1緒論1.1研究背景作為施工的主要壓實(shí)機(jī)械之一，該機(jī)械能勝任土方、碎石料及瀝青混合料等多種介質(zhì)的壓實(shí)任務(wù)，道路施工環(huán)節(jié)里，振動(dòng)壓路機(jī)的核心應(yīng)用場(chǎng)景是路面壓實(shí)施工，完成路基土方壓實(shí)與路面穩(wěn)固施工結(jié)構(gòu)的重要施工機(jī)械之一。結(jié)合振動(dòng)壓路機(jī)的系統(tǒng)組成、作業(yè)機(jī)制和振動(dòng)輪功能屬性，可實(shí)施基礎(chǔ)性分類研究，按振動(dòng)輪內(nèi)部機(jī)械結(jié)構(gòu)差異，從工作方式看，振動(dòng)壓路機(jī)有振動(dòng)型、振蕩型和垂直振動(dòng)型三類；振動(dòng)類型可進(jìn)一步劃分為單頻單幅、單頻雙幅、單頻多幅、多頻多幅及無(wú)級(jí)調(diào)頻調(diào)幅等不同形式，從功能角度看，振動(dòng)輪構(gòu)成了振動(dòng)壓路機(jī)的工作主體?；谡駝?dòng)壓實(shí)中的共振理論，有效壓實(shí)要求振動(dòng)頻率調(diào)整至土壤固有頻率附近，各類土壤的固有頻率存在明顯差別，而實(shí)際工程中振動(dòng)頻率多為固定參數(shù)，也就能進(jìn)行選擇的振動(dòng)頻率有限，這不利于在任何時(shí)候、任何地方都取得良好的壓實(shí)效果。這就要求發(fā)展研究振動(dòng)壓路機(jī)振動(dòng)輪變頻技術(shù)，使振動(dòng)壓路機(jī)振動(dòng)輪在各個(gè)土質(zhì)狀態(tài)下能自動(dòng)與土質(zhì)達(dá)到共振而振動(dòng)壓實(shí)的效果最佳。就振幅而言，按照多次沖擊理論，為提升機(jī)械與土層接觸前的動(dòng)量值，需采用高振幅、大質(zhì)量的振動(dòng)輪，按照內(nèi)摩擦遞減學(xué)說(shuō)，避免振動(dòng)輪與土層之間出現(xiàn)脫離，需采用低振幅模式，維持振動(dòng)輪的地面貼合狀態(tài)，實(shí)際作業(yè)中振動(dòng)輪所需振幅有別，按壓實(shí)強(qiáng)度區(qū)分，淺層和深層壓實(shí)作業(yè)所需的振幅大小有別，振動(dòng)壓路機(jī)需采用振幅可調(diào)結(jié)構(gòu)，以適應(yīng)多種施工要求和保證壓實(shí)力度。本文基于振動(dòng)壓路機(jī)振動(dòng)頻率和振幅進(jìn)行優(yōu)化，對(duì)振動(dòng)壓路機(jī)在不同土質(zhì)、不同施工狀態(tài)下能提高振動(dòng)壓路機(jī)的壓實(shí)效率，滿足工程施工要求進(jìn)行研究。1.2國(guó)內(nèi)外壓路機(jī)產(chǎn)品技術(shù)概述與發(fā)展趨勢(shì)從20世紀(jì)30年代起德國(guó)第一臺(tái)振動(dòng)壓路機(jī)問(wèn)世開(kāi)始，伴隨著振動(dòng)壓實(shí)機(jī)理論、振動(dòng)避震材料及高精密滾動(dòng)軸承的發(fā)展，振動(dòng)壓路機(jī)在20世紀(jì)60年代后期迅速席卷全球并被推向多用途、系列化、規(guī)格化方向。20世紀(jì)60年代末，振動(dòng)壓路機(jī)最先應(yīng)用了液壓傳動(dòng)方式，進(jìn)入70年代，國(guó)外產(chǎn)品成熟品牌都實(shí)現(xiàn)了全液壓傳動(dòng)，使壓路機(jī)的行走驅(qū)動(dòng)、振動(dòng)模式、轉(zhuǎn)向控制及制動(dòng)系統(tǒng)形成整體；80年代初期到90年代后期，采用電液比例調(diào)控與伺服控制方案，由此振動(dòng)壓路機(jī)的振動(dòng)幅值及振動(dòng)頻率調(diào)節(jié)更加智能。21世紀(jì)以來(lái)，受電子科技與智能化的影響，振動(dòng)壓路機(jī)向著精準(zhǔn)控制及節(jié)能減排的目標(biāo)邁進(jìn)，BOMAG等品牌推出了振動(dòng)壓路機(jī)振動(dòng)參數(shù)的自動(dòng)閉環(huán)控制系統(tǒng)，使振動(dòng)壓路機(jī)生產(chǎn)逐步步入精確化及能源友好發(fā)展的新階段。2設(shè)計(jì)方案比較振動(dòng)壓路機(jī)激振裝置根據(jù)激振器的安裝方向、振動(dòng)輪的結(jié)構(gòu)型式以及傳動(dòng)力的傳遞型式等進(jìn)行區(qū)分，以激振器與機(jī)架的位置區(qū)分有外部和內(nèi)部，即外振式和內(nèi)振式兩種；振動(dòng)輪的數(shù)量和組合形態(tài)有單輪式、雙振式和擺振式等；以激振力方向和相位的不同區(qū)分有無(wú)方向振動(dòng)、振蕩和垂直振動(dòng)三種，前兩者結(jié)合為定向振動(dòng)（也叫雙軸振動(dòng)）。通過(guò)研究上述各種振動(dòng)配置的壓實(shí)效果、機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜度以及適用工況，為本文最后的內(nèi)振式、雙振、無(wú)向變頻的設(shè)計(jì)方案提供理論依據(jù)。2.1外振式振動(dòng)壓路機(jī)上下雙機(jī)架該設(shè)備采用上下對(duì)應(yīng)的雙機(jī)架系統(tǒng)，采用壓縮式彈簧減振結(jié)構(gòu)連接上下機(jī)架，下機(jī)架承載著激振器主體，當(dāng)振動(dòng)軸帶動(dòng)偏心塊進(jìn)行高速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，由偏心塊引發(fā)的離心力經(jīng)下機(jī)架直接施加于壓輪，帶動(dòng)壓輪同步振動(dòng)。激振器安裝于機(jī)架外，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，檢修及維護(hù)方便，常應(yīng)用在推車(chē)式及小型手扶振動(dòng)壓路機(jī)上。