JP4131433B2

JP4131433B2 - 突固め機

Info

Publication number: JP4131433B2
Application number: JP2002546817A
Authority: JP
Inventors: リヒター、ヴォルフガング
Original assignee: Hamm AG
Current assignee: Hamm AG
Priority date: 2000-11-29
Filing date: 2001-11-27
Publication date: 2008-08-13
Anticipated expiration: 2021-11-27
Also published as: EP1337713A1; ATE420245T1; US6829986B2; US20040028472A1; WO2002044475A1; EP1337713B1; DE50114647D1; JP2004514811A

Description

【０００１】
本発明は、請求項１の前提部分に従う、少なくとも１つの振動ドラム（oscillating drum）を具える突固め機（コンパクター、締固め機）に関する。
【０００２】
一般的な突固め機が、ＥＰ０５３０５４６Ａから公知である。公知の突固め機は、振動励起機（oscillation exiter）の複数の不平衡励振機軸（unbalance exiter shaft）と機能的に接続されている、少なくとも１つの走行ドラムを具える。これらの軸は、ドラム軸に平行に配置され、同期して回転し、ローラが、随意に、主に動的な剪断荷重または圧力荷重を地面に加えるようにする。
【０００３】
同様の解決法が、ＤＥ２９８０５３６１Ｕから公知である。
【０００４】
振動（oscillation）は、互いに反対方向に回転する不平衡ウェイト（unbalance weight）を持つ、少なくとも２つの励振機軸により発生する。これにより、動作方向が水平方向から垂直方向へと旋回可能である、有向振動（方向を持った振動）が生じる。ローラ・ドラムの振幅は一定であり、振動方向のみが変わるようになっている。
【０００５】
さらに、円形振動機による振動の発生が公知である。この振動機では、不平衡ウェイトが、好ましくはドラム中心の軸に配置され、回る力を発生させる。同一方向に回転し、位相を互いに対して調節可能な２つの不平衡ウェイトを使用する場合、結果として生じる突固め力の大きさは、位相位置を変えることにより変化させることができる。運転条件に適合させるための別のパラメータは、振動周波数の変動である。
【０００６】
突固め力と周波数の適合に関する前記した機械的解決法に基づき、地面の機械的データを測定し、ローラ・パラメータを調節する方法が、ＷＯ９８／１７８６５から公知である。
【０００７】
振幅と周波数とを無限に調節可能な円形振動機を持つ振動ドラムから進んで、本出願人は、ローラ・パラメータの走行速度、振幅、および周波数を各運転条件に自動的に適合させることを扱っている。この種の振幅および周波数の調節は、機器構成と関係して非常に複雑である。ＥＰ０５３０５４６ＡおよびＤＥ２９８０５３６１Ｕに記載された、互いに反対方向に回転する不平衡ウェイトを持つ前記振動機における振動の動作方向の調節にも、同じことが当てはまる。これは、ここでは少なくとも２つの励振機軸が使用され、その回転運動を互いに対して釣り合わせる必要があるからである。
【０００８】
同等の条件で、円形振動機は、互いに反対方向に回転する不平衡ウェイトを持つ振動機の有向振動よりも高い突固め値を達成する。前記振動機の有向振動により、一方向のみに作用する圧力が地中で発生し、したがって、突固めすべき下層土の異なる層が、限られた程度だけずれることにより、突固めが可能になる。例えば、建物に伝わる振動を減少させるために、この振動の動作方向を垂直方向から水平方向へ旋回させると、下層土に伝えることのできる剪断応力は非常に小さくなる。
【０００９】
