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

分類號(hào)TH6單位代碼10618密級(jí)學(xué)號(hào)106310917碩士學(xué)位論文論文題目：基于COSMOS的振動(dòng)壓路機(jī)振動(dòng)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(qǐng)學(xué)位門(mén)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(huì)主席：李偉評(píng)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(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)過(guò)的作品成果。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識(shí)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(shū)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(guó)家有關(guān)部門(mén)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?jī)?nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)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(shí)授權(quán)中國(guó)科學(xué)技術(shù)信息研究所將本人學(xué)位論文收錄到《中國(guó)學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù)》，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(shí)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(guó)學(xué)術(shù)期刊（光盤(pán)版）電子雜志社CNKI系列數(shù)據(jù)庫(kù)中全文發(fā)布，并按《中國(guó)優(yōu)秀博碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù)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(dòng)壓路機(jī)的一些重要參數(shù)如振動(dòng)加速度等與壓實(shí)作業(yè)的聯(lián)系目前是一個(gè)有待研究的問(wèn)題，本文就此問(wèn)題做出比較深入的研究與討論。本文對(duì)壓路機(jī)，尤其是振動(dòng)壓路機(jī)的發(fā)展概況與國(guó)內(nèi)外發(fā)展趨勢(shì)，壓實(shí)過(guò)程的基本原理與工作情況，基本力學(xué)原理做了簡(jiǎn)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(dòng)式壓路機(jī)的實(shí)體模型，并且通過(guò)帶ADAMS內(nèi)核的動(dòng)力學(xué)仿真軟件COSMOSMOTION構(gòu)建了等效的動(dòng)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(duì)主要工作部件振動(dòng)壓路機(jī)的振動(dòng)輪作了有限元模態(tài)分析，驗(yàn)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(dòng)壓路機(jī)的作業(yè)工況，總結(jié)出了基于動(dòng)力學(xué)仿真結(jié)果的大致合理工況的經(jīng)驗(yàn)公式，并提取了主要參數(shù)振動(dòng)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(dòng)加速度的大致變化趨勢(shì)，做出了擬合出曲線圖，由此表明振動(dòng)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(dòng)壓路機(jī)；力學(xué)性能；COSMOS有限元；COSMOSMOTION動(dòng)力學(xué)仿真；振動(dòng)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(dòng)壓路機(jī)發(fā)展趨勢(shì)與簡(jiǎn)史 1振動(dòng)壓路機(jī)發(fā)展簡(jiǎn)史 1振動(dòng)壓路機(jī)發(fā)展趨勢(shì) 1我國(guó)壓路機(jī)行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀 3國(guó)內(nèi)外壓路機(jī)的發(fā)展趨勢(shì) 5研究問(wèn)題的提出 8研究路線 9第二章振動(dòng)壓實(shí)基礎(chǔ)概念與振動(dòng)壓路機(jī)特點(diǎn) 10振動(dòng)壓實(shí)的基本概念 10振動(dòng)對(duì)材料剪應(yīng)力的影響 10振動(dòng)對(duì)不同材料壓實(shí)強(qiáng)度的影響 102.2振動(dòng)壓路機(jī)的主要性能與結(jié)構(gòu)特點(diǎn)介紹 122.2.1振動(dòng)壓路機(jī)的主要性能特點(diǎn)介紹 12.2振動(dòng)壓路機(jī)的主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)介紹 12第三章振動(dòng)壓路機(jī)的動(dòng)力學(xué)仿真模型的建立 14振動(dòng)壓路機(jī)的動(dòng)力學(xué)模型的建立 14振動(dòng)壓路機(jī)的COSMOSMOTION的動(dòng)力學(xué)仿真模型 15第四章有限元法及其對(duì)振動(dòng)輪的模態(tài)分析驗(yàn)證 19有限元法及其發(fā)展趨勢(shì)概述 19本文使用的有限元分析軟件COSMOS簡(jiǎn)介 21基于COSMOS的壓路機(jī)振動(dòng)輪的模態(tài)分析 22建立11T雙輪振動(dòng)壓路機(jī)的振動(dòng)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(dòng)壓路機(jī)的動(dòng)力學(xué)仿真以及工況分析 28計(jì)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(dòng)力學(xué)仿真過(guò)程以及結(jié)果分析 30系統(tǒng)靜平衡分析 30系統(tǒng)的動(dòng)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(dòng)壓路機(jī)的振動(dòng)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(dòng)壓路機(jī)發(fā)展趨勢(shì)與簡(jiǎn)史振動(dòng)壓路機(jī)發(fā)展簡(jiǎn)史【28】美國(guó)是發(fā)展土壤壓實(shí)技術(shù)的先驅(qū)。1862年，美國(guó)制成了世界上第一臺(tái)以蒸汽機(jī)為動(dòng)力的自行式三輪壓路機(jī)。1929年，美國(guó)制成了世界上第一臺(tái)以柴油機(jī)為動(dòng)力的自行式光輪壓路機(jī)。在美國(guó)發(fā)展起來(lái)的土壤壓實(shí)理論和方法在其它國(guó)家也被廣泛應(yīng)用。20世紀(jì)30年代初，德國(guó)在修筑公路網(wǎng)時(shí)開(kāi)始利用振動(dòng)壓實(shí)。最初的振動(dòng)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(tái)自行式鋼輪振動(dòng)壓路機(jī)和拖拉機(jī)牽引的振動(dòng)壓路機(jī)。振動(dòng)壓路機(jī)的出現(xiàn)，引起各國(guó)制造商的關(guān)注，對(duì)振動(dòng)壓路機(jī)進(jìn)行了廣泛的實(shí)驗(yàn)研究。最初，振動(dòng)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(dòng)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(guó)開(kāi)發(fā)了串聯(lián)式整體車(chē)架壓路機(jī)并逐步改型。