柴油機(jī)更由于采用了新型的ADEM微處理柴油噴射電子控制模塊，噴射壓力提高22％，使燃油霧化程度得到提高，燃燒充分、高效，不但減少了尾氣有害物的含量，更使輸出扭矩增大35％。在降低噪音方面，通過大量使用彈性支承、彈性阻尼元件，以及提高各機(jī)構(gòu)中各運(yùn)動體、執(zhí)行件的制作、裝配精度，提高駕駛室的密封性，選用合適的輪胎等，來降低機(jī)械、液壓和輪胎噪聲；還有一些廠家的產(chǎn)品使用了表面涂覆有吸聲材料的罩殼，起到了良好的隔音作用，使機(jī)外噪聲降至72aB以下，取得了較好的應(yīng)用及環(huán)保效果。以上僅僅是國外振動壓路機(jī)技術(shù)先進(jìn)性的幾個側(cè)面，但是代表了國外產(chǎn)品在設(shè)計開發(fā)方面的發(fā)展趨勢。國內(nèi)的壓路機(jī)生產(chǎn)制造企業(yè)應(yīng)該充分認(rèn)識到自身產(chǎn)品在技術(shù)性能上與國外的先進(jìn)產(chǎn)品存在的差距，找出自己的不足，借鑒和學(xué)習(xí)國外產(chǎn)品的先進(jìn)技術(shù)，結(jié)合國內(nèi)市場需要不斷創(chuàng)新，才能提高國產(chǎn)振動壓路機(jī)的競爭力。研究問題的提出振動壓路機(jī)是依靠自重和振動的聯(lián)合作用來壓實(shí)路基及路面材料，使被壓實(shí)的材料具有足夠的壓實(shí)度。壓實(shí)可以充分發(fā)揮路基和路面材料的強(qiáng)度，可以減少路基、路面在行車荷載下產(chǎn)生的形變，還可以增加路基和路面材料的不透水性和強(qiáng)度穩(wěn)定性。在現(xiàn)代建筑工程施工中，壓實(shí)起著比過去更為重要的作用。在最近幾年，工程界對壓實(shí)的重要性和影響有了更深入的了解。壓實(shí)施工階段實(shí)際是建筑工程最基礎(chǔ)的工作?，F(xiàn)在全世界的建筑工程都要求對土壤進(jìn)行有效的壓實(shí)，以便承受新建的高速公路、機(jī)場、海港、堤壩、鐵路和建筑基礎(chǔ)的更大的負(fù)荷。由于振動壓路機(jī)壓實(shí)效果好，影響深度大，生產(chǎn)率高，而且適用于各種土壤的壓實(shí)，因此，振動壓路機(jī)逐漸成為許多壓實(shí)工作的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備和首選設(shè)備。振動壓路機(jī)工作時偏心塊高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生離心力，振動輪在這個力的作用下產(chǎn)生強(qiáng)迫振動，振動輪下面的土也隨之振動。因此，為了在仿真實(shí)驗中研究振動壓路機(jī)作業(yè)時被壓實(shí)的基礎(chǔ)、振動輪(下車)、機(jī)架(上車)的動態(tài)響應(yīng)，必須把振動壓路機(jī)連同被壓實(shí)的土視為一個振動系統(tǒng)，并進(jìn)行必要的合理等效簡化，才能達(dá)到合理的仿真效果國內(nèi)外的許多專家學(xué)者對振動壓路機(jī)的研究做了大量的工作，為振動壓路機(jī)的設(shè)計和生產(chǎn)提供了許多寶貴的意見和建議。如70年代美國學(xué)者T.s.yo和E.T.selig在完全彈性振動理論的基礎(chǔ)上建立振動壓路機(jī)兩自由度模型，分析了振動輪質(zhì)量的變化、土壤剛度和阻尼以及對振動壓路機(jī)壓實(shí)性能的影響。T.s.yoo和E.T.selig的研究對振動壓路機(jī)設(shè)計時參數(shù)的選取和樣機(jī)實(shí)驗時整機(jī)性能的估計有重要的指導(dǎo)意義，同時也為振動壓路機(jī)整機(jī)參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計奠定了基礎(chǔ)。J.M.麥切特在流變模型的基礎(chǔ)上也建立了相同的數(shù)學(xué)模型來計算振動力與激振頻率之間的關(guān)系。