12T振動壓路機總體和液壓系統(tǒng)、振動輪總成、減振系統(tǒng)等主要部件的設(shè)計【含CAD圖紙源文件】

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The development of domestic and foreign research into the history compacting machinery, take compaction and compaction machinery ethnology trends and latest developments. 12T Roller products to provide the basis for positioning. China road roller, the overall technological level compared with foreign countries there are still gaps, mainly in: Model insufficiency, heavy and extra heavy-duty roller number and variety of production is still small, specialized compaction equipment, lack of comprehensive technical and economic indicators and automatic control is still lower than the advanced level. In this paper, theoretical analysis and calculation based on the overall completion of 12T vibratory roller and hydraulic systems, vibration wheel assembly, shock absorber system and other major components of the design, plan, structure and design methods for innovation: all-hydraulic transmission scheme, by three independent hydraulic circuit of walking, vibration and steering the three basic functions, and compared the compaction effect of mechanical drive, climbing ability, quality and distribution, operation control and the overall layout has more advantages. Turn structure using the program articulated frame waist to change direction, turning radius, mobility, front and rear tracks overlap, low center of gravity, the driver broad field of vision. Hydraulic brake system with static brake, multi-disc friction brake and electro-hydraulic operation, while braking, braking effect is good. Eccentric shaft vibration exciter designed to increase the structure of two active forms of eccentric, eccentric block is placed in cylindrical cabinets filled with silicone oil, both achieved double amplitude of the vibration frequency function, but also avoids the agitation and lubricants The impact is strong. Rubber shock absorber damping system is to use a more simplified single degree of freedom vibration model is derived for maximum vibration damping effect of the total system when the dynamic stiffness, as the basis for the design of rubber shock absorber, and the roller was stability analysis. KEY WORDS: vibratory roller, design, frame, hydraulic, vibration force, vibration 目錄 第一章 前言 1 1.1壓實機械簡介 1 1.1.1壓實機械發(fā)展簡史 1 1.1.2壓實機械的分類 1 1.2國內(nèi)外壓實機械和壓實技術(shù)的發(fā)展概況 2 1.2.1國內(nèi)壓實機械和壓實技術(shù)發(fā)展概況 2 1.2.2國外壓實機械和壓實技術(shù)現(xiàn)狀 3 1.2.3壓實機械的發(fā)展趨勢 5 1.3壓路機發(fā)展的最新技術(shù)和趨勢 6 1.4課題的提出和主要研究內(nèi)容 8 1.4.1 12T全液壓振動壓路機設(shè)計任務(wù)的提出 8 1.4.2 12T全液壓振動壓路機設(shè)計的主要內(nèi)容 9 1.5本章小結(jié) 9 第二章12T振動壓路機總體設(shè)計 10 2.1機型的確定 10 2.2總體結(jié)構(gòu)設(shè)計 11 2.3主要系統(tǒng)的設(shè)計方案 11 2.3.1傳動系統(tǒng)的設(shè)計方案 11 2.3.2轉(zhuǎn)向及車架的結(jié)構(gòu)設(shè)計方案 13 2.3.3制動系統(tǒng)的設(shè)計方案 15 2.4基本參數(shù)的確定 16 2.4.1名義振幅 16 2.4.2振動頻率 17 2.4.3振動加速度 18 2.4.4激振力和靜偏心矩 18 2.4.6 12T振動壓路機的基本參數(shù)表 20 2.5 本章小結(jié) 21 第三章 振動壓路機的主要部件 23 3.1液壓系統(tǒng)設(shè)計 23 3.1.1行走驅(qū)動液壓系統(tǒng)設(shè)計 23 3.1.2振動液壓傳動系統(tǒng)設(shè)計 27 3.1.3轉(zhuǎn)向液壓傳動系統(tǒng)設(shè)計 29 3.2振動輪總成結(jié)構(gòu)及工作原理 31 3.2.1振動輪總成 31 3.2.2激振器結(jié)構(gòu)設(shè)計及計算 32 3.2.3振動軸承的選擇與校核 34 3.4 減振裝置設(shè)計 35 3.4.1振動壓路機的減振 35 3.4.2減振系統(tǒng)的減振系數(shù)與總剛度 35 3.4.3減振器的材料 37 3.4.4橡膠減振器的設(shè)計計算 37 3.4.6．