YZ20D 型振动压路机总体毕业设计（机械CAD图纸）.doc

【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流YZ20D 型振动压路机总体毕业设计（机械CAD图纸）.精品文档.YZ20D 型振动压路机总体设计摘 要 振动压路机是一种高效的压实机械，广泛应用于道路建设施工中。目前国产 振动压路机以中小吨位和机械传动方式为主， 性能优良的全液压重型振动压路 机主要依赖于进口。为彻底改变这种现状，必须研制和生产具有自主知识产权的 高性能重型振动压路机。 本文本论文简述了国内外压实设备和压实技术的发展概况、振动压实的原 理、振动轮的结构和工作原理、振动压路机的压实特性与压实效果,动力学特性 和振动压实机理进行了研究与分析，建立了振动轮的数学模型，明确了振幅、加 速度、激振力、对地面作用力与振动频率之间的动态响应关系，以此作为参数的 设计依据,计算出了 YZ20D 型振动压路机的整机工作质量、振动频率、振幅、激 振力、 动机功率等压路机压实作业中重要的振动性能参数及振动轮等关键技术 结构进行研究及确定，最大功率。 本文在理论分析和计算的基础上，完成了 YZ20D 型振动压路机总体和液压 系统、振动轮总成等主要部件的设计。 关键词: 振动压路机； 总体参数；功率计算；爬坡校核；液压系统 YZ20D Type Vibratory Rollers Overall DesignAbstract Vibratory r oller is a kind of highly efficient compaction machine which is widely used in the road construction. Most of domestic vibratory rollers adopting mechanical transmission  are  light  or  medium  size  at  present,  while  full  hydraulic  and  heavy vibratory  rollers  with  high  performance  are  mainly  depended  on  importation.  To change the actuality completely, the heavy vibratory rollers with high performance an our own intellectual property rights must be developed and manufactured. The general  development of road rollers  is  stated  in this paper.  The theories  of vibratory  compacting  and the configuration and  wor k theory of vibr atory  wheel and the  compact  characteristic and effect  of  vibratory road  roller  are  intr oduced. In this paper  the  physical  property,  dynamic  character istics  and  vibration  compaction mechanism of soil are studied and a mathematical model of vibr atory rollers is created. The  dynamic  responses  between  the  amplitude,  acceleration,  exciting  force,  acting force on the ground and vibration frequency are determined, and according to which, frequency,  amplitude  and  mass  are  designed.  