60年代隨著振動(dòng)壓實(shí)理論的深入研究和完善，出現(xiàn)了各種型式的振動(dòng)壓實(shí)機(jī)械。此時(shí)，輪胎驅(qū)動(dòng)鉸接式振動(dòng)壓路機(jī)、串聯(lián)式振動(dòng)壓路機(jī)等產(chǎn)品相繼問(wèn)世。振動(dòng)壓路機(jī)形成兩個(gè)主要系列。70年代，振動(dòng)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(dòng)壓路機(jī)。調(diào)頻、調(diào)幅技術(shù)，全輪驅(qū)動(dòng)、振動(dòng)技術(shù)，被廣泛應(yīng)用于振動(dòng)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?cè)硎雇寥赖葔簩?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(guó)哈姆(HAMM)公司開(kāi)發(fā)出新型振動(dòng)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(dòng)壓路機(jī)，其振動(dòng)輪內(nèi)部采用雙軸交叉振動(dòng)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(dòng)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(dòng)壓路機(jī)的研究和應(yīng)用進(jìn)入新的領(lǐng)域。振動(dòng)壓路機(jī)發(fā)展趨勢(shì)【28】縱觀振動(dòng)壓路機(jī)發(fā)展簡(jiǎn)史，振動(dòng)壓路機(jī)發(fā)展水平及發(fā)展趨勢(shì)可歸納為：=1\*GB3①液壓化60年代，國(guó)外大中型振動(dòng)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(dòng)壓路機(jī)，使得壓路機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)大大簡(jiǎn)化、操作簡(jiǎn)便、省力。特別是液壓傳動(dòng)使行走機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了無(wú)級(jí)變速;使振動(dòng)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(dòng)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(shí)，液壓化為機(jī)器自動(dòng)檢測(cè)和控制提供了條件。近年來(lái)，液壓技術(shù)逐步應(yīng)用于小型振動(dòng)壓路機(jī)和振動(dòng)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(guó)外壓實(shí)機(jī)械產(chǎn)品系列不斷擴(kuò)大和完善。就振動(dòng)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(gè)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(dòng)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(jiǎn)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(jì)，使其零件在一定范圍內(nèi)盡可能通用，如分動(dòng)箱、減速器、驅(qū)動(dòng)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(jì)方法，將一臺(tái)機(jī)器分成不同的模塊，提高新產(chǎn)品開(kāi)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(duì)振動(dòng)結(jié)構(gòu)的操作控制，使壓路機(jī)具有垂直振動(dòng)、水平振動(dòng)(振蕩)、調(diào)頻調(diào)幅和靜碾壓功能，根據(jù)需要隨時(shí)變通，發(fā)揮各種振動(dòng)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(jì)算機(jī)技術(shù)和遙感技術(shù)的發(fā)展，推動(dòng)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(cè)裝置的應(yīng)用，克服了壓實(shí)檢測(cè)靠經(jīng)驗(yàn)判斷或取樣化驗(yàn)的缺點(diǎn)，確保了整個(gè)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(dòng)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(zhǎng)機(jī)器的使用時(shí)間和壽命，振動(dòng)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(shí)不疲勞的要求。采用雙方向盤(pán)、可移動(dòng)方向盤(pán)、旋轉(zhuǎn)座椅并且將操縱手柄設(shè)計(jì)在座椅扶手上，盡可能減少操縱失誤和減輕司機(jī)的勞動(dòng)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(kāi)發(fā)3t自行式振動(dòng)壓路機(jī)，標(biāo)志著我國(guó)自行開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)振動(dòng)壓實(shí)機(jī)械的起步。1964年洛陽(yáng)建筑機(jī)械廠研制出4.5t振動(dòng)壓路機(jī)，1974年洛陽(yáng)建筑機(jī)械廠與長(zhǎng)沙建筑機(jī)械研究所合作開(kāi)發(fā)了10t輪胎驅(qū)動(dòng)振動(dòng)壓路機(jī)和14t拖式振動(dòng)壓路機(jī)。80年代中期，我國(guó)開(kāi)始引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)的壓路機(jī)制造技術(shù)，1983年洛陽(yáng)建筑機(jī)械廠引進(jìn)了美國(guó)Hrster公司技術(shù)，合作生產(chǎn)6t鉸接式振動(dòng)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(dòng)振動(dòng)壓路機(jī)和CC21型串聯(lián)式振動(dòng)壓路機(jī)技術(shù)。1985年溫州冶金機(jī)械廠研制了19t振動(dòng)壓路機(jī)。1987年洛陽(yáng)建筑機(jī)械廠引進(jìn)了德國(guó)寶馬(Bomag)公司BW217D和BW217AD振動(dòng)壓路機(jī)技術(shù)。江麓機(jī)械廠引進(jìn)德國(guó)凱斯偉博麥?zhǔn)?Case-Vibromax)公司的W1102系列振動(dòng)壓路機(jī)技術(shù)。以后，各生產(chǎn)廠家在此基礎(chǔ)上不斷開(kāi)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(dòng)輪用軸承、橡膠減振器的引進(jìn)生產(chǎn)，使振動(dòng)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(dòng)壓路機(jī)引進(jìn)技術(shù)不斷得到消化吸收，國(guó)內(nèi)高等院校和科研院所的科研攻關(guān)，使我國(guó)自行開(kāi)發(fā)和研制振動(dòng)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(kāi)發(fā)的10t振蕩壓路機(jī)，標(biāo)志著我國(guó)振動(dòng)壓路機(jī)科研和產(chǎn)品開(kāi)發(fā)達(dá)到新的水平。進(jìn)入90年代的“八五”、“九五”期間，我國(guó)壓路機(jī)呈迅速增長(zhǎng)之勢(shì)，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(guò)70家。