圖2-1外振式振動(dòng)壓路機(jī)2.2內(nèi)振式振動(dòng)壓路機(jī)內(nèi)振式壓路機(jī)采用振動(dòng)輪內(nèi)置激振器設(shè)計(jì)，與輪體回轉(zhuǎn)中心線重合，在振動(dòng)馬達(dá)運(yùn)作期間，振動(dòng)輪所受離心力源自振動(dòng)軸上高速旋轉(zhuǎn)的偏心塊，使它沿著圓周作往復(fù)運(yùn)動(dòng)。因激振部件與輪體結(jié)構(gòu)的結(jié)合，內(nèi)振式結(jié)構(gòu)緊湊，密封良好，技術(shù)成熟，維護(hù)方便，工作可靠，安全平穩(wěn)，成為目前幾乎所有振動(dòng)壓路機(jī)的首選。2.3單輪振動(dòng)壓路機(jī)串聯(lián)單輪振動(dòng)壓路機(jī)是一臺(tái)壓路機(jī)在自身的一個(gè)輪胎上安裝了振動(dòng)組件，另一個(gè)輪胎則用來(lái)前進(jìn)或者引導(dǎo)使用。典型設(shè)備為CA25型輪胎壓路機(jī)，該型振動(dòng)壓路機(jī)采用串聯(lián)單輪設(shè)計(jì)，可采用大型輪胎驅(qū)動(dòng)形式、小型串聯(lián)兩型。大型輪胎驅(qū)動(dòng)串聯(lián)單輪振動(dòng)壓路機(jī)具有功率大、輪胎寬、壓實(shí)效果好以及側(cè)向穩(wěn)定性好等特點(diǎn)，常用于路基基礎(chǔ)的碾壓施工；小型串聯(lián)壓路機(jī)具有身窄、靈活的串聯(lián)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在小型壓實(shí)作業(yè)或城市道路路面維修等方面得到了廣泛的運(yùn)用。2.4雙輪振動(dòng)壓路機(jī)由于振動(dòng)壓路機(jī)比單輪式振動(dòng)壓路機(jī)增加了鋼輪，因而雙鋼輪串聯(lián)振動(dòng)壓路機(jī)比單輪振動(dòng)壓路機(jī)在結(jié)構(gòu)上增加了很多，主要原因是振動(dòng)壓路機(jī)兩側(cè)振動(dòng)輪除了設(shè)置相應(yīng)的激振和減振裝置外，還需要利用驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。典型的CC21型雙鋼輪串聯(lián)振動(dòng)壓路機(jī)，其作用在兩側(cè)的激振力和載荷能均勻地傳遞到前后振動(dòng)輪，具有提高壓實(shí)性能的作用，通過(guò)實(shí)際測(cè)量，雙輪串聯(lián)機(jī)的壓實(shí)土?xí)r比單輪振動(dòng)壓路機(jī)的生產(chǎn)率高約80%，壓實(shí)瀝青混凝土比單輪的高50%。2.5擺振式振動(dòng)壓路機(jī)設(shè)計(jì)中采用雙輪同步振動(dòng)的工作模式，每對(duì)偏心塊在激振器內(nèi)維持特定相位差，采用單根齒形傳動(dòng)帶，同步驅(qū)動(dòng)兩個(gè)偏心塊，維持二者同向相位差的穩(wěn)定性，兩個(gè)偏心塊在離心力驅(qū)動(dòng)下產(chǎn)生相對(duì)位移，導(dǎo)致兩偏心塊出現(xiàn)垂直向相位差，若某偏心塊出現(xiàn)向上的離心力作用，另一偏心塊則形成向下的離心力，1個(gè)偏心塊的振動(dòng)輪離開(kāi)地面，1個(gè)振動(dòng)輪與地面接觸產(chǎn)生擺動(dòng)。在縱向振動(dòng)的條件下，形成2個(gè)振動(dòng)輪前、后方向的擺振運(yùn)動(dòng)。圖2-2擺振式振動(dòng)壓路機(jī)2.6定向式振動(dòng)壓路機(jī)單輪型振動(dòng)壓路機(jī)采用一個(gè)振動(dòng)輪，輪內(nèi)裝有2個(gè)偏心激振器，在一定相位差安裝，從而可以使合成離心力精確地分解出純水平或純豎直分力，通過(guò)對(duì)2組偏心塊相位關(guān)系的改變，機(jī)器可以單獨(dú)產(chǎn)生水平方向或豎直方向的振動(dòng)力，從而使機(jī)器對(duì)路基路面或土體進(jìn)行單方向的加壓，對(duì)于需要單方向強(qiáng)化壓實(shí)力度的情形是有比較優(yōu)勢(shì)的，具有較大的均勻壓實(shí)率以及較高的施工質(zhì)量。2.7本設(shè)計(jì)方案綜合幾種振動(dòng)裝置的工作特征和滑移裝載機(jī)的匹配要求，提出本設(shè)計(jì)采用的內(nèi)振式雙振幅、無(wú)方向激振方式。激振器置于振動(dòng)輪內(nèi)，激振器中心與輪軸同心，結(jié)構(gòu)緊湊可靠；激振幅幅值可切換選擇0.8mm、1.6mm，適用于淺層與深層的壓實(shí)需要；機(jī)械行走驅(qū)動(dòng)的850mm×600mm大質(zhì)量壓輪與強(qiáng)力偏心塊激振器搭配，激振力可達(dá)120kN，保證良好深度壓實(shí)效果，既有良好作業(yè)質(zhì)量，又具有良好的機(jī)動(dòng)性和維護(hù)便利性。因此是滑移裝載機(jī)的屬具化振動(dòng)壓路機(jī)的選擇。

3變頻變幅振動(dòng)論的壓實(shí)原理3.1振動(dòng)壓實(shí)機(jī)理振動(dòng)壓實(shí)是快速、連續(xù)的反復(fù)沖擊，振動(dòng)壓實(shí)能夠?qū)ν翆赢a(chǎn)生足夠的壓力，從而實(shí)現(xiàn)將土體有效壓密。由于振動(dòng)所產(chǎn)生的壓力波在地表以下向下傳播，將土壤顆粒置于振動(dòng)中，能夠減小顆粒摩擦力，將土壤顆粒在振動(dòng)中形成一定密度，當(dāng)形成適當(dāng)壓力及振動(dòng)頻率和振動(dòng)強(qiáng)度時(shí)，在一定條件下，采用較高頻率與振動(dòng)強(qiáng)度可實(shí)現(xiàn)對(duì)混凝土和水飽和砂土等物質(zhì)的振動(dòng)壓實(shí)，在其自身摩擦力消除以后，就可依靠重力讓土體更為緊密地壓實(shí)。要進(jìn)行對(duì)土的振動(dòng)夯實(shí)就必須克服土質(zhì)之間的黏結(jié)力和內(nèi)聚力，而這種力會(huì)對(duì)土的夯實(shí)造成阻力，土質(zhì)中的土粒是通過(guò)毛細(xì)作用黏結(jié)在一起的，因此就會(huì)形成土的表面內(nèi)聚力，顆粒越小，內(nèi)聚力越大，而粘土則是由于受到分子力的影響使得內(nèi)聚力更大。