專利名稱：一種具有均勻振幅的熨平板的攤鋪機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有均勻振幅的熨平板的攤鋪機(jī)，屬于公路建筑機(jī)械技術(shù)領(lǐng)域。
技術(shù)背景
浙青混凝土攤鋪機(jī)是鋪筑浙青路面的專用施工機(jī)械，其作用是將拌制好的浙青混凝土均勻地?cái)備佋诼访娴谆鶎由希⒈ＷC攤鋪層厚度、寬度、路面拱度、平整度、密實(shí)度等達(dá)到施工要求。壓實(shí)系統(tǒng)是浙青混凝土攤鋪機(jī)的核心工作裝置，主要由振搗機(jī)構(gòu)、熨平板、振動器組成，位于攤鋪機(jī)的最后端，是直接完成浙青混合料的攤鋪、初步壓實(shí)和整平的裝置， 其技術(shù)性能直接影響著攤鋪質(zhì)量。
熨平板的振動使鋪層振實(shí)、熨平，提高攤鋪層密實(shí)度，減少壓路機(jī)的壓實(shí)遍數(shù)，對提高路面的表面質(zhì)量有重要作用。隨著攤鋪機(jī)的最大攤鋪寬度越來越大，熨平板的長度相應(yīng)加長，目前熨平板的最大長度達(dá)到了 16米。提高攤鋪寬度，可減少攤鋪次數(shù)，也可減少路面縱向接縫，有利于提高路面質(zhì)量和施工效率。但是當(dāng)熨平板長度增大時，其彈性變形則不能忽略。熨平板自身彈性變形和激振力引起的振動作用相耦合，造成作業(yè)過程中沿?cái)備亴挾确较蜢倨桨迳细鼽c(diǎn)振幅不一致，引起鋪層材料橫向振實(shí)程度不一致，將影響路面的橫向密實(shí)度和平整度。
現(xiàn)有技術(shù)中僅馮忠緒發(fā)明了滿足橫向振動均勻性的熨平板(公開號 CN101649596A,公告號CN201581337U)，通過調(diào)整各段熨平板上振動器偏心軸的長度或偏心距尺寸參數(shù)，使各段熨平板名義振幅相等，以改善熨平板橫向振動振幅的均勻性。該方法主要不足在于所計(jì)算的名義振幅是將各段熨平板作為獨(dú)立振動體，以其上安裝的振動器偏心激振力作為外部激勵，采用單自由度彈簧質(zhì)量系統(tǒng)受迫振動的振幅計(jì)算方法獲得。而實(shí)際攤鋪機(jī)中的熨平板是由各段熨平板通過螺栓連接成的一個整體，相鄰熨平板存在力的相互作用，而且安裝于熨平板上的振搗裝置也將對熨平板產(chǎn)生激振力。因此以上的分析計(jì)算方法過于簡化，不符合熨平板的實(shí)際使用情況。針對目前浙青攤鋪機(jī)攤鋪寬度越來越大的發(fā)展趨勢，該設(shè)計(jì)方法不能滿足熨平板橫向振幅均勻性要求。
因此，針對攤鋪寬度較大的浙青攤鋪機(jī)，必須分析其熨平板的振幅均勻性，并以熨平板上各點(diǎn)振幅差值最小為準(zhǔn)則來設(shè)計(jì)壓實(shí)系統(tǒng)的各設(shè)計(jì)參數(shù)，確保路面橫向平整度。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明主要通過計(jì)算攤鋪機(jī)熨平板上各點(diǎn)振動振幅值，分析熨平板的振幅均勻性，并優(yōu)化配置壓實(shí)系統(tǒng)的各設(shè)計(jì)參數(shù)，設(shè)計(jì)出滿足熨平板上各點(diǎn)振幅差值最小要求和振幅均值要求的攤鋪機(jī)，保證鋪層材料具有預(yù)期的預(yù)壓實(shí)度和平整度。
為達(dá)到以上目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是
攤鋪機(jī)包括由振搗機(jī)構(gòu)、熨平板、振動器組成的壓實(shí)系統(tǒng)，位于攤鋪機(jī)的最后端， 振搗機(jī)構(gòu)包括振搗梁、振搗器驅(qū)動偏心軸、軸承及振搗器軸承座，振搗梁包括主振搗梁和副振搗梁，主振搗梁和副振搗梁通過軸承安裝在振搗器驅(qū)動偏心軸上，振搗器驅(qū)動偏心軸由固定在熨平板箱體上的振搗器軸承座支承，振搗器馬達(dá)驅(qū)動振搗器驅(qū)動偏心軸轉(zhuǎn)動，帶動主振搗梁和副振搗梁做上下往復(fù)運(yùn)動，沿?cái)備亴挾确较虿贾糜腥舾啥握駬v梁，各振搗梁的振搗器驅(qū)動偏心軸通過振搗器聯(lián)軸器相連，熨平板為箱形結(jié)構(gòu)，箱體上方裝有振動器偏心軸和振動器軸承座組成的振動器，振動器馬達(dá)驅(qū)動振動器偏心軸轉(zhuǎn)動，整個熨平板由基本段熨平板和加長段熨平板用螺栓連接而成，各段熨平板的振動器偏心軸通過振動器聯(lián)軸器相連，其特征在于，壓實(shí)系統(tǒng)的主要設(shè)計(jì)參數(shù)采用如下步驟得到
