YZJ13型全液壓振動壓路機液壓系統(tǒng)設(shè)計含9張CAD圖

YZJ13型全液壓振動壓路機液壓系統(tǒng)設(shè)計含9張CAD圖,yzj13,液壓,振動,壓路機,系統(tǒng),設(shè)計,cad 摘 要 振動壓路機是利用其自身的重力和振動壓實各種建筑和筑路材料。在公路建設(shè)中，振動壓路機最適宜壓實各種非粘性土壤、碎石、碎石混合料以及各種瀝青混凝土而被廣泛應(yīng)用。目前國產(chǎn)振動壓路機以中小噸位和機械傳動方式為主，而性能優(yōu)良的全液壓重型振動壓路機主要依賴于進口。之所以出現(xiàn)處于這種狀況是由于全液壓壓路機液壓液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜并且各類液壓元件加工復(fù)雜，為徹底改變這種現(xiàn)狀本文對現(xiàn)有壓路機液壓系統(tǒng)進行調(diào)研，研制出結(jié)構(gòu)優(yōu)良的全液壓壓路機液壓系統(tǒng)。 本文在理論分析和計算的基礎(chǔ)上，完成了YZJ13型振動壓路機液壓系統(tǒng)的設(shè)計，在方案、結(jié)構(gòu)和設(shè)計方法上進行了創(chuàng)新：采用全液壓的傳動方案，通過3個相互獨立的液壓回路實現(xiàn)行駛、振動和轉(zhuǎn)向三大基本功能，與機械傳動相比在壓實效果、爬坡能力、質(zhì)量分配、操作控制和整體布局方面具備更大優(yōu)勢。轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)采用鉸接式車架折腰轉(zhuǎn)向的方案，轉(zhuǎn)彎半徑小、機動性好、前后輪跡重疊、重心低、駕駛員視野開闊。同時本文對分動箱的機構(gòu)進行了詳細(xì)的設(shè)計計算，為縮小分動箱的體積本次采用齒面硬度達60HRC的齒輪和雙列滾柱軸承的結(jié)構(gòu)。 關(guān)鍵詞：振動壓路機；設(shè)計；液壓系統(tǒng)；分動箱 Abstract Vibratory roller is the use of its own gravity and vibration compaction of various building and road construction materials. In the process of highway construction, vibratory roller is the most suitable for compaction of various kinds of non cohesive soil, crushed stone, crushed stone mixture and asphalt concrete. At present, the domestic vibratory roller is mainly based on the medium and small tonnage and mechanical transmission mode, and the full hydraulic vibratory roller with good performance mainly depends on import. The reason in this situation is due to hydraulic roller hydraulic system of complex structure and various hydraulic components processing complex, to completely change this situation in the research of the existing roller hydraulic system, developed the fine structure of the full hydraulic roller hydraulic system. In this paper, on the basis of theoretical analysis and calculation, completed the design of YZJ13 type hydraulic system of vibratory roller, the innovation in the scheme, structure and design method: using hydraulic transmission scheme, realize the vibration and turned to the three basic functions of the 3 independent hydraulic circuits, compared with mechanical the transmission has more advantages in the compaction effect, climbing ability, quality distribution, operation control and overall layout. Steering articulated frame structure using articulated steering scheme, small turning radius, good maneuverability, and the wheel track overlap, low center of gravity, the driver vision. At the same time, the mechanism of the transfer case were calculated with the structure design, in order to reduce the volume of the transfer gear tooth surface hardness of 60HRC gear and double row roller bearing. Keywords: Vibrating roller ; Design ; Hydraulic system ; Transfer case 目錄 摘 要 I Abstract II 1.緒論 1 1.1引言 1 1.2壓路機的用途及分類 1 1.3國內(nèi)外雙鋼輪振動壓路機發(fā)展現(xiàn)狀 3 1.4雙鋼輪振動壓路機發(fā)展趨勢 5 1.5課題提出的背景與意義 7 1.6本文的研究內(nèi)容 7 2.振動壓實理論 9 3.振動壓路機動力學(xué)模型及運動方程 12 3.1研究振動壓路機動力學(xué)模型的意義 12 3.2兩個自由度系統(tǒng)振動壓路機的運動方程 12 3.3運動方程中各參數(shù)的取值 15 4. 液壓系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計 18 4.1行走液壓系統(tǒng)的設(shè)計 19 4.1.1 全輪驅(qū)動液壓壓路機的優(yōu)點 19 4.1.2 全輪驅(qū)動液壓壓路機的缺點 20 4.2振動液壓系統(tǒng)設(shè)計 20 4.2.1開式液壓震動系統(tǒng) 20 4.2.2閉式液壓振動系統(tǒng) 21 4.2.3工作裝置液壓振動系統(tǒng)形式的選用 22 4.3轉(zhuǎn)向液壓系統(tǒng)設(shè)計 23 4.4液壓系統(tǒng)原理圖 24 5. 