冲击振动压路机工作轮的仿真建模与分析.docx

2007年12月JOURNALOFTAIYUANUNIVERSITYOFSCIENCEANDTECHNOLOGYDec.2007文章编号:1673-2057(2007)06-0451-06冲击振动压路机工作轮的仿真建模与分析王建军1,2,张洪1,孙大刚1(11太原科技大学机械工程学院,太原030024;21安徽机电职业技术学院,安徽芜湖241000)摘要:针对冲击压路机的一些缺点,提出了冲击振动压路机。首先对压路机进行了力学和工作状态的分析,并利用ADAMS软件进行了虚拟样机的建模和仿真。仿真结果中得到了这种新型压路机的现实可行性和压路机的所需牵引力以及冲击块对地的冲击力。关键词:冲击振动压路机;虚拟样机;牵引力;冲击力;复合压实中图分类号:U415.52+1文献标识码:A近几年来逐渐推广使用的冲击压路机表现出其特有的优点,使其成为路基压实工程中又一新型机具。冲击压实技术以其大冲量、大振幅和低频率的振动迭加而成的能量及较高的行驶速度形成了高效、价廉、应用面广的压实技术。现有的冲击压路机有以下缺点[1]:1)冲击压路机的冲击轮和主轴之间冲击力非常大,致使主轴极易损坏、寿命很短。2)冲击压路机工作时非圆形冲击轮造成车架对牵引车的冲击很大,致使牵引车难以匹配以及对发动机负荷要求较高。3)压路机工作装置对牵引车的冲击增加了驾驶员疲劳度。现有的减振和隔振装置对其的减振效果不是很理想;非圆形冲击轮造成牵引车的难以匹配,对此,提出了一种新的机型:冲击振动压路机[2]。我们将冲击压路机的结构和重要部件进行优化,把压路机冲击轴和振动轴分离,冲击轴上带有冲击块,在牵引机的牵引下,在振动轮振动的同时会向前滚动压实,相应的冲击块会对被压材料进行冲击作用,以达到复合压实(振动、滚压、冲击相结合)的目的。1冲击振动压路机的结构冲击振动压路机是由冲击块、振动轮、车架、主轴、冲击轴以及激振装置组成。工作时,振动轮在地面滚动进行振动压实,冲击块随着冲击轴运动,轮流的落地冲击地面,对地面进行冲击压实,振动和冲击相结合的对地面进行压实,其结构如图1。2工作轮的作业状态分析2.1工作装置的整体分析冲击振动压路机的四个冲击块、车架、主轴和四个冲击轴以及附属装置总重约为14t.牵引车牵引工作装置先前行驶,冲击块对地进行冲击压实,除了一个冲击块其余重量都压在振动轮上,启动激振装置振动轮对地面进行振实。2.2冲击块的受力分析冲击块随着冲击轴绕主轴转动,转过一定角度时,冲击块向前下方绕冲击轴旋转直至冲击地面,接着冲击块收回做下一次冲击动作的准备,整个过程中冲击块的受力主要有三个阶段。收稿日期:2007203212基金项目:校青年基金基金(200502)作者简介:王建军(1979-),男,硕士,研究方向:非路面车辆仿真技术。452太原科技大学学报2007年图1冲击振动压路机的结构示意图Fig.1Illustrationofthecompositerollerofimpactingandvibration2.2.1冲击地面的过程冲击块转过一定角度时,由于惯性离心力作用冲击块离开限位轴绕冲击轴旋转,直到冲击地面。过程如图2。图3冲击块滚动收起的过程Fig.3Heavingprogressofimpactmass冲击块随冲击轴滚动到振动轮正下方时,冲击块受重力、摩擦力、地面支撑力和冲击轴的提升力如图3(a)所示;图3(b)为冲击块在离开地面前一时刻的受力;在图3(c)所示时刻冲击块离开地面,冲击轴与主轴中心在同一水平线上,此时冲击块受提升力、重力、惯性离心力、限位装置支撑力的作用,离心力的分力F″和重力与提升力平衡,分力F′与限位装置支撑力N平衡,如果没有限位装置,冲击块会向后甩出。2.2.3冲击动作的准备过程冲击块提升离开地面后开始做下一次冲击动作的准备,过程如图4.冲击块随着冲击轴继续向上提升,当提升到图4(a)所示的位置,离心力与水平方向成a角度,重力的分力G1和离心力F恰好平衡,此时限位装置对冲击块的限制力为0即从此位置开始不再需要限位装置。转过此位置后冲击块搭在限位轴上绕主轴转动直到冲击地面;当转到冲击块的重心和冲击轴中心连线为水平时,冲击块的受力如图4(b);在图4(c)时刻重力的分力G1等于冲击块绕主轴旋转的惯性离心力F,惯性离心力与水平方向成a角,下一时刻a角减小即重力分力G1开始小于离心力F,冲击块绕冲击轴旋转离开限位装置,开始重复图2的过程。图2冲击块冲击地面的过程Fig.2Impactingprocessofimpactmass冲击块的重心和冲击轴在垂直方向重合时,冲击块受重力和冲击轴的支撑力以及绕冲击轴旋转的离心力作用,三个力的方向在一条直线上如图2(a),冲击块以初速度V1绕冲击轴旋转;图2(b)为冲击到地面前的某一时刻;如图2(c)时刻冲击块开始冲击地面,