CN1407179A

CN1407179A - 振幅无级可调的复合作用振动压路机

Info

Publication number: CN1407179A
Application number: CN 01126690
Authority: CN
Inventors: 孙祖望; 卫雪莉
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2001-09-07
Filing date: 2001-09-07
Publication date: 2003-04-02
Anticipated expiration: 2021-09-07
Also published as: CN1240909C

Abstract

本发明涉及一种碾轮能产生垂直振动和切向摆振复合作用的振动压路机，其垂直振动与摆振运动的振幅是无级可调的。其特点是，至少在一个碾轮内设置有能产生垂直振动和切向摆振运动的复合激振机构以及调节它们激振力与激振力矩的振幅调节机构。压路机的碾轮可在压实过程中使垂直振动的振幅逐渐减小至零而只余下切向的摆振运动以达到控制压实能量、提高压实效率和防止压碎集料、振松表面的目的。碾轮还可以作纯粹的切向摆振运动而成为一种摆幅实时可调的振荡压路机以加强路面的表层压实。

Description

振幅无级可调的复合作用振动压路机

技术领域

本发明涉及一种压路机，尤其涉及一种振幅无级可调的复合作用振动压路机。

背景技术

常规的振动压路机是通过一安装在滚轮中心轴上的偏心块的旋转运动使滚轮产生一种振幅不变的非定向振动。这种振幅不可调的非定向振动，存在着将表面材料带起的趋势，随着压实的进展，振动波在已密实材料层上引起的反射和“弹跳”，会导至铺层材料表层的振松、压碎表层的集料等施工缺陷。此外，常规的振动压路机在压实铺层材料的同时，还常常伴有表面细微的施工裂缝，所以通常需要利用轮胎压路机的搓揉作用，作为振动压实的后续工序。

为了改善上述缺陷，国外提出过几种方案。

瑞典专利384019和日本的福川光男(<道路建设>1990 3/7)提出了一种方案，采用两块安装在两根对称轴上并作反向同步旋转的偏心块来实现垂直方向的定向振动。此时，两偏心块的质量和偏心距均相等并相对安装，这样，两偏心块在水平方向的离心力在任何位置都能相互抵消而只余下按正弦规律变化的垂直方向的离心力，可以避免滚轮作非定向振动运动时存在的带出表面材料的缺点，但不能解决振动反射波导至表面振松问题。

欧洲专利EP005398提出了一种方案，采用两块安装在两根对称轴上的偏心块作同向同步旋转，此时，两偏心块的质量与偏心矩也是相等的。由于是同向同步旋转，离心力在任何径向的分力都能相互抵消，只余下一绕滚轮轴心的按正弦规律变化的交变扭矩。由纯交变扭矩所产生的摆振运动的最大特点在于，振动波是在表层之内作水平方向的带状传播，在垂直方向则为恒定不变的正压力。因而表层材料能得到更好的压实，不会压碎和振松材料，也大大减轻了机架的垂直振动以及滚轮侧面材料的振动。这种振荡压实的缺点是，它的压实深度有限，通常以5cm左右的铺层为佳，因而主要用在薄层沥青路面的压实，很难用于基层材料的压实。

欧洲专利EP704575(US5797699)提出了一种方案，采用两对偏心块同步反向旋转，且其垂直方向合成离心力的振幅可以自由调节。这一方案只能调节两偏心块之间的相位角，不是真正意义上的振幅调节，只是改变了合成激振力的方向，也不可能产生纯扭矩激振下的摆振运动。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新型的振动压路机，使压路机的碾轮实现一种振幅无级可调的垂直振动与绕滚轮轴心作摆振运动的复合振动。通过这种复合的振动运动，能达到既强化输入被压材料的垂直振动能量，提高压实效率，又能根据压实度的增加逐步减少垂直振动的振幅，以避免滚轮的“弹跳”，防止压碎集料，同时还能转变成纯粹的摆振运动，以加强表面层的压实，解决表面层的振松和施工裂缝问题。

本发明的目的是这样实现的：一种振动压路机，包括机架，机架上设有发动机、传动部件、操作部件、驾驶室，车轮以及至少一个碾轮，其特征在于，还包括至少在一个碾轮内设置有能产生垂直振动和切向摆振运动的复合激振机构，所述的复合激振机构由一对相对于碾轮中心轴对称布置的带内外偏心块的套轴和两套振幅调节机构组成。

上述振动压路机，所述的复合激振机构的一对套轴都包括内套轴和外套轴，两内套轴上分别各装有一内偏心块，两外套轴上分别各装有一外偏心块，两个外偏心块作相对反向安装，两个内偏心块的安装相对于其同轴的外偏心块的相对位置可任意调节。