液壓系統(tǒng)計算與選型 26 5.1 液壓系統(tǒng) 26 5.1.1 行走液壓系統(tǒng) 26 5.1.2 振動液壓系統(tǒng) 26 5.1.3 轉(zhuǎn)向液壓系統(tǒng) 27 5.2各液壓系統(tǒng)所需功率計算 27 5.2.1行駛液壓系統(tǒng)所需功率計算 27 5.2.2轉(zhuǎn)向液壓系統(tǒng)所需功率計算 28 5.2.3振動液壓系統(tǒng)所需功率計算 28 5.3 主要液壓元件計算選型 29 5.3.1 行駛液壓系統(tǒng) 29 5.3.2 振動液壓系統(tǒng) 31 5.3.3 轉(zhuǎn)向液壓系統(tǒng) 32 5.3.4油箱的設(shè)計計算 34 6. 分動箱設(shè)計 35 6.1分動箱結(jié)構(gòu)設(shè)計 35 6.2分動箱設(shè)計計算 35 6.2.1動力參數(shù)計算 36 6.2.2行駛級齒輪傳動設(shè)計 36 6.2.3轉(zhuǎn)向-振動級齒輪傳動設(shè)計 38 6.2.4輸入軸的設(shè)計 40 6.2.5輸出軸1的設(shè)計 41 6.2.6輸出軸2的設(shè)計 41 6.2.7 軸強度的校核 42 7. 液壓系統(tǒng)的保養(yǎng) 43 8.結(jié) 論 45 參考文獻 46 致謝 47 第 47 頁 1.緒論 1.1引言 壓路機是工程機械的一種，是以特制鋼輪或光面輪胎作為作業(yè)裝置的施工機械，主要是用來提高被壓實對象的密實度和承載能力，被廣泛應(yīng)用于道路施工、市政建設(shè)、機場基礎(chǔ)、攔水大壩建設(shè)等施工工程中。 壓路機的壓實過程，就是通過靜壓、振動、揉搓、沖擊等方式向被壓實材料加載，克服被壓實材料間的摩擦力、粘著力、吸附力，排出被壓實顆粒間的空氣和水分，使各種顆粒相互靠近、提高密實度的過程。 振動壓路機是利用機械自重和激振器產(chǎn)生的激振力，迫使土產(chǎn)生垂直強迫振動，急劇減小土顆粒間的內(nèi)摩擦力，達到壓實土的目的。振動壓路機可以根據(jù)不同的鋪路材料和鋪層厚度，合理地選擇振蕩頻率的振幅，提高壓實效果，減少壓實遍數(shù)。振動壓路機的壓實深度和壓實生產(chǎn)率均高于靜力壓路機，是一種理想的壓實設(shè)備。振動壓路機最適宜壓實各種非粘性土（砂、碎石、碎石混合料）以及各種瀝青混凝土等。是公路、機場、海港、堤壩、鐵道等建筑和筑路工程必備的壓實設(shè)備。 雙鋼輪振動壓路機主要適用于瀝青混凝土、RCC混凝土等路面的壓實，也可用于路基、次路基和穩(wěn)定層等的壓實。 1.2壓路機的用途及分類 ⑴.用途： 振動壓路機是工程施工的重要設(shè)備之一，它主要用在公路、鐵路、機場、港口、建筑等工程中，用來壓實各種土壤、碎石料、各種瀝青混凝土等。在公路施工中，多用在路基、路面的壓實，是筑路施工中不可缺少的壓實設(shè)備。振動壓路機是依靠機械自身質(zhì)量及其激振裝置產(chǎn)生的激振力共同作用，用以降低被壓材料顆粒間的內(nèi)摩擦力，將土粒楔緊，達到壓實土壤的目的。振動壓實具有靜載和動載組合壓實的特點，不僅壓實能力強，壓實效果好，生產(chǎn)效率高，而見相對于靜力壓路機節(jié)省能源，減少金屬消耗，是現(xiàn)代工程建設(shè)中不可缺少的基礎(chǔ)壓實和路面壓實的重要設(shè)備。由于振動壓路機更新了壓實技術(shù)，改進了壓實工藝，降低了壓實成本，提高了壓實質(zhì)量，因而，近三十年來振動壓路機在品種、質(zhì)量和數(shù)量上都得到了很大的發(fā)展。據(jù)統(tǒng)計，在美國、日本和歐洲的壓路機市場上，振動壓路機的銷售量和保有量都占絕對的優(yōu)勢。在我國，振動壓路機的生產(chǎn)也在逐年增長，主要生產(chǎn)廠家已先后引進國外先進技術(shù)，產(chǎn)品質(zhì)量不斷提高，部分產(chǎn)品已銷往國外。 振動壓路機已有半個世紀(jì)的發(fā)展歷史，近十幾年發(fā)展更為迅速，特別是大型振動壓路機得到了較好的發(fā)展C181級振動壓路機可對巖石、碎石等基礎(chǔ)填方工程進行有效壓實。液壓調(diào)頻調(diào)幅技術(shù)的應(yīng)用，有效地擴大了振動壓路機的壓實范圍。實踐證明：振動壓實不僅適用于路基和路面的壓實作業(yè)，而且適合對瀝青混凝土路面、干硬性混凝土路面的壓實。 ⑵.分類： 振動壓路機可以按照結(jié)構(gòu)質(zhì)量、行駛方式、振動輪數(shù)量、驅(qū)動輪數(shù)量、傳動系傳動方式，按振動輪外部結(jié)構(gòu)、振動輪內(nèi)部結(jié)構(gòu)、振動激勵方式等進行分類。其具體分類如下： ①.按機器結(jié)構(gòu)質(zhì)量可分為：輕型、中型、重型和超重型。 ②.按行駛方式可分為：手扶式、自行式和拖式。 圖1-1手扶式、自行式和拖式振動壓路機 ③.按振動輪數(shù)量可分為：單輪振動、雙輪振動和多輪振動。 圖1-2單輪振動、雙輪振動振動壓路機 ④.按驅(qū)動輪數(shù)量可分為：單輪驅(qū)動、雙輪驅(qū)動和全輪驅(qū)動。 ⑤.按傳動方式可分為：機械傳動、液力機械傳動、液壓機械傳動和全液壓傳動。 ⑥.按振動輪外部結(jié)構(gòu)可分為：光輪、橡膠壓輪和凸輪(羊足)。 圖1-3光輪、橡膠壓輪和凸輪(羊足) 振動壓路機 ⑦.按振動輪內(nèi)部結(jié)構(gòu)可分為：振動、振蕩和垂直振動。其中振動又可分為：單頻單幅、單頻雙幅、單頻多幅、多頻多幅和無級調(diào)頻調(diào)幅。 ⑧.分為定向激勵和非定向激勵。 按振動激勵方式可分為：垂直振動激勵、水平振動激勵和復(fù)合激勵。垂直振動激勵又可分為定向激勵和非定向激勵。 按振動壓路機其他主要結(jié)構(gòu)特點還有一些分類方法。一般而言，振動壓路機主要按其結(jié)構(gòu)型式和結(jié)構(gòu)質(zhì)量來分類。 根據(jù)現(xiàn)有振動壓路機的結(jié)構(gòu)型式，其分類列于下表： 表1-1振動壓路機分類 振 動 壓 路 機 輪胎驅(qū)動光輪振動壓路機 手 扶 式 振 動 壓 路 機 手扶式單路振動壓路機 輪胎驅(qū)動凸輪振動壓路機 手扶式雙輪整體式振動壓路機 兩輪串聯(lián)振動壓路機 手扶式雙輪鉸接式振動壓路機 兩輪并聯(lián)振動壓路機 四輪振動壓路機 組合振動壓路機 拖式振動壓路機 拖式光輪振動壓路機 新型振動壓路機 振蕩壓路機 拖式凸輪振動壓路機 垂直振動壓路機 拖式羊足振動壓路機 拖式格柵振動壓路機 1.3國內(nèi)外雙鋼輪振動壓路機發(fā)展現(xiàn)狀 綜觀國內(nèi)外振動壓路機的技術(shù)現(xiàn)狀，主要有如下特點： ⑴.液壓(液力)化 早在20世紀(jì)60年代初，國際上先進的振動壓實機械已在大中型機型上采用了液壓液力技術(shù)，主要是在行走系統(tǒng)和振動系統(tǒng)上采用了液壓泵和液壓馬達，且可通過系統(tǒng)流量的控制實現(xiàn)行走速度和振頻的無級調(diào)整，而靜液壓技術(shù)用于壓路機的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。