能生產(chǎn)4t-24t靜碾、16tt-30t振動(dòng)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(dòng)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(dòng)光輪靜碾壓路機(jī)及大噸位全液壓國(guó)際配套的振動(dòng)壓路機(jī)，以及全液壓拖式振動(dòng)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(wú)論從品種規(guī)格方面，還是從技術(shù)質(zhì)量方面，我國(guó)壓路機(jī)都基本能滿足國(guó)內(nèi)建設(shè)的需求，并有一定數(shù)量的出口。在我國(guó)壓路機(jī)產(chǎn)品中，機(jī)械振動(dòng)占37.1%，居第一位。第二為靜碾鋼輪占31.5%，全液壓振動(dòng)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(shì)看，今后靜碾壓路機(jī)的產(chǎn)品數(shù)量會(huì)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(jià)格低，今后也會(huì)逐漸被小型振動(dòng)壓路機(jī)所代替。輪胎式壓路機(jī)，特別是大噸位輪胎振動(dòng)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(jí)公路建設(shè)中成為不可替代的產(chǎn)品，隨著我國(guó)高等級(jí)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(chǎng)占有率將有比較大的增長(zhǎng)。在振動(dòng)壓路機(jī)中，目前國(guó)內(nèi)機(jī)械驅(qū)動(dòng)振動(dòng)壓路機(jī)比全，液壓驅(qū)動(dòng)還多，主要是在我國(guó)目前購(gòu)買(mǎi)力情況下的價(jià)格影響。全液壓驅(qū)動(dòng)振動(dòng)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(dòng)振動(dòng)壓路機(jī)。在國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家，振動(dòng)壓路機(jī)基本上都是全液壓驅(qū)動(dòng)。隨著我國(guó)對(duì)基礎(chǔ)壓實(shí)要求越來(lái)越高及購(gòu)買(mǎi)力的提高，全液壓驅(qū)動(dòng)振動(dòng)壓路機(jī)將會(huì)逐漸取代機(jī)械驅(qū)動(dòng)振動(dòng)壓路機(jī)。雙鋼輪振動(dòng)壓路機(jī)，目前只占市場(chǎng)總量的3.5%，市場(chǎng)份額很小。今后雙鋼輪振動(dòng)壓路機(jī)將有比較大的發(fā)展空間。雙鋼輪串聯(lián)式振動(dòng)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(shí)，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(dòng)壓路機(jī)今后將會(huì)得到進(jìn)一步發(fā)展。同時(shí)，行駛速度在每小時(shí)15km以上，機(jī)動(dòng)性較好的、4t以下的小型串聯(lián)式雙鋼輪振動(dòng)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(lái)我國(guó)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(guó)進(jìn)口的200多臺(tái)壓路機(jī)中，雙鋼輪振動(dòng)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(bào)道，1998,1999兩年，從英格索蘭一家公司進(jìn)口的雙鋼輪振動(dòng)壓路機(jī)就達(dá)1600臺(tái)之多。因此，國(guó)內(nèi)壓路機(jī)企業(yè)應(yīng)把雙鋼輪振動(dòng)壓路機(jī)盡快搞上去。還有近年來(lái)開(kāi)始發(fā)展起來(lái)的大噸位拖式振動(dòng)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(dòng)壓路機(jī)對(duì)大填方的壓實(shí)施工具有比一般振動(dòng)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(dòng)壓路機(jī)都是用機(jī)械驅(qū)動(dòng)，性能差，特別是可靠性更差，因此應(yīng)用很少。而近年來(lái)將液壓驅(qū)動(dòng)用于拖式振動(dòng)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(dòng)拖式壓路機(jī)不能解決的問(wèn)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(guó)外70年代才出現(xiàn)的新型壓路機(jī)，由于技術(shù)問(wèn)題尚未完全解決，一直未得到推廣應(yīng)用，直到90年代才開(kāi)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(duì)這種土壤壓實(shí)效果都不好。同時(shí)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(chǎng)前景較好。國(guó)內(nèi)外壓路機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)【28】①超高級(jí)路面的振動(dòng)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(jí)路面(Superpave)材料，需要提高碾壓速度，同時(shí)提高振動(dòng)頻率，以保持振動(dòng)壓實(shí)混合材料的時(shí)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(kāi)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(guò)對(duì)兩輪振動(dòng)壓路機(jī)的改進(jìn)，提高了振動(dòng)頻率和激振力。操作者能舒適地、自動(dòng)地控制振動(dòng)輪的振動(dòng)頻率和振幅，實(shí)現(xiàn)在保證質(zhì)量的同時(shí)進(jìn)行高速壓實(shí)。由于從高到低設(shè)置有多級(jí)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(dòng)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(dòng)控制壓實(shí)系統(tǒng)“Variomatic”，簡(jiǎn)稱BVM。該系統(tǒng)的特點(diǎn)是能自動(dòng)判別和控制所需壓實(shí)力的大小，也可稱自動(dòng)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(shí)旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力經(jīng)幾何疊加形成定向振動(dòng)，定向振動(dòng)系統(tǒng)是BVM的基礎(chǔ)。BVM系統(tǒng)的獨(dú)到之處是振動(dòng)方向可變化，它能自動(dòng)調(diào)節(jié)定向振動(dòng)的施振方向，在壓實(shí)過(guò)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(guó)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(dòng)壓實(shí)技術(shù)。它是利用土壤力學(xué)中交變剪應(yīng)變?cè)恚雇寥赖炔牧系念w粒重新排列來(lái)進(jìn)行密實(shí)的。德國(guó)Hamm公司首先根據(jù)這一原理開(kāi)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(dòng)輪產(chǎn)生振蕩作用，形成對(duì)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(guó)外一些產(chǎn)品還普遍采用了超高頻振動(dòng)技術(shù)，振動(dòng)頻率超過(guò)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(shí)監(jiān)測(cè)、自動(dòng)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(dòng)控制技術(shù)和計(jì)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(dòng)化、智能化和機(jī)器人化的方向發(fā)展。