Determine  the  important  vibratory performance  specifications  for  the  compaction  operation  of  roller ，such  as  the operating mass，vibr atory frequency，amplitude，centrifugal force，power of engine and so on. Based  on  theoretical  analysis  and  calculation,  the  overall  design  of  model YZ20D  vibratory  roller  and  the  main  part  design of    hydraulic system，r oller and vibration damping system have been complished. Key Words: Vibr atory roller；the overall parameters；Grade ability check  ； shock absor bers；Hydraulic system 目录1 绪论 . 1 1.1 研究的背景. 1 1.2 研究的意义 . 1 1.3 国内外相关研究现状. 6 1.3.1 国内研究情况 . 6 1.3.2 国外研究情况 . 7 1.4 研究的主要内容. 8 2 振动压路机设 计综 述. 9 2.1 振动压路机 . 9 2.1.1 振动压路机的种类. 9 2.1.2 振动压路机的基本结构和特点 . 10 2.1.3 振动压实的基本原理. 10 2.1.4 振动压实的性能特点.11 2.1.5 振动压实的结构特点.11 2.2 振动压路机总体设计. 12 3 总体参数确定 及部 件设计计算. 15 3.1 振动压路机总体参数的确定 . 15 3.1.1 振动压路机总体参数的选择依据. 15 3.1.2 名义振幅的选择 . 15 3.1.3 振动压路机工作频率的选择 .错误！未定义书签。 3.1.4 振动压路机部分质量的确定 .错误！未定义书签。 3.1.5 振动压路机振动加速度的校核 .错误！未定义书签。 3.1.6 振动压路机工作速度的确定 .错误！未定义书签。 3.1.7 激振力 F 0  和振动压路机对地面的作用力 Fs  .错误！未定义书签。 3.1.8 振动轮宽度和直径的确定.错误！未定义书签。 3.2 振动压路机发动机功率的计算.错误！未定义书签。 3.2.1 行驶功率 P1 .错误！未定义书签。 3.2.2 转向功率 P2 .错误！未定义书签。 3.2.3 换向功率 P3 .错误！未定义书签。 3.2.3 振动压路机的爬坡功率 P 4  （KW） .错误！未定义书签。 3.2.4 振动压路机的振动功率 P5.错误！未定义书签。 3.2.5 振动压路机的功率组合.错误！未定义书签。 3.2.6 振动功率 P5 的研究讨论.错误！未定义书签。x - w 4 振动压路机爬 坡能 力校核. 20 4.1 爬坡能力的概述. 20 4.2 由牵引力决定的压路机爬坡能力. 20 4.3 由附着力决定的压路机爬坡能力. 21 5 压路机数学模 型和 运动方程的建立 . 24 5.1 振动压路机数学模型的建立原则. 24 5.2 两个自由度系统振动压路机的运动方程 . 24 5.3 运动方程中各个参数的取值 . 27 6 振动压路机的 动态 响应 . 29 6.1 位移-频率（ x - w ）和加速度-频率（ a - w ）曲线. 29 6.2 激振力-频率( F 0  - w ) 曲线和振动压路机对土的作用力-频率( F S  - w ) 曲线. 30 6.3 下车质量 m2  对 x - w 曲线、 F 0 - w 曲线和 FS  - w 曲线的影响 . 