在國外70年代推出了全液壓振動壓路機。液壓液力技術(shù)的實施使壓路機的作業(yè)更為可靠，結(jié)構(gòu)更為緊湊，操縱也更為靈活和省力，且在制作工藝上更為簡便。同時，液壓液力技術(shù)的運用為振動壓路機自動檢測和控制提供了條件。 ⑵.系列化 為滿足不同施工工況的要求，國內(nèi)外振動壓路機產(chǎn)品系列不斷擴大和完善，從自重僅300kg的手扶振動壓路機直到自重18t的大型振動壓路機，都形成了自己不同的產(chǎn)品系列。根據(jù)用戶的使用要求，一種產(chǎn)品又可以派生出多種變型產(chǎn)品。 ⑶.多振幅 振動壓路機最初的振動機構(gòu)只是單振幅，與靜碾壓壓路機比較，其壓實效果有明顯提高。但在實際作業(yè)中，根據(jù)壓實厚度、含水量及壓實對象的不同，要求壓實機械有不同的振動強度，而振動強度的大小與振幅的大小密切相關(guān)。如小振幅壓實厚基礎(chǔ)時效率低，反之用大振幅壓實瀝青路面面層則難以得到高的平整度。為適應(yīng)工程施工壓實作業(yè)的多工況要求，先進的振動壓路機開發(fā)了雙振幅、三振幅等多振幅振動機構(gòu)，以適應(yīng)工程的需要。振幅的調(diào)節(jié)主要通過改變振動機構(gòu)的固定偏心塊與活動偏心塊間的夾角，調(diào)節(jié)方式有液壓驅(qū)動、電磁吸引等方式。 ⑷.機電一體化 計算機技術(shù)、微電子技術(shù)、傳感技術(shù)、測試技術(shù)的迅速發(fā)展，推動了振動壓路機機電一體化的進程。如在碾壓次數(shù)顯示，裝置中采用電子管理裝置自動計數(shù)，配合微電腦與前進、后退操縱手柄聯(lián)為一體，即可自動計算碾壓遍數(shù)，實現(xiàn)工程管理的自動化。另外，也可采用電子儀器進行壓實狀況管理，其方法是在壓實滾輪上安裝加速度傳感器，用計算機對檢測到的波形進行處理，并在駕駛室內(nèi)由顯示屏顯示，以便操作者合理地進行施工作業(yè)。這些技術(shù)在振動壓路機上的應(yīng)用可以提高機器性能和生產(chǎn)能力，保證壓實質(zhì)量?？蓪崿F(xiàn)對振動壓路機狀態(tài)和參數(shù)的檢測、處理和顯示，以及壓實密實度自動檢測；測試振動壓路機可以在工程施工過程中對壓實質(zhì)量進行監(jiān)控；智能壓路機可以自動調(diào)節(jié)自身狀態(tài)，使之與周圍環(huán)境及壓實材料相適應(yīng)，優(yōu)化壓實過程等。 ⑸.結(jié)構(gòu)模塊化 國外一些壓路機生產(chǎn)廠家開始生產(chǎn)有不同功能的模塊結(jié)構(gòu)和標(biāo)準(zhǔn)附件，通過更換模塊和標(biāo)準(zhǔn)附件來改變壓實性能和用途及壓路機型別。例如，英國柯斯特爾(coasta)公司設(shè)計生產(chǎn)有平足型、凸塊型、z型等多種輪面結(jié)構(gòu)的套筒式滾輪或組合模塊；瑞典戴納帕克(DynaPac)公司正在改進CAl5、CA25、CA30、CA51機型的設(shè)計，使壓路機的一些零部件盡可能通用，如分動箱、變速箱、減速器、驅(qū)動橋等，便于組織大批量生產(chǎn)。 ⑹.一機多用化 為擴大同一振動壓路機的使用范圍，用改進振動機構(gòu)的操作控制，可使壓路機具有垂直振動、振蕩和靜碾壓功能，而且可以根據(jù)需要進行變換。也有在壓路機上增設(shè)附屬裝置，如推鏟，路面刮平修整裝置等，增加壓路機的多用途功能。 ⑺.舒適、方便、安全化 現(xiàn)代振動壓路機在減震降噪方面進行了大量的研究工作，可以便駕駛員連續(xù)工作不疲勞，從而提高了振動壓路機的生產(chǎn)能力和使用壽命。 采用雙方向盤、可移動方向盤、旋轉(zhuǎn)座椅并且將操縱手柄設(shè)計在座椅扶手上，盡可能減少操縱失誤和減輕司機的勞動強度，滿足操縱方便性。 安裝防傾翻駕駛室和防重降物駕駛室，以保障施工時機器和駕駛?cè)藛T的安全。 1.4雙鋼輪振動壓路機發(fā)展趨勢 進入21世紀(jì)以后，壓實技術(shù)與振動壓實機械的進步將更加富有理論性，研究和創(chuàng)新已經(jīng)顯示出強有力的勢頭。 ⑴.新的理論突破 現(xiàn)代壓實技術(shù)與振動壓實機械的發(fā)展愈來愈多地依靠壓實理論的新突破，成為創(chuàng)造全新壓實過程的理論支柱。壓實理論研究更加顯示出綜合性的特點，即從工作介質(zhì)的材料特性、力學(xué)基礎(chǔ)、施工方法及機械結(jié)構(gòu)、運動學(xué)與動力學(xué)的綜合角度來研究壓實作業(yè)過程。壓實技術(shù)的發(fā)展更加帶有多種是施力方法綜合作用的特點，即通過靜壓、揉搓、振動、搗實、沖擊等多種方法的聯(lián)合作用來強化壓實過程。 現(xiàn)以進入實用階段的新的壓實技術(shù)與壓實機械，例如振蕩壓路機和沖擊壓路機將進一步定位自己的領(lǐng)域，而在某一領(lǐng)域內(nèi)成為主要的壓實設(shè)備。寶馬公司利用兩振動軸偏心距的相位差調(diào)節(jié)而實現(xiàn)了壓路機在水平或垂直振動兩個極限或在其間的任何狀態(tài)下作用，從而實現(xiàn)了壓路機振幅的最佳選擇和自動調(diào)節(jié)。 ⑵.新的研究手段 在理論和技術(shù)的研究中，試驗研究與計算機仿真技術(shù)的結(jié)合將成為更加重要的研究手段。計算機的應(yīng)用將使壓路機械的研究過程從構(gòu)思、設(shè)計、制造、試驗、使用、維修到管理的全過程成為高度自動化和現(xiàn)代化的工作過程。 近10年來壓實過程的計算機仿真軟件、壓實機械專用CAD軟件、壓實過程的計算機輔助管理軟件等已經(jīng)有了很大的發(fā)展，國外大型壓實機械制造公司各自都在設(shè)計軟件包，有的已經(jīng)商品化。瑞典Geodynamik技術(shù)咨詢公司開發(fā)的振動壓實過程計算機仿真軟件的特點是建立了土壤非線形動力學(xué)模型。該仿真模型允許以土壤最基本的物理特性作為計算機的輸入?yún)?shù)，在不同的土壤條件和不同的機械參數(shù)下模擬滾輪與土壤相互作用的動力學(xué)特性，可以用于對先有壓路機的壓實性能進行評價和對新設(shè)計的機型進行性能預(yù)測。模型的另一功能是根據(jù)給定的土壤條件對壓實作業(yè)選用不同的機型和不同的施工工藝，并對方案進行優(yōu)化和比較。 ⑶.新技術(shù)開發(fā)與應(yīng)用 新技術(shù)革命和現(xiàn)代高科技將繼續(xù)推動壓實機械向自動化、智能化、無人化和機器人化的方向發(fā)展。 ①.智能化控制技術(shù) 在壓實過程和機器工作狀態(tài)實施監(jiān)測的基礎(chǔ)上，壓實機械將從局部自動化過渡到全面自動化。由于壓實過程的影響因素較小，所以智能壓路機有可能成為工程機械智能化進程中最早推出的機種。在壓實機械智能化方面一個可以預(yù)測的目標(biāo)是，將自適應(yīng)和自學(xué)習(xí)技術(shù)引進壓實控制中，并在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)壓實作業(yè)的最優(yōu)控制。