基于多目標(biāo)遺傳算法的振動熨平板壓實(shí)系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化

賈 潔, 萬一品, 劉洪海

(長安大學(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)

基于多目標(biāo)遺傳算法的振動熨平板壓實(shí)系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化

賈 潔, 萬一品, 劉洪海

(長安大學(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)

為了降低激振器振動對熨平板工作穩(wěn)定性的影響，提高攤鋪機(jī)熨平板底部混合料的密實(shí)度與平整度，以某攤鋪機(jī)振動壓實(shí)系統(tǒng)為研究對象，建立了7自由度振動熨平板多目標(biāo)優(yōu)化模型，對其進(jìn)行動態(tài)響應(yīng)分析，得到該系統(tǒng)固有頻率及熨平板動態(tài)響應(yīng)量。采用多目標(biāo)遺傳算法對振動壓實(shí)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化并對工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)選，獲得了該壓實(shí)系統(tǒng)參數(shù)的最優(yōu)解集及振動熨平板動態(tài)響應(yīng)規(guī)律。研究結(jié)果為熨平板的設(shè)計(jì)與施工中在工作頻率范圍內(nèi)限制過大動載荷的出現(xiàn)及避免共振現(xiàn)象提供參考。

機(jī)械工程；攤鋪機(jī)；振動壓實(shí)系統(tǒng)；多目標(biāo)優(yōu)化；遺傳算法

攤鋪機(jī)在瀝青路面施工過程中將混合料攤鋪、整形，得到具有一定幾何尺寸和密實(shí)度的鋪層[1]。振動熨平板是攤鋪機(jī)的工作裝置，用于對混合料整平和初始振實(shí)，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與工作性能對成型路面的平整度和密實(shí)度有重要影響。振動熨平板上設(shè)置的振動器與振搗器產(chǎn)生的有效振動可以提高攤鋪質(zhì)量與施工效率[2-3]。由于熨平板俯仰運(yùn)動變形與外部激振力作用相耦合以及施工過程中的操作不當(dāng)，造成熨平板振動劇烈，嚴(yán)重降低工作效率與施工質(zhì)量。目前已有學(xué)者對熨平板進(jìn)行了二自由度動力學(xué)分析與單目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)研究，Kenneally等[4]研究了振動壓實(shí)過程中壓實(shí)介質(zhì)剛度的變化。楊人鳳等[5]通過建立二自由度振動模型研究了振動輪與介質(zhì)相互作用關(guān)系，指出介質(zhì)的變形與機(jī)械設(shè)備結(jié)構(gòu)參數(shù)密切相關(guān)。羅丹等[6]以熨平板橫向振幅差為單目標(biāo)優(yōu)化函數(shù)，通過優(yōu)化配置振動器偏心質(zhì)量與偏心距，提高了熨平板攤鋪密實(shí)度的均勻性。Luo等[7]對熨平板進(jìn)行仿真計(jì)算，指出振動與振搗參數(shù)對熨平板的工作穩(wěn)定有重要的影響。因此需要合理地設(shè)計(jì)振動熨平板的結(jié)構(gòu)參數(shù)，正確地選擇熨平板工藝參數(shù)。但是振動熨平板的工作過程是一個涉及多自由度且各自由度相互耦合的復(fù)雜過程，也是個反復(fù)迭代、逐步趨于最優(yōu)的過程，采用單一目標(biāo)優(yōu)化方法難以實(shí)現(xiàn)振動壓實(shí)系統(tǒng)的綜合設(shè)計(jì)。

以某攤鋪機(jī)振動熨平板為研究對象，從提高鋪層密實(shí)度與平整度、降低振動器對熨平板動態(tài)響應(yīng)的目的出發(fā)，建立攤鋪機(jī)振動熨平板的多目標(biāo)優(yōu)化數(shù)學(xué)模型，采用多目標(biāo)遺傳算法對攤鋪機(jī)振動熨平板的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，同時對其工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)選，獲得了各結(jié)構(gòu)參數(shù)與工藝參數(shù)對振動熨平板動態(tài)特性影響規(guī)律及壓實(shí)系統(tǒng)參數(shù)的最優(yōu)解集，給設(shè)計(jì)與施工人員提供了參考。

