压路机振动轮结构优化设计.ppt

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1、YZ18压路机振动轮结构优化设计,机械0909,第一章 压路机的压实原理,振动压路机施工工程施工的重要设备之一，用来压实各种土壤、碎石料、各种沥青混凝土等。压实原理可分为：共振学说、重复冲击学、内摩擦减少学说。,（1）土的共振学说,根据物理学里，如果被压实土的固有频率和激振机构振动频率相一致，则振动压实能得到最好的结果。但在各种土及一种土的是挤压式过程中，土的固有频率是变化的，因此激振机构的频率就必须有一个较大的调节范围。,（2）重复冲击学说,利用振动在土上所产生的周期性的压缩运动作用，使土压实，为此就需要增大机械在与土接触前一瞬间的动量，这就需要使机械具有大振幅和增大振动部分的质量。,（3）

2、内摩擦减少学说,土的内摩擦因振动作用而急剧减小，使剪切强度下降到只要很小的符合就能很容易进行压实，为此，就需要使压轮在振动过程中始终保持着和土的接触，即土的振动频率、振幅与压轮的频率、振幅相同，就能得到最好的压实效果，在这种情况下，振动压轮传递给土的纯粹是振动能量，为了使压轮达到这样一种工作状态，就必须使振幅很小使它不脱离地面。,第二章振动系统的组成,振动压路机的振动系统由激振机构、振动轮、减振器、驱动板及振动机架组成。（1）激振机构：激振机构是振动压路机产生振动的力源。现有振动压路机上的激振机构，都是由支撑于振动轴承上的振动轴带有偏心块振子构成，振动轴高速旋转时偏心振子所产生的离心力就是振动

3、压路机的激振力。（2）振动轮：振动轮由钢板卷制的轮圈和辐板焊接成。,（3）减振器：减振器用于连接振动轮鱼机架或连接振动轮与驱动轮，起到减振作用。目前振动压路机上大都使用承受剪切力的橡胶减振器，因为橡胶块的弹性滞后和阻尼，不仅会影响振动轮的振幅大小，而且使橡胶块发热导致橡胶老化和产生裂纹。（4）驱动板：驱动板用于将驱动油马达的转矩通过一组减速器传递给振动轮，以驱使振动轮能自行走。当振动轮为压路机的被动轮时，无此驱动轮。,第三章 激振器的设计,一、确定激振型式 采用双振幅的两端支持振动轴，其中间安装偏心块的激振型式。二、偏心块的结构 偏心块分为固定块和活动块三、确定振幅和频率 通过前人的实践证明：

4、压实厚铺层路基，选择低振动频率（2530Hz）和高振幅（1.52mm）可以获得较大的激振力和压实作用深度，提高作业效率。,对薄铺层路面进行振动碾压，则应选择高频率（3350Hz）和低振幅（0.40.8）组合，这样可以提高单位长度上的冲击次数，提高压实质量。碾压沥青路面时，若压实层超过100mm，则应选用高振幅（1.0mm）压实。所以这次设计要求能对路基、次路基进行压实作业的要求，选取的震动频率为2832Hz，振幅为1.22mm。名义振幅为2.01.2mm 振动频率为32Hz28Hz,四、确定偏心块尺寸 已知振动轮的振动频率为f=28/32,双振幅A=2.0/1.2，振动轮的参振质量可以估计出为

5、=7500。其中固定偏心块（两块）的尺寸（mm）取=230，=130，=60，=60，=60，活动偏心块的尺寸（mm）取=230，=130，=65，=30，=30，选用振动轴承的尺寸351322E（110X240X137mm),通过以下公式可以得到符合设计要求的振幅：,五、计算振动轴上的作用力P和转矩T 六、校核振动轴的强度 七、计算振动轴承的工作寿命（取C=1290000N）,六、确定滚轮的尺寸 若当振动轮分配质量相同时，振动轮的宽度不可取得过小，同样，振动轮的直径也不可缺的过小。如振动轮直径过小，进行压实作业时，振动轮前方就会出现“波纹”。如轮宽过窄，在压实路面时，会使路面产生裂纹。不仅取

