沈文奇 譚斌
摘要:基于振蕩輪壓路機(jī)的工作原理以及特殊工況,從原理出發(fā)分析其中涉及到的關(guān)鍵技術(shù),例如同步帶傳動(dòng)技術(shù)、潤滑技術(shù)、相位調(diào)節(jié)技術(shù)、同步帶快拆技術(shù)。
關(guān)鍵詞:振蕩輪壓路機(jī);振蕩輪;同步帶;張緊輪;潤滑;相位調(diào)節(jié)
中圖分類號(hào):TM712? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào):1674-957X(2021)15-0065-02
1? 振蕩壓實(shí)技術(shù)原理及應(yīng)用
振蕩壓路機(jī)的工作原理為:在滾輪內(nèi)對(duì)稱安裝同步旋轉(zhuǎn)的激振偏心軸,兩偏心軸的選擇相位差為180°,且偏心質(zhì)量和偏心距分別相等,保證了偏心軸合力沿滾輪徑向方向始終為零,只產(chǎn)生一對(duì)沿切向方向的激振力偶,它使?jié)L輪承受交變扭矩。因此,當(dāng)兩偏心軸每旋轉(zhuǎn)一周,力矩方向改變一次,形成了滾輪扭轉(zhuǎn)振蕩,對(duì)地面持續(xù)作用,形成前后方向的振蕩波,使被壓實(shí)材料產(chǎn)生交變剪應(yīng)變。(圖1)
2? 關(guān)鍵技術(shù)
公開的論文或?qū)@际墙榻B振蕩輪原理及應(yīng)用綜述,很少有論文對(duì)其中涉及的相關(guān)技術(shù)進(jìn)行分析,本文是通過理論結(jié)合實(shí)踐,對(duì)振蕩輪所涉及的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行深入分析。
3? 同步帶技術(shù)
為了保證振蕩輪對(duì)稱偏心軸相位相差180°,實(shí)現(xiàn)相位精準(zhǔn)傳動(dòng),采用了同步帶傳動(dòng)技術(shù),頻率普遍在34-46Hz之間,轉(zhuǎn)速和扭矩均較高,而且偏心軸產(chǎn)生的交變扭矩也會(huì)產(chǎn)生很大的沖擊,這樣對(duì)同步帶提出了很高的要求,行業(yè)內(nèi)基本都選用國外知名品牌,例如蓋茨的保力強(qiáng)碳纖維同步帶,馬牌的鋼絲芯同步帶等。目前的同步帶廠家基本都是專注于皮帶自身的性能研究,在皮帶的破斷強(qiáng)度、耐高溫性、耐磨性、延展性等特性方面研究較深,但是作為一個(gè)完整的傳動(dòng)系統(tǒng),除了與同步帶有關(guān),還與張緊輪的特性密切相關(guān),不能采用獨(dú)立割開的方式進(jìn)行研究。不同的工況需要采用不同原理的張緊輪才能保證傳動(dòng)系統(tǒng)的可靠性。
在實(shí)際工作中,傳動(dòng)系統(tǒng)都是頻繁啟停的,同步帶所受瞬時(shí)沖擊較大。而且壓實(shí)瀝青時(shí),瀝青溫度一般在135-190℃之間,鋼輪直接接觸瀝青表面,高溫會(huì)很快傳遞到傳動(dòng)系統(tǒng),再加之傳動(dòng)系統(tǒng)自身高速轉(zhuǎn)動(dòng),同步帶輪溫度會(huì)迅速上升,帶輪熱脹冷縮也會(huì)影響同步帶的使用情況。
張緊輪的性能以及張緊力的大小,會(huì)直接影響同步帶的壽命。張緊輪滾輪表面宜采用金屬材質(zhì),而不宜用橡膠等非金屬材質(zhì),金屬材質(zhì)摩擦因子較小,發(fā)熱較小,且散熱快,可有效降低皮帶摩擦溫度。張緊力不宜過大或過小,張緊力過小會(huì)導(dǎo)致同步帶在啟停和換向瞬間產(chǎn)生較大沖擊,影響壽命。張緊力過大會(huì)導(dǎo)致同步帶摩擦力增大,發(fā)熱上升,影響壽命。
