yzc12振动压路机振动轮设计说明书全套机械本科专业.docx
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yzc12振动压路机振动轮设计说明书全套机械本科专业
压路机是以增加工作介质（土石填方及路面铺层混合物料）的密实度为主要用途的施工机械。
它是道路与工程结构物基础、堤坝及路面铺装工程的主要施工设备之一。
按施工原理的不同，压路机分为静作用压路机、轮胎压路机、振动压路机和冲击式压路机四大系列。
振动压路机以其发出的震动载荷使土颗粒处于高频振动状态，颗粒间的内摩擦力丧失，压路机本身的重力对土壤的压应力和剪切力迫使这些颗粒重新排列而得到压实。
振动压路机是利用滚动压实原理对路面铺层或工程结构物基础的压实工作，所以振动压路机的最重要的工作装置就是它的振动轮。
本设计介绍了振动压路机的发展概况、振动机构的配置、振动轮的组成、激振器的型式、偏心块的设计计算、减振器的设计。
本次设计将重点介绍几种不同的设计方案，相互比较之后选取最佳方案，并校核计算重点零件。
就我个人而言，本次毕业设计是在我完成大学四年所有课程之后，走向工作岗位之前对所学课程的一次深入性综合检验，也是一次理论与实践相结合的练习，更是一次对大学四年来所学知识的一次完整的复习、巩固与提高。
我希望通过此次设计能够对我将来进入工作岗位提前做一个适应性的训练，从中锻炼自己的独立思考、分析问题、解决问题的实践能力，为以后的工作和学习打下坚实的基础。
在李*老师和同学的热情指导和帮助下，我按时、保质地完成了本次毕业设计的所有设计任务，在此特别地表示对李军老师衷心的感谢！
另外，由于本人的水平及经验的欠缺，在设计中难免会有纰漏与不足之处，恳请各位老师不吝批评指正！
第一章振动压路机的概况
压路机以其滚轮触地，滚轮以一定的线载荷对铺筑层材料施以滚压力，随滚压次数的增加，材料被逐渐压实。
在振动压路机的压轮上伴随有高频振动，能大大增加这种压实能力，并且使压实力向着更深层处波及。
压路机的滚轮即是工作装置，又是行走机构。
因而滚轮支持着整机重量，并保证与地面有必要的附着能力，以传递足够的驱动力矩驱和制动力矩。
如图1-1所示的振动压路机。
图1-1压路机的工作装置与行走系统
1—振动轮2—减振器3—车架4—驱动轮
振动压路机的工作装置与行走系统由带激振器的振动轮1、橡胶减振器2、车架3和驱动轮4组成。
压路机整机的重力G通过车轮传给地面，引起地面产生作用于驱动轮上的垂直支反力乙和Z2。
当发动机经传动系统给予驱动轮上一个驱动力矩M时，则地面便产生了作用于驱动轮边缘上的牵引力P,从而驱动压路机行走，完成对铺层材料的反复滚动和振动压实。
当压路机刹车制动时，经操纵系统作用于滚轮边缘上与行走方向相反的制动力，制动力传给机架，迫使整个压路机减速以致停车。
上世纪90年代以来，国际工程机械市场出现平稳增长趋势，作为压实主要设备的振动压路机以及压实理论和压实控制技术越来越受到各国的重视，并陆续采用了一系列的新技术。
1.引进改变振子偏心距或偏心质量达到调幅调频的调幅与调频机构。
最方便的调幅机构是固定振子与活动振子不同方位相叠加实现的。
双幅振动只要改变液压马达的旋转方向即可实现。
通过花键或嵌接调节固定振子与活动振子的相对角度能实现多级振幅换接。
无级调幅很困难，现在有用液体流动原理制成的无级调幅机构，振动调频的调节是用液压马达的调速来实现的。
2.气力悬挂减振装置可以使振动能量全部传递给压实面。
气力悬挂是利用空气的弹性，由于气体受压缩和反弹的速率很快，几乎不消耗振动能量。
3.在压路机的驾驶室内设置频率仪、振幅计和压实度计，实现压路机的随机自动检测。
这样操作人员可以随时测定压实效果及确定碾压遍数，从而提高了作业效率和压质量。