橡膠減振器的校核計算 39 第四章 壓路機整機穩(wěn)定性分析 41 4.1穩(wěn)定性工況分類 41 4.2坡道縱向靜態(tài)穩(wěn)定性 41 4.3計算結(jié)果分析及討論 43 4.4關(guān)于整機穩(wěn)定性的分析討論 44 4.5 12T壓路機穩(wěn)定性計算分析 44 4．6本章小結(jié) 45 結(jié)論 46 致 謝 48 參考文獻 49 - 4 - 第一章 前言 1.1壓實機械簡介 1.1.1壓實機械發(fā)展簡史 壓實原理的應(yīng)用起源于中國，早在1000多年前的隋唐時期就使用了人力或畜力拖動的石滾。 1262年，美國制成了世界上第一臺以蒸汽機為動力的自行式三輪壓路機。 1929年，美國制成了世界上第一臺以柴油機為動力的自行式光輪壓路機。 1930年，德國設(shè)計了用履帶拖拉機牽引的振動平板夯，1940年，在此基礎(chǔ) 上設(shè)計成功了振動壓路機。 振動壓路機的出現(xiàn)，改寫了壓實機械的歷史：不僅替代了過去靠單一增加主機的重量，來增加壓實力的做法。而且在壓實理論上也有新發(fā)展，目前被人們接受有四大理論：1.內(nèi)摩擦減少學(xué)說；2.共振學(xué)說；3.反復(fù)載荷學(xué)說；4.交變剪應(yīng)變學(xué)說。新理論的產(chǎn)生必然帶來產(chǎn)品的革命。因此，引起了各國制造商的關(guān)注，對振動壓路機進行了廣泛的研究。 最初，振動壓路機只用于壓實非粘性材料，隨著技術(shù)性能的改進和提高，振動壓路機已廣泛地用于粘性材料、瀝青路面和混凝土的壓實工作。60年代后，隨著振動壓實理論的深入研究和完善，涌現(xiàn)了各種形式的振動壓實機械，液壓技術(shù)的廣泛應(yīng)用，使振動壓實機械得到了迅速發(fā)展，目前已形成了品種繁多的壓實機械家族。 1.1.2壓實機械的分類 根據(jù)壓實機械的工作原理、結(jié)構(gòu)特點、傳動形式、操作方法和用途的不同，有不同的分類方法，習(xí)慣上把壓實機械分為壓路機和夯實機兩大類。 1、壓路機：按壓實原理，壓路機可分為靜作用壓路機、振動壓路機和組合式壓路機。靜作用壓路機又可分為光輪壓路機和輪胎壓路機。振動壓路機可分為手扶式振動壓路機、自行式振動壓路機、兩鋼輪串聯(lián)式振動壓路機和拖式振動壓路機。振動壓路機按振動機構(gòu)分又可分為：圓周振動；扭轉(zhuǎn)振動即振蕩；智能振動，其中包括：垂直振動、斜向振動和水平振動；復(fù)式振動即扭轉(zhuǎn)振動和軸向振動的疊加：混沌振動壓路機即主頻附近的寬頻激振。 2、夯實機：夯實機有蛙式打夯機、振動平板夯、振動沖擊夯和爆炸夯四種。振動平板夯又可分前行和可逆行振動平板夯兩種。振動沖擊夯又分為電動和內(nèi)燃振動沖擊夯兩種。 1.2國內(nèi)外壓實機械和壓實技術(shù)的發(fā)展概況 1.2.1國內(nèi)壓實機械和壓實技術(shù)發(fā)展概況 建國以前，我國只有一些壓路機的修配工廠，直到1940年，大連仿制出了我國第一臺蒸汽壓路機。建國以后，上海市工程局廈門筑路機械廠（洛陽建筑機械廠前身）于1952年成功地制造了6t三輪壓路機，1954年廈門筑路機械廠由上海遷往洛陽，改名為洛陽建筑機械廠，并于1957年試制成功了12/15t三輪壓路機，洛陽建筑機械廠成為我國第一個生產(chǎn)壓路機的專業(yè)廠。 進入20世紀(jì)60年代，徐州工程機械廠、上海工程機械廠和三明重型機械廠先后加入了壓路機生產(chǎn)廠行列，先后設(shè)計出6/8t、8/10t、10/12t、12/15t光輪壓路機，淘汰了蒸汽壓路機。1961年，西安公路學(xué)院與西安筑路機械廠聯(lián)合開發(fā)了3t自行式振動壓路機，標(biāo)志著我國自行開發(fā)設(shè)計振動壓實機械的起步。1964年，洛陽建筑機械廠設(shè)計出4.5t振動壓路機。1966年，徐州工程機械廠設(shè)計了9/16t輪胎壓路機。 20世紀(jì)70年代，交通部系統(tǒng)的德州筑路機械廠（山東公路機械廠前身）、西安筑路機械廠、四川公路機修廠和廊坊筑路機械廠也加入到壓路機的生產(chǎn)行列。1974年，洛陽建筑機械廠與長沙建筑機械研究所合作開發(fā)了10t輪胎驅(qū)動壓路機和14t拖式振動壓路機。20世紀(jì)80年代，邯鄲建筑機械廠、四平建筑機械廠、義烏建筑機械廠、長春工程機械廠、中建四局機械廠、陜西水利機械廠、常州市長江工程機械廠、江陰交通工程機械廠等都先后投產(chǎn)。洛陽建筑機械廠設(shè)計了6t、10t、12t、16t振動壓路機，邯鄲建筑機械廠設(shè)計了2t振動壓路機，陜西水利機械廠設(shè)計了拖式凸塊振動壓路機。 20世紀(jì)80年代中期，我國開始引進國外壓路機制造技術(shù)。1983年洛陽建筑機械廠引進了美國Hrster公司技術(shù)，合作生產(chǎn)了6t鉸接式振動壓路機；1984年徐州工程機械廠引進瑞典Dynapac公司的CA25型輪胎驅(qū)動振動壓路機和CC21型串聯(lián)振動壓路機技術(shù)；1985年溫州冶金機械廠設(shè)計了19t振動壓路機；1987年洛陽建筑機械廠引進德國Bomag公司的217DBW和141AD振動壓路機技術(shù)；江麓機械廠引進了德國Vibromax公司的W1102系列振動壓路機技術(shù)。以后，各生產(chǎn)廠家在此基礎(chǔ)上不斷開發(fā)新的產(chǎn)品，使本廠產(chǎn)品達到多品種系列化。 20世紀(jì)80年代后期，隨著基礎(chǔ)工業(yè)的發(fā)展，特別是液壓泵、馬達、振動輪用軸承、橡膠減振器的引進生產(chǎn)，使振動壓路機技術(shù)總體水平和可靠性有很大的提高，在基礎(chǔ)元件支持下，振動壓路機引進技術(shù)不斷得到消化吸收，國內(nèi)大專院校和科研院所的科研攻關(guān)，使我國自行開發(fā)和設(shè)計振動壓路機的能力有較大的提高，1990年西安公路交通大學(xué)與徐州工程機械廠共同開發(fā)了10t振蕩壓路機，標(biāo)志著我國振動壓路科研和產(chǎn)品開發(fā)達到新的水平。 