羅清云, 吳 平, 劉洪海, 賈 潔

(1.長(zhǎng)安大學(xué) 道路施工技術(shù)與裝備教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,西安 710064;2.內(nèi)蒙古路橋集團(tuán)有限責(zé)任公司,呼和浩特 010051)

在瀝青路面施工過程中,攤鋪機(jī)將瀝青混合料攤鋪、整形,得到一定尺寸和密實(shí)度的鋪層[1]。熨平板是攤鋪機(jī)工作裝置的重要組成部分,熨平板工作參數(shù)對(duì)鋪層材料密實(shí)度有重要的影響[2]。

國(guó)內(nèi)外的研究表明,鋪層材料密實(shí)度與熨平板振幅密切相關(guān)。羅丹建立了熨平板剛?cè)狁詈系膭?dòng)力學(xué)模型,研究了熨平板橫向振幅不均勻性對(duì)鋪層橫向密實(shí)度的影響[3];劉洪海等[4]基于共振理論,建立了鋪層材料密實(shí)度與振動(dòng)參數(shù)、系統(tǒng)參數(shù)之間關(guān)系的模型,得出熨平板振動(dòng)頻率與熨平板振幅、鋪層材料密實(shí)度之間的關(guān)系;殷超等[5]通過虛擬樣機(jī)仿真技術(shù),研究振動(dòng)器頻率對(duì)熨平板箱體振幅響應(yīng)的影響,確定了鋪層密實(shí)度均勻性與平整度最佳時(shí)熨平板的工作參數(shù);賈潔等[6]提出了夯錘和熨平板與鋪層材料相互作用的動(dòng)力學(xué)模型,得出了鋪層材料密實(shí)度與夯錘頻率、熨平板振動(dòng)頻率、鋪層材料特性之間的關(guān)系;孫志剛[7]對(duì)加寬熨平板進(jìn)行試驗(yàn)研究,采用ODS(operational deflection shape)形態(tài)、壓力分布和加速度對(duì)熨平板系統(tǒng)的橫向振動(dòng)特性進(jìn)行評(píng)價(jià),提出了以壓力分布為指標(biāo)的鋪層平整度、密實(shí)度的評(píng)價(jià)方法;Sun等[8]對(duì)雙偏心軸熨平板振動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行研究,分析了熨平板工作參數(shù)對(duì)熨平板振動(dòng)特性和壓實(shí)特性的影響;Nguyen等[9-10]對(duì)熨平板系統(tǒng)建立非線性動(dòng)力學(xué)模型,研究了熨平板振動(dòng)的平穩(wěn)性影響因素,優(yōu)化了熨平板振動(dòng)性能,提升鋪層材料密實(shí)度的均勻性;Jia等[11]基于熨平板二自由度動(dòng)力學(xué)模型,研究了熨平板振幅對(duì)鋪層材料密實(shí)度的影響;以上研究通過對(duì)熨平板進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析,以熨平板的振幅為基礎(chǔ),得出鋪層材料密實(shí)度隨熨平板工作參數(shù)的變化規(guī)律。

攤鋪機(jī)工作裝置由振搗器和熨平板振動(dòng)器構(gòu)成,振搗器行程較大,其與混合料有周期性的接觸分離,因此需對(duì)振搗器與混合料的相互作用進(jìn)行研究。在已有研究的基礎(chǔ)上,考慮振搗器與鋪層材料的相互作用力對(duì)熨平板振動(dòng)的影響,建立熨平板動(dòng)力學(xué)模型;基于共振振動(dòng)理論,提出鋪層材料密實(shí)度與熨平板振幅的關(guān)系模型,給出鋪層材料密實(shí)度的控制方法,通過工程試驗(yàn)對(duì)模型進(jìn)行驗(yàn)證。

