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【摘 要】 以YCT25型压路机为例，对三边形冲击压路机的结构和工作原理进行了分析，并对其势能和耗能进行了分析，最后论文针对冲击压路机实际施工工艺较复杂以及对驾驶员技术要求较高的特征，通过引入节能原理，分析了使用方便的三边形冲击压路机的压实工艺。
【关键词】 YCT25冲击压路机；能耗；压实工艺
1 YCT25冲击压路机的结构与工作原理分析
1.1结构分析
国内最常见的冲击压路机为三边形冲击压路机，本文以某厂生产的YCT25冲击压路机为例。YCT25冲击压路机物理样机的外形尺寸为3729×2950×2150mm，表1为压路机主要工作参数。
1.2工作原理
YCT25冲击压路机是拖式三边形冲击压路机，主要由双向缓冲牵引机构、机架、缓冲蓄能机构、摆杆机构、举升液压缸、冲击轮压实机构、支撑机构、轮胎行走机构组成。
冲击压路机工作过程中，在牵引机的拖动下冲击压实轮向前滚动，由于压实轮的外廓形状是三条拟合曲线组成的不规则三边形，压实轮重心在垂直地面方向上作交替升降运动。压实轮重心的周期性升降运动，产生的势能、动能集中向前向下碾压，形成巨大的冲击波，连续均匀的冲击碾压地面，使地面基础材料均匀致密。压实轮每旋转一周，其重心升高降低三次，即对地面冲击碾压三次，每次冲击碾压地面又可以分为重心上升、重心下降以及冲击压实地面三个阶段。压实轮冲击压实地面之后，其重心处于最低位置，此时是压实轮的静止平衡位置，本次冲击压实运动结束，然后开始下一次的周期运动。
2 三边形冲击压路机的系统势能分析
（1）系统势能曲线
1）前后冲击轮按照转动相同的转角进行叠加
a.当后一个冲击轮在最低点，前组冲击轮具有超前相位时，在matlab进行仿真计算，并绘制曲线。通过取几个关键的点来反映系统势能在叠加过程的变化趋势，如图1.a所示是一族平衡三冲击轮压路机单侧双轮的势能叠加曲线。
b.当前组冲击轮在最低点，前组冲击轮落后于后一冲击轮一定相位时，在matlab进行仿真计算，并绘制曲线。通过取几个关键的点来反映系统势能在叠加过程的变化趋势，如图1.b所示是一族平衡三冲击轮压路机单侧双轮的势能叠加曲线。
2）前后冲击轮按照滚动相同弧长叠加
a.当后冲击轮在最低点，前冲击轮具有超前相位时，在matlab中编写程序对势能曲线按纯滚动弧长叠加。通过取几个关键的点来反映系统势能在叠加过程的变化趋势。
b.当前冲击轮在最低点，前冲击轮落后于后冲击轮一定相位时，同样在matlab中编写程序对势能曲线按纯滚动弧长叠加。通过取几个关键的点来反映系统势能在叠加过程的变化趋势。
（2）确定三边形冲击压路机的初始相位
a.依据转角叠加的系统势能曲线，在matlab进行仿真计算，根据求解的系统势能变化最小值，以确定系统的最佳初始相位。优化得最小势能变化范围为2893.5J，前轮超前角度为60.05o；因此按角度叠加时，取前后冲击轮初始相位取60o。
b.依据纯滚动进行势能曲线叠加，在matlab进行仿真计算，根据求解的系统势能变化最小值，以确定系统的最佳初始相位；优化得最小势能变化范围为5260.4J，此时前后冲击轮初始相位差为72.6o。
3 三边形冲击压路机的能耗分析
以系统势能在最小范围内变化的原理设计的三边形冲击压路机在稳定工作阶段的功率分布情况，现以角度叠加来分析三边形冲击压路机的功率消耗情况。设后冲击轮在最低点，前冲击轮超前60o，三边形冲击压路機工作轮每转动1/3圈，前后冲击轮功率分布周期重复。在MATLAB中编制相应的程序，绘制三边形冲击压路机前后轮功率分布情况，如图2所示。
