多点受力振动压实旋转机构的设计与应用

0 引言

压路机在公路施工、机场建设、兴修水利和建筑施工中发挥着越来越大的作用，振动压路机是利用其自身的重力和振动压实各种建筑和筑路材料的工程机械，振动压路机最适宜压实各种非黏性土壤、碎石、碎石混合料及各种沥青混凝土，广泛用于高等级公路、铁路、机场跑道、农机工程等大型项目的填方压实作业

。振动旋转机构能实现冲击振动复合压实功能，使得被压实物料承受冲击载荷和简谐振动载荷的力学模型作用叠加及其在冲击振动载荷作用下的动力学响应特性，利用其激振力在土中产生的剪切压密作用，使一定深度内的土均匀增密，从而达到改善地基的性能的目的

。压实机械的发展经历了从一千多年前的石滚到现今静作用光轮压路机，20世纪30年代产生了振动压实理论，即在传统静作用压实机械和振动装置基础上发展起来，达到压实效果好、生产效率高及节省能耗，可以适应不同的压实工况，受到广大研究者、制造者和使用者的重视和青睐。振动压路机压实机构由简单的拖式振动压路机，发展到结构复杂的轮胎驱动自行式单钢轮振动压路机和双钢轮串联式振动压路机，同时液压及电子技术和压实机械自身技术也得到不断的发展。

对于压实机构来说，现有技术装置中因其结构欠缺科学合理的原因，主要存在着旋转轴单点受力，旋转轴在集中受力点的位置受到很大的剪切力，从而造成旋转轴的弯曲变形较大，且轴承磨损大，整机振动大，运行噪声大，导致压路机的使用寿命短，返修率高。在认真而充分调查、了解、分析、总结、研究现有技术及现状基础上，特采取设置偏心块及偏心半环关键技术，研究一种新的振动压实机构装置，解决了已有技术及现状存在的不足、缺陷与弊端，并进一步探索在振动压路机上的应用研究。

1 方案设计

根据振动压路机压实物料的基本要求，引入多点受力分散作用于固定在钢轮中心的旋转轴上。如图1所示，设计一种新的振动压实机构装置，由旋转轴、A轴承、B轴承、压路机钢轮、偏心块、偏心半环构成；旋转轴的两端与压路机钢轮两侧板的中心位置通过A轴承及B轴承固定连接，其压路机钢轮内的旋转轴与偏心块及偏心半环均固定连接。压路机钢轮为两端封闭的管状结构，偏心块为截面呈半圆形的块状结构，偏心半环为弓状结构。偏心块与偏心半环安装后所构成的角度为0°～180°角范围内可调。旋转轴由驱动马达来驱动。实际应用中，偏心块与偏心半环安装后所构成的角度分别为0°、30°、60°、90°、120°、150°、180°，分别可以突现小振、大振、介于大小振之间不同挡位振动。图2为常规偏心块的主视及剖面侧视示意图；图3为特制偏心半环的主视及断面剖视示意图。

从表4中可以看钎缝组织中心区主要合金元素是6%左右的Mn，主要元素是含量92%左右的Cu，形成均匀的Cu-Mn基固溶体组织，具有良好的塑性，能有效释放硬质合金侧的焊接接头残余应力。

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].

对偏心块与偏心半环的安装角度为0°角而实现大振状态下的侧视示意图。图5中内部的箭头表示偏心块与偏心半环的绕轴心旋转方向、外部的箭头表示压路机钢轮的行进方向。从图4到图5可以实现小振、又可以实现大振、还可以实现介于大小振之间不同挡位的振动。其实现大振、小振、介于大小振之间不同挡位的振动是通过对偏心块与偏心半环的安装角度来实现：当如图4对偏心块与偏心半环的安装角度为180°角的时候，便可实现小振；压路机行驶中，偏心块和偏心半环组成激振深度压实机构对压实路面的激振力为

坝址区主要物理地质现象为基岩风化，由于岩体较完整，矿物颗粒细微均匀，结构致密，风化程度相对较弱。强风化带表现为岩体裂隙发育，岩石棱角不清，锤击易碎，断面可见新鲜面，用镐可挖掘。弱风化带裂隙较发育，岩石棱角可见，岩体多被切割成小块状，裂隙间有次生矿物充填，锤击声脆，断口为新鲜面，不能用镐挖掘，需爆破开挖。左岸基岩强风化层厚2～3 m，弱风化层厚4.0～6.0 m，右岸基岩强风化层厚3～4 m，弱风化层厚4.0～6.0 m，坝基强风化层厚1.5～3.5 m，弱风化层厚2～3 m。岩体中黑云角闪斜长片麻岩的风化程度较变质二长花岗岩强烈。