張緊力的推薦值為:
式中:T:帶輪扭矩(Nm);
P:帶輪輸入功率(kW);
ω:帶輪角速度(rad/s);
n:帶輪轉(zhuǎn)速(rpm);
F:帶輪切向拉力(N);
R:帶輪半徑(m);
d:帶輪直徑(m)。
在靜止?fàn)顟B(tài)下的最大安裝張緊力(預(yù)緊力)是系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)馬達(dá)產(chǎn)生的有效張緊力的1/2,靜態(tài)張緊力為有效張緊力的1/2:
張緊力可采用張力儀測試,通過采集傳動(dòng)系統(tǒng)的固有頻率來轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)的張緊力:
式中:m:為單位寬度皮帶的重量(g/mm);
l:為所測皮帶區(qū)間的長度(mm);
f:為皮帶的固有頻率(Hz)。
隨著傳動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn),系統(tǒng)因摩擦溫度升高,同步帶輪受熱膨脹,張緊力會(huì)逐漸升高,大于初始調(diào)整的張緊力,當(dāng)設(shè)備停止運(yùn)動(dòng)后,系統(tǒng)溫度達(dá)到冷態(tài)值,張緊力又會(huì)小于初始靜態(tài)調(diào)整力;這種熱脹冷縮對(duì)張緊力的影響程度取決于同步帶輪與同步帶的熱膨脹系數(shù)的差值,同步帶輪熱膨脹系數(shù)越小越好,同步帶熱膨脹系數(shù)越大越好。
下面主要介紹不同同步帶的熱膨脹系數(shù)和延展性(拉斷伸長率):
①延展性較好的熱塑性聚氨酯鋼絲芯同步帶,熱膨脹系數(shù)較高,且在受到瞬時(shí)沖擊時(shí),由于延展性較好,可以吸收部分沖擊引起的應(yīng)變,這時(shí)我們可選用不可調(diào)的張緊輪(張緊輪剛性固定,運(yùn)動(dòng)過程中張緊度不會(huì)根據(jù)負(fù)載變化),例如偏心張緊輪。
②延展性較差的熱固性聚氨酯碳纖維芯同步帶,熱膨脹系數(shù)接近為0,甚至為負(fù)值,且在受到瞬時(shí)沖擊時(shí),由于延展性較差,皮帶的張緊力會(huì)因溫度升高、瞬時(shí)沖擊而張緊力急劇升高,這時(shí),我們需選用可調(diào)的張緊輪(張緊輪柔性固定,運(yùn)動(dòng)過程中張緊度會(huì)根據(jù)負(fù)載變化),通過張緊輪的彈簧來抵消張緊力的過大變化,例如彈簧可調(diào)張緊輪、扭簧張緊輪。(表1)
4? 潤滑技術(shù)
鋼輪內(nèi)部除中間有一個(gè)傳動(dòng)軸外,遠(yuǎn)離鋼輪中心還有兩根振動(dòng)軸(也可能有四根),這樣無法像傳統(tǒng)振動(dòng)輪結(jié)構(gòu)一樣內(nèi)置小鋼筒盛放潤滑油。因?yàn)檎袷庉嗇S承腔體太小,高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),油發(fā)熱產(chǎn)生氣泡,導(dǎo)致內(nèi)外壓差過大。過大的壓力很難保證密封的可靠性。腔體過小,高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),潤滑油產(chǎn)生的擾流、飛濺,會(huì)產(chǎn)生額外的摩擦,導(dǎo)致腔體溫升過高?;谝陨蟽刹糠衷颍荒苓x擇脂潤滑,因振蕩輪轉(zhuǎn)速高,有沖擊,選用潤滑脂時(shí),需選用耐高溫的極壓鋰基潤滑脂。
5? 相位調(diào)節(jié)技術(shù)