三边形冲击压路机的一个周期共分为六个阶段，如果前后冲击轮滚动和拍击过程中无滑移，则系统总功率为是前后冲击轮各自在对应位置上的线性叠加。通过MATLAB仿真计算，得出三边形冲击压路机的功率曲线，如图3所示。
4 三边形冲击压路机的压实工艺分析
三边形冲击压实施工就是利用冲击压路机滚动中将高位势能转化为动能对被压材料进行冲击压实，通过滚压、揉压、冲击的综合作用，被压材料内部发生位移、变形和剪切，从而对被压材料的深层压实的一种方法。三边形冲击轮在牵引机的拖动下连续作用于地面，使大面积地基得以压实。
三边形冲击压路机施工步骤可借鉴传统冲击压路机的施工步骤：
（1）用挖掘机挖除树根后零填处理，平地机对冲压工作面进行清表整平。
（2）冲击前观测原地面标高，并做好记录。
（3）检测冲击碾压前的路基含水量，并保证含水量在是否适合冲击碾压含水量的±4%范围内。
（4）冲击碾压前检测点的压实度。检测位置在填土表面以下20厘米处，并做好记录。
（5）冲击压路机进行冲击碾压，机械行进速度宜采用慢速行进，由路基中线为分界线，从路基的一侧向另一侧转圈冲碾，冲碾顺序应符合“由边向中”错轮进行。
（6）冲碾过程中如果因轮迹过深而影响压实进行时，可用平地机平整后再进行冲击碾压。
（7）冲碾结束，用平地机整平施工冲碾路段，然后采用重型钢轮压路机将路基表面碾压密实平整，若表土干燥，应适量洒水，以保证压实效果。
5 结束语
目前冲击压路机实际施工工艺较复杂以及对驾驶员技术要求较高的特征，本文通过引入节能原理，提出了一种新型冲击压路机方案-三边形三冲击轮压路机，目的在于寻求设计生产一种既满足压实、节能要求，又使施工工艺简单、使用方便的冲击压路机。本文系统分析了三边形冲击式压路机的工作原理，系统势能和耗能分析，提出了针对三边形三冲击轮压路机的压实工艺。
参考文献：
[1]贺杰.冲击压路机的发展和应用[C].第二届全国公路科技创新高层论坛论文集.北京：韩华出版社，2004：761-767.
[2]许波，刘征.MATLAB工程数学应用.北京：清华大学出版社，2000.
[3]车胜创.冲击式压路机应用、研究及发展前景[J].筑路机械与施工机械化2006，（3）：10.12
【关键词】 YCT25冲击压路机；能耗；压实工艺
1 YCT25冲击压路机的结构与工作原理分析
1.1结构分析
国内最常见的冲击压路机为三边形冲击压路机，本文以某厂生产的YCT25冲击压路机为例。YCT25冲击压路机物理样机的外形尺寸为3729×2950×2150mm，表1为压路机主要工作参数。
1.2工作原理
YCT25冲击压路机是拖式三边形冲击压路机，主要由双向缓冲牵引机构、机架、缓冲蓄能机构、摆杆机构、举升液压缸、冲击轮压实机构、支撑机构、轮胎行走机构组成。
冲击压路机工作过程中，在牵引机的拖动下冲击压实轮向前滚动，由于压实轮的外廓形状是三条拟合曲线组成的不规则三边形，压实轮重心在垂直地面方向上作交替升降运动。压实轮重心的周期性升降运动，产生的势能、动能集中向前向下碾压，形成巨大的冲击波，连续均匀的冲击碾压地面，使地面基础材料均匀致密。压实轮每旋转一周，其重心升高降低三次，即对地面冲击碾压三次，每次冲击碾压地面又可以分为重心上升、重心下降以及冲击压实地面三个阶段。压实轮冲击压实地面之后，其重心处于最低位置，此时是压实轮的静止平衡位置，本次冲击压实运动结束，然后开始下一次的周期运动。
2 三边形冲击压路机的系统势能分析
（1）系统势能曲线
1）前后冲击轮按照转动相同的转角进行叠加
a.当后一个冲击轮在最低点，前组冲击轮具有超前相位时，在matlab进行仿真计算，并绘制曲线。通过取几个关键的点来反映系统势能在叠加过程的变化趋势，如图1.a所示是一族平衡三冲击轮压路机单侧双轮的势能叠加曲线。
