摘 要
振動(dòng)壓路機(jī)是利用其自身的重力和振動(dòng)壓實(shí)各種建筑和筑路材料。在公路建設(shè)中，振動(dòng)壓路機(jī)最適宜壓實(shí)各種非粘性土壤、碎石、碎石混合料以及各種瀝青混凝土而被廣泛應(yīng)用。目前國(guó)產(chǎn)振動(dòng)壓路機(jī)以中小噸位和機(jī)械傳動(dòng)方式為主，而性能優(yōu)良的全液壓重型振動(dòng)壓路機(jī)主要依賴于進(jìn)口。之所以出現(xiàn)處于這種狀況是由于全液壓壓路機(jī)液壓液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜并且各類液壓元件加工復(fù)雜，為徹底改變這種現(xiàn)狀本文對(duì)現(xiàn)有壓路機(jī)液壓系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)研，研制出結(jié)構(gòu)優(yōu)良的全液壓壓路機(jī)液壓系統(tǒng)。
本文在理論分析和計(jì)算的基礎(chǔ)上，完成了YZJ13型振動(dòng)壓路機(jī)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，在方案、結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)方法上進(jìn)行了創(chuàng)新：采用全液壓的傳動(dòng)方案，通過(guò)3個(gè)相互獨(dú)立的液壓回路實(shí)現(xiàn)行駛、振動(dòng)和轉(zhuǎn)向三大基本功能，與機(jī)械傳動(dòng)相比在壓實(shí)效果、爬坡能力、質(zhì)量分配、操作控制和整體布局方面具備更大優(yōu)勢(shì)。轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)采用鉸接式車架折腰轉(zhuǎn)向的方案，轉(zhuǎn)彎半徑小、機(jī)動(dòng)性好、前后輪跡重疊、重心低、駕駛員視野開闊。同時(shí)本文對(duì)分動(dòng)箱的機(jī)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計(jì)計(jì)算，為縮小分動(dòng)箱的體積本次采用齒面硬度達(dá)60HRC的齒輪和雙列滾柱軸承的結(jié)構(gòu)。
關(guān)鍵詞：振動(dòng)壓路機(jī)；設(shè)計(jì)；液壓系統(tǒng)；分動(dòng)箱
Abstract
Vibratory roller is the use of its own gravity and vibration compaction of various building and road construction materials. In the process of highway construction, vibratory roller is the most suitable for compaction of various kinds of non cohesive soil, crushed stone, crushed stone mixture and asphalt concrete. At present, the domestic vibratory roller is mainly based on the medium and small tonnage and mechanical transmission mode, and the full hydraulic vibratory roller with good performance mainly depends on import. The reason in this situation is due to hydraulic roller hydraulic system of complex structure and various hydraulic components processing complex, to completely change this situation in the research of the existing roller hydraulic system, developed the fine structure of the full hydraulic roller hydraulic system.
In this paper, on the basis of theoretical analysis and calculation, completed the design of YZJ13 type hydraulic system of vibratory roller, the innovation in the scheme, structure and design method: using hydraulic transmission scheme, realize the vibration and turned to the three basic functions of the 3 independent hydraulic circuits, compared with mechanical the transmission has more advantages in the compaction effect, climbing ability, quality distribution, operation control and overall layout. Steering articulated frame structure using articulated steering scheme, small turning radius, good maneuverability, and the wheel track overlap, low center of gravity, the driver vision. At the same time, the mechanism of the transfer case were calculated with the structure design, in order to reduce the volume of the transfer gear tooth surface hardness of 60HRC gear and double row roller bearing.
Keywords: Vibrating roller ; Design ; Hydraulic system ; Transfer case
目錄
摘 要 I
Abstract II
1.緒論 1
1.1引言 1
1.2壓路機(jī)的用途及分類 1
1.3國(guó)內(nèi)外雙鋼輪振動(dòng)壓路機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀 3
1.4雙鋼輪振動(dòng)壓路機(jī)發(fā)展趨勢(shì) 5
1.5課題提出的背景與意義 7
1.6本文的研究?jī)?nèi)容 7
2.振動(dòng)壓實(shí)理論 9
3.振動(dòng)壓路機(jī)動(dòng)力學(xué)模型及運(yùn)動(dòng)方程 12
3.1研究振動(dòng)壓路機(jī)動(dòng)力學(xué)模型的意義 12
3.2兩個(gè)自由度系統(tǒng)振動(dòng)壓路機(jī)的運(yùn)動(dòng)方程 12
3.3運(yùn)動(dòng)方程中各參數(shù)的取值 15
4. 液壓系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 18
4.1行走液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 19
4.1.1 全輪驅(qū)動(dòng)液壓壓路機(jī)的優(yōu)點(diǎn) 19
4.1.2 全輪驅(qū)動(dòng)液壓壓路機(jī)的缺點(diǎn) 20
4.2振動(dòng)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 20
4.2.1開式液壓震動(dòng)系統(tǒng) 20
4.2.2閉式液壓振動(dòng)系統(tǒng) 21
4.2.3工作裝置液壓振動(dòng)系統(tǒng)形式的選用 22
4.3轉(zhuǎn)向液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 23
4.4液壓系統(tǒng)原理圖 24
5. 液壓系統(tǒng)計(jì)算與選型 26
5.1 液壓系統(tǒng) 26
5.1.1 行走液壓系統(tǒng) 26
5.1.2 振動(dòng)液壓系統(tǒng) 26
5.1.3 轉(zhuǎn)向液壓系統(tǒng) 27
5.2各液壓系統(tǒng)所需功率計(jì)算 27
5.2.1行駛液壓系統(tǒng)所需功率計(jì)算 27
5.2.2轉(zhuǎn)向液壓系統(tǒng)所需功率計(jì)算 28
5.2.3振動(dòng)液壓系統(tǒng)所需功率計(jì)算 28
5.3 主要液壓元件計(jì)算選型 29
5.3.1 行駛液壓系統(tǒng) 29
5.3.2 振動(dòng)液壓系統(tǒng) 31
5.3.3 轉(zhuǎn)向液壓系統(tǒng) 32
5.3.4油箱的設(shè)計(jì)計(jì)算 34
6. 分動(dòng)箱設(shè)計(jì) 35
6.1分動(dòng)箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 35
6.2分動(dòng)箱設(shè)計(jì)計(jì)算 35
6.2.1動(dòng)力參數(shù)計(jì)算 36
6.2.2行駛級(jí)齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì) 36
6.2.3轉(zhuǎn)向-振動(dòng)級(jí)齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì) 38
6.2.4輸入軸的設(shè)計(jì) 40
6.2.5輸出軸1的設(shè)計(jì) 41
6.2.6輸出軸2的設(shè)計(jì) 41
6.2.7 軸強(qiáng)度的校核 42
7. 液壓系統(tǒng)的保養(yǎng) 43
8.結(jié) 論 45
參考文獻(xiàn) 46
致謝 47
第 4 頁(yè)
摘 要
振動(dòng)壓路機(jī)是利用其自身的重力和振動(dòng)壓實(shí)各種建筑和筑路材料。在公路建設(shè)中，振動(dòng)壓路機(jī)最適宜壓實(shí)各種非粘性土壤、碎石、碎石混合料以及各種瀝青混凝土而被廣泛應(yīng)用。目前國(guó)產(chǎn)振動(dòng)壓路機(jī)以中小噸位和機(jī)械傳動(dòng)方式為主，而性能優(yōu)良的全液壓重型振動(dòng)壓路機(jī)主要依賴于進(jìn)口。之所以出現(xiàn)處于這種狀況是由于全液壓壓路機(jī)液壓液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜并且各類液壓元件加工復(fù)雜，為徹底改變這種現(xiàn)狀本文對(duì)現(xiàn)有壓路機(jī)液壓系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)研，研制出結(jié)構(gòu)優(yōu)良的全液壓壓路機(jī)液壓系統(tǒng)。
本文在理論分析和計(jì)算的基礎(chǔ)上，完成了YZJ13型振動(dòng)壓路機(jī)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，在方案、結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)方法上進(jìn)行了創(chuàng)新：采用全液壓的傳動(dòng)方案，通過(guò)3個(gè)相互獨(dú)立的液壓回路實(shí)現(xiàn)行駛、振動(dòng)和轉(zhuǎn)向三大基本功能，與機(jī)械傳動(dòng)相比在壓實(shí)效果、爬坡能力、質(zhì)量分配、操作控制和整體布局方面具備更大優(yōu)勢(shì)。轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)采用鉸接式車架折腰轉(zhuǎn)向的方案，轉(zhuǎn)彎半徑小、機(jī)動(dòng)性好、前后輪跡重疊、重心低、駕駛員視野開闊。同時(shí)本文對(duì)分動(dòng)箱的機(jī)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計(jì)計(jì)算，為縮小分動(dòng)箱的體積本次采用齒面硬度達(dá)60HRC的齒輪和雙列滾柱軸承的結(jié)構(gòu)。
關(guān)鍵詞：振動(dòng)壓路機(jī)；設(shè)計(jì)；液壓系統(tǒng)；分動(dòng)箱
Abstract
Vibratory roller is the use of its own gravity and vibration compaction of various building and road construction materials. In the process of highway construction, vibratory roller is the most suitable for compaction of various kinds of non cohesive soil, crushed stone, crushed stone mixture and asphalt concrete. At present, the domestic vibratory roller is mainly based on the medium and small tonnage and mechanical transmission mode, and the full hydraulic vibratory roller with good performance mainly depends on import. The reason in this situation is due to hydraulic roller hydraulic system of complex structure and various hydraulic components processing complex, to completely change this situation in the research of the existing roller hydraulic system, developed the fine structure of the full hydraulic roller hydraulic system.
In this paper, on the basis of theoretical analysis and calculation, completed the design of YZJ13 type hydraulic system of vibratory roller, the innovation in the scheme, structure and design method: using hydraulic transmission scheme, realize the vibration and turned to the three basic functions of the 3 independent hydraulic circuits, compared with mechanical the transmission has more advantages in the compaction effect, climbing ability, quality distribution, operation control and overall layout. Steering articulated frame structure using articulated steering scheme, small turning radius, good maneuverability, and the wheel track overlap, low center of gravity, the driver vision. At the same time, the mechanism of the transfer case were calculated with the structure design, in order to reduce the volume of the transfer gear tooth surface hardness of 60HRC gear and double row roller bearing.
