路面加速加載設(shè)備轉(zhuǎn)向系統(tǒng)研究 Research on Steering System for Pavement Accelerated Loading Equipment

賈倩JIA Qian 王剛WANG Gang 張鵬ZHANG Peng 管志光GUAN Zhi-guang 張吉衛(wèi)ZHANG Ji-wei 楊福廣YANG Fu-guang

摘要： 路面加速加載實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，能夠在相對(duì)較短的時(shí)間里能夠獲取到實(shí)際行車載荷對(duì)路面的長(zhǎng)期破壞效果，數(shù)據(jù)有效，可靠，能比較真實(shí)的模擬實(shí)際交通荷載對(duì)路面結(jié)構(gòu)的破壞。本文對(duì)路面加速加載設(shè)備的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，并用UG建立三維模型、對(duì)關(guān)鍵零部件進(jìn)行了有限元分析。通過一系列的分析計(jì)算，本文設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)可以在路面加速加載設(shè)備上得到較好應(yīng)用。

Abstract： The pavement accelerated loading experimental system can obtain the long-term damage effect of the actual traffic load on the pavement in a relatively short time. The data are effective and reliable， and can truly simulate the damage of the actual traffic load to the pavement structure. In this paper， the steering system of pavement acceleration loading equipment is designed， the three-dimensional model is established with UG， and the key parts are analyzed by finite element method. Through a series of analysis and calculation， the steering system designed in this paper can be better applied to the road acceleration loading equipment.

關(guān)鍵詞： 路面加速加載實(shí)驗(yàn)系統(tǒng);轉(zhuǎn)向系統(tǒng);有限元分析

Key words： pavement accelerated loading experimental system;steering system;finite element method strength analysis

中圖分類號(hào)：U416.3? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1674-957X（2021）22-0040-02

1? 路面加速加載設(shè)備總體結(jié)構(gòu)

路面加速加載試驗(yàn)設(shè)備可以快速模擬車輛在不同道路上的實(shí)際運(yùn)行狀況，檢測(cè)路面狀態(tài)和試驗(yàn)參數(shù)，分析道路生命周期內(nèi)的破壞機(jī)理。從而分析評(píng)估、驗(yàn)證和改進(jìn)路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，改進(jìn)路面工程模型，改進(jìn)路面結(jié)構(gòu)、路面材料和施工工藝，提高道路建設(shè)的針對(duì)性、科學(xué)性和有效性。

市場(chǎng)上現(xiàn)有的路面加速加載試驗(yàn)設(shè)備的加載總成主要采用往復(fù)式和循環(huán)式的碾壓型式。往復(fù)式的加速加載輪組一個(gè)往復(fù)對(duì)路面的碾壓只有一次，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、效率較低。循環(huán)式的加速加載輪組主要是直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)的鏈板式懸架結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、可靠性差、傳動(dòng)效率低、噪聲大。

本設(shè)計(jì)的加載總成由鏈條、鏈輪、鏈軸節(jié)，加載軸，碾壓輪，加載輪構(gòu)成。加速加載輪組軸線通過鏈軸節(jié)與鏈條中心線垂直相交，6段鏈條在鏈輪的作用下帶動(dòng)鏈軸節(jié)和加載軸往循環(huán)旋轉(zhuǎn)，加載軸再帶動(dòng)碾壓輪回轉(zhuǎn)，6個(gè)路面碾壓輪依次在加載軌道和輪胎變形的作用下對(duì)路面進(jìn)行碾壓實(shí)驗(yàn)，更好地再現(xiàn)車輛實(shí)際運(yùn)行時(shí)情況，可使結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、噪音降低，工作效率高?？傮w結(jié)構(gòu)如圖1所示。設(shè)備的動(dòng)力源是大功率柴油發(fā)動(dòng)機(jī)。

加速加載設(shè)備長(zhǎng)距離運(yùn)輸依靠牽引車來實(shí)現(xiàn)，在工地短距離轉(zhuǎn)場(chǎng)移動(dòng)需要有轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。在設(shè)備做實(shí)驗(yàn)時(shí)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)車輪是不觸碰到地面的，該設(shè)備的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是可以升降的，這必須用到液壓機(jī)構(gòu)。

考慮到路面加速加載設(shè)備的特殊性和大型性，所以本文采用的是電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。本文設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在路面加速加載設(shè)備的局部放大圖，如圖2所示。

