ADAMS二自由度振動(dòng)壓路機(jī)驗(yàn)證分析

李孟洵，曹源文,王　榮

(重慶交通大學(xué)機(jī)電與汽車工程學(xué)院，重慶 400074)

ADAMS二自由度振動(dòng)壓路機(jī)驗(yàn)證分析

李孟洵，曹源文,王榮

(重慶交通大學(xué)機(jī)電與汽車工程學(xué)院，重慶 400074)

為驗(yàn)證現(xiàn)有振動(dòng)壓路機(jī)-瀝青路面系統(tǒng)二自由度動(dòng)力學(xué)模型的可靠性，運(yùn)用ADAMS軟件建立瀝青路面、偏心塊、振動(dòng)壓路機(jī)虛擬樣機(jī)模型，確定合理路面剛度值，得到振動(dòng)壓路機(jī)位移、速度、加速度響應(yīng)圖，以及改變路面剛度值后所對(duì)應(yīng)振動(dòng)壓路機(jī)各參數(shù)的變化圖.通過分析各參數(shù)影響圖形變化趨勢(shì)，對(duì)比實(shí)際情況中各參數(shù)的影響，可知該理論研究與實(shí)際情況符合，為振動(dòng)壓路機(jī)相關(guān)參數(shù)的設(shè)定提供理論依據(jù)．

振動(dòng)壓路機(jī)；ADAMS軟件；虛擬樣機(jī)；二自由度；振動(dòng)加速度

近年來，隨著我國(guó)的高速公路發(fā)展迅速，壓實(shí)度作為高速公路建設(shè)質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo)，其檢測(cè)技術(shù)至關(guān)重要[1]．在對(duì)壓實(shí)度檢測(cè)中，研究振動(dòng)壓路機(jī)的振動(dòng)性能是其中的關(guān)鍵，沈培輝等根據(jù)振動(dòng)模式可調(diào)壓路機(jī)的特點(diǎn)，提出新型壓路機(jī)模型，研究了振動(dòng)輪在不同振動(dòng)模式下與地面作用的動(dòng)力響應(yīng)特征[2]．國(guó)內(nèi)外關(guān)于壓路機(jī)模型的建立方法主要有以下幾種：一是TooTS和SeligET提出的二自由度的模型，該模型計(jì)算簡(jiǎn)單，在完全彈性振動(dòng)理論的基礎(chǔ)上提出；二是馬培新提出的三自由度振動(dòng)壓路機(jī)模型，該模型考慮了前后兩個(gè)振動(dòng)輪振動(dòng)對(duì)機(jī)架產(chǎn)生的不同影響；三是五自由度振動(dòng)壓路機(jī)模型；四是七自由度振動(dòng)壓路機(jī)模型[3]．針對(duì)三自由度、五自由度及七自由度振動(dòng)壓路機(jī)模型已有相關(guān)仿真分析，但這幾種模型結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，涉及的參數(shù)更加多樣化，給整機(jī)分析帶來很大困難.相比較而言，應(yīng)用較多的二自由度振動(dòng)壓路機(jī)模型仿真分析卻較少.本文以具有普遍性的現(xiàn)有振動(dòng)壓路機(jī)二自由度模型為基礎(chǔ)，運(yùn)用ADAMS虛擬樣機(jī)軟件建立振動(dòng)壓路機(jī)模型，對(duì)壓路機(jī)各個(gè)工作情況進(jìn)行仿真分析，得到振動(dòng)壓路機(jī)在不同技術(shù)參數(shù)下的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，通過參數(shù)分析所建立模型，進(jìn)而驗(yàn)證二自由度振動(dòng)壓路機(jī)模型的可靠性．

1　振動(dòng)壓路機(jī)動(dòng)力學(xué)模型

目前普遍采用的振動(dòng)壓路機(jī)動(dòng)力學(xué)模型為二自由度線性模型，該模型是由美國(guó)學(xué)者E.T.Selig和T.S.Yoo根據(jù)垂直振動(dòng)壓路機(jī)工作原理，在完全彈性振動(dòng)理論的基礎(chǔ)上提出的[4]，振動(dòng)壓路機(jī)動(dòng)力學(xué)模型如圖1所示．

圖1中:m1為振動(dòng)壓路機(jī)上車質(zhì)量；k1為減振器的剛度；m2為振動(dòng)壓路機(jī)下車質(zhì)量；k2為土的剛度；c1為減振器的阻尼；x1為上車瞬時(shí)位移；c2為土的阻尼；x2為下車瞬時(shí)位移.