Keywords: Vibrating roller ; Design ; Hydraulic system ; Transfer case
目錄
摘 要 I
Abstract II
1.緒論 1
1.1引言 1
1.2壓路機(jī)的用途及分類 1
1.3國(guó)內(nèi)外雙鋼輪振動(dòng)壓路機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀 3
1.4雙鋼輪振動(dòng)壓路機(jī)發(fā)展趨勢(shì) 5
1.5課題提出的背景與意義 7
1.6本文的研究?jī)?nèi)容 7
2.振動(dòng)壓實(shí)理論 9
3.振動(dòng)壓路機(jī)動(dòng)力學(xué)模型及運(yùn)動(dòng)方程 12
3.1研究振動(dòng)壓路機(jī)動(dòng)力學(xué)模型的意義 12
3.2兩個(gè)自由度系統(tǒng)振動(dòng)壓路機(jī)的運(yùn)動(dòng)方程 12
3.3運(yùn)動(dòng)方程中各參數(shù)的取值 15
4. 液壓系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 18
4.1行走液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 19
4.1.1 全輪驅(qū)動(dòng)液壓壓路機(jī)的優(yōu)點(diǎn) 19
4.1.2 全輪驅(qū)動(dòng)液壓壓路機(jī)的缺點(diǎn) 20
4.2振動(dòng)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 20
4.2.1開式液壓震動(dòng)系統(tǒng) 20
4.2.2閉式液壓振動(dòng)系統(tǒng) 21
4.2.3工作裝置液壓振動(dòng)系統(tǒng)形式的選用 22
4.3轉(zhuǎn)向液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 23
4.4液壓系統(tǒng)原理圖 24
5. 液壓系統(tǒng)計(jì)算與選型 26
5.1 液壓系統(tǒng) 26
5.1.1 行走液壓系統(tǒng) 26
5.1.2 振動(dòng)液壓系統(tǒng) 26
5.1.3 轉(zhuǎn)向液壓系統(tǒng) 27
5.2各液壓系統(tǒng)所需功率計(jì)算 27
5.2.1行駛液壓系統(tǒng)所需功率計(jì)算 27
5.2.2轉(zhuǎn)向液壓系統(tǒng)所需功率計(jì)算 28
5.2.3振動(dòng)液壓系統(tǒng)所需功率計(jì)算 28
5.3 主要液壓元件計(jì)算選型 29
5.3.1 行駛液壓系統(tǒng) 29
5.3.2 振動(dòng)液壓系統(tǒng) 31
5.3.3 轉(zhuǎn)向液壓系統(tǒng) 32
5.3.4油箱的設(shè)計(jì)計(jì)算 34
6. 分動(dòng)箱設(shè)計(jì) 35
6.1分動(dòng)箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 35
6.2分動(dòng)箱設(shè)計(jì)計(jì)算 35
6.2.1動(dòng)力參數(shù)計(jì)算 36
6.2.2行駛級(jí)齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì) 36
6.2.3轉(zhuǎn)向-振動(dòng)級(jí)齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì) 38
6.2.4輸入軸的設(shè)計(jì) 40
6.2.5輸出軸1的設(shè)計(jì) 41
6.2.6輸出軸2的設(shè)計(jì) 41
6.2.7 軸強(qiáng)度的校核 42
7. 液壓系統(tǒng)的保養(yǎng) 43
8.結(jié) 論 45
參考文獻(xiàn) 46
致謝 47
第 47 頁(yè)
1.緒論
1.1引言
壓路機(jī)是工程機(jī)械的一種，是以特制鋼輪或光面輪胎作為作業(yè)裝置的施工機(jī)械，主要是用來(lái)提高被壓實(shí)對(duì)象的密實(shí)度和承載能力，被廣泛應(yīng)用于道路施工、市政建設(shè)、機(jī)場(chǎng)基礎(chǔ)、攔水大壩建設(shè)等施工工程中。
壓路機(jī)的壓實(shí)過(guò)程，就是通過(guò)靜壓、振動(dòng)、揉搓、沖擊等方式向被壓實(shí)材料加載，克服被壓實(shí)材料間的摩擦力、粘著力、吸附力，排出被壓實(shí)顆粒間的空氣和水分，使各種顆粒相互靠近、提高密實(shí)度的過(guò)程。
振動(dòng)壓路機(jī)是利用機(jī)械自重和激振器產(chǎn)生的激振力，迫使土產(chǎn)生垂直強(qiáng)迫振動(dòng)，急劇減小土顆粒間的內(nèi)摩擦力，達(dá)到壓實(shí)土的目的。振動(dòng)壓路機(jī)可以根據(jù)不同的鋪路材料和鋪層厚度，合理地選擇振蕩頻率的振幅，提高壓實(shí)效果，減少壓實(shí)遍數(shù)。振動(dòng)壓路機(jī)的壓實(shí)深度和壓實(shí)生產(chǎn)率均高于靜力壓路機(jī)，是一種理想的壓實(shí)設(shè)備。振動(dòng)壓路機(jī)最適宜壓實(shí)各種非粘性土（砂、碎石、碎石混合料）以及各種瀝青混凝土等。是公路、機(jī)場(chǎng)、海港、堤壩、鐵道等建筑和筑路工程必備的壓實(shí)設(shè)備。
雙鋼輪振動(dòng)壓路機(jī)主要適用于瀝青混凝土、RCC混凝土等路面的壓實(shí)，也可用于路基、次路基和穩(wěn)定層等的壓實(shí)。
1.2壓路機(jī)的用途及分類
⑴.用途：
振動(dòng)壓路機(jī)是工程施工的重要設(shè)備之一，它主要用在公路、鐵路、機(jī)場(chǎng)、港口、建筑等工程中，用來(lái)壓實(shí)各種土壤、碎石料、各種瀝青混凝土等。在公路施工中，多用在路基、路面的壓實(shí)，是筑路施工中不可缺少的壓實(shí)設(shè)備。振動(dòng)壓路機(jī)是依靠機(jī)械自身質(zhì)量及其激振裝置產(chǎn)生的激振力共同作用，用以降低被壓材料顆粒間的內(nèi)摩擦力，將土粒楔緊，達(dá)到壓實(shí)土壤的目的。振動(dòng)壓實(shí)具有靜載和動(dòng)載組合壓實(shí)的特點(diǎn)，不僅壓實(shí)能力強(qiáng)，壓實(shí)效果好，生產(chǎn)效率高，而見相對(duì)于靜力壓路機(jī)節(jié)省能源，減少金屬消耗，是現(xiàn)代工程建設(shè)中不可缺少的基礎(chǔ)壓實(shí)和路面壓實(shí)的重要設(shè)備。由于振動(dòng)壓路機(jī)更新了壓實(shí)技術(shù)，改進(jìn)了壓實(shí)工藝，降低了壓實(shí)成本，提高了壓實(shí)質(zhì)量，因而，近三十年來(lái)振動(dòng)壓路機(jī)在品種、質(zhì)量和數(shù)量上都得到了很大的發(fā)展。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在美國(guó)、日本和歐洲的壓路機(jī)市場(chǎng)上，振動(dòng)壓路機(jī)的銷售量和保有量都占絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)。在我國(guó)，振動(dòng)壓路機(jī)的生產(chǎn)也在逐年增長(zhǎng)，主要生產(chǎn)廠家已先后引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)，產(chǎn)品質(zhì)量不斷提高，部分產(chǎn)品已銷往國(guó)外。
振動(dòng)壓路機(jī)已有半個(gè)世紀(jì)的發(fā)展歷史，近十幾年發(fā)展更為迅速，特別是大型振動(dòng)壓路機(jī)得到了較好的發(fā)展C181級(jí)振動(dòng)壓路機(jī)可對(duì)巖石、碎石等基礎(chǔ)填方工程進(jìn)行有效壓實(shí)。液壓調(diào)頻調(diào)幅技術(shù)的應(yīng)用，有效地?cái)U(kuò)大了振動(dòng)壓路機(jī)的壓實(shí)范圍。實(shí)踐證明：振動(dòng)壓實(shí)不僅適用于路基和路面的壓實(shí)作業(yè)，而且適合對(duì)瀝青混凝土路面、干硬性混凝土路面的壓實(shí)。
⑵.分類：
振動(dòng)壓路機(jī)可以按照結(jié)構(gòu)質(zhì)量、行駛方式、振動(dòng)輪數(shù)量、驅(qū)動(dòng)輪數(shù)量、傳動(dòng)系傳動(dòng)方式，按振動(dòng)輪外部結(jié)構(gòu)、振動(dòng)輪內(nèi)部結(jié)構(gòu)、振動(dòng)激勵(lì)方式等進(jìn)行分類。其具體分類如下：
①.按機(jī)器結(jié)構(gòu)質(zhì)量可分為：輕型、中型、重型和超重型。
②.按行駛方式可分為：手扶式、自行式和拖式。
圖1-1手扶式、自行式和拖式振動(dòng)壓路機(jī)
③.按振動(dòng)輪數(shù)量可分為：?jiǎn)屋喺駝?dòng)、雙輪振動(dòng)和多輪振動(dòng)。
圖1-2單輪振動(dòng)、雙輪振動(dòng)振動(dòng)壓路機(jī)
④.按驅(qū)動(dòng)輪數(shù)量可分為：?jiǎn)屋嗱?qū)動(dòng)、雙輪驅(qū)動(dòng)和全輪驅(qū)動(dòng)。
⑤.按傳動(dòng)方式可分為：機(jī)械傳動(dòng)、液力機(jī)械傳動(dòng)、液壓機(jī)械傳動(dòng)和全液壓傳動(dòng)。
⑥.按振動(dòng)輪外部結(jié)構(gòu)可分為：光輪、橡膠壓輪和凸輪(羊足)。
圖1-3光輪、橡膠壓輪和凸輪(羊足) 振動(dòng)壓路機(jī)
⑦.按振動(dòng)輪內(nèi)部結(jié)構(gòu)可分為：振動(dòng)、振蕩和垂直振動(dòng)。其中振動(dòng)又可分為：?jiǎn)晤l單幅、單頻雙幅、單頻多幅、多頻多幅和無(wú)級(jí)調(diào)頻調(diào)幅。
⑧.分為定向激勵(lì)和非定向激勵(lì)。