對(duì)土的振動(dòng)夯實(shí)，就要求具備一定的夯實(shí)條件：（1）土顆粒呈現(xiàn)運(yùn)動(dòng)特性，內(nèi)摩擦機(jī)制失效；（2）借助最佳應(yīng)力與內(nèi)聚作用優(yōu)化土壤壓實(shí)過(guò)程。振動(dòng)壓實(shí)的三種學(xué)說(shuō)：按照振動(dòng)共振規(guī)律，從物理機(jī)制看，若振動(dòng)壓路機(jī)頻率匹配土壤的固有頻率，實(shí)現(xiàn)最佳夯實(shí)效果，各類土體的共振頻率呈現(xiàn)差異性分布，所以激振器需要有較大的調(diào)頻范圍。2、重復(fù)擊打理論：利用機(jī)械的較大的接觸前動(dòng)量，使土在往復(fù)振動(dòng)中被反復(fù)夯實(shí)。這就要求機(jī)械的振幅要大，振動(dòng)質(zhì)量要大，以增加機(jī)械的接觸前動(dòng)量。3、振動(dòng)減少內(nèi)摩阻力理論：振動(dòng)使土的內(nèi)摩阻力明顯下降，降低了土的抗剪強(qiáng)度，也便于將土壓實(shí)。振動(dòng)輪要壓住土，應(yīng)保證其頻率、振幅與土的性質(zhì)適應(yīng)。采用振動(dòng)壓路機(jī)進(jìn)行壓實(shí)時(shí)，振動(dòng)輪采用沖擊方式對(duì)地面實(shí)施壓實(shí)時(shí)，地基下方會(huì)有沖擊波生成，振動(dòng)能量以波的形式沿顆粒層級(jí)向下傳遞，當(dāng)振動(dòng)不間斷進(jìn)行，顆粒從靜止?fàn)顟B(tài)進(jìn)入運(yùn)動(dòng)階段，靜摩擦系數(shù)逐步降低為動(dòng)摩擦系數(shù)，與此同時(shí)土體水分含量決定了顆粒的運(yùn)動(dòng)，水分可以在土體顆粒間起到水膜潤(rùn)滑作用，降低摩擦力，從而能夠?qū)㈩w粒填充。振動(dòng)加載期間，顆粒堆積體的初始孔隙逐步塌縮，細(xì)微顆粒占據(jù)粗顆粒間空腔，引起材料比重增大（如圖3-1，圖3-2反映；通過(guò)顆粒緊密接觸提升材料內(nèi)摩擦特性，增強(qiáng)基礎(chǔ)承載能力。圖3-1振動(dòng)沖擊波在土中的傳遞壓實(shí)前壓實(shí)后圖3-2壓實(shí)前、后被壓實(shí)材料顆粒排列狀態(tài)壓實(shí)時(shí)應(yīng)克服材料內(nèi)顆粒的粘附作用、吸附作用等阻力等阻礙顆粒運(yùn)動(dòng)的固有阻力，振動(dòng)壓路機(jī)通過(guò)振動(dòng)參數(shù)和運(yùn)行參數(shù)合理組合，減少材料內(nèi)阻力，以最少的能耗獲得最大壓實(shí)效果。假設(shè)土的壓實(shí)度為E，E是振動(dòng)壓路機(jī)振動(dòng)參數(shù)與運(yùn)行參數(shù)的函數(shù)。（3-1）式中，——壓路機(jī)振動(dòng)輪的線載荷，N/cm；——壓路機(jī)工作振幅，mm；——壓路機(jī)工作頻率（角頻率）；——壓路機(jī)工作速度，m/s。振動(dòng)壓路機(jī)需要較高的線載荷及振幅才能克服土粒的粘結(jié)力、吸附力。提高線載荷會(huì)增大輪重對(duì)地面的正壓力，更易削弱土體抗剪強(qiáng)度；增大振幅意味著顆粒發(fā)生了更大的位移，有利于顆粒間結(jié)合的破壞，土地因此更容易能得到壓實(shí)。振動(dòng)頻率的重要性：若振動(dòng)頻率與機(jī)械-土壤體系的二階固有頻率相當(dāng)，壓路機(jī)振動(dòng)頻率達(dá)到機(jī)土體系第二階固有頻率鄰近值時(shí)，引發(fā)土壤顆粒加速度劇增，內(nèi)摩擦力急劇減小，填隙作用突出，使填土處于“液化”狀態(tài)，對(duì)于沒(méi)有內(nèi)聚力的土（如干燥的水泥、干砂、飽和砂），振動(dòng)可以引起完全壓實(shí)，而黏性土盡管振動(dòng)可以減小內(nèi)摩擦力，但要達(dá)到壓實(shí)目的仍然需要正壓力以及較大的振幅。3.2變頻變幅振動(dòng)壓實(shí)的優(yōu)勢(shì)實(shí)際壓實(shí)作業(yè)中，土壤的顆粒組成、密實(shí)狀態(tài)及質(zhì)地變化會(huì)影響彈性，從而需匹配不同的振動(dòng)頻率與振幅，壓實(shí)效果隨振動(dòng)頻率演變的曲線圖示，結(jié)果詳見(jiàn)圖3-3。圖3-3振動(dòng)頻率和振幅與壓實(shí)效果的關(guān)系從圖3-3可知：當(dāng)激振頻率位于25Hz-35Hz區(qū)間時(shí)，壓實(shí)效果最佳；在該頻段內(nèi)，增大振幅能夠顯著提升壓實(shí)度；頻率過(guò)高會(huì)反而削弱壓實(shí)效果，這是因?yàn)檎駝?dòng)強(qiáng)度過(guò)大時(shí)，振動(dòng)輪會(huì)與地面間歇性脫離，導(dǎo)致表面遭受無(wú)規(guī)律的沖擊或過(guò)度碾壓。這里所指“振幅”為振動(dòng)輪的上、下擺動(dòng)最大距離。振幅增大時(shí)，參與振動(dòng)的質(zhì)量也就越多，壓實(shí)深度越深或?qū)雍裨胶?，反之，壓?shí)層的厚度越大則振幅可以大一些。因?yàn)槌^(guò)一定的振動(dòng)幅度，過(guò)大的能量不能被壓實(shí)層所接受，恰會(huì)適得其反從而使得壓實(shí)后的土體變?yōu)樗缮顟B(tài)。壓實(shí)層較厚時(shí)，起始碾壓振幅要大一些，隨著壓實(shí)度的增大不斷減少振幅，防止反復(fù)松散。

