2第二章壓實(shí)機(jī)械設(shè)計(jì)

1、第二章 壓實(shí)機(jī)械設(shè)計(jì)2.1壓實(shí)的根本知識(shí)與理論一、概述1.壓實(shí)機(jī)械的功能：（1）向被壓實(shí)材料施加作用力使其顆粒相互靠近,排除空氣和水,提高密度,獲得高的承載能力,高的水穩(wěn)定性,及高的環(huán)境變化穩(wěn)定性；（2）獲得平整的外表。2.壓實(shí)機(jī)械的壓實(shí)方法（1）靜力壓實(shí)；（2）振動(dòng)壓實(shí)；（3）夯實(shí)；（4）其它壓實(shí)：如沖擊壓實(shí)、振蕩壓實(shí)等。壓實(shí)過程中需克服的阻力有：土顆粒間磨擦阻力（隨密實(shí)度上升而上升）；土顆粒間粘聚力（視顆粒尺寸而不同）；顆粒間的吸附力（顆粒間由于水份外表張力引起的阻力）。12.1壓實(shí)的根本知識(shí)與理論3.壓實(shí)機(jī)械的類型（1）靜力壓路機(jī)靜力鋼輪壓路機(jī)：二輪二軸式、三輪二軸式等；靜力輪胎壓路機(jī)：

2、拖式、半拖式、自行式 ；靜力鋼輪胎組合式、特殊形狀輪式。22.1壓實(shí)的根本知識(shí)與理論（2）振動(dòng)壓路機(jī)雙鋼輪串聯(lián)式、單鋼輪式、拖式、羊足式（凸塊式）。32.1壓實(shí)的根本知識(shí)與理論（3）夯實(shí)機(jī)械打夯機(jī)、振動(dòng)平板夯、 蛙式夯實(shí)機(jī)等。42.1壓實(shí)的根本知識(shí)與理論（4）其它型式壓路機(jī)振蕩壓路機(jī)、沖擊式壓路機(jī)等。52.1壓實(shí)的根本知識(shí)與理論二、靜力鋼輪滾壓理論 1.光面輪在被壓實(shí)材料上滾壓過程分析 （1）在垂直方向：滾壓重量（2）在水平方向：牽引力6二、靜力鋼輪滾壓理論（3）滾動(dòng)阻力系數(shù)：式中：C下陷系數(shù),相對(duì)于滾壓下陷1cm時(shí)的單位壓力 （注：鋪筑材料不是線性變形體,其變形與 應(yīng)力之間關(guān)系,為指數(shù)函數(shù)關(guān)

3、系：=Cy, 為應(yīng)力,y為變形） 材料狀況系數(shù)；（對(duì)濕度大呈流體狀態(tài)土： =0；對(duì)塑態(tài)粘土和干砂土：=0.5；對(duì)干 粘土和已壓實(shí)路面：=1） b壓輪寬度； D壓輪直徑； h垂直變形深度； h0彈性變形。7二、靜力鋼輪滾壓理論（4）由上式推出被壓實(shí)材料變形壓陷深度：其中： 稱為壓實(shí)能力系數(shù)（5）從公式中分析可得結(jié)論：壓路機(jī)質(zhì)量G越大,壓輪直徑D越小,則壓陷深度越大,因此假設(shè)要加大壓實(shí)能力可增大G或減少D；在線載荷不變的情況下,滾動(dòng)阻力系數(shù)f隨D減少而增大,因此假設(shè)要減少D會(huì)造成滾動(dòng)阻力過大。 8二、靜力鋼輪滾壓理論2.當(dāng)壓路機(jī)壓輪在同一輪跡往復(fù)運(yùn)行時(shí),壓實(shí)深度h、牽引力F、滾動(dòng)阻力系數(shù)f與滾壓遍

4、數(shù)n間關(guān)系：經(jīng)驗(yàn)公式：其中：h1、F1、f1第一遍時(shí)的下陷深度、牽引力、滾動(dòng)阻力系數(shù)；、0、比例常數(shù)；n滾壓遍數(shù)。由此可見,隨著滾壓遍數(shù)n的增加,被壓實(shí)材料的壓實(shí)度有所增加,永久變形減少,經(jīng)過一定遍數(shù)后,被壓材料的不可逆變形下陷量h、牽引力F和滾動(dòng)阻力f實(shí)際趨于穩(wěn)定根本不變（當(dāng)n足夠大時(shí),lgn常數(shù),根本不變）。此意味著壓實(shí)結(jié)束,當(dāng)要增加壓實(shí)度時(shí)應(yīng)增大壓實(shí)重量,但受被材料強(qiáng)度所限。9二、靜力鋼輪滾壓理論3.按圓柱面與平面擠壓理論分析按圓柱面與平面擠壓理論,圓柱體與平面擠壓所產(chǎn)生的最大接觸應(yīng)力為：其中,q線載荷；R圓柱體半徑；1、2圓柱體與平面的彈性系數(shù)。經(jīng)分析計(jì)算及試驗(yàn)驗(yàn)證可得,對(duì)于滾動(dòng)壓輪：

5、其中,q線載荷；E0土壤變形模量；R壓輪半經(jīng)10二、靜力鋼輪滾壓理論壓實(shí)過程中,其最大接觸應(yīng)力應(yīng)小于材料的強(qiáng)度極限即： 其中：P被壓實(shí)材料強(qiáng)度極限, 見表73、74。 增大壓輪半徑R可降低最大接觸應(yīng)力。 表73土壤種類最佳含水量下強(qiáng)度極限p /MPa滾壓夯實(shí)夯板直徑70100cm光面鋼輪輪胎低粘性土（粉土、沙、亞沙土）0.30.60.30.40.30.7中等粘土（亞粘土）0.61.00.40.60.71.2高粘土（重粘土）1.01.50.60.81.22.0極粘性土（粘土）1.51.80.81.02.02.311二、靜力鋼輪滾壓理論其它材料許用接觸應(yīng)力（MPa） 表7-4被壓實(shí)材料種類壓實(shí)開始

6、時(shí)壓實(shí)終了時(shí)碎石路基0.60.73.04.5礫石路基0.40.62.53.0熱瀝青混凝土0.40.53.03.5水泥穩(wěn)定土0.30.44.05.0瀝青穩(wěn)定土0.30.41.01.512二、靜力鋼輪滾壓理論4.從滾壓輪垂直有效作用壓實(shí)深度（土壤均勻變形深度）看,滾壓時(shí)的有效壓實(shí)深度近似地等于兩倍的壓輪與土接觸外表最小橫向尺寸。即：有效壓實(shí)深度對(duì)粘性土： 對(duì)非粘性土：其中：W土的實(shí)際含水量； W0土的最正確含水量。分析：從上式可見,增大q和R可增大作用深度。13二、靜力鋼輪滾壓理論5.綜合分析(1)假設(shè)要取得較大壓實(shí)能力（使被壓材料產(chǎn)生盡可能大變形）,則應(yīng)使線載荷q上升D下降；(2)假設(shè)要取得較大

7、壓實(shí)作用深度,則應(yīng)使q上升D上升；(3)一般處理原則：增大壓實(shí)能力依靠增大壓路機(jī)重量,提高q實(shí)現(xiàn)；為提高壓實(shí)深度取盡可能大的壓輪直徑D,它不僅有利于提高壓實(shí)影響深度,還有利于提高平整度,降低滾動(dòng)阻力。14三、振動(dòng)壓實(shí)理論 1.內(nèi)部摩擦阻力減少學(xué)說由于振動(dòng)作用,使鋪筑材料的內(nèi)部摩擦阻力急劇減少,剪切強(qiáng)度降低,抗壓阻力變得很小,因而在重力作用下易于壓實(shí)。實(shí)驗(yàn)說明：（1）粗砂在振動(dòng)狀態(tài)下其抗剪阻力會(huì)減到原來的幾十分之一； （2）粘性土壤在很大振動(dòng)加速度下,其內(nèi)摩擦阻力會(huì)顯著減少；（3）瀝青混合料在振動(dòng)狀態(tài)下其內(nèi)摩擦阻力會(huì)下降至原來的五分之一以下。15三、振動(dòng)壓實(shí)理論2.共振學(xué)說當(dāng)激振頻率與被壓實(shí)材料

