摊铺机运动仿真毕业设计说明书

第1章绪论1.1概述1.1.1 沥青混合料摊铺机的发展历史国内外有很多摊铺机生产公司，种类繁多，功能齐全。

各个公司从早期单一产品发展到今天，已有成套的生产技术，满足各种道路的建设。

依据自动找平系统在摊铺机中的应用性能以及液压技术对机械传动的取代，我们可以从三个阶段了解摊铺机的发展。

（1）20世纪30～50年代摊铺机这类是第一种型号的沥青混合料摊铺机，德国VOGELE是这个时期生产摊铺机的代表，前者在20世纪30年初期生产了轨道式摊铺机，靠轨道作为基准来保证路面的平整度；后者在1937年推出了拖式摊铺机，它由拖拉装置和浮动熨平装置组成，结构简单，尺寸较小。

该拖式摊铺机供料装置简单，不能根据需要实现控制进料的大小；在找平性能方面，仅采用了浮动熨平板的自动找平特性，其找平效果差。

（2）20世纪50～70年代摊铺机20世纪50～70年代，随着液压技术的成熟以及自动控制理论的发展，摊铺机在功能上有了较大的进步，除了摊铺宽度和厚度有所增加外，在找平装置、供料系统等方面与前类相比有着本质的改善。

（3）20世纪70年代至今的摊铺机近年来，随着电子技术、计算机控制技术等的发展，摊铺机性能上得到了进一步的完善，多数摊铺机已经走向智能化和数字化时代，具体涉及到自动调平系统、自动供料系统、行走驱动系统等内容的改进。

而我国的摊铺机工业起步较晚，20世纪60年代才有了自己的生产厂家。

这些制造单位是在引进国外技术的基础上生产的，很大程度上受到国外技术发展的制约。

如西安筑路机械有限公司在20世纪70年代与交通部公路科学研究所研制了我国第一台LT6型轮式摊铺机。

而现在，我国已经有多家生产单位，并且能够独立设计和研发，其中包括徐工集团、三一重工、中联重工等等而且生产的摊铺机已经可以与国外的同类型的摊铺机相媲美。

1.1.2 国外沥青混合料摊铺机的发展与研究现状早在本世纪30年代，德国VOGELE公司就已生产出了早期的专用摊铺机，用于当时道路的铺筑，到目前已有70多年的发展历史。

而且，发达国家十分重视沥青混合料摊铺机的研究和发展，摊铺技术不断发展和完善。

在美国，欧洲和日本的工业发达国家和地区，均有多家摊铺机专业制造商与相应的开发研究机构。

在技术开发和研发上，他们成熟地应用了机、电、液一体化技术，使沥青混合料摊铺机具有结构合理、功能完善、性能稳定、安全可靠、易于维修等优点，并且仍在不断地采用新理论、新技术、新工艺、新材料改进结构和功能，使产品不断更新换代。

就目前而言国外沥青混合料摊铺机技术发展状况可归纳为如下几点：（1）产品系列发展更加丰富为满足高等级公路路面整体平整度要求，减少路面接缝，摊铺机的大型化目前稳定在最大摊铺宽度16m左右。

同时，为了适应路面养护的小型工程施工的需要，小型摊铺机也得到了很大发展，其结构功能更加完善、性能更加稳定。

（2）智能一体化的先进摊铺机代替各种老产品1）自动转向、GPS定位系统、无线通讯及远程控制；2）作业速度和供料速度的自动控制；3）找平一体智能化控制；4）全自动无人驾驶减轻操作工人的劳动强度，提高舒适性；5）微电脑控制。

（3）双层沥青混合料铺层一次性完成施工试验研究表明：这种施工工艺可使双铺层之间早热状态下接合、粘接更好，整体强度更高；两层之间无需专门喷洒粘接剂，具有可节约大量沥青材料，提高摊铺生产效率的诸多优点。