加速加載設(shè)備在遠(yuǎn)距離運(yùn)輸過程中，前驅(qū)動(dòng)及轉(zhuǎn)向總成是不接觸到地面的。在試驗(yàn)場(chǎng)地牽引車會(huì)與加速加載設(shè)備系統(tǒng)分離，短距離轉(zhuǎn)向移動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)中的前支腿液壓缸伸長(zhǎng)，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)下移動(dòng)直至轉(zhuǎn)向輪胎與地面接觸。

當(dāng)前支腿液壓缸的活塞行程達(dá)到最大值時(shí)，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的連接桿也會(huì)伴隨著前支腿液壓缸的伸長(zhǎng)而轉(zhuǎn)動(dòng)，連接板在這個(gè)過程中是處于固定的狀態(tài)。最后轉(zhuǎn)系系統(tǒng)的輪胎與地面接觸。

2? 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的受力分析

本文設(shè)計(jì)的加載設(shè)備裝向系統(tǒng)是由多個(gè)零件組成的，考慮到零件的受力分析和應(yīng)力載荷，所以運(yùn)用UG對(duì)幾個(gè)關(guān)鍵零件進(jìn)行有限元進(jìn)行受力分析。進(jìn)行有限元分析之前，需要知道加載設(shè)備轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的受力情況，進(jìn)而分析單個(gè)零件的受力情況。設(shè)備的參數(shù)如表1。

運(yùn)用UG進(jìn)行有限元分析：

加載設(shè)備轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的材料是運(yùn)用的是Q235。對(duì)連接轂進(jìn)行有限元分析。因?yàn)榍拜S的連接轂有兩個(gè)，所以給連接轂所施加的力為150000N，連接轂在總成的位置如圖3。

連接轂的受力分析如圖4、圖5所示。

結(jié)論：由圖4、圖5分析的結(jié)果得知，連接轂的應(yīng)力分析是27.95 N/mm2（MPa）遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于Q235材料的許用應(yīng)力，故連接轂的設(shè)計(jì)合理。

對(duì)連接桿進(jìn)行有限元分析，連接桿的材料是45號(hào)鋼。對(duì)固定在連接板的一端賦予固定平移約束的約束，另外一端添加的力為75000N。連接板應(yīng)力、應(yīng)變分析如圖6、圖7所示。

結(jié)論：由圖6、圖7分析結(jié)果得知，連接桿的應(yīng)力分析結(jié)果是517.77N/mm2（MPa），小于45材料的許用應(yīng)力，故設(shè)計(jì)合理。

對(duì)轉(zhuǎn)向橫梁進(jìn)行有限元分析，選擇Q235對(duì)應(yīng)Steel-Rolled材料。施加的力為300000N。轉(zhuǎn)向橫梁的有限元分析如圖8所示。

結(jié)論：由圖8分析得知，轉(zhuǎn)向橫梁總成的應(yīng)力是152.84 N/mm2（MPa），符合Q235的許用應(yīng)力的要求，故轉(zhuǎn)向橫梁總成的設(shè)計(jì)合理。

3? 結(jié)語

本文運(yùn)用到功能強(qiáng)大的UG軟件來建立三維模型零件、裝配系統(tǒng)三維總成和進(jìn)行有限元分析零件的受力。通過整個(gè)設(shè)備的重量，計(jì)算出轉(zhuǎn)向系統(tǒng)所承受的作用力，從而對(duì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)關(guān)鍵部件連接轂、轉(zhuǎn)向連接桿、轉(zhuǎn)向橫梁等進(jìn)行了應(yīng)力和應(yīng)變分析，通過有限元分析得出轉(zhuǎn)向系統(tǒng)關(guān)鍵部件是可以達(dá)到整個(gè)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。

參考文獻(xiàn)：

[1]周文歡.路面加速加載設(shè)施優(yōu)選對(duì)策研究[D].長(zhǎng)安大學(xué)，2011.

[2]郭大進(jìn).瀝青路面工程質(zhì)量過程控制的研究[D].長(zhǎng)安大學(xué)，2007.

[3]管志光.足尺路面加速加載試驗(yàn)系統(tǒng)的研究[D].山東大學(xué)，2012.

[4]張崇高，楊新紅，姜斌.基于加速加載試驗(yàn)的路面長(zhǎng)期使用性能研究[J].山西建筑，2008.

[5]孫旭峰.路面加速加載試驗(yàn)設(shè)備裝配與使用技術(shù)[D].長(zhǎng)安大學(xué)，2011.

[6]潘友強(qiáng)，楊軍.國(guó)內(nèi)外足尺加速路面試驗(yàn)研究概況[J].中外公路，2005.