DE2818801A1

DE2818801A1 - Vibrationsvorrichtung

Info

Publication number: DE2818801A1
Application number: DE19782818801
Authority: DE
Inventors: Claes Breitholtz; Rolf Dahlin
Original assignee: Dynapac AB
Current assignee: Dynapac AB
Priority date: 1977-04-29
Filing date: 1978-04-28
Publication date: 1978-11-02
Also published as: ATA274578A; AU3507478A; CA1094350A; GB1601554A; US4221499A; DK177678A; AR220131A1; IT1161396B; FI781158A; AT364384B; IT7809438A0; NO781334L; JPS53136773A; NL7804007A; SE7705001L; BR7802317A; ES469106A1; ZA781644B; CH621496A5; FR2388606A1

Description

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^Fir- r ^: Ir^]³I 26. April 1978

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Dynapac Maskin Aktiebolag SοIna, Schweden

"Vibrationsvorrichtung"

Die Erfindung betrifft eine Vibrationsvorrichtung, die ein Masseelement oder mehrere Masseelemente, die an einer in Umlauf versetzbaren Welle relativ schwenkbar zu dieser angeordnet sind, und eine Einstelleinrichtung umfaßt, die mit diesen Elementen zum Zwecke des Erreichens einer kontinuierlich verstellbaren Vibrationsamplitude zusammenwirkt, während die "Welle umläuft.

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Die Verwendung von einstellbaren Exentergewichten an Bodenverdichtungsmaschinen, beispielsweise zum Anpassen der Vibrationsamplitude der Maschine zur Art der zu verdichtenden Oberfläche, ist bereits bekannt. In dieser Verbindung ist die Möglichkeit des Ausführens von Einstellungen während der Bewegung der Maschine und mittels Steuerorganen, die leicht vom Führer der Maschine gehandhabt werden können, erwünscht. Es ist auch erwünscht, daß solche Einstellungen schrittweise und unabhängig von der Drehrichtung der Exenterwelle durchgeführt werden können.

Bei bekannten Konstruktionen dieser Art ist versucht worden, diese Erfordernisse durch komplizierte und infolgedessen kostspielige Mechanismen auszuführen, durch die die Einstellung der Vibrationsamplitude bewirkt und die eingestellte Lage beibehalten werden kann. Da die erforderlichen Vibrationskräfte in vielen Fällen groß sind, mußten große Kräfte in Einstellungsmechanismen erhalten werden, die wiederum Probleme bezüglich der Dimensionen der Mechanismen aufwarfen.

Die Erfindung bezweckt, diese Nachteile zu vermeiden und eine Einrichtung zur kontinuierlichen Einstellung der Vibrationsamplitude zu schaffen, in der die im Einstellmechanismus auftretenden Beanspruchungen auf ein Minimum reduziert sind.

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ORIGINAL INSPECTED

~ Jp —

Darüber hinaus bezweckt die Erfindung, eine Vibrationsvorrichtung zu schaffen, in der die in rechten V/infceln zur Rotationsachse stehende Ebene, die die Vibrationserzeugende Zentrifugalkraft-Resultierende enthält, die auf die Masseelemente einwirkt und mit der Welle umläuft, für jedes Masseelement und für alle Vibrationsamplituden, die mit dem Einstellmechanismus eingestellt sind, die Drehachse an dem gleichen bzw. annähernd gleichen Punkt schneidet. Dies ist in Verbindung mit der praktischen Anwendung der Erfindung beispielsweise bei Vibrationswalzen wichtig. Auf diese Weise ist es nämlich möglich, um der Walzentrommel eine Vibrationsrichtung zu verleihen, nur ein Exenterelement zu benutzen, wenn dieses mit seiner Einstell- bzw. Schwenkachse in einer Ebene liegt, die durch den Schwerpunkt der Walze verläuft und in rechten Winkeln zur Umlaufachse steht. Die Resultierende der Zentrifugalkraft, die auf die umlaufenden Exenterelemente bzw. Masseelemente einwirkt, wird infolgedessen Immer in dieser Ebene durch den Schwerpunkt der Walzentrommel liegen. Mit anderen Worten, die Resultierende wird beim Einstellen der Vibrationsamplitude nicht axial verlagert, wodurch die Trommel während des Umlaufens der Exenterwelle keinen Rüttelkräften unterworfen wird.