從1960年以來，夯實機械也處于蓬勃發(fā)展時期，1961年長沙建筑機械研究所在總結(jié)群眾發(fā)明的基礎(chǔ)上，設(shè)計了蛙式夯土機；同時，廠所合作設(shè)計成功了爆炸式夯系列產(chǎn)品。20世紀(jì)70年代，長沙建筑機械研究所與制造廠合作開發(fā)了振動平板夯系列。20世紀(jì)80年代，長沙機械研究所、北京建筑機械綜合研究所、建研院建筑機械化研究所與工廠合作，先后設(shè)計了不同型號的振動沖擊夯。 目前，我國30多家工廠生產(chǎn)壓路機，生產(chǎn)夯實機械的工廠多達數(shù)百家，已形成6—20t光輪壓路機、6—20t輪胎壓路機、0.5—20t振動壓路機等三大系列的壓路機的批量生產(chǎn)，基本上滿足了國內(nèi)需要。 我國壓路機，整體技術(shù)水平與國外相比仍有差距，主要表現(xiàn)在：產(chǎn)品型號不全、重型和超重型壓路機生產(chǎn)數(shù)量和品種仍然較少、專用壓實設(shè)備缺乏、綜合技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)和自動控制方面仍低于國外先進水平。 1.2.2國外壓實機械和壓實技術(shù)現(xiàn)狀 國外壓實機械比較先進的國家有:德國、美國、瑞典、日本、法國、英國和俄羅斯。光輪壓路機的產(chǎn)量逐年下降，目前生產(chǎn)量較大的有三輪壓路機（6—12t）、二軸串聯(lián)壓路機（2—13t）、三軸串聯(lián)壓路機（12—14t）。 光輪壓路機比較先進的結(jié)構(gòu)是大滾輪直徑、全輪驅(qū)動、液壓傳動、液壓轉(zhuǎn)向機構(gòu)。日本酒井公司生產(chǎn)的R1和R2型全液壓光輪三輪壓路機采用了全輪驅(qū)動鉸接轉(zhuǎn)向機構(gòu)，是比較先進的機種。光輪壓路機的技術(shù)簡單、維修方便、壽命長、施工工藝成熟、特別是價格便宜、因而尚有一定的市場需求。工業(yè)發(fā)達國家，在維修高速公路的磨耗層時，二輪串聯(lián)光輪壓路機是合適的機種。 輪胎壓路機的應(yīng)用始于20世紀(jì)50年代，但直到20世紀(jì)60年代才因成功地采用輪胎集中調(diào)壓系統(tǒng)，使技術(shù)日臻完善。 輪胎壓路機與光輪壓路機相比，其優(yōu)越性在于使被壓實材料有非常好的封閉性。除了適宜壓實瀝青攤鋪層，幾乎還能夠完成所有的壓實工作。自行式輪胎壓路機的機動性好，便于運輸與工地轉(zhuǎn)移。由于20世紀(jì)70年代振動壓路機已解決了瀝青鋪裝層的壓實工藝問題，輪胎壓路機的發(fā)展余地也比較少了。但是，在修筑高等級路面時，輪胎壓路機仍是不可缺少的機種。目前世界上主要壓路機生產(chǎn)廠家都生產(chǎn)輪胎壓路機。 國外振動壓路機發(fā)展迅速，從產(chǎn)品品種、產(chǎn)量、銷售額等方面與其它壓路機相比，都占有較大的優(yōu)勢。 由于高速公路的發(fā)展，對基礎(chǔ)的承載能力需求越來越高，振動壓路機被視為較理想的、能滿足要求的壓實機械，因而從20世紀(jì)50年代初就引起了人們對振動壓路機的重視。本世紀(jì)20世紀(jì)30年代，德國最早利用振動原理壓實土壤。羅申豪森（LOSE-AUSEN）公司率先設(shè)計了一臺安裝有振動的平板壓實機的25t履帶式拖拉機。隨后生產(chǎn)出拖式振動壓路機，工作質(zhì)量為4—6t。當(dāng)時，研究的主要問題是解決振動壓路機的參數(shù)選擇和振動軸軸承的壽命，瑞典壓實機械專家拉斯佛斯布德（Lars Forssblad）先生發(fā)明了撥球滾道振動機構(gòu)，獲得了專利權(quán)。這個機構(gòu)解決了振動軸軸承的使用壽命問題。 20世紀(jì)50年代，歐洲各國開發(fā)了串聯(lián)式整體車架振動壓路機，并逐步改型。20世紀(jì)60年代，隨著對振動壓路機的深入研究，振動軸軸承性能、減振器性能和制造工藝水平不斷提高，促使振動壓路機得到了飛速發(fā)展。此時，輪胎驅(qū)動鉸接式振動壓路機、雙鋼輪串聯(lián)式振動壓路機等產(chǎn)品相繼問世，振動壓路機形成了兩個主要系列。 20世紀(jì)70年代以后，振動壓路機家族先后出現(xiàn)了組合式、蟹形式、凸塊式、手扶式振動壓路機；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。進入20世紀(jì)80年代，壓實度的自動測量技術(shù)、“機—電—液”一體化技術(shù)逐漸應(yīng)用于振動壓路機上。 由于振動壓路機壓實效果好、影響深度大、生產(chǎn)率高，而且適用于各種類型土壤的壓實，因此，振動壓路機和壓實施工工藝提出了不同的要求，工程的廣泛需求，促使振動壓路機迅速發(fā)展。壓路機制造廠商已經(jīng)提供了各種形式振動壓路機，基本上滿足工程的需要。 20世紀(jì)80年代初，瑞典喬戴納米克（Geodynamik AB）研究所提出了新的壓實理論，即利用土力學(xué)交變剪應(yīng)變原理，使土壤等壓實材料的顆粒重新排列而得更加密實。根據(jù)該理論，1982年德國哈姆（HAMM）公司開發(fā)出新型振動壓路機，即震蕩壓路機，1984年，世界首批震蕩壓路機開始銷售市場。 20世紀(jì)80年代末，日本生產(chǎn)出大噸位垂直振動壓路機，其振動輪內(nèi)部采用雙軸交叉振動法，使壓路機壓實深度深、壓實效果好且低速直線行駛穩(wěn)定。20世紀(jì)50年代，國外開始生產(chǎn)爆炸夯，但不久就被淘汰了，國外生產(chǎn)的夯實機械產(chǎn)品品種較多，產(chǎn)量較大的有以下兩種：（1）振動平板夯，許多廠家都進行系列生產(chǎn)，自重60—600kg，較大型的振動平板夯都可逆行；（2）振動沖擊夯，是輕便靈活的機型，自重60—120kg。 1.2.3壓實機械的發(fā)展趨勢 1、液壓化20世紀(jì)60年代，國外大中型壓實機械已采用液壓技術(shù)；20世紀(jì)70年代推出的全液壓振動壓路機，使得壓路機結(jié)構(gòu)簡單、布置方便、操縱簡便省力，特別是液壓傳動實行走系統(tǒng)無級變速，使振動系統(tǒng)根據(jù)施工要求在較大范圍內(nèi)調(diào)頻和調(diào)幅，振動壓路機使用性能和應(yīng)用范圍大大改善和提高，同時，液壓化為機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、系列化為滿足不同施工條件的要求，壓實機械產(chǎn)品系列不斷擴大和完善，就振動壓路機而言，從300kg的手扶振動壓路機到自重20t的大型振動壓路機，都按不同的系列進行生產(chǎn)。 