4振動(dòng)輪總成設(shè)計(jì)思路如圖所呈現(xiàn)的是振動(dòng)輪的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，振動(dòng)馬達(dá)的正反轉(zhuǎn)輸出直接轉(zhuǎn)化為振動(dòng)軸的正反轉(zhuǎn)動(dòng)力，振動(dòng)軸兩端各配置一組偏心塊組件，活動(dòng)偏心塊與固定偏心塊配對(duì)形成完整的偏心塊組，振動(dòng)軸對(duì)固定偏心塊實(shí)施周向鎖定；伴隨振動(dòng)軸的正反轉(zhuǎn)切換，可引導(dǎo)活動(dòng)偏心塊實(shí)現(xiàn)雙向旋轉(zhuǎn)，造成偏心距偏移，實(shí)現(xiàn)激振力的輸出。圖4-1本次設(shè)計(jì)振動(dòng)輪結(jié)構(gòu)示意圖1.滾筒2.固定偏心塊3.振動(dòng)軸4,5.墊圈6.軸承座端蓋7.聯(lián)軸器8.支承矩形鋼9.振動(dòng)馬達(dá)10.螺栓11.橡膠減震塊12.振動(dòng)馬達(dá)固定法蘭13,14.螺栓15.滾筒5變頻變幅振動(dòng)輪的總體設(shè)計(jì)及計(jì)算5.1振動(dòng)輪振動(dòng)參數(shù)的討論及確定振動(dòng)性能的關(guān)鍵數(shù)據(jù)體現(xiàn)在振幅、頻率及其產(chǎn)生的相關(guān)振動(dòng)參數(shù)，涉及振動(dòng)加速度及激振力等變量，其中振動(dòng)功率尤為關(guān)鍵，利用該參數(shù)可求得振動(dòng)輪的功率。振動(dòng)功率的大小除了與振動(dòng)參數(shù)有關(guān)外，也與壓實(shí)情況有關(guān)。5.1.1振動(dòng)頻率壓路機(jī)振動(dòng)輪在激振力驅(qū)動(dòng)下表現(xiàn)出受迫振動(dòng)，振動(dòng)頻率f（Hz）、角頻率ω(rad/s)和振動(dòng)周期T(s)按以下公式計(jì)算：（5-1）（5-2）（5-3）式中n——激振器轉(zhuǎn)速，r/min。由上述公式可見(jiàn)，若激振器的轉(zhuǎn)速為n，導(dǎo)致振動(dòng)頻率f相應(yīng)改變，設(shè)計(jì)要求振動(dòng)系統(tǒng)的工作頻率保持在25~30Hz之間，由此推算出激振器轉(zhuǎn)速的有效調(diào)節(jié)范圍為1500-1800r/min，采用轉(zhuǎn)速可調(diào)的驅(qū)動(dòng)軸設(shè)計(jì)滿足振動(dòng)輪變頻需求。以下是振動(dòng)壓路機(jī)工作頻率的典型取值參考：（1）壓實(shí)路基25-30Hz（2）壓實(shí)次基層25-40Hz（3）壓實(shí)路面30-50Hz5.1.2工作振幅和名義振幅振動(dòng)壓實(shí)操作階段，工作振幅表征振動(dòng)壓路機(jī)振動(dòng)輪在施工時(shí)的實(shí)際振幅大小，壓路機(jī)振動(dòng)幅度與土體剛度存在直接關(guān)聯(lián)，考慮到土層剛度屬于隨機(jī)變量范疇，所以其工作振幅是隨機(jī)變化的參數(shù)，基于此在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)重點(diǎn)考察"名義振幅"參數(shù)，即振動(dòng)壓路機(jī)懸空時(shí)振動(dòng)輪未接地情況下的振幅數(shù)據(jù)，名義振幅僅與振動(dòng)系統(tǒng)的有效質(zhì)量及靜偏心距參數(shù)相關(guān)，與施工變量無(wú)關(guān)，名義振幅與"理論振幅"同義。以下為振動(dòng)壓路機(jī)名義振幅的計(jì)算公式：(5-4)式中，——激振器的靜偏心距；——下車(chē)質(zhì)量（振動(dòng)輪質(zhì)量）。本設(shè)計(jì)中，振動(dòng)輪質(zhì)量為11.1t?；谡駝?dòng)輪理論振幅的定義可得，若振動(dòng)壓路機(jī)的質(zhì)量確定后，要改變理論振幅就只能是改變激振器的靜偏心距，靜偏心距是偏心質(zhì)量與偏心距的乘積。壓路機(jī)振幅的理論取值區(qū)間如下，作為參照標(biāo)準(zhǔn)：壓實(shí)路基1.4-2.0mm壓實(shí)次基層0.8-2.0mm壓實(shí)路面0.4-0.8mm壓路機(jī)振動(dòng)輪的上車(chē)與下車(chē)振幅分別為1.7毫米和0.9毫米。5.1.3振動(dòng)加速度校核振動(dòng)輪的振動(dòng)加速度。(5-5)式中，——名義振幅，mm；ω——振動(dòng)角頻率，Hz。振動(dòng)輪加速度的校核范圍：壓實(shí)路面4-7g壓實(shí)基礎(chǔ)5-10g本研究設(shè)計(jì)中，上車(chē)與下車(chē)的名義振幅依次為1.7毫米和0.9毫米，振動(dòng)頻率采用范圍值而非具體數(shù)值，下車(chē)振動(dòng)最大頻率采用26，初步校核采用頻率上限值。根據(jù)計(jì)算分析顯示，振動(dòng)加速度全程未超出路面壓實(shí)的規(guī)定范圍，實(shí)施實(shí)際碾壓施工時(shí)，若將壓路機(jī)的振動(dòng)幅度及頻率設(shè)為最大時(shí)，振動(dòng)強(qiáng)度可能過(guò)強(qiáng)，無(wú)法獲得較好的壓實(shí)效果，而在實(shí)際使用中，這種情況比較少見(jiàn)，根據(jù)壓實(shí)的原理可知，實(shí)際使用中，振動(dòng)壓路機(jī)在壓實(shí)粘性料、混合料、基礎(chǔ)時(shí)通常采用的是低頻高振幅的方法，在壓實(shí)砂土及路面較淺的路面時(shí)通常采用的是高頻低振幅的方法。由此可知，在壓實(shí)施工作面時(shí)，工作頻率最大，振幅要有一定的限度；在基礎(chǔ)層壓實(shí)階段，工作頻段需設(shè)置有效邊界，需在設(shè)備中增設(shè)控制單元來(lái)分別調(diào)整振幅與工作頻段，該控制模塊未整合進(jìn)振動(dòng)輪組件，該環(huán)節(jié)未納入設(shè)計(jì)范疇。現(xiàn)對(duì)兩種不同情況分別計(jì)算其兩組最大值：壓實(shí)路面：的范圍為4-7g由公式5-5，導(dǎo)出帶入頻率最大值，及的最大值，又由，得出即，若頻率升至最大水平，需將振幅嚴(yán)格限制在2.6毫米內(nèi)，上述頻率及振幅的數(shù)值對(duì)應(yīng)為：=26Hz=2.6mm壓實(shí)路基：的范圍為5-10g由公式5-5，導(dǎo)出帶入振幅最大值，及的最大值，又由，得出當(dāng)振幅升至極限值時(shí)，要求頻率始終小于29Hz，相關(guān)頻率同振幅數(shù)值即為：=29Hz=1.7mm綜上，從動(dòng)力學(xué)角度看，這兩組參數(shù)代表了振動(dòng)幅值最大的兩個(gè)臨界點(diǎn)。