文档介绍：振动压路机振动轮模型分析
机械15
孙京海
010667
这篇文章建立了振动压路机振动轮数学模型,应用振动理论,计算土壤压实过程中系统模态参数和系统响应,得出系统中前机架或振动轮响应的变化规律。
由于在课上并没有把机械振动作为重点来讲,所以课内的内容是根本不够的,因此本文所用到的一些更深层的知识,我也只能去试着理解。
一、模型的假设与简化条件:
根据振动轮的实际结构和工作特点,建立模型前提出如下的简化和假设:
(1) 振动轮中不平衡偏心质量以角速度ω绕轮心轴旋转,且ω=常数;
(2) 振动轮质心及偏心质量等结构特征对称于振动压路机的纵向轴线,振动轮因此可简化成平面振动模型;
(3) 根据振动轮、机架的结构特征,可认为振动轮及机架均为刚体;
(4) 振动轮与前机架间橡胶减震器及被振实土壤被表征为弹簧和阻尼的多自由度系统时,弹簧和阻尼均认为是无质量的;
(5) 由振动轮内偏心块圆周运动所产生的圆周力只以其垂直方向的分量作用到模型上,试验证明,振动轮振动的水平分量几乎全部通过与被压实材料表面之间的相互滑动而被分散掉,并没有传至土壤中。
振动压路机振动轮数学模型:
m1前机架分配质量
m2振动轮质量
m3随振土体质量
Fe激振力
k1减震支承系统复刚度
k2土壤模型复刚度
图1:振动轮系统数学模型
图1所示,它由两个等量参数系统组成,其上部是说明振动压路机及振动轮的,其下部是说明土壤压实性能的。
土壤压实性能模型
根据有关文献,将被振实的土壤分为接触区域和周围弹性状态区域(图2)。模型中被振实土壤按半空间理论被表示为一定量值的复刚度k2,在一定的振动压路机工作参数下,接触区域的范围即可确定,此范围的土壤质量即为图2的随振土体质量m3。在此范围内土壤发生塑性变形,吸收振动压路机的振动能量,以改善土壤的结构特征,是振动压路机对土壤的有效作用范围,其力学性能的表现与振动压路机重复碾压的遍数有关。在弹性状态区域,振动轮振动通过波辐射而传递到周围环境中,这部分振动能量并没有用于改变土壤的结构。对土壤模型的重点要求是能够在模型中考虑其塑性变形,也要考虑其弹塑性乃至刚性性能的描述。通过对土壤的动态压实性能的研究,将土壤模型分为A阶段、B阶段和相对刚性C阶段,以此对振动轮—土壤系统进行动力学分析。
土壤模型复刚度参数k2
高振幅作业
低振幅作业
A阶段
×107(1+)
×106(1+)
B阶段
×107(1+)
×106(1+)
C阶段
∞
∞
振动轮系统模型
它包括前机架分配质量m1,振动轮质量m2,以及振动轮与前机架间减震支承系统的复刚度k1等。振动轮被以角速度ω旋转的激振力Fe带动进入振动状态。
建立系统运动方程
选择模型中各单元体静平衡位置为坐标原点,建立图3所示坐标系,其中Fv为压实力,它是振动轮m2对随振土体m3的作用力。Fv>0时,为振动轮加载阶段,此时x3=x2,应将m3及m2一起进行动力分析;Fv=0时,为振动轮跳跃阶段,随振土体m3脱离振动系统,模型应分成上、下不相连的两部分进行分析。
应用牛顿定律,给出矩阵形式的系统运动方程式
式中:{}、{x}、{f}分别为系统的加速度列阵、位移列