8、的固有頻率一致時(shí),被壓實(shí)材料顆粒會(huì)在共振狀態(tài)下移至最穩(wěn)定位而更易壓實(shí),實(shí)驗(yàn)也驗(yàn)證了在共振條件下最易壓實(shí)。問題是材料固有頻率隨密實(shí)度變化而變化,且共振易引起材料分層離折,應(yīng)在共振時(shí)間上控制,使離折未發(fā)生時(shí)完成。一般此時(shí)間對(duì)水泥砼：30s,對(duì)瀝青砼：11.5min； 粘土：1.5min。3.反復(fù)載荷學(xué)說在低頻時(shí),由于振動(dòng)引起的反復(fù)載荷作用,使被壓實(shí)材料,被反復(fù)壓縮,從而密實(shí)。反復(fù)載荷作用學(xué)說在壓實(shí)終了時(shí),較符合實(shí)際情況,此時(shí)壓輪有跳離地面的情況。162.2 靜力光輪壓路機(jī)設(shè)計(jì)2.2.1主要參數(shù)選擇與設(shè)計(jì)計(jì)算一、壓輪直徑的選擇（1）按許用載荷及下陷深度確定假設(shè)考慮：滾壓輪在滾壓松散材料時(shí)不陷下去,即

9、給出 允許下陷深度h； 碾壓時(shí)不產(chǎn)生波浪,給出被壓材料的許用單 位面積載荷p；則前輪直徑：其中:G1 前輪分配載荷； p被壓材料許用單位面積載荷； b滾輪寬度,可按 b(11.2)D取值。17一、壓輪直徑的選擇（2)按單位線載荷q計(jì)算確定則: 其中q單位線載荷（N/cm）表7-1各種石料在滾壓時(shí)的壓縮強(qiáng)度與許用線載荷石料性質(zhì)石料名稱壓縮強(qiáng)度極限（MPa）許用線載荷（N/cm）軟石料石灰石、沙巖石3060600700中硬石料石灰石、沙巖石、粗?；◢弾r60100700800堅(jiān)硬石料細(xì)?；◢弾r、閃長巖石1002008001000極堅(jiān)硬石料輝綠巖、玄武巖、閃長巖2001000125018一、壓輪直徑的

10、選擇（3)驅(qū)動(dòng)輪直徑確定假設(shè)為串聯(lián)式壓路機(jī),則驅(qū)動(dòng)輪與從動(dòng)輪直徑應(yīng)相同或略大；假設(shè)為三輪壓路機(jī),則驅(qū)動(dòng)輪直徑在結(jié)構(gòu)允許條件下應(yīng)盡可能取大值,但一般1800mm。（4）載荷分配G1一般驅(qū)動(dòng)輪分配重量：對(duì)三輪壓路機(jī),一般驅(qū)動(dòng)輪分配重量2/3；對(duì)串聯(lián)雙輪壓路機(jī),一般驅(qū)動(dòng)輪分配重量50%。19二、壓路機(jī)轉(zhuǎn)彎半徑計(jì)算（1）三輪壓路機(jī)一般采用整體車架,最小轉(zhuǎn)彎半徑按下式計(jì)算:其中：L：軸距,取決于結(jié)構(gòu)布置； ：轉(zhuǎn)向前輪轉(zhuǎn)向角,最大轉(zhuǎn)向角一般為3045RCPL20二、壓路機(jī)轉(zhuǎn)彎半徑計(jì)算(2)二輪二軸式一般為鉸接轉(zhuǎn)向,其轉(zhuǎn)彎半徑可如下計(jì)算：前輪轉(zhuǎn)彎半徑：后輪轉(zhuǎn)彎半徑：當(dāng) 時(shí), 此時(shí)轉(zhuǎn)彎半徑最小,且前后相等,前

11、后輪軌跡重疊。其中軸距L主要取決于結(jié)構(gòu)布置,一般為(2.22.5)D21三、壓路機(jī)工作速度選擇（1）壓路機(jī)轉(zhuǎn)移行駛速度,與壓實(shí)質(zhì)量關(guān)系不大,一般取810km/h；（2）最低速度:一般為第一遍碾壓速度,可取22.5km/h；（3）一般工作速度:壓實(shí)土壤：1.34km/h；壓瀝青路面: 24km/h 或第一遍3.55km/h,其后4.96.4km/h 或前二后二遍：22.5km/h,其余810km/h。（4）碾壓速度對(duì)壓實(shí)質(zhì)量的影響。例如：由2.5km/h增大到6.5 km/h,壓實(shí)度會(huì)下降2；由1.5km/h增大到8km/h,則土壤變形模量下降1525。22三、壓路機(jī)工作速度選擇（5）壓路機(jī)各檔

12、工作時(shí)間分配 （對(duì)機(jī)械傳動(dòng)） 二檔變速器 三檔變速器 四檔變速器: 80 60 25: 20 30 55 : 10 15: 5（6）對(duì)于滾壓碎石路面和瀝青混凝土路面的壓路機(jī),假設(shè)采用三檔變速器,則各檔之間關(guān)系為: 其中:v1、v2、v3變速箱、檔時(shí)壓路機(jī)速度；i1、i2、i3變速箱、檔時(shí)傳動(dòng)系傳動(dòng)比。 232.2.2 發(fā)動(dòng)機(jī)功率計(jì)算計(jì)算工況:最大坡度路基上壓實(shí)松散碎石； 以運(yùn)輸速度在最大上坡的好路上行駛。（1）發(fā)動(dòng)機(jī)功率計(jì)算公式:其中:F:壓路機(jī)驅(qū)動(dòng)輪上驅(qū)動(dòng)力(kN)；：壓路機(jī)行駛速度（km/h）；：傳動(dòng)系傳動(dòng)率；NY:所有輔助裝置所消耗功率(kw)（例液壓泵）。（2）牽引力計(jì)算公式其中：GC

13、：附著重量；C：附著系數(shù)；w1:滾動(dòng)阻力；w2:坡道阻力；w3:慣性阻力；w4:彎道阻力。242.2.2 發(fā)動(dòng)機(jī)功率計(jì)算（3）滾動(dòng)阻力w1其中：G：壓路機(jī)整機(jī)重力kN；f：滾動(dòng)阻力系數(shù), P162表8-5,fmax=0.2；:坡度角（應(yīng)不小于20）,道路坡度見P162表8-6。 表8-6道路極限坡度角坡度i值注0.11620未注明何種路面時(shí)的極限坡度0.06320碎石路面0.05250瀝青混凝土路面252.2.2 發(fā)動(dòng)機(jī)功率計(jì)算表8-5 壓路機(jī)滾壓作業(yè)時(shí)的滾動(dòng)阻力系數(shù)262.2.2 發(fā)動(dòng)機(jī)功率計(jì)算（4）上坡行駛坡道阻力w2其中：i為道路最大坡度,i=sin。（5）起步慣性阻力w3其中：w3為平

14、動(dòng)慣性阻力； w3為轉(zhuǎn)動(dòng)慣性阻力；272.2.2 發(fā)動(dòng)機(jī)功率計(jì)算其中：m:壓路機(jī)質(zhì)量（t）； v: 壓路機(jī)行駛速度（m/s）； tP:平均加速時(shí)間（22.5s）； ：轉(zhuǎn)換系數(shù),一般取1.11.15 。(6)彎道運(yùn)行附加阻力w4其中,K1:附加阻力系數(shù),松散碎石：K1=0.3； 壓實(shí)外表：K1=0.2。282.2.2 發(fā)動(dòng)機(jī)功率計(jì)算(7)附著力: GCC 其中,GC：附著質(zhì)量,驅(qū)動(dòng)輪上分配重量； C：附著系數(shù),P163表8-7。表8-7 各種路面的附著系數(shù)路面形式c路面形式c碎石路面0.4750.6舊瀝青路面0.20.3卵石路面0.5瀝青混凝土第一遍0.250.3土路0.150.30壓實(shí)終了0.