振蕩輪不同于振動(dòng)輪的原理是其對(duì)稱布置的兩根振動(dòng)軸,相位相差180°,這樣才能保證垂直于輪心方向的徑向合力抵消,只有一對(duì)大小相等,方向相反,作用點(diǎn)對(duì)稱的沿切向方向的力偶,力偶產(chǎn)生的源頭是需要兩軸相位相差180°,所以在裝配時(shí),相位調(diào)節(jié)準(zhǔn)確、快捷,尤為重要。
行業(yè)內(nèi)有采用吊鉛錘法、激光垂直儀等方式調(diào)節(jié)相位的,吊鉛錘法就是滾動(dòng)鋼輪,將鋼輪內(nèi)部的兩根對(duì)稱布置的振動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)到垂直于地面的位置,在上方吊鉛垂線保證振動(dòng)軸的相位均與鉛垂線重合,一端朝天,一端朝地,相差180°,此方法簡單易操作,缺點(diǎn)是需要轉(zhuǎn)動(dòng)鋼輪,只能在垂直位置調(diào)節(jié),且因鉛垂線晃動(dòng)會(huì)導(dǎo)致調(diào)節(jié)精度較差。
激光垂直儀法是采用激光光束,在鋼輪端面產(chǎn)生一條直線光條,振動(dòng)軸的相位與光條重合,朝向相反。此方法優(yōu)點(diǎn)是鋼輪在任意位置均可調(diào)節(jié),且精度相對(duì)吊鉛錘法更高,缺點(diǎn)調(diào)節(jié)直線光條經(jīng)過鋼輪中心和振動(dòng)軸中心很麻煩,需要特殊工裝定位夾持。
另外還有一種專利介紹的定位法,“標(biāo)記定位法”,在設(shè)計(jì)時(shí),當(dāng)振動(dòng)偏心軸在垂直位置時(shí),將振動(dòng)偏心軸的相位方向標(biāo)記到鋼輪上,即將前述吊鉛錘法的相位位置,在設(shè)計(jì)時(shí)就標(biāo)定在鋼輪上,在裝配振動(dòng)偏心軸時(shí),只需將振動(dòng)偏心軸按照此位置安裝偏心軸即可。此方法精度較高,且裝配簡單,也無需特殊工裝,對(duì)于裝配場地和工具沒有特殊要求。(圖2)
6? 同步帶快拆技術(shù)
同步帶快拆技術(shù)直接影響振蕩輪的可維修性以及可靠性。根據(jù)不同的布置形式,有同側(cè)布置和異側(cè)布置結(jié)構(gòu)。同側(cè)布置結(jié)構(gòu)缺點(diǎn)是更換里面的同步帶時(shí),外側(cè)需拆除。異側(cè)布置為一種通軸式振蕩輪結(jié)構(gòu),左側(cè)可單獨(dú)更換皮帶,右側(cè)更換時(shí)仍然較麻煩,需拆除馬達(dá)支撐座等相關(guān)附件。在異側(cè)結(jié)構(gòu)上可以進(jìn)一步優(yōu)化,在馬達(dá)和驅(qū)動(dòng)軸之間設(shè)計(jì)一段過渡的聯(lián)軸器,這樣更換皮帶時(shí),只需快速的拆除聯(lián)軸器,留出皮帶裝配空間即可。
7? 總結(jié)
振蕩輪同步帶傳動(dòng)系統(tǒng)可靠性是由同步帶、同步帶輪、張緊輪三部分組成,對(duì)于熱膨脹系數(shù)較小,延展性較差的同步帶,可選用可調(diào)張緊輪;對(duì)于熱膨脹系數(shù)較大,延展性較好的同步帶,可選用不可調(diào)張緊輪;振蕩輪因工況溫度較高,且沖擊負(fù)載大,轉(zhuǎn)速高,宜選用耐高溫的極壓鋰基潤滑脂進(jìn)行潤滑;介紹了吊鉛錘法、激光垂直儀法和標(biāo)記定位法來調(diào)節(jié)振蕩輪裝配相位,其中最優(yōu)的“標(biāo)記定位法”無需特殊工裝,只需將偏心軸相位對(duì)準(zhǔn)鋼輪標(biāo)記位即可快速調(diào)節(jié)相位。
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