機器可以按照土質(zhì)的變化情況不斷調(diào)整自身各項工作參數(shù)(振動頻率、振幅、碾壓速度和遍數(shù))的組合，自動適應(yīng)外部或內(nèi)部工作狀態(tài)的變化，使壓實作業(yè)始終在最優(yōu)條件下進行。 智能化發(fā)展的另一個重要趨勢是將電腦普遍應(yīng)用在壓實機械上，用來進行工作過程的監(jiān)測，機器技術(shù)狀態(tài)的診斷、報警及故障分析。人工智能的介入加速了壓實機械的現(xiàn)代化進程，使其逐步逼近完全智能化的作業(yè)機器人目標(biāo)。 ②.碾壓作業(yè)連續(xù)控制技術(shù) GcodynamiL公司的壓實設(shè)備控制與檢測系統(tǒng)經(jīng)過改裝可以用于任何一家的壓路機產(chǎn)品上，其中包括用于振動壓路機和振蕩壓路機的示波器，用于連續(xù)壓實控制的文件系統(tǒng)以及處理CCC數(shù)據(jù)用的PC軟件程序。這些程序還包括中央數(shù)據(jù)服務(wù)軟件窗口，用來分析某一項目的CCC在案信息，并將共顯示在屏幕上以供觀察。文件系統(tǒng)數(shù)據(jù)可通過一些有關(guān)處理，制成各種圖表和以特定的表格呈現(xiàn)出來。 ③.自動滑轉(zhuǎn)控制系統(tǒng) 這種稱為ASC(Auto slip control)的自動滑轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)是為滿足建筑大壩和大型填方工程而設(shè)計開發(fā)的，其爬坡能力超過50％。該系統(tǒng)主要是監(jiān)測振動輪和膠輪之間的滑轉(zhuǎn)，借助于調(diào)整液壓驅(qū)動系統(tǒng)的液流量提供最佳牽引條件，避免機器停頓或下陷。安裝有自動滑轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)的壓路機僅在振動輪和驅(qū)動輪胎都面臨快速滑轉(zhuǎn)時或液壓系統(tǒng)超載時才停止作業(yè)，寶馬公司稱其備有此裝置的Bw213、BW225高爬坡性能機型可在68％的坡道上安全行駛。 ④.工業(yè)設(shè)計技術(shù)的應(yīng)用 寶馬的第三代壓實機械采用了工業(yè)設(shè)計，用圓弧形的現(xiàn)代駕駛室和大斜坡的發(fā)動機罩作外觀造型。新駕駛室的活動空間增加了30％，方向盤的高度與傾角可調(diào)，選用舒適的高靠背座椅給駕駛員帶來了良好的操作環(huán)境。圓弧形擋風(fēng)玻璃和駕駛室有4個外支承可隔離噪聲與振動，室內(nèi)噪聲低于70dB。液壓轉(zhuǎn)向器也移到駕駛室外以減少發(fā)熱和噪聲。儀器儀表設(shè)計更合理，易于觀察，發(fā)動機罩傾斜，給駕駛員提供了良好的視野。 ⑤.壓實工程輔助管理 寶馬公司向用戶推出了一種名為CARE(Computer Aided Roller Selection in Earthworks)的土方壓實機械輔助使用軟件，作為使用壓實設(shè)備的輔助工具。它可以幫助用戶根據(jù)工程的工作量、現(xiàn)場條件、材料特性、葡氏壓實曲線，以及所要求的壓實度來選擇該公司的3種壓實機械配置方案。對每一方案均可提供對各使用參數(shù)的選用建議，包括壓輪類型(光輪、凸塊或光輪與凸塊組合)、振弧和頻率、最小與最大鋪層厚度和鋪層數(shù)、每層壓實帶的安排、碾壓速度和遍數(shù)，以及壓實生產(chǎn)率和壓實時間的確定o 1.5課題提出的背景與意義 我國振動壓路機通過不斷技術(shù)引進、消化吸收、自主創(chuàng)新，無論從技術(shù)水平還是制造能力、質(zhì)量水平上，都有長足的進步。從產(chǎn)銷量上看，己位居世界前列。但從技術(shù)水平上講，與世界先進水平還存在著很大差距，主要表現(xiàn)在：產(chǎn)品可靠性差，制造不精細(xì)，產(chǎn)品外觀造型落伍，排放水平低，噪音超標(biāo)、操縱舒適性差，產(chǎn)品系列不全，缺少重型和超重型振動壓路機，在綜合技術(shù)水平和自動控制方面仍與國外先進水平差距較大。 本項目的開發(fā)符合市場需求，具有良好的市場前景；通過該項目的實施可以完善企業(yè)產(chǎn)品系列，滿足市場需求；通過該項目的實施，可以提高企業(yè)在振動壓路機方面的綜合實力和產(chǎn)品競爭力。 13噸全液壓驅(qū)動的雙鋼輪振動壓路機的研制，旨在開發(fā)一款技術(shù)先進，性能卓越的、可靠性高、性價比高的，具有市場競爭力的大噸位振動壓路機產(chǎn)品。為實現(xiàn)上述目的，需要對全液壓驅(qū)動的雙鋼輪振動壓路機傳動系統(tǒng)進行優(yōu)化研究，確保整機傳動效率高效；需要對整機成本構(gòu)成進行研究，保證該機良好的性價比和市場競爭力；需要著力縮小在整機造型、振動壓實性能、可靠性、操縱舒適性方面進行研究，縮小與國際先進技術(shù)的差距。 1.6本文的研究內(nèi)容 通過該項目的開展，設(shè)計一款造型美觀、技術(shù)先進、性能卓越的、性價比高，具有較強市場競爭力的13噸全液壓驅(qū)動的雙鋼輪振動壓路機。為此，對該項目主要研究內(nèi)容和關(guān)鍵技術(shù)進行分解，本論文的研究內(nèi)容： ⑴.對13噸全液壓驅(qū)動的雙鋼輪振動壓路機總體結(jié)構(gòu)布局設(shè)計及整機性能匹配研究，確定整機結(jié)構(gòu)布置及整機傳動方案；通過對壓實理論的研究，合理選取各振動參數(shù)；通過對整機傳動系統(tǒng)的研究，合理的對各傳動部件進行選型，并對壓路機在各工況下動力性進行計算，確定整機功率需求，并選取發(fā)動機。 ⑵.對關(guān)鍵零部件進行設(shè)計研究，包括對影響振動性能振動可靠性因素的分析，對振動輪結(jié)構(gòu)設(shè)計及振動軸承的壽命的計算、減振系統(tǒng)設(shè)計、制動系統(tǒng)設(shè)計。通過對關(guān)鍵零部件的設(shè)計研究，提高整機的性能和可靠性。 ⑶.對整機造型進行研究。通過對駕駛室、后機罩、機架總成的設(shè)計提升整機的美觀性；提高駕駛室和后機罩的密封性，降低駕駛室司機耳旁噪音。對駕駛室操縱系統(tǒng)研究，提高司機的操縱舒適性。  2.振動壓實理論 振動壓路機在作業(yè)時，由于振動輪的振動使其對地面作用一個往復(fù)沖擊力。振動輪每對地面沖擊一次，被壓實的材料中就產(chǎn)生一個沖擊被。同時，這個沖擊被在被壓實的材料內(nèi)沿著縱深方向擴散和傳播（圖1）。隨著振動輪不斷振動，沖擊波也將不斷產(chǎn)生和持續(xù)擴散。被壓實材料的顆粒在沖擊波的作用下，由靜止的初始狀態(tài)變?yōu)檫\動狀態(tài)。被壓實材料顆粒之間的摩擦力也由初始的靜摩擦狀態(tài)逐漸進入到動摩擦狀態(tài)。同時，由于材料中水份的離析作用，使材料顆粒的外 層包圍—層水膜，形成了顆粒運動的潤滑劑。顆粒間的摩擦阻力將大為下降，為顆粒的運動創(chuàng)造了十分有利的條件。被壓實材料在沖擊波的作用下產(chǎn)生了運動，帶來了顆粒間的初始位置的變化。并由此而產(chǎn)生了互相填充間隙的現(xiàn)象。（圖2a表示振動壓實前的被壓實材料顆粒的排列狀態(tài)）可見，在顆粒之間存在許多大小不等的間隙。