压路机是以增加土壤密实度为主要用途的施工机械。其中,振动压路机利用振动使土壤处于高频振动状态,然后通过对地作用力迫使土壤颗粒重新排列而密实,压实效率远超静碾压路机。然而,在实际压实过程中,压路机振动轮产生的跳振使振动轮的连续滚动压实变成了冲击式压实,极大地降低了驾驶员操作舒适性并降低了压实质量。
产生跳振的原因主要有以下几个方面 :
1、后备功率不足产生跳振。
表现为压路机跳振时的工作频率和振动压力波动不正常,说明系统未达到稳定状态。工作频率非常低说明系统未越过共振区,发动机工作在额定转速下说明发动机功率输出无异常,系统溢流说明系统工作超出设计。主要原因是制造厂家过分追求经济性,采用小泵小马达,振动系统输出功率不足以满足压实要求。当压路机起振时,工作频率ω由0增加到设计值,需要越过一阶固有频率ω1和二阶固有频率ω2所在的共振区。通常压路机起振时间约3 s左右,如果振动系统后备功率小,则起振速度慢,在共振区停留的时间就长,共振点的振幅就越大;当振幅增大到一定程度,振动系统全功率运行仍不足以支持该振幅下的振动时,压路机的工作频率就无法越过共振区,振动轮在超高振幅和非常低的频率下振动就带来跳振问题。解决方案是制造厂家更改系统配置,加大振动系统后备功率。
目前这种原因引起的跳振不多见。
2、施工工艺不合理产生跳振。
当压路机在地面刚度非常大时仍采用高幅压实,整机就会剧烈振动,甚至产生跳振。检查压路机的工作频率等于设计值(或误差不超过10%),说明系统能达到稳定状态,压路机本身正常;压实工况为硬地面、振动压力接近溢流说明负载大。
在一个案例中,施工人员反馈压路机振动轮跳振。维修人员在现场首先检查了振动系统设计参数,实测轮胎支撑时的振动工作频率在设计要求范围内,无论是轮胎上压实还是路面上压实,振动与不振动的发动机转速均不大,分析认为发动机功率能满足要求。
检查压路机在工地路面上振动的情况,发现高频低幅模式下压路机运行正常,低频高幅模式下振动轮跳振且液压系统平稳压力达到30 MPa,接近溢流压力。据此判断低频高幅时压路机负载过大,怀疑是路面刚度过大引起跳振。直接使用铁钎敲击部分路面,仅能砸出小坑。检查被压实路面,观察到部分地面上石子被振碎,出现过压现象。咨询用户需要压实的工地路基是直接挖方后整平得到,监理要求的压实工艺是6次大振后再6次小振。
分析认为,用户所使用的压路机压实能力极强,由于挖方路基本身的密实度就很高,3遍大振后路面密实度已经极高,继续大振,必然出现跳振现象。用户在已经跳振的情况下继续大振,不但起不到继续密实的效果,反而会将已压实的土壤再次振动导致局部松散,从而密实度的降低。通过现场勘察,路面压实度已经很高,压路机仍采用低频高幅的工作模式必然出现跳振。
解决方案是调整压实施工工艺,适时切换大、小振及静压方式。
3、振动工作频率超差产生跳振。
维修时未校准振动工作频率或用户操作不当,也会引起跳振。
在某案例中,用户反馈振动压路机压实水稳层时驾驶室振动大,驾驶员无法操作。从现场施工情况来看,该项目的水稳层压实工艺为大振、小振、大振、小振、大振、小振共6次压实,第3次大振时驾驶室振动剧烈至驾驶员无法忍受。检测该机发动机转速正常,检查发现高幅激振频率为333 Hz,超出设计频率(28 Hz)19%。计算可知该机最大输出功率已超出设计输出功率415%,因此造成驾驶室剧烈振动。咨询用户后发现,该机振动泵维修过,维修后未调整振动频率参数。
解决方案是将频率校正到出厂状态。
4、减振系统破坏产生跳振。
钢轮减震器刚度发生变化引起跳振。压路机各项指标检查均正常,说明系统状态稳定,上车振动异常应该是振动轮与上车之间的减振器刚度不合理导致。减振器老化或损坏后,减振系统的刚度发生变化,减振效果达不到预期。上车因减振效果变差而振动异常,解决方案是定期检查并更换失效的减振器。
5、压路机适应性差或工作条件异常产生跳振+
压路机压实有一些常规要求,当被压实土壤要达到一定刚度,就要进行试验来确定压实工艺,且发动机转速要调整到额定转速,还应定期检查机器状况。如果压路机本身的适应性差或压实过程不能满足要求,就会引起跳振。
典型的例子是压路机在压实橡皮土时,土壤就像弹性蓄能器,压实功无法作用至土壤深层,振动压实无法进行,导致压路机振动异常。解决方案首先应使用凸块轮将土填切割成许多小块,使其失去弹性后再使用振动压路机进行压实。另一典型的例子是发动机处于怠速运转时进行振动压实,此时实际振动频率为设计振动频率的1/3,接近系统固有频率且发动机输出功率不足,系统不能稳定运行,也会产生剧烈的振动。解决方案是保证发动机工作在额定转速下。