1 振動壓實(shí)系統(tǒng)動力學(xué)模型

振動熨平板由箱體、振搗梁、振動器等部分組成[8]。振動器為其主要的振動源，由振動軸、偏心塊和軸承座等構(gòu)成。振動軸由液壓馬達(dá)驅(qū)動，軸上裝有偏心塊，偏心塊轉(zhuǎn)動產(chǎn)生離心力，離心力通過軸承座傳遞給箱體使熨平板振動，振動熨平板的典型結(jié)構(gòu)，見圖1所示。

圖1 振動熨平板簡圖Fig.1 Vibration screed sketch

攤鋪機(jī)振動熨平板壓實(shí)系統(tǒng)包含多個質(zhì)量單元，是一個復(fù)雜的多自由度系統(tǒng)。假設(shè)各質(zhì)量單元為剛體，相互之間用彈簧與阻尼連接，兩個偏心軸同步反向轉(zhuǎn)動且偏心軸回轉(zhuǎn)中心對稱線與彈簧與阻尼的合力重合，同時考慮振搗器的驅(qū)動偏心軸的軸承油膜彈簧剛度[9-10]，將整個振動熨平板壓實(shí)系統(tǒng)模型簡化為一個7自由度動力學(xué)模型，如圖2所示。圖2中，x1為熨平板底板垂直的位移；x2為振動器垂直位移；x3為副振搗垂向位移；x4為主振搗垂向位移；x5為振搗機(jī)構(gòu)偏心軸的垂向位移；熨平板質(zhì)心的角位移及振搗機(jī)構(gòu)偏心軸的角位移分別為θ1，θ2，以系統(tǒng)處于靜平衡狀態(tài)時的位置為初始狀態(tài)，系統(tǒng)的7個廣義位移向量，如式(1)所示。

圖2 攤鋪機(jī)壓實(shí)系統(tǒng)7自由度模型Fig.2 7-degree freedom compaction system model

(1)

運(yùn)用牛頓第二定律，推導(dǎo)振動熨平板壓實(shí)系統(tǒng)的振動微分方程，如式(2)所示。

(2)

攤鋪機(jī)工作時，熨平板受到的外部激振為振動器與兩個振搗器輸入的簡諧激勵[11]。振動器激振力f2(t)作用于m2，兩個振搗器的振搗力f3(t)，f4(t)分別作用于m3，m4。振動熨平板壓實(shí)系統(tǒng)振動微分方程中的質(zhì)量矩陣，剛度矩陣，阻尼矩陣及外部激振力分別見式(3)～式(6)所示，式中各參數(shù)的含義，見表1。

(3)

(4)

(5)

(6)

表1 壓實(shí)系統(tǒng)參數(shù)Tab.1 Parameters of compaction system

2 壓實(shí)系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)

由于熨平板仰角的存在及熨平板底前后部介質(zhì) 剛度的不同，在壓實(shí)過程中，熨平板與路基水平方向存在一個轉(zhuǎn)角，底板下方的物料密實(shí)度處于變化中。在振動器激振力的作用下，造成沿熨平板前進(jìn)方向上振動響應(yīng)的不一致，影響熨平板的振動穩(wěn)定性以及路面的縱向密實(shí)度與平整度[12]。為了保證沿熨平板前進(jìn)方向上底板各點(diǎn)振動響應(yīng)的連續(xù)性與一致性，熨平板的振動響應(yīng)變化應(yīng)限制在一定范圍內(nèi)，同時應(yīng)避免激振頻率與熨平板固有頻率的耦合，因此需要以熨平板動載荷為目標(biāo)對熨平板振動系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

在外部激勵的作用下，熨平板受到振動器與振搗器共同作用的瞬時轉(zhuǎn)動載荷與垂向動載荷，如式(7)～式(9)所示。

(7)

(8)

(9)

熨平板轉(zhuǎn)動載荷與前后方垂向動載荷均方根值分別如式(10)～式(12)所示。

(10)