按振動(dòng)激勵(lì)方式可分為：垂直振動(dòng)激勵(lì)、水平振動(dòng)激勵(lì)和復(fù)合激勵(lì)。垂直振動(dòng)激勵(lì)又可分為定向激勵(lì)和非定向激勵(lì)。
按振動(dòng)壓路機(jī)其他主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)還有一些分類方法。一般而言，振動(dòng)壓路機(jī)主要按其結(jié)構(gòu)型式和結(jié)構(gòu)質(zhì)量來(lái)分類。
根據(jù)現(xiàn)有振動(dòng)壓路機(jī)的結(jié)構(gòu)型式，其分類列于下表：
表1-1振動(dòng)壓路機(jī)分類
振
動(dòng)
壓
路
機(jī)
輪胎驅(qū)動(dòng)光輪振動(dòng)壓路機(jī)
手
扶
式
振
動(dòng)
壓
路
機(jī)
手扶式單路振動(dòng)壓路機(jī)
輪胎驅(qū)動(dòng)凸輪振動(dòng)壓路機(jī)
手扶式雙輪整體式振動(dòng)壓路機(jī)
兩輪串聯(lián)振動(dòng)壓路機(jī)
手扶式雙輪鉸接式振動(dòng)壓路機(jī)
兩輪并聯(lián)振動(dòng)壓路機(jī)
四輪振動(dòng)壓路機(jī)
組合振動(dòng)壓路機(jī)
拖式振動(dòng)壓路機(jī)
拖式光輪振動(dòng)壓路機(jī)
新型振動(dòng)壓路機(jī)
振蕩壓路機(jī)
拖式凸輪振動(dòng)壓路機(jī)
垂直振動(dòng)壓路機(jī)
拖式羊足振動(dòng)壓路機(jī)
拖式格柵振動(dòng)壓路機(jī)
1.3國(guó)內(nèi)外雙鋼輪振動(dòng)壓路機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀
綜觀國(guó)內(nèi)外振動(dòng)壓路機(jī)的技術(shù)現(xiàn)狀，主要有如下特點(diǎn)：
⑴.液壓(液力)化
早在20世紀(jì)60年代初，國(guó)際上先進(jìn)的振動(dòng)壓實(shí)機(jī)械已在大中型機(jī)型上采用了液壓液力技術(shù)，主要是在行走系統(tǒng)和振動(dòng)系統(tǒng)上采用了液壓泵和液壓馬達(dá)，且可通過(guò)系統(tǒng)流量的控制實(shí)現(xiàn)行走速度和振頻的無(wú)級(jí)調(diào)整，而靜液壓技術(shù)用于壓路機(jī)的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。在國(guó)外70年代推出了全液壓振動(dòng)壓路機(jī)。液壓液力技術(shù)的實(shí)施使壓路機(jī)的作業(yè)更為可靠，結(jié)構(gòu)更為緊湊，操縱也更為靈活和省力，且在制作工藝上更為簡(jiǎn)便。同時(shí)，液壓液力技術(shù)的運(yùn)用為振動(dòng)壓路機(jī)自動(dòng)檢測(cè)和控制提供了條件。
⑵.系列化
為滿足不同施工工況的要求，國(guó)內(nèi)外振動(dòng)壓路機(jī)產(chǎn)品系列不斷擴(kuò)大和完善，從自重僅300kg的手扶振動(dòng)壓路機(jī)直到自重18t的大型振動(dòng)壓路機(jī)，都形成了自己不同的產(chǎn)品系列。根據(jù)用戶的使用要求，一種產(chǎn)品又可以派生出多種變型產(chǎn)品。
⑶.多振幅
振動(dòng)壓路機(jī)最初的振動(dòng)機(jī)構(gòu)只是單振幅，與靜碾壓壓路機(jī)比較，其壓實(shí)效果有明顯提高。但在實(shí)際作業(yè)中，根據(jù)壓實(shí)厚度、含水量及壓實(shí)對(duì)象的不同，要求壓實(shí)機(jī)械有不同的振動(dòng)強(qiáng)度，而振動(dòng)強(qiáng)度的大小與振幅的大小密切相關(guān)。如小振幅壓實(shí)厚基礎(chǔ)時(shí)效率低，反之用大振幅壓實(shí)瀝青路面面層則難以得到高的平整度。為適應(yīng)工程施工壓實(shí)作業(yè)的多工況要求，先進(jìn)的振動(dòng)壓路機(jī)開發(fā)了雙振幅、三振幅等多振幅振動(dòng)機(jī)構(gòu)，以適應(yīng)工程的需要。振幅的調(diào)節(jié)主要通過(guò)改變振動(dòng)機(jī)構(gòu)的固定偏心塊與活動(dòng)偏心塊間的夾角，調(diào)節(jié)方式有液壓驅(qū)動(dòng)、電磁吸引等方式。
⑷.機(jī)電一體化
計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)、傳感技術(shù)、測(cè)試技術(shù)的迅速發(fā)展，推動(dòng)了振動(dòng)壓路機(jī)機(jī)電一體化的進(jìn)程。如在碾壓次數(shù)顯示，裝置中采用電子管理裝置自動(dòng)計(jì)數(shù)，配合微電腦與前進(jìn)、后退操縱手柄聯(lián)為一體，即可自動(dòng)計(jì)算碾壓遍數(shù)，實(shí)現(xiàn)工程管理的自動(dòng)化。另外，也可采用電子儀器進(jìn)行壓實(shí)狀況管理，其方法是在壓實(shí)滾輪上安裝加速度傳感器，用計(jì)算機(jī)對(duì)檢測(cè)到的波形進(jìn)行處理，并在駕駛室內(nèi)由顯示屏顯示，以便操作者合理地進(jìn)行施工作業(yè)。這些技術(shù)在振動(dòng)壓路機(jī)上的應(yīng)用可以提高機(jī)器性能和生產(chǎn)能力，保證壓實(shí)質(zhì)量?？蓪?shí)現(xiàn)對(duì)振動(dòng)壓路機(jī)狀態(tài)和參數(shù)的檢測(cè)、處理和顯示，以及壓實(shí)密實(shí)度自動(dòng)檢測(cè)；測(cè)試振動(dòng)壓路機(jī)可以在工程施工過(guò)程中對(duì)壓實(shí)質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)控；智能壓路機(jī)可以自動(dòng)調(diào)節(jié)自身狀態(tài)，使之與周圍環(huán)境及壓實(shí)材料相適應(yīng)，優(yōu)化壓實(shí)過(guò)程等。
⑸.結(jié)構(gòu)模塊化
國(guó)外一些壓路機(jī)生產(chǎn)廠家開始生產(chǎn)有不同功能的模塊結(jié)構(gòu)和標(biāo)準(zhǔn)附件，通過(guò)更換模塊和標(biāo)準(zhǔn)附件來(lái)改變壓實(shí)性能和用途及壓路機(jī)型別。例如，英國(guó)柯斯特爾(coasta)公司設(shè)計(jì)生產(chǎn)有平足型、凸塊型、z型等多種輪面結(jié)構(gòu)的套筒式滾輪或組合模塊；瑞典戴納帕克(DynaPac)公司正在改進(jìn)CAl5、CA25、CA30、CA51機(jī)型的設(shè)計(jì)，使壓路機(jī)的一些零部件盡可能通用，如分動(dòng)箱、變速箱、減速器、驅(qū)動(dòng)橋等，便于組織大批量生產(chǎn)。
⑹.一機(jī)多用化
為擴(kuò)大同一振動(dòng)壓路機(jī)的使用范圍，用改進(jìn)振動(dòng)機(jī)構(gòu)的操作控制，可使壓路機(jī)具有垂直振動(dòng)、振蕩和靜碾壓功能，而且可以根據(jù)需要進(jìn)行變換。也有在壓路機(jī)上增設(shè)附屬裝置，如推鏟，路面刮平修整裝置等，增加壓路機(jī)的多用途功能。
⑺.舒適、方便、安全化
現(xiàn)代振動(dòng)壓路機(jī)在減震降噪方面進(jìn)行了大量的研究工作，可以便駕駛員連續(xù)工作不疲勞，從而提高了振動(dòng)壓路機(jī)的生產(chǎn)能力和使用壽命。
采用雙方向盤、可移動(dòng)方向盤、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。
安裝防傾翻駕駛室和防重降物駕駛室，以保障施工時(shí)機(jī)器和駕駛?cè)藛T的安全。
1.4雙鋼輪振動(dòng)壓路機(jī)發(fā)展趨勢(shì)
進(jìn)入21世紀(jì)以后，壓實(shí)技術(shù)與振動(dòng)壓實(shí)機(jī)械的進(jìn)步將更加富有理論性，研究和創(chuàng)新已經(jīng)顯示出強(qiáng)有力的勢(shì)頭。
⑴.新的理論突破
現(xiàn)代壓實(shí)技術(shù)與振動(dòng)壓實(shí)機(jī)械的發(fā)展愈來(lái)愈多地依靠壓實(shí)理論的新突破，成為創(chuàng)造全新壓實(shí)過(guò)程的理論支柱。壓實(shí)理論研究更加顯示出綜合性的特點(diǎn)，即從工作介質(zhì)的材料特性、力學(xué)基礎(chǔ)、施工方法及機(jī)械結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)的綜合角度來(lái)研究壓實(shí)作業(yè)過(guò)程。壓實(shí)技術(shù)的發(fā)展更加帶有多種是施力方法綜合作用的特點(diǎn)，即通過(guò)靜壓、揉搓、振動(dòng)、搗實(shí)、沖擊等多種方法的聯(lián)合作用來(lái)強(qiáng)化壓實(shí)過(guò)程。
現(xiàn)以進(jìn)入實(shí)用階段的新的壓實(shí)技術(shù)與壓實(shí)機(jī)械，例如振蕩壓路機(jī)和沖擊壓路機(jī)將進(jìn)一步定位自己的領(lǐng)域，而在某一領(lǐng)域內(nèi)成為主要的壓實(shí)設(shè)備。寶馬公司利用兩振動(dòng)軸偏心距的相位差調(diào)節(jié)而實(shí)現(xiàn)了壓路機(jī)在水平或垂直振動(dòng)兩個(gè)極限或在其間的任何狀態(tài)下作用，從而實(shí)現(xiàn)了壓路機(jī)振幅的最佳選擇和自動(dòng)調(diào)節(jié)。
⑵.新的研究手段
在理論和技術(shù)的研究中，試驗(yàn)研究與計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的結(jié)合將成為更加重要的研究手段。計(jì)算機(jī)的應(yīng)用將使壓路機(jī)械的研究過(guò)程從構(gòu)思、設(shè)計(jì)、制造、試驗(yàn)、使用、維修到管理的全過(guò)程成為高度自動(dòng)化和現(xiàn)代化的工作過(guò)程。