Die Erfindung wird nachstehend in Einzelheiten unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. In dieser Zeichnung zeigen:

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Fig. 1 schematisch ein willkürlich gestaltetes Masseelement, wobei die Rotationsachse und die Schwenkachse des Elementes in ein System von Koordinaten x, y, ζ eingefügt sind;

Fig. 2 und 3

zeigen in schematische Form zwei Beispiele von Masseelementen, die gemäß der Erfindung gestaltet sind;

Fig. k zeigt eine perspektivische, zum Teil aufgebrochene Darstellung eines praktischen Anwendungsbeispieles der Erfindung und

Fig. 5 einen Axialschnitt durch eine Vibrationstrommel einer Vibrationswalze, wobei in der Trommel die in Fig. 4 dargestellte Einrichtung angeordnet ist.

Das wixlkürlich gestaltete Masseelement nach Fig. 1 ist in ein System von Koordinaten x, y, ζ eingefügt, bei dem die x-Achse in rechten Winkeln zur Ebene des Papiers und die

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-y-

y-Achse und die z-Achse in der Ebene des Papiers verlaufen. Das Element schwingt auf einer Welle, die mit der x-Achse des Systems von Koordinaten zusammenfällt. Die z-Achse fällt mit der Drehachse des Masseelementes zusammen und die y-Achse steht schließlich in rechten Winkeln zu dieser Achse. Der Schwerpunkt des Masselementes ist mit TB bezeichnet und eine Achse z¹ verläuft durch diesen und den Nullpunkt des Systems, und steht in einem Winkel<* zur z-Achse. In rechten Winkeln zur ζ'-Achse verläuft in der Ebene des Papiers durch den Nullpunkt eine zusätzliche Koordinatenachse y'. Die Resultierende der Zentrifugalkräfte ist mit F_ bezeichnet und wirkt auf das Masseelement, wenn dieses um die z-Achse umläuft.

Gemäß der Erfindung kann die Resultierende F der Zentrifugalkraft durch eine spezielle Gestalt des Masseelementes in eine willkürliche Entfernung 1 von der y-Achse unabhängig vom Winkel cK. angeordnet werden. Insbesondere kann F so angeordnet werden, daß sie mit der y-Achse zusammenfällt oder kann, wenn es gewünscht ist, nahe an diese angeordnet wierden, d.h., daß die erforderliche Kraft zum Einstellen der Masseelemente , um eine Änderung der Vibrationsamplitude zu erreichen, nur sehr klein sein muß, selbst wenn große Zentrifugalkräfte F entwickelt werden. Theoretisch sollte es möglich sein, alle Einstellungskräfte und infolgedessen die Beanspruchung des

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ORIGINAL

Einstellmechanismus zu eliminieren, wenn F für alle Werte

des Winkels <X mit der y-Achse übereinstimmt.

Nach den bekannten Gesetzen der Mechanik können die Zentrifugalkräfte, die auf das Masseelement nach Fig. 1 einwirken, wenn dieses um die z-Achse in Umlauf versetzt wird, durch eine Resultierende F , die längs der y-Achse und in der

y-z-Ebene wirkt, in einer Größe gemäß der nachstehenden Formal ersetzt werden:

ρ
F = mxwxz'mpX sin «X ,

m » Masse des Elementes, w = Winkelgeschwindigkeit des Elementes um

die z-Achse,
z'rpp = Entfernung vom Schwerpunkt des Elementes

zur Umlaufachse, der x-Achse, Qi, = Winkel zwischen den Achsen ζ und z¹.

F liegt also in einem Abstand längs der z-Achse von der Umlaufachse, der in Fig. 1 mit 1 bezeichnet ist und dessen Größe nach der folgenden Formel berechnet werden kann:

1 ■ γ' ~ Z* X COSi*.

m χ ζ'_Τρ

In dieser Formel bezeichnen I , und I , das Massemoment der

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Massenkräfte des Elementes um die Achsen, die durch die ent sprechenden Indexe bezeichnet sind.