步驟(1)將熨平板、振動器、振搗梁作為剛?cè)狁詈舷到y(tǒng)，熨平板為柔性體，列出熨平板上點(diǎn)的運(yùn)動方程；振搗梁為剛體，列出振搗器軸承座與熨平板連接處的約束方程、振搗梁運(yùn)動方程；
步驟O)根據(jù)步驟(1)中熨平板和振搗梁的運(yùn)動方程，計(jì)算剛?cè)狁詈舷到y(tǒng)的總動能；計(jì)算熨平板彈性變形引起的廣義力；計(jì)算鋪層材料的彈性力、阻尼力以及振動器激振力引起的廣義力，根據(jù)拉格朗日定理列出動力學(xué)控制方程；
步驟(3)采用數(shù)值解法求解步驟( 的動力學(xué)控制方程，計(jì)算出熨平板上各點(diǎn)的振幅；
步驟將步驟( 動力學(xué)控制方程中涉及的設(shè)計(jì)參數(shù)作為設(shè)計(jì)變量，動力學(xué)控制方程對設(shè)計(jì)變量求導(dǎo)數(shù)，列出動態(tài)響應(yīng)對該設(shè)計(jì)變量的靈敏度方程；采用數(shù)值解法求解靈敏度方程，得到熨平板上關(guān)鍵點(diǎn)位移響應(yīng)靈敏度，根據(jù)靈敏度值選定對節(jié)點(diǎn)振幅有較大影響的多個設(shè)計(jì)變量作為優(yōu)化變量；
步驟(5)步驟(4)中的每個優(yōu)化變量取3個水平，通過正交設(shè)計(jì)獲得N組數(shù)值模擬試驗(yàn)方案，即每一組試驗(yàn)方案為優(yōu)化變量取不同水平組合而成。將每組試驗(yàn)方案中優(yōu)化變量的值代入步驟( 動力學(xué)方程，求解后得到該組試驗(yàn)方案下熨平板上各點(diǎn)振幅最大值與最小值之差和振幅平均值；
步驟(6) :N組數(shù)值模擬試驗(yàn)完成后，采用最小二乘法進(jìn)行二次多項(xiàng)式擬合，得到關(guān)于振幅平均值和振幅差的響應(yīng)面函數(shù)；
步驟(7)以熨平板上各點(diǎn)振幅差最小為優(yōu)化目標(biāo)，以滿足平均振幅值為約束條件，對響應(yīng)面函數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，獲得關(guān)于優(yōu)化變量的最優(yōu)值，以對攤鋪機(jī)壓實(shí)系統(tǒng)的各設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，從而得到具有均勻振幅的熨平板的攤鋪機(jī)。
本發(fā)明具有如下的有益效果
通過本發(fā)明的方法，可以計(jì)算熨平板上各點(diǎn)的振幅值，從而對熨平板振幅均勻性進(jìn)行分析；可以對攤鋪機(jī)壓實(shí)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，在保證熨平板振幅均值的前提下有效降低熨平板上最大振幅和最小振幅差值，從而達(dá)到保證路面的橫向平整度和壓實(shí)度的目的。


圖1為攤鋪機(jī)壓實(shí)系統(tǒng)裝配圖的主視圖2為攤鋪機(jī)壓實(shí)系統(tǒng)裝配圖的側(cè)視圖。
附圖標(biāo)記說明
1-主振搗梁； 2-副振搗梁； 3-振搗器驅(qū)動偏心軸；
4-振搗器軸承座；5-振搗器馬達(dá)； 6-振搗器聯(lián)軸器；
7-振動器偏心軸；8-振動器軸承座；9-振動器馬達(dá)；
10本段熨平板；11-加長段熨平板；12-振動器聯(lián)軸器。
具體實(shí)施方式
