冲击压路机减振系统参数的仿真分析

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摘要：近几年来，随着现代技术以及用户的需要，人们对冲击压路机牵引等舒适性提出了更高的要求，工程车辆各个性能的好坏直接性影响着驾驶员的舒适度、燃油效率以及开车安全等问题。因此，对冲击压路机减振系统进行设计是当务之急。本文对冲击压路机的工作原理以及动力学方程进行阐述，重点分析其减振系统参数的仿真模型。

关键词：冲击压路机；减振系统；参数设计；仿真模型

工程车辆的舒适性主要是指工程车辆在行驶的过程中所产生的振动与冲击从而使人体感到不舒适等，并对人体的健康有一定的损害。冲击压路机在行驶时，由于地面的激励以及压实轮的冲击等因素引起的振动，会使驾驶员产生疲劳，并且使工作效率降低，甚至发生安全事故等，因此，必须对冲击压路机的振动进行设计，从而减少对驾驶员的损害以及提高工作效率等，具有实际的意义。

1.冲击压路机的工作原理以及动力学方程

冲击压路机主要是由牵引车、工作装置、缓冲减振机构以及行走机构等几部分构成，所使用的冲击压实技术主要是一种非圆形以及大功率、路基的技术，这种技术是产生在上个世纪九十年代。能够在短途转场从而不损害路面，同时在工作中，还能够选用平地机以及推土机配合使用，更进一步压实。但是，冲击压路机在进行工作时，会产生一定的冲击力，这种冲击力会影响到驾驶员的舒适度，以及减少结构的使用寿命以及降低动力输出性能等。

经过研究发现，冲击压路机的振动主要是由牵引侧以及车架所产生的，因此，对其进行隔振时也应该对这两部分采取措施，采用动力学微分方程建立冲击压路机缓冲减振系统模型图，如下图1所示：

在上图中，m1、m2以及m3表示的是牵引车、车架以及工作论的质量；k1、k2以及c1、c2表示的牵引车与车架，车架与滚轮之间的减振系统的阻尼系数以及刚度系数；F表示的是牵引车的牵引力；x1、x2以及u表示的是牵引车、车架以及滚轮的水平位移速度。

如果假设牵引车的速度是匀速行驶的，并且冲击压路机在外力的作用下是处于非常平衡的状态，f（t）就为滚轮重心发生突降时的冲击力。根据每一个部件之间的稳定平衡量，最终建立运动微分方程式，如下所示： （M，C，K表示的是系统的质量矩阵、阻尼矩阵以及刚度矩阵）。如果滚动轮在开始受到冲击时，表示F（t）开始作用了，那么牵引侧以及车架的初始位移就是0，将冲击荷载F（t）作用时间假设比较短，其公式为： ，当受到冲击之后的车架的速度就能够表示为 m=J/M3，并且也可以将其方程式的初始条件设置为x1（0）=x2（0）=u（0）=0，

2.冲击压路机减振系统参数的仿真模型以及分析

2.1.仿真模型

在仿真模型建立之前，首先先建立CAD模型， 此种模型是在结构CAE分析的基础之上，采用单伦式的冲击压路机模型并且在UG软件中得到建立的，值得注意的是在建立此种模型时，应该对牵引车以及牵引抽进行简化的处理，并且按照零部件之间的关系进行重新装配。

其次，根据牵引车的拓扑关系，建立整机的仿真模型，从而使模型具有确定的自由度等。建立起来的仿真模型如下图2所示：

进行仿真模拟时，主要是创建约束力，分别为套筒力、接触力以及弹簧力。套筒力能够实现横向或者径向的转变，同时采用Bushing对柔性连接对象进行模拟；接触力就是滚轮与地面间的力，是实体接触，而且通过控制接触参数来对管轮以及实体之间进行模拟等；所谓的弹簧力就是车架与牵引车之间通过弹簧进行连接，并且将缓冲弹簧的刚度计算出来，也就是283N/mm。

最后，创建地面与轮胎模型。基于ADAMSView来添加轮胎车辆的轮胎模型组建，并且在创建轮胎模型的组建时，需要指定一定的地面，ADAMS主要有UA、Delft 以及PAC89等轮胎类型，试验模型为Delft，其他两种模型为解析模型。而此次的仿真模型中，主要是采用PAC89线性轮胎模型，来进行仿真。

2.2.分析仿真减振系统参数

基于ADAMS的系统环境下，仿真已经给定的系统参数进行动力学性能时，牵引速度的均值为每小时14.4千米，进行压实工况的仿真曲线以及实验曲线，通过建立相关曲线可知，经过实测的结果与变化规律基本是一致的，即使有误差，这种误差可以忽略不计，不影响其实测结果。通过曲线仿真能够判断仿真模型的准确性。

在上面动力学方程中，在定义减振参数为设计变量时，设计的变量为k1、k2以及c1、c2，表明了结构参数的设计在某一范围发生变化时，给整机的动力学都会造成一定的影响这种影响就表现在设计变量灵敏度的绝对值越大，对目标测量值的影响也就越大。k1、k2以及c1、c2的影响变化值如下表1所示：

由于c2的变化值对牵引车的荷载影响比较小，增加的幅度基本保持不变，因此c2的参考范围值可以定义为156-789N・s/mm，通过表中数据以及相关仿真曲线进行分析可以得出，k1、k2以及c1的峰值会出现不同时刻的前移，相应的方向拉力就会出现不同程度的增加，滚轮轴的离地面的程度也会不断增加，从而仿真曲线的振荡也比较大。

3.结束语

总而言之，通过对冲击压路减振系统的参数进行设计以及仿真，分析了系统中的刚度以及阻尼参数，并且研究这些参数对于水平冲击荷载力的影响程度，最后通过系统仿真模拟，得出一种设计变量对牵引荷载下的特性以及取值分析，k1、k2以及c1、c2的设计变量值可以按照由大到小进行结构化的参数设计。

参考文献：

[1]肇世华，张洪.基于MATLAB/Simulink的冲击压路机牵引主机座椅悬架系统的研究[J].工程机械，2009，40（3）：29-33.

[2]智晋宁，张洪.冲击压路机缓冲减振系统的动力学仿真研究[C].2006中国科协年会.2006：399-405.

[3]智晋宁，张洪.冲击压路机缓冲减振系统的动力学仿真研究[C].全球化制造高级论坛暨21世纪仿真技术研讨会论文集.2004：105-108.

作者简介：姓 名：艾宏远 性别：女 单位：北京交通运输职业学院职务教师