研究表明，頻率變化的影響是有限的，振動力與離心力之間不存在直接關(guān)系，超過某一振動強(qiáng)度之后振動輪就開始脫離地面(跳振)。國內(nèi)學(xué)者對振動壓路機(jī)振動系統(tǒng)的研究是從80年代初期才開始的。他們也主要采用兩自由度數(shù)學(xué)模型對振動壓路機(jī)的各種振動特性進(jìn)行研究。為了達(dá)到更好的壓實(shí)效果，對振動加速度與土壤壓實(shí)度（本文一律換算成土壤剛度）的聯(lián)系進(jìn)行進(jìn)一步研究，成為目前要解決的重中之重。振動壓路機(jī)是一個多自由度振動系統(tǒng)，為了計算方便而將其簡化具有單自由度的數(shù)學(xué)模型，這種處理方法必然會給理論分析帶來一定誤差。為了更真實(shí)地反映振動壓路機(jī)的實(shí)際工作情況，本文利用COSMOSMOTIOM仿真軟件與三維設(shè)計軟件SOLIDWORKS建立了振動壓路機(jī)整機(jī)分析模型(圖2-1)。并且先對振動輪的模態(tài)剛度的安全性作了必要的基于有限元法的分析驗證，結(jié)果可靠。該模型可對振動壓路機(jī)的接地工況和跳振工況進(jìn)行分析;并能方便地修改參數(shù)，研究振動壓路機(jī)在不同參數(shù)條件下的動態(tài)響應(yīng);最后還研究了連續(xù)壓實(shí)控制條件下振動壓路機(jī)工作頻率，振動加速度的幅值和振幅隨材料剛度變化關(guān)系。并且總結(jié)出有可能達(dá)到理想工況下的一組關(guān)系式（見式5.1、5.2、5.3、5.4）。研究路線步驟一：考察實(shí)際工程中的某型雙鋼輪振動式壓路機(jī)，提取相關(guān)參數(shù)與內(nèi)部構(gòu)造，并進(jìn)一步搜集相關(guān)信息。步驟二：基于三維設(shè)計軟件SOLIDWORKS，從提取的參數(shù)與尺寸入手，構(gòu)建出幾何模型。步驟三：對三維模型中的主要作業(yè)部件振動輪單獨(dú)提取出來，進(jìn)行有限元模態(tài)分析，驗證結(jié)構(gòu)的模態(tài)剛度是否符合要求，為進(jìn)一步的動力學(xué)分析提供基礎(chǔ)。步驟四：對三維模型進(jìn)行動力學(xué)參數(shù)定義，設(shè)置邊界條件與步驟一提取出來的參數(shù)，根據(jù)振動壓路機(jī)-土的振動系統(tǒng)的力學(xué)原理，對模型進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，得到仿真模型。步驟五：分析各種工況，分析壓路機(jī)的各種相關(guān)工況，得到相關(guān)結(jié)論，總結(jié)出相關(guān)的基于虛擬仿真的比較粗略的經(jīng)驗公式，為下一步研究振動加速度與土壤剛度的聯(lián)系奠定基礎(chǔ)。步驟六：從一個區(qū)間等分設(shè)置土壤剛度，分別進(jìn)行仿真，得到振動加速度與土壤的剛度之間的相關(guān)聯(lián)系，并且作出力學(xué)解釋。步驟七：對研究工作作出總結(jié)，并且提出展望。第二章振動壓實(shí)基礎(chǔ)概念與振動壓路機(jī)特點(diǎn)【28】壓實(shí)是用外力使材料壓實(shí)度獲得提高的作用方法。土中包含有礦物顆粒和孔隙，部分孔隙被水和空氣所填充。壓實(shí)使顆粒發(fā)生位移，孔隙體積減少，顆粒間的水分和空氣被擠壓出來。在壓實(shí)過程中，主要發(fā)生的物理現(xiàn)象是顆粒重新排列、互相靠近和小顆粒進(jìn)入大顆粒的孔隙中。目前關(guān)于振動壓路機(jī)壓實(shí)機(jī)理的研究已經(jīng)取得了一定的進(jìn)展，工程技術(shù)界提出了幾種有關(guān)振動壓實(shí)機(jī)理的學(xué)說：土的共振學(xué)說、反復(fù)載荷學(xué)說、內(nèi)摩擦減小學(xué)說、交變剪應(yīng)變學(xué)說。