CN103352414A - 一种多频多幅振动压路机参数优化方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种多频多幅振动压路机参数优化方法：1）多频多幅振动压路机设计原理：利用变频器实现对振动频率的调节，变频器与振动电机连接，振动电机带轮与振动带轮之间通过皮带传动，通过调节变频器的频率实现电机转速的调节，从而使振动轴转速变化；2）振动系统运动学分析：把压路机的振动系统看作是二阶系统，计算压路机的振幅和激振频率。利用多目标优化方法中的线性加权法对振动压路机的频率和振幅进行优化，构建压实效果最优和舒适度最佳两个目标的压路机计算模型，为多频多幅压路机在不同土壤环境下频率和振幅参数确定提供了计算依据。

Description

一种多频多幅振动压路机参数优化方法

技术领域

本发明涉及压路机优化设计领域，尤其是一种多频多幅振动压路机参数优化方法。

背景技术

常规振动压路机的振动频率和名义振幅是固定，但是在压实作业中，土壤在不同环境下，其刚度和阻尼是截然不同的，同时土壤在振动压实的不同阶段，自身的刚度和阻尼也是变化的，一般分为塑性阶段，弹-塑性阶段，相对刚性阶段。多频多幅压路机作业时，振动轴上的一组偏心块高速旋转以产生离心力，强迫振动轮对地面产生很大的激振冲击力，形成冲击压力波，向地表内层传播，引起被压层颗粒振动或产生共振，最终达到预期的压实目的。对于不同的压实材料和铺筑层厚度，应该采用不同的振动频率和振幅．从而产生适当的激振力以及压实能量，以达到最佳的压实效果。着重设计一种满足多频多幅的振动式压路机，对其频率和振幅进行优化设计，并设计一组偏心块，利用其组合关系，应对不同工况下的最优压实效果。

振动压路机的工作装置在振动压实时，一方面是振动轮对被压实材料的冲击力越大，压实效果就越好：但从另一方面讲，强烈的振动有损于机器零件的使用寿命和司机的身体健康，因此要求振动压路机的上车振动能量尽量的小，这就是振动压路机上设置减振系统的目的。因此，压实与减振，这一对相互矛盾的设计指标，成为了压路机设计的关键技术。

压路机的减振性能主要由工作振幅和工作频率决定。同时这二个参数也决定了振动压路机的激振力。将这二个参数作为设计变量，利用优化设计方法，对多频多幅振动压路机的关键设计参数进行优化分析，实现基于压实效果最优和驾驶舒适性最佳两个目标的压路机相关参数设计。

发明内容

为实现压实效果最优和驾驶舒适性最佳，本发明提供了一种多频多幅振动压路机参数优化方法：

1）多频多幅振动压路机设计原理：利用变频器实现对振动频率的调节，变频器与振动电机连接，振动电机带轮与振动带轮之间通过皮带传动，通过调节变频器的频率实现电机转速的调节，从而使振动轴转速变化；

2）振动系统运动学分析：首先将减振器刚度为K₁，阻尼为C₁，其阻尼近似作为线性阻尼，由于土是具有一定刚度的弹性体，其刚度为K₂，阻尼为C₂，阻尼为线性阻尼。其次把振动压路机的上、下车的质量简化为具有一定质量的集中质量块，上车质量为m₁，下车质量为m₂，随土振动的质量为m₃。压路机工作时一般情况下紧贴土壤表面，不会跳离地面，所以把压路机的振动系统看作是二阶系统，其运动学方程为：

式中：F，ω—激振力和激振频率；x₁，x₂—上车和振动轮位移；F—偏心振子提供偏心力，即激振力；m—偏心块质量；r—偏心距。设其他参数为已知，根据上式可解微分方程求得x₁，x₂。

B=k₂ c₁ω+k₁ c₂ω-m₂c₁ω₃ -m₁c₁ω₃

振动压路机下车（振动轮）对地面作用力Fs 的大小不仅与振动压路机本身的振动参数有关，而且也与被压实土的刚度k₂和阻尼c₂有关。Fs可表示为：

前者与振动压路机的瞬时振幅和土的刚度有关，后者与振动压路机振动速度和土的阻尼有关。所以，振动压路机对地面的作用力大小与土的物理特性有着密切的关系。无阻尼状态下振动系统的一阶、二阶固有频率ω₁、ω₂分别为：

