振动压路机振动参数测试方法探讨

陈晨

1 前言

压实机械是在国民经济建设领域发挥着重大的作广泛用于地基、道路、飞机场、堤坝等工程。而振动压路机是目前压实机械市场中的主流产品，而振动压路机的振动和减振性能直接关系到振动压路机的产品作业性能、操作舒适性和安全性能。

本文通过研究气垫变形量与气垫充气压力、振动轮桥荷、振动轮振幅之间的关系，确定符合要求的气垫变形量，以满足压路机振动试验的要求。以往该项目的测试均采用钢轮垫轮胎的方法，由于轮胎的刚度和弹性无法实现无级可调，势必影响测试结果的准确性。采用气垫代替轮胎后，气垫的变形量和充气压力将决定测试结果的准确性。因此需研究气垫变形量与气垫充气压力、振动轮桥荷、振动轮振幅之间的关系，以满足测试要求。

2 振动轮振动参数测试系统

2.1 振动传感器

目前国内外在机械振动测试中，振动加速度传感器均采用ICP结构的，该类型的传感器根据其本身灵敏度的不同，输出的是抗干扰能力强的电压信号，适合较远距离的信号传输。压路机振动参数实际测试时，现场干扰源较多，而且被测机器离测试系统距离较远，信号传输距离长。ICP结构的振动加速度传感器可以满足压路机等工程机械现场测试要求。

2.2 信号调理器

由于传感器输出的是电压信号，所以，信号调理电路就是对电压信号进行放大。为了适合座椅振动，钢轮振动，车架振动这三种不同的振动工况，采用了程控滤波器，测试软件根据不同的测试工况，设置不同的低通截断频率。以此来配合软件滤波，完成对有用信号的选取，屏蔽干扰信号。提好了测量的精度。根据测量加速度值的范围不同，系统采用了程控放大器，根据测量值的不同，来设置测量值的范围，提高了测量的精度。

2.3 PC机

目前测试软件都安装的笔记本，但笔记本在现场测试中，存在很多不便之处。比如，抗振动能力、防尘能力差，而且在司机室内部测试时，由于体积大，不便于携带。一般采用了工控机代替笔记本的方案。选择3寸低功耗的主板，该主板的功能满足测试系统的最低要求。把该主板和信号调理器集成在一个机箱中，选用一个5寸的显示器，再附加触摸屏。这样集成的系统，体积小，结构紧凑，便于携带，抗振动能力得到提高。方便了使用。

2.4 测试软件

测试软件是在虚拟仪器的平台上进行开发的。测试软件采用了模块化结构。针对座椅振动、钢轮振动、车架振动，设计了专用的数据处理模型。钢轮振动数据处理模型是根据压路机钢轮实际工作时是简谐振动，所以，对采集到的钢轮振动信号在频域处理时，在每个数据处理块中，采用整周期处理的方式。每个数据处理块之间采用平均，得到最终值。车架烈度（速度）的处理处理，采用了软件积分的方法。对采集到的加速度信号首先进行零均值处理，然后再进行积分运算。得到烈度（速度）值。软件操作界面友好，简单，适合测试现场操作。

3 研究方法

3.1 正交试验设计

正交试验设计是研究多因素多水平的一种设计方法。它是根据正交性从全面试验中挑选出部分有代表性的点进行试验。这些有代表性的点具备了“均匀分散，齐整可比”的特点。正交试验设计是分析因式设计的主要方法是一种高效率、快速、经济的实验设计方法。

本文之所以选择正交试验设计方法，正是因为它与本文的自身特点相适应。本文的试验目标是气垫的变形量试验因素为气垫压力、振动轮桥荷和振幅。试验水平则是通过以往积累的试验数据进行合理划分，每项试验因素都至少具有两个水平。

根据正交试验设计方法，得到如下正交试验表：

表1 正交试验表

表1中的数字“1、2、3”的含义是每项试验因素的水平。在本文中，“1”代表“较小、较低的”水平，“2”代表“中间的”水平，“3”代表“较大、较高的”水平。例如，试验因素“气垫压力”的试验水平“1”代表较低的压力值，“3”代表较高的压力值，“2”表示它的压力值在“1”和“3”之间。