熨平板角加速度均方根值見式(11)所示。

(11)

熨平板垂直加速度均方根值見式(12)所示。

(12)

式中：N為正弦函數(shù)采樣點(diǎn)總數(shù)。

2.1 優(yōu)化數(shù)學(xué)模型

2.1.1 目標(biāo)函數(shù)

為了降低激振器振動對熨平板工作穩(wěn)定性的影響，提高攤鋪機(jī)熨平板底部混合料的密實(shí)度與平整度，以熨平板角加速度均方根值為鋪層密實(shí)度均勻性評價指標(biāo)，以熨平板垂直加速度均方根值為其工作穩(wěn)定性的評價指標(biāo)，以熨平板轉(zhuǎn)動載荷為鋪層平整度評價指標(biāo)，以熨平板前后方垂向動載荷均方根值為鋪層密實(shí)度評價指標(biāo)，同時應(yīng)避免激振頻率與壓實(shí)系統(tǒng)固有頻率的耦合。以P1(X)、P2(X)、P3(X)、β(X)、α(X)為目標(biāo)函數(shù)，對攤鋪機(jī)熨平板的工作穩(wěn)定性進(jìn)行優(yōu)化，各目標(biāo)函數(shù)含義，見表2。

表2 目標(biāo)函數(shù)Tab.2 Parameters of objective function

對上述問題進(jìn)行求解，將多目標(biāo)優(yōu)化問題轉(zhuǎn)換為單一目標(biāo)優(yōu)化問題。為了兼顧鋪層平整度和密實(shí)度，需使單一目標(biāo)函數(shù)值均較小。由于各目標(biāo)函數(shù)物理意義和量級不同，先將其進(jìn)行無量綱歸一化處理，再對各子目標(biāo)函數(shù)采用線性加權(quán)組合法來處理[13]，得到如式(13)所示的單目標(biāo)優(yōu)化模型：

(13)

式中：wi為第i個目標(biāo)函數(shù)的加權(quán)因子；pi為第i個目標(biāo)函數(shù)統(tǒng)一量級后的目標(biāo)函數(shù)。各權(quán)系數(shù)在滿足非負(fù)性和歸一性條件下，根據(jù)各單一目標(biāo)函數(shù)的極小值信息確定加權(quán)系數(shù)[14]，得w1=0.42；w2=0.10；w3=0.10；w4=0.19；w5=0.19。

2.1.2 設(shè)計(jì)變量

影響熨平板轉(zhuǎn)動載荷、垂向動載荷等目標(biāo)函數(shù)的獨(dú)立參數(shù)有振動器安裝位置到熨平板質(zhì)心的距離l1，振搗器主回轉(zhuǎn)體的最大半徑r，熨平板下方前、后部的攤鋪介質(zhì)剛度k0與k1，振動頻率fZ，振搗頻率fD,于是優(yōu)化設(shè)計(jì)變量，如式(14)所示：

X=[X1X2X3X4X5X6]T=[l1rk0k1fZfD]T

(14)

根據(jù)文獻(xiàn)[15-20]的研究成果，結(jié)合設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和工程實(shí)際實(shí)際情況，設(shè)計(jì)變量取值范圍，見表3。

表3 設(shè)計(jì)變量范圍Tab.3 Design variable range

2.1.3 約束條件

為保證攤鋪機(jī)正常工作，避免熨平板發(fā)生跳振現(xiàn)象，熨平板前、后部與鋪層間的相互作用力應(yīng)限制其為正，同時其剛度差應(yīng)保持一個穩(wěn)定值，約束條件見式(15)～式(17)所示。

(15)

(16)

k1-k0=2E5

(17)

2.2 優(yōu)化過程及結(jié)果

以染色體Z=(X1X2X3X4X5)作為解的代碼，將所有約束條件作為檢驗(yàn)函數(shù)進(jìn)行求解，可得到如圖3所示的最優(yōu)解集。當(dāng)進(jìn)化到第42代時，目標(biāo)函數(shù)收斂到最優(yōu)。以權(quán)系數(shù)最重的熨平板轉(zhuǎn)動載荷均方根值函數(shù)為例對優(yōu)化迭代過程做以說明，P1(X)的迭代過程，見圖4。隨著迭代次數(shù)的變化，當(dāng)目標(biāo)函數(shù)收斂時，轉(zhuǎn)動載荷均方根值≈0，表明在結(jié)構(gòu)參數(shù)與工藝參數(shù)最優(yōu)狀態(tài)下，熨平板俯仰運(yùn)動基本上被消除。

