振動(dòng)壓路機(jī)激振器研究

趙光明，張 平，張 偉

（三一汽車(chē)制造有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410100）

激振器是振動(dòng)壓路機(jī)產(chǎn)生振動(dòng)的動(dòng)力源，現(xiàn)有壓路機(jī)上的激振器都是由支承于振動(dòng)軸承上的振動(dòng)軸帶偏心塊振子構(gòu)成，振動(dòng)軸高速旋轉(zhuǎn)時(shí)偏心振子所產(chǎn)生的離心力就是振動(dòng)壓路機(jī)的激振力。

根據(jù)作用效果，激振器可分為不定向激振器、定向激振器、振蕩激振器；根據(jù)可產(chǎn)生的振幅數(shù)量，可分為單幅激振器、雙幅激振器、多幅激振器、無(wú)級(jí)調(diào)幅激振器；根據(jù)偏心軸的數(shù)量，可分為單軸激振器、雙軸激振器等[1]。下面主要從軸的數(shù)量出發(fā)，探討壓路機(jī)的各種激振器。

1 單軸激振器

如圖1所示，為單軸激振器的典型結(jié)構(gòu)。設(shè)圖所示位置為激振器振動(dòng)時(shí)的起始時(shí)刻，即t=0，則其產(chǎn)生的激振力為：

式中：Me為偏心組件的靜偏心矩，ω為偏心組件角速度大小，方向如圖所示。可見(jiàn)激振力F大小恒定不變，方向沿圓周方向時(shí)時(shí)變化。而垂直激振力Fv是一個(gè)周期為2π的余弦函數(shù)，水平激振力Fh同樣是一個(gè)周期為2π，相位角不同的余弦函數(shù)。因此，為圓周激振器。

圖1 單軸激振器原理簡(jiǎn)圖

2 雙軸激振器

2.1 雙軸反向激振器

如圖2所示，兩偏心組件完全一致，其安裝軸線偏離鋼輪軸線距離為r，兩偏心組件安裝時(shí)的初始相位差為α（α∈[0，π]），兩偏心組件作等速方向旋轉(zhuǎn)，則兩偏心組件產(chǎn)生的激振力如下：

由式可知，該類(lèi)型激振器的激振力大小是周期性變化的。

當(dāng) α=0 時(shí)，F(xiàn)h=0，F(xiàn)v=－2Me×ω2×cos（ωt），M=0，則該激振器只產(chǎn)生垂直方向的激振力。因此，當(dāng)α=0時(shí)，為垂直激振器。

當(dāng) α=π 時(shí)，F(xiàn)h=－2Me×ω2×sin （ωt），F(xiàn)v=0，M=2Me×ω2×r×cos（ωt），則該激振器產(chǎn)生水平方向的激振力和一交變力矩。因此，當(dāng)α=π時(shí)，為一復(fù)合了水平振動(dòng)的振蕩激振器。

當(dāng)α∈（0，π）時(shí)，由于兩偏心組件等速反向旋轉(zhuǎn)，根據(jù)力的合成可知，兩偏心組件產(chǎn)生的激振力合力的方向始終沿著與垂直軸成α/2方向，如圖2（b）中所示。因此，當(dāng)α∈（0，π）時(shí)，為定向激振器。

2.2 雙軸同向激振器

圖3中兩偏心組件等速同向旋轉(zhuǎn)，則兩偏心組件產(chǎn)生的激振力如下：

由式可知，該類(lèi)型激振器的激振力大小是初始相位角α的函數(shù)。當(dāng)α一定時(shí)，激振力大小為一定值。

當(dāng) α=0 時(shí)，F(xiàn)h=2Me×ω2×sin（ωt），F(xiàn)v=－2Me×ω2×cos（ωt），F(xiàn)=2Me×ω2，M=0，則該激振器效果與上述所述的單軸激振器類(lèi)似，為圓周激振器；

當(dāng) α=π 時(shí)，F(xiàn)h=0，F(xiàn)v=0，F(xiàn)=0，M=M=2Me×ω2×r×cos（ωt），則該激振器僅產(chǎn)生一交變力矩，為振蕩激振器。