6、值不能过小，也不能过高，要避免整机的重心过高。,因此滚轮的尺寸范围：现有结构振动压路机的滚轮宽度一般大于滚轮直径的1.11.8倍，为了保证振动压路机在坡道上的近路边工作的稳定性，滚轮的宽度应不小于滚轮半径的2.42.8倍。,第四章双频双幅振动液压回路设计,一、压路机振动液压传动的要求 压路机的震动是由偏心块激振器的旋转产生的。激振器高速旋转产生很大的离心力，使压路机振动轮在地面上产生为正弦波的连续震动或振荡。这种离心力载荷在工作过程中约有5%10%的波动，大致上为不变的连续负荷。因此应使用恒转矩输出特性的液压传动系统驱动激振器旋转，并且能实现振动的调幅调频以调节压路机激振力的大小，还应该使压路

7、机行走换向时不产生震动以避免过压实。另外，最好是压路机往返行走压实都能保持激振器的旋转方向与振动轮旋转方向保持一致，以减小压实作业过程中振动轮的附加滑移。,压路机震动对其液压传动系统提出如下要求：（1）操作方便（2）液压马达能换向（3）转速可调（4）连锁功能（5）耐振性能好（6）具有过载保护,振动液压回路,行走液压回路,第五章减震器设计,减震器的作用：振动压路机的工作装置在振动压实时，出现了一个问题的两个方面。一方面是振动轮对被压实材料的冲击力越大，压实效果越好，所以从振动压路机的压实功能讲，希望振动轮能产生强烈的振动为好。但从另一方面讲，强烈的振动有损于机器零件的使用寿命和司机的身体健康，因

8、而又希望振动压路机上车的振动越小越好。为了解决这个矛盾，振动压路机上使用减振器将振动轮的振动吸收与隔离，以便使传递到上车的振动能量尽量的小，特别是司机座椅上的振动不至于影响人体健康。这就是在振动压路机上设置减振系统的目的。,减震器的类型：振动压路机减振系统可能采用的减振器共有三种：钢丝螺旋弹簧减振器、空气组合弹簧减振器、橡胶减振器。由于橡胶减振器与其它两种相比具有明显的优越性，所以目前绝大多数振动压路机的减振系统都采用了橡胶减振器。,减震器的材料：振动压路机上通常使用的橡胶减振器材料有两种，一种是天然橡胶，另一种是丁晴橡胶。天然橡胶制成的减振器加工制造方便，耐日性能较好，有良好的综合机械性能及

9、弹性稳定。但天然橡胶的阻尼较小，工作频率通过共振区不很安全，使得振动压路机上车的瞬时振幅很大。另外，天然橡胶的耐油性能差，当减振器触及油污后易发生变形，从而失去了弹性。因此，天然橡胶制造的减振器只在早期的振动压路机上使用过，目前已被淘汰了。丁晴橡胶与天然橡胶相比，有着良好的耐油性与耐热性，并且有较大的阻尼，是良,第六章ansys分析,对于偏心块的结构优化法案：最初想通过设置偏心块的基本尺寸为设计变量、转速和激振力为状态变量、偏心块的质量为目标函数，但考虑到偏心块质量一旦改变可能会导致偏心块厚度的改变从而改变的偏心质量，最总会导致计算出来的实际振幅不符合设计当初设定的名义振幅，又由于将近设计末期

10、。所以经考虑不对偏心块进行优化，只对设计出来的偏心块进行ansys的分析，验证设计出来的偏心块是否能承受所计算出来的六万的激振力。,通过以上应力分布图、径向变形图、位移矢量图的分析，其最小变形量为-0.0023m，最大变形量为0.0026m,且振动轴的直径是有偏心块内孔径决定的，又因为从应力分布图可以看出轴应力分布很均匀，且从径向变形图、位移矢量图可以看出，在轴中端90的完全没变形，所以对振动轴进行结构上的优化，将原本是一根振动轴的结构，从轴中端90处将其一分为二，两轴之间采用凸缘联轴器连接。同时可以对其进行淬火处理，提高轴的表面层的高强度、高硬度，从而减小振动轴的变形量。轴肩处，用R=2mm的过渡圆角来代替直角，以减小应力集中。改变后的振动轴从分为左右两根振动轴。,