沖擊壓路機輪軸減振方法探討

【摘 要】本文通過對沖擊壓路機輪軸減振系統進行數學分析，從沖擊響應理論的角度研究減振系統的動態特性，并提出設計新思路，為技術研究和產品優化提供參考依據。

【關鍵詞】沖擊；晌應；減振系統；動態特性

沖擊壓路機利用非圓截面壓實輪質心在滾動過程中的周期性上下運動，對土壤產生低頻大振幅的沖擊振動，從而達到壓實目的沖擊壓路機這種獨特的沖壓方式產生了良好的壓實效果，但強大的反作用力及惡劣的工況，會對設備本身造成嚴重的破壞，特別是沖擊輪軸系統，在長時間工作過程中，會出現減振器失效、軸頭斷裂、花鍵齒變形、軸承早期磨損等現象，使產品的穩定性和可靠性大大降低，所以對沖擊輪減振系統進行正確有效的分析和計算非常必要。本文提出一種研究思路和方法，以便為合理的減振器結構設計和材料選擇提供參考依據。

1 工況分析

以一次沖擊工作為周期，沖擊輪運動過程可分為質心被動上升、質心自由下降和拍擊三個階段在上一個沖擊周期結束時，沖擊輪質心處于最低位置，受牽引力的作用、沖擊輪繞瞬心滾動，隨著轉動半徑逐漸變大，質心不斷上升、此過程中質心水平速度可近似地認為和牽引速度相同；當上升到最高點時，根據沖擊輪的外形結構，瞬心處于外形曲面拐點上，轉動半徑急劇變小，在慣性和重力作用下，隨著沖擊輪滾動，質心快速自由下降，當沖擊輪工作面開始接觸地面時，沖擊輪質心下降到最低位置，進入拍擊階段，此過程中質心水平速度大于牽引速度；在沖擊輪的拍擊下，地面被擠壓沉降變形，一個沖擊循環結束，進入下一個周期，此時質心水平速度最小，垂直方向速度為0。

2 力學分析

從沖擊壓路機的結構布置可知，減振裝置包括若干阻尼減振器，周向均布于輪軸和沖擊輪幅板之間，輪軸和擺架、搖桿機構連接為一體將輪軸、擺架、搖桿視為一個集中質量m。

減振器組可以等效為一個彈性阻尼器，忽略沖擊輪橫向擺動，該系統就是一個單自由度的振動系統從工況分析可以看出，在質心上升階段，為了克服重力，牽引力持續作用于輪軸，由于水平方向速度近似勻速，可以認為在這個階段系統受恒外力作用產生強迫振動；在質心下降階段，水平速度大于牽引速度，沖擊輪受重力和慣性作用，做類似鐘擺狀態的滾壓運動，可以認為在這個階段系統沒有外部激勵，不產生振動；在拍擊階段，系統在垂直方向受到瞬間的地面反力N作用，會產生明顯的沖擊響應。

根據計算及試驗數據可知，正常工作狀態沖擊力峰值（即地面反力Nmax）在2000—3000kN范圍內時，牽引力峰值Pmax在40—60kN之間，沖擊力遠遠大于牽引力。可以認為系統垂直方向的沖擊響應遠遠大于水平方向的振動響應，而且這兩種激勵在一個周期內先后發生，有一定的時差，所以在設計減振系統時，按照滿足最惡劣工況的計算原則，應主要研究垂直方向的振動過程。

3 建立數學模型

對不同基礎，沖擊壓路機持續拍擊地面的時間不同，理論分析時一般考慮最惡劣工況，按較硬的填石路面，經測試可知， Δt≤0.01s，相對系統的固有周期而言很短。根據機械系統的動態特性理論，在這種突然變化的外部激勵下，系統產生瞬態振動，即系統對沖擊的響應，雖然這種響應會很快消失，但會在系統中產生最大應力或位移，可使結構部件失效破壞\"因此，在建立數學模型時，必須考慮沖擊的影響，而不能按照常規振動模型及公式分析。

為了簡化分析，假設被壓基礎是表面光滑的剛性體，在垂直方向對鋼輪產生外部激勵，然后通過阻尼減振系統作用于輪軸\"以輪軸集中質量m為研究對象，輪軸減振周向均布，垂直方向的激勵可以等效轉換為水平激勵。

運動方程的一般表達式為：

■+■x（t）+x（t）=？孜（t）

式中：■（t）——響應函數

？孜（t）——激勵函數

？棕■■——無阻尼系統的固有角頻率

？孜——阻尼比。

4 減振系統設計分析

為了減少沖擊傳遞對輪軸及軸承的危害和影響，需要采取隔振措施將其隔離。通過減振系統，可以將沖擊瞬態能量儲存起來，用較緩的形式釋放，實現對軸頭系統的保護。

為了取得最佳減振效果，減振材料一般選擇既有彈性又有良好粘性阻尼的橡膠根據設計手冊介紹，橡膠阻尼比？孜取值范圍為0.2-0.5，在脈沖持續時間較短時， ？孜宜取0.26；擠壓工況下，許用應變？孜n≦5%。

在沖擊隔離理論中，減振系統要考慮2個參數：通過減振后的最大振動力和減振器的最大變形量，要求最大振動力不超過輪軸受力，最大變形量不超過減振橡膠許用變形，并能滿足工作空間布置實際設計中，可以將不同方案的減振系統參數代入式，通過計算機數據分析，得出最大位移和最大加速度，再利用公式計算出理論值，再和實際值進行比較，復核設計結果是否合理。

按照上述思路，對沖擊壓路機輪軸減振系統進行了分析和設計優化，經多年的實際應用證明，改進后的減振器使用壽命延長，減振性能得到了改善，極大地提高了輪軸系統的可靠性。

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[責任編輯：劉帥]