31 6.4 减振器刚度  对  曲线的影响. 32 6.5 土的刚度和阻尼对 x - w 曲线的影响 . 32 7 振动压路机液 压系 统. 33 7.1 液压传动性能特点分析 . 33 7.2 振动压路机行走液压系统 . 34 7.3 振动液压系统. 35 7.4 转向液压系统. 35 8 结论 . 35 参考文献. 36 致 谢 . 37 毕业设计（论文）知识产权声明 . 38 毕业设计（论文）独创性声明 . 391 绪论 1.1 研究的背景 我国公路建设正处于高速发展的阶段， 通建设一直作为我国国民经济建设 的重点投资领域，随着公路总里程的增加和出口量增多，需求量将逐年增长。公 路建设的投资为开发面向国内中、 档用户的超重型振动压路机提供了极其广阔 的市场空间。目前国内年产量 6000 台压路机中，振动压路机不到总产量的 70%， 而发达国家为 90%以上，并且国内振动压路机产量中 14 吨以下的中小吨位压路 机仍占有相当比例，按国家有关要求规定，高等级公路建设必须采用 14 吨以上 超重型压路机才能获得施工资格。 据近年来高等级公路建设中使用的压路机已 向 20 吨发展的情况，开发 20 吨超重型压路机市场前景较好阁。 现代公路都是在原始地面基础上， 下而上由自然土石方和各种混合料逐层 铺筑起来的各种结构层。 些结构层除了承受上层的重量载荷和车辆的流动变载 荷外，还要遭受日晒、雨淋、冰雪、洪水、地震等自然气候灾害的侵蚀与破坏。 如果各层材料压实不足，将直接导致道路面层出现沉陷、波浪、裂纹等缺陷。路 基和路面的早期破坏，将降低运输效率、提高运输成本、诱发交通事故、危及行 车安全、大幅增加道路养护成本。随着交通流量与大吨位车辆的与日俱增，对道 路强度、刚度、平整度和气候稳定性要求越来越高。为了适应这些要求，必须对 各铺层材料运用重型压实机械进行逐层压实以达到高标准的密实度。 过良好均 匀压实的铺层，材料颗粒间摩擦阻力和内聚力增大，道路强度、刚度和承载能力 大大提高；材料内部的空隙减少，颗粒之间结合更加紧密，能抵抗水的渗透，改 善道路的水稳定性和抗冰冻的能力；路面获得好的平整度，车辆行驶更舒适、平 稳 。工程实践证明，将筑路料的密实度增加 1%，道路的承载能力会增加 10% 15%。尽管压实所需的费用只占总施工预算的 1%4%，但压实结果对道路的使用 寿命是至关重要的。 我国公路建设正逐步采用高的压实标准， 达到这样的标准， 家建设部门规定， 只有装备 16 吨级以上重型振动压路机的施工单位才具备参与高等级公路建设 的资质。因此，随着每年大量高速公路的开工建设，市场对于重型振动压路机的 需求量不断增加。目前国产振动压路机在压实性能、可靠性、液压传动、电器控 制等方面与国外产品相比还存在一定的差距， 品系列以中小吨位机械传动方式 为主，而性能优良的全液压重型振动压路机主要依赖于进口。要彻底改变这种现 状，就必须研制和生产具有自主知识产权的高性能重型振动压路机，既能满足市场需求，又能为我国高等级公路建设提供现代化的高效压实装备，确保公路建设 的质量。 1.2 研究的意 义 振动压路机是施工工程的重要设备之一，用来压实各种土壤，碎石料，各种沥青 混凝土等。在公路施工中，多用在路基，路面的压实，是筑路施工中不可缺少的 压实设备。根据压路机工作原理，结构特点，操作方法和用途等的不同，有不同 的分类方法。振动压路机是利用机械自重和激振器产生的激振力，迫使土壤产生 垂直振动，急剧减小土颗粒间的内摩擦力，达到压实土壤的目的。振动压实可以 根据不同的铺筑材料和铺层厚度，合理地选则振动频率的振幅，提高压实效果， 减少压实遍数。振动压路机的压实深度和压实生产率均高于静力压路机，是一种 理想的压实设备。振动压路机最适宜压实各种非粘性土（砂、碎石、碎石混和料） 及各种沥青混凝土等。是公路、机场、海港、堤坝、铁道等建筑和筑路工程必备 的压实设备。 YZ20D型超重型压路机是长沙中联重工科技发展股份有限公司以建设部长 沙建设机械研究院为依托， 分发挥其科技创新优势， 准国外压路机先进技术， 高起点研制成功最新推出的单钢轮全液压自行式压路机。 