根據(jù)用戶的使用要求，一種產(chǎn)品又派生出多種變形產(chǎn)品，如瑞典戴納帕克(Dynapac)公司CA系列產(chǎn)品為輪胎驅(qū)動振動壓路機，包括CA10、CA21、CA30、CA51等，自重從4—16t；CC系列產(chǎn)品包括CC11、CC21、CC41等自重從4—10t；其中CA25S型振動壓路機派生出壓實粘性土用的CA25P、雙輪驅(qū)動的CA25D、雙輪驅(qū)動壓實粘土用的CA25PD和壓實面層的CA25R等型號。德國韋帕麥克（Vibromax）公司在其15t重的小型振動壓路機W152基礎(chǔ)上派生出W152K型振動壓路機。德國寶馬（Bomag）公司在BW90S手扶式振動壓路機的基礎(chǔ)上派生出帶有轉(zhuǎn)向和司機座椅的BW90SL型振動壓路機。 3、電子化、智能化測試技術(shù)和微電子技術(shù)在壓實機械上的應(yīng)用可以提高生產(chǎn)率，確保壓實質(zhì)量和機器正常工作。電子化主要表現(xiàn)在機器狀態(tài)和參數(shù)的檢測處理和顯示以及密實度計。密實度計可以自動記錄被壓實材料的密實度值；電子化的另一個表現(xiàn)是：測試壓路機可以在工程施工過程中提供壓實質(zhì)量控制依據(jù)；而電子化的最高表現(xiàn)是智能壓路機，智能壓路機可以自動調(diào)節(jié)自身狀態(tài)，使之與周圍環(huán)境壓實材料想適應(yīng)，優(yōu)化壓實過程，智能壓路機代表著發(fā)展方向。 4、標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)化包括兩方面的內(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，減低成本，生產(chǎn)廠家盡力使本公司的各類產(chǎn)品零件標(biāo)準(zhǔn)化。例如，瑞典德納帕克(Dynapac)公司正在改進CA15、CA25、CA30、CA51機型的設(shè)計，使其零件在一定范圍內(nèi)盡可能通用，如分動箱、變速箱、減速箱、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，將一臺機器分成不同的模塊提高新產(chǎn)品開發(fā)速度，滿足多途的需要。該公司在同一機器上可方便地更換各種振動輪，變型為CA25P型。寶馬公司設(shè)計了一種特殊凸塊裝置，可在很短時間內(nèi)嵌固在光滑振動輪表面上。 5、人性化、安全化為了提高生產(chǎn)率，延長機器使用壽命，振動壓實機械均在減振降噪方面作了大量的工作，可滿足ISO2631-1978(E)《人體承受整體振動的評價指南》中司機連續(xù)工作8小時不疲勞的要求。德國ABG公司生產(chǎn)的8t組合振動壓路機，在減振和隔音處理方面都達到了相當(dāng)高的水平。采用雙方向盤、可動方向盤、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的疲勞強度，滿足操縱方便性。如瑞典德納帕克(Dynapac)公司生產(chǎn)的CC42型振動壓路機，只有兩個操縱手柄，而且方向盤可以到側(cè)面，減少了操縱過失和司機疲勞。 一些壓實機械制造商在其產(chǎn)品上裝有傾翻駕駛室和防降重物駕駛室，適應(yīng)特殊施工條件的要求，保障駕駛員的人身安全，德國韋伯麥克公司在手扶振動壓路機手柄上裝有自動停車裝置，一旦司機滑倒，手脫離手柄，立即停車，確保人身安全。 6、特殊用途壓實機械例如：斜坡壓路機、水下壓路機、垃圾壓路機、RCC（碾壓混凝土）專用振動壓路機、回填挖壓路機等專用壓路機的開發(fā)得到重視。 7、應(yīng)用壓實新技術(shù)例如：振蕩壓實技術(shù)、垂直震動壓實技術(shù)、調(diào)頻調(diào)幅技術(shù)、橡膠壓實輪技術(shù)被逐步應(yīng)用于工程施工中。 8、面向產(chǎn)品生命周期的設(shè)計現(xiàn)代化管理帶來的收益是潛在的和巨大的，現(xiàn)代化管理包括產(chǎn)品設(shè)計、制造、銷售、使用、維修各個環(huán)節(jié)，特別是售前、售后服務(wù)的實時化和規(guī)范化。 1.3壓路機發(fā)展的最新技術(shù)和趨勢 縱觀國內(nèi)外壓路機新產(chǎn)品的特點，歸納起來有以下幾點： 1、壓實度監(jiān)控及壓實機械智能化技術(shù): 傳統(tǒng)壓實度檢驗通常采取隨機抽樣的方法，在碾壓后取樣測密度、測靜態(tài)彈性模量來反映壓實質(zhì)量。依靠人工操作，既花時間，費用也高，且屬抽樣檢驗，容易漏檢。隨著機械施工的土方工作量越來越大，采用傳統(tǒng)的壓實度檢測方法已經(jīng)很難滿足施工需求并及時指導(dǎo)施工作業(yè)。 針對上述問題，國外重點開展了新檢測方法的研究。瑞典Geodynamik公司、德國Bomag公司相繼設(shè)計成功壓實度檢測儀。其原理是：在壓實初期，填料比較疏松、密實度低，路基彈性剛度較小、阻尼較大，振動輪的響應(yīng)較小。隨著壓實遍數(shù)的增加，填料被逐漸壓實，路基的彈性剛度變大、阻尼變小，振動輪的響應(yīng)不斷增大。 國內(nèi)在壓實度連續(xù)檢測裝置方面開始研究，幾個單位曾開發(fā)了機載壓實度檢測儀，最早采用數(shù)碼管顯示，后來采用單片機控制技術(shù)，盡管成本低，但在實際應(yīng)用中效果不理想，儀器顯示值與實測壓實度不能很好的對應(yīng)，在工程實踐中無法廣泛使用。提高其測量準(zhǔn)確性已成為研究的重點問題之一。 在壓實度連續(xù)檢測技術(shù)的基礎(chǔ)上，將自適應(yīng)技術(shù)引入壓實控制中，壓路機根據(jù)頻率、振幅、遍數(shù)、壓實度等參數(shù)，不斷改變自身的參數(shù)，自動適應(yīng)作業(yè)工況，實現(xiàn)壓實作業(yè)的最優(yōu)控制。還可通過對工作過程的檢測，進行報警、故障診斷和分析。德國Bomag公司設(shè)計的智多星壓實控制系統(tǒng)，其原理是根據(jù)被壓實材料的密度變化自動選擇適當(dāng)?shù)恼穹?，以?yōu)化激振力的輸出。單鋼輪振動壓路機采用控制振幅的Variocontrol系統(tǒng)，其設(shè)有5個垂直振幅擋位，供駕駛員手動操作。 雙鋼輪振動壓路機采用控制振幅及振向的Variomatic系統(tǒng)，可根據(jù)前、后鋼輪對被壓實材料不同的響應(yīng)信號來自動調(diào)整相應(yīng)的振幅及振向，優(yōu)化激振力的輸出。Ingersoll-Rand、Caterpillar等公司也在各自的產(chǎn)品上配置了可監(jiān)測壓實工況及數(shù)據(jù)處理的電子控制系統(tǒng)。 2.壓實過程計算機仿真技術(shù): 在壓實理論和技術(shù)的研究中，試驗研究與計算機仿真技術(shù)的結(jié)合將成為更加重要的研究手段。