優(yōu)化后壓實(shí)系統(tǒng)的固有頻率優(yōu)化結(jié)果，見表4。優(yōu)化后系統(tǒng)二階，三階固有頻率沒有變化，系統(tǒng)其它四階固有頻率相應(yīng)的有所提高，在一定程度上改善了熨平板的動態(tài)特性。優(yōu)化前后的攤鋪機(jī)振動壓實(shí)系統(tǒng)參數(shù)見表5。優(yōu)化后振動器的安裝位置向熨平板質(zhì)心靠近了0.03 m；振搗器最大回轉(zhuǎn)半徑減小了0.004 6 m；熨平板下方前、后部介質(zhì)的剛度系數(shù)相應(yīng)的減小，可以據(jù)此來調(diào)節(jié)熨平板的仰角；激振頻率為35.41 Hz，遠(yuǎn)離系統(tǒng)一階固有頻率，同時優(yōu)化后的頻率減小了9.59 Hz，降低了激振力對系統(tǒng)的沖擊作用。

圖3 單目標(biāo)函數(shù)最優(yōu)解集Fig.3 Optimal solutions of single objective function

圖4 熨平板轉(zhuǎn)動載荷均方根值函數(shù)優(yōu)化迭代過程Fig.4 Iterative process of rms value of rotational inertia

表4 固有頻率優(yōu)化結(jié)果Tab.4 Optimization results of natural frequencies

表5 優(yōu)化前后系統(tǒng)參數(shù)對比Tab.5 Parameters changes before and after optimization

3 壓實(shí)系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)過程分析

根據(jù)上述的計(jì)算過程，可以得到壓實(shí)系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)隨系統(tǒng)參數(shù)的變化規(guī)律。各目標(biāo)函數(shù)與設(shè)計(jì)變量之間的關(guān)系，如圖5所示。設(shè)計(jì)者可根據(jù)攤鋪機(jī)的實(shí)際應(yīng)用，確定各設(shè)計(jì)變量的范圍與多目標(biāo)優(yōu)化函數(shù)的加權(quán)系數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，得到系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)與工藝參數(shù)最優(yōu)解集。對于現(xiàn)有的攤鋪機(jī)，各結(jié)構(gòu)參數(shù)已經(jīng)確定，為了發(fā)揮機(jī)器的最佳工作性能，可通過調(diào)節(jié)激振頻率實(shí)現(xiàn)對工藝參數(shù)的優(yōu)選。激振頻率對熨平板轉(zhuǎn)角加速度和熨平板質(zhì)心垂直加速度的影響，分別如圖6與圖7所示。曲線峰值對應(yīng)系統(tǒng)固有頻率，此時熨平板的振動最為劇烈，稍大于該頻率處加速度較小且變化較平穩(wěn)，為避免激振頻率與該頻率耦合，應(yīng)調(diào)節(jié)激振頻率≈35 Hz，該結(jié)果與實(shí)際工程中經(jīng)常使用的振動器激振頻率相吻合[21-22]。振搗頻率對熨平板加速度的影響，如圖8所示。其最佳振搗頻率一般在該曲線的拐點(diǎn)16 Hz處。

圖5 目標(biāo)函數(shù)與設(shè)計(jì)變量關(guān)系Fig.5 Relation of objective functions and variable parameters

圖6 激振頻率對熨平板角加速度的影響 Fig.6 Impact of excitation frequency on screed vertical acceleration

圖7 激振頻率對熨平板垂直加速度的影響Fig.7 Impact of excitation frequency on screed angle acceleration