4.在压路机的有关部位设置传感器，可以对油位、油温、滤清器堵塞、皮带松弛等故障自动报警，加上对压实速度、振动频率和振幅的快速调节及压实度的随机检测，实现压路机故障报警与调控自动化。
我国振动压路机经历了从机械传动到液压传动、由单一型号到系列发展的不同阶段。
上世纪40年代以来，国内主要生产厂家直接引进世界先进技术水平压路机制造技术，如洛阳建筑机械厂引进德国Bomag公司的BW217D、BW213D、BW141D和BW120D等型号和振动压路机专有技术；徐州工程机械厂引进瑞典Dynapac公司的CA25振动压路机制造技术，多年来经过归引进机型消化吸收和国产化的改造，使产品技术水平不断提高，可靠性不断增强，生产能力不断扩大。
国内目前已形成了徐工、三一、洛建、三重等为代表的压路机生产厂家。
我国振动压路机的新发展体现在新产品频频亮相、新机构不断涌现和自动化水平不断提高等三方面。
随着微电子技术和自动控制技术的发展，液压与电子控制有机结合使振动压路机性能显著提高。
利用速度、压力、流量等传感器，采集振动压路机工作状态参数引入自我诊断系统，实现故障自动报警、振动频率和振幅的快速调节及压实度的随机检测。
但是由于我国振动压路机起步晚，整体水平与国外先进水平相比仍有较大差距，尤其是重型和超重型振动压路机生产数量和品种仍然较少，产品的可靠性和外观质量等综合技术经济指标和自动控制技术方面仍低于国外先进水平。
随着现代科学技术的迅猛发展，计算机技术的运用已成为非常重要的手段，这使得压实机械的研究过程从论证、设计、制造、试验、使用、维修到管理的全过程成为高度自动化和现代化的工作过程，并将最终推动压实机械向自动化、智能化、无人化和机器人化的方向发展。
机器可以按照土质的变化情况不断调整自身各种工作参数就（振动频率、振幅碾压速度和遍数）的组合，自动适应外部工作状态的变化，使压实作业始终在最优条件下进行。
这种智能自动条幅压实系统能自动选择与被压材料的密实度状况相匹配的振幅，从而消除材料出现压实不足或过压实现象，提高压实度的均匀程度；能够消除振动轮的跳振，避免粗骨破碎。
在对压实过程控制和机器工作状态实施检测的基础上，压实机械将从局部自动化过渡到全面自动化。
第二章振动系统的组成
振动压路机的振动系统由激振机构、振动轮、减振器、驱动板及振动机架组成。
激振机构是振动压路机产生振动的力源。
现有振动压路机上的激振机构，都是由支撑于振动轴承上的振动轴带有偏心块振子构成，振动轴高速旋转时偏心振子所产生的离心力就是振动压路机的激振力。
振动轮由钢板卷制的轮圈和辐板焊接成。
轮圈的厚度直接影响了振动压路机的质量配置并应保持在使用过程中被磨损后不至于过多的影响质量配置，也不至于被较大的石块硌穿。
振动轮各辐板上安装振动轴承的孔，应有较高的同轴度要求，以减轻振动轴承的发热量和动力损耗。
减振器用于连接振动轮鱼机架或连接振动轮与驱动轮，起到减振作用。
目前振动压路机上大都使用承受剪切力的橡胶减振器，因为橡胶块的弹性滞后和阻尼，不仅会影响振动轮的振幅大小，而且使橡胶块发热导致橡胶老化和产生裂纹。
近几年来国外出现了气力悬挂减振器，其减速率很快，并且在反弹和压缩过程中近似于绝热过程，故几乎不消耗能量。
使得振动轮通过气力悬挂减振器传递到机架上的振动趋与“零”，因此其振动能量完全传递给了被压实铺层上。
驱动板用于将驱动油马达的转矩通过一组减速器传递给振动轮，以驱使振动轮能自行走。
当振动轮为压路机的被动轮时，无此驱动轮。
振动轮的机架是由钢板焊接而成的结构件，可以做成是四方框架或门型框架的结构型式。
振动机架除了要求有足够的动静强度之外，还要有适度的重量以保证振动压路机的总体技术性能。
振动压路机的非振动部分与振动部分重量之比是重要的参数之一，非振动部分重量的增大能增加压实效果和有利于减振。
根据统计分析可知，这一比例应保持在1.5〜2之间较好。
第三章振动机构的配置
