對垂直振動壓路機振動壓實技術(shù)的研究

周保成

摘 要：在公路建設(shè)中，傳統(tǒng)的壓路機已經(jīng)暴露出越來越多的不足。這時，垂直振動壓路機在施工過程中的各項工作活動和項目指標(biāo)方面展現(xiàn)出其優(yōu)勢所在。我國垂直振動壓路機僅有10多年的歷史，其無論是在性能、技術(shù)還是效率上，較之于國外而言還有一定差距。但是，隨著近幾年來科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，計算機輔助技術(shù)已應(yīng)用到垂直振動壓路機的工作之中，這為我國垂直振動壓路機的研究帶來了良好的效益。筆者通過研究比較，分析垂直振動壓路機的發(fā)展、工作原理，并分析其優(yōu)越性。最后根據(jù)其在我國的發(fā)展現(xiàn)狀，初步分析其前景。

關(guān)鍵詞：垂直振動壓路機；工作原理；前景

1 引言

近幾年來，隨著“十二五”計劃和西部大開發(fā)戰(zhàn)略的要求，我國的公路建設(shè)體系更加完善。在公路建設(shè)的過程中，垂直振動壓路機的高效性和經(jīng)濟性日益被工作人員所看好。就目前形式來看，傳統(tǒng)的壓路機在壓實過程中的工作效率越來越低，各零部件和系統(tǒng)都逐漸被淘汰。但是，我國垂直振動壓路機在各項性能的方面還存在許多不足。例如，在零部件的配備、全液壓系統(tǒng)的處理、計算機輔助系統(tǒng)等各方面，我國現(xiàn)有技術(shù)都難以將其作用發(fā)揮至最大。因此，對于垂直振動壓路機的研究具有巨大的現(xiàn)實意義。通過不斷的引進(jìn)國外先進(jìn)技術(shù)和獨立自主的研究，將我國的垂直振動壓路機各方面性能逐步提高，并通過仿真模型以及根據(jù)現(xiàn)實問題，找出垂直振動壓路機的存在的不足之處，通過演算與實踐解決這些問題，將垂直振動壓路機的工作效率和優(yōu)勢全部展現(xiàn)出來，更好的投入到道路建設(shè)之中。

2 垂直振動壓路機的發(fā)展

早在十九世紀(jì)前期，德國就已經(jīng)制造出了振動壓路機，并將其應(yīng)用到實際的工程建設(shè)之中。從世界整體角度而言，德國生產(chǎn)的垂直振動壓路機也處在最前列。除此以外，美國在設(shè)備的制造和生產(chǎn)研究以及市場推廣方面也占較大優(yōu)勢。這些國家生產(chǎn)的設(shè)備無論是在各項性能指標(biāo)還是工作效率，以及外觀的設(shè)計上，都體現(xiàn)出了其高效、經(jīng)濟、美觀的原則。同時，網(wǎng)絡(luò)化和全自動化的推廣，也是的垂直振動壓路機更受世人青睞。

與此同時，我國對于垂直振動機的壓實工作研究也在進(jìn)行之中。我國的技術(shù)較美國、德國有著明顯的不足，但通過不斷的自主研發(fā)與技術(shù)創(chuàng)新，在數(shù)字化研究和液壓系統(tǒng)控制方面也取得了較好的效果。截止至今，在振動壓路機智能化等方面，我國已做到獨立開發(fā)研究并獲得相應(yīng)知識產(chǎn)權(quán)。

3 工作原理分析

傳統(tǒng)的壓路機采用圓振動的方式，高速旋轉(zhuǎn)的振動器使得鋼輪產(chǎn)生振動，這種振動傳遞給土壤進(jìn)而產(chǎn)生壓實效果。而垂直振動壓路機是在安裝振動器的同時安裝同步反向旋轉(zhuǎn)的兩組偏心塊。這兩組偏心塊的作用就是鋼輪運作過程中，其水平方向的力能夠抵消和垂直方向的力進(jìn)行疊加。這種情況下，受力部分的土壤就獲得了比較前者受力更大的垂直力，同時，垂直振動壓路機會保持這種恒定的受力接觸，從而使得受力土壤部位的獲得最佳的壓實效果。在這個過程中，垂直振動壓路機可以將最大限度的能量盡可能的傳遞到壓實部位，而且水平方向的力量相互抵消也使得壓實過程中其他部分受力很小，壓實部位周圍的環(huán)境基本沒有受到影響。

4 垂直振動壓路機的主要優(yōu)勢分析

通過對比傳統(tǒng)圓振動壓路機和新型的垂直振動壓路機，筆者發(fā)現(xiàn)無論從性能指標(biāo)、能量轉(zhuǎn)移、壓實時間和效果以及實際工作效率等各方面，垂直振動壓路機都占較大優(yōu)勢，其主要優(yōu)勢總結(jié)如下：