1.1.3国内沥青混合料摊铺机的发展与研究现状我国的摊铺机工业起步比较晚，20世纪60年代才有了自己的生产厂家。

这些制造厂在引进国外技术的基础上进行生产，很大程度上受到国外技术发展的制约。

1989年徐州工程机械集团路面机械公司从德国VOGELE公司引进具有世界领先水平的沥青砼摊铺机生产制造技术，经过10多年的消化吸收、改进和技术创新，2000年形成了我国第一条年生产能为500台的摊铺机装配流水线，并推出具有国际先进水平并代表我国摊铺机制造水平的RP800型沥青砼摊铺机，该机采用当今世界先进的数字式、微电脑控制技术，整机技术性能接近当今世界先进水平，但还未开始产业化生产。

2001 年该公司与德国ABG公司合作，由于吸收了ABG 和VOGELE两公司产品的优点，该公司现在推出的LTU125摊铺机质量较好。

目前该公司是国内最具实力、品种最齐全的摊铺机生产制造厂家。

陕西建设机械集团有限责任公司与德国ABG公司联合生产摊铺机已近10年，1992年该公司通过技贸合作与德国ABG公司联合生产摊铺机，先后组装生产了ABG-TITAN411、TITAN423、TITAN323、TITAN 325、LTL60等多种型号摊铺机。

该公司生产的ABG423已成为我国修筑高等级公路的首选品牌。

西安筑路机械有限公司在20世纪70年代与交通部公路科学研究所研制了我国第一台LT6型轮式摊铺机，之后相继开发了LT1200、GTLY750、LT700、L T600、LTU4型履带式和LTY8、LT5等型号的轮胎式摊铺机，生产的摊铺机型号较齐全。

此外，天津鼎盛工程机械公司、镇江华晨华通路面机械有限公司、成都新津筑路机械股份有限公司、南阳陆德筑路机械制造有限公司、陕西中大机械集团有限公司、西安燎原路面机械有限公司、中联重科、三一重工、四平筑路等企业都能生产沥青混合料摊铺机。

1.1.4 沥青混合料摊铺机未来的发展趋势（1）向大型化和小型化发展很多情况下需要摊铺机一次性摊铺整个宽幅的路面，为此，开发了宽度大于12 m 的沥青混合料摊铺机，如VOGELE公司的S2500型摊铺机的最大摊铺宽度达到了16m，最大摊铺厚度为40cm。

为了适应高速公路的修补作业和乡村道路的铺筑，沥青混合料摊铺机也向小型化发展，例如BTELLT公司推出了功率仅为13马力、摊铺宽度为0. 9～1. 8m的沥青摊铺机。

（2）向多功能化发展摊铺机不仅需要摊铺沥青混合料，有时需要摊铺厚度为25cm以上的稳定土，要求摊铺机具有一机多能。

为此，采用了相应的技术措施，主要有加大发动机功率、选用载重型液压系统、增强散热能力等。

如中联重科的LTU90型摊铺机，选用力士乐的A4VG系列油泵、双层液压油散热器；ABG公司的TITAN326型摊铺机，其发动机功率加大到160kW，明显增强了摊铺机在多种工况下的适应能力。

（3）向技术含量高方向发展CAN（控制器局域网络）是工程机械中最常用的现场总线，它是有效支持分布式控制或实时控制的一种串行通信网络。

通信介质可选用双绞线、铜轴电缆和光纤。

现在的摊铺机都是基CAN总线控制系统。

电子监控与故障诊断技术主要是指对摊铺机进行在线的智能监控、检测、预报、远程故障诊断与维护，实现摊铺机的监控与故障诊断智能化。

无人驾驶技术也是摊铺机的一个发展方向。

在特定的施工作业中，如易塌方区、辐射或有害健康的作业区等，需采用专用、带有遥控装置、高智能、无人驾驶的摊铺机。

随着自动控制、机器人及网络技术在摊铺机领域的不断渗透，采用定向导航和位置诱导原理，依靠无线或有线通信、自身机械操作和自身监控信息反馈处理系统，通过计算机，无人驾驶技术在摊铺机上逐步得到应用。

