智能化振动压路机振动系统动力学模型研究

论文摘要

随着我国经济的飞速发展,对基础设施建设的力度不断加大,尤其是公路建设的蓬勃发展使得压路机这种重要的筑路机械在现实工作中扮演了越来越重要的角色,压路机是以增加工作介质的密实度为主要用途的施工机械。被广泛用于道路工程、港口机场、水电工程、国防工程、市政及重矿工业区的建设,是交通运输与能源开发的有力技术装备。采用机械进行有效地压实,能够显著地改善基础填方与路面结构层的强度和刚度,提高抗渗透能力和气候稳定性,在多数情况下几乎可以消除沉陷。从而可以提高工程的承载能力和使用寿命,并且大大的减少了维修费用。按照施力工作原理的不同,压路机现已经形成静作用压路机、轮胎压路机、振动压路机和冲击式压路机四大系列,目前正朝着智能化压路机、无人驾驶压路机GPS的智能型压路机方向发展。每一次的技术革新与新型压路机的诞生都离不开对压路机理论模型的研究,本文就是首先通过对动力学模型方程的建立分析,将智能化振动压路机简化为一个质点、两个自由度(水平方向和竖直方向)的动力学模型,讨论质点运动轨迹与各个参数之间的函数关系,研究各参数对运动轨迹的影响。该动力学模型与以往普通压路机动力学模型的根本区别在于同时考虑振动轮竖向振动和水平振动的合成运动,而并非仅考虑振动轮竖向振动。第一个动力学模型是关于“振动轮”的简化,考虑振动轮这一质点的质量,两个自由度的动力学模型;第二个模型的简化是在第一个模型基础上,质点的质量在考虑振动轮质量的同时也把土体的质量也考虑进去,通过建立模型求解振动系统方程,得到质点运动轨迹的解析表达式。最后,利用数值分析方法研究各参数对运动轨迹的影响,并利用Fortran高级程序设计语言编程计算和Origin软件描绘出各参数之间的函数关系曲线,在此基础上分析振动参数对振动的影响;智能化振动压路机质点的动力学模型的研究中,各振动参数( k_x / k_y, c_x / c_y)对振动响应(水平振幅X,竖向振幅Y,周期运动轨迹椭圆半轴a, b及半轴与x轴的夹角α)的影响有:1.参数的改变对振动轨迹的影响明显,但不同参数在不同取值范围内影响程度不同。2.动力学方程可知,当偏转角度在0～90变化区间时,垂直激振力和水平激振力的幅值分别按余弦和正弦规律变化。3.改变振动轮半轴与水平方向夹角α来完成垂直振动向水平振动的改变,从而可以灵活地调整振幅并且实现垂直和水平方向振动的相互组合。调整振动参数可以改变振动轮的运动轨迹,对振动工况的实时监测既提高压实效果具有参考价值,为实现压路机的智能化控制提供了定量依据。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 振动压路机的发展概况
• 1.1.1 智能化振动压路机的发展史
• 1.1.2 国内外振动压路机的研究动向及发展趋势
• 1.2 选题的理论意义与实用价值
• 1.3 本论文研究的主要内容及研究成果
• 第2章 智能化振动压路机振动轮动力学模型
• 2.1 引言
• 2.2 振动压路机振动轮动力学模型的建立
• 2.2.1 振动压路机振动轮模型建立的依据
• 2.2.2 振动轮模型建立的过程
• 2.3 振动压路机振动轮动力学模型的求解
• 2.3.1 振动压路机振动轮动力学模型的求解过程
• 2.4 振动压路机振动轮动力学模型的数值计算与分析
• 2.4.1 振动压路机振动轮动力学模型的数值计算
• 2.4.2 振动压路机振动轮动力学模型的数值分析
• 2.5 小结
• 第3章 智能化振动压路机“振动轮-土体”的动力学模型
• 3.1 引言
• 3.2 振动压路机“振动轮-土体”动力学模型的建立
• 3.2.1 “振动轮—土体”模型建立的理论依据
• 3.2.2 “振动轮-土体”模型的建立过程
• 3.3 振动压路机“振动轮-土体”动力学模型的求解
• 3.3.1 振动压路机“振动轮-土体”动力学模型求解过程
• 3.4 振动压路机“振动轮-土体”动力学模型的数值计算与分析
• 3.4.1 振动压路机’振动轮-土体”动力学模型的数值计算
• 3.4.2 振动压路机“振动轮-土体”动力学模型的数值分析
• 3.5 小结
• 第4章 智能化振动压路机振动系统数值模拟
• 4.1 ANSYS 简介
• 4.2 压路机振动轮模型数值模拟
• 4.2.1 智能化压路机振动轮建模及其计算
• 4.2.2 数值模拟的结果后处理
• 4.3 压路机“振动轮-土体”模型数值模拟
• 4.3.1 智能化压路机“振动轮-土体”建模及其计算
• 4.3.2 数值模拟的结果处理
• 4.4 小结
• 第5章 结论
• 5.1 本文主要研究成果
• 5.2 存在的问题及解决措施
• 5.3 继续研究的方向
• 参考文献
• 附录一 智能化压路机振动轮 ANSYS 建模命令流
• 附录二 智能化压路机“振动轮-土体”ANSYS 建模命令流
• 致谢
• 攻读硕士学位期间的研究成果