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原文传递沥青摊铺机压实系统动力学分析及动态设计

论文题名：	沥青摊铺机压实系统动力学分析及动态设计
关键词：	沥青摊铺机;压实系统;动力学行为;动态设计
摘要：	我国高速公路建设的发展对沥青混凝土摊铺机作业性能提出了更高的要求。摊铺机熨平装置性能的优劣直接决定着摊铺质量，是影响沥青路面压实度、平整度的重要因素。施工应用的摊铺机绝大多数是双振捣梁单振动熨平板式摊铺机，具有高密实度、高平整度和减少压实遍数等优势。但由于其结构复杂，振捣梁在动作时产生的惯性力对熨平板的振动响应造成不良影响，振捣梁惯性力和振动器激振力的合力矩使熨平板工作仰角波动，降低了路面的摊铺质量。随着摊铺机的摊铺宽度越来越大，沿摊铺宽度方向，熨平板的振动响应不一致情况也更加严重，严重影响着摊铺层的平整度。　　目前国内外对摊铺机熨平装置动力学行为的系统研究还比较缺乏，仅有的一些研究都将熨平板作为单自由度刚体处理，未考虑熨平板自身的弹性变形和振动的耦合作用，不能真实反映熨平板的振动响应特性；熨平装置设计过程中也未考虑设计参数导致振动响应的不均匀性。因此，开展熨平装置压实系统的动力学响应及动态设计的研究具有重要理论意义和工程应用价值。　　本文以摊铺宽度为9m的机械加宽式摊铺机熨平装置为研究对象，采用理论研究、数值仿真与实验论证相结合的方法对熨平装置的动态响应特性进行了研究，并将动态优化设计方法应用于熨平装置的设计，提高摊铺机作业性能。　　将熨平板作为两自由度刚体，建立压实系统多刚体动力学模型，研究振捣机构运动对熨平板振动响应的影响，分析了不同振捣梁相位关系引起的熨平板振动响应幅值的变化，确定了振捣梁相位角的推荐值；研究了振动器安装位置与熨平板纵向振动响应均匀性的关系，获得了振动器的较佳安装位置；研究在铺层材料刚度系数较大的情况下，熨平板振动响应的特征以及铺层材料刚度和振动器激振力幅值对熨平板周期运动状态的影响。　　将熨平板作为柔性体，振捣梁作为刚体，基于柔性多体动力学理论建立熨平板、振捣梁的刚柔耦合动力学模型。应用有限元方法对熨平板进行离散化，建立刚柔耦合动力学方程。通过数值模拟，研究熨平板沿摊铺宽度方向上各点的动态响应幅值的分布，以及振动、振捣频率、熨平板质量、刚度和截面惯性矩、振捣梁相位角、振动器偏心轴相位差等参数对熨平板振动不均性程度的影响。通过摊铺机熨平装置实验研究，验证理论分析方法的正确性。分析结果为熨平装置进行动力修改，提高横向振动均匀性提供了参考。　　在以上工作的基础上，通过熨平板关键节点动态响应对各设计参数的灵敏度分析选择优化设计变量；通过响应面方法建立熨平板振幅差值、振幅均值和优化变量间的函数关系；以熨平板振幅差值最小为优化目标，以振幅均值为约束条件进行优化设计，获得了熨平装置较佳动力学参数，大大提高了熨平板横向振动响应的均匀性。　　最后通过对摊铺机样机的实验，研究了振捣梁相位角对熨平板振动响应均匀性以及振动响应大小的影响、振动器安装位置对熨平板纵向振动响应均匀性的影响，以及沿摊铺宽度方向熨平板振动响应的分布特征。实验结果验证了理论研究和数值仿真的正确性。
作者：	罗丹
专业：	机械设计及理论
导师：	冯忠绪
授予学位：	博士
授予学位单位：	长安大学
学位年度：	2012
正文语种：	中文