振動壓路機振動參數測試方法探討

陳晨

1 前言

壓實機械是在國民經濟建設領域發揮著重大的作廣泛用于地基、道路、飛機場、堤壩等工程。而振動壓路機是目前壓實機械市場中的主流產品，而振動壓路機的振動和減振性能直接關系到振動壓路機的產品作業性能、操作舒適性和安全性能。

本文通過研究氣墊變形量與氣墊充氣壓力、振動輪橋荷、振動輪振幅之間的關系，確定符合要求的氣墊變形量，以滿足壓路機振動試驗的要求。以往該項目的測試均采用鋼輪墊輪胎的方法，由于輪胎的剛度和彈性無法實現無級可調，勢必影響測試結果的準確性。采用氣墊代替輪胎后，氣墊的變形量和充氣壓力將決定測試結果的準確性。因此需研究氣墊變形量與氣墊充氣壓力、振動輪橋荷、振動輪振幅之間的關系，以滿足測試要求。

2 振動輪振動參數測試系統

2.1 振動傳感器

目前國內外在機械振動測試中，振動加速度傳感器均采用ICP結構的，該類型的傳感器根據其本身靈敏度的不同，輸出的是抗干擾能力強的電壓信號，適合較遠距離的信號傳輸。壓路機振動參數實際測試時，現場干擾源較多，而且被測機器離測試系統距離較遠，信號傳輸距離長。ICP結構的振動加速度傳感器可以滿足壓路機等工程機械現場測試要求。

2.2 信號調理器

由于傳感器輸出的是電壓信號，所以，信號調理電路就是對電壓信號進行放大。為了適合座椅振動，鋼輪振動，車架振動這三種不同的振動工況，采用了程控濾波器，測試軟件根據不同的測試工況，設置不同的低通截斷頻率。以此來配合軟件濾波，完成對有用信號的選取，屏蔽干擾信號。提好了測量的精度。根據測量加速度值的范圍不同，系統采用了程控放大器，根據測量值的不同，來設置測量值的范圍，提高了測量的精度。

2.3 PC機

目前測試軟件都安裝的筆記本，但筆記本在現場測試中，存在很多不便之處。比如，抗振動能力、防塵能力差，而且在司機室內部測試時，由于體積大，不便于攜帶。一般采用了工控機代替筆記本的方案。選擇3寸低功耗的主板，該主板的功能滿足測試系統的最低要求。把該主板和信號調理器集成在一個機箱中，選用一個5寸的顯示器，再附加觸摸屏。這樣集成的系統，體積小，結構緊湊，便于攜帶，抗振動能力得到提高。方便了使用。

2.4 測試軟件

測試軟件是在虛擬儀器的平臺上進行開發的。測試軟件采用了模塊化結構。針對座椅振動、鋼輪振動、車架振動，設計了專用的數據處理模型。鋼輪振動數據處理模型是根據壓路機鋼輪實際工作時是簡諧振動，所以，對采集到的鋼輪振動信號在頻域處理時，在每個數據處理塊中，采用整周期處理的方式。每個數據處理塊之間采用平均，得到最終值。車架烈度（速度）的處理處理，采用了軟件積分的方法。對采集到的加速度信號首先進行零均值處理，然后再進行積分運算。得到烈度（速度）值。軟件操作界面友好，簡單，適合測試現場操作。

3 研究方法

3.1 正交試驗設計

正交試驗設計是研究多因素多水平的一種設計方法。它是根據正交性從全面試驗中挑選出部分有代表性的點進行試驗。這些有代表性的點具備了“均勻分散，齊整可比”的特點。正交試驗設計是分析因式設計的主要方法是一種高效率、快速、經濟的實驗設計方法。

本文之所以選擇正交試驗設計方法，正是因為它與本文的自身特點相適應。本文的試驗目標是氣墊的變形量試驗因素為氣墊壓力、振動輪橋荷和振幅。試驗水平則是通過以往積累的試驗數據進行合理劃分，每項試驗因素都至少具有兩個水平。

根據正交試驗設計方法，得到如下正交試驗表：

表1 正交試驗表

表1中的數字“1、2、3”的含義是每項試驗因素的水平。在本文中，“1”代表“較小、較低的”水平，“2”代表“中間的”水平，“3”代表“較大、較高的”水平。例如，試驗因素“氣墊壓力”的試驗水平“1”代表較低的壓力值，“3”代表較高的壓力值，“2”表示它的壓力值在“1”和“3”之間。