對于現(xiàn)有的攤鋪機(jī)上設(shè)置的振動熨平板，振搗器的工作頻率一般在0～25 Hz，小于熨平板振動壓實(shí)系統(tǒng)固有頻率，而振動器的工作頻率一般在0～55 Hz，很容易與系統(tǒng)第一階固有頻率發(fā)生共振現(xiàn)象，通過對熨平板振動壓實(shí)系統(tǒng)的動態(tài)特性分析，獲得系統(tǒng)各階固有頻率，從而將振動頻率匹配在高于第一階固有頻率處，滿足施工要求的同時保證了熨平板的工作穩(wěn)定性。

圖8 振搗頻率對熨平板加速度的影響Fig.8 Impact of tamping frequency on screed acceleration

4 結(jié) 論

基于攤鋪機(jī)6自由度壓實(shí)系統(tǒng)動力學(xué)模型，分析提取與熨平板工作穩(wěn)定性相關(guān)的5個動態(tài)響應(yīng)量作為綜合優(yōu)化目標(biāo)，建立壓實(shí)系統(tǒng)參數(shù)多目標(biāo)優(yōu)化模型。采用線性加權(quán)組合法與遺傳算法對熨平板壓實(shí)系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，得到如下結(jié)論：

(1)熨平板優(yōu)化后振動器的安裝位置向熨平板質(zhì)心靠近了0.03 m，振搗器最大回轉(zhuǎn)半徑減小了0.004 6 m，熨平板下方前、后部介質(zhì)的剛度系數(shù)相應(yīng)的減小，此時轉(zhuǎn)動載荷均方根值幾乎趨近于0。優(yōu)化后熨平板俯仰運(yùn)動基本上被消除，熨平板工作穩(wěn)定。

(2)在振動器的工作頻率范圍內(nèi)，激振頻率易與熨平板壓實(shí)系統(tǒng)的第一階固有頻率發(fā)生耦合振動。利用多目標(biāo)遺傳算法優(yōu)化后的激振頻率為35.41 Hz，遠(yuǎn)離系統(tǒng)一階固有頻率，同時優(yōu)化后的頻率減小了9.59 Hz，降低了激振力對系統(tǒng)的沖擊作用。最佳激振頻率設(shè)置在大于共振頻率處，不僅提高了熨平板的工作穩(wěn)定性，同時保證了壓實(shí)質(zhì)量與施工效率。

(3)依據(jù)迭代計(jì)算獲得了振動熨平板動態(tài)響應(yīng)規(guī)律，對熨平板設(shè)計(jì)初期限制過大動載荷的出現(xiàn)以及對施工中避免在工作頻率范圍內(nèi)出現(xiàn)共振提供了參考。

[1] 劉洪海, 馬登成, 王宇峰. 攤鋪機(jī)振動夯與混合料聯(lián)合工作特性研究[J]. 筑路機(jī)械與施工機(jī)械化, 2010, 27(9): 73-76.

LIU Honghai, MA Dengcheng, WANG Yufeng. Study on operating characteristics of vibratory tamper of paver united with mixture[J]. Road Machinery and Construction Mechanization, 2010, 27(9): 73-76.

[2] 焦生杰, 顧海榮. 攤鋪機(jī)高密實(shí)度熨平板振搗裝置的結(jié)構(gòu)形式[J]. 筑路機(jī)械與施工機(jī)械化, 2013, 30(9): 37-43.

JIAO Shengjie, GU Hairong. Structures of tamping device of paver screed with high density[J]. Road Machinery & Construction Mechanization, 2013, 30(9): 37-43.

[3] LIU Honghai, YIN Ran, WU Shaopeng. Reducing the compaction segregation of hot mix asphalt[J]. Journal of Wuhan University of Technology(Mater Sci Ed), 2007, 22(1): 132-135.

[4] KENNEALLY B, MUSIMBI O M, VATTA V, et al. Finite element analysis of vibratory roller response on layered soil systems[J]. Computers and Geotechnics, 2015,67:73-82.

[5] 楊人鳳，張永新，湯鍵. 沖擊+振動+靜碾復(fù)合壓實(shí)滾輪與土壤系統(tǒng)的動力學(xué)模型[J]. 長安大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2003, 23(5): 56-59.