4.1 能量損失小

在垂直振動壓路機的原理中可以看出，由于垂直方向的疊加力和水平方向受力抵消，使得所有的能量都集中在垂直受力的土壤上。周圍的土壤環(huán)境基本不受影響，能量的損失很小。通過實際工作中的對比可以發(fā)現(xiàn)，針對同一質(zhì)量的土壤，達(dá)到同樣的壓實效果。垂直振動壓路機的往次數(shù)僅是圓振動壓路機的二分之一。也就是說，垂直振動壓路機工作一次，對受力土壤產(chǎn)生的能量是圓振動壓路機的二倍甚至更多。另外，垂直作用的力量和能量能夠使地表波傳遞程度較輕，具有一定程度上的環(huán)保意義。

4.2 行進(jìn)過程更穩(wěn)定

垂直振動壓路機在實際的工作過程中，一方面由于水平方向力量相互抵消，即不存在水平力的干擾。因此行進(jìn)過程的穩(wěn)定性更好，解決了在較大的振動作用下，行進(jìn)問題和振動之間的矛盾；從另一方面來看，垂直振動的壓實工作能夠使土壤堅實，且未壓實部分與壓實部分具有明顯的區(qū)分。而圓振動壓路機的工作常造成周圍土壤受到壓實工作影響，難以區(qū)分具體的壓實部位，行進(jìn)過程也會被打亂。所以說，垂直振動壓路機不但克服了激振力和行走過程的問題，還使得行走過程更加筆直、更加穩(wěn)定。

4.3 壓實效果好

垂直振動壓路機在作業(yè)過程中，壓實的表面基本沒有松散的土壤和裂紋現(xiàn)象，由于行進(jìn)的過程中沒有擁土，所以其壓實后的土壤平整度良好。與此同時，壓實工作后的土壤和其他混合料之間混合均勻，能夠保障道路建設(shè)中的路面表層和路基層有效結(jié)合、表層的水封性好、壓實的質(zhì)量也就更好。在確保瀝青和骨料混合物的充分均勻壓實的同時，路面的粗糙程度也良好，因此最終公路的質(zhì)量也可以保證。傳統(tǒng)的圓振動壓路機在壓實作業(yè)中，土壤壓實到一定程度就會重新松散，這其中的關(guān)鍵力度和振動壓實時間都很難同時控制，也就使得壓實材料與骨料不能充分混合，壓實度難以提高。在比較中可以看出，垂直振動壓路機意味著單純的垂直力，壓實工作介意增加材料的強度并無副作用，壓實效果更佳。

4.4 節(jié)省功率

壓實工作的壓實材料對工作的難度起著決定性的影響。例如，材料剛度較大的，在某種程度上難以成型，但成型后卻能很好的保持其成型效果，穩(wěn)定性較強；而材料剛度較小的材料，成型過程中看似簡單，但是成型效果卻往往差強人意。同樣的，不同種類的壓實材料對垂直振動壓路機的要求也就不同，振動輪的工作次數(shù)、振動功率以及壓實時間都需要根據(jù)材料制定不同應(yīng)對方案。對于同樣的壓實材料和同樣的工作環(huán)境，垂直振動壓路機的振動壓實過程由于不存在水平力的干擾，至保持垂直方向的跳動，因此就達(dá)到同等壓實效果的情況下來看，垂直振動壓路機可以節(jié)省工作的功率，達(dá)到功率的最大發(fā)揮效果。

4.5 工作時間長

其原理依然是受力問題的影響。傳統(tǒng)圓振動壓路機由于工作過程中，振動壓實工作經(jīng)常出現(xiàn)受力混亂，各個方向均受力導(dǎo)致壓實輪與壓實材料產(chǎn)生各個角度和方向上的摩擦，從而減少了壓實輪的使用壽命。而垂直振動壓路只存在垂直方向的受力，輪體與壓實材料接觸時摩擦小，其受到的損害就較小。不僅如此，由于其垂直受力的特性，工作過程之中給機體帶來的損害就相對較少，機械耐久性增加，同時對駕駛?cè)藛T的傷害也降至最低，延長了使用的時間。

5 應(yīng)用前景

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和日益復(fù)雜的工程項目要求，我國的垂直振動壓路機還有很多需要技術(shù)改進(jìn)和創(chuàng)新的地方。研究人員可以通過激振系統(tǒng)進(jìn)行改革，使過程中由激振力帶來的壓實效果更明顯，亦可以通過利用仿真模型研究固定的偏心塊和動態(tài)的偏心塊設(shè)置給壓實工作帶來的不同效果進(jìn)行進(jìn)一步的改良。另外，互聯(lián)網(wǎng)的時代也要求所有的垂直振動壓路機的工作更加數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化，能夠?qū)⒄`差降至最低。

綜合以上可以看出，垂直振動壓路機的應(yīng)用會隨著經(jīng)濟建設(shè)的提高應(yīng)用的更為廣泛，與此同時其相關(guān)技術(shù)和配套系統(tǒng)也需要在實際工作中不斷提高。

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