在壓實(shí)過(guò)程監(jiān)測(cè)技術(shù)方面，德國(guó)的BTM壓實(shí)計(jì)利用振動(dòng)部件與基礎(chǔ)之間相互作用的動(dòng)力特性來(lái)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?dòng)部件的作用下逐步壓實(shí)時(shí)，地面與機(jī)器系統(tǒng)的動(dòng)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(duì)數(shù)值，從而也反映了地面被壓實(shí)的程度。其BTM05型計(jì)算機(jī)壓實(shí)控制測(cè)量系統(tǒng)，可以進(jìn)行連續(xù)和實(shí)時(shí)測(cè)量并處理壓實(shí)過(guò)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(kāi)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(gè)壓實(shí)地區(qū)的壓實(shí)質(zhì)量圖。同時(shí)在德國(guó)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(dòng)系統(tǒng)的防滑轉(zhuǎn)裝置、整機(jī)的故障自動(dòng)檢測(cè)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(guò)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(hào)或數(shù)據(jù)，經(jīng)計(jì)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(bào)警)。在非報(bào)警時(shí)，操作人員還可以隨時(shí)通過(guò)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(guó)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(guò)此系統(tǒng)，壓路機(jī)的位置可以被非常精確地記錄下來(lái)，并能確定壓實(shí)的位置和保證壓實(shí)質(zhì)量。它通過(guò)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(hào)，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(shí)通過(guò)地面的GPS信號(hào)裝置向壓路機(jī)發(fā)出指令，啟動(dòng)自動(dòng)調(diào)幅機(jī)構(gòu)，隨時(shí)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?chē)贾梅较騻鞲衅骱统暡òl(fā)射接收裝置，壓路機(jī)在行駛時(shí)若遇到障礙，接收裝置就會(huì)接收到障礙物反射回的反射波，觸發(fā)警報(bào)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(wú)人駕駛。④注重人性化設(shè)計(jì)的理念，提高產(chǎn)品的舒適性和安全性國(guó)外工程機(jī)械產(chǎn)品在人性化設(shè)計(jì)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(dòng)、方向盤(pán)角度的隨動(dòng)、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(tái)的布置、儀表燈光的安裝布置及操作繁簡(jiǎn)程度等，這些設(shè)計(jì)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(dòng)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(guò)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(guó)外振動(dòng)壓路機(jī)的駕駛室有逐漸向汽車(chē)駕駛室的標(biāo)準(zhǔn)靠近的趨勢(shì)，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(cè)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(mén)窗，豪華司機(jī)座椅可前后、左右、上下滑動(dòng)和移動(dòng)，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(duì)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(dòng)輪與機(jī)身采用柔性聯(lián)接，使壓路機(jī)的驅(qū)動(dòng)部分與振動(dòng)部分處在兩個(gè)單元上，動(dòng)力靠液壓系統(tǒng)傳過(guò)去，而振動(dòng)輪的振動(dòng)卻很少能傳過(guò)來(lái)；加上駕駛室采用優(yōu)質(zhì)橡膠元件，振動(dòng)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(dòng)效果又要防止有害振動(dòng)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(chē)系統(tǒng)上普遍采用了鉗盤(pán)式氣推液的無(wú)動(dòng)力制動(dòng)系統(tǒng)，可在失去動(dòng)力的緊急情況下，實(shí)現(xiàn)整機(jī)的有效制動(dòng)。在驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，通過(guò)采用防滑轉(zhuǎn)技術(shù)，極大地提高了整機(jī)的驅(qū)動(dòng)性能，使整機(jī)的爬坡能力達(dá)到50%以上。如采用這項(xiàng)技術(shù)的英國(guó)Benford公司研制的SP2012D-HC振動(dòng)壓路機(jī)，能夠在1∶2的斜坡上壓實(shí)含8％膨潤(rùn)土濃縮沙子的材料，且進(jìn)行幾次振動(dòng)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(jì)為滿足日益苛刻的環(huán)保要求，國(guó)外振動(dòng)壓路機(jī)生產(chǎn)廠商紛紛引入綠色環(huán)保設(shè)計(jì)的理念。目前，主要是從降低zz.shtml"發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣排放、減少振動(dòng)和降低噪音幾個(gè)方面入手。國(guó)外一些振動(dòng)壓路機(jī)在設(shè)計(jì)和試制過(guò)程的開(kāi)始就注意尋找降低噪音、振動(dòng)、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(guò)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(hào)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(guò)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(dòng)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(lái)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(guó)外振動(dòng)壓路機(jī)技術(shù)先進(jìn)性的幾個(gè)側(cè)面，但是代表了國(guó)外產(chǎn)品在設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)方面的發(fā)展趨勢(shì)。國(guó)內(nèi)的壓路機(jī)生產(chǎn)制造企業(yè)應(yīng)該充分認(rèn)識(shí)到自身產(chǎn)品在技術(shù)性能上與國(guó)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(guó)外產(chǎn)品的先進(jìn)技術(shù)，結(jié)合國(guó)內(nèi)市場(chǎng)需要不斷創(chuàng)新，才能提高國(guó)產(chǎn)振動(dòng)壓路機(jī)的競(jìng)爭(zhēng)力。