YANG Renfeng, ZHANG Yongxin, TANG Jian. System’s dynamic model of soil and composite compaction roller[J]. Journal of Change’an University(Natural Science Edition), 2003, 23(5): 56-59.

[6] 羅丹，馮忠緒，王曉云. 基于響應(yīng)面法的攤鋪機(jī)壓實(shí)系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化[J]. 振動與沖擊, 2012, 31(15): 92-95.

LUO Dan, FENG Zhongxu, WANG Xiaoyun. Parameter optimization for compacting system of asphalt payer based on response surface method[J]. Journal of Vibration and Shock, 2012, 31(15): 92-95.

[7] LUO Tianhong, GAN Xinfu, LUO Wenjun. Dynamics simulation of compacting mechanism with double-eccentric vibrator of asphalt-paver[C]. IEEE ICICTA, 2010： 800-803.

[8] KEITH M P. Warm mix asphalt technology: a comparative study of evothermTMand conventional hot mix asphalt[D]. Canada: Dalhousie University, 2009.

[9] 丘家俊，段文會. 推力軸承油膜剛度和阻尼的解析解[J]. 大電機(jī)技術(shù), 2002(2):5- 8.

QIU Jiajun, DUAN Wenhui. The analytical solution to oil film stiffness and damping of thrust bearing[J]. Large Electric Machine and Hydraulic Turbine, 2002(2):5-8.

[10] 吳昊，王建文，安琦. 彈流潤滑懸掛式轉(zhuǎn)子支承軸承軸向剛度的計(jì)算[J]. 華東理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2008, 34(3): 447-451.

WU Hao, WANG Jianwen, AN Qi. Calculation on axial stiffness of supporting bearings of vertical overhung rotors with EHL[J]. Journal of East China University of Science and Technology(Natural Science Edition), 2008, 34(3): 447-451.

[11] 梁尚明，殷國富. 現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)優(yōu)化方法[M]. 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社，2005.

[12] 于槐三. 攤鋪機(jī)熨平板仰角的形成及仰角組件的受力分析[J]. 筑路機(jī)械與施工機(jī)械化，2008, 25(10): 44-46.

YU Huaisan. Formation of screed’s elevation angle and force analysis of eievation angle module[J]. Road Machinery & Construction Mechanization, 2008, 25(10): 44-46.

[13] 嚴(yán)世榕，聞邦椿，宮照民. 瀝青混凝土攤鋪機(jī)熨平機(jī)構(gòu)的動力學(xué)實(shí)驗(yàn)研究[J]. 福州大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，1999(5): 50-53.

YAN Shirong, WEN Bangchun, GONG Zhaomin, et al. Dynamic experimental study of compacting vibrators of an asphalt concrete road paver[J]. Journal of Fuzhou University (Natureal Science), 1999(5): 50-53.

[14] 杜恒，魏建華. 基于遺傳算法的連通式油氣懸架平順性與道路友好性參數(shù)優(yōu)化[J]. 振動與沖擊, 2011, 30(8): 133-138.

DU Heng, WEI Jianhua. Parameters optimization of interconnected hydro-neumatic suspension for road comfort and road-friendliness based on genetic algorithm[J]. Journal of Vibration and Shock, 2011, 30(8): 133-138.

[15] 劉洪海, 賈潔, 馬朝鮮, 等. 攤鋪機(jī)熨平板對混合料振實(shí)特性的影響研究[J]. 中國公路學(xué)報(bào), 2016, 29(7): 152-158.

LIU Honghai, JIA Jie, MA Chaoxian， et al. Investigation of paver screed on compaction characteristics of mixture[J]. China Journal of Highway and Transport, 2016, 29(7): 152-158.

[16] 羅丹, 馮忠緒, 王曉云. 瀝青攤鋪機(jī)壓實(shí)機(jī)構(gòu)動力學(xué)仿真及試驗(yàn)研究[J]. 廣西大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2011, 36(5): 729-734.

LUO Dan, FENG Zhongxu, WANG Xiaoyun. Simulation and experimental study on compacting mechanism of asphalt paver[J]. Journal of Guangxi University (Natural Science Edition), 2011, 36(5): 729-734.