因此，在后續(xù)校核計(jì)算中只需分別采用這2組數(shù)據(jù)進(jìn)行校核即可。=26Hz=2.6mm和=29Hz=1.7mm5.1.4振動(dòng)壓路機(jī)工作速度和壓實(shí)遍數(shù)振動(dòng)壓路機(jī)進(jìn)行壓實(shí)作業(yè)的速度即為運(yùn)動(dòng)速度，若對(duì)比振動(dòng)壓路機(jī)和靜態(tài)壓路機(jī)，行駛速度對(duì)壓實(shí)效果的制約作用更明顯，振動(dòng)壓實(shí)需要經(jīng)過(guò)中間過(guò)渡階段，將靜止?fàn)顟B(tài)的土壤顆粒轉(zhuǎn)變到運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，過(guò)渡階段時(shí)長(zhǎng)與土壤顆粒間的粘附作用力直接相關(guān)，且關(guān)聯(lián)振動(dòng)壓路機(jī)滾輪的線壓力參數(shù)，也即振動(dòng)輪線荷載較高，轉(zhuǎn)化過(guò)渡期縮短，要突破土壤顆粒的黏聚與吸附阻力，要讓粘土顆粒進(jìn)入振動(dòng)狀態(tài)，一般需進(jìn)行不低于三次的強(qiáng)振動(dòng)處理。若鋪層厚度恒定不變，被碾壓物體能量輸入與碾壓次數(shù)存在線性增長(zhǎng)關(guān)系，速度加快則影響下降，較高的碾壓速度要求匹配更多的碾壓次數(shù)，隨著碾壓速度增長(zhǎng)，振動(dòng)撞擊頻率降低，從而為了達(dá)到同樣的壓實(shí)度，需增加碾壓遍數(shù)，若未達(dá)匹配條件，必須調(diào)整碾壓次數(shù)及其運(yùn)行速度參數(shù)，則不能實(shí)現(xiàn)預(yù)期的密實(shí)效果，選擇恰當(dāng)?shù)哪雺菏┕に俣?，多采?-6km/h的速度范圍，增加作業(yè)頻次與提升碾壓速度無(wú)直接關(guān)聯(lián)，碾壓作業(yè)速度宜設(shè)為3km/h~6km/h，測(cè)試結(jié)果反映，若將碾壓速度由4km/h加快到5至7km/h，需將碾壓次數(shù)提升50%才可維持原壓實(shí)度。5.1.5激振力振動(dòng)壓路機(jī)振動(dòng)輪的激振力：(5-6)激振力越大，壓路機(jī)作用于土體的壓力越大。壓路機(jī)的作用壓力由振動(dòng)輪的動(dòng)輪動(dòng)載以及由振動(dòng)輪傳遞的靜態(tài)軸載組成的靜態(tài)壓力兩部分組成。振動(dòng)力變化趨勢(shì)與振幅增長(zhǎng)及頻率平方變化同步，然而增大振動(dòng)頻率對(duì)提升壓實(shí)度的作用范圍存在明顯局限，故而無(wú)法用單一標(biāo)準(zhǔn)衡量激振力優(yōu)劣。振動(dòng)力僅能用于壓路機(jī)自重及振動(dòng)輪頻率相同的壓路機(jī)的壓實(shí)度的比較。5.1.6振動(dòng)輪的振動(dòng)功率振動(dòng)壓路機(jī)的振動(dòng)功率即其振動(dòng)輪工作時(shí)為克服土壤阻力所消耗的能量。資料檢索可見(jiàn)，工程實(shí)踐中仍缺少可靠的振動(dòng)功率計(jì)算手段，戴納帕克集團(tuán)是按照自己產(chǎn)品的特點(diǎn)，將每類產(chǎn)品做出振動(dòng)功率曲線和整機(jī)功率曲線圖，每次需要在這類產(chǎn)品中開(kāi)發(fā)新系列產(chǎn)品時(shí)，相關(guān)功率可以從該圖上去找。德國(guó)勞森浩森公司有自己的振動(dòng)功率計(jì)算方法，該方法有其優(yōu)劣性，但是經(jīng)過(guò)實(shí)踐考驗(yàn)還是比較可行的。計(jì)算常見(jiàn)的振動(dòng)壓路機(jī)振動(dòng)功率的方法有兩種：一是經(jīng)驗(yàn)公式法，二是理論計(jì)算法。經(jīng)驗(yàn)公式法準(zhǔn)確度差，但是方便，在初步設(shè)計(jì)中估算可以用；理論計(jì)算法較準(zhǔn)確，但是計(jì)算的原理值得懷疑，并且采用此方法會(huì)得到負(fù)的功率值，其說(shuō)明也是令人難以滿意的。對(duì)兩種算法進(jìn)行對(duì)比，以第一種計(jì)算途徑開(kāi)展前期數(shù)值分析。振動(dòng)功率的經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式：(5-7)式中，——振動(dòng)系統(tǒng)消耗功率，W；——振動(dòng)質(zhì)量（振動(dòng)壓路機(jī)下車(chē)質(zhì)量或振動(dòng)輪質(zhì)量），Kg；——名義振幅，mm；——振動(dòng)輪數(shù)量；——頻率修正系數(shù)，見(jiàn)表5-1。表5-1振動(dòng)功率的頻率修正系數(shù)頻率（Hz）25-3031-3536-4041-4546-505.56.577.58該設(shè)計(jì)的振幅和頻率均位于某個(gè)區(qū)間內(nèi)，并非確定數(shù)值，基于5.1.3節(jié)的兩組最大值，對(duì)功率的最大值進(jìn)行計(jì)算。兩組最大值即：=26Hz=2.6mm和=29Hz=1.7mm第一組：當(dāng)=26時(shí)，代入進(jìn)行計(jì)算得：=158730W第二組：=103785W本設(shè)計(jì)采用兩者間更大的數(shù)值作為振動(dòng)輪頻率的功率峰值，即=15.8KW。5.2振動(dòng)輪主要工作參數(shù)的設(shè)計(jì)計(jì)算5.2.1壓路機(jī)的工作質(zhì)量及其分配振動(dòng)壓路機(jī)的結(jié)構(gòu)參數(shù)主要包括工作質(zhì)量，工作質(zhì)量即在設(shè)備油、水、配重、隨車(chē)工具填充到設(shè)計(jì)規(guī)定后，司機(jī)在內(nèi)的綜合重量，工作質(zhì)量的把控力度直接影響壓實(shí)成效與產(chǎn)出能力。若其他參量固定不變，振動(dòng)輪質(zhì)量與小振幅工況下的振幅及對(duì)地作用力呈正相關(guān)，振動(dòng)輪質(zhì)量與沖擊力成正比關(guān)系，這一效應(yīng)在固定振幅時(shí)尤為明顯，夯實(shí)程度增大，統(tǒng)籌兩個(gè)維度才可突破當(dāng)前困境。