本发明的有益效果是：通过以上步骤为多频多幅压路机在不同工况下工作时（随振土壤的刚度和阻尼不同时），调整工作频率和振幅参数提供了理论依据。

 附图说明

图1偏心块结构简图；

图2偏心块组结构简图。

具体实施方式

 下面结合附图对本发明的工作工程加以详细说明。

本发明提供了一种多频多幅振动压路机参数优化方法：

1）多频多幅振动压路机设计原理：利用变频器实现对振动频率的调节，变频器与振动电机连接，振动电机带轮与振动带轮之间通过皮带传动，通过调节变频器的频率实现电机转速的调节，从而使振动轴转速变化；多频多幅振动压路机设计的关键问题是实现压实的多幅，由于振动压路机主要利用垂直方向的激振力来压实土壤，下面具体结合TZ4000 型压路机进行说明，其主要采用垂直分布的三根振动轴分别安装三个偏心块，通过偏心块的组合关系来提供不同的激振力，从而实现振动压路机的多振幅。扇形偏心块的设计结构，如图1 所示。偏心块组布置的基本简图，如图2 所示。为了保证振动的平稳型，一般将中间的振动轴称为主振动轴，其偏心矩是三者中最大的，该组偏心块能通过组合关系能合成6种不同的振幅。

2）振动系统运动学分析：首先将减振器刚度为K₁，阻尼为C₁，其阻尼近似作为线性阻尼，由于土是具有一定刚度的弹性体，其刚度为K₂，阻尼为C₂，阻尼为线性阻尼。其次把振动压路机的上、下车的质量简化为具有一定质量的集中质量块，上车质量为m₁，下车质量为m₂，随土振动的质量为m₃。压路机工作时一般情况下紧贴土壤表面，不会跳离地面，所以把压路机的振动系统看作是二阶系统，其运动学方程为：

式中：F，ω—激振力和激振频率；x₁，x₂—上车和振动轮位移；F—偏心振子提供偏心力，即激振力；m—偏心块质量；r—偏心距。设其他参数为已知，根据上式可解微分方程求得x₁，x₂。

B=k₂ c₁ω+k₁ c₂ω-m₂c₁ω₃ -m₁c₁ω₃

振动压路机下车（振动轮）对地面作用力Fs 的大小不仅与振动压路机本身的振动参数有关，而且也与被压实土的刚度k₂和阻尼c₂有关。Fs可表示为：

前者与振动压路机的瞬时振幅和土的刚度有关，后者与振动压路机振动速度和土的阻尼有关。所以，振动压路机对地面的作用力大小与土的物理特性有着密切的关系。无阻尼状态下振动系统的一阶、二阶固有频率ω₁、ω₂分别为：

Claims (1)

1.一种多频多幅振动压路机参数优化方法，其特征在于包括如下两个步骤：

1）多频多幅振动压路机设计原理：利用变频器实现对振动频率的调节，变频器与振动电机连接，振动电机带轮与振动带轮之间通过皮带传动，通过调节变频器的频率实现电机转速的调节，从而使振动轴转速变化；

2）振动系统运动学分析：首先将减振器刚度为K₁，阻尼为C₁，其阻尼近似作为线性阻尼，由于土是具有一定刚度的弹性体，其刚度为K₂，阻尼为C₂，阻尼为线性阻尼；

其次把振动压路机的上、下车的质量简化为具有一定质量的集中质量块，上车质量为m₁，下车质量为m₂，随土振动的质量为m₃；

压路机工作时一般情况下紧贴土壤表面，不会跳离地面，所以把压路机的振动系统看作是二阶系统，其运动学方程为：

式中：F，ω—激振力和激振频率；x₁，x₂—上车和振动轮位移；F—偏心振子提供偏心力，即激振力；m—偏心块质量；r—偏心距；

设其他参数为已知，根据上式可解微分方程求得x₁，x₂；

B=k₂ c₁ω+k₁ c₂ω-m₂c₁ω₃ -m₁c₁ω₃

振动压路机下车（振动轮）对地面作用力Fs 的大小不仅与振动压路机本身的振动参数有关，而且也与被压实土的刚度k₂和阻尼c₂有关；

Fs可表示为：

前者与振动压路机的瞬时振幅和土的刚度有关，后者与振动压路机振动速度和土的阻尼有关；

所以，振动压路机对地面的作用力大小与土的物理特性有着密切的关系；

无阻尼状态下振动系统的一阶、二阶固有频率ω₁、ω₂分别为：

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