計算機輔助設(shè)計、輔助試驗、輔助制造、輔助管理以及輔助工程將使壓實機械的設(shè)計過程從構(gòu)思、設(shè)計、制造、試驗到使用、維護、管理的全過程成為高度自動化和現(xiàn)代化的過程。 3.壓實機械輔助選擇技術(shù): Bomag公司最近向用戶推出了一種名為CARE（Computer Aided RollerSelection In Earth-works）的土方壓實機械輔助選擇軟件，作為選擇壓實設(shè)備的輔助工具。它可以幫助用戶根據(jù)壓實過程的工作量、現(xiàn)場條件、材料特性、葡氏壓實曲線以及所要求的壓實度來選擇該公司的三種壓實機械配置方案，對每種方案均可提供各種使用參數(shù)的選用建議，包括壓輪類型、振幅和頻率、鋪層厚度和鋪層數(shù)、每層壓實帶的安排、碾壓速度和遍數(shù)以及壓實生產(chǎn)率和壓實時間的確定。 4.壓實過程全球定位技術(shù): 通過全球定位，能確定壓實的位置和保證壓實質(zhì)量。通過精確無誤地跟蹤壓路機所處的位置，特別是當(dāng)壓路機偏離出壓實區(qū)域的范圍時，可以幫助駕駛員在保持行走狀態(tài)下糾正錯誤，使壓實質(zhì)量得到保證。Bomag公司己將網(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。它通過安裝在壓路機上的GPS脈沖裝置，將整機的工作情況如整機的工作區(qū)域、工作軌跡、碾壓密實度的色彩比較等信號，經(jīng)空間衛(wèi)星發(fā)送到安裝在壓路機上的GPS接收裝置上并在PC機上顯示，并可啟動自動調(diào)幅機構(gòu)，隨時調(diào)節(jié)工作激振力的大小，以達到路面規(guī)定的密實度要求。 5.多功能、系列化、特種用途的壓實機械將增加： 在同一種壓路機上，可裝置光輪、凸塊輪、橡膠輪及推土鏟等，使壓路機一機多用。在液壓系統(tǒng)中設(shè)置一些接口和快速接頭，用于連接沖擊鎬或鑿巖機等。在發(fā)展多功能的同時，開發(fā)一些特種用途機型，如壓實管道和電纜埋設(shè)溝槽的壓路機、斜坡壓路機、垃圾壓實機、鹽廠壓實機等。 1.4課題的提出和主要研究內(nèi)容 入世后，隨著進口工程機械產(chǎn)品關(guān)稅的降低，國外先進的壓實設(shè)備將會對國內(nèi)產(chǎn)品產(chǎn)生較大的沖擊，如何縮小國內(nèi)產(chǎn)品在性能上與國外產(chǎn)品之間的差距，就成為國內(nèi)壓路機生產(chǎn)企業(yè)需要迫切解決的問題。只有不斷研究基本理論和先進技術(shù)，提高設(shè)計水平，才能提高國產(chǎn)振動壓路機的市場競爭力，得到那屬于我們的“奶酪”。 1.4.1 12T全液壓振動壓路機設(shè)計任務(wù)的提出 由于振動壓路機(通常無特殊說明的即為圓周振動),這種機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、壓實深度大、壓實效果好，所以廣泛用于公路、鐵路路基，機場跑道，港口碼頭，堤壩等基層到面層的壓實作業(yè)。是壓實土方和基層的主力壓路機。如果說由靜碾壓路機到振動壓路機是壓實機械的一次革命。那么機械式振動壓路機到全液壓式振動壓路機又是一次飛躍。機械式振動壓路機由于其傳動系統(tǒng)采用機械傳動，振動鋼輪無法進行驅(qū)動，為了有足夠的牽引力驅(qū)動輪胎上必須增加相應(yīng)的重量來加大其附著力不致使輪胎打滑。而全液壓式振動壓路機就不同了，由于振動鋼輪可通過液壓馬達參與驅(qū)動，就可以把有限的重量盡可能多地分配給鋼輪提高其靜線載荷，由于前車質(zhì)量的增加激振力也可相應(yīng)地增大，因此壓實效果明顯提高。這樣相同噸位的振動壓路機全液壓式的激振力大，壓實效果好。 同時，由于全液壓式振動壓路機振動輪也參與驅(qū)動可以減少輪前的“波紋”（堆積現(xiàn)象）和輪后的裂紋，提高了壓實質(zhì)量。目前，高速公路和高等級的施工中為了獲得好的施工質(zhì)量對施工設(shè)備都有要求。其中壓實機械就要求：必須使用大噸位全液壓振動壓路機。為了適應(yīng)市場這一需求，天津工程機械研究院鼎盛公司開發(fā)了12T全液壓式振動壓路機。這一產(chǎn)品不僅可以為公司帶來較好的經(jīng)濟效益，在設(shè)計中瞄準(zhǔn)國際先進的壓實技術(shù)和一流的壓實機械產(chǎn)品。她一誕生就達到了國內(nèi)領(lǐng)先水平、國際先進水平。而且，國際化的采購，高的性能價格比，有利于出口和外援工程的后期維修。具有一定的競爭實力，可替代進口甚至出口，有較高的經(jīng)濟效益和良好的社會效益。 1.4.2 12T全液壓振動壓路機設(shè)計的主要內(nèi)容 設(shè)計的主要內(nèi)容有： 1.整機總體方案設(shè)計：型式和主參數(shù) 2.總體布置和結(jié)構(gòu)設(shè)計： 3.技術(shù)參數(shù)設(shè)計： 4 產(chǎn)品的制造 1.5本章小結(jié) 對國內(nèi)外壓實機械發(fā)展史的研究，把握壓實技術(shù)和壓實機械的發(fā)展趨勢及最新動態(tài)。為12T壓路機產(chǎn)品的定位提供依據(jù)。12T壓路機在設(shè)計中不僅要考慮了可靠性、機——電——液一體化等因素，還要考慮了人機工程、綠色環(huán)保、人工智能及現(xiàn)代管理技術(shù)在產(chǎn)品生命周期過程中的應(yīng)用。 第二章12T振動壓路機總體設(shè)計 2.1機型的確定 振動壓路機的品種和機型繁多，人們根據(jù)其工作原理、結(jié)構(gòu)特點、操作方法和用途等的不同，有如下不同的分類方法：按行走方式分為：自行式、拖式、手扶式；按結(jié)構(gòu)質(zhì)量分為：輕型、小型、中型、重型、超重型；按振動輪數(shù)量分為：單輪振動、雙輪振動、多輪振動；按驅(qū)動輪數(shù)量分為：單輪驅(qū)動、雙輪驅(qū)動、全輪驅(qū)動；按傳動方式分為：機械傳動、液力機械傳動、液壓機械傳動、全液壓傳動；按振動輪外部結(jié)構(gòu)分為：光輪、凸塊（羊足）輪、橡膠輪；按振動方式分為：圓周振動、垂直振動、振蕩。 根據(jù)前期的市場和技術(shù)調(diào)研，發(fā)現(xiàn)在道路的修筑過程中，路面以下各基礎(chǔ)層的壓實工程量是最大的。而輪胎驅(qū)動光輪振動壓路機主要適用于道路基礎(chǔ)的壓實，不僅具有良好的壓實效果，而且相對于前后都是光輪的壓路機，具備更大的驅(qū)動力，更適應(yīng)在坡道上碾壓，在未成形路面上行駛。這種振動壓路機在市場銷售量中占據(jù)了大部分的份額，具有廣泛的市場前景，自身的重量更是向著重型或超重型的方向發(fā)展。