机采用现代工业设计 方法设计，选用原装进口的优质配置，是一种高品质，高可靠性，环保型的产品。 它可广泛用于各种等级的公路，铁路，机场，港口及各种工业场地基础层和中间 层的压实施工，特别适宜砾石，碎石，沙石混合料等非粘性土壤的高效压实。 YZ20D超重型振动压路机在安装装配式凸块构件后可用于块状和粘土的压实。 1.3 国内外相 关研究现状 1.3.1 国内研究情况 我国工程机械行业起步较晚， 动压路机的发展源于1961年西安公路交通学 院与西安筑路机械厂联合开发的3t自行式振动压路机。目前，国内已初步形成以 徐州工程机械厂、洛阳建筑机械厂为主的二十余家压路机生产厂家，能够生产数 十种型号规格的压路机产品。 国内压路机生产企业应充分认识到自身产品在技术性能上与国外先进产品 存在的差距，找出自己的不足，认真借鉴和学习国外产品的先进技术，并结合国 内市场的需要不断创新。只有奋起直追，才能为提高国产振动压路机竞争力。长 沙建设机械研究院以及中联重工业科技发展股份有限公司一直致力于振动压路 机的开发与实验工作并取得了显著的成绩。其中，YZ14，YZ16型压路机已开发成 功。1999年，长沙中联重工科技发展股份有限公司以建设部长沙建设机械研究院为依托，充分发挥其科技创新优势，瞄准国外压路机先进技术，高起点研制成功 了YZ2OD型全液压双驱动振动压路机，这是长沙中联重工科技发展股份有限公司 凭籍建设部长沙建设机械研究院几十年从事压路机研究所取得的科研成果和丰 富的设计经验,在充分吸收借鉴九十年代未国内外最先进的压路机技术的基础上 而开发的压路机产品,是目前国内作用力最大,压实效果最佳的超重型振动压路 机。该机采用全液压双驱动，驱动桥内装了防止轮胎打滑的差速锁，无级变速， 钢轮振动，双频双幅，三级减震，发动机、液压系统和振动轴承等关键零部件选 用世界著名品牌，确保使用可靠。 我国压路机行业生产研制水平与我国经济建设仍不相适应， 其是重型和超 重型振动压路机生产数量和品种依然较少， 品的可靠陛和外观质量等综合技术 经济指标和自动控制技术方面仍低于国外先进水平闹。积极引进国外先进技术， 加强技术创新，开发出具有自主知识产权和独特技术的产品，缩小与国外先进生 产企业的差距，对国内压路机生产厂家来说迫在眉睫。设计技术的整体水平还处 于经验设计时期，近十多年的压路机技术发展，大部分是通过技术引进实现的。 以技术模仿，降低零部件的成本为主；加强科学实验，进行技术测试，建设高水 平的实验室的进程还处于起步阶段；CAD技术，有限元分析，机电液一体化，动 态设计，仿真等现代设计技术还处于应用入门或水平较低的普及阶段。这种状况 是导致企业自主开发能力不强，技术创新能力不足，难以与世界先进水平的工程 机械企业展开强有力竞争的原因之一。 1.3.2 国外研究情况 1930 年德国人最先使用了振动压实技术，并于 1940 年成功发明了拖式振动 压路机，彻底改变了压实效果简单依靠重量或增大线压力的方式。随着振动压实 理论研究的不断深入，振动压路机产品的规格品种也越来越多，尤其是 20 世纪 70 年代静液压传动和液压控制技术在振动压路机上得到应用，出现了采用调频 调幅机构的振动压路机，为压实工作参数的优化调节奠定了基础，使得振动压路 机迅速成为世界压路机市场的主导者。 国外超高级路面的振动压实技术，双钢轮自动控制压实系统，水平振动压实 技术，增强了压实效果。为了提高了压实效率，国外一些产品还普遍采用超高频 振动技术， 动频率超过 4000r/min， 压路机迅速达到所需密实度的高输出力， 可有效提高压实的速度。此外，建立在冲击技术理论上的冲击式压路机由于具有 制造简单、成本低廉、作用力均匀、压实效果较好的特点也被国内外越来越多的 企业所采用，其压实深度可达 22.5m。 近来国外振动技术更是向着自动化、智能化的方向发展美国 INGERsOURAND 公司的 DD 一 130 双钢轮串联式振动压路机，在每个振动轮中都有自动反向的偏向装置，可实现 7225 一 16330 吨八种不同的激振力输出，基本上可以满足所有 土壤类型路面的碾压需要。 