攤鋪機(jī)包括由振搗機(jī)構(gòu)、熨平板、振動器組成的壓實(shí)系統(tǒng)，位于攤鋪機(jī)的最后端， 振搗機(jī)構(gòu)包括振搗梁、振搗器驅(qū)動偏心軸3、軸承及軸承座4，振搗梁包括主振搗梁1和副振搗梁2，主振搗梁1和副振搗梁2通過軸承安裝在所述振搗器偏心軸3上，所述振搗器偏心軸3由固定在熨平板箱體上的所述振搗器軸承座4支承，振搗器馬達(dá)5驅(qū)動所述振搗器偏心軸3轉(zhuǎn)動，帶動主振搗梁1和副振搗梁2做上下往復(fù)運(yùn)動，沿?cái)備亴挾确较虿贾糜腥舾啥握駬v梁，各振搗梁的所述振搗器偏心軸3通過振搗器聯(lián)軸器6相連，熨平板為箱形結(jié)構(gòu)，箱體上方裝有振動器偏心軸7和振動器軸承座8組成的振動器，振動器馬達(dá)9驅(qū)動振動器偏心軸7轉(zhuǎn)動，整個熨平板由基本段熨平板10和加長段熨平板11用螺栓連接而成，各段熨平板的振動器偏心軸7通過振動器聯(lián)軸器12相連，壓實(shí)系統(tǒng)的主要設(shè)計(jì)參數(shù)具體采用如下步驟得到
步驟(1)將熨平板、振動器、振搗梁作為剛?cè)狁詈舷到y(tǒng)，熨平板為柔性體，采用有限元法對熨平板進(jìn)行離散，沿熨平板長度方向，每隔一定距離取一個節(jié)點(diǎn)，同時熨平板與振動器軸承座連接處、熨平板與與振搗器軸承座連接處、熨平板各段連接處也設(shè)為一個節(jié)點(diǎn)， 相鄰節(jié)點(diǎn)間的熨平板單元作為一個梁單元進(jìn)行處理，慣性坐標(biāo)系選為地面，原點(diǎn)為熨平板的質(zhì)心位置在地面的投影點(diǎn)，動坐標(biāo)系建立在熨平板上，動坐標(biāo)原點(diǎn)選在熨平板的質(zhì)心位置，熨平板第i個單元上任一點(diǎn)P的運(yùn)動方程為
K =r0+u'0+u'f=r0+u,0+N'qf⑴
式中為熨平板第i個單元上任一點(diǎn)ρ的位置矢量；A為動坐標(biāo)系原點(diǎn)在慣性坐標(biāo)系中的位置矢量；<為ρ點(diǎn)在動坐標(biāo)系中的初始位置矢量-yf為ρ點(diǎn)在動坐標(biāo)系中的相對變形量^為動坐標(biāo)系下第i個單元的形函數(shù)矩陣；qf為熨平板的節(jié)點(diǎn)位移向量。
振搗梁為剛體，列出振搗器軸承座與熨平板連接處的約束方程
C(q，t)=0 (2)
式中C為約束方程寫成的矩陣；q為系統(tǒng)的廣義坐標(biāo)，q = [r。qf qJT，其中qr為振搗梁位移向量。由于存在約束，廣義坐標(biāo)不是全部獨(dú)立，將不獨(dú)立部分的廣義坐標(biāo)l·用獨(dú)立部分的廣義坐標(biāo)Cli表示，Cli = [r。qf]T。
對公式⑵的變分得到變分形式的約束方程=Ctl δ q = 0，其中C,為約束的雅可比 dC,矩陣，其元素 。
振搗梁運(yùn)動方程
qrk = {rxpk + r2pk )/2 + e sin(>i + φ,)⑶
式中Qrt為第k個振搗梁單元的位移矢量-/pk為第k個振搗梁的振搗器驅(qū)動偏心軸與安裝在左側(cè)的振搗器軸承座里的軸承的連接處的位移矢量；<為第k個振搗梁的振搗器驅(qū)動偏心軸與右側(cè)的振搗器軸承座里的軸承的連接處的位移矢量；e為主、副振搗梁的振搗器驅(qū)動偏心軸和位于軸承內(nèi)圈和振搗器驅(qū)動偏心軸之間的偏心套所形成的總偏心距；
權(quán)利要求
1.一種具有均勻振幅的熨平板的攤鋪機(jī)，所述攤鋪機(jī)包括由振搗機(jī)構(gòu)、熨平板、振動器組成的壓實(shí)系統(tǒng)，所述壓實(shí)系統(tǒng)位于攤鋪機(jī)的最后端，所述振搗機(jī)構(gòu)包括振搗梁、振搗器驅(qū)動偏心軸(3)、軸承及軸承座G)，振搗梁包括主振搗梁(1)和副振搗梁O)，主振搗梁(1) 和副振搗梁( 通過軸承安裝在所述振搗器偏心軸( 上，所述振搗器偏心軸(3)由固定在熨平板箱體上的所述振搗器軸承座(4)支承，振搗器馬達(dá)( 驅(qū)動所述振搗器驅(qū)動偏心軸(3)轉(zhuǎn)動，帶動主振搗梁(1)和副振搗梁( 做上下往復(fù)運(yùn)動，沿?cái)備亴挾确较虿贾糜腥舾啥握駬v梁，各振搗梁的所述振搗器偏心軸( 通過振搗器聯(lián)軸器(6)相連，熨平板為箱形結(jié)構(gòu)，箱體上方裝有振動器偏心軸(7)和振動器軸承座(8)組成的振動器，振動器馬達(dá)(9) 