因此，本次設(shè)計的機型確定為12噸級的自行式輪胎驅(qū)動光輪振動重型振動壓路機，產(chǎn)品型號為12T。 圖2.112T振動壓路機總體結(jié)構(gòu) 1-前機架，2-鋼輪總成，3-鉸接架，4-后機架，5-梯子，6-工作液壓系統(tǒng)，7-輪胎， 8-輪輞，9-驅(qū)動橋，10-發(fā)動機及附件，11-機罩，12-座椅，13-空調(diào)系統(tǒng)，14-控制臺 15-電氣系統(tǒng)，16-操縱臺架，17-駕駛室 2.2總體結(jié)構(gòu)設(shè)計 12T振動壓路機總體結(jié)構(gòu)如圖2.1本機包括振動輪部分和驅(qū)動輪部分， 它們之間通過中心鉸接架鉸接在一起。本機采用鉸接轉(zhuǎn)向方式， 以提高其通過性能和機動性能。振動輪部分包括振動輪總成、前車架總成（包括刮泥板） 等部件。振動輪內(nèi)的偏心軸通過彈性聯(lián)軸器與振動馬達軸相連， 由液壓泵組中的振動泵供應(yīng)高壓油給振動馬達帶動偏心軸旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生強大的激振力。振動頻率和振幅可通過液壓系統(tǒng)的控制 來進行調(diào)整， 以滿足不同工況的要求。 2.3主要系統(tǒng)的設(shè)計方案 2.3.1傳動系統(tǒng)的設(shè)計方案 振動壓路機的傳動系統(tǒng)可分為機械傳動和全液壓傳動兩大類。 采用機械傳動方案的振動壓路機，發(fā)動機的動力從曲軸的兩端輸出，后端通過飛輪、離合器、變速箱、主傳動軸、后橋總成（內(nèi)部又依次經(jīng)過主減速器、差速器和輪邊減速器）驅(qū)動兩側(cè)輪胎旋轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)壓路機的行駛功能。前端通過小傳動軸、減速箱驅(qū)動雙聯(lián)齒輪油泵旋轉(zhuǎn)，向振動和轉(zhuǎn)向液壓系統(tǒng)提供壓力油。 圖2.2機械傳動方案示意圖 負責(zé)振動的齒輪油泵產(chǎn)生的壓力油輸往前輪側(cè)面的振動馬達，振動馬達再帶動內(nèi)部的偏心軸旋轉(zhuǎn)，使振動輪產(chǎn)生高頻振動。機械傳動方案的示意見方框圖2.2機械傳動方案中只有行駛驅(qū)動采用機械傳動，而振動和轉(zhuǎn)向還是采用液壓傳動。該方案由于結(jié)構(gòu)的限制，只能實現(xiàn)后輪胎驅(qū)動，而不能實現(xiàn)全輪驅(qū)動。壓路機的變速和換向，必須操作駕駛室內(nèi)的換檔桿來改變變速箱內(nèi)不同齒輪的嚙合。變速是有級的，如同駕駛手動檔的汽車一樣，換檔同時還必須踩下離合器踏板。后橋總成內(nèi)的差速器用來實現(xiàn)兩側(cè)后輪轉(zhuǎn)向時的差速，并帶有差速鎖，以迅速擺脫一側(cè)輪胎打滑的惡劣情況。 采用全液壓傳動方案的振動壓路機，發(fā)動機的動力從曲軸的后端輸出，通過飛輪、聯(lián)軸器驅(qū)動三聯(lián)油泵旋轉(zhuǎn)。三聯(lián)油泵包括行駛油泵、振動油泵和轉(zhuǎn)向油泵。行駛油泵為變量柱塞高壓油泵，產(chǎn)生的高壓油分別輸往前行走馬達和后行走馬達，再通過前輪減速器和后橋總成分別驅(qū)動前輪和后輪旋轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)全輪驅(qū)動。振動油泵也為變量柱塞高壓油泵，產(chǎn)生的高壓油驅(qū)動前輪振動馬達旋轉(zhuǎn)，從而帶動振動輪內(nèi)部的偏心軸旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生高頻振動。轉(zhuǎn)向油泵為轉(zhuǎn)向液壓系統(tǒng)提供壓力油，具體情況將在有關(guān)液壓系統(tǒng)設(shè)計的章節(jié)中詳細描述。全液壓傳動方案的示意見方框圖2.3全液壓傳動方案能實現(xiàn)前輪和后輪的全驅(qū)動，沒有離合器，振動壓路機行駛時的變速和換向是通過駕駛室內(nèi)的操縱桿無級改變行駛油泵的排量和壓力油流動方向而實現(xiàn)的。 圖2.3全液壓傳動方案示意圖 我們知道輪式行走機械的驅(qū)動力的計算公式為： （2.1） —驅(qū)動輪作用在地面上的正壓力； ξ—驅(qū)動輪與地面之間的附著系數(shù)。 對于機械傳動的振動壓路機，只有后輪是驅(qū)動輪。如果要提高壓路機的驅(qū)動力，增強其爬坡性能，就必須增加后輪的重量（即后輪的軸載荷）。而為了獲得良好的壓實效果，則必須增加前輪的重量（即前輪的軸載荷）。這樣對于一定規(guī)格型號的振動壓路機，由于其整機重量一定，兩者不可兼得。因此對于機械傳動的振動壓路機， 為了對驅(qū)動力和壓實效果都有所兼顧，其前后輪的軸載荷一般設(shè)計成1：1。而對于全液壓傳動的振動壓路機，由于前后輪都是驅(qū)動輪，不論重量的分配比例是多少，整機重量可全部轉(zhuǎn)換為驅(qū)動力。因此，前輪重量可占據(jù)更大的比例，前后輪的軸載荷可設(shè)計成2：1。由此可見，全液壓傳動的振動壓路機相比于機械傳動的振動壓路機，一方面具有更大的驅(qū)動力，前者的爬坡度可達45%～50%，而后者一般只有25%～35%；另一方面，由于前者前輪重量大得多，實際壓實效果明顯高于后者。在實際的道路施工工程中，機械傳動的12噸級振動壓路機只相當(dāng)于全液壓傳動的10噸級振動壓路機的壓實效果。 機械傳動方案，前輪是從動輪，被后輪推著跑，路面在前輪的推擠作用下，會產(chǎn)生材料堆積和裂紋，影響了路面質(zhì)量。而對于前后輪都是主動輪的全液壓方案，則不會產(chǎn)生此種質(zhì)量缺陷。 全液壓傳動的振動壓路機能實現(xiàn)無級變速，不需要頻繁的操縱離合器和掛擋，只需向前或向后輕輕的推動操縱桿，便可獲得不同的行駛速度或換向。駕駛員對壓路機行駛的操控更輕便、簡單和舒適，降低了工作的勞動強度。 當(dāng)然液壓傳動也有一定的局限性，由于大量采用了高精度的柱塞油泵和馬達,系統(tǒng)壓力非常高，甚至達到40MPa，對液壓油的污染非常敏感，對密封也提出了更高的要求。國內(nèi)的柱塞油泵和馬達在性能和質(zhì)量上還不過關(guān)，因此主要的柱塞液壓元件要采購國際上著名廠商的產(chǎn)品，如德國力士樂、美國薩奧等，導(dǎo)致整機成本有較大幅度的提高。 綜合比較兩種傳動方案，全液壓傳動方案的優(yōu)點是明顯的，振動壓路機的各項技術(shù)性能得到了很大的提升。隨著高壓柱塞液壓元件的技術(shù)不斷成熟，質(zhì)量不斷提高，國內(nèi)施工企業(yè)的經(jīng)濟實力不斷增強，該方案的局限性很容易被克服，正逐步被國內(nèi)壓路機制造廠商和廣大的施工用戶所接受。 綜上所述，本次設(shè)計的12T振動壓路機選用全液壓的傳動方案。 