研究問(wèn)題的提出振動(dòng)壓路機(jī)是依靠自重和振動(dòng)的聯(lián)合作用來(lái)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(chē)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(guò)去更為重要的作用。在最近幾年，工程界對(duì)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(duì)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(chǎng)、海港、堤壩、鐵路和建筑基礎(chǔ)的更大的負(fù)荷。由于振動(dòng)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(dòng)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(dòng)壓路機(jī)工作時(shí)偏心塊高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生離心力，振動(dòng)輪在這個(gè)力的作用下產(chǎn)生強(qiáng)迫振動(dòng)，振動(dòng)輪下面的土也隨之振動(dòng)。因此，為了在仿真實(shí)驗(yàn)中研究振動(dòng)壓路機(jī)作業(yè)時(shí)被壓實(shí)的基礎(chǔ)、振動(dòng)輪(下車(chē))、機(jī)架(上車(chē))的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，必須把振動(dòng)壓路機(jī)連同被壓實(shí)的土視為一個(gè)振動(dòng)系統(tǒng)，并進(jìn)行必要的合理等效簡(jiǎn)化，才能達(dá)到合理的仿真效果國(guó)內(nèi)外的許多專家學(xué)者對(duì)振動(dòng)壓路機(jī)的研究做了大量的工作，為振動(dòng)壓路機(jī)的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)提供了許多寶貴的意見(jiàn)和建議。如70年代美國(guó)學(xué)者T.s.yo和E.T.selig在完全彈性振動(dòng)理論的基礎(chǔ)上建立振動(dòng)壓路機(jī)兩自由度模型，分析了振動(dòng)輪質(zhì)量的變化、土壤剛度和阻尼以及對(duì)振動(dòng)壓路機(jī)壓實(shí)性能的影響。T.s.yoo和E.T.selig的研究對(duì)振動(dòng)壓路機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)參數(shù)的選取和樣機(jī)實(shí)驗(yàn)時(shí)整機(jī)性能的估計(jì)有重要的指導(dǎo)意義，同時(shí)也為振動(dòng)壓路機(jī)整機(jī)參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)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(lái)計(jì)算振動(dòng)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(dòng)力與離心力之間不存在直接關(guān)系，超過(guò)某一振動(dòng)強(qiáng)度之后振動(dòng)輪就開(kāi)始脫離地面(跳振)。國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)振動(dòng)壓路機(jī)振動(dòng)系統(tǒng)的研究是從80年代初期才開(kāi)始的。他們也主要采用兩自由度數(shù)學(xué)模型對(duì)振動(dòng)壓路機(jī)的各種振動(dòng)特性進(jìn)行研究。為了達(dá)到更好的壓實(shí)效果，對(duì)振動(dòng)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(dòng)壓路機(jī)是一個(gè)多自由度振動(dòng)系統(tǒng)，為了計(jì)算方便而將其簡(jiǎn)化具有單自由度的數(shù)學(xué)模型，這種處理方法必然會(huì)給理論分析帶來(lái)一定誤差。為了更真實(shí)地反映振動(dòng)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(jì)軟件SOLIDWORKS建立了振動(dòng)壓路機(jī)整機(jī)分析模型(圖2-1)。并且先對(duì)振動(dòng)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(yàn)證，結(jié)果可靠。該模型可對(duì)振動(dòng)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(dòng)壓路機(jī)在不同參數(shù)條件下的動(dòng)態(tài)響應(yīng);最后還研究了連續(xù)壓實(shí)控制條件下振動(dòng)壓路機(jī)工作頻率，振動(dòng)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(jiàn)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(dòng)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(jì)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(duì)三維模型中的主要作業(yè)部件振動(dòng)輪單獨(dú)提取出來(lái)，進(jìn)行有限元模態(tài)分析，驗(yàn)證結(jié)構(gòu)的模態(tài)剛度是否符合要求，為進(jìn)一步的動(dòng)力學(xué)分析提供基礎(chǔ)。步驟四：對(duì)三維模型進(jìn)行動(dòng)力學(xué)參數(shù)定義，設(shè)置邊界條件與步驟一提取出來(lái)的參數(shù)，根據(jù)振動(dòng)壓路機(jī)-土的振動(dòng)系統(tǒng)的力學(xué)原理，對(duì)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(yàn)公式，為下一步研究振動(dòng)加速度與土壤剛度的聯(lián)系奠定基礎(chǔ)。步驟六：從一個(gè)區(qū)間等分設(shè)置土壤剛度，分別進(jìn)行仿真，得到振動(dòng)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(duì)研究工作作出總結(jié)，并且提出展望。第二章振動(dòng)壓實(shí)基礎(chǔ)概念與振動(dòng)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(lái)。在壓實(shí)過(guò)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(dòng)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(dòng)壓實(shí)機(jī)理的學(xué)說(shuō)：土的共振學(xué)說(shuō)、反復(fù)載荷學(xué)說(shuō)、內(nèi)摩擦減小學(xué)說(shuō)、交變剪應(yīng)變學(xué)說(shuō)。這些觀點(diǎn)雖然各自可以解釋某一類振動(dòng)壓實(shí)現(xiàn)象，但不能全面解釋各種振動(dòng)壓實(shí)現(xiàn)象。實(shí)際上，土在壓實(shí)過(guò)程中，無(wú)論是靜碾壓實(shí)還是振動(dòng)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(shí)，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(dòng)對(duì)土體剪應(yīng)力和抗剪強(qiáng)度的影響，才能有效分析振動(dòng)壓實(shí)機(jī)理。振動(dòng)對(duì)材料剪應(yīng)力的影響振動(dòng)壓實(shí)過(guò)程中，土體承受的壓力為靜壓力與動(dòng)壓力之和。土體承受的最大壓力大于靜碾壓實(shí)過(guò)程中土體承受的壓力，即振動(dòng)壓實(shí)過(guò)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(guò)程中土體承變的剪應(yīng)力，因而土體易于壓實(shí)。振動(dòng)壓實(shí)對(duì)土體剪應(yīng)力的影響與被壓實(shí)土的種類無(wú)關(guān)。