15、100.15292.3 輪胎壓路機(jī)設(shè)計(jì)2.3.1輪胎壓路機(jī)碾壓過程（1）空氣輪胎滾壓接觸區(qū)空氣輪胎滾壓時(shí)其與被壓實(shí)材料接觸區(qū)為矩形。與鋼輪相比的特點(diǎn)：接觸區(qū)域大,且均處于高壓區(qū),壓力分布均勻；由于應(yīng)力保持時(shí)間長(可達(dá)1.2s）,利于土壤變形適于粘土壓實(shí),且作用深度大；可通過調(diào)整輪胎氣壓及負(fù)荷改變適應(yīng)范圍。302.3.1輪胎壓路機(jī)碾壓過程（2）輪胎氣壓一定時(shí),輪胎載荷對(duì)壓實(shí)影響輪胎壓路機(jī)輪胎碾壓區(qū)下為一橢圓球區(qū)域稱為壓力球,其壓力隨作用深度增大而下降,輪胎上載荷增大可使壓實(shí)影響深度增加,即壓力球變大。312.3.1輪胎壓路機(jī)碾壓過程（3）輪胎氣壓的影響輪胎充氣壓力影響輪胎對(duì)被壓實(shí)材料的最大接觸壓

16、力,對(duì)表層壓實(shí)度有較大影響。式中：s：平均踏面寬度載荷（N/m）；D：輪胎外徑（m）；E1：輪胎彈性系數(shù)（Pa）；E2：土壤變形系數(shù)（Pa）；B：輪胎踏面寬度（m）； E0：土的彈性系數(shù)（Pa）；p：輪胎氣壓（Pa）；Q：輪胎載荷（N）；322.3.1輪胎壓路機(jī)碾壓過程由上述公式可得出輪胎充氣壓力、輪胎載荷、最大接地壓力之間的關(guān)系。輪胎在不同的充氣壓力下的壓實(shí)度和壓實(shí)深度之間的關(guān)系如下圖。其中,輪胎載荷35kN,土層厚度60cm,滾壓10遍,輪胎充氣壓力分別為：10.57MPa；20.42MPa；30.2MPa。由圖可見,在較低輪胎氣壓下,要到達(dá)要求的壓實(shí)度,必須增大壓實(shí)遍數(shù)；332.3.1輪

17、胎壓路機(jī)碾壓過程增大輪胎氣壓,可改善對(duì)表層壓實(shí)效果,但對(duì)深層影響不大；當(dāng)輪胎氣壓超過土的強(qiáng)度極限時(shí)會(huì)造成土的剪斷和滑移,影響壓實(shí)質(zhì)量。342.3.2 拖式與半拖式輪胎壓路機(jī)根本參數(shù)選擇確定由于拖式與半拖式輪胎壓路機(jī)主要用于填土的分層壓實(shí),因而確定其根本參數(shù)的原始依據(jù)主要是粘土的壓實(shí)度和深度（壓粘土工況最惡劣）。（1）輪胎最正確氣壓由圖可見：增大輪胎氣壓,可增大外表接觸應(yīng)力提高外表壓實(shí)效果,但會(huì)減少碾壓接觸面積,使壓實(shí)影響深度減??；輪胎氣壓過低,接觸壓應(yīng)力不夠,土壤變形較少,壓實(shí)也不理想；352.3.2 拖式與半拖式輪胎壓路機(jī)根本參數(shù)選擇確定最正確碾壓厚度,對(duì)應(yīng)于一定最正確胎內(nèi)壓。選擇：對(duì)粘性土

18、：0.50.6 MPa； 對(duì)非粘性土：0.20.4 MPa； 對(duì)碾壓未被破壞結(jié)構(gòu)的粘性土：0.70.8 MPa。(2)輪胎尺寸輪胎結(jié)構(gòu)類型：應(yīng)根據(jù)最正確胎壓上限值來確定。碾壓松散填土：用低壓輪胎；碾壓未破壞結(jié)構(gòu)土：用高壓輪胎；實(shí)際選用：一般采用寬基輪胎。輪胎花紋：輪胎花紋影響滾動(dòng)阻力及外表質(zhì)量,一般為光面輪胎。362.3.2 拖式與半拖式輪胎壓路機(jī)根本參數(shù)選擇確定輪胎單個(gè)最大載荷計(jì)算(在給定壓實(shí)度與壓實(shí)深度H0情況下)：經(jīng)驗(yàn)公式:當(dāng) 時(shí), ； 當(dāng) 時(shí), 。式中：GK：單個(gè)輪胎上載荷(N)；w0：土的最正確含水量()；w：土的實(shí)際含水量()；：給定的土的壓實(shí)度；dmax：土的最大干容重。輪胎尺寸

19、選擇：根據(jù)輪胎氣壓和單個(gè)輪胎載荷查手冊(cè),按國家標(biāo)準(zhǔn)選擇輪胎尺寸。372.3.2 拖式與半拖式輪胎壓路機(jī)根本參數(shù)選擇確定(3)各輪胎間的間隙影響：當(dāng)各輪胎間間隙增大到一定值后（在此之前不影響時(shí)）會(huì)使最正確壓實(shí)層厚度降低。選擇：按經(jīng)驗(yàn)公式選擇:式中：B為輪胎斷面寬度。382.3.2 拖式與半拖式輪胎壓路機(jī)根本參數(shù)選擇確定(4)壓路機(jī)重量確定壓路機(jī)的最大重量（注意系列化要求）：式中：GK：單個(gè)輪胎載荷； Z：輪胎個(gè)數(shù)。壓路機(jī)實(shí)際碾壓時(shí)重量確定：式中：E：輪胎剛性橫量(N/cm), 可查表9-3 （見下頁）獲得； ：輪胎在剛性外表徑向變形量(cm)； 壓剛性外表時(shí),=0.13B；壓土壤時(shí),=0.15B

20、。不知輪胎剛性橫量E時(shí),按以下經(jīng)驗(yàn)值選擇：輪胎氣壓(MPa)： 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2壓路機(jī)重量(kN)：100 90 80 65 50392.3.2 拖式與半拖式輪胎壓路機(jī)根本參數(shù)選擇確定表9-3 充氣輪胎的剛性模量E（N/cm）輪胎尺寸輪胎氣壓（MPa）0.150.20.30.350.40.50.612.00-20-36005100-62507050780014.00-20-43005450-64007150785018.00-20-64508250-9800-21.00-284430550070808450-26.50-2562007550975011000-402.3.

21、2 拖式與半拖式輪胎壓路機(jī)根本參數(shù)選擇確定(5)碾壓遍數(shù)及最正確土層厚度計(jì)算粘性土壓實(shí)層最正確厚度：當(dāng)輪胎氣壓為0.50.6Mpa時(shí),按下式計(jì)算： （cm）式中：w：土的實(shí)際含水量；w0土的最正確含水量；GK單個(gè)輪胎荷重(N)。當(dāng)為其它輪胎氣壓時(shí),可按下式計(jì)算(此時(shí)考慮輪胎剛度和氣壓影響)： （cm）式中:p:輪胎氣壓(MPa)；:輪胎剛度系數(shù)。412.3.2 拖式與半拖式輪胎壓路機(jī)根本參數(shù)選擇確定輪胎氣壓p(MPa)、輪胎剛度系數(shù)取值：p(MPa)：0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7： 0.6 0.5 0.4 0.3 0.25 0.2 0.15碾壓遍數(shù)： 輪胎氣壓 所需遍