2.3.2轉(zhuǎn)向及車架的結(jié)構(gòu)設(shè)計方案 輪胎驅(qū)動光輪振動的壓路機實現(xiàn)轉(zhuǎn)向的可選結(jié)構(gòu)方案有兩大類：整體式車架偏轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)向和鉸接式車架折腰轉(zhuǎn)向。 見圖2.4，為整體車架的轉(zhuǎn)向示意圖，根據(jù)偏轉(zhuǎn)輪的不同，可分為前輪偏轉(zhuǎn)、后輪偏轉(zhuǎn)和前后輪偏轉(zhuǎn)三種結(jié)構(gòu)型式。 前輪偏轉(zhuǎn)是靜載壓路機常用的轉(zhuǎn)向方式，轉(zhuǎn)彎半徑較大，前后輪的軌跡重疊性不好，影響路面平整質(zhì)量，但駕駛員可以根據(jù)前輪的偏轉(zhuǎn)程度來估計壓路機的行車路線，符合操作習(xí)慣，有利于安全駕駛。 后輪偏轉(zhuǎn)在壓路機的設(shè)計中很少采用，對于只用前輪驅(qū)動和制動的壓路機，有利于保證上坡行駛的縱向穩(wěn)定性。 圖2.4 整體車架轉(zhuǎn)向示意圖 前后輪偏轉(zhuǎn)，又稱為全輪轉(zhuǎn)向。當(dāng)偏轉(zhuǎn)的方向相反時，壓路機的轉(zhuǎn)彎半徑最小，機動性好，同時前后輪的軌跡重合，易于保證路面質(zhì)量平整；當(dāng)偏轉(zhuǎn)的方向相同，角度相等，此時前后輪軸互相平行，并相互錯開一定的距離，此稱為“蟹行”。 但“蟹行”常用于雙鋼輪振動壓路機的轉(zhuǎn)向，以提高壓實作業(yè)的貼邊性能，對于輪胎驅(qū)動光輪振動的壓路機則沒有什么實際意義。 對于偏轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)向的壓路機，有一個很大的缺點，那就是偏轉(zhuǎn)輪處的車架只能設(shè)計在偏轉(zhuǎn)輪的上方，尤其是全輪轉(zhuǎn)向，整個車架都在前后輪上方。這種結(jié)構(gòu)上的缺陷，必然導(dǎo)致壓路機重心偏高，從而使壓路機行駛穩(wěn)定性差，在坡道上容易傾覆，給駕駛員帶來很大的危險。因此整體式車架偏轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)向的結(jié)構(gòu)一般只用于小噸位的壓路機。 見圖2.5，為鉸接式車架轉(zhuǎn)向示意圖，采用這種轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)的壓路機，其車架分成前后兩部分，通過垂直的鉸接銷連接。轉(zhuǎn)向時，前后車架繞鉸接銷發(fā)生相對轉(zhuǎn)動，通過車架折腰而實現(xiàn)轉(zhuǎn)向。這種轉(zhuǎn)向方式轉(zhuǎn)彎半徑很小，機動性好，前后輪的軌跡重疊，利于保證路面的壓實質(zhì)量。前車架設(shè)計成框架的形式，通過減振系統(tǒng)懸掛在振動輪的四周，重心可以很低，基本上與前輪的軸心等高。由于前輪框架位于振動輪的四周，駕駛員具有良好的前視野，對于待壓路面和光輪表面的情況一目了然。后車架設(shè)計成如圖的結(jié)構(gòu)形式，位于兩輪胎之間，前部上方安裝駕駛室，中部安裝發(fā)動機、油泵和后橋總成等主要部件，后部設(shè)計成燃油箱，重心位置基本與輪胎的軸心等高，甚至更低。 圖2.5鉸接式車架轉(zhuǎn)向示意圖 通過上面的比較分析，我們發(fā)現(xiàn)鉸接轉(zhuǎn)向相比于偏轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向雖然存在轉(zhuǎn)向阻力偏大，直線行駛性能欠佳等缺點，但還是具有更大的優(yōu)勢，尤其是對于重型或超重型壓路機。因此，本次設(shè)計的12T振動壓路機采用鉸接式車架折腰轉(zhuǎn)向的方案。 2.3.3制動系統(tǒng)的設(shè)計方案 制動系統(tǒng)是用來對行駛中的壓路機施加阻力，使其行駛速度降低或停止的裝置。它對振動壓路機完成施工任務(wù)，提高作業(yè)效率和保證行駛安全起著重要作用。 由于12T振動壓路機采用全液壓傳動方案，因此制動系統(tǒng)擬采用目前在振動壓路機上得到廣泛應(yīng)用的三級制動方案。該方案較為成熟，最典型的機型有瑞典DYNAPAC公司的CC21、CC42等產(chǎn)品。 所謂三級制動，是指壓路機在三種不同工況下的制動方式，即： （1）行車制動 振動壓路機在正常行駛狀態(tài)下的制動。 由于行走液壓系統(tǒng)采用閉式回路，行駛油泵為斜盤變量柱塞油泵，當(dāng)向前或向后行駛的壓路機需要停車制動時，只需將駕駛室內(nèi)的行駛操縱桿推回中位，通過中間的操縱軟軸，使油泵上的機械式搖臂也回到中位。此時油泵斜盤傾角為零，輸出排量降為零，行駛油泵和行走馬達之間的兩根高壓油管相互閉鎖，管路內(nèi)的高壓阻止了車輛的進一步前進，從而實現(xiàn)靜液壓制動。另由于振動壓路機重量大，接地面積也大，當(dāng)驅(qū)動力喪失時，巨大的滾動阻力也起到了輔助制動的作用。 （2）停車制動 振動壓路機在坡道上停車時的制動，防止下滑。在前輪減速器和后橋總成的主減速器中，均帶有一個常閉多片式摩擦制動器。壓路機行駛時，制動器接通壓力油，壓縮彈簧，制動器處于被打開的狀態(tài)。當(dāng)振動壓路機停在坡道上，并熄滅發(fā)動機，液壓油的油壓降為零，制動器內(nèi)的彈簧又重新將摩擦片鎖緊，處于制動狀態(tài)，能有效防止壓路機的下滑。 （3）緊急制動 振動壓路機在緊急情況下的制動，以規(guī)避事故的發(fā)生。壓路機在行駛的過程中，突然前方出現(xiàn)了緊急情況，需要立即停車，此時來不及將行駛操縱桿回到中位，只能按下儀表板上的緊急按鈕。緊急按鈕通過電器控制兩個液壓換向閥，其中一個動作時，能使行駛油泵的斜盤繞過機械式搖臂的控制，直接立即回中位，排量降為零，高壓油管互相閉鎖，實現(xiàn)靜液壓制動；而另一個動作時，將制動器內(nèi)的液壓油直接卸壓，制動器立即處于制動狀態(tài)。緊急制動實際上是讓靜液壓制動和機械制動同時作用，并通過電液操作縮短制動時間，以應(yīng)對緊急情況。 2.4基本參數(shù)的確定 2.4.1名義振幅 振動壓路機工作振幅是指振動壓路機在實際工作時的實際振幅，其大小受土壤的剛度影響，而土壤的剛度值是一個隨機變化的參數(shù)，所以振動壓路機的工作振幅也是一個隨機參數(shù)。為便于設(shè)計和比較，引入“名義振幅”的概念。所謂“名義振幅”是指前輪車架用千斤頂或其它支承物架起后，振動輪懸空時測得的振動輪振幅。通常，工作振幅比名義振幅大，用A表示工作振幅，表示名義振幅，則隨土壤剛度變化，有如下關(guān)系： （2.2） 工作振幅是影響壓實效果的一個非常重要的參數(shù)。