[17] 羅文軍，羅天洪，甘信富. 多功能攤鋪機(jī)振搗壓實(shí)機(jī)構(gòu)動力學(xué)仿真[J]. 重慶大學(xué)學(xué)報(bào), 2012, 35(5):22-28.

LUO Wenjun, LUO Tianhong, GAN Xinfu. Dynamics simulation of compacting mechanism for multi function payer[J]. Journal of Chongqing University, 2012, 35(5): 22-28.

[18] 趙鐵栓,焦生杰. 振動壓路機(jī)電液無級調(diào)幅控制研究[J]. 中國公路學(xué)報(bào), 2010, 23(2): 116-121.

ZHAO Tieshuan, JIAO Shengjie. Reasearch on electric-hydraulic stepless amplitude modulation control of vibratory roller[J]. China Journal of Highway and Transport, 2010, 23(2): 116-121.

[19] 龔濤，劉柏希.考慮土體隨振質(zhì)量的振動壓路機(jī)偏振模型分析[J].機(jī)械設(shè)計(jì), 2014, 31(7): 25-29.

GONG Tao, LIU Baixi. Analysis of polarization model of vibratory roller considering soil additional vibrating mass[J]. Journal of Machine Design, 2014, 31(7): 25-29.

[20] 孫健. 攤鋪機(jī)振搗器動力學(xué)特性分析[J].機(jī)械設(shè)計(jì), 2015, 32(12): 152-158.

SUN Jian. Dynamic characteristics analysis of tamper mechanism for payer[J]. Journal of Machine Design, 2015, 32(12): 152-158.

[21] 劉洪海, 孫昌泉, 周智勇. 攤鋪機(jī)振動參數(shù)對瀝青混合料密實(shí)度影響研究[J]. 武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào), 2013, 35(10): 65-68.

LIU Honghai, SUN Changquan, ZHOU Zhiyong. Study on effect of vibration parameters of paver on density of asphalt mixture[J]. Journal of Wuhan University of Technology, 2013, 35(10): 65-68.

[22] 嚴(yán)世榕，聞邦椿. 振搗器幾個參數(shù)對攤鋪機(jī)壓實(shí)機(jī)構(gòu)的非線性動力學(xué)特性影響分析[J]. 振動與沖擊， 2000,19(3):26-29.

YAN Shirong, WEN Bangchun. Investigation on effect of the parameters of vibratory plate on compacting mechanism of a vibratory road paver[J]. Journal of Vibration and Shock, 2000, 19(3): 26-29.

Parameter optimization for a compaction system of vibration screed of an asphalt paver based on a multi-objective genetic algorithm

JIA Jie, WAN Yipin, LIU Honghai

(Key Laboratory Road Construction Technology and Equipment Ministry of Education, Chang’an University, Xi’an 710064, China)

In order to reduce the impact of vibrator vibration on working stability of a screed and improve the compactness and roughness of the mixture at the bottom of the screed, a 7-degree freedom multi-objective optimization model was established. Based on the model, natural frequencies and dynamic responses of the screed were obtained by dynamic response analysis. Besides, a multi-objective genetic algorithm was used to optimize structure parameters and process parameters of the vibration compaction system. The optimal solution set of the compaction system parameters and dynamic response law of the vibration screed were determined. The calculation and analysis above may have a certain guiding significance for preventing the screed from working in resonance region and keeping large dynamic loads under restraint. This work is useful in the design of a screed and construction of pavers.

mechanical engineering; paver; vibration compaction system; multi-objective optimization; genetic algorithm

廣東省交通運(yùn)輸廳科技計(jì)劃項(xiàng)目(科技-2015-02-018);中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)——長安大學(xué)優(yōu)秀博士學(xué)位論文培育資助項(xiàng)目(310825175008)

2016-06-23 修改稿收到日期： 2016-08-31

賈潔 女，博士生，1990年生

劉洪海 男，博士，教授，博士生導(dǎo)師，1963年生

U415.52

A

10.13465/j.cnki.jvs.2017.12.037