振动压路机上的振动机构有着不同的配置方法，从而形成了具有不同工作性能的振动压路机。
例如按激振器安装位置的不同区分为外振式与内振式，按振动轮的不同位置区分为单轮振动、双轮振动与摆振式，按振动力与传递方向的不同区分为无定向摆动、振荡和垂直振动。
其中振荡与垂直振动可合称为定向振动，或称双轴振动。
3.1外振式振动压路机
外振式振动压路机有上下两层机架，两机架之间由压缩减振器相连接，激振器安装在下机架上。
当振动轴带动偏心块高速旋转时，压路机的下机架连同安装在下机架上的压轮一起振动。
这种振动压路机的激振器结构简单，便于维修保养，所以在很多手扶振动压路机上得到了应用。
3.2内振式振动压路机
目前，绝大多数的振动压路机都采用内振式单轴振动结构。
内振式振动压路机的激振器安装在振动轮内，并与振动轮的回转轴在同一轴线上。
当振动压路机工作时，振动马达驱动振动轴高速旋转，振动轴上的偏心振子即产生离心力，振动轮就是在这个离心力的作用下产生圆周运动。
内振式振动压路机结构紧凑，技术成熟，操作使用安全，因此获得了广泛应用。
3.3单轮振动压路机
单轮振动压路机只有一个振动轮，另一个车轮不振动而仅起驱动或导向作用，如CA25轮胎驱动振动压路机即YZC5型串联振动压路机。
单轮振动压路机的结构相对简单，大吨位的轮胎驱动单轮振动压路机用于基础压实，驱动能力大，横向性能好。
小型的串联式单轮振动压路机用于小型压实工程或路面维修作业。
3.4双轮振动压路机
双钢轮串联式振动压路机的结构相对复杂些，两个振动轮上都需要减振，也都需要驱动，如CC21振动压路机。
但双轮振动压路机的压实能力强，作业效率高，与同吨位的单轮振动压路机相比，双轮振动压路机压实土壤时的生产率可提高80%，压实沥青混凝土时的生产率可提咼50%。
3.5摆振式振动压路机
摆振式振动压路机也有两个振动轮，两个振动轮上激振器的偏心块具有1800的相位差。
它们工作时由一根齿形带驱动，这就能保持其旋转方向相同而相位差不变化。
两个激振器产生的离心力总是相反的，导致了压路机的两个振动轮总是一个跳起而另一个触地，使得整个压路机在工作时除具有振动特性之外，还呈现前后摆动的特点。
图3-2摆振式振动压路机
3.6定向式振动压路机
通常意义上的振动压路机是无定向振动的，无定向振动压路机使用的是单轴激振器，其激振力是沿振动轮圆周变化的。
在同一个振动轮上属于两个激振器作不同的配置，可以使地面接收到理论上属于纯粹水平或纯粹垂直的振动力，这就是所谓的“定向振动”。
第四章C12型振动压路机振动轮总成
C12型振动压路机振动轮总成图见图4-1,振动轮总成由振动轮体、轴、振动调幅装置、减振块、弹性柱销联轴器、振动轴承、轴承座等。
图4-1C12型振动压路机振动轮总成图
1.振动轮体
振动轮体的外径1.4m,宽度2.1m,厚0.02m。
振动轮体采
用钢板卷制而成，材质为16Mn。
其外圆光滑平整、壁厚均匀，可以保证振动压实均匀一致，平整、光滑，也可用作静碾压实。
振动轮内腔装有轴承座、振动轴承、振动轴、调幅装置、弹性柱销联轴器，此密封腔内装有Mobil-629工业润滑油。
2.轴
机器的振动是通过振动马达带动轴上的振动调幅装置高速旋转而产生的。
轴分为主动轴和从动轴，主动轴的一端用弹性柱销联轴器和从动轴连接，主动轴的另一端和振动马达相连，改变振动马达的旋向就可以调整振幅。
图4-2振动轮主动轴
图4-3振动轮从动轴
3.振动调幅装置
振动调幅装置安装在轴上，是振动发生器，同时也起调整振幅的作用。
调幅装置（如图5-3所示）是一个密封的焊接圆柱形结构件，偏心质量分固定部分和活动部分，轴在振动马达的驱动下旋转，通过键带动振动调幅装置旋转，产生振动。
在正反转时，活动块相对固定偏心块处在不同的位置，从而产生两种不同的振幅。
4.弹性柱销联轴器
