壓路機(jī)參數(shù)對(duì)壓實(shí)性能影響的仿真研究

鄧均成 陶柳 龔創(chuàng)先

摘要：本文從土體剛度、阻尼和頻率、振幅兩個(gè)不同方面探究土體壓實(shí)度與振動(dòng)輪加速度的內(nèi)在聯(lián)系，分析了壓路機(jī)參數(shù)對(duì)振動(dòng)輪加速度的影響來(lái)探討壓路機(jī)參數(shù)對(duì)土體壓實(shí)度的影響。仿真得出了壓路機(jī)參數(shù)對(duì)地面動(dòng)作用力和土體吸收能量的影響曲線，為壓路機(jī)的設(shè)計(jì)提供了一定的理論依據(jù)。

Abstract： This paper explores the internal relationship between soil compaction and vibrating wheel acceleration from two different aspects of soil stiffness， damping， frequency and amplitude， and analyzes the influence of roller parameters on the acceleration of vibrating wheel， so as to explore the influence of roller parameters on soil compaction. The simulation has obtained the influence curve of the roller parameters on the ground action force and the energy absorbed by the soil， which provides a certain theoretical basis for the design of the roller.

關(guān)鍵詞：壓路機(jī);剛度;阻尼;振幅;仿真

Key words： roller;stiffness;damping;amplitude;the simulation

中圖分類(lèi)號(hào)：U415.521 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1006-4311（2020）30-0135-04

0 ?引言

壓實(shí)被普遍應(yīng)用于鐵路修建、港口興建、機(jī)場(chǎng)建設(shè)、道路施工、城市擴(kuò)建及礦山開(kāi)采等基礎(chǔ)建設(shè)之中。壓實(shí)能很好地提升土基填方與路面材料的強(qiáng)度和剛度，使被壓實(shí)材料的不透水性和整體穩(wěn)定性得到顯著改善，以防止路面、路基在自身重力和行駛動(dòng)作用力或者其他因素影響下產(chǎn)生變形，迫使土體的結(jié)構(gòu)發(fā)生毀壞。道路施工反饋信息統(tǒng)計(jì)表明：對(duì)路面與路基進(jìn)行壓實(shí)作業(yè)，是使路面與土基達(dá)到應(yīng)有穩(wěn)定性和強(qiáng)度非常有效而且經(jīng)濟(jì)的技術(shù)措施[1-2]。

振動(dòng)壓路機(jī)的參數(shù)有很多，而與壓實(shí)度密切相關(guān)的重要參數(shù)有：線載荷、激振振幅、激振頻率和碾壓速度等因素[3]。

本文用Dd表示土體壓實(shí)度，它是靜壓實(shí)與振動(dòng)壓實(shí)的效果之和，Dd與壓路機(jī)其他參數(shù)的函數(shù)關(guān)系可以表示為如公式（1）[4]：

（1）

式中：q—線載荷，單位N/cm;A—激振振幅，mm;ω—激振角頻率，rad/s;v—碾壓速度，m/s。

利用Matlab10.0計(jì)算機(jī)仿真軟件，對(duì)“機(jī)架—振動(dòng)輪—土體”動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行仿真，分析壓路機(jī)參數(shù)對(duì)被壓實(shí)材料壓實(shí)度的影響規(guī)律。經(jīng)過(guò)理論仿真，可以為壓路機(jī)設(shè)計(jì)提供更加合理的參數(shù)參考。某型號(hào)12噸智能化振動(dòng)壓路機(jī)的基本參數(shù)如表1所示。

研究智能化振動(dòng)壓路機(jī)的自身參數(shù)、工作參數(shù)和土體參數(shù)對(duì)振動(dòng)輪加速度的影響[5-6]，為壓路機(jī)樣機(jī)的設(shè)計(jì)以及根據(jù)不同土體和不同壓實(shí)階段下的土體參數(shù)自動(dòng)調(diào)整壓路機(jī)自身參數(shù)，使其以最佳壓實(shí)狀態(tài)進(jìn)行壓實(shí)有著重要的意義。

為了更好的研究振動(dòng)壓路機(jī)的壓實(shí)性能，本文從振動(dòng)輪加速度、對(duì)地面動(dòng)作用力和土體吸收能量三個(gè)性能指標(biāo)全面分析各參數(shù)對(duì)壓實(shí)度的影響。表1給出了壓路機(jī)參數(shù)與土體模擬參數(shù)，在仿真中通過(guò)改變其中一個(gè)參數(shù)，保持其他參數(shù)不變來(lái)分析壓路機(jī)參數(shù)對(duì)振動(dòng)輪加速度的影響。由于激振頻率與工作振幅保持是一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，故可分析名義振幅取代工作振幅。對(duì)于振動(dòng)質(zhì)量一定的壓路機(jī)，名義振幅就等同于偏心機(jī)構(gòu)的靜偏心距，故本文把對(duì)工作振幅的分析轉(zhuǎn)化成為對(duì)偏心機(jī)構(gòu)靜偏心距的研究。為了探索壓路機(jī)機(jī)架與振動(dòng)輪的質(zhì)量大小對(duì)a1、Fs、Wt曲線的影響，在保證整機(jī)質(zhì)量不變的情況下，分別使上下車(chē)質(zhì)量比λ=m1/m2為0.8、1.0、1.2來(lái)研究其變化對(duì)曲線的影響。

由于本文主要是針對(duì)土體初始狀況下模擬參數(shù)對(duì)振動(dòng)輪加速度的影響進(jìn)行探討分析，而壓路機(jī)在施工初始階段主要是垂直方向上的振動(dòng)壓實(shí)為主，故對(duì)振動(dòng)輪加速度的分析探討時(shí)只考慮垂直方向上的即可，水平方向上的影響可以忽略。

1 ?振動(dòng)加速度動(dòng)態(tài)響應(yīng)分析與仿真

利用Matlab進(jìn)行理論仿真，得到振動(dòng)加速度的動(dòng)態(tài)響應(yīng)曲線，如圖1～圖5。

對(duì)圖1～圖5展開(kāi)分析有：

①隨著壓實(shí)的深入，土體壓實(shí)度的增長(zhǎng)，剛度值的增長(zhǎng)使振動(dòng)輪加速度幅值也隨之變大;土體阻尼值的降低，振動(dòng)輪加速度幅值幾乎保持不變。振動(dòng)輪加速度在零時(shí)刻的大小并非為零是因?yàn)榧ふ窳驼駝?dòng)輪位移存在相位角，土體剛度和阻尼的變化對(duì)相位角大小無(wú)影響，說(shuō)明土體模擬參數(shù)不是引起激振系統(tǒng)與整機(jī)振動(dòng)系統(tǒng)存在振動(dòng)相位偏差的因素。

②土體剛度和阻尼的改變對(duì)整機(jī)振動(dòng)系統(tǒng)的一階共振頻率f1無(wú)影響。土體剛度增大使二階共振頻率以外激振頻率下的振動(dòng)輪加速度增大，但增幅不明顯，并且使二階共振頻率右移;土體阻尼的減小使發(fā)生在二階共振頻率左右的振動(dòng)輪加速度增大，其他激振頻率下的值幾乎不變。出現(xiàn)上述現(xiàn)象是因?yàn)楫?dāng)振動(dòng)系統(tǒng)達(dá)到二階共振時(shí)，振動(dòng)輪的加速度受土體參數(shù)變化極為敏感。