這些觀點(diǎn)雖然各自可以解釋某一類振動壓實(shí)現(xiàn)象，但不能全面解釋各種振動壓實(shí)現(xiàn)象。實(shí)際上，土在壓實(shí)過程中，無論是靜碾壓實(shí)還是振動壓實(shí)，只有當(dāng)土中產(chǎn)生的剪應(yīng)力大于土的抗剪強(qiáng)度即時，才能使土顆粒重新排列，土體壓實(shí)變密。因此，必須考慮振動對土體剪應(yīng)力和抗剪強(qiáng)度的影響，才能有效分析振動壓實(shí)機(jī)理。振動對材料剪應(yīng)力的影響振動壓實(shí)過程中，土體承受的壓力為靜壓力與動壓力之和。土體承受的最大壓力大于靜碾壓實(shí)過程中土體承受的壓力，即振動壓實(shí)過程中土體承受的最大剪應(yīng)力大于相同條件下靜碾壓實(shí)過程中土體承變的剪應(yīng)力，因而土體易于壓實(shí)。振動壓實(shí)對土體剪應(yīng)力的影響與被壓實(shí)土的種類無關(guān)。振動對不同材料壓實(shí)強(qiáng)度的影響振動壓實(shí)對土體剪應(yīng)力的影響與被壓實(shí)土的種類無關(guān)，但是對土體抗剪強(qiáng)度的影響卻與土的種類有密切聯(lián)系。由土力學(xué)的知識可知，土的抗剪強(qiáng)度與法向應(yīng)力的關(guān)系可由庫侖定律表示為:（2.1）式中:——土的抗剪強(qiáng)度c——作用在剪切面上的法向應(yīng)力——土的內(nèi)聚力——土的內(nèi)摩擦角土由各種粒徑和形狀不同的顆粒組成，顆粒間的空隙中存在著水和氣體。由于土的成分不同，其特性也有很大差異。一般大致可把土分為粘性土和非粘性土兩大類。粘性土顆粒細(xì)小，顆粒的礦物成分、顆粒的結(jié)構(gòu)形式以及土與水的相互作用和膠結(jié)物質(zhì)的存在，形成了復(fù)雜的物理化學(xué)現(xiàn)象。它在壓實(shí)過程中形成的剪切阻力主要是內(nèi)聚力。無粘性土在壓實(shí)過程中形成的剪切阻力主要是土顆粒間的內(nèi)摩擦力，砂、礫、碎石等均屬無粘性土。無粘性土的摩擦性質(zhì)涉及到顆粒間的相對移動，其物理過程包括兩部分:一是顆粒的滑動產(chǎn)生滑動摩擦;二是顆粒與相鄰顆粒脫離咬合而移動產(chǎn)生咬合摩擦。咬合摩擦是由于相鄰顆粒對相對移動起約束作用而形成的。因為顆粒相互咬合，阻礙相對移動，顆粒必須首先豎立，跨過相鄰顆粒才能移動，所以隨著咬合作用的破壞，一般都會發(fā)生體積增大即剪脹效應(yīng)。滑動摩擦是顆粒接觸面粗糙不平形成的微細(xì)咬合作用。顆粒間距離的微弱增長，會使微細(xì)咬合作用產(chǎn)生很大的衰減。如果振動能使顆粒間的距離產(chǎn)生微弱增長，就會使滑動摩擦減小。振動壓實(shí)過程中，振動輪下面的土體顆粒也隨著振動。當(dāng)其它條件相同時，土顆粒的慣性力與顆粒質(zhì)量成正比。當(dāng)土顆粒質(zhì)量較小時，土顆粒的慣性力也較小，它將在自己原來的位置振動。當(dāng)土顆粒質(zhì)量足夠大，土顆粒的慣性力足以克服周圍其它土顆粒內(nèi)聚力的作用時，土顆粒將偏離自己原來的位置，導(dǎo)致滑動摩擦減小。具有良好級配的砂土，相鄰?fù)令w粒間的粒徑大小不同，即它們的顆粒質(zhì)量不同，因此具有不同的慣性力，這種差別必然會使顆粒間的距離發(fā)生微小的變化，對顆粒間的微細(xì)咬合作用產(chǎn)生很大的衰減，導(dǎo)致內(nèi)摩擦減小。實(shí)驗證明，當(dāng)振動加速度在g-O.5g時，砂的內(nèi)摩擦力已經(jīng)減少。在飽和砂中，為了消除幾乎全部內(nèi)摩擦力所需的最小加速度為綜上所述，振動可以顯著減小滑動摩擦。由于滑動摩擦對不同材料抗剪強(qiáng)度所起的作用不同，所以振動對不同材料抗剪強(qiáng)度的影響也不同。振動可以顯著減小無粘性土的抗剪強(qiáng)度，但對粘性土抗剪強(qiáng)度的影響可以忽略不計。