但在振動壓實后，由于顆粒之間的相對位置發(fā)生了變化，出現(xiàn)了相互填充現(xiàn)象，顆粒間的間隙減少了（圖2b）。較大顆粒之間形成的間隙由較小的顆粒所填充，被壓實材料的壓實度提高了。同時，顆粒之間的緊密接觸也增大了被壓實材料的內(nèi)摩擦阻力，使基礎(chǔ)的承載能力也隨之提高了。 由于被壓實材料(如土等)其顆粒之間存在著粘聚力和吸附力等阻礙顆粒運動的力。所以，要達到使被壓實材料壓實的目的，必須克服阻礙其顆粒運動的力。振動壓路機是通過合理地選擇一組振動與工作參數(shù)，來降低被壓實材料的內(nèi)部阻力，實現(xiàn)用較少的能量消耗獲得較高的壓實效果。 為了克服土顆粒之間的粘聚力和吸附力，振動壓路機必須有足夠大的線載荷和振幅。線裁荷越大，作用在被壓實的土表面上的正壓力也越大，從而越容易破壞內(nèi)部顆粒之間的粘聚力和吸附力形成的抗剪切強度。振動輪振幅越大，土顆粒運動的位移越大，也就越容易破壞土的顆粒之間的粘聚力，使土容易被壓實。 振動壓路機的工作頻率是影響土顆粒運動狀態(tài)的重要參數(shù)。當(dāng)工作頻率靠近“壓路機——土”的振動系統(tǒng)的二階固有頻率時，土的顆粒運動加速度增高，其內(nèi)摩擦阻力急劇下降，土的顆粒之間的相互填充作用加強。這時土仿佛處于流動狀態(tài)。為了便于理解，將這種內(nèi)摩擦阻力急劇下降，仿佛處于流動狀態(tài)下的土的狀態(tài)稱為“土的液化”現(xiàn)象。對于粘性較大的土，在振動狀態(tài)下，內(nèi)摩擦阻力雖也有十分明顯的下降，但僅僅通過振動是不足以使這種物料達到密實效果的。為了使其密實，還必須施加一定的正壓力。同時，還要有足夠大的振幅，以克服土的抗剪切強度和土的顆粒之間的粘聚力和吸附力。這說明，兩臺振動參數(shù)相同的振動壓路機，振動輪的線載荷越大，壓實效果越好。振動壓路機在作業(yè)時，由于振動輪的振動使其對地面作用一個往復(fù)沖擊力。振動輪每對地面沖擊一次，被壓實的材料中就產(chǎn)生一個沖擊被。同時，這個沖擊被在被壓實的材料內(nèi)沿著縱深方向擴散和傳播（圖2-1）。隨著振動輪不斷振動，沖擊波也將不斷產(chǎn)生和持續(xù)擴散。被壓實材料的顆粒在沖擊波的作用下，由靜止的初始狀態(tài)變?yōu)檫\動狀態(tài)。被壓實材料顆粒之間的摩擦力也由初始的靜摩擦狀態(tài)逐漸進入到動摩擦狀態(tài)。同時，由于材料中水份的離析作用，使材料顆粒的外 層包圍—層水膜，形成了顆粒運動的潤滑劑。顆粒間的摩擦阻力將大為下降，為顆粒的運動創(chuàng)造了十分有利的條件。被壓實材料在沖擊波的作用下產(chǎn)生了運動，帶來了顆粒間的初始位置的變化。并由此而產(chǎn)生了互相填充間隙的現(xiàn)象。（圖2-2a表示振動壓實前的被壓實材料顆粒的排列狀態(tài)）可見，在顆粒之間存在許多大小不等的間隙。但在振動壓實后，由于顆粒間的相對位置發(fā)生了變化，出現(xiàn)相互填充現(xiàn)象，顆粒間的間隙減少了（圖2-2b）。較大顆粒之間形成的間隙由較小的顆粒所填充，被壓實材料的壓實度提高了。同時，顆粒之間的緊密接觸也增大了被壓實材料的內(nèi)摩擦阻力，使基礎(chǔ)的承載能力也隨之提高了。 圖2-1 振動沖擊波在土中的傳遞 由于被壓實材料(如土等)其顆粒之間存在著粘聚力和吸附力等阻礙顆粒運動的力。所以，要達到使被壓實材料壓實的目的，必須克服阻礙其顆粒運動的 圖2-2壓實前、后被壓實材料顆粒排列狀況 （a）壓實前壓實材料顆粒排列狀況（a）壓實后壓實材料顆粒排列狀況 力。振動壓路機是通過合理地選擇一組振動與工作參數(shù)，來降低被壓實材料的內(nèi)部阻力，實現(xiàn)用較少的能量消耗獲得較高的壓實效果。 為了克服土顆粒之間的粘聚力和吸附力，振動壓路機必須有足夠大的線載荷和振幅。線裁荷越大，作用在被壓實的土表面上的正壓力也越大，從而越容易破壞內(nèi)部顆粒之間的粘聚力和吸附力形成的抗剪切強度。振動輪振幅越大，土顆粒運動的位移越大，也就越容易破壞土的顆粒之間的粘聚力，使土容易被壓實。 振動壓路機的工作頻率是影響土顆粒運動狀態(tài)的重要參數(shù)。當(dāng)工作頻率靠近“壓路機——土”的振動系統(tǒng)的二階固有頻率時，土的顆粒運動加速度增高，其內(nèi)摩擦阻力急劇下降，土的顆粒之間的相互填充作用加強。這時土仿佛處于流動狀態(tài)。為了便于理解，將這種內(nèi)摩擦阻力急劇下降，仿佛處于流動狀態(tài)下的土的狀態(tài)稱為“土的液化”現(xiàn)象。對于粘性較大的土，在振動狀態(tài)下，內(nèi)摩擦阻力雖也有十分明顯的下降，但僅僅通過振動是不足以使這種物料達到密實效果的。為了使其密實，還必須施加一定的正壓力。同時，還要有足夠大的振幅，以克服土的抗剪切強度和土的顆粒之間的粘聚力和吸附力。這說明，兩臺振動參數(shù)相同的振動壓路機，振動輪的線載荷越大，壓實效果越好。  3.振動壓路機動力學(xué)模型及運動方程 3.1研究振動壓路機動力學(xué)模型的意義 振動壓路機的壓實過程是復(fù)雜的隨機過程，為了探索振動壓路機作業(yè)時被壓實的基礎(chǔ)、振動輪(或稱下車)、機架（或稱上車)的動態(tài)響應(yīng)，了解振動壓實機理；分析壓實過程中“壓路機——土”組成的振動系統(tǒng)的基本參數(shù)的動態(tài)變化預(yù)計在已知條件下振動壓路機的振動規(guī)律等。必須把結(jié)構(gòu)復(fù)雜的、型式各異的振動壓路機連同被壓實的土視為一個振動系統(tǒng)，并進行必要的簡化，使其成為一個在數(shù)學(xué)上可以處理的模型——數(shù)學(xué)模型。有了數(shù)學(xué)模型就可以用數(shù)學(xué)表達式來描述“壓路機——土”振動系統(tǒng)的運動規(guī)律。 振動壓路機數(shù)學(xué)模型的建立原則：首先．應(yīng)使數(shù)學(xué)模型盡量與實際工況相吻合。其次，數(shù)學(xué)模型應(yīng)力求簡化，以便數(shù)學(xué)計算方法簡單易行。只有這樣，數(shù)學(xué)模型才有實用價值。 由于振動壓路機在結(jié)構(gòu)上的差異，數(shù)學(xué)模型也應(yīng)有所區(qū)別。從理論上講，單輪振動的串聯(lián)振動壓路機約有六個以上自由度，而其他類型振動壓路機(如雙輪振動串聯(lián)壓路機，輪胎驅(qū)動振動壓路機等)約有6—7個自由度。采用6個以上自由度系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，分析“壓路機一土”的振動系統(tǒng)，看起來精度很高，但是由于土的隨機性和數(shù)學(xué)處理及簡化的局限性使理論上精度較高的多自由度數(shù)學(xué)模型失去其精度意義，反而使計算工作變得十分復(fù)雜。鑒于上述原因，人們通常把“壓路機——上”的系統(tǒng)簡化為具有兩個自由度的數(shù)學(xué)模型。這種兩個自由度的數(shù)學(xué)模型基本上可真實地反映“壓路機——土”的系統(tǒng)的實際動態(tài)響應(yīng)，而且在數(shù)學(xué)處理上也比較簡單易行。 建立數(shù)學(xué)模型以后，可以從事以下工作： ⑴.