DreamBlooms/HansPub-15000-to-45000 huggingface dataset:
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user: 2. 中国绿色发展推进中的现实困境及成因 从相近概念的提出到生态文明建设理论体系的形成，再到绿色发展理念的积极践行，中国不断攻坚克难、一步一脚印，所取得的成效得到了人民群众的广泛认可。但也不可避免地存在许多影响该理念顺利推进的问题。这些问题的产生并非是一朝一夕的事情，它与各方面因素都有着千丝万缕的联系。因此，文章在对现有困境有一个全面了解后，试图通过不同层面的探讨分析，更深刻和准确地反映目前的发展困境。 2.1. 人口绿色发展问题明显 中国人口逐年增长，截止目前，仍然是世界上人口最多的国家。资源和环境的问题，本质而言是人口的问题。因此，人口基数庞大的中国在推动绿色发展的过程中必然会产生矛盾、出现系列问题。随着社会的发展，人类对自然资源的依赖程度虽在减弱，但对煤炭、天然气、石油等资源的需求量依然处于一个较高的水平，一个人至一群人，由轻度到过度开发、由少量到大量摄取，这些行为使得生态系统的自我调节能力和自我修复能力弱化，整体失去了平衡，绿色发展空间受到限制。此外，由于当代医疗技术的进步和人们生活水平的提高，人的寿命普遍延长，人口老龄化问题日益凸显，一定程度上导致了绿色人力资源的欠缺。同时人口问题还造成了政府在管理方面的难度升级，约束力不足致使绿色发展无法规范且有效地推进。 2.2. 政策制度不够健全完善 政策问题是最常被提及的，每个研究问题的出现或多或少都会涉及到制度层面，绿色发展也不例外。2014年修订的新《环保法》和2015年审议通过的《生态文明体制改革总体方案》虽一定程度上为绿色发展的制度建设提供了总体框架、指明了前进方向，但相关政策和配套举措仍存在内容不完善、执行不坚决等问题，制约着绿色发展的潜力发挥 [ 3 ]。对于环境污染防治和应急管理制度、绿色生产和消费法规政策体系、环境与经济发展综合决策机制等，运行至今依然缺乏可操作化的方式方法，还有待进一步理顺和健全 [ 4 ]。此外，关于绿色发展重点领域、重点行业的法律法规也较为欠缺，落实不到位问题依旧突出。由于与绿色发展有关的监督机制并未准确划分各主体部门的职责范围、未明确各履行主体的责任归属，因此亟需政府就考核、问责、激励、补偿等方面的问题予以细化和补充。 2.3. 产业结构存在不合理性 党的十八大以来，“五位一体”总体布局不断深化，绿色富国、绿色惠民的发展思路深植人心。随着供给侧结构性改革的深入推进，传统生产方式和产业结构逐步被转变和调整，取得了一定的成效，但纵观国内企业，大部分还处于传统发展模式状态、产业结构也尚未完全摆脱粗放型增长的怪圈，绿色升级面临严峻挑战 [ 5 ]。根据最新数据显示，第二产业与其他产业相比，依然占据较大比重，原材料消耗大、资源利用率低、环境污染严重仍是目前面临的比较突出的问题，且多数企业自身创新能力不足，核心技术没有自我掌握，使得生产效率无法有效提升 [ 6 ]，竞争优势也便无从谈起。近年来，第一产业的比重日渐下降，第三产业的发展受到地区、交通、环境、管理、人才资源等的影响，存在着滞后和动力不足的现象。由于无法在短时间内快速实现发展方向的转变，因而绿色发展还有很长一段路要走。 2.4. 绿色生活支出成本较高 生活水平的改善使得人们对生活质量提出了更高要求，衣服的材质、食物的品质、家居建材的环保度等内容日益成为人们关注的焦点。先前在北京发布的《中国绿色产品行业调查报告》中，有近70%的调查对象认为高成本问题是绿色产品面临的最大挑战。一件绿色产品的生产要比同类普通产品花费更多人力物力财力，整体开支越大，产品价格相应也就更高。仅就农产品而言，由于有机蔬菜种植条件苛刻、种植难度大，因而它的价格大致在同品种普通蔬菜的3~5倍 [ 7 ]。为了在使用过后尽量减小抑或不对环境产生影响，绿色化肥、环保面料、环保地板、环保涂料、环保购物袋、环保纸巾等一系列绿色产品应运而生，但碍于我国在绿色产品生产上的水平有限，大部分价格会相对偏高，多数人群迫于经济压力，往往对绿色消费表现出较弱的需求。 2.5. 公众意识淡薄知识欠缺 人们的环保意识、绿色观念随政策宣传的逐步深入较原先有了一定的提升，但还不够牢固，大部分人群仍旧习惯于先前的生活方式，特别是在老年群体中，长期以来的生活习惯使得他们的认知难以在短时间内发生实质性转变。随意向车窗外抛洒物品、楼道内垃圾堆放、公共场合乱扔垃圾、未分类投放生活垃圾、随地吐痰、焚烧秸秆、汽车尾气排放超标等现象依然普遍存在。多数居民在理念探讨上甚至出现“绿色发展是国家层面的事，周围大部分居民都未严格遵守，光靠自己一人也无多大用处”的错误观点 [ 8 ]。值得提及的是法律层面上赋予公民的环境监督权，其在现实中的行使成效同样是不显著的。加上公众对新兴污染物的辨别缺乏清晰认识，往往容易因无法获得有效处理而最终演变成顽固的生态问题。此外，部分企业管理人员考虑到绿色生产成本较大，为追求利益最大化，即使已经意识到问题的严重性，也常常无动于衷，试图用欺骗等手段来掩盖事实真相、逃避惩罚。以上问题都反映出了人们环保意识的淡薄、对绿色发展理念认识的不足以及对相关专业知识汲取的欠缺，这相应地也给绿色发展带来了重重困难。
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user: 3. 解决中国绿色发展推进中困境的有效对策 文章在清楚认识绿色发展运行过程中显现的问题后，及时对各类问题进行了可能性分析，以为能提出现实可行的方案和对策不断尝试和努力。从现代化视域出发，在认真阅读前人文献的基础上，结合国内外的治理经验以及自身的实践调查，文章归纳出了以下五点优化策略，希望可以通过多方协作更好实现绿色发展理念的推进。 3.1. 改善人口结构，缓解资源环境压力 人口、资源和环境三者之间存在着不可分割的内在联系，人口多，资源消耗大，给环境造成的压力也就更大。因此，从根本上解决人口问题显得尤为重要。政府不仅需要控制人口数量，还要在性别、教育、分布、收入等方面对人口做出积极调控，这样才能发挥出绿色发展政策的整体作用。要敢于打破部分农村地区、少数民族地区的固有思维，更好缓解男女比例失调问题；要注重对地方人才资源的开发，努力提升素质水平；要合理保障经济贫困地区人员的基本生活，切实改善群众的收入结构；要加强流动人口服务管理，适当调整城乡地区的人口分布，以使资源得到更有效的配置等，这些都是保证人口均衡发展的关键，只有人口问题得到妥善处理，才能更快实现绿色发展的目标 [ 9 ]。 3.2. 完善政策制度，实现社会良好治理 政策体制的出台不仅起着引导作用，也规范着人们的言行举止。顶层设计者们要积极深入基层、详细了解运行过程中的矛盾与不足，以修订出更切实际、更得民心的法律法规。要加紧制定和完善关于环境整治、企业排放许可、资源使用管理、生物多样性保护、生态补偿、绿色生产和消费等的实施细则和具体办法，明确责任划分，落实责任到人。要创新绿色发展监督制度，使行业监管部门在实际工作中能够有法可依、有章可循，执法人员也要加大监管力度、严格执行手段，不得马虎应对。此外，要保证体制机制的与时俱进，考核问责机制、民主决策机制、信息公开和反馈机制、资源节约和循环利用长效机制、生态文明市场化机制、绿色发展扶持机制等都应被不断充实和强化，以实现绿色发展的常态化和长效化。 3.3. 