基于ADAMS的某拼接式熨平板振動特性仿真分析

蘇玉珍，鄒明山，李平

(湖南三一路面機械有限公司，湖南長沙 410100)

熨平板為攤鋪機的主要工作裝置，對路面的密實度、平整度起著至關(guān)重要的作用。一般熨平板采用箱梁式結(jié)構(gòu)，內(nèi)部安裝振搗機構(gòu)、振動機構(gòu)，振搗機構(gòu)的振搗頻率可以根據(jù)不同的攤鋪厚度、攤鋪材料進行調(diào)節(jié)，從而獲得最佳路面平整度及密實度。振搗器的個數(shù)一般與熨平板拼裝的段數(shù)相等，各振搗器隨相應(yīng)的振搗偏心軸上下運動時，存在一定的相位差，即相鄰兩個振搗器上下運動到達極限位置存在一定時間差。這樣在滿足振搗器對攤鋪料初步搗實的同時，通過不同振搗器間的相位差，減少或者消除振搗器上下運動對熨平板的擾動影響，從而保持熨平板整體的工作穩(wěn)定性［1－2］。文中采用ADAMS對該熨平板進行動力學(xué)分析，在振搗機構(gòu)工作時，得到拼接式熨平板各個拼接段之間振搗機構(gòu)的相位差的最佳匹配參數(shù)，使得熨平板底板的振動最小，并與試驗測試結(jié)果進行了比對分析。

1 單振搗機構(gòu)結(jié)構(gòu)組成

振搗機構(gòu)位于護板與熨平板之間，懸掛在偏心軸上。液壓馬達通過皮帶傳動偏心軸轉(zhuǎn)動，帶動振搗器往復(fù)運動，從而對攤鋪材料進行預(yù)壓實。單振搗機構(gòu)如圖1所示，主要由振搗軸、振搗器連接座、軸承、偏心套、振搗架、刀片、半聯(lián)軸器組成。拼接式熨平板各個拼接段振搗器之間通過半聯(lián)軸器連接，通過調(diào)節(jié)半聯(lián)軸器，可實現(xiàn)對熨平板相鄰拼接段振搗相位差的調(diào)節(jié)［3－4］。

圖1 單振搗機構(gòu)結(jié)構(gòu)組成

2 熨平板動力學(xué)模型建立及驗證

采用MSC公司的ADAMS仿真分析軟件，其采用多剛體系統(tǒng)動力學(xué)理論，采用拉格朗日方程方法來建立系統(tǒng)動力學(xué)方程，可以對虛擬機械系統(tǒng)進行靜力學(xué)、動力學(xué)、運動學(xué)分析，并輸出位移、速度、加速度、作用力曲線［5－6］。

利用ADAMS與Pro/E的接口，將熨平板主段的Pro/E模型如圖2所示，轉(zhuǎn)化為一定格式后導(dǎo)入ADAMS中，建立拼接式熨平板主段動力學(xué)模型如圖3所示。

圖2 拼接式熨平板主段模型

圖3 熨平板主段動力學(xué)模型

設(shè)置振搗轉(zhuǎn)速分別為300 r/min、500 r/min、800 r/min時，得到熨平板底板振動加速度如圖4所示。

圖4 底板垂向加速度在不同振搗轉(zhuǎn)速下仿真曲線

表1列出了仿真分析得到的振動加速度與理論值，從表中可以看出，仿真結(jié)果與理論值的誤差最大為8.56%，驗證了仿真模型的正確性。

表1 不同振搗轉(zhuǎn)速下底板垂向加速度理論值與仿真值對比

從以上分析結(jié)果，可以得到以下的結(jié)論:此熨平板仿真模型是準(zhǔn)確的，可以在此模型基礎(chǔ)上進行下一步的分析;熨平板底板的振動加速度隨振搗頻率的增加而增大。

3 振搗相位差對底板振動的影響

調(diào)節(jié)此熨平板主段振搗機構(gòu)的相位差為0°、30°、60°、90°、120°、150°、180°，在振搗轉(zhuǎn)速分別為 300 r/min、500 r/min、800 r/min時，取ADAMS仿真得到熨平底板振動加速度穩(wěn)定后的峰值進行比對，仿真數(shù)據(jù)見表2，底板振動加速度曲線見圖5—7。

表2 振搗相位差對底板加速度影響仿真結(jié)果

圖5 振搗轉(zhuǎn)速為300 r/min在振搗相位差不同時底板垂向加速度曲線

圖6 振搗轉(zhuǎn)速為500 r/min在振搗相位差不同時底板垂向加速度曲線

圖7 振搗轉(zhuǎn)速為800 r/min在振搗相位差不同時底板垂向加速度曲線

圖8為同一段熨平板底板加速度與相位差、振搗轉(zhuǎn)速之間的變化關(guān)系。由分析結(jié)果可知，當(dāng)該熨平板主段兩單振搗器的相位差為120°時，熨平板底板沿垂向的振動加速度最小。

4 試驗測試結(jié)果對比

圖9為熨平板底板加速度試驗測試現(xiàn)場。試驗通過強力磁座將加速度傳感器吸附在底板上，為保證測試工況的一致性，將熨平底板提升至距地面0.2～0.3 m的位置，并調(diào)整好振搗相位差。利用德維創(chuàng)數(shù)采儀記錄底板加速度測試曲線，圖10、圖11分別為振搗相位差為180°和120°時對應(yīng)的加速度測試曲線。

圖9 熨平底板加速度試驗測試現(xiàn)場

圖10 振搗頻率為500 r/min在振搗相位差為180°時底板垂向加速度測試曲線

圖11 振搗頻率為500 r/min在振搗相位差為120°時底板垂向加速度測試曲線

從圖11可知，左右主段之間相位差為120°時，底板加速度峰值為0.068g;左右主段之間相位差為180°時，底板加速度峰值為0.076g;且從加速度測試曲線圖來看，振搗相位差為120°時的底板振動加速度明顯低于相位差為180°的情況。說明在振搗相位差為120°時，開啟振搗動作后，振搗機構(gòu)產(chǎn)生的慣性力相對較小，降低了振搗器上下運動對熨平板的擾動影響，從而保持熨平板整體的工作穩(wěn)定性。

5 結(jié)論

(1)利用ADAMS軟件建立了攤鋪機拼接式熨平板動力學(xué)仿真模型，并與理論設(shè)計值和試驗測試結(jié)果進行了比對，驗證了模型的準(zhǔn)確性;

(2)通過該模型可以指導(dǎo)熨平板的前期設(shè)計，找出熨平板的關(guān)鍵設(shè)計參數(shù);

(3)通過ADAMS建立的仿真模型縮短了熨平板的開發(fā)時間，提高了研發(fā)效率。

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