张嘉雯，陶 柳，龚 涛

（1.机械工业教育发展中心技工教育和培训处，北京，100055；2.四川工程职业技术学院交通工程系，四川 德阳，618000；3.湘潭大学机械工程学院，湖南 湘潭，411105）

振动压路机能够显著地改善基础填方和路面结构的强度和刚度，增加工作介质的密实度，在现代高速公路、铁路、大坝、机场跑道、国防工业等大型工程项目中得到了广泛的应用。[1-2]它具有压实效果好、生产效率高（压实遍数少）等优点，同时在使用中存在滑移和倾翻等不稳定因素，降低了压实密度和振动压路机的使用寿命。[3-6]其中倾翻对振动压路机的稳定性危害最大，因此要保证在各种工况下振动压路机不倾翻、不滑移，至少滑移先于倾翻。本文从静态、行驶两种状态对振动压路机的不稳定性进行了分析。

1 振动压路机的静态稳定性

振动压路机在平地上的静态稳定性是很容易保证的。本文所讨论的静态稳定性主要是在坡道上的静态稳定性，并对其中两种极限状态——纵向静态稳定性和横向静态稳定性加以讨论。

1.1 振动压路机坡道上的纵向静态稳定性

振动压路机在坡道上的受力情况如图1所示。[7]

图1 振动压路机坡道静态纵向受力图

图中，α—坡道角；

G—整机的重力；

s—振动压路机两轮中心距；

L—整机重心点到驱动轮中心的水平距离；

f1、f2—两轮所受的静摩擦力。

O点为振动压路机的整机中心点，O1、O2两点分别为振动压路机两轮与坡道的接触点。由振动压路机在O1与O2两点的力矩平衡有：

式中，μ1、μ2分别是振动压路机前轮和后轮在坡道上的静摩擦系数。

开始倾翻临界条件下：N2=0

其中：αm是纵向临界倾翻角。

1.2 振动压路机坡道上的横向静态稳定性

振动压路机在横向的受力情况如图2所示，同纵向情况下的力矩平衡方程[8]，同样有

图2 振动压路机坡道静态横向受力图

式中，b—压路机轮宽

e—压路机重心偏离纵向对称平面的距离

β—坡道角

开始倾翻临界条件下：N2=0

式中，βm——横向临界倾翻角

开始滑移临界条件下：f1+f2=Gsinα

2 行驶稳定性

以单轮驱动的振动压路机为例，分别讨论其在四种极限行驶状态下的稳定性[9]，如图3所示：M1、M2、M3、M4分别是这四种状态下的驱动力矩。

图3 状态示意图

2.1 振动压路机的上坡稳定性

（1）驱动轮在下的上坡稳定性

如图3（a）所示，此时驱动力矩为M1，牵引力为T1,f1、f2风别为两轮的滚动阻力。

同样由力矩平衡方程解等式（2）和临界倾翻条件有：

（2）驱动轮在上的上坡稳定性

如图3（b）所示，此时驱动力矩为M2，同理有：

此时，S(S-L)＞0时滑移先于倾翻。

2.2 振动压路机的下坡稳定性

（1）驱动轮在下的下坡稳定性

如图3（c）所示，此时：

（2）驱动轮在上的下坡稳定性

如图3（d）所示，此时：

3 稳定性分析

静态时，由于振动轮与土壤摩擦系数比较小，振动压路机静止在坡道上时临界滑移角远小于临界倾翻角，即静态时压路机在坡道上理论上不会发生倾翻。[9-10]为分析方便讨论选取μ1=μ2=0.2，L以0.1 m为步长，从1.2 m递增到2.0 m，h为以0.05 m为步长，从0.8 m递增到1.0 m。结果如图4所示。

图4 静态临界倾翻角

由图4可知，静态时当L增大时临界倾翻角逐渐增大，并且当L不变时随着h的增加临界倾翻角反而减小。

行驶状态时，取s=3.4 m,φ1=φ2=0.6。分别以L为横坐标，临界滑移角为纵坐标建立坐标系。

驱动轮在下，上坡时的情况如图5所示：

图5 驱动轮在下的上坡

振动压路机驱动轮在下前进上坡时，临界滑移角随L的增大而减小，随h的增大而增大。

驱动轮在上，上坡时的情况如图6所示：

图6 驱动轮在上的上坡

振动压路机驱动轮在上倒退上坡时，临界滑移角随L的增大而增大，随h的增大而减小。

驱动轮在下，下坡时的情况如图7所示：

图7 驱动轮在下的下坡

下坡时临界滑移角为负数必定会滑移。

驱动轮在上，上坡时的情况如图8所示：

图8 驱动轮在上的上坡

4 结论

本文对单钢轮振动压路机在静态和行驶状态多工况下的临界滑移角和临界倾翻角进行了计算与分析,得到如下研究结果：

（1）振动压路机的临界倾翻角的正切值与整机重心垂直高度成反比，与被迈下游轮子至整机重心的水平距离成正比，而与其他参数无关；

（2）各种工况下临界滑移角（滑移稳定性）的大小排序为上坡比下坡好，驱动轮在下比在上好；

（3）从理论上讲，压路机在小于稳定度的坡道上不会发生倾翻。实际上弯道上的离心力、制动时的惯性、起步时的加速阻力等可能使其倾翻。