推动产业升级，构筑绿色产业体系 国家要以绿色发展为契机，进一步优化产业发展的层次结构和空间结构，要加大扶持力度，积极推动传统产业实现结构调整和发展转型 [ 10 ]。对于第一产业，要有效实现生态化，有关企业应结合自然优势，努力打造无公害、高品质的绿色食品，通过技术设备的更新换代和先进管理理念的学习，切实扩大企业生产规模，以形成具有国家特色的产业板块。针对第二产业的企业，要树立良好的绿色生产观，严格把控生产链中的每一关，绿色设计、绿色材料、绿色包装、绿色排污、绿色管理等缺一不可，企业要持续加大绿色产业资本投入和智力资本投入，以更好达成技术的创新与突破，从而减少绿色产品的生产成本。就第三产业而言，对生态旅游的开发和建设，应始终以不损害原有文化和不破坏环境为前提，对交通运输、餐饮等行业也应时刻注重绿色化，不将环境成本推给社会来承担。 3.4. 注重人才培养，助力良好绿色发展 生产成品降低需要依托技术创新，而技术的更新换代则要紧靠专业人才。人才是每个行业必不可少的，绿色发展对人才的需求同样迫切，政府的政策制定、企业的技术升级、公众的绿色教育等都离不开他们的积极助力。而对于相关人才的培养，应主要集中在学校教育中，各个学习阶段都需要适当开设一部分与绿色发展有关的课程，将生态教育与其他类似学科深度融合，使绿色发展意识能够不断在受教育者脑海中得到强化，以形成自身的绿色价值取向。同时要注重调整绿色发展学科的专业结构，多元化知识汲取途径，充分实现理论创新与实践探索的良性互动；要注重开展资源环境的国情教育，吸引更多人加入到国家环境整治队伍中，以有效填补人才缺口。而对于现有的专业人才，要切实完善他们的保障机制，在知识培训、技能提升、平台搭建、国际交流、竞赛举办等方面应当予以支持，从而使他们能够在各自领域中更好地服务于我国的绿色发展建设。 3.5. 引导观念转变，倡导绿色生活方式 要实现经济发展与环境改善的双赢，人民群众的力量非常重要。政府、企业、社会组织应有效联合起来，除了对公众进行政策宣传外，更应该让他们意识到环境治理不应是政府单方面的行为，而是每个公民的责任，应引导人们积极参与到环境的整治和监督工作中来，使绿色消费、绿色出行和绿色居住成为民众的自觉行动。应根据现实状况适当开展一些垃圾分类的培训讲座和指导会议，让垃圾分类的知识能够真正被大众消化吸收。应充分利用身边资源使公众学习更多有关环境问题预防和处理、污染物认识和辨别等方面的知识，以提升他们的行动能力。同时也要善于发现和挖掘管辖范围内的能人和领袖，通过借用其人格魅力和号召力来带动更多人践行简约适度、绿色低碳的生活方式。
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user: 4. 总结 绿水青山就是金山银山，在现代化进程中，绿色发展和经济发展应是并行不悖、缺一不可的。绿色发展涵盖社会生活的方方面面，各领域的发展都应向绿色环保不断看齐。该理念的提出是中国对马克思主义生态观的继承与发展，是习近平总书记对我国历来环保观的正确解读与升华，为中国的环境思想观注入了新活力。每一项政策举措的推进都不是一帆风顺的，绿色发展也不例外，环境问题的改善不仅需要政府部门的规范管理和严格落实，也需要技术方面的有力支撑、结构层面的优化调整，更需要每个公民的积极参与、全社会的共同努力。这是一条艰难而又必须的道路，是一条中国特色的绿色、低碳、可持续发展道路，让我们携手前行，一同为生态文明和美丽中国的建设目标而不懈奋斗！
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user: 摘要 高层建筑的沉降或水平位移，无论施工阶段的高层建筑还是运营阶段的高层建筑的安全至关重要。变形监测是判别其发生高层建筑沉降和位移变化的主要手段，文章主要分析了高层建筑的变形监测的原理、计算方法、工作流程等，并通过实例数据来展示城市高层建筑变形监测的形变过程，以供建设、城市管理者作参考。
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user: 1. 引言 近年来，随着我国国民经济的飞速发展，人口也越来越多，城市中现代化大型建筑物不断出现，以及一些城市过量开采地下水(如天津)导致大型建筑物沉降显著。这在客观上提出了如何保证高层建筑的安全运营问题，即高层建筑是否存在均匀与不均匀沉降或水平位移，并且这些现象的存在是否危及建筑及其设施安全使用 [ 1 ]，这就需要通过变形监测获取实时变化资料，通过数据的对比、分析，监视建筑物是否出现沉降或位移。下面着重讨论变形监测的原理和方法。
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user: 2. 高层建筑物沉降原因和特点 高层建筑给城市带来一片现代气息，同时也带来了许多的问题，沉降问题便是其中之一。高层建筑，随着修建的逐层增加，基础和地基载荷不断增加，就容易引起基础及四周的地层变形。建筑物因变形及外部荷载与内部应力的作用，也会发生形变。这种形变超过一定限度就会影响建筑物的正常使用，甚至危及安全，因此，在建筑物施工和运行管理期间，必须对建筑物进行严密的变形监测 [ 2 ]。变形包含垂直位移变形和水平位移变形，这里主要针对垂直位移的变形进行观测，即建筑物的沉降观测。 建筑物的变形通常由两方面原因引起。一是自然条件的变化，即地基的工程地质、水文地质条件，土壤的物理性质，及大气温度等。地基的地质条件有的稳定、有的不稳定，容易引起建筑物的倾斜及不均匀沉陷 [ 3 ]；在土基上的建筑物，土基发生塑性变形时，建筑也容易发生沉陷；由于温度或地下水位的季节性和周性变化，也会引起建筑物的规律变形。二是建筑物本身的原因，即建筑物本身的荷重，建筑物的结构等作用。此外，由于勘测设计、施工以及运营管理工作做的不合理，还会引起建筑物产生额外的变形。 工程建筑物的变形，分为静态变形和动态变形。静态变形通常是指变形观测的结果只表示在某一期间内的变形值 [ 4 ]，它只是时间的函数；动态变形是指在外力影响下而产生的变形，故它是以外力为函数来表示的动态系统对于时间的变化。其观测结果是表示建筑物在某个时刻的瞬时变形。 沉降观测的主要目的是正确反映出建筑物的变化情况，达到监视建筑物的安全运营，了解其变形规律之目的。因此，观测点应根据建筑物的性质和地基情况来定，具有针对性、重点性、全面性。不同观测对象分类为：工业与民用建筑，主要观测内容是均匀沉陷和不均匀沉陷。对于建立在江河下游冲积层上的城市以及有地下采矿的地区，会发生地表沉降的现象，所以必须进行变形观测，掌握其沉降与回升的规律以采取防护措施。
