压路机振动轮的研究与设计毕业设计说明书.doc

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摘要

随着振动压实理论的逐步完善以及新的压实技术和控制技术在压路机中的应用，新型振动压路机的研究逐渐显出其重要性及必要性。

本次毕业设计的主要任务是设计一种全新的振动压路机的振动轮结构，使其能够实现无级变幅变频。

设计中，通过变量泵-定量马达组成的调频系统就能够实现振动的变频，因此，无级调幅机构为本设计的重点。

本设计为一种新型结构的振动轮，关键部分为振动位于轮中心的振动激振器，这部分结构加上液压缸的综合应用，改变两偏心块的相对角度来改变有效振幅,便实现了振动轮振动的无级变幅。

除了振动轮参数的设计计算部分，本文还包括了对课题研究意义的分析，以及对本领域目前发展情况的研究讨论。

关键词：

振动压路机，振动轮，无级调频，无级调幅

ABSTRACT

Asthevibratorycompactiontheoryhasbeenperfectedgradually，andthe

newcompactiontechnologyandtheadvancedcontroltechnologyhavebeenappliedtotheroller,theresearchofnewstructureofvibratoryrollerbecomesimportantandalsonecessary.Themaintaskofthisgraduationprojectistodesignanewtypeofmechanisminthevibrationwheelthatcanchangethefrequencyandamplitudesteplessly.

Inthispaper,asystemwithavariablepumpandaconstantdisplacementmotorisusedtoaspowersource,whichcanchangethefrequency.Sothefocusofthispaperisthesteplessandvariableamplitudemechanism.Thispaperrepresentsthedesignandanalysisofthevibrationwheelwithsteplessandvariableamplification.Themostsignificantpartisthevibrationexciterthatisinthecenterofthevibrationwheel.Thevibrationexciter,togetherwithahydrauliccylinder,isusedtochangetheamplitudesteplesslythroughchangingtheangleanddirectionbetweentwoeccentricaxes.

Besidesthedesigningandthecalculatingofthevibrationwheel,thispaperalsocontainstheanalysesofthevalueofthisprojectandtheresearchofthedevelopmentofthisfield.

KEYWORDS:

vibrationroller,vibrationwheel,steplessandvariable

amplitudeadjustment,steplessandvariablefrequencyadjustment

目录

第一章绪论 5

1.1课题的意义 5

1.2压路机的发展历程及国内外发展概况 5

1.2.1压路机的发展历程 5

1.2.2国外的变频变幅发展概况 6

1.2.3国内的发展概况 8

1.2.4国内外振动压路机无级调幅技术的三个相关专利 9

第二章变频变幅振动论的压实原理 11

2.1振动压实机理 11

2.2变频变幅振动压实的优势 14

第三章设计思路及结构原理 15

3.1振动轮调频的设计思路 15

3.2振动轮调幅的设计思路 16

第四章变频变幅振动论的总体设计及计算 18

4.1振动轮振动参数的讨论及确定 18

4.1.1振动频率 19

4.1.2工作振幅和名义振幅 19

4.1.3振动加速度 20

4.1.4振动压路机工作速度和压实遍数 22

4.1.5激振力 22

4.1.6振动轮的振动功率 23

4.2振动轮主要工作参数的设计计算 24

4.2.1压路机的工作质量及其分配 24

4.2.2振动轮的直径和宽度 25

4.3振动轮激振机构 27

4.3.1几种激振形式压路机力学特性和压实特性 27

4.3.2振动机械激振器的分类及作用原理 28

4.3.3本设计的激振器特点 31

第五章振动轮减振支承系统设计 32

5.1振动压路机减振系统的基本原理 32

5.2减振系统总刚度的确定 33

5.3橡胶减振器的设计与计算 34

5.3.1橡胶减振器的材料 35

5.3.2橡胶减振器的几何形状 35

5.3.3橡胶减振器的硬度HS 35

5.3.4减振器的几何尺寸 36

5.3.5橡胶减震器的刚度设计与计算 37

5.4橡胶减振器的校核 38

设计总结 39

致谢 40

参考文献 41

第一章绪论

1.1课题的意义

振动压路机施工工程施工的重要设备之一，用来压实各种土壤、碎石料、各种沥青混凝土等。

在公路施工中，多用在路基、路面的压实，是筑路施工中不可缺少的压实设备。

根据振动压路机工作原理、结构特点、操作方法和用途等的不同，有不同的分类方法。

按振动轮内部结构可分为：

振动、震荡和垂直振动。

其中振动又可分为：

单频单幅、单频双幅、单频多幅、多频多幅和无级调频调幅。

可见，振动轮是振动压路机的核心工作机构。

根据振动压实原理中的土的共振学说，当激振频率与被压实土的固有频率相等或非常相近时，振动压实的效果最佳。

而当振动压路机在不同土壤上工作时，土的固有频率是变化的，这样若压路机的振动频率是固定的或是只有有限档位的，就无法在每一时刻都保证最佳的压实效果。

于是，研究振动压路机的振动轮变频的实现，就是为了在不同土壤上工作时都能自动达到共振，将土如期压实。

关于振幅，根据重复冲击学，为了增大机械在与土接触前一瞬间的动量，就需要振动轮有较大振幅和增大振动部分的质量。

而根据内摩擦减少学说，为了使振动轮在振动过程始终保持和土的接触，又需要振动轮的振幅很小，使其不脱离地面。

同时，压实时振动轮进行浅层振动或深层振动所需要的振幅大小是不同的。

因此振动压路机也应有变化的振幅。

1.2压路机的发展历程及国内外发展概况

1.2.1压路机的发展历程

振动压路机发展的时间并不长，1930年德国人最先使用了振动压实技术，并于1940年成功的发明了拖式振动压路机。

世界压路机发展已有上百年的历史。

振动压实技术和振动压路机的出现，彻底改变了压实效果简单依靠重量或增大线压力的方式。

随着振动压实理论研究的不断深入，振动压路机产品的规格品种也越来越多。

目前，世界上生产压路机的主要国家有德国、瑞典、美国、日本等。

全世界主要压路机制造企业有100家左右，德国、日本各有20来家，美国有几十家，其余主要分布在瑞典、前苏联等国。

全世界1987年产量达20000多台，以后多年来一直保持在22000-25000台之间。

进入90年代后有较大的增长，现在已达5万台左右。

一直保持第一位的是德国宝马，占国际市场23%左右。

第二位是瑞典戴纳帕克，占20%左右。

其它的主要制造企业还有德国的凯斯-伟博麦士，美国的卡特皮勒、德莱塞、英格索兰，日本的酒井重工、小松制造所、川崎重工等。

1.2.2国外的变频变幅发展概况

步入20世纪末期以来，几乎世界上的一切事物都在跟踪新的技术革命。

电子技术和计算机的应用带给压实机械的是一场控制革命。

目前，国外最先进振动压路机的振动性能参数已能根据被压材料物理机械性变化，自动选择最佳振动频率和振幅，从而可获得良好的作业效率和压实质量。

表1.1为几种双钢轮压路机的振动频率与振幅。

表1.1几种双钢轮压路机的振动频率与振幅

德国宝马（Bomag）公司以首创动调幅压实系统而再一次确立了其世界压实机械的领先地位。

这种智能系统能根据被碾压物料密实度的变化自动选择适宜的振幅、以优化激振力的输出，从而能消除材料出现压实不足或过压实现象，提高了压实度的均匀程度，并且避免振动轮跳振引起的骨料破碎和机器损伤。

宝马公司的自动变幅控制系统有Variomatic和Variocontrol两种结构。

前者用于控制两根水平面安装的反向旋转双轴激振机构，配置在双钢轮振动压路机上。

后用于控制一根固定轴上装有两组反向旋转的偏心块激振机构，配置在单钢轮振动压路机上。

在振动压实过程中，地面对钢滚轮的反作用力经传感器检测后传输给数据存储和处理系统，信号经运算后将指令发给相应的调节机构，用以改变两组偏心块（或偏心轴）的相位角，从而达到自动变幅的目的。

该系统从垂直振幅的最大值调整到“0”的反映时间不超过1秒钟，对于频繁变化的土工材料所组成的铺层，可以迅速对压实功能进行适应性调节。

宝马公司为了满足高密实度精度的使用要求，研制出了双钢轮自动控制压实系统“Variomatic”，简称BVM。

该系统的特点是能自动判别和控制所需压实力的大小，也可称自动调幅压实系统。

其主要工作装置由两根反向旋转的轴组成，如图1.1所示，工作时旋转产生的离心力经几何叠加形成定向振动，定向振动系统是BVM的基础。

BVM系统的独到之处是振动方向可变化，它能自动调节定向振动的施振方向，在压实过程中可根据压实面刚度的变化或压路机的行驶方向的变化调节施振方向，从而达到调节振幅的目的。

1.传动齿轮2.振动偏心轴

图1.1宝马压路机BVM原理图

美国英格索兰公司（INGERSOURAND公司）的DD一130双钢轮串联式振动压路机，在每个振动轮中都具有自动反向的偏心装置．可实现7225～16330kg八种不同的激振力输出，基本上可以满足所有土壤类型路面的碾压需要。

此外，诸如水平振动压实技术．是利用土壤力学中交变剪应变原理使土壤等材料的颗粒重新排列来进行密实的，德国HAMM公司首先根据这一原理开发出了振荡压路机。

它利用两根偏心轴同步旋转，产生相互平行的偏心力,形成交变扭矩，使振动轮产生振荡的作用，形成对地面的压实。

为了增强压实效果和提高压实效率．国外一些产品还普遍采用了超高频振动技术，振动频率超过了4OOOd/min．使压路机迅速达到所需密实度的高输出力，可有效提高压实的速度。

’

1.2.3国内的发展概况

国内一些压路机制造企业及科研机构在上世纪九十年代就开始研究无级变幅振动轮。

其中，徐工研究院利用行星轮原理设计出具有无级调幅功能的振动轮，理论上采取改变两个偏心块的相位角的方式实现振动轮的定向振动，并找到该振动轮振幅的变化规律，水平振幅是关于偏心块相位角的正弦函数，垂直振幅是关于偏心块相位角余弦函数。

该机构获得国家专利。

该机构采用比例阀-齿条油缸组成的调幅液压控制系统，利用PID和PWM控制原理，设