In dem I , - I₁ genügend dicht an O angenähert werden, kann y ζ

1 auch so klein wie gewünscht gemacht werden, ohne daß dies die Größe von F beeinflußt. Ein niedriger Wert von 1 hilft die auf das Masselement beim Wechseln der Vibrationsamplitude ausgeübte Einstellkraft zu verringern.

Das beste Resultat wird in der Tat erreicht, indem 1 vollkommen eliminiert wird. Jedoch ist es in einem praktischen Ausführungsbeispiel der Erfindung möglich, daß von den Bedingungen, die theoretisch vorgeschlagen wurden, abgewichen wird. Obwohl solch eine Abweichung gewiß in einer Erhöhung der erforderlichen Einstellkraft und infolgedessen in erhöhtem Verschleiß des Einstellmechanismus resultieren wird, ist die Erhöhung, die sich aus einer begrenzten Abweichung ergibt, nicht so groß, daß praktische Versionen, die nur geringe Abweichungen von den theoretischen Bedingungen zeigen, nicht als in den Rahmen des Hauptzweckes der Erfindung fallend angesehen werden können, nämlich die zum Einstellen der Amplitude erforderliche Kraft auf ein Minimum zu reduzieren.

Praktische Versuche zeigen, daß ein Masseelement, das einen

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-ßr-

Wert des Ausdruckes <C 0.2z' _o in der oben angege-

m X Z nvry XiT

benen Formel bei einer Entfernung 1 als innerhalb des Rahmens der Erfindung liegend angesehen werden kann. Für die Entfernung 1 ergibt diese Bedingung die equivalente Bedingung 1 < 0.2 χ z'mp x coso< = O.2 χ ζ'π,ρ , die zeigt, daß für ein Masseelement, das in den Rahmen der Erfindung fällt, der Abstand der Resultierenden der Zentrifugalkraft von der Einstellachse des Elementes ein- bis fünfmal kleiner als die Entfernung vom Schwerpunkt des Elementes zur gleichen Achse ist.

Andere Abweichungen von idealen Masseelement -Bedingungen, wie in Fig. 1 dargestellt, die Anlaß zu Momenten um die Schwenkachse des Elementes ergeben können, umfassen das Ablenkungsmoment D , , des Elementes bezüglich des Achsen-

y ^z

Schnittpunktes y'z'. Wenn dieses Moment von O abweicht, so wird es Anlaß zu einem Moment um die Schwenkachse des Elementes, die x-Achse, nach der folgenden Formel geben:

M_D = -w² χ D ,_z, (cos²o<. - sin² (X '"

Im Falle eines Masseelementes mit JD , A 4. 0.1 χ m χ (zLn) j wird das Moment M^. numerisch etwa so groß sein wie jenes, das vorher für I₁ -I₁^O und mit 1 έθ.2 ^z'tp zugestanden wurde.

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Ein zusätzliches Kriterium, das zu einem Moment um die
Schwenkachse des Elementes Anlaß geben kann,ist dessen Abstand von der Umlaufachse. Eine Mindestentfernung f (nicht dargestellt) zwischen der Umlaufachse und der Schwenkachse des Elementes ergibt unter Bezug auf Fig. 1 ein Moment

ρ
M- = -m χ w χ f χ z'mp χ coso<

Wenn die Bedingung f 4 0.1 χ z'mp eingesetzt wird, so wird ein Moment erreicht, das numerisch mit dem für I , - I₁ /

y ^z F

0 und I^ 0.2 χ ζ' _ρ vorher zugestandenen verglichen werden kann.

Die obigen Bedingungen für die Gestalt des Masseelementes
und für dessen Lagerung in bezug zur Umlaufachse kann in eine Bedingung zusammengefaßt werden, nämlich

^{x 2}

χ ζ

m χ ζ·_τρ < o.z χ ζ _τρ

Für Jede von zwei Abweichungen = 0 wird die Bedingung gemäß dieser kombinierten Formel annähernd diegleiche wie die vorher separat festgesetzten Bedingungen für die verbleibende begrenzte Abweichung sein.