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user: 4. 实例分析 根据上面的介绍，现以某建筑楼观测数据为例，根据每个周期的观测值可以算得每个点在相应周期内的高程值。有了高程值后可算得每两个周期间的沉降量，就是用后一周期的高程值减去前一周期的高程值。累积沉降量就是首次观测高程与本次高程之差。沉降速度等于累积沉降量除以观测的周期。算得需要得成果后列表2所示。 Table 2 Settlement observation result 点名 第一次结果(m) 上次结果 (m) 本次结果 (m) 沉降量 (mm) 累计沉降 (mm) 沉降速度 (mm/日) 时间 2016.12.23 2017.4.22 2017.5.13 A1 24.5194 24.5179 24.5180 +0.1 −1.4 +0.005 A2 24.5092 24.5074 24.5074 0 −1.8 0 A3 24.5339 24.5319 24.5321 0.2 −1.8 +0.010 A4 24.4806 24.4787 24.4786 −0.1 −2 −0.005 A5 24.5102 24.5081 24.5087 0.6 −1.5 +0.029 A6 24.5225 24.5206 24.5212 0.6 −1.3 +0.029 A7 24.5058 24.5037 24.5044 0.7 −1.4 +0.033 A8 24.5321 24.5302 24.5306 0.4 −1.5 +0.019 A9 24.4990 24.4982 24.4984 0.2 −0.6 +0.010 A10 24.5123 24.5109 24.5102 -0.7 −2.1 −0.033 表2. 沉降观测成果表 通过上面的计算我们得到的是每次观测点的高程和累积沉降量。有了每期的累积沉降量我们就可以画眉各点的变形过程线。表3显示的是该建筑物八期的累计降量，它表示了每期的高程值与第一次的高程值之差。 Table 3 Cumulative building drawdow 累积量点号 16.12.23 00.01.14 03.12 03.25 04.11 04.22 05.13 05.28 A1 0 −0.7 −0.9 −0.7 −1.7 −1.5 −1.4 −3.3 A2 0 −0.7 −1.0 −0.8 −1.3 −1.8 −1.8 −2.4 A3 0 −0.6 −1.1 −1.1 −1.2 −2.0 −1.8 −2.5 A4 0 −0.5 −0.9 −1.0 −1.1 −1.9 −2.0 −2.4 A5 0 0.1 −0.4 0.0 −1.5 −2.1 −1.5 −3.5 A6 0 0.3 −0.3 0.1 −1.5 −1.9 −1.3 −3.2 A7 0 0.1 −0.5 −0.2 −1.6 −2.1 −1.4 −3.3 A8 0 0.2 / 0.0 −1.4 −1.9 −1.5 −2.9 A9 0 1.0 0.9 1.9 −1.0 −0.8 −0.6 −2.6 A10 0 4.1 3.2 3.3 −1.9 −1.4 −2.1 −0.7 A11 0 1.2 0.2 0.3 −1.8 −1.3 −1.3 −3.7 A12 0 0.8 −0.4 0.0 −2.3 −2.0 −1.5 −4.2 A13 0 1.6 1.4 1.5 −0.1 −0.7 / −2.8 A14 0 1.4 1.3 1.4 0.2 −0.2 −0.7 −2.6 A15 0 1.2 1.1 1.5 0.2 −0.4 −0.7 −2.5 A16 0 2.0 1.1 1.6 0.4 −0.2 −0.8 −1.0 表3. 建筑物累计降量表 根据表3可以画出A1-A16点的变形过程线，现在以A1，A6，A9，A12的变形过程线为例，变形过程线如图2： 图2. 变形过程线图 沉降观测后提供的成果应包括下面三个部分： 1) 基础平面示意图，图上应标有观测点的位置及编号，需要时还应绘竣工时及沉降基本稳定时的等沉线图。 2) 观测点的下沉量曲线，曲线图上应显示每个观测点随着建筑荷载的增加而有的沉降量。 3) 沉降观测成果表，其中表示有每个点在每个周期的高程值，每个周期的沉降量，累积沉降量以及沉降速度。通过实例，我们可以看出高层建筑变形监测的必要性。
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user: 5. 结语 高层建筑已越来越多地出现在世界各地，且建筑物的高度不断增高。高层建筑施工测量属于精密工程测量范畴，是一项长期艰巨而细致的工作，本研究重点是传统沉降监测原理和实际验证，高层建筑沉降变化是复杂的，展望今后综合采用激光投点仪、GNSS、数字正垂仪、CCD、倾斜仪等多种先进设备，构建超高层建筑施工测量基准维持内容体系及技术体系，并重点针对高层建筑施工控制网竖向传递中塔体摆动监测这一关键技术问题进行研究，现场监测动态信息反馈指导施工过程，以及建成后的运营安全管理。
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user: 摘要 为解决轮式装载机行驶平顺性问题，提出了一种行驶稳定减振策略，分别建立了加入行驶稳定系统前后的整机动力学模型，利用Matalab/Simulink软件搭建了E级工程路面及二自由度车辆振动模型，进行装载机行驶平顺性仿真分析，结果表明行驶稳定系统的刚度具有非线性输出特性，影响减振系统刚度的参数有初始充气压力、初始充气容积和等效负载，分析了加行驶稳定系统后的装载机对整机减振性能的影响，以垂直加速度为评价指标，装载机在加行驶稳定系统后，振动幅值降低，振动衰减快，在单位阶跃信号激励下振动幅值降低了48.96%，振动衰减时间快；在E级工程路面上垂直加速度均方根降低了56.53%，峰值降低了48.55%。
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user: 1. 引言 装载机作为一种土石方机械，它的工作条件比较恶劣，行驶过程中路况复杂且路面质量较差，轮式装载机在受到不平路面的激励时机体会产生明显振动冲击 [ 1 ]，就会出现装载机行驶中的“点头”现象，严重时整车会产生前后俯仰运动，导致物料的洒落和危害驾驶员健康，为了避免潜在的人类健康危害，必须对建筑车辆进行振动控制 [ 2 ] [ 3 ]。 传统的车辆油气弹簧安装在车架和车桥之间，目的是减小整车振动，油气弹簧由氮气缸、浮动活塞、压缩阀、伸张阀、缸体等部分组成，以油液来传递压力，在缸体内活塞杆及其组件做往复运动，浮动活塞在活塞杆内做往复运动。 [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] 但在轮式装载机中，车辆行驶在不同等级的路面上，由于路面颠簸起伏的激励，装载机主要受到工作装置对前车架的冲击载荷和振动 [ 7 ] [ 8 ]。
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user: 2. 行驶稳定减振系统刚度 轮式装载机行驶稳定系统介绍 装载机行驶稳定装置将油气悬挂技术应用于轮式装载机工作装置和前车架之间，采用蓄能器和举升油缸连接以便吸收和减小液压油缸的压力波动 [ 9 ]。油气悬挂技术有效的解决了装载机行走中震动幅度大、点头的问题，提高了驾驶员操作舒适性 [ 10 ]。目前油气悬挂技术的发展主要经历三个阶段：被动式行驶稳定减振系统、半主动行驶稳定减振系统、主动控制式行驶稳定减振系统 [ 11 ] [ 12 ] [ 13 ] [ 14 ]。如图1所示行驶稳定系统原理装载机受到不平路面激励时，前车架受到工作装置冲击载荷和振动的不良影响，动臂举升油缸的有杆腔和无杆腔连通，油液通过节流阀在动臂举升油缸和蓄能器之间往复流动，通过弹性元件蓄能器来吸收振动和冲击，油阻尼器将动能转化为内能散发，蓄能器和油阻尼器的双重作用下，从而有效降低工作装置对前车架的振动和冲击。把图1简化为一个往复的制冷循环，直接接触式制冰循环系统简化模型如下图2。 图1. 行驶稳定系统框图 图2. 蓄能器充气体积和油压变化