壓路機(jī)機(jī)架與振動(dòng)輪質(zhì)量比一般要在以下這個(gè)范圍之中：m1/m2=13.9/11.1=1.25=0.8-1.8式中，——機(jī)架質(zhì)量；——振動(dòng)輪質(zhì)量。通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，在振動(dòng)壓路機(jī)當(dāng)機(jī)架（上部重量為13.9t）與振動(dòng)輪重（下部重量為11.1t）之間的比值與1接近時(shí)，具有同時(shí)考慮到對(duì)地面的壓強(qiáng)和沖擊能的優(yōu)點(diǎn)，此時(shí)振動(dòng)壓路機(jī)壓實(shí)效果最好。5.2.2振動(dòng)輪的直徑和寬度當(dāng)振動(dòng)壓路機(jī)振動(dòng)輪的分配質(zhì)量（含振動(dòng)質(zhì)量及上部結(jié)構(gòu)傳遞至振動(dòng)輪的質(zhì)量）維持恒定時(shí)，較寬的振動(dòng)輪會(huì)產(chǎn)生較小的線載荷，壓實(shí)作用向淺層偏移，反之其深度呈現(xiàn)增長(zhǎng)趨勢(shì)。假設(shè)振動(dòng)輪的質(zhì)量分配一致，振動(dòng)輪寬度參數(shù)需設(shè)定合理下限，振動(dòng)輪直徑不可設(shè)計(jì)得太小，若振動(dòng)輪直徑不達(dá)標(biāo)，在道路壓實(shí)階段，被壓材料表面呈現(xiàn)交替凸起條紋，振動(dòng)輪寬度偏窄，實(shí)施路面壓實(shí)作業(yè)期間，易引發(fā)路面裂縫，取值不宜設(shè)置太小，過(guò)高也不可取，要規(guī)避整體機(jī)器的重心過(guò)高問(wèn)題。以下展示兩組算法方案，采用算法二對(duì)算法一的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證。（1）算法一：線載荷的表達(dá)式如下：(5-8)式中，——振動(dòng)輪的分配載荷，N；——振動(dòng)輪寬度，cm。本研究采用單個(gè)振動(dòng)輪作為設(shè)計(jì)對(duì)象，因而不能獲得振動(dòng)輪載荷分配的精確數(shù)據(jù)，故本設(shè)計(jì)采用振動(dòng)輪自重作為計(jì)算參數(shù)，然而該假設(shè)與實(shí)際情況存在偏差。由此，求解振動(dòng)輪的寬度公式：本次設(shè)計(jì)中，該裝置振動(dòng)輪重11.1噸，其重量參數(shù)為111000N。表5.2振動(dòng)壓路機(jī)產(chǎn)品目錄（部分）型號(hào)工作質(zhì)量（t）靜線壓力(N/cm)振動(dòng)輪尺寸直徑×寬度（mm）振動(dòng)頻率（Hz）激振力(kN)振幅(mm)YZ12122631530×213030110～2200.8～1.6YZ14A143201500×2150302851.6YZJ12122581530×2130272451.7DF-YZ14141500×2150322701.6為了使本設(shè)計(jì)更能貼近實(shí)際情況，需查閱上表合理確定振動(dòng)輪直徑與寬度。根據(jù)任務(wù)書(shū)中的要求靜線載荷為760-1050N/cm，按實(shí)際產(chǎn)品的各參數(shù)將靜載荷設(shè)為925N/cm，將靜線載荷代入到振動(dòng)輪寬度的計(jì)算公式中：b采用厘米作為單位，振動(dòng)輪寬度設(shè)計(jì)參數(shù)設(shè)定為直徑的1.1~1.8倍，最終采用70cm作為輪直徑。5.3振動(dòng)輪激振機(jī)構(gòu)5.3.1振動(dòng)機(jī)械激振器的分類及作用原理現(xiàn)在使用的振動(dòng)壓路機(jī)絕大部分采用旋轉(zhuǎn)慣性的激振機(jī)構(gòu)，單軸激振器憑借旋轉(zhuǎn)離心力推動(dòng)振動(dòng)輪圓周運(yùn)動(dòng)，既能造成土顆粒的豎向移動(dòng)，且造成水平向移位，呈現(xiàn)部分揉搓特性，提升壓實(shí)效果，激振器采用簡(jiǎn)單化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，振動(dòng)頻率可通過(guò)油馬達(dá)變速而改變，安裝控制調(diào)整方便，但是對(duì)振幅控制的方法不同，因而激振器也表現(xiàn)出不同的構(gòu)造形式。1.單幅激振器該激振器采用偏心軸旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，也可在振動(dòng)軸上加裝偏心配重塊，詳見(jiàn)附圖4.1，系統(tǒng)僅能維持預(yù)設(shè)的振幅水平。若振動(dòng)輪寬度參數(shù)偏低，通過(guò)兩個(gè)軸承對(duì)整根偏心軸實(shí)施支撐；針對(duì)較寬振動(dòng)輪的工況，利用聯(lián)接軸對(duì)兩偏心塊進(jìn)行串聯(lián)連接，兩套軸承分別對(duì)應(yīng)安裝激振器，安裝階段要維持兩偏心塊的相位角匹配。(a)偏心圓振動(dòng)軸(b)偏心塊振動(dòng)軸圖5-1激振器機(jī)構(gòu)形式2.偏心塊疊加雙幅激振器圖5-2顯示固定偏心塊與振動(dòng)軸采用剛性連接方式，振動(dòng)軸外圈空套著可調(diào)節(jié)的偏心塊，當(dāng)液壓馬達(dá)對(duì)振動(dòng)軸實(shí)施正反驅(qū)動(dòng)時(shí)，可檢測(cè)到兩種偏心質(zhì)量塊與風(fēng)聲的耦合表現(xiàn)，可實(shí)現(xiàn)雙靜偏心距輸出。a）小振幅位置b）大振幅位置圖5-2變更偏心軸旋轉(zhuǎn)方向產(chǎn)生雙振幅機(jī)構(gòu)若振動(dòng)軸按順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，兩偏心塊的靜偏心距以相減方式組合，若振動(dòng)軸按逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)時(shí)，活動(dòng)偏心塊同固定偏心塊的靜偏心距累積，通過(guò)變換振動(dòng)軸轉(zhuǎn)向，無(wú)需變動(dòng)偏心塊質(zhì)量的情況下實(shí)現(xiàn)靜偏心距變化，進(jìn)而達(dá)到對(duì)工作振幅可變的振動(dòng)壓路機(jī)的要求。