振动力学论文.doc

学院：新科学院 专业：机械工程系 班级：机制102班 姓名：寇祖昌学号：2010200211 2012年12月6日YT1000 型振动压路夯实机转向机构设计【摘要】振动压路机为保证压实效果，要求在满足一定条件的情况下，对土壤的冲击力要大。冲击力的大小与激振频率、振幅及振动轮的质量有关。因此振动轮尺寸一般都比较大，重量也大。由此就造成了压路机的转向难度巨大。所以采用一般汽车的转动方式已经不适应实际压实作业的需要。对压路机的转向系统进行了专门的研究与设计，设计出了一种结构比较稳定、可靠，转向性能优越的转向机构，并分别从力学角度、材料的强度要求等方面做了相应的验证。经投入生产，样机试验表明，工作效果良好。关键词：转向机构；小型压路机；设计1 引言压路机是普通公路和市政工程等建设的必需品，主要用于高等级公路、铁路、机场跑道、大坝等大型工程项目的填方压实作业。近年来，世界各国都在研究一种体重小、激振力相对大的压路机，这种小型压路机在使用的灵活性、保养的方便性和价格等方面，都非常实用、可靠、方便，特别适合在市政工程等小型施工现场使用。另外从我国目前的市场情况来看，随着我国基本建设事业的发展，压路机的需求量逐年上升，小型振动压路机在运输保养和在市政工程窄小的工地条件下，都显示了其巨大的优越性。目前许多国际名牌建筑机械公司（日本三笠、德国宝马格、瑞典戴勒佩克等）都推出了他们的品牌产品，他们的小型振动压路机，结构复杂、价格昂贵，不能满足我国市场的需求。此外，由于振动夯实机的转向性能对其本身的运输和使用有着直接的影响，并在一定程度上影响着产品和厂家的声誉。因此，研制符合我国国情的夯实效率高、动力消耗少、结构简单紧凑、运转可靠、操作维修方便，以及转向容易的高质量低价位的新型系列振动夯实机很有必要。2 振动压路夯实机简介YT1000 型振动压路夯实机是双钢轮双振动需载人操作的工程设备，采用振动电机作为振动源，激振力通过刚体机架直接传递到两驱动滚轮上。运用振动电机作振动源较之液压传动要简单得多，其运转可靠性及成本也要比液压传动低得多，从而实现双钢轮双振动双驱动，成为具有优良压实效果的压路机。YT1000型振动压路夯实机采用25HZ 频率，小于12mm 振幅，既具有振动夯的捣实效果，又具有压路机平光路面的功能，样机破坏性试验证明压实效果比较理想；设计为前后轮同时驱动的双轮驱动方式，在相同电机功率的条件下，驱动电机、驱动减速机在滚轮内与驱动钢轮直接连接，电机电源导线通过驱动滚轮轴心孔引出，使压路机的运行效果大大加强，爬坡度达到30。YT1000 型振动压路夯实机的主要设计参数，如表1 所示。 表1 YT1000 型振动压路夯实机主要设计参数表型号YT1000 型振动压路夯实机工作重量1000kg激振力15kN振幅10mm冲击力35kN运行速度32m/min爬坡度（030）功率5kW3 转向机构设计要求由于YT1000 型振动压路夯实机转动滚轮的质量大与地面的接触面积大，导致转向时的摩擦阻力大转向困难。目前国内外振动压路机转向均采用液压推杆转向，但由于液压系统结构复杂，液压传动精度成本要求高，致使整机成本提高。故YT1000 型振动压路夯实机采用机械转向机构。其初始设计要求如下：（1）转向机构要操作方便，转向灵活，工作可靠。（2）在行走转向时，最小转弯半径不得大2m。（3）在碾压作业时，要具有调偏功能。（4）关键零部件满足工作强度，具有一定的可靠性。4 转向机构及工作原理为实现上述的转向机构设计要求，进行了转向机构设计，其工作原理，如图1 所示。压路机机架4 通过滚动轴承3 与转向滚轮支持架轴2 配合，转向滚轮支持架轴2 上部通过键A5 与大齿轮6 连接，并通过锁紧螺母7 锁紧。在压路机机架4 上安装有立式减速机12，立式减速机12 输出轴上通过键B4装有与大齿轮6 相啮合的小齿轮13，立式减速机12 上部输入轴通过键C11与方向盘轴10 相连，方向盘轴10穿过轴承固定支持套筒9 内孔，方向盘轴10 最上端与方向盘8 相连。转向滚轮支持架轴2 的下部与转向滚轮1 相连。具体的转向过程为：转动方向盘，转向方向盘连接的万向轴转动带动与之配套的内有方孔的转向轴支撑套转动，从而带动减速机输入轴转动，同时带动与减速机输出轴相连的小齿轮转动，也迫使与小齿轮啮合的大齿轮转动，同时再带动与大齿轮轴连为一体的后机架转动，从而使后机架和下面的转向滚轮转动达到转向的目的。5 转向机构设计与计算5.1 转弯半径的确定小型压路机需要在狭窄的施工现场进行压实作业，因而应具有良好的转向行驶的灵活性。压路机转向行驶的灵活性的主要评定指标，就是它的最小转弯半径。压路机最小转弯半径的定义为：压路机以最大转向角 转向行驶时，压痕外缘到回转中心的距离。压痕外缘的回转半径取决于压路机的轴距、转向角及压轮的宽度，并且与压路机的转向形式有关。在设计YT1000 型振动压路夯实机时，最大转向角 设计为30。YT1000 型振动压路夯实机转向时的运动几何关系，如图2 所示。初始设计振动轮宽度为680mm，轴距为600mm，最大转向角为30，YT1000 型振动压路夯实机转向为后轮转向推动前轮跟着转向。转弯半径的计算如下：AC/BC=sin30=0.5，BC=1200mm，BD=CD+BC=1540mm。即：最小转弯半径R 为1.54m，小于2m，符合设计要求。5.2 受力分析当转向滚轮支持架轴的转向力大于转向滚轮与土壤接触产生的摩擦力时，转向滚轮开始转动，所以转向滚轮支持架轴的设计应达到的一定的强度，满足工程作业的要求的同时，要具有较长的使用寿命。转向滚轮支持架轴和转向滚轮的结构，在设计时，取土壤的摩擦系数=1.2，这样设计出的转向滚轮支持架轴和转向滚轮具体尺寸，可以满足任何成份的土壤的作业要求，初始设计转向滚轮支持架轴的直径d=160mm。受力分析如下：滚轮产生摩擦力为：f=N=1.210009.8=11760N在转向滚轮支持架轴上产生的力矩为：M=FL=f2l2=1999.2N/m强度计算：max= 2MWp = 32Md3 = 321999.2N/m3.140.163 =50MPa一般情况下，土壤的摩擦系数 是小于1.2 的，这样转向滚轮支持架轴在工作时所受的许用扭转切应力要小于上述计算值，采用广泛应用的45 号钢，其许用扭转切应力的最大值为60MPa，所以受力分析的结果说明设计符合要求。6 结束语YT1000 型振动压路夯实机转向机构的设计成功解决了因滚轮质量大，与地面的接触面积大，造成的转向时的摩擦阻力大、转向困难问题，且结构紧凑、可靠。YT1000 型振动压路夯实机各项参数均达到或超过市场上的同类产品，其结构简单、运转可靠、价格非常低廉，有着非常美好的前景，相信会创造出可观的社会经济效益。参考文献1宋强.YZC18 型振动压路机的设计与分析J机械设计与制造，2007（