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user: 3. 行驶稳定减振系统刚度特性 行驶稳定系统中的弹性元件蓄能器用氮气代替理想气体，蓄能器在不同的工作状态下，充气体积和充气压力变化不同 [ 15 ]。分析之前对模型简化：油液的质量忽略不计，油液为理想油液，油液不可压缩而且各部分油液密度都一样，行驶稳定系统密封可靠，无泄漏，整个工作装置无弹性变形 [ 16 ]。 波义尔定律： P 0 V 0 r = P 1 V 1 r = P 2 V 2 r = C (1) 式中：r为气体多变指数。 如图2所示行驶稳定减振系统起作用之前的初始油压 P 0 和充气容积 V 0 ，蓄能器里无液压油；在行驶稳定减振系统起作用时但没有受到路面激励和外部载荷振动冲击时，蓄能器在受到预加载荷F 1 的作用达到充液平衡状态(装载机动臂举升油缸活塞杆负载F 1 和蓄能器油压P 1 )，由 P 0 → P 1 ， V 0 → V 1 ，此过程等温过程，气体多变指数r取1.0； P 0 V 0 = P 1 V 1 (2) F 1 = 2 S 1 P 1 (3) 式中：S 1 动臂举升油缸无杆腔横截面积。 F 1 预加载荷力(等于工作装置重力引起动臂举升油缸无杆腔等效压力)。 当装载机在行驶过程中由不平路面激励受到振动冲击， P 1 → P 2 动臂举升油缸活塞杆在缸筒做往复运动，此时活塞杆处于快速运动状态，此过程按绝热状态计算，气体多变指数r取1.4 ②过程为活塞杆拉伸，蓄能器向无杆腔供油③过程为活塞杆收缩，无杆腔中的油回流进入蓄能器，P 22 < P 1 < P 21 。 P 1 V 1 1.4 = P 2 V 2 1.4 (4) F 2 = 2 S 1 P 2 (5) 式中：F 2 受振动冲击阶段弹性力。 油压 P 1 → P 2 时，蓄能器充气体积的变换量为Δ。 Δ = V 2 − V 1 (6) Δ V = ∫ ​ Q d t = ∫ ​ 2 S 1 Δ X d t = 2 S 1 X (7) 式中：Q为举升油缸无杆腔和有杆腔流量差；X为举升油缸活塞杆移动的距离。 (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7)联合求解得，消去P 1 P 2 。 弹性力 F 2 = F 1 × ( P 0 V 0 − F 1 X P 0 V 0 ) − 1.4 (8) 刚度 K = 1.4 F 1 2 P 0 V 0 × ( P 0 V 0 − F 1 X P 0 V 0 ) − 2.4 (9) 3.1 参数选择 蓄能器在不同的工作状态下，其气体压力和体积的变化是不同的，以ZL50装载机为例，根据ZL50装载机前车架位置的可用空间的大小，考虑被选的单个蓄能器的容积为0.63 L和1.6 L。空载工况，蓄能器的充气压力为1 mpa和5 mpa。满载工况下，蓄能器的初始充气压力为2 mpa和充气压力为7.5 mpa 根据力矩平衡方程： ∑ ​ M ( F ) = 0 G 1 L X = G M L y (10) F 1 L Z = G 1 L X (11) 式中：G 1 为动臂下铰点的当量重力，G M 为工作装置的总重力，L X 为工作装置重心到动臂上铰点的水平距离，L y 为动臂上下铰点的水平距离，L z 为动臂上铰点G到动臂举升油缸的垂直距离 P = 2 F 1 π D 2 (12) P为装载机静止不动动臂油缸无杆腔的平衡压力，D为无杆腔的直径，160 mm， 式中：动臂上铰点G到动臂举升油缸的垂直距离L z 。 空载时，G M = 2957 kg，L X = 2315 mm，L y = 2033 mm由(10) (11) (12)得平衡压力P 1 = 2.4708 Mpa，F 1 = 99306.4 N。 满载时，G M = 7957 kg，L X = 2315 mm，L y = 2083 mm由(10) (11) (12)得平衡压力P 1 = 7.7933 Mpa，F 1 = 313228.314N。 通过MATALAB/SIMULINK刚度特性仿真，输入为频率为2 HZ，幅值为0.08的正弦波来代替动臂举升油缸活塞杆移动的距离，输出为行驶稳定系统刚度(如图3)。 图3. Matalab/Simulink stiffness system simulation diagram 由图4和图5可知，装载机刚度曲线有明显的非线性特性，动臂举升油缸活塞杆在拉伸时，明显缓慢减小，动臂举升油缸活塞杆在压缩时，刚度明显快速增加，满载工况和空载空旷对比时，满载空旷行驶稳定系统刚度明显整体变大，其分析意义在于，当装载机行驶在较差的路面，行驶稳定系统接收到位移激励信号，减振缸振动大，位移变化大，行驶稳定系统的刚度快速增加，刚度变化大使装载机保持良好的行驶稳定性；当装载机行驶在较好的路面，减振缸振动小，位移变化小，行驶稳定系统的刚度变化也较小。 图4. 满载刚度曲线 图5. 空载刚度曲线
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user: 3. 随机路面模型的建立 路面的复杂不平影响着轮式装载机的行驶平顺性，通常利用路面功率谱密度来代替振动输入的路面不平度，根据国家标准GB/T 7031-2005 (机械振动道路路面谱测量数据报告)，路面功率密度 G q ( n ) 用以下的拟合式 [ 17 ]： G q ( n ) = G q ( n 0 ) ( n n 0 ) − w (13) 式中： W为频率指数，代表路面功率谱密度的频率结构， G q ( n 0 ) 为空间频率 n 0 状态的功率谱密度值，又可以称为路面不平系数，单位m 3 ， n 0 为参考空间频率，n为空间频率，单位m −1 。 Table 1 Road roughness grade standar 路面等级 G q ( n 0 ) / ( 10 − 6 m 3 )   ( n 0 = 0.1   m − 1 ) 几何平均值 σ q / ( 10 − 6 m )   ( 0.011   m − 1 < n < 2.83   m − 1 ) 几何平均值 A 16 3.81 B 64 7.61 C 256 15.23 D 1024 30.45 E 4096 60.90 F 16，385 121.80 G 65，536 243.61 H 262，144 487.22 表1. 路面不平度等级标准 如表1所示，路面不平等级代表着不同路况 [ 17 ] [ 18 ]，由A  H，路况愈来愈差，A级路面较平缓，包括高速、国道、省道等；B、C级路面包括土路、碎石、坡度10˚，冰雪覆盖的二级路面；F级路面含30 cm高的石块，25˚碎石，50 cm以下的水坑；G、H级路面比以上等级更恶劣，风险较高，研究装载机行驶稳定系统时，一般对C、D、E、F四个等级进行研究。 利用白噪声法，将一个符合高斯分布的随机白噪声代替路面不平度模型作为输入，低通滤波器当作输出，得出路面时域模型 [ 19 ]： q ˙ ( t ) = − 2 π f 0 q ( t ) + 2 π v G q ( n 0 )   ω ( t ) (14) 式中：v为行驶速度，km/h； ω ( t ) 为符合高斯分布的白噪声； f 0 为下截止频率，取0.023 Hz； q ( t ) 为路面激励位移，m取装载机行驶速度为10 km/h，如图6所示，建立E级工程路面谱。 图6. E级工程路面谱
