多點受力振動壓實旋轉機構的設計與應用

0 引言

壓路機在公路施工、機場建設、興修水利和建筑施工中發揮著越來越大的作用，振動壓路機是利用其自身的重力和振動壓實各種建筑和筑路材料的工程機械，振動壓路機最適宜壓實各種非黏性土壤、碎石、碎石混合料及各種瀝青混凝土，廣泛用于高等級公路、鐵路、機場跑道、農機工程等大型項目的填方壓實作業

。振動旋轉機構能實現沖擊振動復合壓實功能，使得被壓實物料承受沖擊載荷和簡諧振動載荷的力學模型作用疊加及其在沖擊振動載荷作用下的動力學響應特性，利用其激振力在土中產生的剪切壓密作用，使一定深度內的土均勻增密，從而達到改善地基的性能的目的

。壓實機械的發展經歷了從一千多年前的石滾到現今靜作用光輪壓路機，20世紀30年代產生了振動壓實理論，即在傳統靜作用壓實機械和振動裝置基礎上發展起來，達到壓實效果好、生產效率高及節省能耗，可以適應不同的壓實工況，受到廣大研究者、制造者和使用者的重視和青睞。振動壓路機壓實機構由簡單的拖式振動壓路機，發展到結構復雜的輪胎驅動自行式單鋼輪振動壓路機和雙鋼輪串聯式振動壓路機，同時液壓及電子技術和壓實機械自身技術也得到不斷的發展。

對于壓實機構來說，現有技術裝置中因其結構欠缺科學合理的原因，主要存在著旋轉軸單點受力，旋轉軸在集中受力點的位置受到很大的剪切力，從而造成旋轉軸的彎曲變形較大，且軸承磨損大，整機振動大，運行噪聲大，導致壓路機的使用壽命短，返修率高。在認真而充分調查、了解、分析、總結、研究現有技術及現狀基礎上，特采取設置偏心塊及偏心半環關鍵技術，研究一種新的振動壓實機構裝置，解決了已有技術及現狀存在的不足、缺陷與弊端，并進一步探索在振動壓路機上的應用研究。

1 方案設計

根據振動壓路機壓實物料的基本要求，引入多點受力分散作用于固定在鋼輪中心的旋轉軸上。如圖1所示，設計一種新的振動壓實機構裝置，由旋轉軸、A軸承、B軸承、壓路機鋼輪、偏心塊、偏心半環構成；旋轉軸的兩端與壓路機鋼輪兩側板的中心位置通過A軸承及B軸承固定連接，其壓路機鋼輪內的旋轉軸與偏心塊及偏心半環均固定連接。壓路機鋼輪為兩端封閉的管狀結構，偏心塊為截面呈半圓形的塊狀結構，偏心半環為弓狀結構。偏心塊與偏心半環安裝后所構成的角度為0°～180°角范圍內可調。旋轉軸由驅動馬達來驅動。實際應用中，偏心塊與偏心半環安裝后所構成的角度分別為0°、30°、60°、90°、120°、150°、180°，分別可以突現小振、大振、介于大小振之間不同擋位振動。圖2為常規偏心塊的主視及剖面側視示意圖；圖3為特制偏心半環的主視及斷面剖視示意圖。

從表4中可以看釬縫組織中心區主要合金元素是6%左右的Mn，主要元素是含量92%左右的Cu，形成均勻的Cu-Mn基固溶體組織，具有良好的塑性，能有效釋放硬質合金側的焊接接頭殘余應力。

The decision to accept a marginal donor organ is made on a recipient focused individualized basis rather than speci fic values,parameters or conditions [Figure 2].

對偏心塊與偏心半環的安裝角度為0°角而實現大振狀態下的側視示意圖。圖5中內部的箭頭表示偏心塊與偏心半環的繞軸心旋轉方向、外部的箭頭表示壓路機鋼輪的行進方向。從圖4到圖5可以實現小振、又可以實現大振、還可以實現介于大小振之間不同擋位的振動。其實現大振、小振、介于大小振之間不同擋位的振動是通過對偏心塊與偏心半環的安裝角度來實現：當如圖4對偏心塊與偏心半環的安裝角度為180°角的時候，便可實現小振；壓路機行駛中，偏心塊和偏心半環組成激振深度壓實機構對壓實路面的激振力為

壩址區主要物理地質現象為基巖風化，由于巖體較完整，礦物顆粒細微均勻，結構致密，風化程度相對較弱。強風化帶表現為巖體裂隙發育，巖石棱角不清，錘擊易碎，斷面可見新鮮面，用鎬可挖掘。弱風化帶裂隙較發育，巖石棱角可見，巖體多被切割成小塊狀，裂隙間有次生礦物充填，錘擊聲脆，斷口為新鮮面，不能用鎬挖掘，需爆破開挖。左岸基巖強風化層厚2～3 m，弱風化層厚4.0～6.0 m，右岸基巖強風化層厚3～4 m，弱風化層厚4.0～6.0 m，壩基強風化層厚1.5～3.5 m，弱風化層厚2～3 m。巖體中黑云角閃斜長片麻巖的風化程度較變質二長花崗巖強烈。