振動壓路機(jī)的主要性能與結(jié)構(gòu)特點(diǎn)介紹.1振動壓路機(jī)的主要性能特點(diǎn)與靜作用壓路機(jī)相比，振動壓路機(jī)具有以下的性能特點(diǎn)：①同樣質(zhì)量的振動壓路機(jī)比靜作用壓路機(jī)的壓實(shí)效果好，壓實(shí)后的基礎(chǔ)壓實(shí)度高，穩(wěn)定性好。②振動壓路機(jī)的生產(chǎn)效率高。當(dāng)所要求的壓實(shí)度相同時，碾壓遍數(shù)少。③壓實(shí)瀝青混凝土上面層時，由于振動作用，可使面層的瀝青材料能與其他集料充分滲透，揉合，故路面耐磨性好，返修率低。③機(jī)載壓實(shí)度在振動壓路機(jī)上的應(yīng)用使駕駛員可以及時發(fā)現(xiàn)施工道路中的薄弱點(diǎn)，隨時采取補(bǔ)救措施，大大減少質(zhì)量隱患。④可壓實(shí)大粒徑的回填石等靜作用難以壓實(shí)的物料。⑤由于其振動作用，可壓實(shí)干硬性水泥混凝土（即RCC材料）。⑥壓實(shí)效果相同的情況下，振動壓路機(jī)的結(jié)構(gòu)質(zhì)量為靜作用壓路機(jī)的一半，發(fā)動機(jī)的功率可降低30%左右。但是，由于振動壓路機(jī)的振動作用，給周邊環(huán)境以及人體帶來一定的公害，限制了振動壓路機(jī)的使用范圍，在人口密集地區(qū)，危房區(qū)，靠近裝有精密儀器的建筑物以及橋梁路面等處都不適合使用振動壓路機(jī)進(jìn)行壓實(shí)作業(yè)，另外，由于振動對人體健康的影響，減振效果不好的振動壓路機(jī)對駕駛員的傷害比較大。.2振動壓路機(jī)的主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)無論振動壓路機(jī)在結(jié)構(gòu)上的差異有多大，任何振動壓路機(jī)都裝有振動器，當(dāng)振動壓路機(jī)工作時，振動器將產(chǎn)生振動的干擾力。在干擾力的作用下，振動壓路機(jī)的工作部件（振動輪）將產(chǎn)生具有一定的振幅跟頻率的振動。這就是振動壓路機(jī)在原理上與靜作用壓路機(jī)的根本區(qū)別。通常，振動壓路機(jī)的振動器是由振動軸和安裝在振動軸上的一組偏心塊組成，當(dāng)振動壓路機(jī)作業(yè)時，振動軸帶動偏心塊高速旋轉(zhuǎn)，此時偏心塊產(chǎn)生的離心力形成了“壓路機(jī)-土”的振動系統(tǒng)的干擾力。振動壓路機(jī)的下車（振動輪在這個干擾力的作用下產(chǎn)生強(qiáng)迫振動，強(qiáng)迫振動的頻率等于干擾力的頻率。此時，振動輪將其振動作用傳遞到土或者其他被壓實(shí)的材料上。壓路機(jī)連其被壓實(shí)材料一起產(chǎn)生強(qiáng)迫振動，這就是“壓路機(jī)-土”的振動系統(tǒng)。根據(jù)振動器安裝形式的差異，振動壓路機(jī)有如下幾種形式：①定向振動壓路機(jī)定向振動壓路機(jī)具有兩個在垂直平面上對稱布置的振動器。這兩個振動器的偏心塊轉(zhuǎn)速相等但是方向相反。當(dāng)振動軸帶動偏心塊高速旋轉(zhuǎn)時，兩個偏心塊產(chǎn)生的離心力的水平分量互相抵消，垂直分量相互疊加，從而形成了純垂直方向的干擾力，使“壓路機(jī)-土”的振動系統(tǒng)在理論上產(chǎn)生垂直振動。這種振動壓路機(jī)的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，在實(shí)際壓實(shí)作業(yè)中沒有突出的優(yōu)越性，所以很少采用②擺振式振動壓路機(jī)擺振式壓路機(jī)在工作時呈現(xiàn)擺動振動狀態(tài)，因此在任何一個工作的瞬時，振動壓路機(jī)總是保持一個振動輪接觸地面。擺振式振動壓路機(jī)具有兩個振動器。一個安裝在前輪中心上，另外一個安裝在后輪中心上。兩個振動器的偏心塊具有180°的相位差。