ＥＰ００５３５９８に記載された突固め方法を適用する場合、円形振動機の原理による深さに有効な振動を使用し、またはトルクにより発生する振動ドラムの運動を使用して、突固めを随意に行うことができる。前記ドラムの運動により、主に下層土中に剪断応力が発生する。互いに反対方向に回転する不平衡ウェイトを持つ調節可能な振動機と同様に、振動ドラムの運動は、装置およびその周囲の振動応力を減少させるが、互いに反対方向に回転する不平衡ウェイトを持つ振動機よりも高い突固め値を達成させる。この方法は、同一の回転方向に１８０゜の位相ずれを伴って同期して回転する２つの励振機軸を具える。したがって、２つの励振機軸により発生しドラムに作用する互いに反対方向の力は補償される。ドラムに作用するドラム軸周りのトルクが発生する。交互する符号を持つこれらのトルクにより、ドラムの振動運動が生じ、同等に高い深さ効果を持つ剪断応力が下層土中で発生する。より高い深さ効果が必要な場合、円形振動機の効果が達成されるように、位相ずれを１８０゜から０゜に減少させる。この概念の基本的な欠点は、この機器構成では、定義されていない振動条件を出現させることなく、振幅を無限に調節することができない点である。別の欠点は、構成費用が高いことである。
【００１０】
本発明の目的は、前記したタイプの突固め機を機械的構成に関して単純化し、突固めすべき材料への力の導入を最適化して急速な突固めを可能にする振動運動を発生させることができるようにすることである。
【００１１】
この目的は、請求項１の特徴により達成される。
【００１２】
本発明により有利に提供される振動励起機は、ドラムの楕円振動を発生させるための振子式振動機を具え、前記振動機が有する振子式ハウジングは、ドラム軸を中心に振動（揺動）し、振子式ハウジング内でドラム軸に対してある半径方向距離を置いてドラム軸に平行に支持された、単一の不平衡励振機軸を具える。
【００１３】
振子式振動機を使用することにより、円形振動機の単純な構成、および互いに反対方向に回転する不平衡ウェイトを持つ有向振動機の調節能力の利点と、振動ドラムの運動の突固めに関する利点とが組み合わされる。励振機軸上で回転する不平衡ウェイトは、回る力を発生させる。励振機軸は、ドラム軸を中心に旋回可能となるように振子式ハウジング内に支持されるため、振子の縦軸（longitudinal axis）方向外側に伝わる力はほんのわずかである。振子の縦軸に対してある角度で延びる不平衡ウェイトの力成分により、振子式ハウジングに作用するドラム軸周りの推進力（momentum）が発生し、したがって振子の偏位が生じる。不平衡ウェイトの高い周波数と、振子式ハウジングの質量慣性とにより、振子運動の角度を小さく維持することができる。
【００１４】
振子式ハウジングの振子振動により、一般に楕円形のドラム振動が生じる。
【００１５】
振子式ハウジングは、好ましくは、ドラム内側の転がり軸受を介して、ドラムの半径方向に支持される。この半径方向の支持は、振子式ハウジングの半径方向外周部で、または軸側面の振子式ハウジングの対応する半径方向ハウジング段部で行うことができる。この半径方向の転がり軸受は、振子式ハウジングの振動をドラムに伝える。
【００１６】
ドラム軸を通って延びる垂直面に対する振子式振動機の縦軸の角度位置が、調節手段の助けにより調節可能である。したがって、ドラム軸を通って延びる垂直面に対する楕円振動の方向が、例えば±９０゜の範囲で調節可能である。振子式振動機の角度位置を調節するための調節手段と振子式ハウジングとの間に、振子振動を可能にし、かつ制限する減衰要素が配置される。減衰要素は、調節手段の調節レバーと振動する振子式ハウジングとの間の結合要素として働く。調節レバーは、振子式振動機の縦軸の角度位置を事前設定し、減衰要素により、前記角度位置を中心とした振子式ハウジングの振動が、ある範囲で可能になる。
【００１７】
振子式ハウジングの縦軸（longitudinal axis）は、振子式振動機の駆動軸と不平衡軸とにより画定された平面に位置する。
【００１８】
振動駆動装置により発生した振動の楕円の形は、一方では振子式ハウジングの角度位置により、他方では不平衡励振機軸の速度により変化し得る。したがって、楕円振動の方向および強さを調節することができる。
【００１９】
