单钢轮振动压路机振动液压系统动态特性联合仿真_闫庆尧.pdf
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1、 年 月第 卷 第 期机床与液压 .:.本文引用格式:闫庆尧,沈振宗,崔成全,等单钢轮振动压路机振动液压系统动态特性联合仿真机床与液压,():,():收稿日期:基金项目:国家自然科学基金青年科学基金项目()作者简介:闫庆尧(),男,高级工程师,主要研究方向为道路施工技术与管理。:.。单钢轮振动压路机振动液压系统动态特性联合仿真闫庆尧,沈振宗,崔成全,吕文龙,姚运仕,唐正(.山东高速工程建设集团有限公司,山东济南;.长安大学,陕西西安)摘要:为研究实际压实工况下钢轮振动、振动液压系统压力和驱动扭矩随压实度变化的动态特性,利用 建立柔性体路面模型,在 中进行钢轮路面刚柔耦合动力学建模,通过 与 建
2、立单钢轮振动压路机振动液压系统联合仿真模型,进行不同压实度时的压实仿真。结果表明:仿真模型准确,随着压实度的增大,钢轮振动容易出现二倍频,发生跳振,振动液压系统平稳压力减小,起振时间缩短,驱动扭矩减小。关键词:液压系统;振动压路机;联合仿真;压实度;柔固耦合中图分类号:.,(.,;.,):,;,:;前言单钢轮振动压路机主要用于基层压实,目前普遍的驱动方式是全液压驱动,其振动液压系统能够驱动激振器旋转并产生离心力,进而带动钢轮振动,实现压实过程。目前检测压路机压实质量的常规手段是进行试验场试验,每进行一次压实,级配土的弹性参数就会发生变化,路面刚度变大,然而试验需要人工或机器反复翻动级配土,费时
3、费力,试验可重复性较差,整个试验周期较长。因此,可通过计算机仿真软件建立压路机路面压实作用仿真模型,弥补试验场试验的不足。振动液压系统液压参数在压实过程中呈现出动态变化的特性,可以反映当前压实过程质量的好坏。本文作者以国产某 全液压单钢轮振动压路机为原型,利用 建立了柔性体路面模型,在 中建立了钢轮路面刚柔耦合动力学模型,在 中 建 立 了 振 动 液 压 系 统 模 型,进 行 了 联合仿真。同时,考虑了每遍压实后的压实度不同,通过改变路面弹性参数建立了不同压实度下的路面,研究了压实度对钢轮振动、振动液压系统和驱动扭矩的影响。柔性体路面建模真实环境中的压实路面是受压可变形的,路面由级配土组成
4、,需要对路面模型进行柔性化以反映真实的路面作用情况。在 中对路面进行柔性体建模的步骤如下:()导入外部建立好的路面模型(文中所用的路面尺寸为 .,格式为.);()设置单元类型为 和;()设置路面材料属性(验证模型正确性时使用的参数为:弹性模量.,密度.,泊松比.);()划分六面体网格;()设置 实常数;()在不受压的 个面中心位置建立关键点,赋予 单元;()对不受压的 个面建立刚性区域;()导出.柔性体模型。土壤模型只用来加强仿真效果,不对应力传递进行研究,因此选择相对较大的网格高度来提高仿真模型计算速度。网格划分可根据下式选取:|()()式中:为单元高度,;为波长,;为土体剪切模量,;为土体
5、密度,;为最大振动频率,。由于真实环境下每一遍压实后的压实度不同,可通过改变材料密度、弹性模量和泊松比来表征不同压实度的级配土。柔性体路面模型如图 所示。图 柔性体路面模型.钢轮路面刚柔耦合动力学建模在 中对钢轮和柔性体路面模型进行刚柔耦合动力学建模,如图 所示。根据实际工况下的压路机运动状态建立运动副、约束及作用力:()激振器与钢轮,旋转副;()钢轮与机架,旋转副;()机架与路面,平行约束;()路面不受压侧,固定副;()活动偏心块与激振器,接触力;()钢轮与地面,接触力;()钢轮与机架,轴套力(用于模拟减振块减振作用)。另外,需创建 和 两个状态变量,分别表示激振器转速与转矩,并对激振器与钢
6、轮之间的旋转副设置旋转驱动,驱动函数为 状态变量值。将 作为输入信号、作为输出信号,创建 .文件作为 与 的联合仿真接口。图 钢轮路面刚柔耦合动力学模型.振动液压系统建模与联合仿真单钢轮振动压路机振动液压系统主要由发动机、液压传动系统和振动轴承组成,其中液压传动系统包括液压泵、补油系统、压力切断阀、冲洗阀和马达等液压元件。由于 中没有斜盘式轴向柱塞变量泵模型,因此需要使用 库进行斜盘式轴向柱塞变量泵的建模;发动机模型通过 元件建立,此元件可以通过输入参数建立转矩与转速的关系;用 库建立振动轴承模型,将振动轴承计算所需的公式改写成函数即可。振动轴承的计算摩擦阻力矩公式为 ()()()()式中:为
7、运动黏度,;为转速,;、为摩擦阻力矩系数;为径向力,。振动轴承径向载荷按 集团给出的计算公式进行计算,如式()所示:()()式中:为应用场合系数;为偏心质量,;为钢轮质量,;为偏心距,;为转动角速度,;为轴承数量。联合仿真需选择一种软件为主控软件,将另一软件的计算结果导入主控软件进行仿真,并且两个软件的编译器要设置相同,一般以模型较为复杂的软件为主控软件。本文作者以模型较为复杂的 为主控,将 生成的 文件导入,选择 编译器,在 中 模块输入和输出侧各加一个增益 进行单位转换。振动液压系统联合仿真模型如图 所示,液压主要参数如表 所示。第 期闫庆尧 等:单钢轮振动压路机振动液压系统动态特性联合仿
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