YZC12型振动压路机振动系统分析

摘要：本文就应用Pro/MECHANICA软件对YZC12型振动压路机振动系统进行运动仿真，对其振动量进行了分析、研究，并提出了改进措施。
　　关键词：运动仿真振动模型振动量改进措施YZC12型振动压路机是一种双频率、双振幅、双钢轮振动压路机，在使用过程中存在驾驶室减振效果差，驾驶员容易疲劳，以及在压实沥青路面时按设计的性能参数施工压实功率过大，出现过压实而浪费原料等问题。为了解决以上问题，本文应用美国PTC公司Pro/MECHANICA软件对其振动系统进行了分析，并提出了改进措施。
　　1、建立振动模型从动力学角度，振动压路机是一个振动系统。根据该压路机的结构特点和工作特性，它属于两级减振:振动轮与车架之间为一级减振，而车架与驾驶室之间为二级减振。由于振动轮和上车架的刚度和质量远大于减振块的刚度和质量，可以把振动轮和上车架简化为集中质量块，而减振块简化为没有质量的理想弹性元件;对于二级减振，因为驾驶室的质量远小于上车架的质量，所以驾驶室的振动对上车架的振动影响较小，把驾驶室和减振块简化为集中质量和弹簧单元。在Pro/MECHANICA中，建立“压路机―土壤”5个自由度的振动模型，如图1所示。其实这只是压路机的垂直方向的振动模型，实际上因为压路机的激振力是一种圆周运动，这种激振力理论上可以分解为垂直和水平两个方向的简谐力，它不但会产生垂直振动，还会产生水平方向振动。对于水平方向振动、对于一级减振，其振动模型与垂直振动的相同，两种振动的振动量相等，只是相位差为90°。这里对于振动轮和上车架的振动量，只须考虑垂直振动。而对于70KN/45Hz的激振力，由于它引起的振动量较小，故只计算其引起的振动轮振幅，而其它则不予计算。
　　该模型的有关参数和条件进行如下的简化和假设:1）在模型中假设土壤是具有一定刚度的弹性体，刚度为K1、阻尼为C1;2）振动压路机的振动轮、车架和驾驶室的质量简化为一集中质量块;3）振动压路机工作的任何一个瞬时振动轮都保持与地面接触。
　　在本模型中各参数意义如下:F0―激振力;K1、C1―土壤的刚度和阻尼，或试验时轮胎的刚度和阻尼;K2、C2―机架与振动轮之间的减振块的刚度和阻尼;K3、C3―机架与司机室之间的减振块的刚度和阻尼。
　　这里的刚度指动刚度，其值一般由实验测定，本文取动刚度系数取1.5（约为静刚度的1.5倍）;m1―振动轮质量;m2―前车架质量;m3―后车架质量;m4―驾驶室质量;X1―前振动轮垂直位移;X2―后振动轮垂直位移;X3―前车架垂直位移;X4―后车架垂直位移;X5―驾驶室垂直位移。
　　在本模型中各参数取值（数据来源于该机器设计计算书）:F0=110×sin（2π×37×t）/70×sin（2π×45×t）;试验取轮胎刚度K1=1500N/mm，压实沥青取K1=18300N/mm;K2=2440×1.5=3600N/mm，K3=1920×1.2=2400N/mm（取动刚度）;C1=30N.S/mm;C2=C3=5N.S/mm（经查阅有关资料得出）;m1=2250kg;m2=3500kg;m3=3950kg;m4=550kg。
　　2、振动轮和上车架的振动量的计算通过对该模型的运动分析，计算振动轮和上车架的振动量，并与该压路机的检验报告进行对比。从表1可以看出，计算值和检验值比较接近，但振动系统减振后的速度、加速度等参量的计算值均小于检验值。一个原因是由于动刚度系数取值偏大，实际上动刚度系数有可能大于1.5，具体数值由实验确定。一般动刚度系数越大，减振效果越差;同时由于考虑振动轮行走、减振块在振动轮两侧的数量不等，从而引起上车架的各点实际的振动量数值相差较大。
　　表1振动压路机振动模型的计算和检验结果激振力110KN/37Hz计算结果K1=1500N/mm计算结果K1=18300N/mm检验结果设计值振动轮振幅mm0.941.090.850.8上车架振幅mm0.0250.03――（上车架）k=49.2Af[1]4.55.57.4―上车架振动烈度Vrmsmm/S前33.84.95―后3.33.74.74―上车架加速度m/S20.80.881.15激振力70KN/45Hz振动轮振幅mm0.390.430.380.35注:k―人承受机械振动负荷率，A―振幅mm，f―频率Hz该振动模型中，振动轮振幅的计算值和检验值均比设计值大，且在相同的激振力作用下，振动轮振幅在压实沥青路面时最大，即压路机在工作过程中随着土壤被压实，振幅由0.94mm增大到1.09mm，分别比设计值大17.5%和36.3%;其它振动量的变化趋势与振幅相同。另外，计算和检验结果表明压路机经过一级减振后上车架振动裂度和振幅减小，上车架振幅为振动轮振幅的2.7%，一级减振效果很明显。根据有关资料，从考虑人承受机械振动负荷率―k值看，上车架k值为4-8，在3~10之间。如果只考虑一级减振，这时人容易感觉不舒适，对工作会有影响;为了不影响工作，需要增加一级减振，即增加驾驶室底下的减振块。
　　3、结论及改进措施当激振力为110KN/37Hz时，振动轮振幅偏大，比设计值大17.5~36.3%左右;由于振动轮振幅与振动轮的质量、减振块K2的刚度、激振力和频率有关，因此，减小振动轮的质量、减振块K2的刚度、激振力的大小都能有效降低振动轮的振幅。