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user: 4. 行驶稳定系统动力学模型建模 4.1. 二自由度车辆振动模型建立 在装载机上安装了形势稳定系统后，工作装置，物料和蓄能器等构成了一个新的具有刚度和阻尼的振动系统。假定装载机沿中间轴线方向左右对称，左右前后轮接收到的路面激励是相同的，对轮式装载机简化，如图7所示，建立二自由度车辆振动模型 [ 20 ]。 图7. 二自由度车辆振动模型 4.2. 二自由度振动数学模型 根据牛顿第二定律得到二自由度振动动力学方程 m 2 Z ¨ 1 ( t ) − C 1 [ Z ˙ 2 ( t ) − Z ˙ 1 ( t ) ] − K 1 [ Z 2 ( t ) − Z 1 ( t ) ] = 0 (15) m 1 Z ¨ 2 ( t ) + C 1 [ Z ˙ 2 ( t ) − Z ˙ 1 ( t ) ] + C 2 [ Z ˙ 2 ( t ) − q ˙ ( t ) ] + K 1 [ Z 2 ( t ) − Z 1 ( t ) ] + K 2 [ Z 2 ( t ) − q ( t ) ] = 0 (16) x ( s ) = Z ¨ 1 ( t ) (17) 对以上(15) (16) (17)进行拉氏变换得 m 2 s 2 Z 1 ( s ) − C 1 s [ Z 2 ( s ) − Z 1 ( s ) ] − K 1 [ Z 2 ( s ) − Z 1 ( s ) ] = 0 m 1 s 2 Z 2 ( s ) + C 1 s [ Z 2 ( s ) − Z 1 ( s ) ] + C 2 s [ Z 2 ( s ) − Q ( s ) ] + K 1 [ Z 2 ( s ) − Z 1 ( s ) ] + K 2 [ Z 2 ( s ) − Q ( s ) ] = 0 x ( s ) = Z 1 s 2 ( s ) 消去 Z 2 ( s ) 得 H ( s ) = a 4 s 2 + a 3 s 3 + a 2 s 2 b 4 s 4 + b 3 s 3 + b 2 s 2 + b 1 s + b 0 (18) 设 a 4 = C 1 C 2 ， a 3 = C 1 K 2 + C 2 K 1 ， a 2 = K 1 K 2 ， b 4 = m 1 m 2 ， b 3 = m 1 C 1 + m 2 C 2 + m 2 C 1 ， b 2 = m 1 K 1 + C 1 C 2 + m 2 K 2 + m 2 K 1 ， b 1 = C 2 K 1 + C 1 K 2 ， b 0 = K 1 K 2 ， b 4 x ( 4 ) ( t ) + b 3 x ⃛ ( t ) + b 2 x ¨ ( t ) + b 1 x ˙ ( t ) + b 0 x ( t ) = a 4 q ( 4 ) ( t ) + a 3 q ⃛ ( t ) + a 2 q ¨ ( t ) (19)不加减振系统的装载机可以简化为一个单自由振动模型 m 3 Z ¨ 3 ( t ) + C 2 [ Z ˙ 3 ( t ) − q ˙ ( t ) ] + K 2 [ Z 3 ( t ) − q ( t ) ] = 0 (20) x ( s ) = Z ¨ 3 ( t ) (21) 对(20) (21)进行拉氏变换得到： H ( s ) = X ( s ) 输 出 Q ( s ) 输 入 = C 2 s 3 + K 2 s 2 m 3 s 2 + C 2 s + K 2 m 3 x ¨ ( t ) + C 2 x ˙ ( t ) + K 2 x ( t ) = C 2 q ⃛ ( t ) + K 2 q ¨ ( t ) (22) 如图8所示，利用Matlab/Simulink建立有行驶稳定系统和无行驶稳定系统的仿真模型。 图8. 动力学仿真方框图 4.3. 二自由度振动数学模型 轮式装载机的纵向加速度是判定轮式装载机行驶稳定性的重要参数，动臂上铰点为测试点，以ZL50装载机(满载)为例，行驶速度为10 km/h，仿真时间100s，步长0.01，分别采用单位阶跃激励和随机路面激励，如图9所示，通过SIMULINK测出工作装置的垂直加速度。 当不加入行驶稳定系统的轮式装载机受到一个阶跃信号激励，整个装载机振动较明显，装载机只能依靠轮胎来衰减振动，振动衰减缓慢且振动持续时间长，加速度峰值为3.575 m/s 2 ，当加了行驶稳定系统的装载机在受到同样的单位阶跃信号激励，行驶稳定性提高，振动衰减时间快且振动持续时间缩短，加速度峰值为1.825 m/s 2 ，振动幅值降低了48.96%。 由仿真结果可知，当轮式装载机受到E级路面激励，如图10所示，不加行驶稳定系统的装载机工作装置在受到振动冲击后垂直加速度振幅大，振动变化剧烈，加了行驶稳定系统的装载机工作装置垂直加速度呈现较缓慢的振荡，且加速度峰值有较大的衰减，下面通过具体的数值来进行比较。加入行驶稳定系统前，工作装置的垂直加速度均方根为R A1 = 5.003 m/s 2 ，加速度峰值为6.775 m/s 2 ，加入行驶稳定系统后，工作装置的垂直加速度均方根为R A1 = 2.175 m/s 2 ，加速度峰值为3.493 m/s 2 ，由此得出加入形势稳定系统后，工作装置垂直加速度均方根降低了56.53%，峰值降低了48.55%。 图9. 加速度响应对比图 图10. E级工况路面加速度响应对比图
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user: 5. 结论 1) 建立了减振系统的非线性刚度动态数学模型，影响减振系统刚度的参数有初始充气压力、初始容积和等效负载。利用Simulink分析了行驶稳定系统的非线性输出刚度特性，动臂举升油缸活塞杆在拉伸时，刚度缓慢减小，动臂举升油缸活塞杆在压缩时，刚度快速增加。 2) 构建1/4车辆模型和E级工程路面谱，应用Matlab-simulink软件对数学模型进行仿真，以垂直加速度为评价指标，对轮式装载机加行驶稳定系统和不加行驶稳定系统进行对比分析，装载机在加行驶稳定系统后，振动幅值降低，振动衰减快，装载机的行驶稳定性有了极大的改善。
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user: 摘要 以FSAE车架作为研究对象，运用hypermesh中的optimizationsize进行尺寸优化，以车架体积最小值为目标函数，以车架在满载弯曲工况、紧急制动工况、高速过弯工况下的应力作为约束条件，来优化车架钢管的壁厚。本文通过优化后的数据结果，对受力较小的钢管替换成壁厚更小的钢管，最终在保证车架性能的前提下，降低了车辆4.4%的质量。
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user: 1. 引言 根据“碳中和”与“碳达峰”的发展目标，所有工业都面临着降低污染与排放的挑战，而对于我们汽车工业降低污染与排放就是我们主要的研发方向，对车辆的轻量化设计也是节能减排的路径之一。根据理论研究表明电动车质量减少10%，续航里程可增加6%~8%。本文采用20Cr作为钢管材料，在规则的条件下，在保证强度刚度的前提下，运用hypermeshoptistruct对钢管的壁厚进行一一优化。由于上赛季的后桥及传动定位有误差，造成车辆起步是发成了“打齿”现象，因此本赛季采用副车架的设计来保证定位的准确性。目前FSAE车架主要采用单体壳和钢管桁架式两种，但由于单体壳造价昂贵，因此更多车队采用造价更为便宜的钢管桁架式车架；但钢管桁架式车架有着质量较大，定位不准确的缺点，因此本文主要通过轻量化设计和副车架设计来改善这两点。