弹性柱销联轴器用于连接振动轴的主动端和从动端，以保证两根轴的同轴度
图4-4弹性柱销联轴器
5.减振块
为了减轻振动对车架的影响，振动轮与前车架的连接处设有橡胶减振块。
减振块的结构图如图6-2所示。
6.振动轴承
轴两端通过振动轴承支承在轮体轴承座上。
第五章C12振动压路机的激振机构
内振式振动压路机的激振机构由激振器、振动轴承和振动室组成。
现有的振动压路机激振器都是用偏心块旋转而产生离心力的原理制成的，即所谓惯性激振器。
激振器的振动轴支撑在两个特制的振动轴承上。
振动室用于支承激振器的惯性力，并且盛装一定的冷却润滑油。
振动压路机的激振器应根据需要设计成使振动轮的振幅和频率能调节，以提高压路机对各种工况的适应能力。
两个激振器串联安装时，应保持其偏心块的静偏心距相位差不大于10。
激振器的结构要简单，易于制造和安装，并且使之调节与控制方便。
最好能使激振器与压路机振动轮行走时的旋转方向相一致，以避免振动轮在行走过程中产生附加的滑移而造成对压实质量不利。
此外，应尽量不产生或少产生额外的功率损失，振动室的结构设计要便于冷却润滑与容易散热。
5.1激振器的结构型式
激振器用以产生周期性的激振力，从而使振动压路机产生持续的机械振动，对地面铺层材料施以振动压实。
目前振压路机上多采用单轴旋转惯性激振器。
激振器旋转产生的离心力使振动轮作圆周运动，这样使被压实的土颗粒不仅产生垂直位移，而且也有水平位移，从而产生一定的揉搓力，使压实的效果比较好。
同时采用这种激振器的结构设计比较简单，可以使旋转的偏心轴或偏心块。
振动频率的调节可以采用变量液压泵一定量液压马达的传动方式完成，其安装和调节控制都很方便。
但振幅的调节方案仍有多种不同的方案，于是会有各种不同的激振器结构型式。
由公式A—可知，当振动压路机的振动质量md确定之后，要mid
改变名义振幅Ao的唯一途径就是改变激振器的静偏心距M，而M是偏心质量g与偏心距r0的乘积。
在振动压路机的工作过程中，要想通过改变偏心质量m^的办法达到调节静偏心距的目的是很困难的，所以只能通过改变偏心距r0来实现振动压路机的调幅功能。
5.1.1单幅激振器
单幅激振器是一根旋转的偏心轴，或在振动轴上装一块偏心质量快，这种激振器只能产生一种振幅。
当压路机的振动轮宽度较小时，采用一根偏心轴支承在两个跨度较大的振动轴承上。
偏心轴可以使加工件，如图5-1a;可以在振动轴上焊接以圆弧板而成，如图5-1b。
还可以在轴上装配一长条块构成，如图5-1c。
当振动压路机的振动轮较宽时，一般是采用一根连接轴串联两个偏心块激振器，如图所示。
每个激振器分别安装在两个振动轴承上，两个激振器的振动轴以内花键孔与联接轴两端的花键相连接，并且在制造与安装时应保证两个激振器的偏心块相位角一直。
图5-1单幅激振器结构型式
a）偏心圆振动轴b）偏心弧振动轴c）偏心条振动轴d）偏心块振动轴
5.1.2逆转偏心块叠加双幅激振器
如图所示的偏心块激振器简图，图5-2中一固定偏心块与振动轴固接在一起，另一活动偏心块空套在振动轴上。
当驱动振动轴的液压马达正反转时，则产生了两种不同的偏心质量块叠加风声，能得到两种不同的静偏心距。
r
a）M小2m2mrb）M大2mr
图5-2变更偏心轴旋转方向产生双振幅机构
a）小振幅位置b）大振幅位置
振动轴顺时针旋转时，如图a,则活动偏心块与固定偏心块的静偏心距相减，从而产生小振幅；振动轴逆时针旋转时，如图b，则活动偏心块与固定偏心块的静偏心距相加，从而产生大振幅。
这样在不需改变偏心块质量的条件下，通过改变振动轴的旋转方向就可以达到改变静偏心距的目的，从而实现了振动压路机工作振幅的调节。
这种双幅激振器的机构形式很多，例如图5-3所示的正反转调幅机构，本次设计即是采用此种调幅机构。
这种调幅激振器结构简单，无需专门的调节控制装置，能够很方便地实现了转换压路机振幅的功能，也不会产生额外的功率损失。