分析“壓路機——土”的振動系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)，為振動壓路機的振動參數(shù)的選擇及優(yōu)化設(shè)計打下基礎(chǔ)。 ⑵.預(yù)測已知參數(shù)的振動壓路機在不同工況下的動態(tài)響應(yīng)，為振動壓路機修改設(shè)計提供依據(jù)。 ⑶.為振動壓路機減振系統(tǒng)設(shè)計提供指導(dǎo)。 3.2兩個自由度系統(tǒng)振動壓路機的運動方程 現(xiàn)列出“壓路機——土”振動系統(tǒng)的運動方程，并對其進行分析。 在列出振動方程以前，首先對模型中有關(guān)參數(shù)和條件進行假設(shè)： ⑴.在模型中，假設(shè)土是具有一定剛度的彈性體。其剛度為K2，阻尼C2。阻尼為線性阻尼。 ⑵.振動壓路機的上、下車的質(zhì)量簡化為具有一定質(zhì)量的集中質(zhì)量塊。上車為m1，下車為m2。 ⑶.振動壓路機工作在任何一個瞬時，振動輪都保持與地面緊密接觸。 ⑷.忽略發(fā)動機的振動。 因此，可建立輪胎驅(qū)動振動壓路機的平面兩個自由度的數(shù)學(xué)模型如圖3-1所示。 圖3-1振動壓路機平面兩自由度振動模型 圖3-1數(shù)學(xué)模型的運動方程是 m1x1+c1x1+k1x1-c1x2-k1x2=0m2x2+c1+c2x2+k1+k2x2-c1x1-k1x1=F0sinωt (3-1) 式中 F0=Meω2 (3-2) Me---偏心塊的靜偏心力矩 Me=mfr (3-3) mf---偏心重； r----偏心塊的偏心距。 上式的解為 x1=F0A22+B22C2+D212, x2=F0A12+B12C2+D212 ?1=tg-1B1A1-tg-1DC, ?2=tg-1B2A2-tg-1DC 式中?1----激振力與機架位移之間的相對角； ?2----激振力與振動輪位移之間的相對角； A1=k1-m1ω2; B1=c1ω A2=k1 B2=c1ω C=m2m1ω4-m2k1ω2-m1k2ω2-c1c2ω2+k1k2-m1k1ω2 D=k2c1ω+k1c2ω-m2c1ω3-m1c2ω3-m1c1ω3 無阻尼狀態(tài)下振動系統(tǒng)的一階、二階固有頻率ω1、ω2分別為 ω1=m2k1+m1k2+m1k1-m2k1+m1k2+m1k12-4m1m2k1k22m1m212 ω2=m2k1+m1k2+m1k1-m2k1+m1k2+m1k12-4m1m2k1k22m1m212 振動壓路機下車(振動輪)對地面作用力FS的大小不僅與振動壓路機本身的振動參數(shù)有關(guān)，而且也與被壓實土的剛度k2和阻尼c2有關(guān)。FS可表示為 FS=k2x22+c2x2212 (3-4) 從公式(3-4)中可看出，振動壓路機對地面作用力Fa是土的彈性變形量K2x2和土的阻尼力C2x2的矢量和。前者與振動壓路機的瞬時振幅和土的剛度有關(guān)，后者與振動壓路機振動速度和土的阻尼有關(guān)。所以，振動壓路機對地面的作用力大小與土的物理特性有著密切關(guān)系。 由于土的物理特性的隨機性，因而FS力也同樣具有隨機性。譬如，有一臺振動壓路機在甲地作業(yè)時，土的剛度為Ka，土的阻尼為Ca，在乙地作業(yè)時，土的剛度為Kb,土的阻尼為Cb。如果Ka>Kb, Ca>Cb,那么由（3-4)式可知Fsa>Fsb。盡管這時振動壓路機參數(shù)沒有變化，但是由于被壓實的土變化了，其物理特性不同了，因而Fsa和Fsb也不同了。在這里也知道了振動壓路機對地面的作用力Fs不同于振動壓路機振動器的激振力F0。有些振動壓路機的激振力很大，但它并沒有完全作用在被壓實的土上，因而其壓實效果并不一定好。只有對地面作用力Fs較大的振動壓路機才可能獲得較好的壓實效果。 如果以RT表示激振力對地面作用力的有效率，則RT為 RT=FaF0 (3-5) 設(shè)計振動壓路機時，人們總希望振動壓路機對地面的作用力Fs越大越好。從(3-5)式可看出，當(dāng)振動壓路機的振動器的激振力一定時，RT值越大，則Fa越大。而提高RT值的關(guān)鍵在于合理選擇工作頻率ω和振幅A。 3.3運動方程中各參數(shù)的取值 前面已討論了振動壓路機的數(shù)學(xué)模型及其數(shù)學(xué)表達式。關(guān)鍵是方程式(3-1)中各參數(shù)的取值。如果這兩個方程各項參數(shù)的取值問題解決了，這兩個方程的解也就可求了，其系統(tǒng)固有頻率也可以算出來了。 方程式(3—1)中有些參數(shù)是很容易被測量或推算出來。 m2為下車質(zhì)量，即振動質(zhì)量?？捎梅Q量法測得，因此在計算時可認(rèn)為m2為己知數(shù)。 m1為上車質(zhì)量，不同結(jié)構(gòu)的振動壓路機的m1也不相同。因為m1的大小不僅與振動壓路機上車零部件的質(zhì)量有關(guān)，而且與這些零部件的安裝位置有關(guān)。因此可以說m1實際是上車的當(dāng)里質(zhì)量。并用下面公式計算 m1L2=i-1nmili2 (3-6) 對圖6—8中的振動壓路機而言 式中 L----軸距； m1----安裝在上車第i個零件或部件的質(zhì)量； li----第i個零件或部件距驅(qū)動軸中心線的距離； n----上車安裝的零件或部件的個數(shù)。 方程式(3-1)中的激振力F0，工作頻率ω，是設(shè)計者根據(jù)一定設(shè)計方法結(jié)合壓實要求選取的，因而可以認(rèn)為是已知數(shù)。振動壓路機減振器的剛度和阻尼是設(shè)計者根據(jù)減振要求和減振器受力狀態(tài)而設(shè)計的。所以，也可以認(rèn)為減振器的剛度K1和阻尼C1是已知數(shù)。這樣，方程式(3-1)中只有土的剛度K2和阻尼C2為未知數(shù)。 到目前為止，人們還沒有找到一種較為合理和較為準(zhǔn)確的方法測量或者計算振動壓路機的“壓路機—土”模型的土的剛度和阻尼。雖然曾有一些方法可以測量彈性地基基礎(chǔ)的土的剛度和阻尼，但是這些方法只適用于固定基礎(chǔ)，不能用于“壓路機—土”的振動系統(tǒng)。因為測量固定基礎(chǔ)的土的剛度和阻尼的方法只適用于參加振動的土體質(zhì)量在振動發(fā)生與結(jié)束時始終保持不變。對振動壓路機而言，參加振動的土體質(zhì)量是隨振動壓路機的工作過程而不斷變化。圖6—10a表示固定基礎(chǔ)振動情況；圖6—l0(b)表示非固定基礎(chǔ)振動情況。 圖3-2 振動基礎(chǔ)圖 （a）固定基礎(chǔ)的振動；（b）非固定基礎(chǔ)的振動 由圖(b)可見，當(dāng)振動壓路機的振動輪由虛線位置移到實線位置時，既有新的土參加振動，又有部分土退出振動。所以就振動能量的觀點而言，這是一種開環(huán)式能量體系。反之，固定基礎(chǔ)振動則為閉環(huán)能量體系。由于人們目前還沒有找到較為理想方法來測量或計算非固定基礎(chǔ)振動狀態(tài)下的土的剛度和阻尼，因此常用反算法來求解K2和C2。所謂反算法是在工地或試驗室內(nèi)用已知參數(shù)的振動壓路機做實際的壓實作業(yè)，同時用各種儀器測出該振動壓路機在實際工況下的上、下車振動的振幅、速度、加速度等參數(shù)并把這些實測的參數(shù)和前面所陳述的已知參數(shù)代入方程式(3-1)中，就可求出所需要土的剛度K2和阻尼C2。