郭晨濤

【摘要】隨著我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的不斷提高，各項(xiàng)工程建設(shè)項(xiàng)目在逐漸增多，而在各項(xiàng)工程施工中，尤其是道路施工，壓路機(jī)是不可缺少的機(jī)械設(shè)備，在確保工程能夠更加高效、更加及時(shí)的開展過程中起到了重要作用，為此，壓路機(jī)的質(zhì)量控制顯得非常重要。本文主要基于沖擊式壓力機(jī)的工作原理，對(duì)其參數(shù)設(shè)計(jì)與選擇進(jìn)行了深入探析，希望能夠?yàn)橄嚓P(guān)部門提供一些借鑒。

【關(guān)鍵詞】沖擊式 壓路機(jī) 參數(shù)設(shè)計(jì)選擇 工程施工

隨著我國高速公路建設(shè)的穩(wěn)定持續(xù)開展，大型的堤壩、機(jī)場(chǎng)、港口等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)在日趨完善，同時(shí)也使施工質(zhì)量與施工進(jìn)度的提升成為了必然，沖擊式的壓路機(jī)正是基于這一背景產(chǎn)生的。沖擊式機(jī)型壓路機(jī)沖擊輪以凸輪居多，可分為6、7線弧段。重心的上升或者下降借助的是沖擊輪的滾動(dòng)摩擦，在持續(xù)不斷的滾動(dòng)下能夠產(chǎn)生一定的沖擊力，壓實(shí)就是在這種持續(xù)不斷的沖擊作用下產(chǎn)生的，壓路機(jī)在運(yùn)行時(shí)將更加有效率、更加穩(wěn)定。下面就結(jié)合沖擊式壓路機(jī)的特征對(duì)沖擊式壓路機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)選擇進(jìn)行分析。

一、沖擊式壓路機(jī)概述

沖擊式壓路機(jī)是一種新型拖式壓路機(jī)，重要組成有牽引車與沖擊輪。其工作原理為：沖擊輪中的3-5個(gè)非圓形的拖輪在不斷滾動(dòng)下完成對(duì)路面的壓實(shí)，但其本身并不具有沖擊力，沖擊輪需要借助大型的牽引設(shè)備才能順利工作[1]。沖擊式壓路機(jī)能夠借助牽引車，將非圓形的沖擊輪帶動(dòng)起來，再借助沖擊輪自身的緩沖力與沖擊力實(shí)現(xiàn)遷移或后退，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)水泥路面、路基等壓實(shí)或振搗。其技術(shù)特點(diǎn)有以下幾方面：

通過具體工程顯示，振動(dòng)壓路機(jī)的振動(dòng)碾壓速度是影響壓實(shí)效果的決定性因素之一，而壓實(shí)深度與攤鋪厚度也成為了壓實(shí)效果與施工效率的關(guān)鍵指標(biāo)。一般來說，振動(dòng)壓路機(jī)最優(yōu)的碾壓速度為4-8km/h，與之對(duì)應(yīng)的壓實(shí)厚度為0.4-0.6m。要想使壓實(shí)效果進(jìn)一步提高，提升生產(chǎn)效率，則要適當(dāng)增強(qiáng)土層密實(shí)度，減少出現(xiàn)因?yàn)橥潦淖灾匦?yīng)，引發(fā)沉降變形問題，為此，對(duì)傳統(tǒng)的壓路機(jī)進(jìn)行改良，不斷提高碾壓技術(shù)、方式，才能使碾壓的速度與鋪層厚度增加[2]。沖擊壓實(shí)技術(shù)就是在此背景下產(chǎn)生的，具有壓實(shí)頻率低、振幅高等優(yōu)點(diǎn)，在反復(fù)壓實(shí)過程中能夠增強(qiáng)土方的壓實(shí)效果。比如，一個(gè)20KJ的三邊沖擊壓實(shí)機(jī)，沖擊功能將比振幅高出8倍以上，壓實(shí)深度能夠達(dá)到6m，這種有效的壓實(shí)厚度由原來的振動(dòng)壓實(shí)0.24-0.28m，增加至1.20-1.6m，并且SD沖擊壓實(shí)機(jī)碾壓速度也比壓實(shí)機(jī)高出3倍以上[3]。