但这种激振器只能实现大小两种振幅，且振动轴必须作正反转，不能实现激振器总是与振动轮旋转方向一致的要求。
另外，在振幅转换时，挡销要受到很大的冲击，发出响亮的撞击声，频繁转换振幅将有损于零部件的工作寿命。
图5-3C12振动调幅机构示意图
1—活动偏心块2—振动轴3—挡销4—固定偏心块
5.1.3逆转流球叠加双幅激振器
逆转流球叠加双幅激振器在作用原理上同逆转偏心块叠加双幅激振器无多大区别，也是通过振动轴的正反实现压路机的调幅振动。
所不同的是，这种激振器不是用活动偏心块与固定偏心块的静偏心距叠加，而是通过钢球在激振器空心室内流动的位置不同，产生于固定偏心块静偏心距的叠加效果。
如图5-4所示的流球双幅激振器，在其空心室的外圆上焊接一块弧形的固定偏心块，在封闭的空心室内装有自由流动的钢球若干及一定量的润滑油。
当振动轴按图示作逆时针旋转时，钢球处于固定偏心块的同一侧，钢球产生的静偏心距与固定偏心距的静偏心距相加，即产生大振幅；当振动轴作顺时针旋转时，钢球在其惯性力的作用下将流向固定偏心块的对面一侧，这时它们产生的静偏心距要相减，于是就产生小振幅。
图5-4双振幅流球激振器
1-偏心块2-上挡板3-振动轴4-下挡板5-钢球
6-配重块7-振动轴承润滑油8-振动腔
这种流球调幅激振器的结构也很简单，并且振幅的调控方法也同偏心块调幅激振器一样，只要能使振动轴产生正反转即可。
但由于流球的流动有个过程，所以在振动轴转换旋向时不至于产生像活动偏心块撞击挡销那样的冲击，这有利于提高相关零部件的工作寿命。
另外，钢球的数量加减很方便，易于在研制时将两种振幅调到理想值。
5.1.4液体无级调幅激振器
所谓液体无级调幅激振器，是在管道内装置液体来调节静偏心距的惯性激振机构，其偏心体是两根内径相同而外径不等的平行放置的金属管。
两金属管置于振动轴两边并相连通，大外径的管子较重，通过气力操纵将液体压入外径较小的管子内，偏心体正好处于平衡状态，则其合成静偏心距为“0”。
当气力将液体完全压入重管子内时，则其合成静偏心距达到最大值，就会产生最大的激振力。
如果使液体的一部分进入轻管而另一部分进入重管，则将得到的合成静偏心距介于“0”和最大值之间。
通过气力随意控制进入重管的液体量，因此能将振动轮的振幅进行无级调节。
这种液体激振器能实现振动压路机的无级调幅，而且能通过改变液压马达的旋向保持振动轴与振动轮总是具有相同的旋转方向。
这种激振器的调幅也易于远距离操纵，从而为采用计算机控制来优化振动参数提供了条件，也为振动压实和压路机的智能化创造了基础。
5.2偏心块的设计、计算
此次设计所选用的偏心振子为逆转偏心块叠加双幅激振器，此处的设计计算即是确定它们的结构尺寸，并计算出其偏心质量和静偏心距。
所选的偏心块为半圆偏心块，如图5-5所示：
图5-5半圆偏心块
已知振动轮的振动频率为f=40Hz,双振幅Ao=O.8mm/O.4mm，振动轮的参振质量g可以估计出为g=2500kg。
如上图所示，其中固定偏心块（两块）的尺寸（mn）取Rm=130，R2=75，r1=60，^=20，1=40，活动偏心块的尺寸（mn）取R21=120，R22=75，r2=63，b2=10，2=35，选用振动轴承的尺寸（mm）
5.2.1固定偏心块的载面积A、偏心距r°1、偏心质量m°1和静偏心距皿引（图5-5a）
b|0
11arccos—=98.8
Rn
arccos-=74.5°
Ai
5.2.2
心距Me2
5.2.3
大振幅时
C112Rjb1=257mm
C122JRi
二二R1111R1212
180
r°i
mo1
bi
2
b1=145mm
22
C11C12r=27564mm
C31
3
Ci2=42.1mm
106=8.55kg
1
3
m01r0110=0.364kg?