目前在国外全液压传动、全轮驱动振动压路机成为主流，铰接式转向、三级 制动、调频调幅、故障自动报警与调控、静液压传动与控制、压实度随机检测， 振动压实动态特性仿真与分析等技术被充分运用到压路机上同。 上述技术特点 之外， 外压实技术在多频率复合振动或混沌振动、 声波技术促使土壤 液化” 原理以及新传动技术上也有新的发展。 驶室有逐渐向汽车驾驶室标准靠近的趋 势,整体布置舒适合理，并根据压路机经常需要前后行驶作业的特点，特别注意 追求丰裂野宽阔、1xl 的等韧捉巨效果，配备有换气、空调、暖风、电视监测等 设施。 算机、 能化技术在整机的设计中也被广泛采用。 德国 BOMAG 和 HAMM、 瑞典 DYNAPAC 等公司的压路机产品中， 电脑技术已经在各工作系统中被广泛应 用，如工作系统的监控、驱动系统的防滑转装置，整机的故障自动检测系统等。 1.4 研究的主 要内容 根据对压路机的主要参数的确定和发动机功率的计算来确定总体设计的参 数，校核其爬坡能力。并建立振动压路机的数学模型和运动方程，对其动态响应 进行分析研究。结合其他某型号的振动压路机，对 YZ20D 型振动压路机的液压系 统进行介绍。主要包括： a.  设计概述（设计的目的，内容和方法）； b.  总体设计参数的确定与计算；1）主要技术参数的确定； 2）发动机功率计 算； c.  爬坡能力校核； d.  建立振动压路机的数学模型及运动方程； e.  振动压路机的动态响应； f.  振动压路机液压系统介绍； g.  绘制图纸，其中包括 ：(1)压路机总体结构图；(2)前车架； (3)后车架； (4)振动轮及其它结构图纸。其中，至少有一张 3 号图纸应用 AUTOCAD 软件绘 出。 h.  编写设计说明书一份；2 振动压路机设计综述 2.1 振动压路 机 2.1.1 振动压路机的种类 振动压路机的类型和特性主要由振动机构决定。因此，可以从振动机构来分 类：常见的振动机构有圆周振动机构、扭矩振动机构、由垂直、水平、倾斜的组 合机构统称为智能振动和复式振动机构。 a.  圆周振动 中型和大型振动压路机的振动机构多采用圆周振动。 一个振动轮内有一个 振动轴，轴上装有偏心块，振动轴带着偏心块旋转，产生离心力，从而产生振动。 由于离心力（也称激振力）绕圆周旋转，所以称作圆周振动。振动轴每秒钟的转 动次数即为振动频率。这种机构结构简单、工作可靠、压实深度大、压实效果好， 所以得到广泛应用。 b.  扭转振动 在一个振动轮内有两个振动轴，两个振动轴转速、转向相同，但两个振动轴 上的振动块相位差 180°，产生的离心力形成一对力矩，从而形成扭矩振动即扭 转振动。这就是通常所说的振荡机构。 振荡压路机产生的扭转振动不会产生冲击，振荡轮也不会离开地面，这样行 驶时可改善对地面的附着力和表面压实质量。对周围建筑物影响小，可在市内、 桥梁上施工。其主要缺点压实深度小。所以，在双钢轮压路机中与圆周振动组合 使用可获得不同的压实组合作业方式，满足不同的压实工作的需要。 c.  智能振动 德国（Bomag）宝马公司研制的智多星压实控制系统，其中一项就是通过一 油缸改变两偏心块的相位差实现垂直，水平（扭振），倾斜不同振动方向的需要， 这种振动组合机构是实现压实作业过程智能化的基础，因此也称为智能振动。 d.  复式振动 这是日本酒井公司首创的振动方式，这种方式一改过去在圆周方向、径向上 做文章，而是在轴向产生振动。对多孔性沥青混凝土压实效果好。 e. 混沌振动 混沌振动即主频附近的宽频激振。 f.  冲击振动 利用多边凸轮转动时，势能的变化对压实材料有夯碾作用。2.1.2 振动压路机的基本结构和特点 见图 2.1，为轮胎驱动单钢轮振动压路机的结构简图。振动轮是主要的工作 部件，内部设置有高速旋转的偏心轴或偏心块，产生圆周方向的巨大离心力，迫 使振动轮产生机械振动，并利用其自身重量，完成对路面的振动压实。振动轮与 后轮又是行走部件，在传动系统的作用下，驱动压路机前后行驶。当后轮是主动 轮时，则为单驱动；当后轮与振动轮均为主动轮时，则为全驱动。后轮采用低压 宽基轮胎，外形尺寸大，弹性好，能增大接地面积，减小比压，适合在松软的路 基上行走，同时滚动阻力小，附着系数大，爬坡能力强，减振性能好。