近10年來(lái)壓實(shí)過(guò)程的計(jì)算機(jī)仿真軟件、壓實(shí)機(jī)械專用CAD軟件、壓實(shí)過(guò)程的計(jì)算機(jī)輔助管理軟件等已經(jīng)有了很大的發(fā)展，國(guó)外大型壓實(shí)機(jī)械制造公司各自都在設(shè)計(jì)軟件包，有的已經(jīng)商品化。瑞典Geodynamik技術(shù)咨詢公司開發(fā)的振動(dòng)壓實(shí)過(guò)程計(jì)算機(jī)仿真軟件的特點(diǎn)是建立了土壤非線形動(dòng)力學(xué)模型。該仿真模型允許以土壤最基本的物理特性作為計(jì)算機(jī)的輸入?yún)?shù)，在不同的土壤條件和不同的機(jī)械參數(shù)下模擬滾輪與土壤相互作用的動(dòng)力學(xué)特性，可以用于對(duì)先有壓路機(jī)的壓實(shí)性能進(jìn)行評(píng)價(jià)和對(duì)新設(shè)計(jì)的機(jī)型進(jìn)行性能預(yù)測(cè)。模型的另一功能是根據(jù)給定的土壤條件對(duì)壓實(shí)作業(yè)選用不同的機(jī)型和不同的施工工藝，并對(duì)方案進(jìn)行優(yōu)化和比較。
⑶.新技術(shù)開發(fā)與應(yīng)用
新技術(shù)革命和現(xiàn)代高科技將繼續(xù)推動(dòng)壓實(shí)機(jī)械向自動(dòng)化、智能化、無(wú)人化和機(jī)器人化的方向發(fā)展。
①.智能化控制技術(shù)
在壓實(shí)過(guò)程和機(jī)器工作狀態(tài)實(shí)施監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)上，壓實(shí)機(jī)械將從局部自動(dòng)化過(guò)渡到全面自動(dòng)化。由于壓實(shí)過(guò)程的影響因素較小，所以智能壓路機(jī)有可能成為工程機(jī)械智能化進(jìn)程中最早推出的機(jī)種。在壓實(shí)機(jī)械智能化方面一個(gè)可以預(yù)測(cè)的目標(biāo)是，將自適應(yīng)和自學(xué)習(xí)技術(shù)引進(jìn)壓實(shí)控制中，并在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)壓實(shí)作業(yè)的最優(yōu)控制。機(jī)器可以按照土質(zhì)的變化情況不斷調(diào)整自身各項(xiàng)工作參數(shù)(振動(dòng)頻率、振幅、碾壓速度和遍數(shù))的組合，自動(dòng)適應(yīng)外部或內(nèi)部工作狀態(tài)的變化，使壓實(shí)作業(yè)始終在最優(yōu)條件下進(jìn)行。
智能化發(fā)展的另一個(gè)重要趨勢(shì)是將電腦普遍應(yīng)用在壓實(shí)機(jī)械上，用來(lái)進(jìn)行工作過(guò)程的監(jiān)測(cè)，機(jī)器技術(shù)狀態(tài)的診斷、報(bào)警及故障分析。人工智能的介入加速了壓實(shí)機(jī)械的現(xiàn)代化進(jìn)程，使其逐步逼近完全智能化的作業(yè)機(jī)器人目標(biāo)。
②.碾壓作業(yè)連續(xù)控制技術(shù)
GcodynamiL公司的壓實(shí)設(shè)備控制與檢測(cè)系統(tǒng)經(jīng)過(guò)改裝可以用于任何一家的壓路機(jī)產(chǎn)品上，其中包括用于振動(dòng)壓路機(jī)和振蕩壓路機(jī)的示波器，用于連續(xù)壓實(shí)控制的文件系統(tǒng)以及處理CCC數(shù)據(jù)用的PC軟件程序。這些程序還包括中央數(shù)據(jù)服務(wù)軟件窗口，用來(lái)分析某一項(xiàng)目的CCC在案信息，并將共顯示在屏幕上以供觀察。文件系統(tǒng)數(shù)據(jù)可通過(guò)一些有關(guān)處理，制成各種圖表和以特定的表格呈現(xiàn)出來(lái)。
③.自動(dòng)滑轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)
這種稱為ASC(Auto slip control)的自動(dòng)滑轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)是為滿足建筑大壩和大型填方工程而設(shè)計(jì)開發(fā)的，其爬坡能力超過(guò)50％。該系統(tǒng)主要是監(jiān)測(cè)振動(dòng)輪和膠輪之間的滑轉(zhuǎn)，借助于調(diào)整液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的液流量提供最佳牽引條件，避免機(jī)器停頓或下陷。安裝有自動(dòng)滑轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)的壓路機(jī)僅在振動(dòng)輪和驅(qū)動(dòng)輪胎都面臨快速滑轉(zhuǎn)時(shí)或液壓系統(tǒng)超載時(shí)才停止作業(yè)，寶馬公司稱其備有此裝置的Bw213、BW225高爬坡性能機(jī)型可在68％的坡道上安全行駛。
④.工業(yè)設(shè)計(jì)技術(shù)的應(yīng)用
寶馬的第三代壓實(shí)機(jī)械采用了工業(yè)設(shè)計(jì)，用圓弧形的現(xiàn)代駕駛室和大斜坡的發(fā)動(dòng)機(jī)罩作外觀造型。新駕駛室的活動(dòng)空間增加了30％，方向盤的高度與傾角可調(diào)，選用舒適的高靠背座椅給駕駛員帶來(lái)了良好的操作環(huán)境。圓弧形擋風(fēng)玻璃和駕駛室有4個(gè)外支承可隔離噪聲與振動(dòng)，室內(nèi)噪聲低于70dB。液壓轉(zhuǎn)向器也移到駕駛室外以減少發(fā)熱和噪聲。儀器儀表設(shè)計(jì)更合理，易于觀察，發(fā)動(dòng)機(jī)罩傾斜，給駕駛員提供了良好的視野。
⑤.壓實(shí)工程輔助管理
寶馬公司向用戶推出了一種名為CARE(Computer Aided Roller Selection in Earthworks)的土方壓實(shí)機(jī)械輔助使用軟件，作為使用壓實(shí)設(shè)備的輔助工具。它可以幫助用戶根據(jù)工程的工作量、現(xiàn)場(chǎng)條件、材料特性、葡氏壓實(shí)曲線，以及所要求的壓實(shí)度來(lái)選擇該公司的3種壓實(shí)機(jī)械配置方案。對(duì)每一方案均可提供對(duì)各使用參數(shù)的選用建議，包括壓輪類型(光輪、凸塊或光輪與凸塊組合)、振弧和頻率、最小與最大鋪層厚度和鋪層數(shù)、每層壓實(shí)帶的安排、碾壓速度和遍數(shù)，以及壓實(shí)生產(chǎn)率和壓實(shí)時(shí)間的確定o
1.5課題提出的背景與意義
我國(guó)振動(dòng)壓路機(jī)通過(guò)不斷技術(shù)引進(jìn)、消化吸收、自主創(chuàng)新，無(wú)論從技術(shù)水平還是制造能力、質(zhì)量水平上，都有長(zhǎng)足的進(jìn)步。從產(chǎn)銷量上看，己位居世界前列。但從技術(shù)水平上講，與世界先進(jìn)水平還存在著很大差距，主要表現(xiàn)在：產(chǎn)品可靠性差，制造不精細(xì)，產(chǎn)品外觀造型落伍，排放水平低，噪音超標(biāo)、操縱舒適性差，產(chǎn)品系列不全，缺少重型和超重型振動(dòng)壓路機(jī)，在綜合技術(shù)水平和自動(dòng)控制方面仍與國(guó)外先進(jìn)水平差距較大。
本項(xiàng)目的開發(fā)符合市場(chǎng)需求，具有良好的市場(chǎng)前景；通過(guò)該項(xiàng)目的實(shí)施可以完善企業(yè)產(chǎn)品系列，滿足市場(chǎng)需求；通過(guò)該項(xiàng)目的實(shí)施，可以提高企業(yè)在振動(dòng)壓路機(jī)方面的綜合實(shí)力和產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力。
13噸全液壓驅(qū)動(dòng)的雙鋼輪振動(dòng)壓路機(jī)的研制，旨在開發(fā)一款技術(shù)先進(jìn)，性能卓越的、可靠性高、性價(jià)比高的，具有市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的大噸位振動(dòng)壓路機(jī)產(chǎn)品。為實(shí)現(xiàn)上述目的，需要對(duì)全液壓驅(qū)動(dòng)的雙鋼輪振動(dòng)壓路機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化研究，確保整機(jī)傳動(dòng)效率高效；需要對(duì)整機(jī)成本構(gòu)成進(jìn)行研究，保證該機(jī)良好的性價(jià)比和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力；需要著力縮小在整機(jī)造型、振動(dòng)壓實(shí)性能、可靠性、操縱舒適性方面進(jìn)行研究，縮小與國(guó)際先進(jìn)技術(shù)的差距。
1.6本文的研究?jī)?nèi)容
通過(guò)該項(xiàng)目的開展，設(shè)計(jì)一款造型美觀、技術(shù)先進(jìn)、性能卓越的、性價(jià)比高，具有較強(qiáng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的13噸全液壓驅(qū)動(dòng)的雙鋼輪振動(dòng)壓路機(jī)。為此，對(duì)該項(xiàng)目主要研究?jī)?nèi)容和關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行分解，本論文的研究?jī)?nèi)容：
⑴.對(duì)13噸全液壓驅(qū)動(dòng)的雙鋼輪振動(dòng)壓路機(jī)總體結(jié)構(gòu)布局設(shè)計(jì)及整機(jī)性能匹配研究，確定整機(jī)結(jié)構(gòu)布置及整機(jī)傳動(dòng)方案；通過(guò)對(duì)壓實(shí)理論的研究，合理選取各振動(dòng)參數(shù)；通過(guò)對(duì)整機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的研究，合理的對(duì)各傳動(dòng)部件進(jìn)行選型，并對(duì)壓路機(jī)在各工況下動(dòng)力性進(jìn)行計(jì)算，確定整機(jī)功率需求，并選取發(fā)動(dòng)機(jī)。