如果有多臺振動壓路機在多種工況下進行上述實測和反算就會得出多級土的剛度和阻尼數(shù)值。然后，將所得到的多組數(shù)據(jù)進行數(shù)理統(tǒng)計分折，找出各類土的分布狀態(tài)，利用這些統(tǒng)計值進行振動壓路機設(shè)計或動態(tài)響應(yīng)分析。  4. 液壓系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計 振動壓路機傳動系將動力裝置的機械能進行傳遞和轉(zhuǎn)換后傳至振動壓路機行駛元件驅(qū)動輪、工作裝置振動馬達、轉(zhuǎn)向元件轉(zhuǎn)向油缸等，行駛、振動壓實、轉(zhuǎn)向等，典型的全液壓壓路機液壓系統(tǒng)原理圖如下4-1： 圖4-1 全液壓壓路機液壓系統(tǒng) 1-分動箱；2，11-變量泵；3-齒輪油泵；4-變速器；5-液壓馬達；6-行走液壓馬達；7-減速器；8-振動液壓馬達；9-振動輪；10-轉(zhuǎn)向器；12-輪邊減速器；13-輪胎；14-后橋  4.1行走液壓系統(tǒng)的設(shè)計 根據(jù)前期的市場和技術(shù)調(diào)研，發(fā)現(xiàn)在道路的修筑過程中，路面以下各基礎(chǔ)層的壓實工程量是最大的。而全輪驅(qū)動液壓壓路機主要適用于道路基礎(chǔ)的壓實，不僅具有良好的壓實效果，而且相對于前后都是光輪的壓路機，具備更大的驅(qū)動力，更適應(yīng)在坡道上碾壓，在未成形路面上行駛。這種振動壓路機在市場銷售量中占據(jù)了大部分的份額，具有廣泛的市場前景，自身的重量更是向著重型或超重型的方向發(fā)展。因此，本次設(shè)計選用全輪驅(qū)動液壓壓路機。 圖4-2 全輪驅(qū)動液壓系統(tǒng)原理圖 4.1.1 全輪驅(qū)動液壓壓路機的優(yōu)點 壓路機的碾壓速度是根據(jù)滾動壓實工藝規(guī)范選定的。碾壓速度對土壤鋪層的壓實效果有著顯著的影響，振動壓路機尤其如此。在鋪層厚度一定時，壓路機傳遞給填方內(nèi)的能量E與碾壓遍數(shù)n和碾壓速度"之比值成正比，即E∞r(nóng)ezo。較低的碾壓速度，能使鋪層材料在壓實力的作用下有足夠的時間產(chǎn)生不可逆變形，更好地改變被壓材料的結(jié)構(gòu)。然而，碾壓速度還與生產(chǎn)率有著密切關(guān)系，因此，碾壓速度存在一個最佳值，這個最佳值就是在不降低壓實質(zhì)量的前提下，選擇盡可能高的碾壓速度，以保證壓路機有較高的生產(chǎn)率。對于不同的鋪層材料、鋪層厚度與壓實度要求，無級調(diào)速允許選用不同的碾壓速度，能較好地克服壓實質(zhì)量與生產(chǎn)效率之問的矛盾，優(yōu)化壓實過程。由于一個系統(tǒng)內(nèi)壓力的自然平衡及液壓軟管的相對柔性，使得液壓傳動的動力極易分流和長距離傳輸，這對于壓路機振動輪行走的動力傳遞很方便，從而能實現(xiàn)全輪驅(qū)動。全輪驅(qū)動不僅增加了壓路機的驅(qū)動能力，而且能增大振動壓路機的壓實能力和提高鋪筑表層的壓實質(zhì)量，還提高了驅(qū)動橋的工作可靠性。 全輪驅(qū)動充分利用了兩個車輪的附著能力，在匹配得當(dāng)?shù)臈l件下，一臺全輪驅(qū)動單輪振動壓路機的爬坡能力可以達到50％以上。在沙漠地帶壓實施工，砂性土壤的附著系數(shù)只有粘性土的50％～60％，而滾動阻力系數(shù)卻是粘性土的1．2～1．5倍，單輪驅(qū)動的振動壓路機根本不能行走。全輪驅(qū)動允許振動輪有較大的分配重量，其分配比可從單輪驅(qū)動的46．5％增加到62％。振動輪的靜線壓力和激振力相應(yīng)地增大。壓路機的全輪驅(qū)動是以其液壓傳動為條件實現(xiàn)的。由于液流的自動差速作用，能使壓路機的所有車輪實現(xiàn)驅(qū)動而不會產(chǎn)生前后輪間的循環(huán)功率損失和相對滑移。車輪滑移會搓起被碾壓材料，造成新的表面不平整。 4.1.2 全輪驅(qū)動液壓壓路機的缺點 全輪驅(qū)動液壓液壓系統(tǒng)的缺點主要表現(xiàn)在： 1. 單純的液壓系統(tǒng)不能用于低速運行，因為液體的可壓縮性會引起壓路機的爬行，從而降低壓實工作質(zhì)量； 2. 液壓系統(tǒng)在高壓低速時的傳動效率低下，在系統(tǒng)壓力35 MPa與馬達轉(zhuǎn)速300 r／min時的總效率不足70％，大量的機械能轉(zhuǎn)化成熱能； 3. 液壓一機械聯(lián)合傳動使得壓路機行走液壓系統(tǒng)總傳動效率僅有60％左右，能源浪費大，還造成了機器發(fā)熱； 4. 增加了液壓油的消耗，還容易造成環(huán)境污染； 5. 液壓油的清潔度至關(guān)重要，使得壓路機對制造與使用的條件苛刻，反而使得全液壓振動壓路機的工作可靠性大打折扣； 4.2振動液壓系統(tǒng)設(shè)計 閉式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較緊湊，泵的自吸性好，系統(tǒng)與空氣接觸的機會較少，空氣不宜滲入系統(tǒng)，故傳動的平穩(wěn)性較好；工作機構(gòu)的變速和換向靠調(diào)節(jié)泵或馬達的變量機構(gòu)實現(xiàn)，避免了在開式系統(tǒng)換向過程中所出現(xiàn)的液壓沖擊和能量損失。本設(shè)計選擇閉式液壓振動系統(tǒng)。 4.2.1開式液壓震動系統(tǒng) 開始回路液壓系統(tǒng)，如圖4-3所示。基本組成為：齒輪泵1、電液換向閥2、齒輪馬達3、穩(wěn)壓閥4和冷卻器5.其中的穩(wěn)壓閥由減壓閥和溢流閥組成，穩(wěn)壓閥和電液換向閥集成于一體，共同組成一個振動閥單獨安裝在壓路機車架上。此系統(tǒng)僅能得到單頻率振動。電液換向閥用于改變馬達的旋轉(zhuǎn)方向，以實現(xiàn)壓路機雙振幅的變換。液壓閥的控制用壓力油是由壓路機行走液壓系統(tǒng)中的供油泵提供的。單換向閥處于中位時，閥體的四個通道相互串通，油泵即可卸荷，振動就停止。 當(dāng)壓路機起振或變換振幅時，偏心塊將產(chǎn)生很大的慣性力矩，使液壓系統(tǒng)中的附加壓力急劇增大。當(dāng)閥在開啟0.2-0.4s的瞬間，由于閥孔的開啟面積小，而在油路中造成一個壓力峰值，這一峰值壓力增大到一定程度的瞬間，溢流閥就會開啟卸載；待壓力平穩(wěn)之后溢流閥才關(guān)閉，使激振器進入到正常運轉(zhuǎn)，從而保護了液壓元件。 該種液壓傳動方案適宜于中等工作壓力。溢流閥的調(diào)定壓力縱使要比實際工作壓力高出2-3MPa。 圖4-3.開式液壓振動系統(tǒng) 1- 齒輪泵；2-溢流閥；3-齒輪馬達； 4-電液換向閥；5-冷卻器； 開式系統(tǒng)的優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，由于系統(tǒng)本身具有油箱，因此可以發(fā)揮油箱的散熱、沉淀雜質(zhì)的作用。 4.2.2閉式液壓振動系統(tǒng) 閉式液壓振動系統(tǒng)如圖3-3所示，其基本組成為：冷卻器1、斜盤式軸向柱塞變量泵2、儲能器3、組合閥4、定量柱塞馬達5。 此系統(tǒng)是用馬達的正反轉(zhuǎn)來調(diào)節(jié)振幅，并且能很容易地得到兩種頻率，必要時還可以實現(xiàn)無級調(diào)頻。