工作時兩個振動器由一個齒型帶驅(qū)動，這樣即保持兩個振動器在工作時旋轉(zhuǎn)方向相同，又可保持他們之間的相位差不變，由于兩個振動器存在180°的相位差，一個振動器的離心力方向朝上時候，另外一個振動器的離心力的方向朝下。因而在理論上，擺振式振動壓路機(jī)總是保持一個振動輪跳離地面，使整機(jī)工作的時候除了具備振動特性外，還具有前后擺動的特點(diǎn)，故成為擺振式振動壓路機(jī)。由于擺振式振動壓路機(jī)永遠(yuǎn)只有一個振動輪接觸地面，因而它可以在相同的質(zhì)量的情況下，得到比較高的線壓力跟比較高的沖擊能力，德國寶馬公司的BW90型手扶振動壓路機(jī)采用的就是這種結(jié)構(gòu)。③外振式振動壓路機(jī)外振式振動壓路機(jī)具有兩層機(jī)架，即是上機(jī)架跟下機(jī)架。上下機(jī)架之間由減振器連接。振動器安裝在下機(jī)架上，當(dāng)振動軸帶動偏心快告訴旋轉(zhuǎn)時，下機(jī)架連同下機(jī)架上的振動輪一起振動。這種振動壓路機(jī)的振動器結(jié)構(gòu)簡單，非常便于維修保養(yǎng)，所以很多手扶式振動壓路機(jī)采用這種結(jié)構(gòu)。④內(nèi)振式振動壓路機(jī)目前絕大多數(shù)振動壓路機(jī)采用內(nèi)振式結(jié)構(gòu)，內(nèi)振式壓路機(jī)的振動器安裝在振動軸上，而振動軸又是振動輪的回轉(zhuǎn)軸，當(dāng)振動壓路機(jī)工作時，振動軸帶動偏心塊高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生而產(chǎn)生離心力，振動輪在這個離心力的作用下產(chǎn)生圓周振動。由于這種振動壓路機(jī)的振動器的結(jié)構(gòu)緊湊，操作使用非常安全，因此，絕大多數(shù)振動壓路機(jī)的振動系統(tǒng)采用內(nèi)振式結(jié)構(gòu)。第三章振動壓路機(jī)的動力學(xué)仿真模型的建立振動壓路機(jī)的動力學(xué)模型的建立【31】本節(jié)以雙驅(qū)雙振振動壓路機(jī)為例，建立“壓路機(jī)一土”振動系統(tǒng)的動力學(xué)模型如圖2-1所示。

圖4-1仿真對象等效力學(xué)模型原理圖Figure4-1Equivalentmechanicalmodelofthetargetsimulationschematic（4.1）振動輪本身的質(zhì)量加上受到的當(dāng)量荷載為m，把振動輪跟機(jī)架的一部分看作一體,土壤阻尼為c,土壤剛度為k，振動力為F0，為振動周期。為了列出描述該振動系統(tǒng)的單自由度簡諧振動的微分方程，在模型中提出以下幾點(diǎn)假設(shè)：①假設(shè)土是具有一定剛度和阻尼的彈性體。②兩振動輪的結(jié)構(gòu)尺寸相同，兩振動輪與機(jī)架間減振器的剛度和阻尼比也相同。只取前輪作為分析對象與前輪受到的重力荷載（包括機(jī)架）M，以及土的剛度K以及阻尼比C作為“壓路機(jī)-土”的等效動力學(xué)模型的參數(shù)。③振動輪始終與土保持緊密接觸。在壓實(shí)過程中，土的塑性變形主要發(fā)生在靜碾預(yù)壓的前兩遍，而在以后的振動壓實(shí)過程中塑性變形則相對較小，土主要表現(xiàn)為彈性變形?！?1】因此，在振動壓實(shí)過程中，特別是當(dāng)壓實(shí)接近終了時，可將土簡化成具有一定剛度和阻尼的彈性體。偏心塊旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生離心力，離心力的水平分量和垂直分量分別使“壓路機(jī)一土”的振動系統(tǒng)產(chǎn)生水平振動和垂直振動。實(shí)驗證明，振動輪振動的水平分量幾乎全部通過被壓材料表面之間的相互滑動而被分散掉，因而水平振動的影響深度小，僅對表層的壓實(shí)效果有較大的影響。為簡單起見，在模型中只考慮離心力垂直分量的影響【31】。此模型僅是簡單的單自由度模型，仿真過程比此模型受力情況略顯復(fù)雜，考慮了重力，“跳振”等因素。