⑵.對(duì)關(guān)鍵零部件進(jìn)行設(shè)計(jì)研究，包括對(duì)影響振動(dòng)性能振動(dòng)可靠性因素的分析，對(duì)振動(dòng)輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及振動(dòng)軸承的壽命的計(jì)算、減振系統(tǒng)設(shè)計(jì)、制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。通過(guò)對(duì)關(guān)鍵零部件的設(shè)計(jì)研究，提高整機(jī)的性能和可靠性。
⑶.對(duì)整機(jī)造型進(jìn)行研究。通過(guò)對(duì)駕駛室、后機(jī)罩、機(jī)架總成的設(shè)計(jì)提升整機(jī)的美觀性；提高駕駛室和后機(jī)罩的密封性，降低駕駛室司機(jī)耳旁噪音。對(duì)駕駛室操縱系統(tǒng)研究，提高司機(jī)的操縱舒適性。
2.振動(dòng)壓實(shí)理論
振動(dòng)壓路機(jī)在作業(yè)時(shí)，由于振動(dòng)輪的振動(dòng)使其對(duì)地面作用一個(gè)往復(fù)沖擊力。振動(dòng)輪每對(duì)地面沖擊一次，被壓實(shí)的材料中就產(chǎn)生一個(gè)沖擊被。同時(shí)，這個(gè)沖擊被在被壓實(shí)的材料內(nèi)沿著縱深方向擴(kuò)散和傳播（圖1）。隨著振動(dòng)輪不斷振動(dòng)，沖擊波也將不斷產(chǎn)生和持續(xù)擴(kuò)散。被壓實(shí)材料的顆粒在沖擊波的作用下，由靜止的初始狀態(tài)變?yōu)檫\(yùn)動(dòng)狀態(tài)。被壓實(shí)材料顆粒之間的摩擦力也由初始的靜摩擦狀態(tài)逐漸進(jìn)入到動(dòng)摩擦狀態(tài)。同時(shí)，由于材料中水份的離析作用，使材料顆粒的外 層包圍—層水膜，形成了顆粒運(yùn)動(dòng)的潤(rùn)滑劑。顆粒間的摩擦阻力將大為下降，為顆粒的運(yùn)動(dòng)創(chuàng)造了十分有利的條件。被壓實(shí)材料在沖擊波的作用下產(chǎn)生了運(yùn)動(dòng)，帶來(lái)了顆粒間的初始位置的變化。并由此而產(chǎn)生了互相填充間隙的現(xiàn)象。（圖2a表示振動(dòng)壓實(shí)前的被壓實(shí)材料顆粒的排列狀態(tài)）可見，在顆粒之間存在許多大小不等的間隙。但在振動(dòng)壓實(shí)后，由于顆粒之間的相對(duì)位置發(fā)生了變化，出現(xiàn)了相互填充現(xiàn)象，顆粒間的間隙減少了（圖2b）。較大顆粒之間形成的間隙由較小的顆粒所填充，被壓實(shí)材料的壓實(shí)度提高了。同時(shí)，顆粒之間的緊密接觸也增大了被壓實(shí)材料的內(nèi)摩擦阻力，使基礎(chǔ)的承載能力也隨之提高了。
由于被壓實(shí)材料(如土等)其顆粒之間存在著粘聚力和吸附力等阻礙顆粒運(yùn)動(dòng)的力。所以，要達(dá)到使被壓實(shí)材料壓實(shí)的目的，必須克服阻礙其顆粒運(yùn)動(dòng)的力。振動(dòng)壓路機(jī)是通過(guò)合理地選擇一組振動(dòng)與工作參數(shù)，來(lái)降低被壓實(shí)材料的內(nèi)部阻力，實(shí)現(xiàn)用較少的能量消耗獲得較高的壓實(shí)效果。
為了克服土顆粒之間的粘聚力和吸附力，振動(dòng)壓路機(jī)必須有足夠大的線載荷和振幅。線裁荷越大，作用在被壓實(shí)的土表面上的正壓力也越大，從而越容易破壞內(nèi)部顆粒之間的粘聚力和吸附力形成的抗剪切強(qiáng)度。振動(dòng)輪振幅越大，土顆粒運(yùn)動(dòng)的位移越大，也就越容易破壞土的顆粒之間的粘聚力，使土容易被壓實(shí)。
振動(dòng)壓路機(jī)的工作頻率是影響土顆粒運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的重要參數(shù)。當(dāng)工作頻率靠近“壓路機(jī)——土”的振動(dòng)系統(tǒng)的二階固有頻率時(shí)，土的顆粒運(yùn)動(dòng)加速度增高，其內(nèi)摩擦阻力急劇下降，土的顆粒之間的相互填充作用加強(qiáng)。這時(shí)土仿佛處于流動(dòng)狀態(tài)。為了便于理解，將這種內(nèi)摩擦阻力急劇下降，仿佛處于流動(dòng)狀態(tài)下的土的狀態(tài)稱為“土的液化”現(xiàn)象。對(duì)于粘性較大的土，在振動(dòng)狀態(tài)下，內(nèi)摩擦阻力雖也有十分明顯的下降，但僅僅通過(guò)振動(dòng)是不足以使這種物料達(dá)到密實(shí)效果的。為了使其密實(shí)，還必須施加一定的正壓力。同時(shí)，還要有足夠大的振幅，以克服土的抗剪切強(qiáng)度和土的顆粒之間的粘聚力和吸附力。這說(shuō)明，兩臺(tái)振動(dòng)參數(shù)相同的振動(dòng)壓路機(jī)，振動(dòng)輪的線載荷越大，壓實(shí)效果越好。振動(dòng)壓路機(jī)在作業(yè)時(shí)，由于振動(dòng)輪的振動(dòng)使其對(duì)地面作用一個(gè)往復(fù)沖擊力。振動(dòng)輪每對(duì)地面沖擊一次，被壓實(shí)的材料中就產(chǎn)生一個(gè)沖擊被。同時(shí)，這個(gè)沖擊被在被壓實(shí)的材料內(nèi)沿著縱深方向擴(kuò)散和傳播（圖2-1）。隨著振動(dòng)輪不斷振動(dòng)，沖擊波也將不斷產(chǎn)生和持續(xù)擴(kuò)散。被壓實(shí)材料的顆粒在沖擊波的作用下，由靜止的初始狀態(tài)變?yōu)檫\(yùn)動(dòng)狀態(tài)。被壓實(shí)材料顆粒之間的摩擦力也由初始的靜摩擦狀態(tài)逐漸進(jìn)入到動(dòng)摩擦狀態(tài)。同時(shí)，由于材料中水份的離析作用，使材料顆粒的外 層包圍—層水膜，形成了顆粒運(yùn)動(dòng)的潤(rùn)滑劑。顆粒間的摩擦阻力將大為下降，為顆粒的運(yùn)動(dòng)創(chuàng)造了十分有利的條件。被壓實(shí)材料在沖擊波的作用下產(chǎn)生了運(yùn)動(dòng)，帶來(lái)了顆粒間的初始位置的變化。并由此而產(chǎn)生了互相填充間隙的現(xiàn)象。（圖2-2a表示振動(dòng)壓實(shí)前的被壓實(shí)材料顆粒的排列狀態(tài)）可見，在顆粒之間存在許多大小不等的間隙。但在振動(dòng)壓實(shí)后，由于顆粒間的相對(duì)位置發(fā)生了變化，出現(xiàn)相互填充現(xiàn)象，顆粒間的間隙減少了（圖2-2b）。較大顆粒之間形成的間隙由較小的顆粒所填充，被壓實(shí)材料的壓實(shí)度提高了。同時(shí)，顆粒之間的緊密接觸也增大了被壓實(shí)材料的內(nèi)摩擦阻力，使基礎(chǔ)的承載能力也隨之提高了。
圖2-1 振動(dòng)沖擊波在土中的傳遞
由于被壓實(shí)材料(如土等)其顆粒之間存在著粘聚力和吸附力等阻礙顆粒運(yùn)動(dòng)的力。所以，要達(dá)到使被壓實(shí)材料壓實(shí)的目的，必須克服阻礙其顆粒運(yùn)動(dòng)的
圖2-2壓實(shí)前、后被壓實(shí)材料顆粒排列狀況
（a）壓實(shí)前壓實(shí)材料顆粒排列狀況（a）壓實(shí)后壓實(shí)材料顆粒排列狀況
力。振動(dòng)壓路機(jī)是通過(guò)合理地選擇一組振動(dòng)與工作參數(shù)，來(lái)降低被壓實(shí)材料的內(nèi)部阻力，實(shí)現(xiàn)用較少的能量消耗獲得較高的壓實(shí)效果。
為了克服土顆粒之間的粘聚力和吸附力，振動(dòng)壓路機(jī)必須有足夠大的線載荷和振幅。線裁荷越大，作用在被壓實(shí)的土表面上的正壓力也越大，從而越容易破壞內(nèi)部顆粒之間的粘聚力和吸附力形成的抗剪切強(qiáng)度。振動(dòng)輪振幅越大，土顆粒運(yùn)動(dòng)的位移越大，也就越容易破壞土的顆粒之間的粘聚力，使土容易被壓實(shí)。
振動(dòng)壓路機(jī)的工作頻率是影響土顆粒運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的重要參數(shù)。當(dāng)工作頻率靠近“壓路機(jī)——土”的振動(dòng)系統(tǒng)的二階固有頻率時(shí)，土的顆粒運(yùn)動(dòng)加速度增高，其內(nèi)摩擦阻力急劇下降，土的顆粒之間的相互填充作用加強(qiáng)。這時(shí)土仿佛處于流動(dòng)狀態(tài)。為了便于理解，將這種內(nèi)摩擦阻力急劇下降，仿佛處于流動(dòng)狀態(tài)下的土的狀態(tài)稱為“土的液化”現(xiàn)象。對(duì)于粘性較大的土，在振動(dòng)狀態(tài)下，內(nèi)摩擦阻力雖也有十分明顯的下降，但僅僅通過(guò)振動(dòng)是不足以使這種物料達(dá)到密實(shí)效果的。為了使其密實(shí)，還必須施加一定的正壓力。同時(shí)，還要有足夠大的振幅，以克服土的抗剪切強(qiáng)度和土的顆粒之間的粘聚力和吸附力。這說(shuō)明，兩臺(tái)振動(dòng)參數(shù)相同的振動(dòng)壓路機(jī)，振動(dòng)輪的線載荷越大，壓實(shí)效果越好。
3.振動(dòng)壓路機(jī)動(dòng)力學(xué)模型及運(yùn)動(dòng)方程
3.1研究振動(dòng)壓路機(jī)動(dòng)力學(xué)模型的意義