振子式振動機の駆動軸は、ドラム軸に同軸に配置され、振子式ハウジング内に支持される。
【００２０】
振子式振動機の駆動軸は、中間歯車を介して不平衡励振機軸に結合される。中間歯車はベルト駆動装置を具えることができる。
【００２１】
あるいは、不平衡励振機軸を直接電気的に、または流体静力学的に駆動するように適合されることができる。この場合、中間歯車と振子式振動機の駆動軸とを省略することができ、これにより構成費用が減少する。
【００２２】
１つの実施形態では、軸方向に、２つのドラムが並列に配置され、共通の振子式振動機を具えるようになされている。２つのドラムには、独立したドラム駆動装置を設けることができる。
【００２３】
以下で、図面を参照しながら、本発明の実施形態について詳細に説明する。
【００２４】
図１に示すロード・ローラ１は、シャーシ３と、２つの後輪７および前ドラム４を有する車輪駆動装置とを具える。
【００２５】
図２はドラム４の横断面図であり、本実施形態は、２つのドラム区画４ａ、４ｂを具える分割ドラム４を示す。ドラム区画４ａ、４ｂには、それぞれドラム駆動装置９ａ、９ｂを設けることができ、前記ドラム駆動装置により、ステアリング動作中に２つのドラム区画が相対移動できるようになる。
【００２６】
ドラム駆動装置９ａ、９ｂを固定する接続フランジ１３が、ゴム要素１５を介して装置フレーム３に弾性接続される。
【００２７】
ドラム駆動装置９ａ、９ｂは車両シャーシ３において接続フランジ１３に固定され、各内側フランジ１１ａ、１１ｂを介してドラム区画４ａ、４ｂを駆動する。
【００２８】
ドラム４は、内部に振子式振動機１０を収容し、振子式振動機１０は、ドラム駆動装置９ａを通ってドラム軸２に同軸に延びる駆動軸２２により駆動される。駆動軸２２は振動駆動装置６に接続される。
【００２９】
振子式振動機１０は、振子式ハウジング８を必須に具え、振子式ハウジング８は、振子式ハウジング８内に支持される単一の不平衡励振機軸１２を具える。不平衡励振機軸１２には、不平衡励振機軸１２に堅く固定された不平衡ウェイト１６が設けられる。
【００３０】
駆動軸２２は、振子式ハウジング８内に配置され、例えばベルト駆動装置２４を具える中間歯車を介して、不平衡励振機軸１２に接続される。ベルト駆動装置２４は、歯付きベルト３４を具えることができ、歯付きベルト３４は、駆動軸２２および／または不平衡励振機軸１２上の歯車３６、３８を介して循環し、駆動エネルギーを不平衡励振機軸１２に伝える。ウェイトの同期運転は必要がないため、Ｖベルトを使用することもできる。
【００３１】
図２に示す実施形態では、振子式ハウジング８が、ドラム軸２に同軸な旋回軸を中心に旋回可能である。
【００３２】
図２に示す実施形態では、振子式ハウジング８は、その外周に配置された転がり軸受３０を介してドラム区画４ａ、４ｂに半径方向に支持される。振子式振動機１０の駆動軸２２は、転がり軸受３２を介して振子式ハウジング８内に支持される。
【００３３】
図示した実施形態の代替形態として、振動駆動装置６が不平衡励振機軸１２を直接駆動することができ、この振動駆動装置６は電動機または水力モータを具えることができる。直接駆動を使用する場合には、駆動軸２２と、ベルト駆動装置２４を含み駆動軸２２と不平衡励振機軸１２の間に配置された中間駆動装置とが省略される。
【００３４】
ピストン・シリンダ・ユニットを好ましくは具える調節手段５が、シャーシ要素１３の一端部に固定され、軸２１に隠れているため図２には示されない調節レバーを作動させる。この調節レバーの助けにより、ドラム駆動装置９ｂを通って延びる軸２１が回転可能となる。軸２１は調節レバー２３に接続され、調節レバー２３の半径方向端部が、少なくとも１つの減衰要素２０を介して振子式ハウジング８に接続される。調節レバー２３はまたディスクを具えることができ、ディスクの外周では、複数の減衰要素２０が振子式ハウジング８に結合される。したがって、調節手段５の助けにより、振子式振動機１０が、ドラム軸２を通って延びる垂直面に対して調節可能となる。
【００３５】
図３を見ると最もよくわかるように、振子式ハウジング８は、調節手段５の助けにより、垂直静止位置から±９０゜の範囲で無段階に調節可能である。