上述振动压路机，所述的振幅调节机构由两个同轴行星排和一对蜗轮蜗杆传动副构成的二自由度行星齿轮机构，其中一个行星排的太阳轮直接固结在振幅调节机构的中央传动轴上，另一个行星排的太阳轮则固结于空套在中央传动轴上的外套轴上，内外套轴形成两个输出端，分别驱动内外偏心套轴旋转。

上述振动压路机，所述的振幅调节机构的一个行星排的行星架固结在蜗轮上，另一个行星排的行星架固定在行星机构的壳体上。

上述振动压路机，所述的振幅调节机构的两个行星排共用一个内齿圈，内齿圈用滚针轴承支承在行星机构壳体上或浮动地支承在三个行星轮上。

上述振动压路机，所述的振幅调节机构的一对蜗轮和蜗杆传动副是一对螺旋角很小、传动比很大的高自锁性传动副，其蜗杆与步进电机输出端联结，通过齿形带或齿轮传动可实时无级地改变内、外偏心质量的相对位置。

上述振动压路机，所述的设置有复合激振机构和振幅调节机构的碾轮在做成驱动轮时，其行走驱动机构是偏置安装的。

上述振动压路机，所述的行走驱动机构包括行走液压马达、减速器和由一对齿轮组成的空心减速箱，该空心减速箱的大齿轮固定在一空心套轴上，其输出端通过驱动轮连接盘和橡胶减振器驱动碾轮滚动。

上述振动压路机，所述的空心减速箱的空心套轴支承在与机架相连的减速箱壳体上，该空心套轴的中空部分则空套在振幅调节机构壳体之外，并保证有足够的空间使碾轮通过橡胶减振器而与机架之间可有一相对位移。

由于本发明采用了以上技术方案，将垂直振动作用与碾轮绕轴心的摆振作用结合在一起，既可满足材料深层压实的要求，又可防止表层振松、压碎集料，并揉合施工裂缝而使压实的表面致密平整；可以在工作过程中方便地将振动压实转换成纯粹的振荡压实，或反之，做到一机两用；可以在压实过程中实时地调节振动作用或摆振(振荡)作用的振幅，以适应不同材料不同工况的压实要求；对于振动压实来说通过振幅的实时调节可以在压实起始时采用较大振幅，而随着压实的进展可逐渐减小垂直振动的振幅，从而为进一步开发智能压路机奠定基础。

附图说明

本发明的具体结构由以下实施例及其附图进一步给出。

图1是本发明振动压路机碾轮的结构原理图。

图2是本发明振动压路机振幅调节机构原理图。

图3是本发明在a、b、c、d、e不同状态下的振动压路机碾轮的垂直振动与摆振运动复合作用的工作原理图。

图4a、图4b、图4c和图4d是本发明振动压路机碾轮垂直振动的激振力与摆振运动的激振力矩随转角而变化的曲线图。

图5是本发明振动压路机采用齿轮传动驱动内、外偏心质量旋转的传动示意图。

具体实施方式

本发明的振动压路机，包括机架，机架上设有发动机、传动部件、操作部件、驾驶室，车轮以及至少一个碾轮，还包括至少在一个碾轮内设置有能产生垂直振动和切向摆振运动的复合激振机构，所述的复合激振机构由一对相对于碾轮中心轴对称布置的带内外偏心块的套轴和两套振幅调节机构组成。

请参见图1，这是本发明振动压路机碾轮的结构原理图。在碾轮中心轴26的两侧，平行地布置有一对带有内、外偏心块的套轴，在内套轴14和16上，分别安装有内偏心块18和20。在外套轴15和17上分别安装有外偏心块19和21，它们的方向是相对的(两者的相位角180°)，并通过固定在外套轴15和17端部的齿轮套轴22和23经齿形带24和25分别与以键连接方式安装在碾轮中心轴26右端的两个齿轮27和28相联。中心轴26本身是由安装在碾轮右端由液压马达39带动的振幅调节机构29的输出内转轴10通过联轴器30来驱动的。它的另一个输出端外套轴11则通过花键与齿轮套轴31相联，并经齿形带33与固结在内偏心套轴14上的齿轮32相联，带动内偏心块18旋转。本发明要求齿轮31和32与齿轮22和27的传动比是相等的，所以内偏心套轴14(相应地内偏心块18)与外偏心套轴15(相应地外偏心块19)将作同向的同步旋转。内外偏心块的套轴14、15和16、17通过轴承40、41与42、43和44、45与46、47分别支承在碾轮13的左、右侧板上。碾轮的中心轴26和两端的齿轮套轴35、31通过轴承48、49、50、51和52同样支承在碾轮13的左右侧板上。碾轮13本身则通过轴承53、54支承在左、右端的振幅调节机构34和29的壳体上，而振幅调节机构则通过橡胶减振器55与机架56相连。