振幅增大時，土壤顆粒運動的位移增加，振動輪對地面作用的沖擊能量增大，振動沖擊波傳播距離更遠，因而壓實效果越好，因此振動壓路機設(shè)計時，其名義振幅取值不可太小。但是，名義振幅的取值也不可過大，過大的振幅必將導(dǎo)致上車振幅的增加，引起駕駛員疲勞和機械零部件過早的損壞；過大的振幅也將造成路面的“過壓實”現(xiàn)象，壓實后的路面疏松，材料級配失調(diào)，路面質(zhì)量降低。綜上所述，振動壓路機的名義振幅應(yīng)有一個合理的取值范圍。 根據(jù)業(yè)內(nèi)長期試驗和經(jīng)驗積累，并針對不同的被壓實材料，振動壓路機名義振幅的取值范圍如下： 壓實路基 1.4～2.0mm 壓實次基層 1.0～2.0mm 壓實瀝青混凝土及路面 0.4～1.0mm 為擴大12T振動壓路機的工作范圍，使其既能壓實路基層，也能壓實次基層，確定其名義振幅為雙振幅，可根據(jù)壓實的對象和要求進行調(diào)整，名義振幅值：1.8mm/0.9mm。 名義振幅可用下面公式進行計算： （2.3） 式中：——振動輪的名義振幅，m ； ——激振器的靜偏心距，kg·m ； ——振動質(zhì)量，kg 。 此處的振動質(zhì)量指參與振動壓實工作的所有零件質(zhì)量的總和，包括振動輪本身、激振器、油馬達、安裝板等，甚至還應(yīng)計入減振器質(zhì)量的一半。 2.4.2振動頻率 壓路機振動輪在激振力的作用下產(chǎn)生受迫振動，其振動頻率f和角頻率w分別按以下公式計算： （2.4） （2.5） 式中：——振動頻率，Hz； ——角頻率，rad/s； ——激振器轉(zhuǎn)速，r/min 。 當(dāng)振動壓路機的振動角頻率ω低于“壓路機-土壤”振動系統(tǒng)的二階固有頻率時，x?ω曲線呈大起大落的狀態(tài)，存在兩個共振區(qū)，非常不穩(wěn)定，容易發(fā)生共振現(xiàn)象。因此合理的振動角頻率ω應(yīng)高于振動系統(tǒng)的二階固有頻率ω。當(dāng)振動角頻率過高，振動壓路機對地面的實際作用力很小 通常把試驗取得的數(shù)據(jù)，經(jīng)過數(shù)理統(tǒng)計后，給出相應(yīng)振動頻率f的取值范圍： 壓實路基25～30Hz 壓實次基層25～40Hz 壓實瀝青混凝土及路面30～50Hz 同樣為擴大YZ18型振動壓路機的工作范圍，并與雙振幅相對應(yīng)，振動頻率f確定為雙頻率：29Hz/35Hz，實際上就是振動輪內(nèi)部偏心軸每秒的轉(zhuǎn)動次數(shù)。當(dāng)壓實基礎(chǔ)路基或各個鋪層的初步壓實時，采用高振幅/低頻率，即1.8mm/29Hz；而當(dāng)壓實次基層或各個鋪層的終了壓實時，采用低振幅/高頻率，即0.9mm/35Hz。 2.4.3振動加速度 振動輪的振動加速度（）可由名義振幅（）和振動角頻率（）求得： （2.6） 振動加速度常用重力加速度g的倍數(shù)表示，它反映了振動壓路機對地面動態(tài)沖擊力的大小。 過小的振動加速度產(chǎn)生的動態(tài)沖擊力很小，體現(xiàn)不出振動壓實的優(yōu)越性。過大的振動加速度將導(dǎo)致被壓材料出現(xiàn)離析現(xiàn)象，即大質(zhì)量的骨料顆沉降在鋪層材料的低部，而小質(zhì)量的顆粒將“浮”在面層。這種大小分層離析破壞了筑路材料的級配狀態(tài)，使被壓實鋪層表面疏松，路面穩(wěn)定性和耐磨性下降了。 振動壓路機的振動加速度a過小，說明振動頻率過低或名義振幅過小，對土壤的動態(tài)沖擊力過小，使土壤顆粒幾乎呈靜止?fàn)顟B(tài)，此時與靜作用壓路機相差無幾。反之，振動加速度a過大，說明振動頻率或名義振幅取值過高，被壓實材料將出現(xiàn)“離析”現(xiàn)象，導(dǎo)致大質(zhì)量的土顆粒在慣性力的作用下沉降在底層，而小質(zhì)量的顆粒將“浮”在面層，產(chǎn)生分層現(xiàn)象，使筑路材料的級配比例失調(diào)，被壓實的表面疏松，耐磨性差。 根據(jù)業(yè)內(nèi)經(jīng)驗數(shù)據(jù)，振動壓路機振動加速度的合理范圍是： 壓實次基層和面層4～7g 壓實基礎(chǔ)5～10g 將12T振動壓路機的具體參數(shù)代入公式（2.6），經(jīng)過計算，低頻高振幅時，a =6.09g=59.7m/s2；高頻低振幅時，a =4.44g=43.5m/s2，均在合理的范圍內(nèi)。 2.4.4激振力和靜偏心矩 激振力（）是由偏心振子激振器高速旋轉(zhuǎn)時的離心力形成的，它僅和振子的靜偏心矩（）及角頻率（）有關(guān)。動作用力（）是土壤彈性變形抗力和阻尼力的矢量和，它與振動輪的瞬間振幅、振動速度及土壤的物理力學(xué)特點有關(guān)。 參照國外廠家12噸級振動壓路機激振力的大小，初步確定本次設(shè)計的12T振動壓路機的激振力為275kN/198kN，分別對應(yīng)高振幅/低頻率和低振幅/高頻率兩種工況。我們知道激振力實際上就是振動輪內(nèi)偏心軸高速旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的離心力，根據(jù)公式： （2.7） 將和ω的值分別代入， 可計算出，兩種工況下偏心軸的靜偏心矩應(yīng)分別為7.74kgm和3.87kgm?？梢姙閷崿F(xiàn)雙頻雙幅的振動功能，振動輪內(nèi)的偏心軸應(yīng)能夠改變靜偏心矩的值，這是在偏心軸結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)考慮的問題。 2.4.5 各部分質(zhì)量的確定 工作質(zhì)量是壓路機的主參數(shù)，它是按規(guī)定加入油、水、壓重物、隨機工具，并包括一名司機（65kg）在內(nèi)的壓路機總質(zhì)量。壓路機的質(zhì)量決定了機械對土壤鋪層所施加靜壓力的大小。為了比較不同壓路機的壓實能力，引入了壓輪線載荷的概念。線載荷是沿壓輪軸向單位長度上對土壤所施加的靜壓力（N/cm）。 在其它工作參數(shù)（如振動參數(shù)）不變的條件下，施加于地面上的靜態(tài)和動態(tài)壓力幾乎與壓路機的質(zhì)量成正比。試驗表明，振動壓路機的影響深度大致上與振動輪的質(zhì)量成正比。因此，無論是靜碾壓路機還是振動壓路機，靜線載荷都是極為重要的技術(shù)參數(shù)。 壓路機的質(zhì)量分布主要是前、后輪以及上、下車之間的質(zhì)量分配比例。對于單輪驅(qū)動的壓路機，較大的驅(qū)動輪分配重量能保證壓路機產(chǎn)生足夠的附著力和制動力矩，較小的轉(zhuǎn)向輪分配重量可以減少從動輪的擁土現(xiàn)象，但轉(zhuǎn)向輪過輕將導(dǎo)致壓路機轉(zhuǎn)向不穩(wěn)定。 輪胎單驅(qū)動壓路機的驅(qū)動輪分配質(zhì)量雖然可以小