22、數(shù) 砂土： 0.2 23 亞砂土： 0.30.4 34 粘土： 0.50.6 56碾壓速度: 第一、二遍 其它 層厚20cm粘土: 23km/h 68km/h 層厚10cm粘土: 23km/h 10km/h422.3.2 拖式與半拖式輪胎壓路機(jī)根本參數(shù)選擇確定(6)拖式壓路機(jī)牽引計(jì)算計(jì)算工況：牽引車以檔在接近最大牽引功率工況下工作；牽引車檔牽引力能克服壓路機(jī)工作中最大瞬時(shí)阻力。計(jì)算公式：式中：G：壓路機(jī)重；f：第一遍碾壓時(shí)滾動(dòng)阻力系數(shù)；式中： p：輪胎氣壓(MPa)；D：輪胎外徑(cm)；G：機(jī)重(N)；i：地面坡度；g：重力加速度(m/s2)；v：壓路機(jī)運(yùn)行速度(m/s)；t：壓路機(jī)起步加速

23、時(shí)間(t=23s)。432.3.3自行式輪胎壓路機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算(1)工作質(zhì)量確定概念：工作質(zhì)量是指壓路機(jī)自身質(zhì)量+規(guī)定的油水、壓載物、隨機(jī)工具、駕駛員重量。系列化要求：型號(hào)： YL10 YL16 YL20 YL25 YL40 最大質(zhì)量（t） 10 16 20 25 40最小質(zhì)量（t） 6 9 16 16 22分配比例：壓路機(jī)帶配重質(zhì)量m與無配重的結(jié)構(gòu)質(zhì)量mM之比,用于評(píng)價(jià)其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理性。其最正確值：m/mM = 3.43.9。（2）單個(gè)輪胎載荷計(jì)算：同前,注意壓路機(jī)系列化標(biāo)準(zhǔn)中均有明確規(guī)定。442.3.3自行式輪胎壓路機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算（3）同軸輪胎中心間距及輪胎參數(shù)確定間距：e = KB 或 e =

24、B-2a式中：K：間距系數(shù),K=0.70.9；B：輪胎寬度；a：為重疊量一般應(yīng)30mm。輪胎個(gè)數(shù)：單軸： 式中：BY：碾壓帶寬度；B：輪胎寬度； 總數(shù)：Z0 = 2Z-1(4)軸距確定確定：軸距確定一般先參考同類機(jī)型類比初定,然后繪制總體布置草圖時(shí)再準(zhǔn)確確定。影響：軸距增大則轉(zhuǎn)彎半徑增大,縱向穩(wěn)定性提高,結(jié)構(gòu)質(zhì)量增加。原則：在保證整機(jī)性能、結(jié)構(gòu)要求、維修方便前提下盡可能取小值。452.3.3自行式輪胎壓路機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算（5）最小離地間隙影響：通過性、維修性。確定：一般：200400mm。（6）運(yùn)行速度我國標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：輪胎壓路機(jī)工作速度：210km/h；行駛速度：1025km/h；液壓傳動(dòng)：010km

25、/h。（7）發(fā)動(dòng)機(jī)功率計(jì)算計(jì)算公式 ：機(jī)械傳動(dòng)系時(shí)：式中：N：發(fā)動(dòng)機(jī)功率 （kw）；F：輪胎壓路機(jī)驅(qū)動(dòng)輪上的牽引力（kN）；v：輪胎壓路機(jī)運(yùn)行速度（km/h）；：自發(fā)動(dòng)機(jī)到驅(qū)動(dòng)輪的傳動(dòng)效率；NY：所有輔助裝置消耗功率（kw）。 462.3.3自行式輪胎壓路機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算液力機(jī)械傳動(dòng)時(shí)： 式中：液力變矩器效率；其他同前。（8）牽引力計(jì)算： 公式：滾動(dòng)阻力： 式中：f：滾阻系數(shù)；G：壓路機(jī)工作質(zhì)量；：坡度角20%坡道阻力： 式中：i：坡度一般20%472.3.3自行式輪胎壓路機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算起步慣性力： 式中：g：重力加速度,g = 9.8 m/s2；v：運(yùn)行速度；t ：加速時(shí)間 t=25s；:旋轉(zhuǎn)質(zhì)量系數(shù)

26、, 式中：iK:傳動(dòng)系傳動(dòng)比；GK：輪胎壓路機(jī)附著重量（kN）（驅(qū)動(dòng)輪重）；：附著系數(shù)（見下表）。 粘性松土 粘性實(shí)土 非粘性土 瀝青路面輪胎氣壓： 0.20.5MPa附著系數(shù)：0.610.44 0.550.26 0.70.6 0.820.7482.1 2.2 2.3復(fù)習(xí)思考題1.壓路機(jī)的滾壓輪直徑對(duì)其壓實(shí)能力、滾動(dòng)阻力、壓實(shí)影響深度、外表接觸應(yīng)力各有何影響？設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)按什么原則選擇確定？2.靜力光輪壓路機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算參數(shù)主要有哪些？試說明各參數(shù)的選擇、計(jì)算確定方法。3.與鋼輪壓路機(jī)相比輪胎壓路機(jī)有何優(yōu)點(diǎn)？其輪胎氣壓對(duì)壓實(shí)有何影響？應(yīng)如何選擇確定？4.自行式輪胎壓路機(jī)主要設(shè)計(jì)計(jì)算參數(shù)有哪些？試分別說

27、明其設(shè)計(jì)計(jì)算確定方法。作業(yè)一：現(xiàn)欲設(shè)計(jì)一臺(tái)20t三輪靜力光輪壓路機(jī),試計(jì)算選取其發(fā)動(dòng)機(jī)功率。492.4 振動(dòng)壓路機(jī)設(shè)計(jì)2.4.1振動(dòng)壓路機(jī)的激振方式(1)定向激振式具有兩個(gè)在垂直面上對(duì)稱布置的振動(dòng)器,兩振動(dòng)器偏心塊轉(zhuǎn)速相等,方向相反,水平分力相互抵消,垂直方向分力重疊相加,從而形成僅有垂直方向激振力,使壓路機(jī)及被壓實(shí)材料僅產(chǎn)生垂直振動(dòng)。特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)較復(fù)雜,無明顯突出壓實(shí)優(yōu)勢(shì),應(yīng)用較少,僅有德國Vibromax的W152等少量產(chǎn)品。502.4.1振動(dòng)壓路機(jī)的激振方式（2）擺振激振式即兩振動(dòng)輪上振動(dòng)器各安裝一個(gè)位于前后輪的中心,其中旋轉(zhuǎn)方向相同,但相位相差180,用齒形帶保持同步,使振動(dòng)時(shí)一輪向上,

28、一輪向下,振動(dòng)中壓路機(jī)前后擺動(dòng),始終有一輪與地面接觸,因而可獲得較高線載荷和較高沖擊能量。應(yīng)用：主要用于小型手扶式振動(dòng)壓路機(jī)上,例：Bomag公司的BW90等。512.4.1振動(dòng)壓路機(jī)的激振方式（3）非定向外振式激振壓路機(jī)有兩層機(jī)架,振動(dòng)輪與下機(jī)架一起由振動(dòng)器激振,共同振動(dòng),下機(jī)架與上機(jī)架間設(shè)減振器,振動(dòng)器為非定向偏心塊激振。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單,便于維修保養(yǎng)。應(yīng)用：主要用于手扶振動(dòng)壓路機(jī)。522.4.1振動(dòng)壓路機(jī)的激振方式（4）非定向內(nèi)振激振式即在振動(dòng)輪中心設(shè)偏心軸激振方式。特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)緊湊,操作使用平安。應(yīng)用：絕大多數(shù)振動(dòng)壓路機(jī)應(yīng)用此種激振方式。（5）液壓激振方式即利用周期變化的液壓作用力激振方式