1 熨平板結(jié)構(gòu)與工作原理

攤鋪機(jī)工作裝置的核心是熨平板,位于攤鋪機(jī)后端,其功能是對(duì)混合料進(jìn)行攤鋪、抹平和初步振實(shí)。振動(dòng)熨平板主要由振搗機(jī)構(gòu)、振動(dòng)器和箱體等組成,如圖1所示。

1-箱體;2-偏心軸;3-振動(dòng)機(jī)構(gòu);4-熨平板;5-振搗器。

振搗機(jī)構(gòu)位于攤鋪機(jī)熨平板前端,由振搗器和偏心軸等構(gòu)成。液壓馬達(dá)通過傳動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)偏心軸轉(zhuǎn)動(dòng),帶動(dòng)振搗梁做上下往復(fù)運(yùn)動(dòng),對(duì)混合料產(chǎn)生搗固密實(shí)作用。振搗機(jī)構(gòu)基于沖擊振搗原理,對(duì)混合料進(jìn)行密實(shí)。沖擊振搗原理是通過低頻高幅沖擊作用對(duì)材料進(jìn)行強(qiáng)制壓縮,當(dāng)沖擊力產(chǎn)生的強(qiáng)度足夠大時(shí),鋪層材料中產(chǎn)生的剪切力大于混合料之間的抗剪強(qiáng)度,能使材料顆粒相互交錯(cuò)重新排列,從而形成致密結(jié)構(gòu)。

熨平板振動(dòng)機(jī)構(gòu)是一種平板型振動(dòng)裝置,位于攤鋪機(jī)熨平板底部,通過液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)偏心軸轉(zhuǎn)動(dòng),偏心軸轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生離心力,離心力通過軸承座傳遞給箱體,使熨平板做上下往復(fù)運(yùn)動(dòng),實(shí)現(xiàn)對(duì)混合料的熨平與振動(dòng)密實(shí)。振動(dòng)壓實(shí)是在外載荷的重復(fù)作用下,激起被壓實(shí)瀝青混合料顆粒的振動(dòng),混合料產(chǎn)生的振動(dòng)加速度減小了顆粒間的黏結(jié)和摩擦作用,在高頻振動(dòng)的作用下,被壓瀝青混合料重新進(jìn)行排列,互相靠近,混合料內(nèi)的空氣被排除,密實(shí)度增加。

2 熨平板振動(dòng)模型建立

2.1 夯錘振搗分析

振搗器安裝在偏心軸上,偏心軸帶動(dòng)夯錘上下運(yùn)動(dòng),對(duì)混合料進(jìn)行搗實(shí),因此可將夯錘簡(jiǎn)化為豎直方向的無約束平行運(yùn)動(dòng),振搗器下部的混合料簡(jiǎn)化具有黏性阻尼的彈簧-質(zhì)量模型,振搗器對(duì)混合料的搗實(shí)過程,如圖2所示[12-14]。

圖2 振搗機(jī)構(gòu)

圖2中:o為偏心軸旋轉(zhuǎn)中心;β為振搗器與混合料接觸時(shí)振搗軸的旋轉(zhuǎn)角;xs(t)為熨平板位移;x(t)為振搗器下部混合料位移;kd、cd為振搗器下部混合料的剛度系數(shù)與阻尼系數(shù)。

振搗機(jī)構(gòu)對(duì)混合料進(jìn)行振搗壓實(shí),在單次振搗過程中,振搗沖程較大,振搗器與混合料周期性的接觸分離;當(dāng)振搗軸旋轉(zhuǎn)角為β時(shí),振搗器與混合料接觸,振搗器對(duì)混合料進(jìn)行沖擊搗實(shí);由于振搗器的行程一定,與混合料接觸的時(shí)間較短,混合料被快速壓縮,因此可將振搗過程中混合料的壓縮量簡(jiǎn)化為方波,如圖3所示。

圖3 周期性矩形波

振搗過程中混合料的壓縮量如下

(1)

采用傅里葉級(jí)數(shù)對(duì)混合料的壓縮量進(jìn)行展開,得到

(2)