2 实际应用分析

杨之光说：“我与石鲁交情甚深，他是我敬佩的一位画家。石鲁不仅传统学识深厚而且精通西方艺术史，说他是艺术大师一点不为过。”

偏心块产生常规的振动旋转力压实的效果，特制的偏心半环可以实现与常规偏心块互相叠加、抵消或一定角度的分力作用于土壤物料，可以实现串联式、智能式的多模式振动压实，实现对各种不同物料或同种物料的不同压实阶段的振动夯实。同时，采用弓形设计可以多点作用于旋转轴上，防止应力集中。因此采取设置偏心块及偏心半环关键技术，其旋转轴的两端与压路机钢轮两侧板的中心位置通过A轴承及B轴承固定连接，压路机钢轮内的旋转轴与偏心块及偏心半环均固定连接；偏心块与偏心半环安装后所构成的角度为0°～180°。新的方案在原有振动基础设备偏心块的基础上，增设偏心半环，进而实现小振、大振、介于大小振之间不同挡位振动，新的振动压实机构装置方案在具体使用时，只需把偏心块及偏心半环安装在钢轮中心的旋转轴上，由驱动马达来旋转驱动即可使用实现，简单易行、效果稳定可靠，便于今后广泛推广应用。

压实过程就是压路机的行走过程，如图4所示，具体的说就是压路机钢轮的行走过程。压路机钢轮在行走过程中，由驱动马达驱动旋转轴旋转，旋转轴的旋转带动偏心块及偏心半环旋转，偏心块及偏心半环的旋转产生偏心激振力，从而对路面便实施了夯实的操作。当偏心块与偏心半环的安装角度设计为180°角时，可实现小振，该状态下的侧视示意图见图4。

表示偏心块绕轴心旋转的角速度、

表示偏心半环绕轴心旋转的角速度、取

=

、最下面的箭头表示压路机钢轮的行进方向。

(

)=(

1

×

1

-

2

×

2

)×

×

(

)

(1)

当如图5所示的情况，对偏心块与偏心半环的安装角度为0 度角的时候，便可实现大振；同理，激振力为

其中，

1

为偏心块的质量，单位kg；

1

为质心到旋转中心轴的距离，单位为m；

2

为偏心半环的质量，单位kg；

2

质心到旋转中心轴的距离，单位为m；

为偏心块和偏心半环绕轴旋转的相同角速度，单位rad·s

。

(

)=(

1

×

1

+

2

×

2

)×

×

(

)

(2)

当偏心块与偏心半环的相对位置处于0°～180°之间时，可以实现大小振之间不同挡位的振动。

目前，一般振动压路机的激振机构产生的激振方式大都是惯性式激振器，通过振动轮对外表现的振动方式为振荡、垂直振动和非定向式等，或以力的形式作用形成振动和以力偶的共同形式作用的振荡式两种；无论实现振动还是振荡作用，都依赖于安装在钢轮轴上的特定装置，即振动机构。振动机构包括整体式和内振动室式，但都以单点受力的形式作用于中心轴，必然引起作用点的应力集中，容易损坏。

本设计无论是小振还是大振，或是介于大小振之间不同挡位的振动，均使旋转轴的受力点实现了分散。如原理图6所示，图中的1表示A轴承的承受力，2表示B轴承的承受力，从上向下的箭头表示对旋转轴分散的激振力。从而实现了旋转轴由单点受力改为多点受力，旋转轴在分散受力点的状态下其剪切力大大减小，使旋转轴的弯曲变形小，且轴承磨损小，整机振动小，运行噪声小，压路机的使用寿命长，返修率低。工作过程极为简单，结构简单巧妙、使用操作方便、效果稳定可靠、便于广泛推广应用。

3 结语

该技术方案由于采取了设置偏心块及偏心半环关键技术；旋转轴的两端与压路机钢轮两侧板的中心位置通过A轴承及B轴承固定连接，压路机钢轮内的旋转轴与偏心块及偏心半环均固定连接；偏心块与偏心半环安装后所构成的角度为0°～180°。获得了如下有益效果：1)采取了设置偏心块及偏心半环关键技术，提供了一种新的振动压实机构装置的压路机新产品样机。2)构思独特巧妙、结构科学合理、使用方便简约、效果稳定可靠。3)旋转轴由已有技术及现状的单点受力改为多点受力，旋转轴在分散受力点的状态下其剪切力大大减小，从而可使旋转轴的弯曲变形小，节省旋转轴材料，且轴承磨损小，整机振动小，运行噪声小，压路机的使用寿命长，返修率低。解决了现有技术及现状存在的不足、缺陷与弊端，获得了预期的良好效果。

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