振動壓路機(jī)正常工作時，振動輪與土始終保持緊密接觸(接地工況)，但當(dāng)振動強(qiáng)度過大或土的剛度增加，振動輪往往發(fā)生跳離地面的現(xiàn)象(跳振工況)。嚴(yán)重的跳振現(xiàn)象會使振動壓路機(jī)行駛失去方向性，同時也會影響路面的平整度，這對壓實(shí)是不利的。為了對跳振工況進(jìn)行研究，必須建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型。在跳振工況，地面對振動輪的作用力是非線性的。振動輪與地面接觸時，地面對振動輪的作用力可近似為一線性彈簧阻尼力，而當(dāng)振動輪脫離地面時，地面對振動輪的作用力為零。此時，“壓路機(jī)一土”組成的振動系統(tǒng)是非線性振動系統(tǒng)。對非線性系統(tǒng)的研究要比相同自由度線性系統(tǒng)的研究復(fù)雜得多，由于下一節(jié)要用SOLIDWORKS以及COSMOSMOTION仿真軟件建立振動壓路機(jī)整機(jī)分析模型，該模型可同時對振動壓路機(jī)的接觸工況和跳振工況進(jìn)行分析，因此，在這一節(jié)中將不再對振動壓路機(jī)跳振工況的動力學(xué)方程進(jìn)行推導(dǎo)。任何軟件均不可完全模擬實(shí)際工況，本文的模型針對振動輪質(zhì)心的動力學(xué)模擬特別是“跳振”工況的模擬也只能是一定條件一定范圍內(nèi)的近似模擬。振動壓路機(jī)的COSMOSMOTION的動力學(xué)仿真模型按照傳統(tǒng)的設(shè)計方法，機(jī)械產(chǎn)品的測試首先必須建立被測系統(tǒng)的物理樣機(jī)，然后在各種載荷條件下，對該樣機(jī)進(jìn)行測試。如果測試期間，樣機(jī)出現(xiàn)故障，測試過程又要重新進(jìn)行。這種檢驗方法不僅費(fèi)時費(fèi)錢，而且設(shè)計人員往往過于安全、過于保守地進(jìn)行零部件的設(shè)計，從而使產(chǎn)品性能降低。另外在某些情況下，物理樣機(jī)的實(shí)驗是非常危險或不允許的隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和廣泛應(yīng)用，計算機(jī)及其外部設(shè)備(如:圖形顯示器、繪圖機(jī)等)所構(gòu)成的計算機(jī)系統(tǒng)能通過計算機(jī)并復(fù)現(xiàn)各種復(fù)雜系統(tǒng)的運(yùn)動狀態(tài)，而且仿真技術(shù)領(lǐng)域也為仿真研制了大量可供工程人員使用的仿真軟件。目前仿真類的軟件主要有ADAMS，COSMOSMOTION等等。都是目前世界上使用范圍最廣、最負(fù)盛名的仿真分析軟件。使用這些軟件可以產(chǎn)生復(fù)雜機(jī)械系統(tǒng)的虛擬樣機(jī)，在昂貴的物理樣機(jī)建造前分析出系統(tǒng)的工作性能，并能方便地改進(jìn)設(shè)計和優(yōu)化設(shè)計，節(jié)約大量的時間和費(fèi)用，真正實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量、快速、低成本的設(shè)計要求。近年來，虛擬樣機(jī)技術(shù)及其應(yīng)用已經(jīng)獲得重大進(jìn)展。它正迅速由分析專家的專用研究工具轉(zhuǎn)變?yōu)楣こ處熞子谡莆盏墓こ碳夹g(shù)手段。虛擬樣機(jī)己經(jīng)具備處理日益復(fù)雜的工程問題的能力。世界著名的制造公司在生產(chǎn)開發(fā)過程中廣泛地應(yīng)用虛擬樣機(jī)技術(shù)，其應(yīng)用領(lǐng)域包括:汽車制造業(yè)、越野車輛和工程機(jī)械、航天航空業(yè)、鐵道車輛及設(shè)備、國防工業(yè)、通用機(jī)械制造業(yè)、造船業(yè)、機(jī)械電子工業(yè)、人機(jī)工程學(xué)、工程咨詢業(yè)、運(yùn)動器械及娛樂設(shè)備等。