式中,ωd為振搗器的偏心軸角速度,rad/s。

由于振搗器對(duì)混合料的壓縮量為熨平板位移xs與振搗器位移xd之和,由式(2)可得振搗器位移、速度、加速度

(3)

對(duì)振搗機(jī)構(gòu)進(jìn)行受力分析,考慮振搗機(jī)構(gòu)慣性力對(duì)熨平板的作用,得到振搗機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)方程

(4)

式中:md為振搗器質(zhì)量,kg;Fd為振搗器對(duì)偏心軸的力,N。

將式(3)代入式(4),可得振搗器對(duì)偏心軸的力

(5)

(6)

2.2 熨平板振動(dòng)機(jī)構(gòu)分析

熨平板振動(dòng)機(jī)構(gòu)由偏心軸、振動(dòng)器與箱體構(gòu)成,根據(jù)熨平板振動(dòng)機(jī)構(gòu)工作原理,對(duì)熨平板振動(dòng)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)化,并進(jìn)行受力分析,如圖4所示。

由于熨平板質(zhì)量較大,水平方向受牽引大臂的約束,忽略熨平板的前后擺動(dòng),僅考慮熨平板在豎直方向的運(yùn)動(dòng),得到熨平板振動(dòng)機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)微分方程

(7)

將式(5)、式(6)代入式(7),化簡(jiǎn)后得

(8)

式中:m為熨平板系統(tǒng)質(zhì)量,m=ms+2me-md,kg;c為熨平板系統(tǒng)阻尼,c=cs-cd,N·s/m;k=ks-kd,N/m。

根據(jù)線性系統(tǒng)疊加原理,由式(8)可求得熨平板穩(wěn)態(tài)的位移、加速度

(9)

(10)

由式(9)和式(10)可知,熨平板的振動(dòng)特性與熨平板質(zhì)量、振搗器結(jié)構(gòu)參數(shù)、鋪層材料剛度與阻尼、熨平板振動(dòng)頻率及振搗器頻率等因素有關(guān);熨平板的位移、速度、加速度由熨平板振動(dòng)頻率、振搗頻率與振搗頻率倍頻等多個(gè)頻率分量構(gòu)成;振搗器頻率分量的幅值與振搗頻率、鋪層材料特性有關(guān);隨著振搗頻率降低,熨平板振動(dòng)頻率的增加,振搗器主頻與熨平板振動(dòng)主頻幅值比減小,振搗器對(duì)熨平板振動(dòng)的影響減小。

3 熨平板振幅與攤鋪密實(shí)度關(guān)系模型

攤鋪機(jī)攤鋪瀝青混合料時(shí),通過夯錘的低頻振搗,松散混合料初步形成骨架結(jié)構(gòu);熨平板振動(dòng)機(jī)構(gòu)采用高頻振動(dòng)的方式,對(duì)混合料進(jìn)一步壓實(shí)。根據(jù)混合料在攤鋪過程中呈現(xiàn)的狀態(tài),可將攤鋪壓實(shí)過程分為塑性階段和彈塑性階段:在塑性階段,混合料較為松散,此時(shí)宜采用低頻高幅的振搗方式,對(duì)混合料產(chǎn)生強(qiáng)制壓縮作用,減小混合料空隙率,使混合料的粗骨料相互接觸,形成基本骨架;在彈塑性階段,混合料具有一定的彈性模量和剪切模量,熨平板的振動(dòng)能量可傳遞到混合料內(nèi)部,在熨平板高頻振動(dòng)作用下,混合料內(nèi)部的粗集料和細(xì)集料隨著熨平板振動(dòng)產(chǎn)生高頻顫振,集料顆粒重新排列,粗集料間的空隙被細(xì)集料和瀝青膠漿填滿,混合料被逐步密實(shí),材料塑性降低,彈性增大[15-19]。