當(dāng)α∈（0，π）時(shí)，由于兩偏心組件等速同向旋轉(zhuǎn)，兩偏心組件相位差始終保持為α，根據(jù)力的合成可知，等效為一圓周激振器與一振蕩激振器的合成。

圖2 雙軸反向激振器原理簡(jiǎn)圖

圖3 雙軸同向激振器原理簡(jiǎn)圖

3 激振器的應(yīng)用

3.1 單軸激振器的應(yīng)用

單軸激振器是使用最成熟，也最簡(jiǎn)單的激振器，有單幅和雙幅兩種類(lèi)型。單幅激振器是一根旋轉(zhuǎn)的偏心軸，或在振動(dòng)軸上裝偏心質(zhì)量塊。當(dāng)振動(dòng)輪寬度較小時(shí)，采用一根偏心軸支撐在兩個(gè)跨度較大的振動(dòng)軸承上。偏心軸可以是加工件，如圖4（a）所示；可以在振動(dòng)軸上焊接一圓弧板，如圖4（b）所示；還可以在軸上裝配一長(zhǎng)條塊，如圖4（c）所示。當(dāng)振動(dòng)輪較寬時(shí)，一般采用一根連接軸串聯(lián)兩個(gè)偏心塊，如圖 4（d）所示[2]。

圖4 常用的單幅激振器結(jié)構(gòu)

雙幅激振器一般有固定偏心塊和活動(dòng)偏心塊，其中固定偏心塊與振動(dòng)軸固連，活動(dòng)偏心塊空套在振動(dòng)軸上，通過(guò)擋銷(xiāo)作用使得振動(dòng)軸轉(zhuǎn)向改變時(shí)固定偏心塊與活動(dòng)偏心塊相對(duì)位置發(fā)生變化，從而實(shí)現(xiàn)大小兩種振幅，如圖5所示。

圖5 常用雙幅激振器結(jié)構(gòu)

3.2 雙軸激振器的應(yīng)用

雙軸激振器是為特殊壓路機(jī)設(shè)計(jì)的，其結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，常見(jiàn)于垂直振動(dòng)壓路機(jī)、振蕩壓路機(jī)以及多幅壓路機(jī)中。

垂直振動(dòng)壓路機(jī)能最大限度的將振動(dòng)能量傳遞給被壓實(shí)材料，作用深度大，對(duì)周?chē)h(huán)境影響也大，主要用于遠(yuǎn)離居民區(qū)的基礎(chǔ)層的壓實(shí)。目前，垂直振動(dòng)壓路機(jī)激振器采用的方案為兩偏心組件相位相同，旋轉(zhuǎn)方向相反。

振蕩壓路機(jī)是一種薄鋪層壓實(shí)機(jī)械，它產(chǎn)生的振動(dòng)小，適用于城市交通、建筑物間、橋梁、涵洞等振動(dòng)敏感地方的施工[3]。目前，振動(dòng)壓路機(jī)激振器采用的方案是兩偏心組件相位差為180°，旋轉(zhuǎn)方向相同。

多幅壓路機(jī)所用激振器屬于定向激振器，其偏心組件的旋轉(zhuǎn)方向相同。振幅是通過(guò)控制兩偏心組件初始相位角α的大小實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)α可在[0，π]內(nèi)連續(xù)控制時(shí)，則其成為無(wú)級(jí)調(diào)幅壓路機(jī)。無(wú)級(jí)調(diào)幅壓路機(jī)結(jié)構(gòu)最復(fù)雜，是智能壓實(shí)的基礎(chǔ)，也是壓路機(jī)生產(chǎn)商技術(shù)水平的充分體現(xiàn)。

4 結(jié)語(yǔ)

本文從偏心軸的數(shù)量出發(fā)，介紹了單軸和雙軸激振器的工作原理。文中雖未提及多軸激振器，但其可看成是單軸激振器與雙軸激振器的疊加，或雙軸激振器間的疊加。通過(guò)本文介紹，壓實(shí)設(shè)備生產(chǎn)商可根據(jù)自身需要，迅速定位新一代壓路機(jī)及其將采用的激振器原理、結(jié)構(gòu)。