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user: 2. 建立车架有限元模型 2.1. 车架模型的建立 为建立精准的有限元模型是保准分析结果准确性的前提，本文使用hyperworks进行有限元分析，使用UG经行车架3D模型的建立，在钢管连接处进行剖口处理，如图1所示。 图1. 车架3D模型 2.2. 材料及网格建立 将车架导入hypermesh，为了提高运算速度和提高计算精度，本文使用midsurfcae将钢管进行抽中面，经行2D的网格划分，网格大小为4 mm，对剖口处的进行网格检查，对破损网格进行优化；对副车架进行3D网格划分；使用rigids将钢管连接处进行刚性连接，如图2所示；并将材料的属性赋成20Cr，20Cr的材料属性如表1所示。 Table 1 Rame material propertie 车架材料 弹性模量 泊松比 密度 屈服强度 20Cr 205，000 0.3 7.85E−09 636/Mpa 表1. 车架材料属性 图2. 车架CAE模型 共生成178，046个节点，168，999个网格单元。
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user: 3. 载荷的分析与处理 车架在行驶过程中受到多种载荷的共同作用，主要有车架自身质量、车手质量、发动机总成质量、后桥质量。本文中车手的质量为70 KG，发动机总成的质量为60 KG，后桥总成的质量为20 KG，均均匀地分布在车架连接节点钢管上，自身重量使用hypermesh中的重力场添加。
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user: 4. 工况分析 4.1. 满载弯曲工况 在满载弯曲工况下，取动载因数为2。在发动机舱添加1200N向z轴负方向的力，后桥总成添加400N向z轴负方向的力，在驾驶舱添加1400N向z轴负方向的力。在轮胎中心添加约束条件：限制四个支撑点Z方向平动，右前方Y方向平动，左后方X方向平动，右后方Y方向平动。 结果分析可得，如图3所示最大应力发生在后悬与钢管的连接处，应力大小为125.5 Mpa，远小于20Cr的屈服强度，主要承受后悬的力；如图4所示位移最大处为前悬与车架连接的横杆处，位移量为1.716 mm；如图5所示副车架的最大位移为1.06 mm，发生在副车架与减震器的连接处，符合设计要求。 图3. 满载工况等效应力云图 图4. 等效位移云图 图5. 满载工况等效应力云图 4.2. 紧急制动工况 当比赛过程中赛车在紧急制动的过程中会受到一个惯性力，计算公式如下： a = v 2 2 s 上式中a为制动减速度，v为制动初速度25 m/s，s为制动距离为30 m，计算得制动减速度为1.04 g [ 1 ]。 紧急制动工况中，给模型添加一个向x轴负方向的大小为1 g的制动减速度，约束条件下考虑前轮完全抱死：对前轮XYZ平动约束，后轮XZ方向平动约束 [ 2 ]。 结果分析可得，如图6所示最大应力发生在前悬与钢管的连接处，应力大小为106.2 Mpa，远小于20Cr的屈服强度，主要承受后悬的力；如图7所示位移最大处为座椅连接点处，位移量为0.425 mm；如图8所示副车架的最大位移为0.39 mm，主要受力部位为与减速器支撑架连接处，位移量与应力量都符合设计要求。 图6. 制动工况等效应力云图 图7. 制动工况等效位移云图 图8. 制动工况等效应力云图 4.3. 高速过弯工况 大学生方程式汽车大赛通过八字绕环来检验车辆的过弯工况，过弯时除了会受到垂直方向的载荷，还会因为紧急转弯而受到向心加速度，向心加速度a的计算公式如下： a = 4 π 2 r t 2 其中上式r为八字赛道半径取15.25 m，t为八字绕环单圈时间取6 s，带入上式算得a = 1.02 g。 因此高速转弯工况下，考虑汽车向左转弯，在模型上添加一个向右的，大小为1.02 g的加速度，约束条件保证车辆向左过弯：约束左前轮XYZ方向所有自由度，右前轮XZ方向所有自由度，后轮Z方向平动。 由分析结果可得，如图9所示受应力最大部位在前悬上支撑吊耳和前环与上侧防撞杆的连接处，最大应力为59.42 Mpa，远小于20Cr的屈服强度；如图10所示车架主要变形部位在主环与主环斜撑的连接处，最大变形量为0.572 mm。符合设计要求。 图9. 过弯工况等效应力云图 图10. 过弯等效位移量 4.4. 扭转刚度分析计算 扭转刚度是衡量车架力学性能的指标，通过模拟车辆在通过不平整路面的时，左右两前轮受到不同方向的力来计算车架的扭转刚度。轮载荷条件：在前轮两轮心各添加一个大小相同的Z向作用力，大小为1000N。约束条件：约束后悬的XYZ的平动自由度，以及前隔板下横杆中间Z轴的自由度 [ 3 ]。刚度的计算公式如下： K t = | F 1 + F 2 | L 2 | δ 1 + δ 2 | × π 360 如图11所示分析结果得两个轮心等效点的位移量为8.637 mm，前轮轮距为1220 mm，计算得车架扭转刚度为1503.06 N∙M/(˚)。根据国内外车架设计经验，扭转刚度一般在1000 N∙M/(˚)~2000 N∙M/(˚)，因此符合设计要求。 图11. 扭转刚度位移图
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user: 5. 自由模态分析 车架在汽车行驶过程中受到外部激励主要有两种：一种不平整的路面产生的随机振动，频率一般在20 Hz左右，另一种是发动机工作时，燃烧产生的压力和活塞往复运动产生的惯性力引起的简谐振动，如果当这些激励的频率和车架的某一固有频率相吻合时，车架就会产生共振，甚至可能造成车架被破坏的危险 [ 4 ]。本赛季依然使用四冲程的春风650NK发动机，发动机怠速时的转速为2000 r/min；一般驾驶情况下发动机转速在5000 r/min~8000 r/min区间，发动机频率的计算公式如下： f = 2 z n 60 τ 式中：z为发动机缸数；n为发动机转速(r/min)；τ为发动机的冲程数。计算得发动机怠速时发动机得频率为33.3 Hz，一般工况下发动机得频率为83.3 Hz~133.3 Hz。前十阶车架的固有频率为如下表2所示。可得出前六阶频率避开了地面激励，后四阶频率避开了发动机激励。 Table 2 Top 10-order free-mode frequenc Subcase Mode Frequency 2 1 3.155679E−03 2 2 3.279746E−03 2 3 3.464882E−03 2 4 3.484765E−03 2 5 3.489927E−03 2 6 3.650227E−03 2 7 4.072426E+01 2 8 5.464129E+01 2 9 8.135496E+01 2 10 8.150256E+01 表2. 前10阶自由模态频率