29、產(chǎn)生激振力。特點(diǎn)：具有方便無級(jí)調(diào)節(jié)振幅和振頻的優(yōu)點(diǎn)。但結(jié)構(gòu)復(fù)雜,要求加工精度高。應(yīng)用：僅有局部小型振動(dòng)壓路機(jī)開始應(yīng)用。本次僅介紹偏心軸激振方式的有關(guān)設(shè)計(jì)計(jì)算 。532.4.2振動(dòng)壓路機(jī)的數(shù)學(xué)模型為確定振動(dòng)壓路機(jī)振動(dòng)系統(tǒng)各參數(shù),需了解振動(dòng)壓路機(jī)振動(dòng)壓實(shí)過程中振動(dòng)輪、機(jī)架及被壓實(shí)材料所組成的振動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)變化,掌握各參數(shù)對(duì)振動(dòng)系統(tǒng)振動(dòng)作用的影響規(guī)律,為此需建立振動(dòng)壓路機(jī)與土振動(dòng)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。（1）二自由度系統(tǒng)振動(dòng)壓路機(jī)運(yùn)動(dòng)方程假設(shè)：振動(dòng)壓路機(jī)上,下車質(zhì)量簡化為具有一定質(zhì)量的集中質(zhì)量塊,上車為m1、下車為m2、上下車間減振器阻尼為c1、剛度為k1；土是具有一定剛度的彈性體,其剛度K2,阻尼為C2,

30、阻尼為線性阻尼（較符合接近壓實(shí)完成的土體）；542.4.2振動(dòng)壓路機(jī)的數(shù)學(xué)模型振動(dòng)壓路機(jī)工作過程中,振動(dòng)輪始終保持與地面接觸（該假設(shè)在振動(dòng)壓實(shí)接近終了時(shí)與實(shí)際情況下符合）。則該模型運(yùn)動(dòng)方程為：（微分方程）其中： 激振力 K1K2C2C1x1x2m2m1F0sintmfr552.4.2振動(dòng)壓路機(jī)的數(shù)學(xué)模型解之得： 1、2分別為激振力F0與上、下車位移相位角。其中： 562.4.2振動(dòng)壓路機(jī)的數(shù)學(xué)模型（3）無阻尼狀態(tài)下系統(tǒng)的一階,二階固有頻率1、2分別為：572.4.2振動(dòng)壓路機(jī)的數(shù)學(xué)模型（4）振動(dòng)輪對(duì)被壓實(shí)材料的作用力FS不僅與振動(dòng)壓路機(jī)本身振動(dòng)參數(shù)有關(guān),而且與被壓實(shí)材料的剛度K2及阻尼C2有關(guān)

31、,可表示為：其為彈性變形力k2x2及土阻尼力c2x2的矢量和,即與瞬時(shí)振幅x2、瞬時(shí)速度x2、土的剛度k2、阻尼c2有關(guān)。FS不同于激振力F0,假設(shè)用RT表示激振力對(duì)地面作用力的有效率,則：RT=FS/F0提高RT的關(guān)鍵是選擇好恰當(dāng)?shù)墓ぷ黝l率和振幅A。前述公式中m1、m2為已知,F0、是設(shè)計(jì)選取的,減振器的K1、c1為設(shè)計(jì)選取,土的剛度K2與阻尼c2可通過實(shí)驗(yàn)反算出來,因而方程是可解的。582.4.3振動(dòng)壓路機(jī)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)（1）壓路機(jī)振動(dòng)位移x,振動(dòng)加速度x隨頻率變化情況。如圖：1）壓路機(jī)土振動(dòng)系統(tǒng)有兩個(gè)固有頻率1、2,當(dāng)壓路機(jī)處于1、2時(shí)會(huì)發(fā)生共振；位移、加速度均會(huì)出現(xiàn)共振峰。其中1主要受上車

32、參數(shù)k1、c1、m1影響稱一階固有頻率,其形狀尖細(xì)；2主要受下車參數(shù)k2、c2、m2影響稱二階固有頻率,其形狀高而平緩；2）工作頻率高于2后,上下車振幅均急劇下降,但下車加速度會(huì)急劇增大。592.4.3振動(dòng)壓路機(jī)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)（2）激振力F0及壓路機(jī)對(duì)被壓實(shí)材料作用力Fs 隨變化而變化。由圖可見：1）F0 與Fs是完全不同的兩種力,它們隨的變化規(guī)律完全不同；2）Fs 曲線與x曲線形狀相似,說明振幅對(duì)Fs影響很大；3）當(dāng)2后,FS呈下降趨勢(shì)（雖然F0急劇上升）。因此,壓路機(jī)應(yīng)工作在2附近略高于2；4）在12間有一個(gè),此時(shí)Fs幾乎為零,幾乎不起壓實(shí)作用,因此為其工作禁忌頻率。602.4.3振動(dòng)壓路機(jī)的

33、動(dòng)態(tài)響應(yīng)（3）下車質(zhì)量m2對(duì)x、F0、Fs曲線的影響在其它條件不變時(shí),假設(shè)僅改變m2,將其減少20%加到上車m1上,或從m1上減少20%加到m2上,則各曲線變化如圖。由圖可見：1）下車質(zhì)量m2的變化對(duì)振動(dòng)系統(tǒng)一階固有頻率1無影響（影響很小可忽略）；2）降低m2可增大Fs ,但過小會(huì)降低振動(dòng)輪對(duì)地面作用能量,對(duì)壓實(shí)不利；3）降低m2會(huì)使x1、x2增大,但變化較小。612.4.3振動(dòng)壓路機(jī)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)（4）減振器剛度k1對(duì)x的影響1）減振器剛度k1增加,一階固有頻率1變化不大,但二階固有頻率2略有增大；2）減振器剛度k1增加,上車振幅x1明顯增大,對(duì)減振不利；3）減振器剛度k1增加,對(duì)被壓實(shí)材料作用

34、力Fs略有增加。622.4.3振動(dòng)壓路機(jī)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)（5）土的阻尼和剛度對(duì)x曲線的影響由圖可見：1）土的剛度對(duì)上下車運(yùn)動(dòng)及作用力影響規(guī)律同減振器的剛度對(duì)其影響；2）當(dāng)工作頻率大于2后,土的阻尼對(duì)Fs影響較大,隨土阻尼增大（土壤松）Fs明顯增大。632.4.3振動(dòng)壓路機(jī)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)此外,經(jīng)過大量試驗(yàn)驗(yàn)證,上述理論分析曲線與實(shí)測(cè)曲線變化規(guī)律比較吻合,此對(duì)設(shè)計(jì)計(jì)算有幫助。642.4.4振動(dòng)壓路機(jī)根本參數(shù)選擇（1）名義振幅及其選擇1）名義振幅A0 壓路機(jī)振動(dòng)輪懸空自由振動(dòng)時(shí)的振幅（即不受外界影響時(shí)振幅）。2）實(shí)際振幅A由前述分析及實(shí)驗(yàn)均說明,壓路機(jī)實(shí)際壓實(shí)過程中,實(shí)際振幅x隨被壓實(shí)材料剛度、阻尼變化而變化

35、。剛度越大,振幅越大；阻尼越大,振幅越??；即初期壓實(shí)振幅小,后期振幅大。據(jù)實(shí)測(cè)：實(shí)際振幅AA0 ,按正態(tài)分布統(tǒng)計(jì)：一般A=(12)A0。652.4.4振動(dòng)壓路機(jī)根本參數(shù)選擇3)如圖,振幅對(duì)壓實(shí)效果影響要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于頻率的影響,A則壓實(shí)效果顯著,但A過大會(huì)造成上車振幅,使被壓實(shí)材料破碎,造成過壓實(shí)。選?。阂话銐簩?shí)路基: A0=1.42.0mm 壓實(shí)次路基: A0= 0.82.0mm 壓瀝青路面: A0=0.40.8mm4)名義振幅計(jì)算:其中:Me:偏心塊靜偏心矩(Nmm), Me=mfr；m2:下車質(zhì)量（N）,即除減振器外,所有參加振動(dòng)的質(zhì)量；mf:偏心塊質(zhì)量(重力)；r:靜偏心距。662.4.4振