方波傅里葉變換的前三項(xiàng)占據(jù)了方波總能量的80%,因此將n取為2,由式(9)可得熨平板各個(gè)頻率分量的幅值

(11)

(12)

(13)

式中:As為熨平板振動(dòng)頻率分量的幅值,m;Ad1為熨平板位移中振搗頻率分量的幅值,m;Ad2為熨平板位移中二倍振搗頻率分量的幅值,m。

由式(9)、式(11)～式(13)可知,熨平板位移包含多個(gè)頻率分量,與各因素關(guān)系復(fù)雜,可通過數(shù)值計(jì)算方法求取。將熨平板幅值A(chǔ)與振動(dòng)頻率、阻尼比、固有頻率的變化規(guī)律如下

A=f(ωs,ζ,ωm)

(14)

共振壓實(shí)理論認(rèn)為,當(dāng)壓實(shí)設(shè)備與被壓材料共振時(shí),被壓材料的振幅最大,壓實(shí)效果最好,被壓材料的密實(shí)度較高?；诠舱駢簩?shí)理論,結(jié)合式(9)、式(14),可建立熨平板振幅與鋪層材料密實(shí)度P之間的關(guān)系

P=P0+P1A

(15)

式中:P0為常數(shù)項(xiàng);P1為熨平板振幅對(duì)鋪層材料密實(shí)度的影響系數(shù)。

4 熨平板仿真分析

以中大DT1600型瀝青攤鋪機(jī)為研究對(duì)象,將振搗頻率設(shè)為定值,對(duì)熨平板進(jìn)行振動(dòng)仿真,分析熨平板的振動(dòng)特性,研究熨平板壓實(shí)特性與振動(dòng)頻率、鋪層材料剛度和阻尼之間的關(guān)系。

4.1 熨平板振動(dòng)仿真

熨平板仿真參數(shù)通過參考文獻(xiàn)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定,如表1所示。

表1 仿真參數(shù)

對(duì)熨平板振動(dòng)模型進(jìn)行仿真,可得熨平板的位移、加速度,并對(duì)熨平板加速度進(jìn)行傅里葉變換,仿真結(jié)果如圖5所示。

(a) 熨平板位移

由圖5(a)可知,熨平板位移仿真結(jié)果可知,熨平板實(shí)際振幅較小,約為1.82×10-4m。該型攤鋪機(jī)的振搗器行程為0.006 m,熨平板振幅占振搗器行程的3.03%,熨平板振動(dòng)對(duì)振搗器運(yùn)動(dòng)的影響較小,因此可以通過解耦的方式,對(duì)振搗器與熨平板振動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析,建立熨平板振動(dòng)模型。由圖5(c)可知,熨平板加速度傅里葉變換結(jié)果可知,熨平板振動(dòng)頻譜包含了熨平板振動(dòng)頻率、振搗主頻及其倍頻分量。

當(dāng)振搗頻率一定,熨平板振動(dòng)頻率增加時(shí),得到熨平板加速度傅里葉變換結(jié)果,如圖6所示。

圖6 振動(dòng)頻率35 Hz,熨平板加速度傅里葉變換

由圖5(c)與圖6可知,當(dāng)振搗頻率一定時(shí),隨著熨平板振動(dòng)頻率增加,振搗頻率主頻及其倍頻的幅值與熨平板主頻幅值比減小,振搗器對(duì)熨平板振動(dòng)的影響降低。

4.2 熨平板壓實(shí)特性仿真研究

熨平板壓實(shí)特性與壓實(shí)系統(tǒng)的固有頻率及阻尼有關(guān):混合料的瀝青用量越多,鋪層材料的阻尼越大,壓實(shí)系統(tǒng)的阻尼比越高;粗集料占比越大,壓實(shí)系統(tǒng)的固有頻率越低;因此需對(duì)鋪層材料特性對(duì)熨平板振動(dòng)情況進(jìn)行仿真研究。