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user: 6. 车架轻量化设计 根据各种工况的分析结果可以得出，车架钢管的管径仍然有进一步优化的空间，并且车架的刚度也仍然需要进一步的优化。因此文本中采用Hypermesh Optimization size进行钢管的尺寸优化。 6.1. 建立优化数学模型 Minimize: f ( x ) = f ( x 1 ， x 2 ， x 3 ， ⋯ ， x n ) Subjectt: f ( x ) = C y ( x ) < 0 ，   y = 1 ， 2 ， ⋯ ， m 式中： X = ( x 1 ， x 2 ， x 3 ， ⋯ ， x n ) 为设计变量，本文中为钢管的壁厚， f ( x ) 为目标函数，本文中为钢管体积的最小值； g ( x ) 为约束条件，本文中为满载弯曲工况、紧急制动工况、第10阶模态频率 [ 5 ] [ 6 ]。 为了能加快计算速度，本文中将对称的钢管列为同一个优化组，最终将钢管按分成23组，如图12所示，每一组的壁厚为2 mm，钢管壁厚的设计范围为1.5 mm~2.5 mm。 图12. 车架优化模型图 6.2. 建立设计目标、约束条件 约束条件：在满载弯曲、紧急制动、高速过弯三种工况下最大应力不超过350 Mpa，第十阶模态频率低于83.3 Hz，工况的比重系数为1。 设计目标；车架钢管的体积最小值。 6.3. 数据优化 根据优化数学模型，运用optistruct在不影响车架性能的前提下对钢管壁厚进行优化。目标函数为车架体积最小，约束条件为各种工况下最大应力值小于350 Mpa，第十阶模态频率低于83.3 Hz。优化时钢管的壁厚变化式连续的，还有多位小数而在实际情况下并不能采购到相应的管件，因此需要对优化数值进行处理。分析结果如下图13所示，车架受力较大的为前悬架上横杆、前换以及侧面防撞杆，其余的杆件的优化值均为1.5 mm，如表3所示，均为我们所设置的最低值，因此可以在规则允许的前提下，将这些管件使用壁厚更加薄的管件替换。 图13. 优化后钢管壁厚数值图 Table 3 Optimize the rear wall thickness parameter Design Variable ID Design Variable Label Lower Bound Design Variable Upper bound 1 tube01 1.500E+00 1.500E+00 2.500E+00 2 tube02 1.500E+00 1.856E+00 2.500E+00 3 tube03 1.500E+00 1.500E+00 2.500E+00 4 tube04 1.500E+00 1.500E+00 2.500E+00 5 tube05 1.500E+00 2.423E+00 2.500E+00 6 tube06 1.500E+00 1.500E+00 2.500E+00 7 tube07 1.500E+00 1.500E+00 2.500E+00 8 tube08 1.500E+00 1.500E+00 2.500E+00 9 tube09 1.500E+00 1.500E+00 2.500E+00 10 tube10 1.500E+00 1.956E+00 2.500E+00 11 tube11 1.500E+00 2.500E+00 2.500E+00 12 tube12 1.500E+00 1.500E+00 2.500E+00 13 tube13 1.500E+00 2.202E+00 2.500E+00 14 tube14 1.500E+00 1.739E+00 2.500E+00 15 tube15 1.500E+00 1.500E+00 2.500E+00 16 tube16 1.500E+00 1.500E+00 2.500E+00 17 tube17 1.500E+00 1.500E+00 2.500E+00 18 tube18 1.500E+00 1.500E+00 2.500E+00 19 tube19 1.500E+00 1.561E+00 2.500E+00 20 tube20 1.500E+00 1.500E+00 2.500E+00 21 tube21 1.500E+00 1.500E+00 2.500E+00 22 tube22 1.500E+00 1.500E+00 2.500E+00 23 tube23 1.500E+00 1.500E+00 2.500E+00 表3. 优化后壁厚参数 5、前悬固定杆2.423 mm；10、主环下横杆1.956 mm；11、驾驶舱横杆2.500 mm；13、侧边防撞杆2.202 mm；14、发动机舱后杆1.739 mm；19、后悬固定杆1.56 mm。
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user: 7. 优化数据校核与统计 7.1. 模型修改 如图14，图15所示中由原来的蓝色1.65 mm壁厚的改为黑色1.5 mm壁厚 [ 7 ]，修改之后车架的质量由原来的31.97 KG降低到了30.56 KG，减少了4.4%的质量。 7.2. 工况分析统计 经过钢管壁厚的修改，在软件继续分析生成相应工况下得到应力以及位移数据如下： 管件修改前后的分析结果对比图如表4所示，虽然最大位移量、最大应力大小值都有所增加但都是设计范围之内，如表5所示，车架第7阶到第10阶的固有模态频率也避开了与发动机的共振，车架刚度由原来的1503.08 N∙M/(˚)降低到了1339.98 N∙M/(˚)，但仍然符合设计要求。 图14. 优化后车架模型 图15. 优化前车架模型 Table 4 Analysis and comparison diagra 修改前 修改后 满载弯曲工况(最大应力) 125.5 Mpa 147.3 Mpa 满载弯曲工况(最大位移) 1.716 mm 1.06 mm 紧急制动工况(最大应力) 106.2 Mpa 273.3 Mpa 紧急制动工况(最大位移) 0.425 mm 1.6 mm 高速过弯工况(最大应力) 59.42 Mpa 62.01 Mpa 高速过弯工况(最大位移) 0.572 mm 0.762 mm 扭转刚度 1675 N∙M/(˚) 1339.98 N∙M/(˚) 表4. 分析对比图 Table 5 Modified order 7 to 10th mode Mode 7∙F = 3.847610E+01 Mode 8∙F = 5.158012E+01 Mode 9∙F = 8.051558E+01 Mode 10∙F = 8.126252E+01 表5. 修改后第7阶到第10阶模态
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user: 8. 结论 本文工况hypermeshoptistruct对车架的尺寸进行了优化处理，并且在最终降低了4.4%的质量，并且车架的安全性仍然能够得到保障。但是车架的安全性能仍然要进行车架的碰撞分析，为接下来设计新一代车架提供了设计方向。