b.当前组冲击轮在最低点，前组冲击轮落后于后一冲击轮一定相位时，在matlab进行仿真计算，并绘制曲线。通过取几个关键的点来反映系统势能在叠加过程的变化趋势，如图1.b所示是一族平衡三冲击轮压路机单侧双轮的势能叠加曲线。
2）前后冲击轮按照滚动相同弧长叠加
a.当后冲击轮在最低点，前冲击轮具有超前相位时，在matlab中编写程序对势能曲线按纯滚动弧长叠加。通过取几个关键的点来反映系统势能在叠加过程的变化趋势。
b.当前冲击轮在最低点，前冲击轮落后于后冲击轮一定相位时，同样在matlab中编写程序对势能曲线按纯滚动弧长叠加。通过取几个关键的点来反映系统势能在叠加过程的变化趋势。
（2）确定三边形冲击压路机的初始相位
a.依据转角叠加的系统势能曲线，在matlab进行仿真计算，根据求解的系统势能变化最小值，以确定系统的最佳初始相位。优化得最小势能变化范围为2893.5J，前轮超前角度为60.05o；因此按角度叠加时，取前后冲击轮初始相位取60o。
b.依据纯滚动进行势能曲线叠加，在matlab进行仿真计算，根据求解的系统势能变化最小值，以确定系统的最佳初始相位；优化得最小势能变化范围为5260.4J，此时前后冲击轮初始相位差为72.6o。
3 三边形冲击压路机的能耗分析
以系统势能在最小范围内变化的原理设计的三边形冲击压路机在稳定工作阶段的功率分布情况，现以角度叠加来分析三边形冲击压路机的功率消耗情况。设后冲击轮在最低点，前冲击轮超前60o，三边形冲击压路機工作轮每转动1/3圈，前后冲击轮功率分布周期重复。在MATLAB中编制相应的程序，绘制三边形冲击压路机前后轮功率分布情况，如图2所示。
三边形冲击压路机的一个周期共分为六个阶段，如果前后冲击轮滚动和拍击过程中无滑移，则系统总功率为是前后冲击轮各自在对应位置上的线性叠加。通过MATLAB仿真计算，得出三边形冲击压路机的功率曲线，如图3所示。
4 三边形冲击压路机的压实工艺分析
三边形冲击压实施工就是利用冲击压路机滚动中将高位势能转化为动能对被压材料进行冲击压实，通过滚压、揉压、冲击的综合作用，被压材料内部发生位移、变形和剪切，从而对被压材料的深层压实的一种方法。三边形冲击轮在牵引机的拖动下连续作用于地面，使大面积地基得以压实。
三边形冲击压路机施工步骤可借鉴传统冲击压路机的施工步骤：
（1）用挖掘机挖除树根后零填处理，平地机对冲压工作面进行清表整平。
（2）冲击前观测原地面标高，并做好记录。
（3）检测冲击碾压前的路基含水量，并保证含水量在是否适合冲击碾压含水量的±4%范围内。
（4）冲击碾压前检测点的压实度。检测位置在填土表面以下20厘米处，并做好记录。
（5）冲击压路机进行冲击碾压，机械行进速度宜采用慢速行进，由路基中线为分界线，从路基的一侧向另一侧转圈冲碾，冲碾顺序应符合“由边向中”错轮进行。
（6）冲碾过程中如果因轮迹过深而影响压实进行时，可用平地机平整后再进行冲击碾压。
（7）冲碾结束，用平地机整平施工冲碾路段，然后采用重型钢轮压路机将路基表面碾压密实平整，若表土干燥，应适量洒水，以保证压实效果。
5 结束语
目前冲击压路机实际施工工艺较复杂以及对驾驶员技术要求较高的特征，本文通过引入节能原理，提出了一种新型冲击压路机方案-三边形三冲击轮压路机，目的在于寻求设计生产一种既满足压实、节能要求，又使施工工艺简单、使用方便的冲击压路机。本文系统分析了三边形冲击式压路机的工作原理，系统势能和耗能分析，提出了针对三边形三冲击轮压路机的压实工艺。
参考文献：
[1]贺杰.冲击压路机的发展和应用[C].第二届全国公路科技创新高层论坛论文集.北京：韩华出版社，2004：761-767.
[2]许波，刘征.MATLAB工程数学应用.北京：清华大学出版社，2000.
[3]车胜创.冲击式压路机应用、研究及发展前景[J].筑路机械与施工机械化2006，（3）：10.12