本文采用的仿真軟件是COSMOSMotion，它是用于SolidWorks為平臺的最流行的虛擬原型機(jī)仿真工具，使用戶可以確保設(shè)計在實(shí)現(xiàn)前可以正確工作。ADAMS支持COSMOSMotion，ADAMS是世界上最廣泛使用的機(jī)械模擬軟件。COSMOSMOTION是SOLIDWORKS公司購買ADAMS軟件一部分版權(quán)后開發(fā)出來的完全集成在SOLIDWORKS插件的產(chǎn)品。COSMOSMotion完全嵌入在SolidWorks中，是標(biāo)準(zhǔn)虛擬原型機(jī)仿真程序包，用于對理解其SolidWorks模型的性能感興趣的工程師和設(shè)計人員。COSMOSMotion使工程師能夠調(diào)整馬達(dá)/驅(qū)動器的尺寸、確定能量消耗情況、設(shè)計聯(lián)動布局、模擬凸輪運(yùn)動、了解齒輪傳動、調(diào)整彈簧/減震器的尺寸、確定接觸零件的動作方式等。該軟件令客戶可以大幅降低物理原型機(jī)仿真的成本，縮短產(chǎn)品開發(fā)時間。COSMOSMotion還提供一些定性的好處，例如有能力考慮更多設(shè)計、降低風(fēng)險，以及在設(shè)計初期提供重要信息的能力等等而COSMOSMOTION的幾何建模完全依托于三維設(shè)計軟件SOLIDWORKS。本文采用的SolidWorks三維設(shè)計軟件是設(shè)計過程最簡便、最方便的三維軟件。無與倫比的設(shè)計功能和易學(xué)易用的操作（包括Windows風(fēng)格的拖/放、點(diǎn)/擊、剪切/粘帖），使用SolidWorks，整個產(chǎn)品設(shè)計是可百分之百編輯的，零件設(shè)計、裝配設(shè)計和工程圖之間的是全相關(guān)的。SolidWorks提供了一整套完整的動態(tài)界面和鼠標(biāo)拖動控制?！叭珓痈械摹钡挠脩艚缑鏈p少設(shè)計步驟，減少了多余的對話框，從而避免了界面的零亂。嶄新的屬性管理員用來高效地管理整個設(shè)計過程和步驟。屬性管理員包含所有的設(shè)計數(shù)據(jù)和參數(shù)，而且操作方便、界面直觀。用SolidWorks資源管理器可以方便地管理CAD文件。SolidWorks資源管理器是唯一一個同Windows資源管理器類似的CAD文件管理器。獨(dú)有的任務(wù)板管理器。它將特征庫、標(biāo)準(zhǔn)件庫、網(wǎng)上三維零部件（行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)件）、PDMWorks以及資源管理器整合在一起，為用戶提供方便快捷的設(shè)計資源。它能讓用戶高效地進(jìn)行特征、零部件及文檔的查詢，并通過拖放操作方便地進(jìn)行設(shè)計的重復(fù)利用。SolidWorks提供的AutoCAD模擬器，使得AutoCAD用戶可以保持原有的作圖習(xí)慣，順利地從二維設(shè)計轉(zhuǎn)向三維實(shí)體設(shè)計。①產(chǎn)品設(shè)計信息的共享和協(xié)同設(shè)計SolidWorks提供了技術(shù)先進(jìn)的工具，幫助您跨越交流的障礙。協(xié)同設(shè)計版本使得用其他CAD軟件，甚至根本不用CAD軟件的用戶進(jìn)行方便地交流。通過eDrawings方便地共享CAD文件。eDrawings是世界上第一個靠e-mail實(shí)現(xiàn)的交流工具，能夠在產(chǎn)品開發(fā)過程中，對三維和二維的數(shù)據(jù)進(jìn)行評估。用戶無需購買eDrawings，就可以對用戶的方案進(jìn)行評估。直接將產(chǎn)品發(fā)布到互聯(lián)網(wǎng)上。通過3DInstantWebsite插件，這一技術(shù)創(chuàng)新工具，用戶可以瞬間創(chuàng)建并發(fā)布一個即時網(wǎng)站，用戶可以在異地共享三維設(shè)計模型。