36、動(dòng)壓路機(jī)根本參數(shù)選擇（2）振動(dòng)壓路機(jī)工作頻率的選擇由前述分析可見：2時(shí)振幅不穩(wěn)定,波動(dòng)很大,且上車振動(dòng)增大,此外還有一個(gè)下車振幅幾乎為零而上車振幅則較大的,故不易工作,應(yīng)使2；壓路機(jī)在壓實(shí)作業(yè)中2隨被壓材料剛度增大（壓實(shí)遍數(shù)）而增大,故2應(yīng)以壓實(shí)終了時(shí)2為依據(jù)選擇,以保證壓路機(jī)不工作在小于2的不穩(wěn)定區(qū)；工作頻率過高（遠(yuǎn)大于2） ,則會(huì)引起Fs/F0=Rs減小,降低壓實(shí)效率,同時(shí)過高還會(huì)引起振動(dòng)輪跳離地面產(chǎn)生搓板形,故不易過高,其合理范圍：經(jīng)驗(yàn)確定：壓路基： 2530Hz；壓次路基：2540Hz；壓瀝青路面：3050Hz。672.4.4振動(dòng)壓路機(jī)根本參數(shù)選擇（3）振動(dòng)質(zhì)量及上下車質(zhì)量確實(shí)定由前述

37、分析可見：1）假設(shè)僅從振動(dòng)輪對(duì)被壓實(shí)材料作用力Fs來看,減小下車質(zhì)量m2可增大Fs；2）假設(shè)從增加振動(dòng)作用于被壓實(shí)材料沖擊能量來看,增加下車質(zhì)量m2,可提高沖擊能量,有利于提高壓實(shí)效果,故此為一對(duì)矛盾。在確定了A0、f的情況下,增大沖擊能量只有加大振動(dòng)輪質(zhì)量；3）選擇：應(yīng)既兼顧Fs又考慮沖擊能量。經(jīng)驗(yàn)說明：m1 / m2=1最正確；假設(shè)不能做到,則至少應(yīng)保證：m1 / m2=0.51.9。682.4.4振動(dòng)壓路機(jī)根本參數(shù)選擇(4)振動(dòng)壓路機(jī)振動(dòng)加速度的校核振動(dòng)壓路機(jī)振動(dòng)加速度能夠反映壓路機(jī)振動(dòng)輪作用于被壓實(shí)材料的動(dòng)態(tài)沖擊力,振動(dòng)加速度過小說明動(dòng)態(tài)沖擊力過小,土顆粒在振動(dòng)過程中,幾乎處于靜止?fàn)顟B(tài)

38、,振動(dòng)壓實(shí)作用不明顯；而振動(dòng)加速度過大,則由于顆粒得到振動(dòng)沖擊過大,會(huì)出現(xiàn)離析造成結(jié)構(gòu)不良,同時(shí)表層材料還會(huì)被壓碎,影響表層密實(shí)度,故振動(dòng)加速度應(yīng)在一適宜范圍。根據(jù)實(shí)驗(yàn),振動(dòng)加速度應(yīng)控制在：壓路基：510g；壓路面：47g。核驗(yàn)計(jì)算方法：式中：A0：名義振幅（mm）；g：重力加速度（9800mm/s2）；：工作頻率1/s。692.4.4振動(dòng)壓路機(jī)根本參數(shù)選擇假設(shè)計(jì)算值超過控制范圍,則應(yīng)對(duì)振幅、頻率加以修正,修正的原則為：壓路面的壓路機(jī)應(yīng)以保證工作頻率為先,可適當(dāng)修正振幅；壓實(shí)路基的振動(dòng)壓路機(jī)應(yīng)優(yōu)先保證振幅,可適當(dāng)修正工作頻率。（5）振動(dòng)壓路機(jī)工作速度選擇振動(dòng)壓路機(jī)的工作速度對(duì)振動(dòng)壓實(shí)有較大的影

39、響,這是因?yàn)橥寥李w粒由靜止變?yōu)檎駝?dòng)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有一過程,該過程持續(xù)的時(shí)間長短與土顆粒間的粘聚力、吸附力有關(guān),還與壓路機(jī)線載荷有關(guān),一般線載荷越大,過渡所需時(shí)間越短,試驗(yàn)說明一般亞粘度應(yīng)至少有三次強(qiáng)迫振動(dòng)。據(jù)此計(jì)算則：RBBAh702.4.4振動(dòng)壓路機(jī)根本參數(shù)選擇式中：h：壓實(shí)深度m； R：滾輪半徑m； T：振動(dòng)周期s。其中土壤碾壓下陷深度h為一變值。實(shí)驗(yàn)說明,當(dāng)壓路機(jī)每一周期T內(nèi)行駛3cm即可滿足要求,故有v3/T。一般為既滿足振動(dòng)壓實(shí)的需要,又兼顧壓路機(jī)生產(chǎn)率,一般振動(dòng)壓路機(jī)的行駛速度可選為：工作質(zhì)量5t 應(yīng)為：46km/h 35t 24km/h 2t 3km/h全液壓驅(qū)動(dòng)：工作檔：06km/h

40、 高速檔：012km/hRBBAh712.4.4振動(dòng)壓路機(jī)根本參數(shù)選擇(6)激振力F0和壓路機(jī)對(duì)被壓實(shí)材料的作用力Fs如前所述： 僅與壓路機(jī)結(jié)構(gòu)及振動(dòng)參數(shù)有關(guān)； 既與機(jī)械本身有關(guān),也與土壤剛度k2、阻尼c2有關(guān)；為獲得良好壓實(shí)效果,同時(shí)又能有效利用振動(dòng)壓路機(jī)的壓實(shí)能力,設(shè)計(jì)時(shí)希望：RT=Fs/F0接近于1。因被壓實(shí)材料隨壓實(shí)過程而變,故RT不固定。一般 區(qū)間時(shí),Fs與F0比值RT較為合理。722.4.4振動(dòng)壓路機(jī)根本參數(shù)選擇（7）振動(dòng)輪直徑與寬度確實(shí)定影響：在振動(dòng)輪分配質(zhì)量不變情況下,輪越寬,線壓力越小,壓實(shí)深度降低,但因壓實(shí)作用面積增大而生產(chǎn)率提高；輪徑越大,壓實(shí)影響深度增大,且平整度提高。

41、選?。簤郝访鎽?yīng)選直徑和寬度較大者； 壓路基應(yīng)選直徑和寬度較小者。一般推薦： （即 ）壓瀝青砂時(shí)牛鮑系數(shù)： 壓瀝青碎石牛鮑系數(shù)： 式中：m1：振動(dòng)輪分配質(zhì)量kg；B：寬度cm；D：直徑cm。732.4.5振動(dòng)壓路機(jī)減振系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算振動(dòng)壓路機(jī)在振動(dòng)壓實(shí)時(shí)振動(dòng)輪處于振動(dòng)狀態(tài),為盡量減少振動(dòng)輪振動(dòng)對(duì)上車零件及操作人員產(chǎn)生振動(dòng)危害,因而上、下車之間（即振動(dòng)輪與機(jī)架間）應(yīng)設(shè)減振器,以盡可能減少振動(dòng)輪對(duì)機(jī)架上安裝零件及駕駛座椅的振動(dòng)影響。一、振動(dòng)壓路機(jī)減振系統(tǒng)總剛度計(jì)算1、振動(dòng)壓路機(jī)減振系統(tǒng)總剛度的計(jì)算方法有兩種：其一是將振動(dòng)壓路機(jī)與土系統(tǒng)簡化為具有兩個(gè)固有頻率的二自由度系統(tǒng)計(jì)算（如前）,此法精度較高,但

42、因帶有土的剛度與阻尼等,計(jì)算較復(fù)雜。其二是將振動(dòng)壓路機(jī)與土系統(tǒng)簡化為單自由度振動(dòng)系統(tǒng)如下圖,此法計(jì)算簡便精度也能滿足要求,故常用,在此僅按單自由度系統(tǒng)計(jì)算。F0sintm1k1742.4.5振動(dòng)壓路機(jī)減振系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算對(duì)于單自由度系統(tǒng),假設(shè)根底上作用一外力F0sint,則根底將產(chǎn)生振幅為A、加速度為a的振動(dòng),因有彈簧作用,傳遞到m1上的振動(dòng)則為A1和a1,假設(shè)以=A1/A=a1/a為系統(tǒng)傳遞率,則由振動(dòng)學(xué)可知：其中：/1：稱頻率比； ：壓路機(jī)工作頻率；1：系統(tǒng)固有頻率 ,F0sintm1k1752.4.5振動(dòng)壓路機(jī)減振系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算假設(shè)將根底視為振動(dòng)輪,K1視為減振器,m1視為上車,則：由減振