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user: 摘要 为了模拟沥青混合料的拌和流动性，认识沥青种类对拌和流动参数及和易性的影响，试验选取了70 # 基质沥青、SBS改性沥青、橡胶沥青、Evotherm温拌沥青、ACMP1和ACMP2温拌沥青等6种不同性质的沥青，配制了AC-13C型沥青混合料，利用自主开发的一种变速拌和试验装置，在不同拌和温度(140℃~180℃)和不同拌和速率(20~50 r∙min −1 )下，对6种不同沥青混合料进行了变速拌和试验，测试了拌和功率，绘制了拌和功率–拌和速率流变图，建立了拌和流动模型，分析了混合料的拌和流动参数(拌和塑限F与拌和黏度 λ )，定义并研究了混合料的拌和和易性指数。研究结果表明：拌和功率与拌和速率具有很好的线性相关性，拌和流变特性服从线性黏塑性的宾汉模型；不同沥青种类的混合料具有相同的拌和流动模型，但拌和流动参数值有较大变化，从而影响了拌和的和易性；基于拌和流动参数F和 λ ，可以定量评价混合料的拌和和易性，定义和易性指数为流动模型直线对拌和速率之面积的倒数；与70 # 基质沥青混合料相比，SBS改性沥青和橡胶沥青混合料的和易性指数降低了9.8%~21.4%，温拌沥青混合料的和易性指数提高了8.4%~35.4%；拌和温度由140℃升高到180℃时，拌和和易性指数提高了21.5%~49.1%。
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user: 1. 引言 沥青混合料广泛应用于路面工程，在拌和及摊铺过程中，应具有良好的施工流动性，以保证工程质量。影响沥青混合料施工流动性的主要因素有沥青种类、沥青用量、级配类型和作业温度等 [ 1 ] - [ 6 ]。论文研究所采用的沥青种类是指基质沥青、温拌沥青、SBS改性沥青、橡胶改性沥青等不同技术性能的沥青，在现有研究成果的基础上，重点研究沥青种类对混合料拌和流动性的影响。拌和流动特性不仅描述了混合料拌和流动的力学性质，也可以反映其拌和的和易性。 拌和和易性描述的是混合料拌和的难易程度，目前仍然停留在宏观的定性概念上，并无具体的定量指标和规范性的评价方法。但行业研究人员从未停止过对拌和和易性定量分析的探索，并取得了一些研究成果，兼顾了实用技术和力学原理，如拌和扭矩法、拌和功率法、流变模型法等 [ 1 ] - [ 14 ]。 关于沥青混合料拌和和易性的定量描述，最早是Marvillet和Bougault试验测试了搅拌叶片在特定转速(22 r∙min −1 )下的扭矩值，以扭矩值的大小来评价混合料的拌和和易性 [ 2 ]。侯曙光以转速30 r∙min −1 下的拌和扭矩值的倒数定义了和易性指数，试制了测试设备，并获得了专利授权 [ 6 ]。Wang和Zhao等通过测试拌和扭矩值，研究了温拌沥青混合料的技术性能，分析了温拌剂掺量对混合料和易性的影响 [ 7 ] [ 8 ]。延西利等自行开发了变速拌和试验装置，建立了“拌和功率–拌和速率”流变图，基于流变模型理论，定义了拌和和易性指数为拌和黏度的倒数，但并未考虑沥青种类对拌和和易性的影响 [ 1 ]。其它一些研究 [ 9 ] - [ 17 ] 通过拌和扭矩值或压实度分析了特定沥青混合料的和易性及施工质量控制要素，未涉及新的和易性评价方法。 大量关于沥青混合料拌和和易性的研究，取得了有价值的成果，但均为设定转速下的单点扭矩值测试。在试验中，受拌和设备整体刚度和扭矩传感器精度及标定的影响，扭矩测试值离散性较大，同时由于是单点扭矩值，不能应用流变模型理论引入拌和流动参数，缺乏理论分析基础。事实上，对于黏性极为显著的沥青混合料，其拌和流动特性必然与拌和速率有关，应通过拌和流动模型来分析其拌和和易性。 论文研究团队自行开发了一种变速拌和试验装置，可以设定不同的拌和温度，测试对应于不同拌和速率的拌和功率，分析“拌和功率–拌和速率”流变图，以流变学理论为基础，研究混合料的拌和流动特性，初步取得了一些研究成果 [ 1 ] [ 5 ]。本文针对6种不同技术性能的沥青种类，制备了AC-13C型沥青混合料，在5个拌和温度和4个拌和速率下进行了变速拌和试验，通过分析拌和流动特性及其流变模型，基于拌和流动参数定义了拌和和易性指数，研究了沥青种类对混合料拌和和易性的影响。
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user: 2. 沥青种类及黏度测试 2.1. 沥青的种类 试验研究采用了6种不同技术性能的沥青：70 # 基质沥青、SBS改性沥青、橡胶沥青、Evotherm温拌沥青、ACMP1温拌沥青和ACMP2温拌沥青。基础沥青均为70 # 基质沥青，SBS改性剂的剂量为4%，40目废旧橡胶粉掺量为20%，按常规方法制备了SBS改性沥青和橡胶沥青 [ 4 ]；采用高速旋转搅拌设备制备了温拌沥青，Evotherm、ACMP1和ACMP2三种温拌剂的剂量依次为0.6%、6%、10%。按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)，测试了上述各种类沥青的基本技术性能，结果见表1。 Table 1 Basic technical indexes of different kinds of bitume 沥青种类 针入度/0.1 mm 软化点/℃ 15℃延度/cm 10℃延度/cm 5℃延度/cm 70 # 基质 70.6 48.0 >100 82.6 / SBS 74.2 68.4 / / 36.7 橡胶 61.2 68.7 60.9 / / Evotherm 71.4 47.9 40.8 / / ACMP1 83.2 43.8 / 135.5 / ACMP2 98.3 38.1 / >150 / 表1. 不同种类沥青的基本技术指标 2.2. 沥青的布氏黏度 试验采用布氏旋转黏度计，在8个试验温度(120℃、130℃、135℃、140℃、150℃、160℃、170℃、180℃)下，按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)，测试了上述6种沥青的布氏黏度 [ 18 ] [ 19 ] [ 20 ] [ 21 ]，试验结果见表2。 Table 2 Rotational viscosity of different bitumen at different temperatures (Pa∙s 沥青种类 温度/℃ 120 130 135 140 150 160 170 180 70 # 基质 0.855 0.580 0.488 0.381 0.241 0.168 0.111 0.082 SBS 2.428 1.560 1.271 0.949 0.590 0.402 0.245 0.155 橡胶 3.658 2.388 2.068 1.617 1.118 0.692 0.485 0.360 Evotherm 0.858 0.562 0.494 0.389 0.256 0.163 0.113 0.081 ACMP1 0.533 0.380 0.312 0.260 0.176 0.119 0.085 0.061 ACMP2 0.469 0.321 0.278 0.242 0.160 0.116 0.081 0.060 表2. 不同沥青在不同温度下的布氏黏度(Pa∙s) 由表2可以看出，沥青黏度随温度升高而明显减小；与70 # 基质沥青相比，SBS沥青和橡胶沥青的黏度明显较大；表面活性剂型温拌剂Evotherm的掺入，对基质沥青的黏度影响很小(但会影响混合料的拌和黏度，见后续分析)；有机降黏型温拌剂ACMP1和ACMP2的掺入，对基质沥青有明显的降黏效果。