参见图2，图2是本发明振动压路机振幅调节机构原理图。本发明振动压路机的碾轮内的振幅调节机构采用了本发明人的专利“振幅实时无级可调的振动机构”(ZL98233268.8)。它是一个由两个行星排I和II组成的行星齿轮机构，并由安装在内转轴10输入端的液压马达来驱动。动力在进入行星机构后一路直接由内转轴10传递给行星齿轮机构的一个输出端，另一路则通过以键联结方式固定在内转轴10上的行星排I的太阳轮6以及与之相齿合的行星轮5传递给两个行星排共用的齿圈4，然后通过行星排II的行星轮2最终传递给与之相联的行星排II的太阳轮1，并通过空套在内转轴10上的外套轴11对外输出。行星排I和II的两个行星轮5和2分别采用轴承空套在行星架7和3上。由于行星架3是固结在行星齿轮箱壳体12上的，因而行星排II相对于壳体12只有一个自由度。行星架7则固结在蜗轮9上，可以相对壳体12自由转动，因而行星排I具有两个自由度。蜗轮9和蜗杆8是一对螺旋角很小、传动比很大的高自锁性传动副，而蜗杆本身则由步进电机来驱动。当步进电机保持不动时，蜗轮9与壳体间没有相对运动，此时行星机构只有一个自由度，由于太阳轮6和1的齿数完全相同，两者将严格保持同向的同步旋转。当步进电机转动某一角度时，蜗轮9，从而行星架7也将随之转动一微小的转角，这一转角通过行星齿轮5、内齿圈4、行星齿轮2传至太阳轮1上，使之相对太阳轮6转动某一附加转角。将振幅调节机构输出端的内转轴10和外套轴11通过某种传动环节(例如齿形带或齿轮传动)与内外偏心块相联，即可任意调节内、外偏心块之间的相对位置。

为了满足碾轮同时作为行走驱动轮的要求，行走驱动用的液压马达一减速器57偏置地安装在空心减速机58的壳体上，空心减速机58则固定在机架56上。空心减速机58由连轴小齿轮59和大齿轮60组成，大齿轮60以键连接的方式固结在空心套轴61上。空心套轴61和齿轮轴59则由轴承支承在减速机壳体上。空心套轴61的右端与驱动轮连接盘62相连，并通过橡胶减振器63驱动碾轮滚动。空心减速器58是空套在振幅调节机构34之外的，并有一定空间可保证碾轮与机架之间通过减振器有一定相对位移的余地。

当通过振幅调节机构29改变其输出端的内转轴10和外套轴11的相位时，就相应地改变了内、外偏心块18和19之间的相对位置。从而可实现调节套筒轴14、15的总偏心质量。同理，安装在碾轮左端的振幅调节机构34的输出端的内转轴10和外套轴11分别通过联轴节38和花键与齿轮套轴35相联。这样，安装在振幅调节机构29输入端的液压马达39通过碾轮中心轴26直接将动力输入给振幅调节机构34的内转轴10。此时，一路功率通过固结在中心轴26上的齿轮28经齿形带25传送给固定在外偏心套轴17右端的齿轮套轴23，带动外偏心块21旋转，而另一路功率则通过齿轮套轴35、齿形带37传递给以键联接方式固结在内偏心轴16左端的齿轮36，从而带动内偏心块20作与外偏心块同向的同步旋转。当振幅调节机构34改变其输出端内转轴10和外套轴11之间的相位时就可相应地调节内外偏心块20与21之间的相对位置，从而可实现调节套筒轴16、17的总偏心质量。这样，通过步进电机对两套振幅调节机构29、34的控制就可以对安装在套筒轴14、15和16、17上的内外偏心机构的偏心质量矩进行任意的调节，以实现振幅无级可调的垂直振动与绕滚轮轴心摆振运动的复合激振。