此類激振裝置的雙幅機(jī)構(gòu)形式多樣，采用圖5-3這類正反轉(zhuǎn)調(diào)幅機(jī)構(gòu)，本次設(shè)計(jì)所采用的正是這種調(diào)幅機(jī)構(gòu)。這種振幅控制器設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，無(wú)需控制儀器操作，很方便，可實(shí)現(xiàn)壓路機(jī)的振幅換檔，并且不會(huì)產(chǎn)生多余的功耗。但是這種激振器僅能夠?qū)崿F(xiàn)兩級(jí)振幅的切換，且振動(dòng)軸需正反轉(zhuǎn)，激振器與振動(dòng)輪無(wú)法持續(xù)同一方向旋轉(zhuǎn)，而且切換振幅時(shí)，擋銷(xiāo)的撞動(dòng)會(huì)產(chǎn)生很大的聲響，多次切換振幅會(huì)損壞零部件。圖5-3C12振動(dòng)調(diào)幅機(jī)構(gòu)示意圖a）順時(shí)針旋轉(zhuǎn)b）逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)1活動(dòng)偏心塊2振動(dòng)軸3擋銷(xiāo)4固定偏心塊6振動(dòng)輪減振支承系統(tǒng)設(shè)計(jì)6.1振動(dòng)壓路機(jī)減振系統(tǒng)的基本原理壓實(shí)效果與振動(dòng)輪沖擊力之間存在直接關(guān)聯(lián)，為提高壓實(shí)效果，工程實(shí)踐中往往要求振動(dòng)輪具備較高的振動(dòng)強(qiáng)度，然而實(shí)施保護(hù)策略可顯著提升機(jī)械元件的耐用度和降低駕駛員受振動(dòng)影響，要求振動(dòng)壓路機(jī)車(chē)架部分的上部盡可能減少振動(dòng)傳遞。所以一般振動(dòng)輪和車(chē)架之間會(huì)裝減振器，以隔離振動(dòng)輪振動(dòng)傳遞。以減小車(chē)架上部振動(dòng)傳遞為設(shè)計(jì)目標(biāo)即為降低設(shè)計(jì)約束條件，這就達(dá)到了實(shí)現(xiàn)減振系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)，即振動(dòng)壓路機(jī)的設(shè)計(jì)目標(biāo)。表6-1減振方式比較減振方式性能結(jié)構(gòu)特點(diǎn)備注橡膠減振1.支持依據(jù)工況需求設(shè)計(jì)多樣化形制；

2.突出的減震與緩沖功能，較大的阻尼耗散能力，通過(guò)共振區(qū)域時(shí)安全性能表現(xiàn)突出；

3.組裝簡(jiǎn)便且體積輕巧，維護(hù)簡(jiǎn)便；

4.受溫度、油質(zhì)、臭氧及陽(yáng)光影響較大，易老化。應(yīng)用廣泛空氣減振1.通過(guò)控制氣壓達(dá)到理想減振效果，操作簡(jiǎn)便；

2.振幅衰減效果欠佳；

3.難以有效傳遞扭矩，無(wú)法有效實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)減振；

4.難以有效傳遞扭矩，無(wú)法有效實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)減振。應(yīng)用局限較多，常見(jiàn)于拖式振動(dòng)輪彈簧減振1.具備穩(wěn)定的機(jī)械特性，可抵御油類侵蝕與高溫影響，

2.可靠的沖擊應(yīng)力分散特性，內(nèi)阻尼偏低，減振效果欠佳，需避開(kāi)共振頻段操作；

3.體積小，易安裝。主要用于振動(dòng)平板，應(yīng)用較少振動(dòng)式壓路機(jī)的振動(dòng)過(guò)程分為以下3種減振器，分別是設(shè)置在振動(dòng)輪和前機(jī)架之間的第一種減振器、設(shè)置在后機(jī)架與駕駛室底板之間的第二種減振器、設(shè)置在駕駛員座椅上的第三種彈性支撐機(jī)構(gòu)。振動(dòng)式壓路機(jī)的振動(dòng)輪為壓路機(jī)核心部件，其振動(dòng)過(guò)程是整個(gè)車(chē)體振動(dòng)的主要激振源，研究顯示第一種橡膠式減振器的減震效果決定著車(chē)輛系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。6.2減振系統(tǒng)總剛度的確定測(cè)定振動(dòng)壓路機(jī)減振系統(tǒng)總剛度可采用兩種不同方式，采用壓路機(jī)-土壤一體化建模的數(shù)值計(jì)算方法，簡(jiǎn)化為"施工機(jī)械-土層"振動(dòng)耦合體系，其頻率響應(yīng)曲線顯示兩個(gè)峰值，該計(jì)算方式屬于典型的雙自由度體系分析方法，采用單自由度振動(dòng)系統(tǒng)模型是分析振動(dòng)壓路機(jī)的計(jì)算手段之一，采用圖6.1的系統(tǒng)圖示，該模型采用單自由度設(shè)計(jì)，該計(jì)算方式屬于典型的單自由度振動(dòng)系統(tǒng)分析方法，兩種方案對(duì)比后得出，此類系統(tǒng)的求解過(guò)程相對(duì)容易，跳過(guò)了土體剛度考量，需要說(shuō)明的是，當(dāng)前設(shè)計(jì)的振動(dòng)輪振動(dòng)僅存在于垂直方向，所以該方法使用單自由度振動(dòng)系統(tǒng)計(jì)算方法。圖6-1一個(gè)自由度的振動(dòng)系統(tǒng)的受力分析在圖6-1中，整個(gè)系統(tǒng)在由交變外力作用激發(fā)的振動(dòng)，產(chǎn)生A的振幅，加速度幅值a表征振動(dòng)強(qiáng)度，因彈簧的能量耗散，質(zhì)量m1實(shí)際獲得的振動(dòng)幅值與加速度值已從A、a調(diào)整為A1、a1，實(shí)際測(cè)得A1和a1，定義τ為輸出振幅A1與輸入振幅A之比，或輸出加速度a1與輸入加速度a之比，因而τ代表振動(dòng)傳遞的效率系數(shù)。