2001年清华大学和徐州工程机械厂科技路面机械分公司联合开发了国内第一台无人驾驶的摊铺机，具有弯道的定径摊铺、机械的智能故障诊断等优点。

1.2虚拟样机技术虚拟样机技术是上世纪80年代逐渐兴起的基于计算机技术的一个新概念。

从国内外对虚拟样机技术（Virtual Prototyping，VP）的研究可以看出，虚拟样机技术的概念还处于发展的阶段，在不同应用领域中存在不同定义。

虚拟样机定义：虚拟样机是建立在计算机上的原型系统或子系统模型，它在一定程度上具有与物理样机相当的功能真实度。

虚拟样机设计：利用虚拟样机代替物理样机来对其候选设计的各种特性进行测试和评价。

虚拟样机设计环境：是模型、仿真和仿真者的一个集合，它主要用于引导产品从思想到样机的设计，强调子系统的优化与组合，而不是实际的硬件系统。

虚拟样机技术是将CAD建模技术、计算机支持的协调工作（CSCW）技术、用户界面设计、基于知识的推理技术、设计过程管理和文档化技术、虚拟实现技术集成起来，形成一个基于计算机、桌面化的分布式环境以支持产品设计过程中的并行工程方法。

1.3 本课题的主要研究内容能够正确掌握沥青混合料摊铺机结构与构造，并通晓其工作原理，综合力学、数学、仿真软件等科研方法去解决实际工程机械存在的诸多方面的缺陷，使其在技术、性能、经济等方面最大限度的满足各种施工的需要。

本文专门针对沥青混合料摊铺机的行驶机构和输料机构进行三维可视化处理，生成三维实体模型，并对该三维实体结构进行运动仿真，最后针对主要结构零部件进行有限元分析生成应力云图，进行对比后，再进一步完善设计。

建模方式选用了广泛应用的Pro/ENGINEER软件进行建模。

有限元分析软件也选用了Pro/MECHANICA减免了许多繁琐的转换。

1.3.1 分析摊铺机输料机构与行驶机构工作原理和特点了解摊铺机输料机构与行驶机构的基本组成部件，分析摊铺机输料机构与行驶机构的工作原理和不同结构形式摊铺机输料机构与行驶机构的特点和不足之处，最终确定结构设计方案。

1.3.2 摊铺机输料机构和行驶机构设计及运动仿真根据给定的工况、功能、技术要求和参数，构思出来的设计方案，对摊铺机的输料机构和行驶机构中主要零部件进行结构设计，并进行尺寸计算和强度校核。

在设计过程中借助现代CAD/CAM技术，大大缩短了产品的设计周期。

针对前期所完成的结构设计进行运动仿真和有限元分析。

第2章摊铺机的总体结构及工作原理2.1摊铺机的分类沥青混合料摊铺机广泛适用于公路和城市道路的建设和养护，还用于机场、港口停车场等工程施工。

沥青混合料摊铺机的分类主要有以下几种方式：（1）按行走装置分有轮式和履带式1）轮胎式摊铺机一般为全桥驱动，其前轮为实心光面轮胎，实心的目的是为了防止因料斗内混合料重量的变化引起前轮的变形，而影响到摊铺机厚度的变化；后轮为充气液压轮胎，可提高其爬坡及附着能力。

轮胎式摊铺机可获得较大的行驶速度，机动性好，在弯道上摊铺可实现较平滑过度如图2.1所示。

图2.1 轮胎式沥青混合料摊铺机2）履带式摊铺机其履带式为无履刺式。

履带式摊铺机可获得较大的牵引力，接地比压小，附着力大，摊铺作业时很少出现打滑现象运行平稳，如图2.2所示。

图2.2 履带式沥青混合料摊铺机（2）按动力传动系统分有机械式、液压机械式、全液压式1）机械式摊铺机的行走、供料、分料采用机械传动，结构复杂，操作不便。

由于传动链多，且中心距较大，故采用链式传动，调速性和速度匹配性较差。

2）液压机械式摊铺机的机构是机械式和液压式摊铺机的综合。

因而，结构特点和使用性能介于机械式和全液压式之间。

3）全液压式摊铺机的行走驱动、输料和分料传动、熨平板延伸和振捣器的振动等主要传动都采用液压式传动，从而使摊铺机结构简化、总体布置方便、质量减轻、传动冲击和振动减缓、工作速度的性能稳定，并便于无级调速和全自动控制，具有良好的使用性能和更高的摊铺质量，因此全液压传动越来越多的在摊铺机上得到应用。