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- xs -

Beispiele von Masseelementen, die die theoretisch vorgeschlagenen Bedinglangen I , - I_z, =0 und D ,_z, = 0 erfüllen, sind in Fig. 2 und 3 der Zeichnung dargestellt. Fig. 2 zeigt einen Halbzylinder und Fig. 3 ein Element, dessen Masse in drei Teilen konzentriert ist, zwei mit der Größe m und eins mit der Größe 2 m, die starr miteinander verbunden sind.

Die praktische Anwendung der Erfindung, wie durch das Ausführungsbeispiels in Fig. 4 veranschaulicht, umfaßt eine Umlaufwelle 1 in der Gestalt eines Rohres, in dem ein Masseelement 2 um eine Schwenkwelle 3 schwenkbar angeordnet ist, die durch die Mittelinie der rohrförmigen Welle verläuft und im rechten Winkel zu dieser steht. Die rohrförmige Welle 1 ist durch zwei Stirnplatten 4 und 5 begrenzt, von denen jede mit einem zentral angeordneten und auswärts vorspringenden Lagerzapfen 6 bzw. 7 versehen ist.

Die beiden Lagerzapfen 6 und 7 dienen als Wellenlager für die Umlaufwelle 1 und bei dem in Fig. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Uralaufwelle in den Stirnplatten einer Vibratortrommel 8 gelagert.

Der Lagerzapfen 6 ist dabei in einem Lager 9 auf der Antriebsseite der Trommel gelagert. Der Trommelantrieb wird durch

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- jr-

einen Hydrauliloniotor 10 bewirkt» der in. einem Trommelralinieii F angeordnet ist, der* die itatriebsfaraft mittels einer Antriebsscheibe 12 auf die Trommel überträgt» die durcli ein Giuimnielement 11 * nachgiebig mit der fraffimelstirapiatte 12 ■wertenden ist.

Ber Lagerzapfen 7» der am emtgegeEEgesetztem Ende der Rolirwelle I abgeordnet ist, ist dcircSiL eim Lager S" im der TroHmelstim— platte 15 gelagert uaad ragt eim StüSck über diese Mnaus. Der JLagerzapfea ist rotorfSraäg wx<ä seita fireies lade trägt eia Zabnrad 14» Ober dieses Zafairad momd eime ZatonaradübersetzTunag 15 wird die HnuLauifwelle 1 dcireii eiüüiea iEydraiLclilsiiaitor 16 angetrieben, der an einem Teil DT afflge^näaiet ist» das djurcli ein Quminiielemeaat 1?" am iranMelratameini F befestigt ist. Ber Lagerzapfen T ist in einem Lager 1E gelagert» Tina im feil 17 umlaufen können«

Das Masseelement 2« das im der· IWLaiiEfwelle 11 schwenkbar ist» ist angeordnet» xm beim linOLaiiif'eim der Welle ¥ibrationen zu erzeugen» die über die Lager 9 aaaf iäie- Trommel 8 übertragen werden. Um diese ^ibratioiiasbewegiiJiEEg stetüerai zm können, ist das Dretimoment des. Masseelmeiimtes. Im Abhängigkeit -warn Um-

lauif der Welle dmren Sctoseenkeni am£ dier Scnweaakwelle 3 variable. Bei dem in der Zeichnung dargestelltem

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wird dies Eiittels Sinstelleinrichtungen bewirkt, die aus einer Platte 20 mit einem Längsschlitz 19 bestehen, der in der Welle 1 axial verstellbar ist. Eine Ende der Platte ist mit einem Steuerstab 21 verbunden _t der durch den ringförmigen Lagerzapfen 7 und die Stirnplatte 5 hindurch in die Welle 1 hineinragt» während das andere Ende derPlatte 20 Etit einer ringartigen Steuereinrichtung 22 versehen ist, die auf einein runden Führungszapfen 23 zu gleiten vermag, der von der Mitte der Stirnplatte 4 in die Welle 1 hineinragt. Um eine Relativdurehunig der Platte 20 gegenüber der Welle 1 zu verhindern, sind Führungsstücke 24 an der Innenseite der Wand der Welle angeordnet und mit Schlitzen versehen, in denen die Platte 20 gleiten kann.