2　基于ADAMS的振動(dòng)壓路機(jī)模型建立

2.1瀝青路面建模

建立瀝青路面模型時(shí)，力求模型與真實(shí)情形相符．瀝青路面通常是多層體系，較為理想的力學(xué)模型應(yīng)當(dāng)是層狀體系理論模型，瀝青路面的層狀模型如圖2所示[5].考慮面層的粘塑性,其它層為塑性，各層之間假設(shè)為完全連續(xù)，考慮其軸對(duì)稱性，道路結(jié)構(gòu)參數(shù)如圖3所示[5-6].

2.2偏心塊建模

振動(dòng)裝置中偏心塊結(jié)構(gòu)通常有3種形式，分別為半圓式、過半圓式、少半圓式[7]，文中振動(dòng)軸模型采用半圓式圓角偏心塊形式，如圖4所示.2.3“振動(dòng)壓路機(jī)-瀝青路面”系統(tǒng)建模

振動(dòng)壓路機(jī)建模參數(shù)采用沃爾沃DD138HF型號(hào)壓路機(jī)參數(shù)．建模過程中進(jìn)行適當(dāng)簡(jiǎn)化，將發(fā)動(dòng)機(jī)、機(jī)架、駕駛室等部分的參數(shù)提取定義為一體，但不改變其質(zhì)量等材料特征[8-9]．在ADAMS中建立模型并進(jìn)行約束、載荷等條件的施加，得到的振動(dòng)壓路機(jī)模型如圖5所示[10-11]．

3　系統(tǒng)模型仿真與分析

3.1振動(dòng)壓路機(jī)前輪振動(dòng)響應(yīng)圖

仿真中，由實(shí)測(cè)振動(dòng)壓路機(jī)振動(dòng)加速度信號(hào)數(shù)據(jù)反推出振動(dòng)壓路機(jī)振動(dòng)輪與瀝青路面的接觸剛度，得到接觸剛度k2的取消范圍為： 1.12×109～6.75×109N/m，阻尼c2的范圍是8.8×104～3.58×105N·s/m．取c2=2×105N·s/m，k2=1.12×109N/m對(duì)模型進(jìn)行仿真[12]．圖6為振動(dòng)壓路機(jī)前輪振動(dòng)加速度、速度、位移隨時(shí)間變化的規(guī)律圖．

由圖6(a)和(b)可以看出，振動(dòng)加速度與速度沒有特殊仿真效果，與實(shí)際測(cè)試范圍相符合；由圖6(c)中可以看出，壓實(shí)位移向下沉降，開始振動(dòng)后，振動(dòng)壓路機(jī)向下壓實(shí)，振動(dòng)位移有向下的沉降量，實(shí)際壓實(shí)過程中，振動(dòng)壓路機(jī)由于自重及振動(dòng)作用，因此理論與實(shí)際情況相符．

3.2參數(shù)變化對(duì)仿真的影響

3.2.1彈性系數(shù)變化對(duì)仿真的影響

保持c2=2×105N·s/m及其他參數(shù)不變，增大k2=2.47×109N/m對(duì)模型進(jìn)行仿真，將此次仿真曲線與前面仿真曲線放在同一個(gè)坐標(biāo)系下進(jìn)行直觀比較．圖7中實(shí)線表示k2=2.47×109N/m，虛線表示k2=1.12×109N/m，均為前輪振動(dòng)．