對(duì)于固有頻率為32 Hz的壓實(shí)系統(tǒng),阻尼比變化時(shí),對(duì)熨平板的振動(dòng)特性進(jìn)行仿真,由式(14)可得到熨平板振幅與振動(dòng)頻率之間的關(guān)系,如圖7所示。

圖7 固有頻率一定,熨平板振幅與振動(dòng)頻率關(guān)系

由圖7可知,壓實(shí)系統(tǒng)的阻尼比較小時(shí),熨平板振幅隨振動(dòng)頻率的增加而增大,在最佳壓實(shí)頻率附近達(dá)到最大值,熨平板的振動(dòng)頻率繼續(xù)增加,熨平板振幅有一定的減小,熨平板振幅會(huì)出現(xiàn)明顯的峰值,熨平板對(duì)鋪層材料有一段高效壓實(shí)區(qū)域;隨著阻尼比的增加,熨平板振幅隨振動(dòng)頻率增加而增大,沒有明顯的高效壓實(shí)區(qū)域,當(dāng)振動(dòng)頻率大于35 Hz,熨平板振幅趨于穩(wěn)定,熨平板壓實(shí)效果最佳。

壓實(shí)系統(tǒng)的阻尼比為0.49,固有頻率變化時(shí),熨平板振幅與振動(dòng)頻率之間的關(guān)系如圖8所示。

圖8 阻尼比一定,熨平板振幅與振動(dòng)頻率關(guān)系

由圖8可知,壓實(shí)系統(tǒng)阻尼比一定,粗集料比例減小,固有頻率增大,對(duì)應(yīng)的最佳壓實(shí)頻率增加;當(dāng)鋪層材料粗集料含量較少,系統(tǒng)固有頻率較高時(shí),采用較高的振動(dòng)頻率可提升鋪層材料壓實(shí)效果;當(dāng)系統(tǒng)固有頻率為32 Hz時(shí),熨平板振幅的最大位置在42 Hz處,熨平板振幅最大處對(duì)應(yīng)的頻率大于系統(tǒng)固有頻率,攤鋪施工時(shí),熨平板的壓實(shí)頻率應(yīng)大于系統(tǒng)固有頻率,以實(shí)現(xiàn)鋪層材料的高效壓實(shí)。

由圖7、圖8可知,當(dāng)熨平板振動(dòng)頻率由10 Hz增加到35 Hz時(shí),熨平板振幅隨之增大,通過調(diào)整熨平板的振動(dòng)頻率,可以改變熨平板振幅,實(shí)現(xiàn)鋪層材料密實(shí)度的控制。

熨平板質(zhì)量較重,在振動(dòng)過程中始終與混合料接觸,因此將熨平板對(duì)混合料的壓實(shí)作用簡(jiǎn)化為彈簧單自由度的黏彈性的熨平板子系統(tǒng);在混合料的搗實(shí)過程中,振搗器行程較大,與混合料周期性的接觸與分離,導(dǎo)致系統(tǒng)產(chǎn)生了非線性;為了簡(jiǎn)化振搗器受到的混合料周期性沖擊力作用,通過對(duì)熨平板振動(dòng)分析,熨平板的振幅較小,為1×10-4m量級(jí),振搗器的行程為 6×10-3m,熨平板振幅比夯錘行程低了一個(gè)量級(jí),因此忽略了熨平板位移對(duì)振搗器與混合料接觸的影響,將混合料的壓縮量簡(jiǎn)化為方波形式,計(jì)算出振搗器對(duì)熨平板的作用力Fd,最終建立了熨平板振動(dòng)模型,見式(8);模型中的誤差為熨平板振動(dòng)對(duì)振搗器與混合料接觸的影響,為了分析該影響,熨平板最大振幅約為4×10-4m,因此將混合料的壓縮量E由2×10-3m增加至2.4×10-3m(見圖7),得出熨平板振幅與振動(dòng)頻率的關(guān)系曲線,如圖9所示。