用戶可以對三維設(shè)計進(jìn)行瀏覽、旋轉(zhuǎn)、縮放和漫游。在創(chuàng)建網(wǎng)站時可以選擇現(xiàn)成的模板，并讓SolidWorks的服務(wù)器托管。SolidWorks還支持局域網(wǎng)多用戶環(huán)境，一個零件可由多個用戶同時打開，并通過對內(nèi)存讀寫權(quán)限的控制和更改通知機(jī)制，真正實(shí)現(xiàn)多用戶實(shí)時協(xié)同設(shè)計從而最大限度發(fā)揮設(shè)計的威力。②零件建模SolidWorks提供了無與倫比的、基于特征的實(shí)體建模功能。通過拉伸、旋轉(zhuǎn)、薄壁特征、高級抽殼、特征陣列以及打孔等操作來實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的設(shè)計。通過對特征和草圖的動態(tài)修改，用拖拽的方式實(shí)現(xiàn)實(shí)時的設(shè)計修改。三維草圖功能為掃描、放樣生成三維草圖路徑，或為管道、電纜、線和管線生成路徑。加快特征樹回退、提高特征編輯性能，快速建模的菜單結(jié)構(gòu)大大提高建模速度。零件建模時提供自動尺寸標(biāo)注、草圖共享、草圖著色、套合樣條曲線、可擴(kuò)展的設(shè)計、分離的實(shí)體設(shè)計、輪廓與區(qū)域、本地化的操作、布爾運(yùn)算、特征范圍、插入零件。1）曲面建模SolidWorks為用戶設(shè)計過程中提供了最大的靈活性。SolidWorks目前是世界上唯一一家能夠在特征層面上對多體結(jié)構(gòu)進(jìn)行控制的軟件。利用引導(dǎo)線、填充孔和拖動控標(biāo)（以便于控制相切），可以使用放樣和掃描生成復(fù)雜的曲面?？梢苑奖愕貙η孢M(jìn)行剪裁、擴(kuò)展、嵌縫，還可將曲面縫合到一起?？梢钥s放和排列曲面?？梢赞D(zhuǎn)換、旋轉(zhuǎn)、復(fù)制和鏡向曲面以便于執(zhí)行操作。同時，SolidWorks提供了按比例縮放曲面、陣列曲面、解除剪裁曲面、改良曲面填充、偏差分析等功能。為了滿足越來越多的消費(fèi)產(chǎn)品曲面設(shè)計的需求，SolidWorks在曲面建模方面增加了許多新功能，其中新增的變形特征功能能夠使模型做到點(diǎn)到點(diǎn)或曲線到曲線的變形。2）鈑金設(shè)計SolidWorks提供了頂尖的、全相關(guān)的鈑金設(shè)計能力?？梢灾苯邮褂酶鞣N類型的法蘭、薄片等特征，正交切除、角處理以及邊線切口等鈑金操作變得非常容易。可以直接按比例放樣折彎、圓錐折彎、復(fù)雜的平板型式的處理。3）有限元分析SolidWorks是世界上第一家將結(jié)構(gòu)分析的功能嵌在CAD環(huán)境中的軟件公司。COSMOSXpress模塊使得使用SolidWorks軟件的設(shè)計和工程隊伍可以直接對設(shè)計的零件進(jìn)行有限元分析，對產(chǎn)品的性能進(jìn)行評估，而不必花大量的時間和金錢制造昂貴的樣機(jī)。對于節(jié)約成本，提高效率，避免一般傳統(tǒng)的產(chǎn)品的“傻大黑粗”的不足之處非常有利。使用SOLIDWORKS與COSMOSMOTION建立“壓路機(jī)-土”的動力學(xué)仿真模型的大致過程如下：a.對實(shí)際的物理樣機(jī)進(jìn)行合理的簡化，將機(jī)架，發(fā)動機(jī)，駕駛室，等等部分的參數(shù)提取。并且簡化，定義為一體，但是并不改變其質(zhì)量，尺寸等特征。振動輪建立為單獨(dú)實(shí)體，振動輪內(nèi)部所有的器件均設(shè)置為一體，以便于進(jìn)一步加載與仿真分析。b.對以上簡化結(jié)果進(jìn)行三維模型的建立，c.從SOLIDWORKS里開啟COSMOSMOION模塊，對建立的三維模型進(jìn)行鉸鏈，彈性支撐，阻尼，載荷等條件的施加或者定義，從而得到SOLIDWORKS與C