振动压路机激振器研究

赵光明，张 平，张 伟

（三一汽车制造有限公司，湖南 长沙 410100）

激振器是振动压路机产生振动的动力源，现有压路机上的激振器都是由支承于振动轴承上的振动轴带偏心块振子构成，振动轴高速旋转时偏心振子所产生的离心力就是振动压路机的激振力。

根据作用效果，激振器可分为不定向激振器、定向激振器、振荡激振器；根据可产生的振幅数量，可分为单幅激振器、双幅激振器、多幅激振器、无级调幅激振器；根据偏心轴的数量，可分为单轴激振器、双轴激振器等[1]。下面主要从轴的数量出发，探讨压路机的各种激振器。

1 单轴激振器

如图1所示，为单轴激振器的典型结构。设图所示位置为激振器振动时的起始时刻，即t=0，则其产生的激振力为：

式中：Me为偏心组件的静偏心矩，ω为偏心组件角速度大小，方向如图所示。可见激振力F大小恒定不变，方向沿圆周方向时时变化。而垂直激振力Fv是一个周期为2π的余弦函数，水平激振力Fh同样是一个周期为2π，相位角不同的余弦函数。因此，为圆周激振器。

图1 单轴激振器原理简图

2 双轴激振器

2.1 双轴反向激振器

如图2所示，两偏心组件完全一致，其安装轴线偏离钢轮轴线距离为r，两偏心组件安装时的初始相位差为α（α∈[0，π]），两偏心组件作等速方向旋转，则两偏心组件产生的激振力如下：

由式可知，该类型激振器的激振力大小是周期性变化的。

当 α=0 时，Fh=0，Fv=－2Me×ω2×cos（ωt），M=0，则该激振器只产生垂直方向的激振力。因此，当α=0时，为垂直激振器。

当 α=π 时，Fh=－2Me×ω2×sin （ωt），Fv=0，M=2Me×ω2×r×cos（ωt），则该激振器产生水平方向的激振力和一交变力矩。因此，当α=π时，为一复合了水平振动的振荡激振器。

当α∈（0，π）时，由于两偏心组件等速反向旋转，根据力的合成可知，两偏心组件产生的激振力合力的方向始终沿着与垂直轴成α/2方向，如图2（b）中所示。因此，当α∈（0，π）时，为定向激振器。

2.2 双轴同向激振器

图3中两偏心组件等速同向旋转，则两偏心组件产生的激振力如下：

由式可知，该类型激振器的激振力大小是初始相位角α的函数。当α一定时，激振力大小为一定值。

当 α=0 时，Fh=2Me×ω2×sin（ωt），Fv=－2Me×ω2×cos（ωt），F=2Me×ω2，M=0，则该激振器效果与上述所述的单轴激振器类似，为圆周激振器；

当 α=π 时，Fh=0，Fv=0，F=0，M=M=2Me×ω2×r×cos（ωt），则该激振器仅产生一交变力矩，为振荡激振器。

当α∈（0，π）时，由于两偏心组件等速同向旋转，两偏心组件相位差始终保持为α，根据力的合成可知，等效为一圆周激振器与一振荡激振器的合成。

图2 双轴反向激振器原理简图

图3 双轴同向激振器原理简图

3 激振器的应用

3.1 单轴激振器的应用

单轴激振器是使用最成熟，也最简单的激振器，有单幅和双幅两种类型。单幅激振器是一根旋转的偏心轴，或在振动轴上装偏心质量块。当振动轮宽度较小时，采用一根偏心轴支撑在两个跨度较大的振动轴承上。偏心轴可以是加工件，如图4（a）所示；可以在振动轴上焊接一圆弧板，如图4（b）所示；还可以在轴上装配一长条块，如图4（c）所示。当振动轮较宽时，一般采用一根连接轴串联两个偏心块，如图 4（d）所示[2]。

图4 常用的单幅激振器结构

双幅激振器一般有固定偏心块和活动偏心块，其中固定偏心块与振动轴固连，活动偏心块空套在振动轴上，通过挡销作用使得振动轴转向改变时固定偏心块与活动偏心块相对位置发生变化，从而实现大小两种振幅，如图5所示。

图5 常用双幅激振器结构

3.2 双轴激振器的应用

双轴激振器是为特殊压路机设计的，其结构较复杂，常见于垂直振动压路机、振荡压路机以及多幅压路机中。

垂直振动压路机能最大限度的将振动能量传递给被压实材料，作用深度大，对周围环境影响也大，主要用于远离居民区的基础层的压实。目前，垂直振动压路机激振器采用的方案为两偏心组件相位相同，旋转方向相反。

振荡压路机是一种薄铺层压实机械，它产生的振动小，适用于城市交通、建筑物间、桥梁、涵洞等振动敏感地方的施工[3]。目前，振动压路机激振器采用的方案是两偏心组件相位差为180°，旋转方向相同。

多幅压路机所用激振器属于定向激振器，其偏心组件的旋转方向相同。振幅是通过控制两偏心组件初始相位角α的大小实现的。当α可在[0，π]内连续控制时，则其成为无级调幅压路机。无级调幅压路机结构最复杂，是智能压实的基础，也是压路机生产商技术水平的充分体现。

4 结语

本文从偏心轴的数量出发，介绍了单轴和双轴激振器的工作原理。文中虽未提及多轴激振器，但其可看成是单轴激振器与双轴激振器的叠加，或双轴激振器间的叠加。通过本文介绍，压实设备生产商可根据自身需要，迅速定位新一代压路机及其将采用的激振器原理、结构。