m
活动偏心块的截面积A,、偏心距r02、偏心质量
Me1
、和静偏
（图5-5b）:
A2
21
22
C21
C22
一一R2121
180
r02
arccos电=82.50
R21
arccos如=97.7°
R22
2\b；=239mm
=148.7mm
22
b2C21C22r2=18075mm2
2
12A2C31
C；2=47.78mm
106=4.966kg
3mo2r0210=0.237kg?
m
计算合成静偏心距、振幅A及离心力F0:
mo2
Me2
Me1
A）1
22Me1Me2=1.93kg?
m
也=0.000772m
Me1?
2=121786N
取=100N/mm2、
直径dA:
小振幅时
Me222MeiMe2=0.98kg?
m
Me1
A01e1=0.000392m
F02Me2?
2=61839N
5.2.4计算振动轴上的作用力P和转矩T:
口1F01?
57848N
2
1p2—F02?
29374N
2
Tg17.41A013.12d=41N
取平衡系数=0.95,n=1.04,振动轴承的摩擦系数=0.007,振动
轴承的平均直径d=0.135m
5.2.5校核振动轴的强度
取两振动轴承之间的跨距为L=0.31m，偏心块的总厚度=0.115m，振
动轴中间的弯矩Mc为：
Mc罟池=3652N
=40N/mm2，计算振动轴承中间直径dc和输入端
5.2.6
计算振动轴承的工作寿命（取C=270000N）
Pm1PT=24204N
2屮
按大振幅工作时间100%校核:
Pm-P=28942N
2
10C
Lh二0C=11869h
3600fPm
第六章振动压路机的减振系统
6.1振动压路机的减振与减振系统
振动压路机的工作装置在振动压实时，出现了一个问题的两个方面。
一方面是振动轮对被压实材料的冲击力越大，压实效果越好，所以从振动压路机的压实功能讲，希望振动轮能产生强烈的振动为好。
但从另一方面讲，强烈的振动有损于机器零件的使用寿命和司机的身体健康，因而又希望振动压路机上车的振动越小越好。
为了解决这个矛盾，振动压路机上使用减振器将振动轮的振动吸收与隔离，以便使传递到上车的振动能量尽量的小，特别是司机座椅上的振动不至于影响人体健康。
这就是在振动压路机上设置减振系统的目的。
6.2减振器的材料
振动压路机减振系统可能采用的减振器共有三种：
钢丝螺旋弹簧减振器、空气组合弹簧减振器、橡胶减振器。
由于橡胶减振器与其它两种相比具有明显的优越性，所以目前绝大多数振动压路机的减振系统都采用了橡胶减振器。
6.2.1橡胶减振器的优缺点
橡胶减振器的主要优点如下：
1橡胶减振器吸收高频率振动的能力强；
2橡胶材料的内摩擦大，其阻尼系数也大，压路机在起振或停振时，越过共振区的时间短，共振的振幅也小，比较安全；
3橡胶材料的弹性模量比金属小得多，减振器在工作时允许有较大的变形量；
4橡胶减振器的刚度与其硬度有关，可以在不改变减振器外形尺寸的情况下，通过改变橡胶的硬度来获得不同的减振器刚度；
5橡胶减振器的形状可以根据设计需要确定，在、y、z三个方向的刚度也可以按需要设计成不相等；
6橡胶减振器安装形式灵活，工作时无需润滑保养。
与其他它两种减振器相比，橡胶减振器有下述不足之处：
1橡胶耐高温与耐低温的性能差；
2橡胶的耐油性差；
3橡胶耐日照性差，时间长了会老化；
4使用寿命低，长期使用后弹性
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