Die Platte 20 ist zentral innerhalb der Welle 1 angeordnet und so ausgerichtet, daS die Schwenkwelle 3 des Masseelementes 2 sich durch den Schlitz 19 der Platte in einem rechten Winkel zu deren Oberfläche erstrecken kann. Die Platte 20 kann auf diese Weise in Längsrichtung des Steuerstabes 21 bewegt werden, ahne dabei durch die Schwenkwelle 3 gestört zu werden.

Das Masseelement 2 kann in zwei gleich große Hälften unterteilt sein, die beiderseits der Platte 20 auf der Schwenkwelle 3 angeordnet sind» In einer Entfernung von der Schwenk-

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welle 3 und parallel zu dieser ist das Masseeleineirt mit einer Antriebsstange 25 versehen, die die beiden Hälften des Elementes miteinander verbindet und sich durch einen Schlitz 26 in der Platte 20 hindurch erstreckt. Wenn die Platte 20 durch den Steuerstab 21 axial bewegt wird, wird das Masseelement 2 durch die Antriebsstange 25 gezwungen, eine Schwenkbewegung auszuführen, die das Dreh-moment des Elementes in Abhängigkeit vom Umlaufen der Welle 1 und infolgedesse die Amplitude der Vibrationsbewegung verändert, die während des Umlaufens der Welle erzeugt wird.

Der Steuerstab 21 kann bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel in einerEinrichtung 29 an der Platte 20 relativ zu dieser umlaufen. Das entgegengesetzt liegende Ende des Steuerstabes 21 ist mit einem Hebelsystem 27 verbunden, das mit Hilfe eines hydraulischen Stellgliedes 28 die gewünschte Bewegung auf den Steuerstab 21 überträgt. Das hydraulische Stellglied wird über Hydraulikschläuche mit Druckmedium versehen und das Einstellen eines Ventiles wird von der Fahrerplattform der Walze über einen Draht bewirkt (nicht dargestellt). Dank der geringen Einstellkräfte, die zum Schwenken des Masseelementes erforderlich sind, kann die Größe des hydraulischen Systems und des Exenter-Einstellsystems auf einem Minimum gehalten werden, was darüber hinaus

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auch die Risiken eines Leckens des Hydrauliksystems herabsetzt und infolgedessen kann der gewünschte Wert des Exenter momentes des Masseelementes mit großer Zuverlässigkeit eingestellt werden.

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Claims

DipUng.W.Dahlke V . cite κ .";-■-, " :ν^-ί>3 26. April 1978 5v;w ·""- L-Hg/Kl Dynapac Maskin Aktiebolag S οIna, S chweden Patentansprüche

1. Vibrationsvorrichtung mit einem Masseelement bzw. mehreren Masseelementen, das bzw. die auf einer in Umlauf versetzbaren Welle angeordnet, im rechten Winkel zu dieser gelagert und mittels einer Einrichtung zur Erzeugung einer kontinuierlich veränderbaren Amplitude während des Umlauf ens der Welle schwenkbar ist bzw. sind, dadurch gekennzeichnet , daß die Verteilung der Masse und die Stellung jedes Masseelementes auf seiner Schwenkachse relativ zur Umlaufwelle die folgenden Bedingungen erfüllt

Fv' * ¹Z' ^{+ 2 D}v'zM

m χ z'_Tp ^ ^Ό"^ί ^{x z} TP ,

wobei f der Abstand zwischen der Mittellinie der Schwenk-

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-z-

achse und der Umlaufwelle ist; I , das Trägheitsmoment des Masseelementes bezüglich einer ersten Achse (y') in einem System von Koordinaten (y'z¹ Fig, 1) ist, die im rechten Winkel zur Schwenkachse steht; I , das !Trägheitsmoment des Masseelementes bezüglich einer zweiten Achse (z¹) ist, die im rechten Winkel zur ers ten Achse (y¹) und der Schwenkachse steht und durch den Schwerpunkt (TP) des Masseelementes verläuft;

D , , das Ablenkungsmoment des Masseelementes bezüglich der beiden vorgenannten Achsen (y¹ , z') ist·,

m die Masse des Masseelementes ist und

z'mp der Abstand vom Schwerpunkt des Masseelementes zur Schwenkachse (x) längs der zweiten Achse (z¹) ist.

2. Vibrationsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Trägheitsmoment (I₁) des Masseelementes um die Koordinatenachse (die z¹-Achse), die durch den Schwerpunkt des Elementes verläuft und im rechten Winkel zur Schwenkachse steht und durch diese Schwenkachse verläuft (die x-Achse, Fig. 1), gleich

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groß ist, wie das Trägheitsmoment um eine Koordinatenachse (die y¹-Achse), die im rechten Winkel sowohl zur z-Achse als auch der Schwenkachse steht.

3. Vibrationsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Ablenkungsmoment (D i_zi) bezüglich der Koordinatenachsen y¹ und z' O ist.

4. Vibrationsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Abstand zwischen den Mittellinien der Schwenkachse und der Umlaufwelle des Masseelementes O ist.

5. Vibrationsvorrichtung nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß jedes und eines der Masseelemente hauptsächlich aus Körpern besteht, die rotationssymetrisch um die Schwenkachse angeordnet sind, wobei die beiden Hälften der Körper durch Schnittebenen begrenzt sind, die die Schwenkachse enthalten.

6. Vibrationsvorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Einstelleinrichtung (20, 21), die axial zur Umlaufwelle (1) verstellbar ist, durch Antriebseinrichtungen (25, 26), die mit dieser zu-

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sammenwirken, um eine Änderung des Drehmomentes zu erreichen, die durch die Änderung der Exentrizität des Masseelementes (2) relativ zur Umlaufwelle (1) bewirkt wird.

7. Vibrationsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Umlaufwelle (1) über einen Teil ihrer Länge rohrförmig gestaltet ist und daß jedes der Masseelemente (2) bzw. das Masseelement innerhalb des rohrförmigen Teiles der Umlaufwelle auf einer Schwenkwelle (3) im rechten Winkel zur Umlauf welle (1) schwenkbar angeordnet ist.

8. Vibrationsvorrichtung nach Anspruch 6 und 7, die nur ein Masseelement umfaßt, dadurch gekennzeichnet , daß die Vorrichtung in einer Trommel (8) einer Vibrationswalze angeordnet ist, daß das Masselement mit seiner Schwenkachse (3) in einer Ebene angeordnet ist, die durch den Schwerpunkt der Trommel (8) verläuft und im rechten Winkel zur Umlaufachse steht, und daß die im rechten Winkel zur Umlaufwelle (1) stehende Ebene, die die Resultierende der Vibrationserzeugenden Zentrifugalkraft enthält, die mit der Welle (1) umläuft und auf das Masseelement einwirkt, für alle Vibrationsamplituden, die mit der EiiBtelleinrichtung eingestellt

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sind, am gleichen Punkt bzw. praktisch gleichen Punkt schneidet.

9. Vibrationsvorrichtung nach Anspruch 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Umlaufwelle (1) rohrförmig gestaltet ist und durch Stirnplatten (4, 5) begrenzt ist, von denen jede mit einem Lagerzapfen (6 bzw. 7) versehen ist, die koaxial zur Umlaufwelle vorspringen, und daß das Masseelement (2) innerhalb der Umlaufwelle auf einer Schwenkachse (3) gelagert ist, die im rechten Winkel zu dieser steht, und durch deren Mittellinie verläuft, daß eine Platte (20) mit einem Längsmittelschlitz (19) vorgesehen ist, die innerhalb der Umlaufwelle axial verschiebbar angeordnet ist und deren eines Ende mit einem Steuerstab (21) versehen ist, der durch eine Axialbohrung in einem Lagerzapfen (7) in die Umlaufwelle (1) vorspringt, und deren anderes Ende auf einem Führungszapfen (23) zugleiten vermag, der von der an diesem Ende liegenden Stirnplatte (4) in die Umlaufwelle vorspringt, wobei die Platte (20) so in der Umlaufwelle orientiert ist, daß die Schwenkwelle (3) des Masselementes (2) sich durch den Mittelschlitz (19) der Platte im rechten Winkel zur Umlaufwelle (1) erstreckt, und wobei die Platte (20) mit einem Schlitz (26)

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versehen ist, der radial zur Umlaufwelle angeordnet ist und eine vom Masseelement (2) getragene Antriebsstange aufnimmt, die parallel zur Schwenkwelle (3) verläuft.

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