43、系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求看,希望A1,a1越小越好,由上式可見：A1=A, a1=a,假設(shè)要在選定振動(dòng)壓路機(jī)振幅頻率情況下減小A1,a1,則只有減少；再根據(jù) 可知,減少則只有減少1（在 時(shí)）；因 （增大上車質(zhì)量m1或降低減振器剛度K1均可）在m1一定情況下,只有設(shè)計(jì)K1以減少1,即K1=12 m1選取適當(dāng)K1可滿足減振需要。 762.4.5振動(dòng)壓路機(jī)減振系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算2、總剛度計(jì)算K1=12 m1式中1為系統(tǒng)固有頻率,取決于系統(tǒng)設(shè)計(jì)。實(shí)踐證明,當(dāng)/1=56時(shí),可獲得最正確減振效果。例：當(dāng)/1=6時(shí), =2.9%。需注意：雖然/1,A1 ,但當(dāng)6后, a1已減小不明顯,接近于一個(gè)常值,再增大/1 效果并不明

44、顯,故一般選取/1 = 6 。則 式中m1上車當(dāng)量質(zhì)量（kg）,壓路機(jī)工作頻率（Hz）均為已知,此時(shí)只需設(shè)計(jì)減振器總剛度K1滿足上式要求即可到達(dá)滿意的減振效果。772.4.5振動(dòng)壓路機(jī)減振系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算3、減振器種類一般常見減振器有鋼制螺旋彈簧減振器、空氣組合減振器及橡膠減振器三種,壓路機(jī)減振系統(tǒng)常用橡膠減振器,故在此僅介紹橡膠減振器設(shè)計(jì)。其優(yōu)點(diǎn)：形狀可自由選取,x,y,z三方面剛度可自由方便設(shè)計(jì)；橡膠減振材料內(nèi)摩擦大,阻尼大,在壓路通過其共振區(qū)時(shí)較平安；橡膠減振材料吸收高頻振動(dòng)能力強(qiáng)；橡膠減振器彈性模量E較金屬小的多,工作中允許較大變形；橡膠減振器剛度與硬度有關(guān),可在不變尺寸情況下方便地改變

45、剛度；重量輕,尺寸小,安裝方便,無相對(duì)摩擦件,免維護(hù)。其缺點(diǎn)：耐高溫、耐低溫性差；耐日照性差；耐油性差；使用壽命低。782.4.5振動(dòng)壓路機(jī)減振系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算二、橡膠減振器設(shè)計(jì)1、橡膠減振器材料,硬度與幾何形狀選?。?）材料：主要有兩種：天然橡膠：優(yōu)點(diǎn)：機(jī)械性能良好,加工方便,彈性穩(wěn)定、耐日照性好；缺點(diǎn)：阻尼較小,通過共振區(qū)不平安；耐油性差,應(yīng)用已越來越小。丁睛橡膠：優(yōu)點(diǎn)：耐油性好,具有較大阻尼；缺點(diǎn)：價(jià)格較高,已越來越被采用。792.4.5振動(dòng)壓路機(jī)減振系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算（2）硬度,橡膠材料硬度不同其彈性模量與剪切彈性模量不同,見P112表11-4 。其材料硬度常以肖氏硬度表示（即用一鈍針在2N

46、力作用下壓入橡膠的深度來表示,其值在0100間）。用字母Hs+數(shù)字來表示?？估瓑簭椥詸M量：見表11-4。 抗剪切彈性橫量：見表11-4。 為設(shè)計(jì)中方便調(diào)節(jié),一般選取橡膠硬度為Hs=4060（此時(shí)其強(qiáng)度,韌性均較好,與金屬板的粘接強(qiáng)度也較大可達(dá)3MPa） 802.4.5振動(dòng)壓路機(jī)減振系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算表11-4 橡膠硬度HS與彈性模量E和剪切彈性模量G的對(duì)應(yīng)值HSE(MPa)G(MPa)E/G301.320.2964.45351.560.3964.23401.850.464.02452.180.573.82502.570.713.62553.040.883.43603.621.113.26654.3

47、51.393.12705.311.773.0756.312.182.9808.082.862.82812.4.5振動(dòng)壓路機(jī)減振系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算(3)幾何形狀不同形狀各方面剛度不同,振動(dòng)壓路機(jī)常選擇圓形與矩形。其中,驅(qū)動(dòng)輪需傳遞扭距情況下,應(yīng)用圓形,因其各向剛度一致；非驅(qū)動(dòng)輪,不傳遞扭距時(shí),可選矩形,因其可通過不同方向尺寸來調(diào)節(jié)不同方向剛度,以滿足不同方向?qū)偠鹊囊?。一般圓形截面尺寸： 矩形截面尺寸：式中：H：高度； D：直徑； a：矩形截面短邊長度。aHDHb822.4.5振動(dòng)壓路機(jī)減振系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算2、減振器的剛度計(jì)算（1）動(dòng)剛度與靜剛度橡膠減振器在動(dòng)態(tài)作用力作用下,因其變形遲后于作用力變化

48、,因而其動(dòng)態(tài)條件下的剛度（即動(dòng)剛度）較靜剛度為大,兩者之比稱為動(dòng)剛度系數(shù)。 其中: Kd:動(dòng)剛度；K:靜剛度。振動(dòng)壓路機(jī)是在動(dòng)態(tài)下工作,故應(yīng)用動(dòng)剛度Kd,不同硬度下的動(dòng)剛度系數(shù)見P214表11-5。橡膠硬度HS ：40 45 50 55 60動(dòng)剛度系數(shù)d：1.1 1.15 1.2 1.28 1.4832.4.5振動(dòng)壓路機(jī)減振系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算(2)剪切受力狀態(tài)下橡膠減振器的剛度計(jì)算及尺寸確定假設(shè)設(shè)減振系統(tǒng)為i個(gè)減振器,且均勻分布,則每個(gè)減振器的剛度應(yīng)為:其中: K1:總剛度(實(shí)為動(dòng)剛度)； Kdi:每個(gè)減振器動(dòng)剛度。對(duì)圓形截面減振器動(dòng)剛度按下式計(jì)算:其中:d: 動(dòng)剛度系數(shù),查表3-5（見前頁）；H

49、：減振器高度（cm）；AL：減振器截面積（cm2）,AL =R2；G:剪切表觀彈性模量（MPa）；G：為剪切彈性模量。據(jù)此可計(jì)算出D（直徑）。 842.4.5振動(dòng)壓路機(jī)減振系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算對(duì)矩形截面：其中AL=ab； G=G；a：短邊長cm；b：長邊長cm。據(jù)此可計(jì)算出a、b。(3)壓縮受力狀態(tài)下橡膠減振器的剛度計(jì)算及尺寸確定對(duì)圓形截面動(dòng)剛度：其中：Ea：壓縮表觀彈性模量（MPa） S：形狀系數(shù)；D：直徑；H：高度。矩形截面 其中： 其它參數(shù)同前 。852.4.5振動(dòng)壓路機(jī)減振系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算（4）組合受力狀態(tài)下（既受壓又受剪）動(dòng)剛度計(jì)算其中：G：剪切表觀彈性橫量（MPa）（同前）；Ea：壓縮表觀