(6-1)式中，——傳遞率；——頻率比；——振動(dòng)壓路機(jī)的工作頻率；——圖中數(shù)字模型的振動(dòng)頻率。其中，(6-2)假設(shè)將圖6.1中的基礎(chǔ)視為振動(dòng)壓路機(jī)的下車(chē)，那么，則為振動(dòng)壓路機(jī)減振系統(tǒng)的總剛度，則為振動(dòng)壓路機(jī)的當(dāng)量上車(chē)質(zhì)量。傳遞到壓路機(jī)上的振幅越小，表示減振性能越優(yōu)。減振系統(tǒng)的構(gòu)造主要是應(yīng)對(duì)此問(wèn)題。將式6-2改為如下式：（6-3）據(jù)以往實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)可知，當(dāng)頻率比=5-6時(shí)，一般認(rèn)為可以獲得滿意的消振效果?？捎孟率奖磉_(dá)：其中，頻率比=6，已被認(rèn)為是減振的最佳值。帶入公式5-3中，得出式中，——振動(dòng)壓路機(jī)的上車(chē)當(dāng)量質(zhì)量，由設(shè)計(jì)決定，Kg；——振動(dòng)壓路機(jī)的工作頻率，由設(shè)計(jì)決定，Hz。本方案實(shí)施中，出現(xiàn)兩種顯著振動(dòng)峰值，即=26Hz=2.6mm和=29Hz=1.7mm第二類情況的頻率值偏高，故采用第一組數(shù)據(jù)展開(kāi)運(yùn)算。=128064156.3橡膠減振器的設(shè)計(jì)與計(jì)算橡膠減振機(jī)構(gòu)的主要功能是采用阻尼手段衰減系統(tǒng)振動(dòng)，其工作原理是借助阻尼效應(yīng)把振動(dòng)能轉(zhuǎn)化成熱能實(shí)現(xiàn)耗散，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)減振，借助機(jī)械結(jié)構(gòu)的多類型阻尼（材料/結(jié)構(gòu)/接觸）提升振動(dòng)衰減效果，進(jìn)而增強(qiáng)機(jī)械系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性，由阻尼引發(fā)的介質(zhì)內(nèi)現(xiàn)象，劃入固體內(nèi)阻尼范疇。動(dòng)態(tài)載荷引發(fā)介質(zhì)部分動(dòng)能的熱轉(zhuǎn)化與耗散，其余能量以勢(shì)能形態(tài)駐留于介質(zhì)，除材料因素外，內(nèi)阻尼水平與構(gòu)型設(shè)計(jì)、尺寸比例及施力模式密切相關(guān)，從固體介質(zhì)的物理量出發(fā)，目前仍無(wú)法算得橡膠減振器的內(nèi)阻尼值，唯有通過(guò)實(shí)驗(yàn)途徑才能確定內(nèi)阻尼的相對(duì)參數(shù)集合，從而可以對(duì)阻尼的效果進(jìn)行評(píng)估。6.3.1橡膠減振器的材料橡膠減振器采用兩種不同材質(zhì)，采用天然橡膠作為，另一種則采用丁腈橡膠。（1）該減振器采用天然橡膠材料，機(jī)械性能優(yōu)越，兼具彈性維持特性和耐日光老化性能，天然橡膠的阻尼系數(shù)偏低，經(jīng)過(guò)共振帶時(shí)風(fēng)險(xiǎn)較高，處于共振頻率區(qū)間時(shí)，振動(dòng)壓路機(jī)上部振幅急劇升高，天然橡膠遇油穩(wěn)定性欠佳，橡膠減振器遇油后出現(xiàn)材料變形，故當(dāng)前減振器制造中天然橡膠的用量有限。（2）丁腈橡膠既具備耐油優(yōu)勢(shì)，又擁有可觀的阻尼能力，現(xiàn)階段振動(dòng)壓路機(jī)的減振器普遍由此材料制成，橡膠減振器的截面多采用矩形或圓形設(shè)計(jì)。6.3.2橡膠減振器的幾何形狀（1）該結(jié)構(gòu)減振器在x/y/z軸向的剛度各不相同，便于處理減振系統(tǒng)在x、y、z三個(gè)維度的剛度差異需求，該減振器采用緊湊型結(jié)構(gòu)，支撐大載荷的設(shè)計(jì)靈活性，因此成為非驅(qū)動(dòng)輪減振的優(yōu)選方案。（2）圓形截面減振器展現(xiàn)出與位置變化無(wú)關(guān)的剛度穩(wěn)定性，因此成為驅(qū)動(dòng)輪減振的優(yōu)選方案。本研究采用，采用振動(dòng)輪作為驅(qū)動(dòng)輪的設(shè)計(jì)方案，故而采用圓形截面的減振裝置。6.3.3橡膠減振器的硬度HS對(duì)于減振器來(lái)說(shuō)，橡膠硬度是橡膠的一個(gè)重要性能，若橡膠制品的形狀及尺寸等同，硬度變化必然引起剛度差異，這歸因于橡膠硬度與其彈性參數(shù)、剪切參數(shù)之間的關(guān)聯(lián)性，表5-2列出了橡膠HS硬度同彈性模量及剪切彈性模量的對(duì)應(yīng)關(guān)系，減振橡膠的典型硬度值為35-80HB之間的橡膠材料，其中硬度為40～60HB為優(yōu)選材料，原因如下。減震器結(jié)構(gòu)尺寸確定后，減震器的剛度與其硬度成正比，當(dāng)減震器的剛度無(wú)法滿足要求且不容易改變其幾何尺寸時(shí)，可通過(guò)改變橡膠的硬度HS來(lái)改變減震器的剛度。橡膠設(shè)定的硬度為40-60HB時(shí)，所設(shè)計(jì)的減震器，上下調(diào)節(jié)空間大，能很好的滿足設(shè)計(jì)需求。另外，橡膠材料硬度為40-60HS時(shí)，能夠保證材料強(qiáng)度，還具有高韌性特點(diǎn)。同時(shí)橡膠減震器硬度在40-60HB時(shí)，其與端部金屬板連接強(qiáng)度為3MPa。所以，橡膠減震器硬度為40-60HB。表6.2橡膠硬度HS與彈性模量和剪切彈性模量的對(duì)應(yīng)值HS(MPa)(MPa)/301.3200.2964.45351.5600.3964.23401.8500.4604.02452.1800.5703.82502.5700.7103.62553.0400.8803.43603.6201.1103.26654.3501.3903.12705.3101.7703.00756.3102.1802.90808.0802.8602.826.3.4減振器的幾何尺寸對(duì)于圓形非變徑減振器的幾何尺寸設(shè)計(jì)，可參照公式6-4進(jìn)行：