陳 毅

(河北石油職業(yè)技術(shù)大學 汽車工程系,河北 承德 067000)

熱再生瀝青路面養(yǎng)護車是高速公路和各等級公路施工養(yǎng)護的主力裝備之一,是公路養(yǎng)護機械化和智能化的關(guān)鍵設(shè)備。而雙軸攪拌器作為路面養(yǎng)護車的關(guān)鍵設(shè)備,負責將滾筒排出的瀝青混合料再進行充分的攪拌并進行輸送,最終傾卸到路基上進行壓實作業(yè)。瀝青混合料進入攪拌器以后,攪拌器在攪拌過程中,同時推動瀝青混合料往車后移動,其中攪拌軸所承受的軸向力和徑向力比較大,在工程實踐中容易發(fā)生頻率共振和疲勞破壞,所以對攪拌軸進行模態(tài)頻率分析具有很大的工程實踐意義[1]。

1 攪拌軸有限元模型

如圖1 所示,瀝青混合料雙軸攪拌器主要由攪拌器箱體、攪拌葉片和攪拌軸等組成。如熱再生瀝青路面養(yǎng)護車在施工作業(yè)中,邊行走邊進行路面養(yǎng)護作業(yè),雙軸攪拌器攪拌的工作頻率和汽車行走以及發(fā)動機的工作頻率在理論上存在共振的可能性,這樣對整車和攪拌器是非常不利的,嚴重的時候可能造成損壞,甚至于影響駕駛員的舒適性。該雙軸攪拌器的兩根攪拌軸總體上采用方軸結(jié)構(gòu),給安裝攪拌葉片帶來方便,攪拌葉片通過螺栓聯(lián)結(jié)固定在攪拌方軸上。攪拌軸的三維有限元模型如圖2 所示,其中網(wǎng)格單元總數(shù)23 031 個,節(jié)點總數(shù)36 814 個,單元大小10.7 mm。

2 攪拌軸頻率分析參數(shù)

攪拌軸設(shè)計是在圓周的基礎(chǔ)上銑出每個葉片的安裝固定平面,兩端留出軸承安裝孔位,其中一根軸要和驅(qū)動電機相聯(lián),主動軸通過齒輪傳動驅(qū)動從動軸轉(zhuǎn)動。其中攪拌軸的材料物理參數(shù)和模態(tài)分析用到的參數(shù)見表1。

表1 攪拌軸參數(shù)

模態(tài)分析是經(jīng)典動力學分析(包括諧波響應力分析、瞬態(tài)動力學分析及頻譜分析等)的基礎(chǔ),其標準定義是將線性振動微分方程組中的物理坐標變換為模態(tài)坐標系,聯(lián)立方程組求解,成為一組模態(tài)和模態(tài)參數(shù)描述的獨立方程組,以便求出系統(tǒng)的模態(tài)方程參數(shù),利用模態(tài)分析矩陣進行坐標系變換,矩陣的每一列為模態(tài)振型[2]。對于模態(tài)分析方程,其中振動頻率ωi和模態(tài)參數(shù)φi是利用下面的方程求解得出的。

3 攪拌軸的模態(tài)分析

本文利用Solidworks 仿真分析模塊中的Simulation 模態(tài)分析軟件對雙軸攪拌器的攪拌軸進行模態(tài)分析。該模態(tài)分析是帶載荷的頻率分析,在攪拌軸兩端固定,葉片安裝位置在攪拌過程中受力情況下的振型圖,取攪拌軸的前六階固有頻率,模態(tài)分析得到的各階振型如圖3 所示、各階固有頻率如表2 所示。

從攪拌軸的前六階振型圖3 可以看出,第一階和第二階振型圖主要在中間和兩端出現(xiàn)彎曲振動,變形最大的為攪拌軸的中部,第三階和第四階振型圖主要在兩端大約1/4 和3/4 處出現(xiàn)彎曲振動,同時在該兩處位置變形也最大,第五階和第六階振型圖主要在中間和兩端出現(xiàn)彎曲振動,整體形成兩個S 彎曲變形,主要是出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)振動和彎曲振動以及彎扭耦合組合振動[3]。前六階振型圖中頻率最小的是一階振型,頻率為267.57 Hz,頻率最大的是六階振型,頻率為1 366.5 Hz。其余第一、二階頻率、第三、四階頻率、第五、六階頻率兩兩相差很小,相差很小的這幾階固有頻率屬于危險共振頻率范圍,在生產(chǎn)和工作時應盡量避開發(fā)生共振[4]。

表2 各階固有頻率

4 總結(jié)

本文通過對車載雙軸攪拌器的結(jié)構(gòu)和工作原理分析,重點對攪拌軸進行了有限元分析和模態(tài)分析,并根據(jù)模態(tài)分析的參數(shù),計算出攪拌軸的前六階振型圖和每階振型的固有頻率,對計算結(jié)果進行詳細分析,對雙軸攪拌器的正常工作起到了極大的現(xiàn)實指導意義。