這種閉式回路的振動液壓系統(tǒng)可以選的工作壓力較大，在使用柱塞馬達時的最大工作壓力可達25Mpa，這樣就減少了液壓元件的規(guī)格尺寸。在振動壓路機停振或轉(zhuǎn)換振幅時，工作壓力常達35Mpa,也伴有瞬時沖擊壓力產(chǎn)生，但比開式回路系統(tǒng)要好得多。解決這一問題的有效方法是在液壓馬達回路中設(shè)置蓄能器，用作緩沖裝置。 圖4-4.閉式液壓振動系統(tǒng) 1-變量泵；2-伺服閥；3-定量馬達；4-組合閥；5-蓄能器；6-濾油器 閉式系統(tǒng)的優(yōu)點： 1. 結(jié)構(gòu)比較緊湊，泵的自吸性好，系統(tǒng)與空氣接觸的機會較少，空氣不宜滲入系統(tǒng)，故傳動的平穩(wěn)性較好； 2. 工作機構(gòu)的變速和換向靠調(diào)節(jié)泵或馬達的變量機構(gòu)實現(xiàn)，避免了在開式系統(tǒng)換向過程中所出現(xiàn)的液壓沖擊和能量損失； 3. 馬達的旋轉(zhuǎn)方向由雙向可變量的泵控制，輸出轉(zhuǎn)速可由改變泵的排量來實現(xiàn)。因此，這種系統(tǒng)可以實現(xiàn)變頻、變幅的功能； 系統(tǒng)存在背壓且對稱工作，柱塞泵、馬達具有很高的容積效率。 4.2.3工作裝置液壓振動系統(tǒng)形式的選用 由于振動壓路機振動，行駛工作中正反方向工作及制動等要求，使振動壓路機液壓系統(tǒng)中的泵、馬達大多采用閉式回路方式。閉式回路采用雙向變量液壓泵，通過泵的變量改變油路中油的流量和方向，實現(xiàn)振動壓路機的變速和換向，可以充分體現(xiàn)液壓傳動的優(yōu)點。閉式系統(tǒng)的主泵上通常帶一小排量的補油泵，并集成補油溢流閥和不郵單向閥，而沖洗冷卻閥則集成于馬達。補油溢流閥調(diào)定補油壓力，補油單向閥選擇補油方向，向主油路低壓側(cè)補油，以補償由于泵、馬達容積損失及由沖洗冷卻閥組中泄漏的流量。補油泵的附加功率損失比較小，僅為總傳動功率的1%-2%。 4.3轉(zhuǎn)向液壓系統(tǒng)設(shè)計 目前，在壓路機上都是采用了液壓傳動的鉸接式液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。與傳統(tǒng)的阿克曼式轉(zhuǎn)向比較，鉸接轉(zhuǎn)向具有轉(zhuǎn)彎半徑小、機動性好及牽引力大等優(yōu)點。 見圖4-5為整體車架的轉(zhuǎn)向示意圖，根據(jù)偏轉(zhuǎn)輪的不同，可分為前輪偏轉(zhuǎn)、后輪偏轉(zhuǎn)和前后輪偏轉(zhuǎn)三種結(jié)構(gòu)型式。 前輪偏轉(zhuǎn)是靜載壓路機常用的轉(zhuǎn)向方式，轉(zhuǎn)彎半徑較大，前后輪的軌跡重疊性不好，影響路面平整質(zhì)量，但駕駛員可以根據(jù)前輪的偏轉(zhuǎn)程度來估計壓路機的行車路線，符合操作習(xí)慣，有利于安全駕駛。 后輪偏轉(zhuǎn)在壓路機的設(shè)計中很少采用，對于只用前輪驅(qū)動和制動的壓路機，有利于保證上坡行駛的縱向穩(wěn)定性。 圖4-5 整體車架轉(zhuǎn)向示意圖 前后輪偏轉(zhuǎn)，又稱為全輪轉(zhuǎn)向。當(dāng)偏轉(zhuǎn)的方向相反時，壓路機的轉(zhuǎn)彎半徑最小，機動性好，同時前后輪的軌跡重合，易于保證路面質(zhì)量平整；當(dāng)偏轉(zhuǎn)的方向相同，角度相等，此時前后輪軸互相平行，并相互錯開一定的距離，此稱為“蟹行”。 但“蟹行”常用于雙鋼輪振動壓路機的轉(zhuǎn)向，以提高壓實作業(yè)的貼邊性能，對于輪胎驅(qū)動光輪振動的壓路機則沒有什么實際意義。 對于偏轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)向的壓路機，有一個很大的缺點，那就是偏轉(zhuǎn)輪處的車架只能設(shè)計在偏轉(zhuǎn)輪的上方，尤其是全輪轉(zhuǎn)向，整個車架都在前后輪上方。這種結(jié)構(gòu)上的缺陷，必然導(dǎo)致壓路機重心偏高，從而使壓路機行駛穩(wěn)定性差，在坡道上容易傾覆，給駕駛員帶來很大的危險。因此整體式車架偏轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)向的結(jié)構(gòu)一般只用于小噸位的壓路機。 見圖4-6，為鉸接式車架轉(zhuǎn)向示意圖，采用這種轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)的壓路機，其車架分成前后兩部分，通過垂直的鉸接銷連接。轉(zhuǎn)向時，前后車架繞鉸接銷發(fā)生相對轉(zhuǎn)動，通過車架折腰而實現(xiàn)轉(zhuǎn)向。這種轉(zhuǎn)向方式轉(zhuǎn)彎半徑很小，機動性好，前后輪的軌跡重疊，利于保證路面的壓實質(zhì)量。前車架設(shè)計成框架的形式，通過減振系統(tǒng)懸掛在振動輪的四周，重心可以很低，基本上與前輪的軸心等高。由于前輪框架位于振動輪的四周，駕駛員具有良好的前視野，對于待壓路面和光輪表面的情況一目了然。后車架設(shè)計成如圖的結(jié)構(gòu)形式，位于兩輪胎之間，前部上方安裝駕駛室，中部安裝發(fā)動機、油泵和后橋總成等主要部件，后部設(shè)計成燃油箱，重心位置基本與輪胎的軸心等高，甚至更低。 圖4-6 鉸接式車架轉(zhuǎn)向示意圖 通過上面的比較分析，我們發(fā)現(xiàn)鉸接轉(zhuǎn)向相比于偏轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向雖然存在轉(zhuǎn)向阻力偏大，直線行駛性能欠佳等缺點，但還是具有更大的優(yōu)勢，尤其是對于重型或超重型壓路機。因此，本次設(shè)計的振動壓路機采用鉸接式車架折腰轉(zhuǎn)向的方案（圖4-7）。 圖4-7 鉸接式車架折腰轉(zhuǎn)向系統(tǒng)原理圖 4.4液壓系統(tǒng)原理圖 綜合以上選擇的全輪驅(qū)動行走液壓系統(tǒng)、閉式振動液壓系統(tǒng)和鉸接式轉(zhuǎn)向液壓系統(tǒng)可以得到本次設(shè)計的全液壓震動壓路機液壓液壓系統(tǒng)原理圖如下4-8： 圖4-8 全液壓振動壓路機液壓液壓系統(tǒng)原理圖 1-轉(zhuǎn)向液壓缸；2-轉(zhuǎn)向器；3-手動液壓泵；4-回油過濾器；5-行駛液壓馬達（帶閥組）；6-行駛液壓變量泵（帶閥組、補油液壓泵）；7-分動箱；8-柴油機；9-雙聯(lián)液壓泵；10-振動系統(tǒng)控制閥；11-振動系統(tǒng)液壓馬達 5. 液壓系統(tǒng)計算與選型 5.1 液壓系統(tǒng) 根據(jù)本文第三章，YZJ13 型振動壓路機采用全液壓的傳動方案，前、后輪驅(qū)動，壓路機的行駛、振動和轉(zhuǎn)向三大功能均通過靜液壓傳動來實現(xiàn)。整機液壓系統(tǒng)包括三個基本相互獨立的系統(tǒng)，即行走液壓系統(tǒng)、振動液壓系統(tǒng)和轉(zhuǎn)向液壓系統(tǒng)，每個系統(tǒng)都有自己的油泵和執(zhí)行元件，避免了相互之間的干擾。三個系統(tǒng)的油泵