请参见图3、图4。图3中的a、b、c、d、e是本发明振动压路机碾轮的垂直振动与摆振运动复合作用的工作原理图。图4中的图4a、图4b、图4c和图4d是本发明振动压路机碾轮垂直振动的激振力与摆振运动的激振力矩随转角而变化的曲线图。图3显示了在四块内外偏心块18、19、20和21的偏心质量矩都相等的条件下调节内偏心块至不同位置时垂直振动与摆振运动不同的复合情况。a为2个外偏心块相对安装，两内偏心块调节至一个与外偏心块同向，另一个与另一外偏心块反向的情况，此时垂直振动的激振力为最大(P＝P_max)。在图3的b中，外偏心块的安装不变，两个内偏心块则一个向逆时针方向，另一个向顺时针方向调节同一角度φ，此时垂直振动的激振力P＝P_maxcosφsinωt。图3的c是内偏心块向不同方向调节90°的情况，此时，垂直振动的激振力为零，只余下加强了的摆振运动。图3的d则是右边的内偏心块调节180°的情况，此时摆振运动的激振力矩为最大。在图4中，其图4a至图4d表示了与图3中a至d相应的垂直振动的激振力与摆振运动的激振力矩随转角而变化的曲线。从这些曲线中可以看到，在垂直振动的振幅调至最大时，起主要压实作用的是垂直振动作用，而摆振作用则处于次要地位，因而可以获得深度的压实。随着振幅的调小，振动压实的作用下降而摆振压实的作用加强，当垂直振动的振幅调至零时，则完全转换成形成摆振作用的振荡压实(如图4c和图4d所示)，此时则以表层的压实为主，因而可以获得一致密而平整的表面结构。此外，当两外偏心块调节至图3的e的位置时，内、外偏心块的激振力完全抵消，则滚轮将无任何激振而像静碾一样工作。

参见图5，这是本发明振动压路机采用齿轮传动驱动内、外偏心质量旋转的传动示意图。本发明的振动压路机，所述的内外偏心套轴14、15和16、17的传动除了用齿形带传动外，也可用齿轮传动的方案。它同样可以实现图3所描述的垂直振动与摆振复合作用的原理。

Claims

1、一种振幅无级可调的复合作用振动压路机，包括机架，机架上设有发动机、传动部件、操作部件、驾驶室，车轮以及至少一个碾轮，其特征在于，还包括至少在一个碾轮内设置有能产生垂直振动和切向摆振运动的复合激振机构，所述的复合激振机构由一对相对于碾轮中心轴对称布置的带内外偏心块的套轴和两套振幅调节机构组成。

2、如权利要求1所述的振幅无级可调的复合作用振动压路机，其特征在于，所述的复合激振机构的一对套轴都包括内套轴和外套轴，两内套轴上分别各装有一内偏心块，两外套轴上分别各装有一外偏心块，两个外偏心块作相对反向安装，两个内偏心块的安装相对于其同轴的外偏心块的相对位置可任意调节。

3、如权利要求1所述的振幅无级可调的复合作用振动压路机，其特征在于，所述的振幅调节机构是由两个同轴行星排和一对蜗轮蜗杆传动副构成的二自由度行星齿轮机构，其中一个行星排的太阳轮直接固结在振幅调节机构的中央传动轴上，另一个行星排的太阳轮则固结于空套在中央传动轴上的外套轴上，内外套轴形成两个输出端，分别驱动内外偏心套轴旋转。

4、如权利要求3所述的振幅无级可调的复合作用振动压路机，其特征在于，所述的振幅调节机构的一个行星排的行星架固结在蜗轮上，另一个行星排的行星架固定在行星机构的壳体上。

5、如权利要求3所述的振幅无级可调的复合作用振动压路机，其特征在于，所述的振幅调节机构的两个行星排共用一个内齿圈，内齿圈用滚针轴承支承在行星机构壳体上或浮动地支承在三个行星轮上。

6、如权利要求3所述的振幅无级可调的复合作用振动压路机，其特征在于，所述的振幅调节机构的一对蜗轮蜗杆传动副，是一对螺旋角很小、传动比很大的高自锁性传动副，其蜗杆与步进电机输出端联结，通过齿形带或齿轮传动可实时无级地改变内、外偏心块的相对位置。

7、如权利要求1所述的振幅无级可调的复合作用振动压路机，其特征在于，所述的设置有复合激振机构的碾轮在做成驱动轮时，其行走驱动机构是偏置安装的。

8、如权利要求7所述的振幅无级可调的复合作用振动压路机，其特征在于，所述的行走驱动机构包括行走液压马达、减速器和由一对齿轮组成的空心减速箱，该空心减速箱的大齿轮固定在一空心套轴上，其输出端通过驱动轮连接盘和橡胶减振器驱动碾轮滚动。

9、如权利要求8所述的振幅无级可调的复合作用振动压路机，其特征在于，所述的空心减速箱的空心套轴支承在与机架相连的减速箱壳体上，该空心套轴的中空部分则空套在振幅调节机构壳体之外，并保证有足够的空间使碾轮通过橡胶减振器而与机架之间可有一相对位移。