振動(dòng)對(duì)不同材料壓實(shí)強(qiáng)度的影響振動(dòng)壓實(shí)對(duì)土體剪應(yīng)力的影響與被壓實(shí)土的種類無(wú)關(guān)，但是對(duì)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(shí)可知，土的抗剪強(qiáng)度與法向應(yīng)力的關(guān)系可由庫(kù)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(guò)程中形成的剪切阻力主要是內(nèi)聚力。無(wú)粘性土在壓實(shí)過(guò)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(wú)粘性土。無(wú)粘性土的摩擦性質(zhì)涉及到顆粒間的相對(duì)移動(dòng)，其物理過(guò)程包括兩部分:一是顆粒的滑動(dòng)產(chǎn)生滑動(dòng)摩擦;二是顆粒與相鄰顆粒脫離咬合而移動(dòng)產(chǎn)生咬合摩擦。咬合摩擦是由于相鄰顆粒對(duì)相對(duì)移動(dòng)起約束作用而形成的。因?yàn)轭w粒相互咬合，阻礙相對(duì)移動(dòng)，顆粒必須首先豎立，跨過(guò)相鄰顆粒才能移動(dòng)，所以隨著咬合作用的破壞，一般都會(huì)發(fā)生體積增大即剪脹效應(yīng)?；瑒?dòng)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(zhǎng)，會(huì)使微細(xì)咬合作用產(chǎn)生很大的衰減。如果振動(dòng)能使顆粒間的距離產(chǎn)生微弱增長(zhǎng)，就會(huì)使滑動(dòng)摩擦減小。振動(dòng)壓實(shí)過(guò)程中，振動(dòng)輪下面的土體顆粒也隨著振動(dòng)。當(dāng)其它條件相同時(shí)，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(shí)，土顆粒的慣性力也較小，它將在自己原來(lái)的位置振動(dòng)。當(dāng)土顆粒質(zhì)量足夠大，土顆粒的慣性力足以克服周?chē)渌令w粒內(nèi)聚力的作用時(shí)，土顆粒將偏離自己原來(lái)的位置，導(dǎo)致滑動(dòng)摩擦減小。具有良好級(jí)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(huì)使顆粒間的距離發(fā)生微小的變化，對(duì)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(yàn)證明，當(dāng)振動(dòng)加速度在g-O.5g時(shí)，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?jī)?nèi)摩擦力所需的最小加速度為綜上所述，振動(dòng)可以顯著減小滑動(dòng)摩擦。由于滑動(dòng)摩擦對(duì)不同材料抗剪強(qiáng)度所起的作用不同，所以振動(dòng)對(duì)不同材料抗剪強(qiáng)度的影響也不同。振動(dòng)可以顯著減小無(wú)粘性土的抗剪強(qiáng)度，但對(duì)粘性土抗剪強(qiáng)度的影響可以忽略不計(jì)。振動(dòng)壓路機(jī)的主要性能與結(jié)構(gòu)特點(diǎn)介紹.1振動(dòng)壓路機(jī)的主要性能特點(diǎn)與靜作用壓路機(jī)相比，振動(dòng)壓路機(jī)具有以下的性能特點(diǎn)：①同樣質(zhì)量的振動(dòng)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(dòng)壓路機(jī)的生產(chǎn)效率高。當(dāng)所要求的壓實(shí)度相同時(shí)，碾壓遍數(shù)少。③壓實(shí)瀝青混凝土上面層時(shí)，由于振動(dòng)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(dòng)壓路機(jī)上的應(yīng)用使駕駛員可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)施工道路中的薄弱點(diǎn)，隨時(shí)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(dòng)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(dòng)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(dòng)機(jī)的功率可降低30%左右。但是，由于振動(dòng)壓路機(jī)的振動(dòng)作用，給周邊環(huán)境以及人體帶來(lái)一定的公害，限制了振動(dòng)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(dòng)壓路機(jī)進(jìn)行壓實(shí)作業(yè)，另外，由于振動(dòng)對(duì)人體健康的影響，減振效果不好的振動(dòng)壓路機(jī)對(duì)駕駛員的傷害比較大。.2振動(dòng)壓路機(jī)的主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)無(wú)論振動(dòng)壓路機(jī)在結(jié)構(gòu)上的差異有多大，任何振動(dòng)壓路機(jī)都裝有振動(dòng)器，當(dāng)振動(dòng)壓路機(jī)工作時(shí)，振動(dòng)器將產(chǎn)生振動(dòng)的干擾力。在干擾力的作用下，振動(dòng)壓路機(jī)的工作部件（振動(dòng)輪）將產(chǎn)生具有一定的振幅跟頻率的振動(dòng)。這就是振動(dòng)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(dòng)壓路機(jī)的振動(dòng)器是由振動(dòng)軸和安裝在振動(dòng)軸上的一組偏心塊組成，當(dāng)振動(dòng)壓路機(jī)作業(yè)時(shí)，振動(dòng)軸帶動(dòng)偏心塊高速旋轉(zhuǎn)，此時(shí)偏心塊產(chǎn)生的離心力形成了“壓路機(jī)-土”的振動(dòng)系統(tǒng)的干擾力。振動(dòng)壓路機(jī)的下車(chē)（振動(dòng)輪在這個(gè)干擾力的作用下產(chǎn)生強(qiáng)迫振動(dòng)，強(qiáng)迫振動(dòng)的頻率等于干擾力的頻率。此時(shí)，振動(dòng)輪將其振動(dòng)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(dòng)，這就是“壓路機(jī)-土”的振動(dòng)系統(tǒng)。根據(jù)振動(dòng)器安裝形式的差異，振動(dòng)壓路機(jī)有如下幾種形式：①定向振動(dòng)壓路機(jī)定向振動(dòng)壓路機(jī)具有兩個(gè)在垂直平面上對(duì)稱布置的振動(dòng)器。這兩個(gè)振動(dòng)器的偏心塊轉(zhuǎn)速相等但是方向相反。當(dāng)振動(dòng)軸帶動(dòng)偏心塊高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，兩個(gè)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(dòng)系統(tǒng)在理論上產(chǎn)生垂直振動(dòng)。這種振動(dòng)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(méi)有突出的優(yōu)越性，所以很少采用②擺振式振動(dòng)壓路機(jī)擺振式壓路機(jī)在工作時(shí)呈現(xiàn)擺動(dòng)振動(dòng)狀態(tài)，因此在任何一個(gè)工作的瞬時(shí)，振動(dòng)壓路機(jī)總是保持一個(gè)振動(dòng)輪接觸地面。擺振式振動(dòng)壓路機(jī)具有兩個(gè)振動(dòng)器。一個(gè)安裝在前輪中心上，另外一個(gè)安裝在后輪中心上。兩個(gè)振動(dòng)器的偏心塊具有180°的相位差。工作時(shí)兩個(gè)振動(dòng)器由一個(gè)齒型帶驅(qū)動(dòng)，這樣即保持兩個(gè)振動(dòng)器在工作時(shí)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(gè)振動(dòng)器存在180°的相位差，一個(gè)振動(dòng)器的離心力方向朝上時(shí)候，另外一個(gè)振動(dòng)器的離心力的方向朝下。因而在理論上，擺振式振動(dòng)壓路機(jī)總是保持一個(gè)振動(dòng)輪跳離地面，使整機(jī)工作的時(shí)候除了具備振動(dòng)特性外，還具有前后擺動(dòng)的特點(diǎn)，故成為擺振式振動(dòng)壓路機(jī)。