李孟洵，曹源文,王　榮

(重慶交通大學機電與汽車工程學院，重慶 400074)

ADAMS二自由度振動壓路機驗證分析

李孟洵，曹源文,王榮

(重慶交通大學機電與汽車工程學院，重慶 400074)

為驗證現有振動壓路機-瀝青路面系統(tǒng)二自由度動力學模型的可靠性，運用ADAMS軟件建立瀝青路面、偏心塊、振動壓路機虛擬樣機模型，確定合理路面剛度值，得到振動壓路機位移、速度、加速度響應圖，以及改變路面剛度值后所對應振動壓路機各參數的變化圖.通過分析各參數影響圖形變化趨勢，對比實際情況中各參數的影響，可知該理論研究與實際情況符合，為振動壓路機相關參數的設定提供理論依據．

振動壓路機；ADAMS軟件；虛擬樣機；二自由度；振動加速度

近年來，隨著我國的高速公路發(fā)展迅速，壓實度作為高速公路建設質量的一個重要指標，其檢測技術至關重要[1]．在對壓實度檢測中，研究振動壓路機的振動性能是其中的關鍵，沈培輝等根據振動模式可調壓路機的特點，提出新型壓路機模型，研究了振動輪在不同振動模式下與地面作用的動力響應特征[2]．國內外關于壓路機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，該模型計算簡單，在完全彈性振動理論的基礎上提出；二是馬培新提出的三自由度振動壓路機模型，該模型考慮了前后兩個振動輪振動對機架產生的不同影響；三是五自由度振動壓路機模型；四是七自由度振動壓路機模型[3]．針對三自由度、五自由度及七自由度振動壓路機模型已有相關仿真分析，但這幾種模型結構相對復雜，涉及的參數更加多樣化，給整機分析帶來很大困難.相比較而言，應用較多的二自由度振動壓路機模型仿真分析卻較少.本文以具有普遍性的現有振動壓路機二自由度模型為基礎，運用ADAMS虛擬樣機軟件建立振動壓路機模型，對壓路機各個工作情況進行仿真分析，得到振動壓路機在不同技術參數下的動態(tài)響應，通過參數分析所建立模型，進而驗證二自由度振動壓路機模型的可靠性．

1　振動壓路機動力學模型

目前普遍采用的振動壓路機動力學模型為二自由度線性模型，該模型是由美國學者E.T.Selig和T.S.Yoo根據垂直振動壓路機工作原理，在完全彈性振動理論的基礎上提出的[4]，振動壓路機動力學模型如圖1所示．

圖1中:m1為振動壓路機上車質量；k1為減振器的剛度；m2為振動壓路機下車質量；k2為土的剛度；c1為減振器的阻尼；x1為上車瞬時位移；c2為土的阻尼；x2為下車瞬時位移.

2　基于ADAMS的振動壓路機模型建立

2.1瀝青路面建模

建立瀝青路面模型時，力求模型與真實情形相符．瀝青路面通常是多層體系，較為理想的力學模型應當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，各層之間假設為完全連續(xù)，考慮其軸對稱性，道路結構參數如圖3所示[5-6].

2.2偏心塊建模

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

振動壓路機建模參數采用沃爾沃DD138HF型號壓路機參數．建模過程中進行適當簡化，將發(fā)動機、機架、駕駛室等部分的參數提取定義為一體，但不改變其質量等材料特征[8-9]．在ADAMS中建立模型并進行約束、載荷等條件的施加，得到的振動壓路機模型如圖5所示[10-11]．

3　系統(tǒng)模型仿真與分析

3.1振動壓路機前輪振動響應圖

仿真中，由實測振動壓路機振動加速度信號數據反推出振動壓路機振動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對模型進行仿真[12]．圖6為振動壓路機前輪振動加速度、速度、位移隨時間變化的規(guī)律圖．

由圖6(a)和(b)可以看出，振動加速度與速度沒有特殊仿真效果，與實際測試范圍相符合；由圖6(c)中可以看出，壓實位移向下沉降，開始振動后，振動壓路機向下壓實，振動位移有向下的沉降量，實際壓實過程中，振動壓路機由于自重及振動作用，因此理論與實際情況相符．

3.2參數變化對仿真的影響

3.2.1彈性系數變化對仿真的影響

保持c2=2×105N·s/m及其他參數不變，增大k2=2.47×109N/m對模型進行仿真，將此次仿真曲線與前面仿真曲線放在同一個坐標系下進行直觀比較．圖7中實線表示k2=2.47×109N/m，虛線表示k2=1.12×109N/m，均為前輪振動．

由圖7可以看出，振動加速度、振動速度、振動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壓實過程，隨著瀝青路面剛度增大，壓實沉降量減小，說明瀝青路面密實度增加，與實際壓實情況相符合．

3.2.2阻尼系數變化對仿真的影響

保持k2=2.47×109N/m,c2分別為2.23×105N·s/m和3.58×105N·s/m，對模型進行仿真，圖8分別為振動加速度、振動速度、振動位移響應情況.圖8中：實線表示c2=2.23×105N·s/m,虛線表示c2=3.58×105N·s/m，均為前輪振動．

由圖8可以看出，阻尼系數增大對振動輪的加速度、速度、位移都有影響，且都呈反比的關系，與實際情況相符合．

4　結論

本文以振動壓路機振動加速度與路面壓實度關系研究為背景，以現有的“振動壓路機—瀝青路面”系統(tǒng)二自由度模型為基礎，通過ADAMS仿真分析以驗證目前應用廣泛的二自由度模型的可靠性，取得了以下2點主要結論：1)用ADAMS作出的仿真曲線，分析結果與實際所測得的振動信號差別表現不明顯.由此說明了用該二自由度數學模型進行分析的可行性與科學性，進而肯定其在現實中應用的可靠性．2)在位移-時間曲線圖中能更加清晰直觀地看到振動壓路機隨路面剛度的變化及對路面的不同作用效果，說明用路面剛度反應路面壓實度的科學性，進而說明現實中應用的可靠性，也為振動加速度與路面剛度之間的關系研究建立基礎．

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(責任編輯李寧)

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

重慶市自然科學基金計劃項目(CSTC2011jjA30006)

李孟洵(1991-)，男，碩士研究生，研究方向為機械設計及理論．通訊作者：曹源文(1963-)，女，教授，碩士，研究方向為交通運輸工程.E-mail：270680384@qq.com

U415.52A

1673-4432(2015)01-0018-04