由圖7可以看出，振動(dòng)加速度、振動(dòng)速度、振動(dòng)位移均隨著剛度的增大而增大．圖7(c)更加直觀地顯示了振動(dòng)壓實(shí)過程，隨著瀝青路面剛度增大，壓實(shí)沉降量減小，說明瀝青路面密實(shí)度增加，與實(shí)際壓實(shí)情況相符合．

3.2.2阻尼系數(shù)變化對(duì)仿真的影響

保持k2=2.47×109N/m,c2分別為2.23×105N·s/m和3.58×105N·s/m，對(duì)模型進(jìn)行仿真，圖8分別為振動(dòng)加速度、振動(dòng)速度、振動(dòng)位移響應(yīng)情況.圖8中：實(shí)線表示c2=2.23×105N·s/m,虛線表示c2=3.58×105N·s/m，均為前輪振動(dòng)．

由圖8可以看出，阻尼系數(shù)增大對(duì)振動(dòng)輪的加速度、速度、位移都有影響，且都呈反比的關(guān)系，與實(shí)際情況相符合．

4　結(jié)論

本文以振動(dòng)壓路機(jī)振動(dòng)加速度與路面壓實(shí)度關(guān)系研究為背景，以現(xiàn)有的“振動(dòng)壓路機(jī)—瀝青路面”系統(tǒng)二自由度模型為基礎(chǔ)，通過ADAMS仿真分析以驗(yàn)證目前應(yīng)用廣泛的二自由度模型的可靠性，取得了以下2點(diǎn)主要結(jié)論：1)用ADAMS作出的仿真曲線，分析結(jié)果與實(shí)際所測(cè)得的振動(dòng)信號(hào)差別表現(xiàn)不明顯.由此說明了用該二自由度數(shù)學(xué)模型進(jìn)行分析的可行性與科學(xué)性，進(jìn)而肯定其在現(xiàn)實(shí)中應(yīng)用的可靠性．2)在位移-時(shí)間曲線圖中能更加清晰直觀地看到振動(dòng)壓路機(jī)隨路面剛度的變化及對(duì)路面的不同作用效果，說明用路面剛度反應(yīng)路面壓實(shí)度的科學(xué)性，進(jìn)而說明現(xiàn)實(shí)中應(yīng)用的可靠性，也為振動(dòng)加速度與路面剛度之間的關(guān)系研究建立基礎(chǔ)．

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(責(zé)任編輯李寧)

ADAMS-Based Validation of Vibratory Roller Having Two Degrees of Freedom

LI Meng-xun，CAO Yuan-wen，WANG Rong

(CollegeofMechanicalandAutomotiveEngineering,ChongqingJiaotongUniversity,Chongqing400074,China)

Tovalidatethereliabilityofadynamictwodegree-of-freedommodeloftheexisting“vibratoryroller-asphaltpavement”system,anasphaltpavement-eccentricblock-virtualprototypemodelofvibratoryrollerwasbuiltusingADAMSsoft.Theproperpavementstiffnessvaluewasdetermined,displacement,velocityandaccelerationresponsediagramoftherolleracquired,andtherollerparameterchangescorrespondingtothechangedpavementstiffnessvalueattained.Theverificationfiguresagreewiththeactualworkingcondition,thusprovidingtheoreticalgroundsforsettingrelevantparametersofvibratoryrollers.

vibrationroller;ADAMSsoft;virtualprototype;twodegree;vibrationacceleration

2014-11-20

2015-02-02

重慶市自然科學(xué)基金計(jì)劃項(xiàng)目(CSTC2011jjA30006)

李孟洵(1991-)，男，碩士研究生，研究方向?yàn)闄C(jī)械設(shè)計(jì)及理論．通訊作者：曹源文(1963-)，女，教授，碩士，研究方向?yàn)榻煌ㄟ\(yùn)輸工程.E-mail：270680384@qq.com

U415.52A

1673-4432(2015)01-0018-04