圖9 混合料壓縮量與熨平板振幅關(guān)系

圖10 瀝青混合料級(jí)配曲線

由圖9可知,混合料壓縮量的增大對(duì)熨平板振幅與熨平板振動(dòng)頻率變化趨勢(shì)影響較小;熨平板振動(dòng)頻率較低時(shí),熨平板振幅較小,此時(shí)可參考E取2.15×10-3m的曲線,以E=2.00×10-3m的熨平板振幅為基準(zhǔn),估算振幅誤差,熨平板振動(dòng)頻率取為10 Hz,熨平板振幅絕對(duì)誤差為6.10×10-6m,相對(duì)誤差為5.09%;熨平板振動(dòng)頻率較高時(shí),熨平板振幅較大,此時(shí)參考E為2.40×10-3m的曲線,熨平板振動(dòng)頻率取為50 Hz,熨平板振幅絕對(duì)誤差為1.65×10-5m,相對(duì)誤差為4.43%;以上研究表明,振搗器搗實(shí)混合料對(duì)熨平板的振動(dòng)影響較小,因此可對(duì)振搗器和熨平板解耦,分別對(duì)振搗器和熨平板進(jìn)行分析。

5 試驗(yàn)研究

攤鋪機(jī)熨平裝置的振動(dòng)狀態(tài)與鋪層材料和熨平板工作參數(shù)有關(guān),是熨平板裝置與鋪層材料組成系統(tǒng)的特性,因此熨平板裝置的振動(dòng)特性需通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定。以中大DT1600型瀝青攤鋪機(jī)為試驗(yàn)對(duì)象,振搗器的工作頻率范圍為0～20 Hz,熨平板振動(dòng)機(jī)構(gòu)的工作頻率范圍為0～50 Hz。試驗(yàn)材料為AC25,瀝青選用90#A級(jí)道路瀝青,含量為4.3%,瀝青混合料的級(jí)配如圖9所示。

攤鋪速度設(shè)定為2.5 m/min,振搗器的工作頻率為8.7 Hz,熨平板的振動(dòng)頻率在10～45 Hz范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)整。

5.1 熨平板振動(dòng)特性試驗(yàn)研究

在攤鋪施工過程中,熨平板振動(dòng)頻率設(shè)定為18 Hz,采用壓電加速度傳感器檢測(cè)熨平板振動(dòng)加速度,通過采集卡采集熨平板加速度信號(hào),對(duì)采集的信號(hào)濾波處理,進(jìn)行傅里葉變換,得到熨平板加速度信號(hào)的頻譜圖。攤鋪試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)如圖11所示。

圖11 試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)

加速度傳感器采用磁吸底座,吸附在攤鋪機(jī)熨平板后沿,安裝位置如圖12所示。

對(duì)采集的加速度信號(hào)進(jìn)行濾波處理,熨平板的試驗(yàn)加速度與仿真加速度的對(duì)比如圖13所示。

圖13 熨平板振動(dòng)加速度仿真結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)對(duì)比

對(duì)熨平板加速度進(jìn)行傅里葉變換,仿真加速度與試驗(yàn)加速度傅里葉變換結(jié)果如圖14所示。

(a) 仿真結(jié)果

由圖13可知,熨平板試驗(yàn)加速度與仿真加速度的變化情況基本一致。由圖14可知,現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)中熨平板加速度信號(hào)的傅里葉變換結(jié)果包含振搗主頻、振搗頻率兩倍頻多個(gè)頻率;由式(10)與熨平板加速度仿真結(jié)果可知,熨平板系統(tǒng)包含多個(gè)頻率;試驗(yàn)得到的加速度頻譜圖與仿真結(jié)果較為一致,表明模型具有實(shí)用性,模型參數(shù)取值有效。

