路缘石滑模机车架的模态分析

赵 静1，张 奕2，陈 磊2

（1.蚌埠学院，机械与电子工程系，安徽 蚌埠 233030；2.秦皇岛烟草机械有限责任公司，河北 秦皇岛 066318）

摘 要：本文以PC200路缘石滑模机车架为研究对象，通过建立模型对其模态进行分析，得到了车架的固有频率及振型，分析了车架发生共振的原因，找到了车架最危险的振动区域及频率值，为路缘石滑模机车架的振动分析提供了理论基础，为结构设计提供了一定的指导.

教育期刊网 http://www.jyqkw.com
关键词 ：路缘石滑模机；车架；模态分析

中图分类号：U415文献标识码：A文章编号：1673-260X（2015）08-0044-02

基金项目：蚌埠学院自然科学项目（2013ZR02zd ）

0 引言

随着城市公路建设的不断发展，路缘石滑模机被广泛的使用在路缘石施工当中.滑膜施工的路缘石具有刚度强度高、稳定性好、表面光滑、维护费用低等优点.国外对路缘石滑模机的设计和制造技术已经基本成熟，国内对高等级的公路施工大都从国外引进设备进行施工.但从国外引进的全自动滑模机正处于研究和摸索阶段，其施工技术还不成熟，尤其发现在施工中车架易振动，直接影响到设备寿命及摊铺质量.因此，对于建设、设计和施工单位来讲，为保证现浇滑模的水泥混凝土路缘石的质量，研究车架振动无疑具有十分重要的意义[1].本文以PC200路缘石滑模机为例，提供了车架模态分析的方法，研究、总结车架振动的原因及避免措施.

1 整车介绍

PC200是由美国Curb Appeal公司自主研发生产的一种多功能全自动的轮式路缘石滑模摊铺机，它由成型密实装置、车架、操纵控制系统、动力传动系统和行走装置构成[2]，如图1所示.

PC200的设计和制造技术已非常成熟，具有优秀的摊铺质量，高效的摊铺速度和紧凑的外观车型[3]，其主要技术参数如表1所示，其中路缘石的尺寸可以通过更换模具而改变.

2 车架的建模

运用Solidworks软件对PC200路缘石滑模机进行三维建模，整车的机构及模型如图2所示.车架是由车身框架和料斗起身机构通过铰接安装组合而成.钢材选用矩形冷弯空心型钢(H100mm、B50mm、t5.0mm)和方形冷弯空心型钢(B50mm、t5.0mm)，材料为普通碳素钢[4]，如图3所示.

3 车架模态分析

3.1 分析对象

车架在外界的时变激励作用下将产生振动，其中共振对机器的工作效果和寿命的影响最大.为了避免共振，将以下最可能引起车架振动的因素作为分析对象[5~6]：路面不平度的激振频率、发动机工作的频率范围、振捣棒工作的频率范围.具体参数如表1所示.

3.2 计算结果分析

将车架模型导入ANSYS软件中，经过智能网格划分后，在自由模态下，获得车架的固有频率[7]，如表2所示.

由表2可知车架前6阶固有频率为0，最小固有频率为44.02Hz远高于空载和满载时路面的激振频率，因此路面对车架振动的影响因素很小.第7、8阶固有频率与发动机和振捣棒的激振频率有交集，发生共振的可能性很大，因此路缘石滑模机应尽量避免在这个频率范围内工作.第9阶以上固有频率均高于上述研究对象的激振频率，引起共振的可能性不大.为进一步确定引起共振的频率范围，输出车架固有频率的振型图，如图4所示.

图4中左上角的FREQ表示固有频率，SMN表示位移最小值，SMX表示位移最大值，下方的渐变色条表示的是振动的位移，最左边表示位移最小处的颜色显示，最右边表示位移最大处的颜色显示.由图可知：（1）车架的第7、8阶固有频率与发动机固有频率接近，而第8、9阶固有频率与振捣棒振动频率接近，这三阶频率都有可能引起共振；（2）随振动频率的增大，车架的振动位移越大，因此车架避免在高频率下工作；（3）车架振动的最大位移0.234mm发生在第8阶固有频率处，说明第8阶固有频率是最易产生共振的频率，应尽可能避免；（4）位移最大处基本发生在车架安装料斗的位置，说明此处的结构可以进一步优化以提高车架的抗振能力.

教育期刊网 http://www.jyqkw.com
参考文献：

〔1〕郑成波.路缘石滑模机工作装置防粘技术研究[D].长安大学,2009.

〔2〕MBW Inc. Concrete curb and gutter slipform payer operating instructions C100 C101 CG200[J]. New York: Prentice-Hall Inc,2009:21-222006:47-48

〔3〕CURB APPEAL USA. Operations manual pro curb series PC400/PC600 slip form pavers[J]. New York: Prentice-Hall Inc,2009:21-22.

〔4〕单辉祖.材料力学[M].北京:高等教育出版社,1999.238-240.

〔5〕Roy W.Smith. Apparatus for Forming a continuous curb structure[J]. United States Patent NO:3749504,1973:1-3.

〔6〕胡永彪,郑成波,康敬东,等.路缘石滑模施工设备及其施工技术的发展[J].筑路机械与施工机械化,2009,26(4):35-37.

〔7〕张奕,.PC200路缘石滑模机关键技术研究[D].燕山大学,2010.