沥青混凝土摊铺机找平均衡梁的频率特性

沥青混凝土摊铺机找平均衡梁的频率特性赫00沥青混凝土摊铺机找平均衡粱的频率特性长安大学郁录平惠辉袁明虎i摘要:介绍沥青摊铺机均衡梁的结构及其工作原理.利用正弦量的旋转矢量的表示方法,!i分析基准梁长度,滑靴的间距和滑靴长度对基准梁的频率特性的影响.通过对基准梁的幅值特性!;曲线的研究,给出基准梁滑靴的最优设计,以保证基准梁对地面波动干扰最佳的衰减能力.!;?1?.,1?.m关键词:沥青混凝土摊铺机基准梁频率特性1问题的提出沥青混凝土摊铺机采用以均衡梁作为自动找平系统的基准后,不需要专门架设基准线,消除了由于基准线变形等不确定因素带来的摊铺误差,可以避免在挂线过程中产生的累积误差和摊铺过程中的掉线问题,因此能很好地保证路面平整度.由于采用均衡梁的摊铺机是以路基和铺过的路面为相对基准进行摊铺的,所以路面铺层的厚度均匀,路面强度得到了保证.但是,与此同时,地面的不平整也总会以某种形式进入自动找平系统,影响摊铺机的作业质量.所以均衡梁性能是一个值得我们研究的问题.2跨越式均衡梁的工作原理简介2.1基本结构跨越式均衡梁由三部分组成(图1),即铰接于摊铺机前端,后端的浮动基准梁和跨越于摊铺机熨平板前后且铰接于摊铺机动臂的杆件(即前,后连接梁).常见的基准梁有杆件铰接式和弹簧支撑式两种,其主要功能是高效滤波作用,而且两种的实际使用性能相近.本文讨论弹簧支撑式,其主要结论也可以应用于杆件铰接式基准梁.2.2基准梁工作原理跨越式均衡梁用其基准梁对地面进行滤波后,一16一1.滑靴2.后基准梁3.后连接梁4.传感器5.前连接梁6.前基准梁图1均衡梁结构原理示意图通过前后连接梁给摊铺机提供一个高度相当稳定的参考点,摊铺机的找平控制系统以该点为基准确定铺层厚度,起调平作用.2.2.1基准梁高度与路面高度的关系为了便于进行分析,在下面的讨论中,我们暂时不考虑弹簧下面滑靴的长度对基准梁性能的影响.这时基准梁的重量由n个滑靴上面的弹簧的弹性力来支撑.设开始时基准梁工作于水平地面上,n个滑靴上弹簧的压缩长度相同,基准梁与地面的距离保持一个常量(图2a).在这时,基准梁离开地面的高度.为:ho=H一(1)式中:滑靴上弹簧的自由长度基准梁在水平地面时每个弹簧的压缩量12f"l2f"(a)(b)图2基准梁的工作过程分析拭2006(1)Ah=导(2)式中:G基准梁的重量n基准梁下面滑靴的数量每个滑靴上弹簧的刚度系数当摊铺机向前运动了距离,使基准梁工作于不平整的地面上时(图2b),设第i个滑靴处地面的高度为,第i个滑靴上弹簧的实际长度为h,则基准梁中心处的高度()为:()=()=n(一)胡+一n即:)=+(3)粤(4)AhFn=G=Ah(5)式中:厂一在基准梁的重量作用下第个滑靴上弹簧的变形'G_一基准梁作用在第个滑靴上的重力将上式代入(3)后,再将(1)式代入得:h(x)=ho+yi(6)如果将基准梁开始工作时中心的高度y(x),从它在初始水平地面工作时的高度算起(即以图2a中的0点算起),则有:y()=()一ho=F():yi()(7)这就是说,基准梁工作时其中心的高度变化量为其下面滑靴所在位置处,地面高度变化的平均值.从信号分析的角度来说,n个滑靴向基准梁输入了yl),y2(x),),n个信号,而基准梁的输出y)就是这n个信号的平均值,通常将这称作为基准梁的滤波作用.2.2.2基准梁滤波时的频率特性前面是在幅值范围内用常规方法分析了基准梁的滤波作用,未考虑地面的频率成分对基准梁性能的影响,下面讨论基准梁滤波时的频率特性.设基准梁工作于一条高度按正弦规律工彳杠拭2006(1)(y=Asin(IJ)变化的地面上(图3),我们以最后面一个滑靴所在的位置作为计算的起点.在基准梁工作的过程中,第个滑靴所在位置的地面高为:yi(x)=Asin(IJ+(一1)1=Asin(+)(i=1,2,n)(8)式中:卜一滑靴之间的距离A地面波动的幅值广地面波动的角频率_地面波动的周期(T=2r/(IJ)厂第个滑靴所在位置的初相位=(一1)(=1,2,n)(9)将(8)代入(7)得:y()=n()=Asin争+训(1o)这是n个滑靴向基准梁对应输入的n个周期,幅值相同,仅相位角不同的正弦信号,基准梁的输出y)就是这n个正弦信号的平均值.利用正弦信号的旋转矢量表示法可以容易地求得这个平均值.函数():Asin+】用旋转矢量可以表示为图4的形式.A表示矢量的模,旋转矢量Y可以用其初相位表示为以下形式:j,:Ay.cosi+iAsinai(11)这种周期相同的旋转矢量可以用矢量求和的方法得到合成矢量.如图5所示,有两个同周期的旋转'l一''/,rl,I一/ff一ZZ一l一.I图3基准梁的频率特性示意图y图4正弦周期信号旋转矢量表示一17图5旋转矢量的合成矢量Y和Y:,其合成矢量Y的周期与其分矢量相同,也是.