3.2 試驗方法

在設計完成正交試驗表后，針對各項試驗因素準備相應的試驗儀器和試驗方法。在試驗準備完成后，按照正交試驗表的順序進行每次試驗。實驗步驟如下：

（1）對兩個氣墊進行充氣以后，當試驗所需要的壓力達到了一定要求的時候，兩個氣墊壓力相等。

（2）在承受振動輪橋荷以前，測量出來的數據進行記錄，對氣墊頂端到地面的垂直距離、振動輪橋荷質量和氣墊壓力記錄好，如圖1所示。

（3）兩個氣墊分別平行放置，并且在振動輪兩端的正下方，其高度不能超出振動輪外側端面，一定要保證振動輪底端和氣墊的接觸面在其中間區域，如圖2所示。

（4）把振動輪壓在氣墊上，然后松開起吊鉤，這時進行測量并記錄振動輪最低端到地面的垂直距離。

（5）在振動輪頂端安裝采集振動輪振幅的傳感器，并且連接到壓路機振動測試儀。

（6）壓路機操作人員將發動機轉速調節到振動輪工作時的設定值，然后進行振動。

（7）把壓路機振動測試儀采集到的振幅相關的數據記錄好，如圖3所示。

圖1 氣壓表

圖2 試驗中的振動輪與氣墊

圖3 壓路機振動測試儀

（8）按照上面的步驟，完成表1正交試驗表所列出的所有試驗。

3.3 數據的整理和分析

在完成試驗后，將試驗數據進行整理，填入正交試驗表內。本文運用Minitab統計分析軟件數據分析。本文應用該軟件對進行了試驗設計，并進行了一般線性模型統計分析，并確定了試驗目標和試驗因素的函數關系式，即氣墊變形量與氣墊充氣壓力、振動輪橋荷、振動輪振幅之間的函數關系式。

3.3.1 方差分析

一般線性模型是指使用最小二乘回歸方法執行計算的方差分析過程。目的是描述多個因子與連續響應變量之間的統計關系。本文的分析結果如表2。

表2 試驗因子信息

因子的類型之所以為固定，是因為因子的水平選擇是特別選取，且結果僅適用于分析中考慮的因子水平，所以各項因子為固定類型的因子。

表3 氣墊變形量方差分析

方差分析表中最重要的統計量是P值。模型中的每項都有P值（誤差項除外）。每項的p值表明對該項的效應是否顯著：

（1）如果P小于或等于已選的α水平，則說明項的效應顯著。

（2）如果P大于已選的α水平，則說明效應不顯著。

（3）如果固定因子的效應顯著，那么該因子的水平均值之間存在顯著差異。

通過觀察表3中的P值，振動輪橋荷和氣墊壓力的P值都為0，效應顯著。振幅的P值為1，則說明效應不顯著。振動輪橋荷和氣墊壓力這兩個因子對響應氣墊變形量的影響，通過圖4可清晰地表現出來。這是因為主效應和主效應圖通常與方差分析和試驗設計結合在一起使用，以檢查一個或多個因子的水平均值之間的差值。

圖4中的兩條線越陡峭，說明這兩個因子的主效應的量值越大。

圖4 氣墊變形量主效應圖

進行方差分析或試驗設計過程中的交互作用直觀的表現出來。如圖5所示。

圖5氣墊變形量交互作用圖

圖5 交互作用圖中的兩條線幾乎平行，這表示不存在交互作用。因為線與線之間的斜率差別越大，表示交互作用程度越高。

3.3.2 建立回歸方程

本文應用Minitab軟件生成了預測變量系數表，以建立回歸方程。如表4所示。

表4 預測變量系數表

回歸方程為：

氣墊變形量=103＋6.22×振動輪橋荷＋0.00×振幅－17.5×氣墊壓力

經過整理，得到如下公式：

氣墊變形量=103＋6.22×振動輪橋荷－17.5×氣墊壓力

4 結束語

本文歷經研究方法的確定、試驗前的準備和數據采集，到最后的數據分析，進行了大了大量的工作。在一定范圍內，實現了預期目標。確定了氣墊變形量與氣墊充氣壓力、振動輪橋荷、振動輪振幅之間的函數關系，提高標準的可操作性和科學性。

[1]申自名.振動壓路機壓實度實時檢測技術研究[D].長安大學，2017.

[2]謝欣然.振動壓路機振動壓實動力學仿真研究[J].現代計算機（專業版），2016（17）：58～62.

[3]周保剛，謝立揚.振動壓路機連續壓實儀及控制指標研究[J].筑路機械與施工機械化，2016，33（04）：108～111.