振动压路机振动加速度与压实度关系的研究
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摘要：通过对DYNAPAC-CA610D单钢轮振动压路机现场压实试验的分析，结合现有关于振动加速度与土壤压实度关系的理论，验证了在振动压实过程中振动加速度与土壤压实度存在相关关系，为压实度检测仪的设计及其对压实度的测量提供参考。
关键词：振动压路机；振动加速度；土壤压实度；
中图分类号：Q938.1+3 文献标识码：A 文章编号：
1.前言
由于我国工程建设的发展，公路行车密度与负荷量的增加，工程界对压实质量的要求越来越严格。振动压路机压实效果好，影响深度大，生产率高，适用范围广，已成为许多压实作业的首选设备。
目前，压实作业中普遍采用压实度作为检验压实效果的方法。现场测试土体压实的传统方法如：静载试验法，动载试验法，水球法，沙锥法及放射性元素测试法等，均属于抽样检测方法，很难反应作业区每一个点压实程度情况[1]。压实不足和过压实都不能达到最佳压实效果，压实度的连续实时检测技术可以随时掌握压实的进度避免压实不足和过压实。“振动轮一被压实土体”系统动力学研究的一个直接应用就是连续压实测量技术，它在进行压实过程中，通过振动轮的加速度测量来鉴别土体的特性，它是基于振动压实过程中土体动力特性的变化引起的振动轮或机体加速度相应变化特征，判断土体压实过程[2]。本文通过现有理论和现场振动压实试验相结合的方法对振动压路机振动加速度与压实度的关系进行研究。
2．“压路机-土壤”模型分析
振动压实是一个复杂的随机过程，以单钢轮振动压路机为例进行简化分析,建立“压路机-土壤”系统运动的两个自由度的数学模型。对数学模型简化得图（1）振动压路机两自由度振动模型，两个自由度分别用，表示。
图1 振动压路机两自由度振动模型
图1中：、分别为机架、振动轮竖直方向上的位移（m）； 、分别为机架、振动轮质量（Kg）；、分别为减振器、土壤的刚度（N/m）；、分别为减振器、土壤的阻尼（Ns/m）；为工作频率(rad/s)；为激振力（N）；t为时间（s）。
系统的运动微分方程为：
（1）
振动压路机作业时土的刚度为：
（2）
式中：为孔隙比；为土的泊松比；为振动轮触地角；为振动轮宽；为平均固结压力；为应变。
土的阻尼计算如下：
(3)
式中：为振动轮质量； R为振动轮半径；为振动作业时土的密度。
结合式（2）、式（3）可得出：振动压路机刚开始作业时，土壤比较松软刚度小、阻尼大。随着压实遍数的增加孔隙比逐渐减小，土的密度逐渐增大，所以土的刚度会随之增加，土的阻尼变小，地面对振动轮的作用力变大。土的孔隙比越小、密度越大则土壤压实度越大。所以，随着压实遍数的增加压实度逐渐增大，刚度会随之增加，土的阻尼变小，地面对振动轮的作用力变大，系统响应值逐步增大。由此可知，振动轮的垂直加速度与压实度存在相关关系，选取测定振动轮加速度值来计算压实度的方法是可行的。
3. 压路机振动加速度与压实度关系现场试验
上述理论分析中对振动模型的简化和相关参数的假设，必然导致理论分析结果存在一定误差。本文通过现场振动压实试验对振动压路机振动加速度与压实度的关系进行研究。
本试验参照GB/T8511―2005《振动压路机》及相关标准对DYNAPAC-CA610D单钢轮振动压路机进行试验研究，试验结果记录如表1，钢轮振动加速度第一主频峰值和压实度的关系如图2，钢轮振幅(峰值)和压实度的关系如图3，钢轮振幅(峰值、有效值)和压实度的关系如图4。
表1
图2振动加速度第一主频峰值和压实度的关系
图3钢轮振幅(峰值)和压实度的关系
图4 钢轮振幅(峰值、有效值)和压实度的关系
结合表1和图2、图3，在压实过程中，随着压实度的增加，振动压路机振动加速度第一主频峰值随之增大，钢轮振幅(峰值)也随之增大。因此，通过测量振动轮的竖直方向的振动加速度来测量土壤的压实度是可靠的。
由图4可以看出，钢轮振幅有效值随压实遍数变化不大，钢轮振幅峰值随压实遍数变化较为明显。即可得出，振动轮的振动加速度的交流有效值随着压实度的变化不是很大，而振动加速度的第一主频的峰值加速度随压实度的变化较为明显。
4结语
1、通过现有理论和现场振动压实试验的综合分析，验证了在碾压过程中振动轮加速度与土壤的压实状况存在相关关系，通过测量振动轮的竖直方向的振动加速度来测量土壤的压实度是可靠的。
2、振动马达的振动加速度的交流有效值随着压实度的变化不是很大，而振动加速度的第一主频的峰值加速度随压实度的变化较为明显。
参考文献：
[1]宁甲琳，曹源文.压实度连续检测研究[J].建设机械技术与管理.2007（1）:77～78
[2]陈宏彬，刘军.国外振动压路机发展趋势[J].中外公路.2005（1）