驅(qū)動振動器偏心軸(7)轉(zhuǎn)動，整個熨平板由基本段熨平板(10)和加長段熨平板(11)用螺栓連接而成，各段熨平板的振動器偏心軸(7)通過振動器聯(lián)軸器(1 相連，其特征在于，所述壓實(shí)系統(tǒng)的主要設(shè)計(jì)參數(shù)具體采用如下步驟得到 步驟(1)將熨平板、振動器、振搗梁作為剛?cè)狁詈舷到y(tǒng)，熨平板為柔性體，列出熨平板上點(diǎn)的運(yùn)動方程；振搗梁為剛體，列出振搗器軸承座與熨平板連接處的約束方程、振搗梁運(yùn)動方程；步驟⑵根據(jù)步驟⑴中熨平板和振搗梁的運(yùn)動方程，計(jì)算剛?cè)狁詈舷到y(tǒng)的總動能； 計(jì)算熨平板彈性變形引起的廣義力；計(jì)算鋪層材料的彈性力、阻尼力以及振動器激振力引起的廣義力，根據(jù)拉格朗日定理列出動力學(xué)控制方程；步驟(3)采用數(shù)值解法求解步驟O)的動力學(xué)控制方程，計(jì)算出熨平板上各點(diǎn)的振幅；步驟將步驟( 動力學(xué)控制方程中涉及的設(shè)計(jì)參數(shù)作為設(shè)計(jì)變量，動力學(xué)控制方程對所述設(shè)計(jì)變量求導(dǎo)數(shù)，列出動態(tài)響應(yīng)對該設(shè)計(jì)變量的靈敏度方程；采用數(shù)值解法求解靈敏度方程，得到熨平板上關(guān)鍵點(diǎn)位移響應(yīng)靈敏度，根據(jù)靈敏度值選定對節(jié)點(diǎn)振幅有較大影響的多個設(shè)計(jì)變量作為優(yōu)化變量；步驟(5)步驟(4)中的每個優(yōu)化變量取3個水平，通過正交設(shè)計(jì)獲得N組數(shù)值模擬試驗(yàn)方案，即每一組試驗(yàn)方案為優(yōu)化變量取不同水平組合而成。將每組試驗(yàn)方案中優(yōu)化變量的值代入步驟O)中的動力學(xué)方程，求解后得到該組試驗(yàn)方案下熨平板上各點(diǎn)振幅最大值與最小值之差和振幅平均值；步驟(6) :N組數(shù)值模擬試驗(yàn)完成后，采用最小二乘法進(jìn)行二次多項(xiàng)式擬合，得到關(guān)于振幅平均值和振幅差的響應(yīng)面函數(shù)；步驟(7)以熨平板上各點(diǎn)振幅差最小為優(yōu)化目標(biāo)，以滿足平均振幅值為約束條件，對響應(yīng)面函數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，獲得關(guān)于優(yōu)化變量的最優(yōu)值，以對攤鋪機(jī)壓實(shí)系統(tǒng)的各設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，從而提高沿?cái)備亴挾确较蛏响倨桨迳细鼽c(diǎn)振幅的均勻性。
2.如權(quán)利要求1所述的具有均勻振幅的熨平板的攤鋪機(jī)，其特征在于，所述設(shè)計(jì)參數(shù)包括包括各段振搗梁質(zhì)量、各段熨平板上振動器偏心軸的偏心質(zhì)量和偏心距的乘積、熨平板截面慣性矩、振搗梁運(yùn)動的初相位角。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種熨平板振幅均勻的攤鋪機(jī)，主要通過計(jì)算熨平板上各點(diǎn)的振幅值，從而對熨平板振幅均勻性進(jìn)行分析；可以對攤鋪機(jī)壓實(shí)系統(tǒng)振動器、振搗梁的設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，在保證熨平板振幅均值的前提下有效降低熨平板上最大振幅和最小振幅差值，從而達(dá)到保證路面的橫向平整度和壓實(shí)度的目的。
文檔編號E01C19/48GK102518026SQ20111041063
公開日2012年6月27日 申請日期2011年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月9日
發(fā)明者馮忠緒, 張錦華, 王曉云, 羅丹 申請人:西安建筑科技大學(xué)