振動(dòng)壓路機(jī)的壓實(shí)過(guò)程是復(fù)雜的隨機(jī)過(guò)程，為了探索振動(dòng)壓路機(jī)作業(yè)時(shí)被壓實(shí)的基礎(chǔ)、振動(dòng)輪(或稱下車)、機(jī)架（或稱上車)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，了解振動(dòng)壓實(shí)機(jī)理；分析壓實(shí)過(guò)程中“壓路機(jī)——土”組成的振動(dòng)系統(tǒng)的基本參數(shù)的動(dòng)態(tài)變化預(yù)計(jì)在已知條件下振動(dòng)壓路機(jī)的振動(dòng)規(guī)律等。必須把結(jié)構(gòu)復(fù)雜的、型式各異的振動(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)行必要的簡(jiǎn)化，使其成為一個(gè)在數(shù)學(xué)上可以處理的模型——數(shù)學(xué)模型。有了數(shù)學(xué)模型就可以用數(shù)學(xué)表達(dá)式來(lái)描述“壓路機(jī)——土”振動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。
振動(dòng)壓路機(jī)數(shù)學(xué)模型的建立原則：首先．應(yīng)使數(shù)學(xué)模型盡量與實(shí)際工況相吻合。其次，數(shù)學(xué)模型應(yīng)力求簡(jiǎn)化，以便數(shù)學(xué)計(jì)算方法簡(jiǎn)單易行。只有這樣，數(shù)學(xué)模型才有實(shí)用價(jià)值。
由于振動(dòng)壓路機(jī)在結(jié)構(gòu)上的差異，數(shù)學(xué)模型也應(yīng)有所區(qū)別。從理論上講，單輪振動(dòng)的串聯(lián)振動(dòng)壓路機(jī)約有六個(gè)以上自由度，而其他類型振動(dòng)壓路機(jī)(如雙輪振動(dòng)串聯(lián)壓路機(jī)，輪胎驅(qū)動(dòng)振動(dòng)壓路機(jī)等)約有6—7個(gè)自由度。采用6個(gè)以上自由度系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，分析“壓路機(jī)一土”的振動(dòng)系統(tǒng)，看起來(lái)精度很高，但是由于土的隨機(jī)性和數(shù)學(xué)處理及簡(jiǎn)化的局限性使理論上精度較高的多自由度數(shù)學(xué)模型失去其精度意義，反而使計(jì)算工作變得十分復(fù)雜。鑒于上述原因，人們通常把“壓路機(jī)——上”的系統(tǒng)簡(jiǎn)化為具有兩個(gè)自由度的數(shù)學(xué)模型。這種兩個(gè)自由度的數(shù)學(xué)模型基本上可真實(shí)地反映“壓路機(jī)——土”的系統(tǒng)的實(shí)際動(dòng)態(tài)響應(yīng)，而且在數(shù)學(xué)處理上也比較簡(jiǎn)單易行。
建立數(shù)學(xué)模型以后，可以從事以下工作：
⑴.分析“壓路機(jī)——土”的振動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，為振動(dòng)壓路機(jī)的振動(dòng)參數(shù)的選擇及優(yōu)化設(shè)計(jì)打下基礎(chǔ)。
⑵.預(yù)測(cè)已知參數(shù)的振動(dòng)壓路機(jī)在不同工況下的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，為振動(dòng)壓路機(jī)修改設(shè)計(jì)提供依據(jù)。
⑶.為振動(dòng)壓路機(jī)減振系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)。
3.2兩個(gè)自由度系統(tǒng)振動(dòng)壓路機(jī)的運(yùn)動(dòng)方程
現(xiàn)列出“壓路機(jī)——土”振動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程，并對(duì)其進(jìn)行分析。
在列出振動(dòng)方程以前，首先對(duì)模型中有關(guān)參數(shù)和條件進(jìn)行假設(shè)：
⑴.在模型中，假設(shè)土是具有一定剛度的彈性體。其剛度為K2，阻尼C2。阻尼為線性阻尼。
⑵.振動(dòng)壓路機(jī)的上、下車的質(zhì)量簡(jiǎn)化為具有一定質(zhì)量的集中質(zhì)量塊。上車為m1，下車為m2。
⑶.振動(dòng)壓路機(jī)工作在任何一個(gè)瞬時(shí)，振動(dòng)輪都保持與地面緊密接觸。
⑷.忽略發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)。
因此，可建立輪胎驅(qū)動(dòng)振動(dòng)壓路機(jī)的平面兩個(gè)自由度的數(shù)學(xué)模型如圖3-1所示。
圖3-1振動(dòng)壓路機(jī)平面兩自由度振動(dòng)模型
圖3-1數(shù)學(xué)模型的運(yùn)動(dòng)方程是
m1x1+c1x1+k1x1-c1x2-k1x2=0m2x2+c1+c2x2+k1+k2x2-c1x1-k1x1=F0sinωt (3-1)
式中 F0=Meω2 (3-2)
Me---偏心塊的靜偏心力矩
Me=mfr (3-3)
mf---偏心重；
r----偏心塊的偏心距。
上式的解為
x1=F0A22+B22C2+D212, x2=F0A12+B12C2+D212
?1=tg-1B1A1-tg-1DC, ?2=tg-1B2A2-tg-1DC
式中?1----激振力與機(jī)架位移之間的相對(duì)角；
?2----激振力與振動(dòng)輪位移之間的相對(duì)角；
A1=k1-m1ω2;
B1=c1ω
A2=k1
B2=c1ω
C=m2m1ω4-m2k1ω2-m1k2ω2-c1c2ω2+k1k2-m1k1ω2
D=k2c1ω+k1c2ω-m2c1ω3-m1c2ω3-m1c1ω3
無(wú)阻尼狀態(tài)下振動(dòng)系統(tǒng)的一階、二階固有頻率ω1、ω2分別為
ω1=m2k1+m1k2+m1k1-m2k1+m1k2+m1k12-4m1m2k1k22m1m212
ω2=m2k1+m1k2+m1k1-m2k1+m1k2+m1k12-4m1m2k1k22m1m212
振動(dòng)壓路機(jī)下車(振動(dòng)輪)對(duì)地面作用力FS的大小不僅與振動(dòng)壓路機(jī)本身的振動(dòng)參數(shù)有關(guān)，而且也與被壓實(shí)土的剛度k2和阻尼c2有關(guān)。FS可表示為
FS=k2x22+c2x2212 (3-4)
從公式(3-4)中可看出，振動(dòng)壓路機(jī)對(duì)地面作用力Fa是土的彈性變形量K2x2和土的阻尼力C2x2的矢量和。前者與振動(dòng)壓路機(jī)的瞬時(shí)振幅和土的剛度有關(guān)，后者與振動(dòng)壓路機(jī)振動(dòng)速度和土的阻尼有關(guān)。所以，振動(dòng)壓路機(jī)對(duì)地面的作用力大小與土的物理特性有著密切關(guān)系。
由于土的物理特性的隨機(jī)性，因而FS力也同樣具有隨機(jī)性。譬如，有一臺(tái)振動(dòng)壓路機(jī)在甲地作業(yè)時(shí)，土的剛度為Ka，土的阻尼為Ca，在乙地作業(yè)時(shí)，土的剛度為Kb,土的阻尼為Cb。如果Ka>Kb, Ca>Cb,那么由（3-4)式可知Fsa>Fsb。盡管這時(shí)振動(dòng)壓路機(jī)參數(shù)沒(méi)有變化，但是由于被壓實(shí)的土變化了，其物理特性不同了，因而Fsa和Fsb也不同了。在這里也知道了振動(dòng)壓路機(jī)對(duì)地面的作用力Fs不同于振動(dòng)壓路機(jī)振動(dòng)器的激振力F0。有些振動(dòng)壓路機(jī)的激振力很大，但它并沒(méi)有完全作用在被壓實(shí)的土上，因而其壓實(shí)效果并不一定好。只有對(duì)地面作用力Fs較大的振動(dòng)壓路機(jī)才可能獲得較好的壓實(shí)效果。
如果以RT表示激振力對(duì)地面作用力的有效率，則RT為
RT=FaF0 (3-5)
設(shè)計(jì)振動(dòng)壓路機(jī)時(shí)，人們總希望振動(dòng)壓路機(jī)對(duì)地面的作用力Fs越大越好。從(3-5)式可看出，當(dāng)振動(dòng)壓路機(jī)的振動(dòng)器的激振力一定時(shí)，RT值越大，則Fa越大。而提高RT值的關(guān)鍵在于合理選擇工作頻率ω和振幅A。
3.3運(yùn)動(dòng)方程中各參數(shù)的取值
前面已討論了振動(dòng)壓路機(jī)的數(shù)學(xué)模型及其數(shù)學(xué)表達(dá)式。關(guān)鍵是方程式(3-1)中各參數(shù)的取值。如果這兩個(gè)方程各項(xiàng)參數(shù)的取值問(wèn)題解決了，這兩個(gè)方程的解也就可求了，其系統(tǒng)固有頻率也可以算出來(lái)了。
方程式(3—1)中有些參數(shù)是很容易被測(cè)量或推算出來(lái)。
m2為下車質(zhì)量，即振動(dòng)質(zhì)量。可用稱量法測(cè)得，因此在計(jì)算時(shí)可認(rèn)為m2為己知數(shù)。
m1為上車質(zhì)量，不同結(jié)構(gòu)的振動(dòng)壓路機(jī)的m1也不相同。因?yàn)閙1的大小不僅與振動(dòng)壓路機(jī)上車零部件的質(zhì)量有關(guān)，而且與這些零部件的安裝位置有關(guān)。因此可以說(shuō)m1實(shí)際是上車的當(dāng)里質(zhì)量。并用下面公式計(jì)算
m1L2=i-1nmili2 (3-6)
對(duì)圖6—8中的振動(dòng)壓路機(jī)而言
式中 L----軸距；
m1----安裝在上車第i個(gè)零件或部件的質(zhì)量；
li----第i個(gè)零件或部件距驅(qū)動(dòng)軸中心線的距離；
n----上車安裝的零件或部件的個(gè)數(shù)。
方程式(3-1)中的激振力F0，工作頻率ω，是設(shè)計(jì)者根據(jù)一定設(shè)計(jì)方法結(jié)合壓實(shí)要求選取的，因而可以認(rèn)為是已知數(shù)。振動(dòng)壓路機(jī)減振器的剛度和阻尼是設(shè)計(jì)者根據(jù)減振要求和減振器受力狀態(tài)而設(shè)計(jì)的。所以，也可以認(rèn)為減振器的剛度K1和阻尼C1是已知數(shù)。這樣，方程式(3-1)中只有土的剛度K2和阻尼C2為未知數(shù)。