5.2 熨平板壓實(shí)特性試驗(yàn)研究

熨平裝置的壓實(shí)效果與熨平板工作參數(shù)和鋪層材料有關(guān),是熨平板與鋪層材料相互作用的結(jié)果,需通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)進(jìn)行研究。試驗(yàn)過程中,攤鋪速度設(shè)定為2.5 m/min,熨平板的振動(dòng)頻率在10～45 Hz范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)整。使用已標(biāo)定的PQI301型無核密度儀對(duì)同一位置鋪層材料進(jìn)行4次測(cè)量,取平均值,得到鋪層材料密實(shí)度。采用最小二乘法對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)與仿真數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合,求取模型參數(shù),得到式(15)中P0=79.92,P1=2.09×104。鋪層材料密實(shí)度、熨平板振幅與熨平板振動(dòng)頻率之間的關(guān)系如圖15所示。

圖15 材料密實(shí)度、熨平板振幅與振動(dòng)頻率的關(guān)系

由圖15可知,隨著熨平板振動(dòng)頻率的增加,熨平板振幅增大,鋪層材料的密實(shí)度變大;當(dāng)熨平板振動(dòng)頻率超過最佳壓實(shí)頻率時(shí),熨平板振幅有一定程度的降低,鋪層材料密實(shí)度隨之減小;熨平板振動(dòng)頻率在10～35 Hz范圍時(shí),對(duì)熨平板振動(dòng)頻率與鋪層材料密實(shí)度進(jìn)行線性擬合分析,擬合優(yōu)度為0.99,熨平板振動(dòng)頻率每增加5 Hz,鋪層材料密實(shí)度提升1.09%;試驗(yàn)結(jié)果與仿真結(jié)果相符,通過調(diào)整熨平板的振動(dòng)頻率,可實(shí)現(xiàn)鋪層材料密實(shí)度的控制。

6 結(jié) 論

對(duì)振搗器與熨平板振動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行解耦,建立了熨平板振動(dòng)模型,研究了熨平板的振動(dòng)特性;基于共振理論,得出了鋪層材料密實(shí)度與熨平板振幅、振動(dòng)頻率之間的關(guān)系,提出了鋪層材料密實(shí)度控制方法;通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn),對(duì)熨平板振動(dòng)模型和鋪層材料密實(shí)度控制方法進(jìn)行了驗(yàn)證,得出以下結(jié)論:

(1) 根據(jù)熨平板與振搗器之間的相互作用關(guān)系,建立熨平裝置的振動(dòng)模型,分析結(jié)果包含熨平板振動(dòng)頻率和多個(gè)振搗頻率分量,模型仿真結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)一致。

(2) 熨平裝置-鋪層材料系統(tǒng)的壓實(shí)特性與混合料阻尼比、固有頻率、熨平板振動(dòng)頻率有關(guān);混合料阻尼比較小時(shí),熨平裝置對(duì)混合料有明顯的高效壓實(shí)區(qū),將熨平裝置振動(dòng)頻率設(shè)置在高效壓實(shí)區(qū),可提升熨平裝置的壓實(shí)效率;混合料阻尼較大,熨平板振動(dòng)頻率位于高頻區(qū)段時(shí),熨平板振幅較大,鋪層材料密實(shí)度較高。

(3) 當(dāng)鋪層材料為AC25,熨平板振動(dòng)頻率在10～35 Hz的非高效壓實(shí)區(qū)時(shí),熨平板振幅隨著振動(dòng)頻率的增加而增大;通過調(diào)整熨平板振動(dòng)頻率,改變熨平板振幅,可實(shí)現(xiàn)攤鋪密實(shí)度控制。

(4) 熨平裝置-鋪層材料系統(tǒng)的固有頻率、阻尼比與混合料類型有關(guān),對(duì)熨平板的振動(dòng)特性有一定的影響,因此需針對(duì)不同材料,得出具體鋪層密實(shí)度與熨平板頻率的變化規(guī)律。