由于擺振式振動(dòng)壓路機(jī)永遠(yuǎn)只有一個(gè)振動(dòng)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(guó)寶馬公司的BW90型手扶振動(dòng)壓路機(jī)采用的就是這種結(jié)構(gòu)。③外振式振動(dòng)壓路機(jī)外振式振動(dòng)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(dòng)器安裝在下機(jī)架上，當(dāng)振動(dòng)軸帶動(dòng)偏心快告訴旋轉(zhuǎn)時(shí)，下機(jī)架連同下機(jī)架上的振動(dòng)輪一起振動(dòng)。這種振動(dòng)壓路機(jī)的振動(dòng)器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，非常便于維修保養(yǎng)，所以很多手扶式振動(dòng)壓路機(jī)采用這種結(jié)構(gòu)。④內(nèi)振式振動(dòng)壓路機(jī)目前絕大多數(shù)振動(dòng)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(dòng)器安裝在振動(dòng)軸上，而振動(dòng)軸又是振動(dòng)輪的回轉(zhuǎn)軸，當(dāng)振動(dòng)壓路機(jī)工作時(shí)，振動(dòng)軸帶動(dòng)偏心塊高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生而產(chǎn)生離心力，振動(dòng)輪在這個(gè)離心力的作用下產(chǎn)生圓周振動(dòng)。由于這種振動(dòng)壓路機(jī)的振動(dòng)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(dòng)壓路機(jī)的振動(dòng)系統(tǒng)采用內(nèi)振式結(jié)構(gòu)。第三章振動(dòng)壓路機(jī)的動(dòng)力學(xué)仿真模型的建立振動(dòng)壓路機(jī)的動(dòng)力學(xué)模型的建立【31】本節(jié)以雙驅(qū)雙振振動(dòng)壓路機(jī)為例，建立“壓路機(jī)一土”振動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)模型如圖2-1所示。

圖4-1仿真對(duì)象等效力學(xué)模型原理圖Figure4-1Equivalentmechanicalmodelofthetargetsimulationschematic（4.1）振動(dòng)輪本身的質(zhì)量加上受到的當(dāng)量荷載為m，把振動(dòng)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(dòng)力為F0，為振動(dòng)周期。為了列出描述該振動(dòng)系統(tǒng)的單自由度簡(jiǎn)諧振動(dòng)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(dòng)輪的結(jié)構(gòu)尺寸相同，兩振動(dòng)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(duì)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(dòng)力學(xué)模型的參數(shù)。③振動(dòng)輪始終與土保持緊密接觸。在壓實(shí)過(guò)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(dòng)壓實(shí)過(guò)程中塑性變形則相對(duì)較小，土主要表現(xiàn)為彈性變形?！?1】因此，在振動(dòng)壓實(shí)過(guò)程中，特別是當(dāng)壓實(shí)接近終了時(shí)，可將土簡(jiǎn)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(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)生水平振動(dòng)和垂直振動(dòng)。實(shí)驗(yàn)證明，振動(dòng)輪振動(dòng)的水平分量幾乎全部通過(guò)被壓材料表面之間的相互滑動(dòng)而被分散掉，因而水平振動(dòng)的影響深度小，僅對(duì)表層的壓實(shí)效果有較大的影響。為簡(jiǎn)單起見(jiàn)，在模型中只考慮離心力垂直分量的影響【31】。此模型僅是簡(jiǎn)單的單自由度模型，仿真過(guò)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(dòng)壓路機(jī)正常工作時(shí)，振動(dòng)輪與土始終保持緊密接觸(接地工況)，但當(dāng)振動(dòng)強(qiáng)度過(guò)大或土的剛度增加，振動(dòng)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(huì)使振動(dòng)壓路機(jī)行駛失去方向性，同時(shí)也會(huì)影響路面的平整度，這對(duì)壓實(shí)是不利的。為了對(duì)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(duì)振動(dòng)輪的作用力是非線性的。振動(dòng)輪與地面接觸時(shí)，地面對(duì)振動(dòng)輪的作用力可近似為一線性彈簧阻尼力，而當(dāng)振動(dòng)輪脫離地面時(shí)，地面對(duì)振動(dòng)輪的作用力為零。此時(shí)，“壓路機(jī)一土”組成的振動(dòng)系統(tǒng)是非線性振動(dòng)系統(tǒng)。對(duì)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(dòng)壓路機(jī)整機(jī)分析模型，該模型可同時(shí)對(duì)振動(dòng)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(duì)振動(dòng)壓路機(jī)跳振工況的動(dòng)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(duì)振動(dòng)輪質(zhì)心的動(dòng)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(dòng)壓路機(jī)的COSMOSMOTION的動(dòng)力學(xué)仿真模型按照傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，機(jī)械產(chǎn)品的測(cè)試首先必須建立被測(cè)系統(tǒng)的物理樣機(jī)，然后在各種載荷條件下，對(duì)該樣機(jī)進(jìn)行測(cè)試。如果測(cè)試期間，樣機(jī)出現(xiàn)故障，測(cè)試過(guò)程又要重新進(jìn)行。這種檢驗(yàn)方法不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)錢(qián)，而且設(shè)計(jì)人員往往過(guò)于安全、過(guò)于保守地進(jìn)行零部件的設(shè)計(jì)，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(yàn)是非常危險(xiǎn)或不允許的隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和廣泛應(yīng)用，計(jì)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(jì)算機(jī)系統(tǒng)能通過(guò)計(jì)算機(jī)并復(fù)現(xiàn)各種復(fù)雜系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)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(jì)和優(yōu)化設(shè)計(jì)，節(jié)約大量的時(shí)間和費(fèi)用，真正實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量、快速、低成本的設(shè)計(jì)要求。近年來(lái)，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(wèn)題的能力。