振動壓路機(jī)激振機(jī)構(gòu)偏心塊的設(shè)計(jì)優(yōu)化

1、振動壓路機(jī)激振機(jī)構(gòu)偏心塊的設(shè)計(jì)優(yōu)化摘要：為了進(jìn)步振動壓路機(jī)的作業(yè)性能和操作舒適性，對壓路機(jī)激振機(jī)構(gòu)內(nèi)偏心塊的轉(zhuǎn)動慣量與靜偏心矩的關(guān)系進(jìn)展了研究，從理論上得出在靜偏心矩一定的情況下，葫蘆狀的偏心塊轉(zhuǎn)動慣量最小，并利用軟件仿真和試驗(yàn)驗(yàn)證了該結(jié)果。應(yīng)用該種偏心塊，能使壓路機(jī)在不降低激振力和振動頻率的情況下，進(jìn)步起停振靈敏性，從而進(jìn)步壓實(shí)路面的平整度。關(guān)鍵詞：振動壓路機(jī)；偏心塊；轉(zhuǎn)動慣量；靜偏心矩中圖分類號：U415.521文獻(xiàn)標(biāo)志碼：BAbstract： By researching the relationship between moment of inertia and eccentricit

2、y， it was found that the cucurbit shape of the eccentric block has the smallest moment of inertia when the eccentricity is fixed， and the result was validated by simulation and test. Application of this kind of eccentric block can improve the flexibility of vibration in the condition of not reducing

3、 the exciting force and vibration frequency of the roller， and as a result improve the smoothness of pavement.Key words： roller； eccentric block； moment of inertia； eccentricity0引言振動壓路機(jī)的工作原理是利用激振機(jī)構(gòu)中偏心塊旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力作用于鋼輪上使鋼輪振動，鋼輪的振動能量傳入被壓實(shí)的路面上，從而實(shí)現(xiàn)路面的壓實(shí)12。在實(shí)際施工過程中，振動壓路機(jī)是前進(jìn)、后退交替壓實(shí)，且在壓實(shí)過程中，振動輪需要經(jīng)歷一次起停振階段。振動

4、輪的起振、停振時(shí)間對被壓實(shí)路面及設(shè)備均有較大影響，如在起振和停振過程中，振動頻率不斷變化，激振力也不斷變化，而在該過程中壓路機(jī)的行走速度根本不變，假設(shè)起振、停振時(shí)間過長，會導(dǎo)致路面承受不穩(wěn)定的激振力，從而影響路面的平整度和壓實(shí)度；又如，由于壓路機(jī)穩(wěn)定工作時(shí)振動頻率比整車固有頻率高，因此起振、停振時(shí)間越長，振動頻率超過壓路機(jī)固有頻率的時(shí)間就越長，會導(dǎo)致壓路機(jī)的共振時(shí)間增長，從而影響路面的平整度，并且影響壓路機(jī)的可靠性和操作舒適性。因此在進(jìn)展壓路機(jī)的設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)保證在不降低壓路機(jī)激振力和頻率的前提下，盡量降低振動輪的起振、停振時(shí)間。1設(shè)計(jì)需求分析由于壓路機(jī)工作時(shí)振動頻率的選擇與施工路面構(gòu)造有關(guān)，本文

5、不作相關(guān)闡述，主要考慮在某一固定振動頻率下，激振機(jī)構(gòu)如何在不降低壓路機(jī)激振力的前提下，盡量降低振動輪起振和停振的時(shí)間。1.1振動輪起振、停振時(shí)間分析全液壓振動壓路機(jī)工作時(shí)，激振機(jī)構(gòu)受力如圖1所示。圖中，T1為激振機(jī)構(gòu)工作過程中的阻力矩；T2為振動馬達(dá)提供的輸出力矩；N為激振機(jī)構(gòu)所受振動軸承的支撐力；F3為由于激振機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的離心力。由于激振機(jī)構(gòu)重力相對于F3很小，本文忽略了激振機(jī)構(gòu)重力的影響。因此壓路機(jī)起振時(shí)間為式中： f為壓路機(jī)的振動頻率；為激振機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動加速度；I為激振機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動慣量。由式1可知，起振時(shí)間t與f、 I成正比，與T2-T1成反比。在一般的設(shè)計(jì)過程中，振動頻率f為選定值；T2

6、與馬達(dá)排量及振動系統(tǒng)壓力有關(guān)；T1與壓實(shí)對象、振動軸承、振動頻率、激振力及光滑狀況有關(guān)；I與激振機(jī)構(gòu)的構(gòu)造有關(guān)。因此，有效降低激振機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動慣量I對于降低壓路機(jī)的起振時(shí)間，進(jìn)步振動靈敏性有直接的作用3。1.2壓路機(jī)激振力分析壓路機(jī)理論激振力為即激振機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力F3=me2f22式中：m為激振機(jī)構(gòu)重量；e為激振機(jī)構(gòu)重心距旋轉(zhuǎn)中心的間隔 。1.3設(shè)計(jì)需求簡化由式2可知，假設(shè)振動頻率f不變，為了獲得一定的激振力F3，激振機(jī)構(gòu)的靜偏心矩me必須一樣。因此設(shè)計(jì)需求轉(zhuǎn)化為如何滿足在激振機(jī)構(gòu)靜偏心矩me一定的條件下，使其轉(zhuǎn)動慣量I最小。一般壓路機(jī)激振機(jī)構(gòu)由固定偏心塊及活動偏心塊組成，通過改變活動偏心

7、塊與固定偏心塊的相位差可以獲得不同的靜偏心矩，從而獲得不同的激振力。當(dāng)活動偏心塊及固定偏心塊均滿足me一定，I最小的條件時(shí)，激振機(jī)構(gòu)整體到達(dá)設(shè)計(jì)要求。假設(shè)活動偏心塊及固定偏心塊均采用鋼板加工，因此偏心塊厚度h與me及I均成正比，當(dāng)單位厚度的偏心塊到達(dá)設(shè)計(jì)要求后，具有一定厚度h的偏心塊也到達(dá)設(shè)計(jì)要求，即：實(shí)際靜偏心矩me×h不變的情況下，實(shí)際轉(zhuǎn)動慣量I×h為最小。因此本文只需考慮對單位厚度偏心塊的形狀進(jìn)展優(yōu)化，獲得的最優(yōu)偏心塊形狀即可推廣到具有一定厚度的偏心塊。2偏心塊形狀曲線優(yōu)化2.1提出目的函數(shù)傳統(tǒng)壓路機(jī)激振機(jī)構(gòu)中偏心塊的形式主要為半圓形或扇形3，如圖2所示。由于振動壓路機(jī)偏心塊均繞中心振動軸旋轉(zhuǎn)，且實(shí)際偏心塊的設(shè)計(jì)一般都采用對稱構(gòu)造，設(shè)旋轉(zhuǎn)中心為原點(diǎn)，對稱中心為x軸，因此可以先考慮位于第1、2象限的偏心塊部分，靜偏心矩及轉(zhuǎn)動慣量的計(jì)算均相對于原點(diǎn)。基于以上條件，設(shè)一任意偏心塊處于第1、2象限內(nèi)，與x軸相交的外輪廓曲線方程為該曲線如圖3所示。該曲線與x軸所圍成的區(qū)域即所要求的偏心塊形狀的一半，由于實(shí)際偏心塊相對于x軸對稱，因此偏心塊相對于原點(diǎn)的靜偏心矩me0=2mex，且 圖3任意偏心塊位于第一、二象限內(nèi)外輪廓曲線式中：mex為所求區(qū)域相對于原點(diǎn)的靜