50、彈性模量（MPa）（計(jì)算同前）；：減振器安裝角。組合安裝優(yōu)點(diǎn)：可在不改變減振器情況下僅改變安裝角即可獲得不同的組合剛度；缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜安裝尺寸大,僅用于小型振動(dòng)壓路機(jī)上及振動(dòng)平板夯上。P862.4.5振動(dòng)壓路機(jī)減振系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算3、橡膠減振器的強(qiáng)度校核（1）作用力：上車質(zhì)量所產(chǎn)生應(yīng)力；振動(dòng)驅(qū)動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)力矩；從動(dòng)振動(dòng)輪車體推動(dòng)牽引力；道路不平或發(fā)生相撞時(shí)的沖擊力（一般以1.11.3系數(shù)考慮。壓路基:1.30,壓路基面：1.10,兩者都?jí)?.2。）（2）強(qiáng)度要求:剪切應(yīng)力 其中:PX:彈簧所受剪切力；AP:彈簧受力面積；對(duì)矩形: AP =ab；對(duì)圓形: AP =D2/4；:許用應(yīng)力,見表11-6。8

51、72.4.5振動(dòng)壓路機(jī)減振系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算（3）變形要求:：拉伸10 最大沖擊15 x 壓縮15 最大沖擊20 剪切30 最大沖擊40或剪切：20Hz時(shí), x 0.81.2cm； 20Hz時(shí), 22.5cm剪切變形量： 或：式中：H：彈簧高度； G：剪切彈性模量； x：剪切力作用方向上彈簧的剪切變形量。882.4.6 振動(dòng)壓路機(jī)功率計(jì)算 一、振動(dòng)壓路機(jī)所消耗的功率振動(dòng)壓路機(jī)工作中所消耗的功率主要有如下幾方面：（1）行駛功率p1壓實(shí)初始狀態(tài)：（前12遍）其中：m：壓路機(jī)工作質(zhì)量（kg）；g：重力加速度（9.81m/s）；:第1-2遍土壤滾動(dòng)阻力系數(shù),=0.130.15；:爬坡角度；v:行駛速度（m

52、/s）。壓實(shí)中期（38遍）：其中:=0.1終壓時(shí)（8遍后）:其中: =0.05運(yùn)輸轉(zhuǎn)移行駛狀態(tài)其中: 運(yùn)=0.05892.4.6 振動(dòng)壓路機(jī)功率計(jì)算（2）轉(zhuǎn)向消耗功率整體轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)向消耗功率其中：m1：轉(zhuǎn)向輪分配質(zhì)量kg；轉(zhuǎn)：轉(zhuǎn)向阻力系數(shù)轉(zhuǎn)=0.5；s：轉(zhuǎn)向角速度1/s。剖分轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)向消耗功率對(duì)于鉸接式轉(zhuǎn)向,可按相應(yīng)轉(zhuǎn)向輪結(jié)構(gòu)整體轉(zhuǎn)向的兩倍計(jì)算。902.4.6 振動(dòng)壓路機(jī)功率計(jì)算（3）換向消耗功率式中：m：壓路機(jī)工作質(zhì)量kg； v：壓實(shí)作業(yè)速度m/s t：換向時(shí)間,可取4s。（4）爬坡功率其中：:爬坡角度； v：行駛速度m/s。（5）振動(dòng)功率p5 （后面介紹計(jì)算方法）912.4.6 振動(dòng)壓路機(jī)功

53、率計(jì)算二、振動(dòng)壓路機(jī)功率計(jì)算工況（1）初壓（前12遍）此時(shí)一般無振動(dòng) p5=0；（2）中壓（38遍）（3）終壓時(shí)（8遍后）（4）運(yùn)輸工況,此時(shí)p3=0,p5=0從上述工況中選功率最大工況作為選發(fā)動(dòng)機(jī)功率依據(jù)。922.4.6 振動(dòng)壓路機(jī)功率計(jì)算三、振動(dòng)功率計(jì)算（1）經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算方法其中：m2：振動(dòng)質(zhì)量（下車或振動(dòng)輪質(zhì)量）kg；q：振動(dòng)輪個(gè)數(shù)；A0：名義振幅m；：頻率修正系數(shù)。頻率Hz 2530 3135 3640 4145 4650 5.5 6.5 7 7.5 8此式計(jì)算較實(shí)際略小,可做為初選估算用。932.4.6 振動(dòng)壓路機(jī)功率計(jì)算(2)理論分析計(jì)算目前尚無較公認(rèn)的理論計(jì)算公式,因振動(dòng)功率與被

54、壓實(shí)材料的特性有關(guān),較有影響的計(jì)算方法為德國勞森浩森公司推導(dǎo)的公式。他們首先假設(shè)振動(dòng)壓路機(jī)在壓實(shí)過程中,某一時(shí)刻振動(dòng)輪跳離地面且上車減振輪在每周期跳起后再次落向地面時(shí)作用于被壓實(shí)材料上的動(dòng)能、勢(shì)能、沖擊能所做的功,再除以振動(dòng)周期即為振動(dòng)消耗功率。即: （kw）其中：T：振動(dòng)周期 T=1/f；：傳動(dòng)效率=0.8； E：總作用能量。E = E動(dòng) + E勢(shì) + E沖942.4.6 振動(dòng)壓路機(jī)功率計(jì)算其中：Se：振動(dòng)輪沖擊引起土的沉降量,Se=1.2A0； va：振動(dòng)輪回落地面時(shí)沖擊速度；其中：F0：為激振力； a：為開始跳離地面時(shí)的振動(dòng)輪運(yùn)動(dòng)方向與水平 面夾角,可由迭代計(jì)算出； m：為壓路機(jī)質(zhì)量；

55、：為工作頻率。此方法計(jì)算有一定道理,可供參考。952.4.7振動(dòng)壓路機(jī)（全液壓）液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算一、全液壓振動(dòng)壓路機(jī)行走驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)1、振動(dòng)壓路機(jī)液壓行走驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)形式(1)振動(dòng)壓路機(jī)液壓行走驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)型式傳動(dòng)路線：發(fā)動(dòng)機(jī)分動(dòng)箱泵馬達(dá)二檔變速器驅(qū)動(dòng)橋驅(qū)動(dòng)輪胎。特點(diǎn)：液壓系統(tǒng)由變量泵、定量馬達(dá)組成,集成度高,速度和方向可由雙向變量泵無級(jí)變化調(diào)節(jié),操作輕便；962.4.7振動(dòng)壓路機(jī)（全液壓）液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算發(fā)動(dòng)機(jī)與液壓泵的額定轉(zhuǎn)速由分動(dòng)箱齒輪副匹配,調(diào)節(jié)方便； 壓路機(jī)上下檔變化由二檔變速器實(shí)現(xiàn),可較方便滿足作業(yè)與轉(zhuǎn)運(yùn)不同工況對(duì)行駛速度的不同要求,且馬達(dá)、變速器與驅(qū)動(dòng)輪胎均集中安裝在驅(qū)動(dòng)橋上布置方便；雙向變量泵有一定液壓制動(dòng)停機(jī)作用,可作為輔助制動(dòng)用；缺乏：壓實(shí)振動(dòng)輪為從動(dòng)輪,會(huì)產(chǎn)生推擁被壓實(shí)材料,引起碾壓不平；驅(qū)動(dòng)輪胎分配重量較?。s為壓實(shí)輪一半）,易產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)附著力缺乏等。972.4.7振動(dòng)壓路機(jī)（全液壓）液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算（2）輪胎驅(qū)動(dòng)單鋼輪振動(dòng)全輪驅(qū)動(dòng)壓路機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)該壓路機(jī)驅(qū)動(dòng)動(dòng)系統(tǒng)是在上述根底上,為克服其缺點(diǎn)而出現(xiàn)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。即輪胎驅(qū)動(dòng)仍采用上述方案,同時(shí),在其液壓系統(tǒng)中并聯(lián)一個(gè)驅(qū)動(dòng)馬達(dá),用于驅(qū)動(dòng)單振動(dòng)前鋼輪,其驅(qū)動(dòng)馬達(dá)可以是低速大扭矩馬達(dá)直接驅(qū)動(dòng),也可以是高速馬達(dá)經(jīng)減速箱驅(qū)動(dòng),主要用于作業(yè)工況,輪胎驅(qū)動(dòng)振動(dòng)壓路機(jī)主要用于壓實(shí)路基等。982.4