世界著名的制造公司在生產(chǎn)開(kāi)發(fā)過(guò)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(chē)制造業(yè)、越野車(chē)輛和工程機(jī)械、航天航空業(yè)、鐵道車(chē)輛及設(shè)備、國(guó)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(dòng)器械及娛樂(lè)設(shè)備等。本文采用的仿真軟件是COSMOSMotion，它是用于SolidWorks為平臺(tái)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(jì)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(gòu)買(mǎi)ADAMS軟件一部分版權(quán)后開(kāi)發(fā)出來(lái)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(duì)理解其SolidWorks模型的性能感興趣的工程師和設(shè)計(jì)人員。COSMOSMotion使工程師能夠調(diào)整馬達(dá)/驅(qū)動(dòng)器的尺寸、確定能量消耗情況、設(shè)計(jì)聯(lián)動(dòng)布局、模擬凸輪運(yùn)動(dòng)、了解齒輪傳動(dòng)、調(diào)整彈簧/減震器的尺寸、確定接觸零件的動(dòng)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(kāi)發(fā)時(shí)間。COSMOSMotion還提供一些定性的好處，例如有能力考慮更多設(shè)計(jì)、降低風(fēng)險(xiǎn)，以及在設(shè)計(jì)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(jì)軟件SOLIDWORKS。本文采用的SolidWorks三維設(shè)計(jì)軟件是設(shè)計(jì)過(guò)程最簡(jiǎn)便、最方便的三維軟件。無(wú)與倫比的設(shè)計(jì)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(gè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)是可百分之百編輯的，零件設(shè)計(jì)、裝配設(shè)計(jì)和工程圖之間的是全相關(guān)的。SolidWorks提供了一整套完整的動(dòng)態(tài)界面和鼠標(biāo)拖動(dòng)控制。“全動(dòng)感的”的用戶界面減少設(shè)計(jì)步驟，減少了多余的對(duì)話框，從而避免了界面的零亂。嶄新的屬性管理員用來(lái)高效地管理整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程和步驟。屬性管理員包含所有的設(shè)計(jì)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(gè)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(kù)、標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)、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(jì)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(guò)拖放操作方便地進(jìn)行設(shè)計(jì)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(jì)轉(zhuǎn)向三維實(shí)體設(shè)計(jì)。①產(chǎn)品設(shè)計(jì)信息的共享和協(xié)同設(shè)計(jì)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(jì)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(guò)eDrawings方便地共享CAD文件。eDrawings是世界上第一個(gè)靠e-mail實(shí)現(xiàn)的交流工具，能夠在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程中，對(duì)三維和二維的數(shù)據(jù)進(jìn)行評(píng)估。用戶無(wú)需購(gòu)買(mǎi)eDrawings，就可以對(duì)用戶的方案進(jìn)行評(píng)估。直接將產(chǎn)品發(fā)布到互聯(lián)網(wǎng)上。通過(guò)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(gè)即時(shí)網(wǎng)站，用戶可以在異地共享三維設(shè)計(jì)模型。用戶可以對(duì)三維設(shè)計(jì)進(jìn)行瀏覽、旋轉(zhuǎn)、縮放和漫游。在創(chuàng)建網(wǎng)站時(shí)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(gè)零件可由多個(gè)用戶同時(shí)打開(kāi)，并通過(guò)對(duì)內(nèi)存讀寫(xiě)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(shí)協(xié)同設(shè)計(jì)從而最大限度發(fā)揮設(shè)計(jì)的威力。②零件建模SolidWorks提供了無(wú)與倫比的、基于特征的實(shí)體建模功能。通過(guò)拉伸、旋轉(zhuǎn)、薄壁特征、高級(jí)抽殼、特征陣列以及打孔等操作來(lái)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)。通過(guò)對(duì)特征和草圖的動(dòng)態(tài)修改，用拖拽的方式實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的設(shè)計(jì)修改。三維草圖功能為掃描、放樣生成三維草圖路徑，或?yàn)楣艿?、電纜、線和管線生成路徑。加快特征樹(shù)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(shí)提供自動(dòng)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(jì)、分離的實(shí)體設(shè)計(jì)、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(jì)過(guò)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(duì)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(dòng)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?duì)曲面進(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(shí)，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(lái)越多的消費(fèi)產(chǎn)品曲面設(shè)計(jì)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(jì)SolidWorks提供了頂尖的、全相關(guān)的鈑金設(shè)計(jì)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(jì)和工程隊(duì)伍可以直接對(duì)設(shè)計(jì)的零件進(jìn)行有限元分析，對(duì)產(chǎn)品的性能進(jìn)行評(píng)估，而不必花大量的時(shí)間和金錢(qián)制造昂貴的樣機(jī)。對(duì)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(dòng)力學(xué)仿真模型的大致過(guò)程如下：a.對(duì)實(shí)際的物理樣機(jī)進(jìn)行合理的簡(jiǎn)化，將機(jī)架，發(fā)動(dòng)機(jī)，駕駛室，等等部分的參數(shù)提取。并且簡(jiǎn)化，定義為一體，但是并不改變其質(zhì)量，尺寸等特征。振動(dòng)輪建立為單獨(dú)實(shí)體，振動(dòng)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(duì)以上簡(jiǎn)化結(jié)果進(jìn)行三維模型的建立，c.從SOLIDWORKS里開(kāi)啟COSMOSMOION模塊，對(duì)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