沖擊壓路機(jī)產(chǎn)生能量借助的是三邊形或者是五邊形的沖擊輪，能夠?qū)a(chǎn)生的沖擊能量集中到一起，進(jìn)而順利完成壓實(shí)與填料。沖擊式壓路機(jī)應(yīng)用的范圍較廣，比如，水壩、公路、樓房、工廠、住宅區(qū)等，實(shí)現(xiàn)對(duì)廢料、土石、巖土、膨脹土、露天煤層的壓實(shí)等。

二、沖擊輪的工況介紹

（一）幾點(diǎn)假設(shè)

沖擊式的振動(dòng)壓路機(jī)實(shí)現(xiàn)沖擊的方法為：通過其多邊形沖擊輪在待壓路面上不斷滾動(dòng)，滾動(dòng)到一定程度以后就會(huì)引起沖擊。本文在壓路機(jī)原理基礎(chǔ)上對(duì)擬建的假設(shè)做進(jìn)一步分析。

1、需要壓實(shí)的路面為平面，表面沒有凹凸不平整的地方；

2、沖擊輪對(duì)地面產(chǎn)生沖擊的時(shí)間非常短，在完成沖擊以后，能夠轉(zhuǎn)化為壓實(shí)動(dòng)能；

3、牽引時(shí)的速度將處于恒定狀態(tài)下；

4、沖擊輪產(chǎn)生的阻力與阻力力矩值也都是處于恒定狀態(tài)下；

（二）沖擊式壓路機(jī)的具體工作運(yùn)行原理

沖擊式壓路機(jī)的工作原理如下圖1所示，將三邊形沖擊輪中的某一邊作為演示實(shí)例，分析沖擊的全過程，其中，A、B、C、A"是沖擊輪在來回滾動(dòng)中的不同位置的接地點(diǎn)[4]。沖擊輪能夠以順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)行，在運(yùn)行到一定程度以后，A點(diǎn)在經(jīng)過B點(diǎn)以后順利著地，并在運(yùn)行結(jié)束以后轉(zhuǎn)動(dòng)到C點(diǎn)位置處，整個(gè)過程演示了沖擊輪上升方式，這種重力負(fù)載下將使功率增大。而從C點(diǎn)到D點(diǎn)則是沖擊輪重心下降的過程，重力在這一過程下做正功，并推動(dòng)沖擊輪的角速度不斷增加。OC是距離重心最遠(yuǎn)的位置，而OE則是距離重心最近的位置，A"點(diǎn)在接觸到地面時(shí)，則是沖擊的起點(diǎn)。對(duì)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算過程中，A"接觸點(diǎn)的時(shí)間則用 表示，使用沖量定理進(jìn)而得出最大的沖擊力。

圖1 沖擊輪運(yùn)動(dòng)演示

（三）沖擊輪的受力過程

為了使計(jì)算得到簡(jiǎn)化，可以將沖擊輪B點(diǎn)接地轉(zhuǎn)換為C點(diǎn)運(yùn)動(dòng)、重心上升的過程，對(duì)靜態(tài)過程進(jìn)行分析[5]。具體見下圖2所示：

圖2 沖擊輪受力圖

在本圖中， 表示的是支反力作用點(diǎn)；

表示的是牽引力；

表示的是沖擊輪重力；

表示的是路面支反力；

表示的滾動(dòng)阻力；

表示的是轉(zhuǎn)動(dòng)角速度； 是重力力臂； 表示的是重心高度。

沖擊輪可以運(yùn)動(dòng)到不同的位置處，分為兩種不同的牽引力，分別是牽引力臂與重力力臂。在力矩平衡關(guān)系下，能夠?qū)Σ煌臓恳M(jìn)行設(shè)置。

三、沖擊式壓路機(jī)存在的參數(shù)關(guān)系

要想進(jìn)一步明確沖擊式壓路機(jī)中的各項(xiàng)參數(shù)關(guān)系，就要首先對(duì)符號(hào)進(jìn)行定義， 為沖擊輪繞輪軸O的轉(zhuǎn)動(dòng)慣性量； 是重心速度； 表示的是沖擊輪質(zhì)量；平均沖擊力由 表示， 為沖擊輪過D點(diǎn)，并且與輪軸軸線轉(zhuǎn)動(dòng)慣量保持平行。 表示的是沖擊地面時(shí)瞬間產(chǎn)生的角速度，最后， 表示的為沖擊動(dòng)能[6]。