3.2 试验方法

在设计完成正交试验表后，针对各项试验因素准备相应的试验仪器和试验方法。在试验准备完成后，按照正交试验表的顺序进行每次试验。实验步骤如下：

（1）对两个气垫进行充气以后，当试验所需要的压力达到了一定要求的时候，两个气垫压力相等。

（2）在承受振动轮桥荷以前，测量出来的数据进行记录，对气垫顶端到地面的垂直距离、振动轮桥荷质量和气垫压力记录好，如图1所示。

（3）两个气垫分别平行放置，并且在振动轮两端的正下方，其高度不能超出振动轮外侧端面，一定要保证振动轮底端和气垫的接触面在其中间区域，如图2所示。

（4）把振动轮压在气垫上，然后松开起吊钩，这时进行测量并记录振动轮最低端到地面的垂直距离。

（5）在振动轮顶端安装采集振动轮振幅的传感器，并且连接到压路机振动测试仪。

（6）压路机操作人员将发动机转速调节到振动轮工作时的设定值，然后进行振动。

（7）把压路机振动测试仪采集到的振幅相关的数据记录好，如图3所示。

图1 气压表

图2 试验中的振动轮与气垫

图3 压路机振动测试仪

（8）按照上面的步骤，完成表1正交试验表所列出的所有试验。

3.3 数据的整理和分析

在完成试验后，将试验数据进行整理，填入正交试验表内。本文运用Minitab统计分析软件数据分析。本文应用该软件对进行了试验设计，并进行了一般线性模型统计分析，并确定了试验目标和试验因素的函数关系式，即气垫变形量与气垫充气压力、振动轮桥荷、振动轮振幅之间的函数关系式。

3.3.1 方差分析

一般线性模型是指使用最小二乘回归方法执行计算的方差分析过程。目的是描述多个因子与连续响应变量之间的统计关系。本文的分析结果如表2。

表2 试验因子信息

因子的类型之所以为固定，是因为因子的水平选择是特别选取，且结果仅适用于分析中考虑的因子水平，所以各项因子为固定类型的因子。

表3 气垫变形量方差分析

方差分析表中最重要的统计量是P值。模型中的每项都有P值（误差项除外）。每项的p值表明对该项的效应是否显著：

（1）如果P小于或等于已选的α水平，则说明项的效应显著。

（2）如果P大于已选的α水平，则说明效应不显著。

（3）如果固定因子的效应显著，那么该因子的水平均值之间存在显著差异。

通过观察表3中的P值，振动轮桥荷和气垫压力的P值都为0，效应显著。振幅的P值为1，则说明效应不显著。振动轮桥荷和气垫压力这两个因子对响应气垫变形量的影响，通过图4可清晰地表现出来。这是因为主效应和主效应图通常与方差分析和试验设计结合在一起使用，以检查一个或多个因子的水平均值之间的差值。

图4中的两条线越陡峭，说明这两个因子的主效应的量值越大。

图4 气垫变形量主效应图

进行方差分析或试验设计过程中的交互作用直观的表现出来。如图5所示。

图5气垫变形量交互作用图

图5 交互作用图中的两条线几乎平行，这表示不存在交互作用。因为线与线之间的斜率差别越大，表示交互作用程度越高。

3.3.2 建立回归方程

本文应用Minitab软件生成了预测变量系数表，以建立回归方程。如表4所示。

表4 预测变量系数表

回归方程为：

气垫变形量=103＋6.22×振动轮桥荷＋0.00×振幅－17.5×气垫压力

经过整理，得到如下公式：

气垫变形量=103＋6.22×振动轮桥荷－17.5×气垫压力

4 结束语

本文历经研究方法的确定、试验前的准备和数据采集，到最后的数据分析，进行了大了大量的工作。在一定范围内，实现了预期目标。确定了气垫变形量与气垫充气压力、振动轮桥荷、振动轮振幅之间的函数关系，提高标准的可操作性和科学性。

[1]申自名.振动压路机压实度实时检测技术研究[D].长安大学，2017.

[2]谢欣然.振动压路机振动压实动力学仿真研究[J].现代计算机（专业版），2016（17）：58～62.

[3]周保刚，谢立扬.振动压路机连续压实仪及控制指标研究[J].筑路机械与施工机械化，2016，33（04）：108～111.