合成矢量Y的幅值A及初相位可用图5中的平行四边形法则求得,也可用下式计算:A产(Aycosql+Aycos)+(Ay,sinql+Aysin)z(12)'D=taI1Aysincpl+Aysin(13)Acosqh+AHCOS(p2多个矢量的合成方法与上面的两个矢量合成方法相同,这样可以得基准梁的中心高度Y的旋转矢量表示式:=1n(Ac.ssi嗽)=c.ssin(?4)矢量Y的幅值,也就是基准梁中心高度变化的幅值A由下式求得:产耋cos小n)J上式两边同除以A,可得地面频率成分的周期为时,基准梁中点处响应的幅值A与地面波动幅值A之比K()即:一18一上.11K()=AL=I(c.s)+(sin)I.L,i=l,i=lJ(16)对于给定的基准梁,其滑靴的数量n,弹簧间距Z是确定的,对于给定的周期,可以用(9)式求出所有的来,再代人(16)式求得K().另取一个周期,用同样的方法可以得到相应的K(),依次类推.以为横坐标,K()为纵坐标,可以画出基准梁的K()一曲线来,这实际上就是基准梁的幅值特性曲线.图6为/=0.3m,/1,=8,16时的K()曲线.由图6可以看出,在滑靴的间距Z给定的条件下,增加滑靴的数量n(也就是增加基准梁的长度)可以改善基准梁的频率特性.图中在T=0.3,0.15,0.1m等处频率没有被衰减,其原因是,在这种情况下相邻的两个滑靴刚好同时处于路基波形的波峰或波谷位置(图7),基准梁对这种频率成分就没有滤波的作用.也就是说,在不计滑靴长度的条件下,基准梁对周期T=I/m(m为正整数)的路基频率成分没有衰减作用.图8为/=0.3m,0.6m,基准梁长度L=6m时的K()曲线.由图8可以看出,在基准梁的长度一定时,滑靴的间距对基准的点的影响.这时滑靴的数量越多,基准梁的频率特性越好.和上图相同的是,周期为滑靴间距的整数分之一的波形同样没有被基准梁衰减.从图6,图8还可以看出,基准梁对周期特别长的频率成分没有衰减作用.事实上,我们也没有必要对周期很长的频率成分进行衰减,因为长周期的频率成分已经不再是路面的不平度,而是路面的坡度.3滑靴长度对基准梁性能的影响实际上滑靴是存在一个长度Z的,如图1所示,对于周期T<l的地面频率成分,可以认为滑靴只在图6l=0.3Ill.n=8,16时的基准梁的幅值特性曲线杠拭2006(1)卜一相邻两个滑靴的间距-_地面波形周期图7基准梁没有滤波作用状态时.滑靴工作状态示意图(a)(b)图9滑靴长度对基准梁特性的影响If】,九,一/.图8l=0.3m,0.6m.6m时的基准梁的幅值特性曲线其波峰上滑动(图9a),地面的这部分频率成分不会引起滑靴上下运动.对于周期T>l,的地面频率成分,可以近似地认为滑靴的上下波动量为2A(图9b).对于图9l】的情况,与A的比值和r的关系如式(17)所示.1一=_1(1+COS)(17)'j,L1将图9中的两种情况汇总在一起.可以得到地面波动的周期与滑靴上下运动的关系曲线(图l0),这可以看作滑靴的幅值特性.由前面的讨论可以看出,通过恰当的设计基准梁长度L,滑靴间距l,可以实现使基准梁对周期大于l的地面频率成分有满意的滤波性能.所以,确定滑靴的长度z,时,只要使其可以很好地衰减周期小于等于l的频率分量便可.根据图10的频率特性曲线,最好应该使z.>l,但这样前后滑靴会发生干涉现象.由(17)式可以求得,当删F1.5时,&/A-0.25.这个衰减效果也是相当良好的.所以,笔者建议设计滑靴时,最好使l/l>O7.图10地面波动的周期与滑靴上下运动的关系(1)滑靴的间距一定时,基准梁的长度越大,找平基准粱的频率衰减特性越好.但由于对周期太长的地面频率成分没有衰减的必要,所以基准梁也没有必要太长,一般9m左右可以基本满足要求.(2)基准梁长度一定时,滑靴的间距越小,找平基准梁的频率衰减特性越好.也就是说在基准梁上装尽可能多的滑靴将使滤波效果大大改善.同时增加滑靴长度也可以改善基准梁的滤波特性,但过多的滑靴会使基准梁结构复杂,滑靴的间距应定为多少,可根据工程实践具体而定.(3)为了使基准梁对周期较短的地面波动有较好的衰减作用,建议滑靴的长度应该大于其间距的70%参考资料1李宝蕴,马广维.沥青摊铺机双纵向跨越式平均粱分析.工程机械,1999(10)2刘兴车,杨士敏.沥青摊铺机均衡梁工作原理及使用.筑路机械与施工机械化,2001(3)3王晓忠.跨越式均衡梁的正确安装,调试与提高路面平整度.筑路机械与施工机械化.1999(5)4结论稠本文所述的分析础可以i十算出均衡梁.陕酣西安市长安大学5的频率特性,这对设计和制作均衡梁具有一定的价值.从文中分析可以看出:工缸敞2006(1)l9