在明確了上述參數(shù)關(guān)系以及各部分的組成以后，就能夠具體分析沖擊能量與沖擊輪間的邊數(shù)關(guān)系。

（一）能量與邊數(shù)參數(shù)間的關(guān)系

沖擊輪的C點(diǎn)位置在接地以后，將使重心出現(xiàn)突然的升高；而A接地以后，則對(duì)重心產(chǎn)生作用，使重心出現(xiàn)偏移。如果沖擊輪的C點(diǎn)接地以后，將造成重心偏高；而如果A點(diǎn)接地，則使重心降低。將重力零勢(shì)能面用沖擊輪重心最低點(diǎn)所在的平面表示，沖擊輪的轉(zhuǎn)動(dòng)能量可以設(shè)為 、將動(dòng)能的平均值設(shè)置為 ，而 則表示重力勢(shì)能，具體公式如下所示：

以上公式能夠得出，壓路機(jī)的角速度為O時(shí)，表示已經(jīng)完成了沖擊運(yùn)行，沖擊能量的公式表示為：

如果沖擊輪的邊數(shù)增加，壓路機(jī)的總體沖擊能量將大大削弱；但如果邊數(shù)增大，則會(huì)觀察到，沖擊輪的外部輪廓呈現(xiàn)圓形，在充分考慮到這種變化以后，再次變?yōu)閳A形時(shí)，將不再產(chǎn)生沖擊能量。在完成以上內(nèi)容的分析以后，通過下圖3能夠更為清楚的了解到能量與輪邊數(shù)間的相互作用關(guān)系。

圖3 沖擊瞬間能量與輪邊的關(guān)系

（二）牽引速度與沖擊力之間的關(guān)系

將沖擊輪的一個(gè)邊作為沖擊過程的演示實(shí)例，我們能夠發(fā)現(xiàn)，D點(diǎn)在沖擊過程中逐漸成為了運(yùn)動(dòng)沖擊，在這種條件下會(huì)出現(xiàn)均衡沖擊力，并與線段保持垂直， 能夠與線段 保持垂直關(guān)系，動(dòng)能定理下的公式如下所示：

最終能夠得出：

因?yàn)?與V存在正比關(guān)系， 的增大下，V也將增大，由此，在 恒定下，則能夠顯示出牽引速度與沖擊力的關(guān)系。具體見下圖所示：

圖4 牽引速度與沖擊力間的關(guān)系

（三）沖擊輪邊數(shù)與牽引力上存在的關(guān)系

通過圖2可以了解到， ， ，如果沖擊輪的邊數(shù)增大，則 將進(jìn)一步增大， 反而會(huì)減少， 是不良量；進(jìn)而，牽引力在這種關(guān)系上也會(huì)隨之降低。這種變化與人們的直觀認(rèn)識(shí)相符合，在沖擊輪外表呈圓弧狀時(shí)，牽引力達(dá)到了最小值。

結(jié)束語：

通過對(duì)以上沖擊式壓路機(jī)各項(xiàng)參數(shù)關(guān)系的分析，在沖擊式壓路機(jī)參數(shù)設(shè)計(jì)選擇的分析基礎(chǔ)上，我們能夠了解到，因?yàn)楣こ檀嬖诙鄻有砸约皦郝窓C(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上的復(fù)雜性，其參數(shù)選擇與設(shè)計(jì)比假設(shè)下的設(shè)計(jì)有更大的難度。設(shè)計(jì)過程中需要考慮的難點(diǎn)有：如果壓路機(jī)產(chǎn)生了較大的沖擊力，則要對(duì)相關(guān)零部件提出更高的穩(wěn)定性與強(qiáng)度要求；壓路機(jī)的沖擊輪與壓路機(jī)身存在一個(gè)緩沖的機(jī)構(gòu)；要合理選擇牽引機(jī)，進(jìn)而滿足運(yùn)行速度與牽引力間的關(guān)系。

參考文獻(xiàn)：

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