前车架通 过两侧的减振器悬挂在振动轮上，以隔离和缓冲高频振动。 图 2.1 振动压路机外形结构简图 1振动轮（下车）；2前车架（上车）；3驾驶室；4后轮；5后车架 2.1.3 振动压实的基本原理 振动使被压实材料内产生振动冲击。被压实材料的颗粒在振动冲击的作用 下，由静止的初始状态过渡到运动状态，被压实材料之间的摩擦力也由初始的静 摩擦状态逐渐进入到动摩擦状态。同时，由于材料中水分的离析作用，使材料颗 粒的外层包围一层水膜，形成了颗粒运动的润滑剂，为颗粒的运动提供了十分有 利的条件。被压实材料颗粒之间在非密实状态下存在许多大小不等的间隙，被压 实材料在振动冲击的作用下，其颗粒间的相对位置发生变化出现了相互填充现 象， 大颗粒形成的间隙由较小颗粒来填充， 小颗粒形成的间隙由水分来填充。 被压实材料中空气的含量也在振动冲击过程中减少了。 压实材料颗粒间隙的减少，意味着密实度的增加；被压实材料之间间隙的减少使其颗粒间接触面增大， 导致被压使材料内摩擦阻力增大，意味着其承载能力的提高。无论是水平振动还 是垂直振动，压实材料在振动作用下减少空隙率，使其变得更加密实的原理是一 致的。 2.1.4 振动压实的性能特点 与静作用压路机相比，振动压路机具有以下性能特点： a.  同样质量的振动压路机比静作用压路机的压实效果好，压实后的基础压 实度高，稳定性好。 b.  振动压路机的生产效率高。当所要求的压实度相同时，压实遍数少。 c.  压实沥青混凝土面层时，由于振动作用，当使面层的沥青材料能与其他集 料充分渗透、揉合，故路面耐磨性好，返修率低。 d.  机载压实度计在振动压路机上的应用，使驾驶员可及时发现施工道路中 的薄弱点，随时采取补救措施，大大减少质量隐患。 e.  可压实大粒径的回填石等静作用压路机难以压实的物料。 f.  压实沥青混凝土时，允许沥青混凝土的温度较低。 g.  由于其振动作用，可压实干硬性水泥混凝土（即 RCC 材料）。 h.  在压实效果相同的情况下，振动压路机的结构质量为静作用压路机的一 半，发动机的功率可降低 30%左右。但是，由于振动压路机的振动作用， 给周围环境及人体带来一定公害， 制了它的使用范围。 人口密集地区、 危房区、 近装有精密仪器的建筑物以及公路桥梁的桥面等处都不宜使用 振动压路机进行压实作业。另外，由于振动对人体健康的影响，减振效果 不好的振动压路机是不受欢迎的。 2.1.5 振动压实的结构特点 不论振动压路机在结构上的差异有多大，任何振动压路机都装有振动器。当 振动压路机工作时，振动器产生引起振动的干扰力。在干扰力的作用下，振动压 路机的工作部件（振动轮）将产生具有一定振幅和频率的振动。这就是振动压路 机在原理上与静作用压路机的根本区别。 通常振动压路机的振动器是由振动轴和安装在振动轴上的偏心块组成。当 今， 些公司将液压振动器在振动压路机上使用， 于液压振动器机构较为复杂， 尽管具有可以无机调频和调幅的优点，但并未广泛使用。当振动压路机作业时， 振动轴带动偏心块高速旋转。因此偏心块产生的离心力形成了“压路机-土”的 振动系统的干扰力，振动压路机的下车（振动轮）在这个干扰力的作用下产生强 迫振动，强迫振动的频率等于干扰力的频率。此时，振动轮将其振动作用传递到土或其他被压实材料上。 路机的振动轮连同其接触的被压实材料一起产生受迫 振动，这就是“压路-土”的振动系统。 2.2 振动压路机总体设计 振动压路机主要分为结构件、动力系统、传动系统(桥箱及液压系统)、控制 系统(液压及电气系统)和振动轮等五大部分。 2.2.1 振动轮 图 2.2 YZ20D 振动压路机总体图 振动轮采用内外圆筒相套结构，内圆筒作为润滑油室，结构受力合理，油室 润滑和散热空间大。振动轴承和行走轴承采用进口的单列圆柱滚子轴承。具有激 振力超大，工作可靠，轴承使用寿命长等优点。1 振动轮 2 悬架 图 2.3 3 偏心块 振动轮总示意图 4 连接座 5 联轴器 6 中间轴 7 振动轮行走轴承 2.2.2 液压驱动系统 8 减振器 9 振动马达 如图 2.4 所示，液压驱动系统由驱动泵，液压差速及冲洗