2 實際應用分析

楊之光說：“我與石魯交情甚深，他是我敬佩的一位畫家。石魯不僅傳統學識深厚而且精通西方藝術史，說他是藝術大師一點不為過。”

偏心塊產生常規的振動旋轉力壓實的效果，特制的偏心半環可以實現與常規偏心塊互相疊加、抵消或一定角度的分力作用于土壤物料，可以實現串聯式、智能式的多模式振動壓實，實現對各種不同物料或同種物料的不同壓實階段的振動夯實。同時，采用弓形設計可以多點作用于旋轉軸上，防止應力集中。因此采取設置偏心塊及偏心半環關鍵技術，其旋轉軸的兩端與壓路機鋼輪兩側板的中心位置通過A軸承及B軸承固定連接，壓路機鋼輪內的旋轉軸與偏心塊及偏心半環均固定連接；偏心塊與偏心半環安裝后所構成的角度為0°～180°。新的方案在原有振動基礎設備偏心塊的基礎上，增設偏心半環，進而實現小振、大振、介于大小振之間不同擋位振動，新的振動壓實機構裝置方案在具體使用時，只需把偏心塊及偏心半環安裝在鋼輪中心的旋轉軸上，由驅動馬達來旋轉驅動即可使用實現，簡單易行、效果穩定可靠，便于今后廣泛推廣應用。

壓實過程就是壓路機的行走過程，如圖4所示，具體的說就是壓路機鋼輪的行走過程。壓路機鋼輪在行走過程中，由驅動馬達驅動旋轉軸旋轉，旋轉軸的旋轉帶動偏心塊及偏心半環旋轉，偏心塊及偏心半環的旋轉產生偏心激振力，從而對路面便實施了夯實的操作。當偏心塊與偏心半環的安裝角度設計為180°角時，可實現小振，該狀態下的側視示意圖見圖4。

表示偏心塊繞軸心旋轉的角速度、

表示偏心半環繞軸心旋轉的角速度、取

=

、最下面的箭頭表示壓路機鋼輪的行進方向。

(

)=(

1

×

1

-

2

×

2

)×

×

(

)

(1)

當如圖5所示的情況，對偏心塊與偏心半環的安裝角度為0 度角的時候，便可實現大振；同理，激振力為

其中，

1

為偏心塊的質量，單位kg；

1

為質心到旋轉中心軸的距離，單位為m；

2

為偏心半環的質量，單位kg；

2

質心到旋轉中心軸的距離，單位為m；

為偏心塊和偏心半環繞軸旋轉的相同角速度，單位rad·s

。

(

)=(

1

×

1

+

2

×

2

)×

×

(

)

(2)

當偏心塊與偏心半環的相對位置處于0°～180°之間時，可以實現大小振之間不同擋位的振動。

目前，一般振動壓路機的激振機構產生的激振方式大都是慣性式激振器，通過振動輪對外表現的振動方式為振蕩、垂直振動和非定向式等，或以力的形式作用形成振動和以力偶的共同形式作用的振蕩式兩種；無論實現振動還是振蕩作用，都依賴于安裝在鋼輪軸上的特定裝置，即振動機構。振動機構包括整體式和內振動室式，但都以單點受力的形式作用于中心軸，必然引起作用點的應力集中，容易損壞。

本設計無論是小振還是大振，或是介于大小振之間不同擋位的振動，均使旋轉軸的受力點實現了分散。如原理圖6所示，圖中的1表示A軸承的承受力，2表示B軸承的承受力，從上向下的箭頭表示對旋轉軸分散的激振力。從而實現了旋轉軸由單點受力改為多點受力，旋轉軸在分散受力點的狀態下其剪切力大大減小，使旋轉軸的彎曲變形小，且軸承磨損小，整機振動小，運行噪聲小，壓路機的使用壽命長，返修率低。工作過程極為簡單，結構簡單巧妙、使用操作方便、效果穩定可靠、便于廣泛推廣應用。

3 結語

該技術方案由于采取了設置偏心塊及偏心半環關鍵技術；旋轉軸的兩端與壓路機鋼輪兩側板的中心位置通過A軸承及B軸承固定連接，壓路機鋼輪內的旋轉軸與偏心塊及偏心半環均固定連接；偏心塊與偏心半環安裝后所構成的角度為0°～180°。獲得了如下有益效果：1)采取了設置偏心塊及偏心半環關鍵技術，提供了一種新的振動壓實機構裝置的壓路機新產品樣機。2)構思獨特巧妙、結構科學合理、使用方便簡約、效果穩定可靠。3)旋轉軸由已有技術及現狀的單點受力改為多點受力，旋轉軸在分散受力點的狀態下其剪切力大大減小，從而可使旋轉軸的彎曲變形小，節省旋轉軸材料，且軸承磨損小，整機振動小，運行噪聲小，壓路機的使用壽命長，返修率低。解決了現有技術及現狀存在的不足、缺陷與弊端，獲得了預期的良好效果。

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