【００３６】
少なくとも１つの不平衡ウェイト１６が、不平衡励振機軸に固定され、回転時に遠心力を発生させる。遠心力の大きさは、不平衡の大きさと励振機軸の速度に応じて決まる。遠心力は、同一の強さで各方向に作用する。
【００３７】
不平衡励振機軸１２は振子式ハウジング８内に支持され、振子式ハウジング８は、ドラム中心軸２を中心に振動（揺動）するように、不平衡励振機軸１２と平行に吊り下げられる。振子式ハウジング８をこのように振子式に吊り下げることにより、遠心力を、不平衡励振機軸からドラム軸中心の方向のみに完全に伝えることができる。この面に対し垂直に及ぶ力により、振子式ハウジングがその静止位置から偏位する（振子振動）。
【００３８】
振子式振動機１０のウェイトは、そのドラム軸２周りの慣性に対抗して旋回される必要がある。これにより、前記した直接伝わる遠心力に直交して作用する反力がドラム軸２に発生する。
【００３９】
不平衡励振機軸からドラム軸へ直接伝わる力成分と、この力に直交して作用する力成分とにより、ドラムの楕円振動が発生する。
【００４０】
主な振動面（励振機軸〜ドラム軸間）に直角に作用する力の大きさは、振子式ハウジングの重心の位置と、不平衡励振機軸１２とドラム中心および／または振子吊下げ位置との間の距離とに応じて決まる。
【００４１】
したがって、この構成では、励振機軸とドラム軸２との間の距離、および／または振子式ハウジングの重心とドラム中心との間の距離がゼロになるときに、円形振動をドラム内に発生させることができる。距離が無限に近いときには、ほぼまっすぐな直線が作られる。
【００４２】
距離を適切に選択することにより、やや平坦な振動楕円を生じさせることができる。これは、数学的にも、実験的にも証明することができる。
【００４３】
振動楕円の位置は調節手段５を使用して調節可能であり、調節手段５の助けにより、振動する振子式ハウジング８の角度位置を変えることができる。
【００４４】
図３は、ａ、ｂ、ｃで示す振子式ハウジング８の３つの角度位置と、各々におけるドラムの振動とを示す。位置ａは、主軸が垂直に延びる楕円形のドラム振動を伴う振子式振動機１０の垂直位置を示す。振子式ハウジング８の位置ｂでは、主軸が垂直線に対して例えば４５゜の角度で延びるドラム振動が発生する。最後に、振子式ハウジングは９０゜の角度まで旋回させることができ、これにより、主軸が水平に延びる位置に楕円形のドラム振動を調節することができる。
【００４５】
角度位置ａ、ｂ、ｃの中間のいずれの位置にも調節可能である。
【００４６】
振子式ハウジングの縦軸に対してある角度で延びる不平衡ウェイト１６の力成分により、ドラム軸２に同軸に延びる振子式ハウジング８の旋回軸周りの推進力（momentum）が発生し、したがって振子式ハウジング８の偏位が生じる。不平衡ウェイト１６の高い周波数と、振子式ハウジング８の質量慣性とにより、また減衰要素２０を設けることにより、振子式ハウジングの振動角度を小さく維持することができる。例えば、振子式ハウジング８は、調節手段５の助けにより、中心位置として調節された角度位置に対して±３゜の範囲で振動（oscillate）または震動（vibrate）する。
【００４７】
突固め強さに関して最適な振動方向は、突固めプロセス中に振動形状を測定することにより達成することができる。突固めされていない下層土中の振動と比較した、下層土の突固めが進むにつれて生じる振動形状の変化は、突固めの測定値となる。この測定値は、振動方向を制御するための基準可変入力となる。例えば、突固めされない下層土では角度位置ａを選択し、突固めプロセスの完了後には位置ｃを選択することができる。したがって、ロード・ローラ１を下層土の状態に適合させることができる。調節手段５は自動で作動させても、手動で制御してもよい。自動操作中、ローラ・ドラムの楕円振動運動の振動形状および／または変化がモニタされる。ロード・ローラ１の走行中、振動を分析することにより、下層土の質が決定される。振動分析の結果を使用して、機械制御により振動方向を自動的に調節することができる。これと関連して、流体静力学的振動駆動装置６により不平衡励振機軸１２の速度制御を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるドラムを持つロード・ローラを示す図である。