到目前為止，人們還沒(méi)有找到一種較為合理和較為準(zhǔn)確的方法測(cè)量或者計(jì)算振動(dòng)壓路機(jī)的“壓路機(jī)—土”模型的土的剛度和阻尼。雖然曾有一些方法可以測(cè)量彈性地基基礎(chǔ)的土的剛度和阻尼，但是這些方法只適用于固定基礎(chǔ)，不能用于“壓路機(jī)—土”的振動(dòng)系統(tǒng)。因?yàn)闇y(cè)量固定基礎(chǔ)的土的剛度和阻尼的方法只適用于參加振動(dòng)的土體質(zhì)量在振動(dòng)發(fā)生與結(jié)束時(shí)始終保持不變。對(duì)振動(dòng)壓路機(jī)而言，參加振動(dòng)的土體質(zhì)量是隨振動(dòng)壓路機(jī)的工作過(guò)程而不斷變化。圖6—10a表示固定基礎(chǔ)振動(dòng)情況；圖6—l0(b)表示非固定基礎(chǔ)振動(dòng)情況。
圖3-2 振動(dòng)基礎(chǔ)圖
（a）固定基礎(chǔ)的振動(dòng)；（b）非固定基礎(chǔ)的振動(dòng)
由圖(b)可見，當(dāng)振動(dòng)壓路機(jī)的振動(dòng)輪由虛線位置移到實(shí)線位置時(shí)，既有新的土參加振動(dòng)，又有部分土退出振動(dòng)。所以就振動(dòng)能量的觀點(diǎn)而言，這是一種開環(huán)式能量體系。反之，固定基礎(chǔ)振動(dòng)則為閉環(huán)能量體系。由于人們目前還沒(méi)有找到較為理想方法來(lái)測(cè)量或計(jì)算非固定基礎(chǔ)振動(dòng)狀態(tài)下的土的剛度和阻尼，因此常用反算法來(lái)求解K2和C2。所謂反算法是在工地或試驗(yàn)室內(nèi)用已知參數(shù)的振動(dòng)壓路機(jī)做實(shí)際的壓實(shí)作業(yè)，同時(shí)用各種儀器測(cè)出該振動(dòng)壓路機(jī)在實(shí)際工況下的上、下車振動(dòng)的振幅、速度、加速度等參數(shù)并把這些實(shí)測(cè)的參數(shù)和前面所陳述的已知參數(shù)代入方程式(3-1)中，就可求出所需要土的剛度K2和阻尼C2。如果有多臺(tái)振動(dòng)壓路機(jī)在多種工況下進(jìn)行上述實(shí)測(cè)和反算就會(huì)得出多級(jí)土的剛度和阻尼數(shù)值。然后，將所得到的多組數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)理統(tǒng)計(jì)分折，找出各類土的分布狀態(tài)，利用這些統(tǒng)計(jì)值進(jìn)行振動(dòng)壓路機(jī)設(shè)計(jì)或動(dòng)態(tài)響應(yīng)分析。
4. 液壓系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
振動(dòng)壓路機(jī)傳動(dòng)系將動(dòng)力裝置的機(jī)械能進(jìn)行傳遞和轉(zhuǎn)換后傳至振動(dòng)壓路機(jī)行駛元件驅(qū)動(dòng)輪、工作裝置振動(dòng)馬達(dá)、轉(zhuǎn)向元件轉(zhuǎn)向油缸等，行駛、振動(dòng)壓實(shí)、轉(zhuǎn)向等，典型的全液壓壓路機(jī)液壓系統(tǒng)原理圖如下4-1：
圖4-1 全液壓壓路機(jī)液壓系統(tǒng)
1-分動(dòng)箱；2，11-變量泵；3-齒輪油泵；4-變速器；5-液壓馬達(dá)；6-行走液壓馬達(dá)；7-減速器；8-振動(dòng)液壓馬達(dá)；9-振動(dòng)輪；10-轉(zhuǎn)向器；12-輪邊減速器；13-輪胎；14-后橋
4.1行走液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
根據(jù)前期的市場(chǎng)和技術(shù)調(diào)研，發(fā)現(xiàn)在道路的修筑過(guò)程中，路面以下各基礎(chǔ)層的壓實(shí)工程量是最大的。而全輪驅(qū)動(dòng)液壓壓路機(jī)主要適用于道路基礎(chǔ)的壓實(shí)，不僅具有良好的壓實(shí)效果，而且相對(duì)于前后都是光輪的壓路機(jī)，具備更大的驅(qū)動(dòng)力，更適應(yīng)在坡道上碾壓，在未成形路面上行駛。這種振動(dòng)壓路機(jī)在市場(chǎng)銷售量中占據(jù)了大部分的份額，具有廣泛的市場(chǎng)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(jì)選用全輪驅(qū)動(dòng)液壓壓路機(jī)。
圖4-2 全輪驅(qū)動(dòng)液壓系統(tǒng)原理圖
4.1.1 全輪驅(qū)動(dòng)液壓壓路機(jī)的優(yōu)點(diǎn)
壓路機(jī)的碾壓速度是根據(jù)滾動(dòng)壓實(shí)工藝規(guī)范選定的。碾壓速度對(duì)土壤鋪層的壓實(shí)效果有著顯著的影響，振動(dòng)壓路機(jī)尤其如此。在鋪層厚度一定時(shí)，壓路機(jī)傳遞給填方內(nèi)的能量E與碾壓遍數(shù)n和碾壓速度"之比值成正比，即E∞r(nóng)ezo。較低的碾壓速度，能使鋪層材料在壓實(shí)力的作用下有足夠的時(shí)間產(chǎn)生不可逆變形，更好地改變被壓材料的結(jié)構(gòu)。然而，碾壓速度還與生產(chǎn)率有著密切關(guān)系，因此，碾壓速度存在一個(gè)最佳值，這個(gè)最佳值就是在不降低壓實(shí)質(zhì)量的前提下，選擇盡可能高的碾壓速度，以保證壓路機(jī)有較高的生產(chǎn)率。對(duì)于不同的鋪層材料、鋪層厚度與壓實(shí)度要求，無(wú)級(jí)調(diào)速允許選用不同的碾壓速度，能較好地克服壓實(shí)質(zhì)量與生產(chǎn)效率之問(wèn)的矛盾，優(yōu)化壓實(shí)過(guò)程。由于一個(gè)系統(tǒng)內(nèi)壓力的自然平衡及液壓軟管的相對(duì)柔性，使得液壓傳動(dòng)的動(dòng)力極易分流和長(zhǎng)距離傳輸，這對(duì)于壓路機(jī)振動(dòng)輪行走的動(dòng)力傳遞很方便，從而能實(shí)現(xiàn)全輪驅(qū)動(dòng)。全輪驅(qū)動(dòng)不僅增加了壓路機(jī)的驅(qū)動(dòng)能力，而且能增大振動(dòng)壓路機(jī)的壓實(shí)能力和提高鋪筑表層的壓實(shí)質(zhì)量，還提高了驅(qū)動(dòng)橋的工作可靠性。
全輪驅(qū)動(dòng)充分利用了兩個(gè)車輪的附著能力，在匹配得當(dāng)?shù)臈l件下，一臺(tái)全輪驅(qū)動(dòng)單輪振動(dòng)壓路機(jī)的爬坡能力可以達(dá)到50％以上。在沙漠地帶壓實(shí)施工，砂性土壤的附著系數(shù)只有粘性土的50％～60％，而滾動(dòng)阻力系數(shù)卻是粘性土的1．2～1．5倍，單輪驅(qū)動(dòng)的振動(dòng)壓路機(jī)根本不能行走。全輪驅(qū)動(dòng)允許振動(dòng)輪有較大的分配重量，其分配比可從單輪驅(qū)動(dòng)的46．5％增加到62％。振動(dòng)輪的靜線壓力和激振力相應(yīng)地增大。壓路機(jī)的全輪驅(qū)動(dòng)是以其液壓傳動(dòng)為條件實(shí)現(xiàn)的。由于液流的自動(dòng)差速作用，能使壓路機(jī)的所有車輪實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)而不會(huì)產(chǎn)生前后輪間的循環(huán)功率損失和相對(duì)滑移。車輪滑移會(huì)搓起被碾壓材料，造成新的表面不平整。
4.1.2 全輪驅(qū)動(dòng)液壓壓路機(jī)的缺點(diǎn)
全輪驅(qū)動(dòng)液壓液壓系統(tǒng)的缺點(diǎn)主要表現(xiàn)在：
1. 單純的液壓系統(tǒng)不能用于低速運(yùn)行，因?yàn)橐后w的可壓縮性會(huì)引起壓路機(jī)的爬行，從而降低壓實(shí)工作質(zhì)量；
2. 液壓系統(tǒng)在高壓低速時(shí)的傳動(dòng)效率低下，在系統(tǒng)壓力35 MPa與馬達(dá)轉(zhuǎn)速300 r／min時(shí)的總效率不足70％，大量的機(jī)械能轉(zhuǎn)化成熱能；
3. 液壓一機(jī)械聯(lián)合傳動(dòng)使得壓路機(jī)行走液壓系統(tǒng)總傳動(dòng)效率僅有60％左右，能源浪費(fèi)大，還造成了機(jī)器發(fā)熱；
4. 增加了液壓油的消耗，還容易造成環(huán)境污染；
5. 液壓油的清潔度至關(guān)重要，使得壓路機(jī)對(duì)制造與使用的條件苛刻，反而使得全液壓振動(dòng)壓路機(jī)的工作可靠性大打折扣；
4.2振動(dòng)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)
閉式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較緊湊，泵的自吸性好，系統(tǒng)與空氣接觸的機(jī)會(huì)較少，空氣不宜滲入系統(tǒng)，故傳動(dòng)的平穩(wěn)性較好；工作機(jī)構(gòu)的變速和換向靠調(diào)節(jié)泵或馬達(dá)的變量機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，避免了在開式系統(tǒng)換向過(guò)程中所出現(xiàn)的液壓沖擊和能量損失。本設(shè)計(jì)選擇閉式液壓振動(dòng)系統(tǒng)。
4.2.1開式液壓震動(dòng)系統(tǒng)
開始回路液壓系統(tǒng)，如圖4-3所示?；窘M成為：齒輪泵1、電液換向閥2、齒輪馬達(dá)3、穩(wěn)壓閥4和冷卻器5.其中的穩(wěn)壓閥由減壓閥和溢流閥組成，穩(wěn)壓閥和電液換向閥集成于一體，共同組成一個(gè)振動(dòng)閥單獨(dú)安裝在壓路機(jī)車架上。此系統(tǒng)僅能得到單頻率振動(dòng)。電液換向閥用于改變馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)方向，以實(shí)現(xiàn)壓路機(jī)雙振幅的變換。液壓閥的控制用壓力油是由壓路機(jī)行走液壓系統(tǒng)中的供油泵提供的。單換向閥處于中位時(shí)，閥體的四個(gè)通道相互串通，油泵即可卸荷，振動(dòng)就停止。
