路緣石滑模機車架的模態(tài)分析

趙 靜，張 奕，陳 磊

（1.蚌埠學(xué)院，機械與電子工程系，安徽 蚌埠 233030；2.秦皇島煙草機械有限責(zé)任公司，河北 秦皇島 066318）

0 引言

隨著城市公路建設(shè)的不斷發(fā)展，路緣石滑模機被廣泛的使用在路緣石施工當(dāng)中.滑膜施工的路緣石具有剛度強度高、穩(wěn)定性好、表面光滑、維護(hù)費用低等優(yōu)點.國外對路緣石滑模機的設(shè)計和制造技術(shù)已經(jīng)基本成熟，國內(nèi)對高等級的公路施工大都從國外引進(jìn)設(shè)備進(jìn)行施工.但從國外引進(jìn)的全自動滑模機正處于研究和摸索階段，其施工技術(shù)還不成熟，尤其發(fā)現(xiàn)在施工中車架易振動，直接影響到設(shè)備壽命及攤鋪質(zhì)量.因此，對于建設(shè)、設(shè)計和施工單位來講，為保證現(xiàn)澆滑模的水泥混凝土路緣石的質(zhì)量，研究車架振動無疑具有十分重要的意義[1].本文以PC200路緣石滑模機為例，提供了車架模態(tài)分析的方法，研究、總結(jié)車架振動的原因及避免措施.

1 整車介紹

PC200是由美國Curb Appeal公司自主研發(fā)生產(chǎn)的一種多功能全自動的輪式路緣石滑模攤鋪機，它由成型密實裝置、車架、操縱控制系統(tǒng)、動力傳動系統(tǒng)和行走裝置構(gòu)成[2]，如圖1所示.

圖1 機構(gòu)構(gòu)成圖

PC200的設(shè)計和制造技術(shù)已非常成熟，具有優(yōu)秀的攤鋪質(zhì)量，高效的攤鋪速度和緊湊的外觀車型[3]，其主要技術(shù)參數(shù)如表1所示，其中路緣石的尺寸可以通過更換模具而改變.

表1 主要技術(shù)參數(shù)

2 車架的建模

運用Solidworks軟件對PC200路緣石滑模機進(jìn)行三維建模，整車的機構(gòu)及模型如圖2所示.車架是由車身框架和料斗起身機構(gòu)通過鉸接安裝組合而成.鋼材選用矩形冷彎空心型鋼 (H100mm、B50mm、t5.0mm)和方形冷彎空心型鋼(B50mm、t5.0mm)，材料為普通碳素鋼[4]，如圖 3所示.

圖2 整車模型

圖3 車架模型

3 車架模態(tài)分析

3.1 分析對象

車架在外界的時變激勵作用下將產(chǎn)生振動，其中共振對機器的工作效果和壽命的影響最大.為了避免共振，將以下最可能引起車架振動的因素作為分析對象[5～6]：路面不平度的激振頻率、發(fā)動機工作的頻率范圍、振搗棒工作的頻率范圍.具體參數(shù)如表1所示.

表1 分析對象頻率范圍

3.2 計算結(jié)果分析

將車架模型導(dǎo)入ANSYS軟件中，經(jīng)過智能網(wǎng)格劃分后，在自由模態(tài)下，獲得車架的固有頻率[7]，如表2所示.

由表2可知車架前6階固有頻率為0，最小固有頻率為44.02Hz遠(yuǎn)高于空載和滿載時路面的激振頻率，因此路面對車架振動的影響因素很小.第7、8階固有頻率與發(fā)動機和振搗棒的激振頻率有交集，發(fā)生共振的可能性很大，因此路緣石滑模機應(yīng)盡量避免在這個頻率范圍內(nèi)工作.第9階以上固有頻率均高于上述研究對象的激振頻率，引起共振的可能性不大.為進(jìn)一步確定引起共振的頻率范圍，輸出車架固有頻率的振型圖，如圖4所示.

表2 固有頻率

圖4 固有頻率振型圖

圖4中左上角的FREQ表示固有頻率，SMN表示位移最小值，SMX表示位移最大值，下方的漸變色條表示的是振動的位移，最左邊表示位移最小處的顏色顯示，最右邊表示位移最大處的顏色顯示.由圖可知：（1）車架的第7、8階固有頻率與發(fā)動機固有頻率接近，而第8、9階固有頻率與振搗棒振動頻率接近，這三階頻率都有可能引起共振；（2）隨振動頻率的增大，車架的振動位移越大，因此車架避免在高頻率下工作；（3）車架振動的最大位移0.234mm發(fā)生在第8階固有頻率處，說明第8階固有頻率是最易產(chǎn)生共振的頻率，應(yīng)盡可能避免；（4）位移最大處基本發(fā)生在車架安裝料斗的位置，說明此處的結(jié)構(gòu)可以進(jìn)一步優(yōu)化以提高車架的抗振能力.

〔1〕鄭成波.路緣石滑模機工作裝置防粘技術(shù)研究[D].長安大學(xué),2009.

〔2〕MBW Inc.Concrete curb and gutter slipform payer operating instructions C100 C101 CG200[J].New York:Prentice-Hall Inc,2009:21-222006:47-48

〔3〕CURB APPEAL USA.Operations manual pro curb series PC400/PC600 slip form pavers[J].New York:Prentice-Hall Inc,2009:21-22.

〔4〕單輝祖.材料力學(xué)[M].北京:高等教育出版社,1999.238-240.

〔5〕Roy W.Smith.Apparatus for Forming a continuous curb structure [J]. United States Patent NO:3749504,1973:1-3.

〔6〕胡永彪,鄭成波,康敬東,等.路緣石滑模施工設(shè)備及其施工技術(shù)的發(fā)展[J].筑路機械與施工機械化,2009,26(4):35-37.

〔7〕張奕,.PC200路緣石滑模機關(guān)鍵技術(shù)研究[D].燕山大學(xué),2010.