【図２】内部振子式振動機を持つドラムの横断面図である。
【図３】振子式振動機の角度位置を、ドラムの各形状の振動と共に示す概略図である。

Claims

ドラム軸（２）を中心に回転可能な少なくとも１つの走行ドラム（４、４ａ、４ｂ）と、ドラム（４、４ａ、４ｂ）内に支持された振動励起機とを具える突固め機であって、
振動励起機が、振子式ハウジング（８）を具える振子式振動機（１０）を具備し、
振子式ハウジング（８）が、ドラム軸（２）に同軸に延びる旋回軸を中心に旋回可能であり、かつ振子式ハウジング（８）の該旋回軸の周り方向の角度位置が、ドラム軸（２）を通って延びる垂直面に対して調節可能な旋回角度まで調節可能であり、
振子式振動機（１０）が、振子式ハウジング（８）内でドラム軸（２）に対してある半径方向平行距離を置いて支持された、単一の不平衡励振機軸（１２）を具え、
不平衡励振機軸（１２）には不平衡ウェイト（１６）が設けられ、
不平衡励振機軸（１２）を中心に不平衡ウェイト（１６）を回転することにより振子式ハウジング（８）が、前記旋回軸の周り方向について調節された角度位置を中心に振動し、
もって振子式振動機（１０）が、前記旋回軸の周り方向について調節されたハウジング（８）の角度位置に応じた方向に主軸が延びる楕円形のドラム振動を発生させることを特徴とする突固め機。
振子式ハウジングがドラム軸（２）に同軸に支持されることを特徴とする、請求項１に記載の突固め機。
振子式ハウジング（８）が、ドラム（４、４ａ、４ｂ）の楕円形の振動を発生させるために、不平衡励振機軸（１２）に設けられて不平衡励振機軸（１２）を中心に回転する不平衡ウェイト（１６）により生じる振子式ハウジングの旋回軸周りのトルクを打ち消す慣性モーメントを有していることを特徴とする、請求項１または２に記載の突固め機。
振子式ハウジング（８）が、ドラム（４、４ａ、４ｂ）内の転がり軸受（３０）を介して半径方向に支持されることを特徴とする、請求項１から３の一項に記載の突固め機。
ドラム軸（２）を通って延びる垂直面に対して振子式ハウジング（８）の前記旋回軸の周り方向の角度位置を調節するための調節手段（５）と、振子式ハウジング（８）との間に、振子式ハウジング（８）の振子振動を可能にする減衰要素（２０）が配置されることを特徴とする、請求項１から４の一項に記載の突固め機。
突固め強さが、振子式ハウジング（８）の前記旋回軸の周り方向について調節された角度位置と、不平衡励振機軸（１２）の速度とにより、楕円振動を通して変化し得ることを特徴とする、請求項１から５の一項に記載の突固め機。
振子式振動機（１０）の不平衡励振機軸（１２）を駆動する駆動軸（２２）が、ドラム軸（２）および前記旋回軸に同軸に配置され、振子式ハウジング（８）内に支持されることを特徴とする、請求項１から６の一項に記載の突固め機。
振子式振動機（１０）の駆動軸（２２）が、中間歯車を介して不平衡励振機軸（１２）に結合されることを特徴とする、請求項７に記載の突固め機。
中間歯車がベルト駆動装置（２４）を具え、
ベルト駆動装置（２４）は歯付きベルト（３４）を具え、
歯付きベルト（３４）は駆動軸（２２）および不平衡励振機軸（１２）上の歯車（３６、３８）を介して循環し、駆動エネルギーを不平衡励振機軸（１２）に伝えることを特徴とする、請求項８に記載の突固め機。
不平衡励振機軸（１２）が直接電気的に、または流体静力学的に駆動されるように適合されたことを特徴とする、請求項１から９の一項に記載の突固め機。
軸方向に、２つのドラム（４、４ａ、４ｂ）が並列に配置され、共通の振子式振動機（１０）を具えることを特徴とする、請求項１から１０の一項に記載の突固め機。
突固めプロセス中に前記楕円形の振動の変化をモニタする測定手段と、この測定手段によるモニタ結果に基づき振動を分析しこの振動分析の結果に応じて、機械制御による振子式ハウジング（８）の前記旋回軸の周り方向の角度位置を自動的に調整する制御手段をさらに具えることを特徴とする、請求項１から１１の一項に記載の突固め機。