當(dāng)壓路機(jī)起振或變換振幅時(shí)，偏心塊將產(chǎn)生很大的慣性力矩，使液壓系統(tǒng)中的附加壓力急劇增大。當(dāng)閥在開啟0.2-0.4s的瞬間，由于閥孔的開啟面積小，而在油路中造成一個(gè)壓力峰值，這一峰值壓力增大到一定程度的瞬間，溢流閥就會(huì)開啟卸載；待壓力平穩(wěn)之后溢流閥才關(guān)閉，使激振器進(jìn)入到正常運(yùn)轉(zhuǎn)，從而保護(hù)了液壓元件。
該種液壓傳動(dòng)方案適宜于中等工作壓力。溢流閥的調(diào)定壓力縱使要比實(shí)際工作壓力高出2-3MPa。
圖4-3.開式液壓振動(dòng)系統(tǒng)
1- 齒輪泵；2-溢流閥；3-齒輪馬達(dá)； 4-電液換向閥；5-冷卻器；
開式系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，由于系統(tǒng)本身具有油箱，因此可以發(fā)揮油箱的散熱、沉淀雜質(zhì)的作用。
4.2.2閉式液壓振動(dòng)系統(tǒng)
閉式液壓振動(dòng)系統(tǒng)如圖3-3所示，其基本組成為：冷卻器1、斜盤式軸向柱塞變量泵2、儲(chǔ)能器3、組合閥4、定量柱塞馬達(dá)5。
此系統(tǒng)是用馬達(dá)的正反轉(zhuǎn)來(lái)調(diào)節(jié)振幅，并且能很容易地得到兩種頻率，必要時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)頻。這種閉式回路的振動(dòng)液壓系統(tǒng)可以選的工作壓力較大，在使用柱塞馬達(dá)時(shí)的最大工作壓力可達(dá)25Mpa，這樣就減少了液壓元件的規(guī)格尺寸。在振動(dòng)壓路機(jī)停振或轉(zhuǎn)換振幅時(shí)，工作壓力常達(dá)35Mpa,也伴有瞬時(shí)沖擊壓力產(chǎn)生，但比開式回路系統(tǒng)要好得多。解決這一問(wèn)題的有效方法是在液壓馬達(dá)回路中設(shè)置蓄能器，用作緩沖裝置。
圖4-4.閉式液壓振動(dòng)系統(tǒng)
1-變量泵；2-伺服閥；3-定量馬達(dá)；4-組合閥；5-蓄能器；6-濾油器
閉式系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)：
1. 結(jié)構(gòu)比較緊湊，泵的自吸性好，系統(tǒng)與空氣接觸的機(jī)會(huì)較少，空氣不宜滲入系統(tǒng)，故傳動(dòng)的平穩(wěn)性較好；
2. 工作機(jī)構(gòu)的變速和換向靠調(diào)節(jié)泵或馬達(dá)的變量機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，避免了在開式系統(tǒng)換向過(guò)程中所出現(xiàn)的液壓沖擊和能量損失；
3. 馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)方向由雙向可變量的泵控制，輸出轉(zhuǎn)速可由改變泵的排量來(lái)實(shí)現(xiàn)。因此，這種系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)變頻、變幅的功能；
系統(tǒng)存在背壓且對(duì)稱工作，柱塞泵、馬達(dá)具有很高的容積效率。
4.2.3工作裝置液壓振動(dòng)系統(tǒng)形式的選用
由于振動(dòng)壓路機(jī)振動(dòng)，行駛工作中正反方向工作及制動(dòng)等要求，使振動(dòng)壓路機(jī)液壓系統(tǒng)中的泵、馬達(dá)大多采用閉式回路方式。閉式回路采用雙向變量液壓泵，通過(guò)泵的變量改變油路中油的流量和方向，實(shí)現(xiàn)振動(dòng)壓路機(jī)的變速和換向，可以充分體現(xiàn)液壓傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)。閉式系統(tǒng)的主泵上通常帶一小排量的補(bǔ)油泵，并集成補(bǔ)油溢流閥和不郵單向閥，而沖洗冷卻閥則集成于馬達(dá)。補(bǔ)油溢流閥調(diào)定補(bǔ)油壓力，補(bǔ)油單向閥選擇補(bǔ)油方向，向主油路低壓側(cè)補(bǔ)油，以補(bǔ)償由于泵、馬達(dá)容積損失及由沖洗冷卻閥組中泄漏的流量。補(bǔ)油泵的附加功率損失比較小，僅為總傳動(dòng)功率的1%-2%。
4.3轉(zhuǎn)向液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)
目前，在壓路機(jī)上都是采用了液壓傳動(dòng)的鉸接式液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。與傳統(tǒng)的阿克曼式轉(zhuǎn)向比較，鉸接轉(zhuǎn)向具有轉(zhuǎn)彎半徑小、機(jī)動(dòng)性好及牽引力大等優(yōu)點(diǎn)。
見圖4-5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(jī)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(lái)估計(jì)壓路機(jī)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(jī)的設(shè)計(jì)中很少采用，對(duì)于只用前輪驅(qū)動(dòng)和制動(dòng)的壓路機(jī)，有利于保證上坡行駛的縱向穩(wěn)定性。
圖4-5 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(shí)，壓路機(jī)的轉(zhuǎn)彎半徑最小，機(jī)動(dòng)性好，同時(shí)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(shí)前后輪軸互相平行，并相互錯(cuò)開一定的距離，此稱為“蟹行”。
但“蟹行”常用于雙鋼輪振動(dòng)壓路機(jī)的轉(zhuǎn)向，以提高壓實(shí)作業(yè)的貼邊性能，對(duì)于輪胎驅(qū)動(dòng)光輪振動(dòng)的壓路機(jī)則沒(méi)有什么實(shí)際意義。
對(duì)于偏轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)向的壓路機(jī)，有一個(gè)很大的缺點(diǎn)，那就是偏轉(zhuǎn)輪處的車架只能設(shè)計(jì)在偏轉(zhuǎn)輪的上方，尤其是全輪轉(zhuǎn)向，整個(gè)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(jī)重心偏高，從而使壓路機(jī)行駛穩(wěn)定性差，在坡道上容易傾覆，給駕駛員帶來(lái)很大的危險(xiǎn)。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(jī)。
見圖4-6，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(jī)，其車架分成前后兩部分，通過(guò)垂直的鉸接銷連接。轉(zhuǎn)向時(shí)，前后車架繞鉸接銷發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)車架折腰而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向。這種轉(zhuǎn)向方式轉(zhuǎn)彎半徑很小，機(jī)動(dòng)性好，前后輪的軌跡重疊，利于保證路面的壓實(shí)質(zhì)量。前車架設(shè)計(jì)成框架的形式，通過(guò)減振系統(tǒng)懸掛在振動(dòng)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(dòng)輪的四周，駕駛員具有良好的前視野，對(duì)于待壓路面和光輪表面的情況一目了然。后車架設(shè)計(jì)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(dòng)機(jī)、油泵和后橋總成等主要部件，后部設(shè)計(jì)成燃油箱，重心位置基本與輪胎的軸心等高，甚至更低。
圖4-6 鉸接式車架轉(zhuǎn)向示意圖
通過(guò)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(diǎn)，但還是具有更大的優(yōu)勢(shì)，尤其是對(duì)于重型或超重型壓路機(jī)。因此，本次設(shè)計(jì)的振動(dòng)壓路機(jī)采用鉸接式車架折腰轉(zhuǎn)向的方案（圖4-7）。
圖4-7 鉸接式車架折腰轉(zhuǎn)向系統(tǒng)原理圖
4.4液壓系統(tǒng)原理圖
綜合以上選擇的全輪驅(qū)動(dòng)行走液壓系統(tǒng)、閉式振動(dòng)液壓系統(tǒng)和鉸接式轉(zhuǎn)向液壓系統(tǒng)可以得到本次設(shè)計(jì)的全液壓震動(dòng)壓路機(jī)液壓液壓系統(tǒng)原理圖如下4-8：
圖4-8 全液壓振動(dòng)壓路機(jī)液壓液壓系統(tǒng)原理圖
1-轉(zhuǎn)向液壓缸；2-轉(zhuǎn)向器；3-手動(dòng)液壓泵；4-回油過(guò)濾器；5-行駛液壓馬達(dá)（帶閥組）；6-行駛液壓變量泵（帶閥組、補(bǔ)油液壓泵）；7-分動(dòng)箱；8-柴油機(jī)；9-雙聯(lián)液壓泵；10-振動(dòng)系統(tǒng)控制閥；11-振動(dòng)系統(tǒng)液壓馬達(dá)
5. 液壓系統(tǒng)計(jì)算與選型
5.1 液壓系統(tǒng)
根據(jù)本文第三章，YZJ13 型振動(dòng)壓路機(jī)采用全液壓的傳動(dòng)方案，前、后輪驅(qū)動(dòng)，壓路機(jī)的行駛、振動(dòng)和轉(zhuǎn)向三大功能均通過(guò)靜液壓傳動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。整機(jī)液壓系統(tǒng)包括三個(gè)基本相互獨(dú)立的系統(tǒng)，即行走液壓系統(tǒng)、振動(dòng)液壓系統(tǒng)和轉(zhuǎn)向液壓系統(tǒng)，每個(gè)系統(tǒng)都有自己的油泵和執(zhí)行元件，避免了相互之間的干擾。三個(gè)系