摊铺机宽幅熨平板横向振动特性试验研究

孙志刚��

摘 要：为了研究随着摊铺路面加宽而产生的宽幅熨平板出现的弹性变形问题，针对摊铺机熨平板在加宽之后的弹性体特征进行分析。使用ODS形态、压力分布以及加速度对摊铺机熨平板系统的横向振动特性进行综合评价，提出以压力测试表征熨平板的压实度和平整度的方法。研究结果可为摊铺机熨平板设计与制造提供积极的借鉴。

关键词：熨平板；横向振动；压力分布；ODS

中图分类号：U415.52 文献标志码：B

Experimental Research on Lateral Vibration Characteristics of Wide Paver Screed

SUN Zhi- gang

（XCMG Construction Machinery Co. Ltd.， Xuzhou 221004， Jiangsu， China）

Abstract： In order to study the elastic deformation of wide screed during the paving， the elastic features of the screed after the widening was analyzed. Comprehensive evaluation of lateral vibration characteristics of the screed was conducted with ODS form， pressure distribution and acceleration， and it was proposed to represent the compaction degree and smoothness with pressure test. The research results provide reference for screed design and manufacturing.

Key words： screed； lateral vibration； pressure distribution； ODS

0 引 言

沥青混凝土摊铺机的熨平装置是摊铺机的核心工作装置，它通过两侧的大臂与主机连接。由于路面的摊铺与熨平主要由熨平装置中的振捣机构与振动器完成，因此，路面摊铺质量的好坏在很大程度上是由熨平装置的动力学性能来决定的。随着熨平装置的幅宽和振捣单元的增加，其动力学特性会发生很大变化，弹性特性的变化尤为突出，振动能量输入也更加复杂。目前，国内有关摊铺机熨平装置的研究主要集中在建立熨平装置的数学模型，进行振捣、振动机构的运动学和动力学行为研究，熨平板、振捣梁结构参数以及振动、振捣频率、行驶速度等作业参数的确定等方面[1- 2]。这些分析以多体动力学理论为基础，假定横向上各截面运动同步，忽略横向弹性，因此无法解决在横向上熨平板系统的振动不均匀性以及相邻振捣系统相位的问题。

本文提出以熨平板在工作状态下的振动形态来表征和分析摊铺时的路面平整度和压实度。此外，振捣锤的锤击直接影响了熨平板的压实度效果，如何使用有效的手段来衡量振捣锤的作用成为研究的重点。本文以锤击压力作为指标来衡量摊铺介质能够达到的密实度。

对国内某龙头企业生产的10. 5 m宽幅熨平板系统进行试验研究与分析时，创新性地使用运行变形振型、压力分布来综合分析熨平板的动态分布，提出以熨平板地面压力分布来表征熨平板摊铺质量的好坏。

1 振动形态试验与分析

1.1 ODS理论基础

运行变形振型（Operational Deflection Shape，简称ODS）分析无需测量输入激励力，能更加真实地反应熨平板系统工作状态下的结构响应。由ODS可以获知结构在运行状态下的各个时刻或特定频率下的变形情况。

结构上任意一点i的响应可表达为

根据表1，振捣功率相同时，在相同测试位置，熨平板水平振动惯量与竖直振动惯量相当，竖直方向上振动略高于水平方向。表2表明竖直方向上1#和4#测点的振动均匀性较差。

2 振捣机构压力试验研究

本试验将薄膜式压力传感器置于主振捣锤下方，得到在不同功率下各测点压力的分布，说明振捣机构在不同功率下对摊铺路面的压力水平情况，如图4所示。

图4 压力传感器及布置

图5 振捣机构时域频域压力测试结果

图5表现了激振力在时域和频域上的差异性。可以明显地看出，在低频段，振捣锤对地面的激励力是断续减轻的，覆盖密度比高频段低。此特性可用于对行进状态下振捣机构的转速和行进速度的研究，本文未对此进行深入研究。图6更加清晰地显示了该方向上的峰值压力随着振捣频率的分布规律。

通过对图6的分析可以发现，在低频下，峰值压力较大，具备较强的冲击能量。随着频率的增加，在功率为60%时出现一个极小值，当频率为15. 1 Hz后，峰值压力又逐渐变大。该现象说明，在振捣频率较低时，路面可以完全接受单次振捣锤施加给路面的压力；随着振捣频率的增加，单次接受的能量逐渐

图6 振捣机构压力峰值平均值

减少。同时，随着频率不断加大，在弹性恢复滞后，摊铺介质未完全恢复状态下，路面可接受二次压实，使峰值压力上升。

3 结 语

本文使用ODS分析了熨平板系统在工作状态下的振动形态，首次提出以压力分布的均匀性来评价熨平板系统的压实度以及平整度的方法。进行的试验主要得到以下结论。

（1） 在没有安装撑拉杆情况下，熨平板两端上翘严重，会出现比较大的弹性形变，且随着功率的增加，振动均匀性变差。振动均匀性的差异将直接导致摊铺路面各点压实度出现差异性。

（2） ODS及熨平板振动形态测试分析表明，熨平板与振捣机构相连一侧的腹板动刚度较弱。在模态试验较难完成的情况下，利用工作激励源测试振动形态能够有效地表征系统的模态特性。同时，在激励源复杂的情况下，能够更好地反映结构在工作状态下的动态特性

（3） 压力试验表明，随着振捣速度的增加，振捣锤施加给路面的压力随着频率的增高逐渐降低，先出现极小值，后又上升。

参考文献：

[1] 刘 刚，田跃进，肖翀宇，等.摊铺机压实装置的振动特性[J].中国工程机械学报，2004，2（4）：201- 205.

[2] 许 庆.摊铺机振捣机构压实原理与结构分析[J].筑路机械与施工机械化，2006，23（1）：15- 17.

[3] 冯忠绪，朱林波，王宪雪.摊铺机振捣机构的动力学仿真与参数[J].中国工程机械学报，2009，7（1）：26- 30.

[责任编辑：杜卫华]