CN106930172A - 一种基于双轴垂直激振机构的新型压路机振动钢轮 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于双轴垂直激振机构的新型压路机振动钢轮，属于工程机械中的筑路机械领域。该新型压路机振动钢轮包括振动马达和转动主体，所述转动主体包括齿轮轴、主动小齿轮、从动大齿轮、偏心机构Ⅰ、轮体、偏心机构Ⅱ、主动大齿轮及从动小齿轮；偏心机构Ⅰ与偏心机构Ⅱ具有相同的静偏心矩，两者绕轮体轴芯对称安装，两组偏心机构同步反向绕各自轴芯高速“自转”，同时随轮体转动绕轮体轴芯产生“公转”。本发明利用两组偏心机构的“公转”作用使得“自转”产生的对地面定向离心力变为圆周径向变化的离心力，进而实现对地面土壤颗粒施加水平方向和竖直方向的综合作用力，路面压实质量和工作效率得到提高。
Description
技术领域
本发明属于工程机械中的筑路机械领域，具体涉及一种基于双轴垂直激振机构的新型压路机振动钢轮。
背景技术
振动压实的机理是土壤颗粒在外力作用下克服摩擦力受迫运动，大小颗粒之间相互填充重新排列进而提高土壤密实度，振动压路机以其钢轮特有的运动特征较大的提高了路面压实质量和工作效率，因而备受用户青睐。目前市场上振动压路压路机的种类主要有振荡压路机、垂直振动压路机和圆周振动压路机。
振荡压路机的两组偏心机构绕轮体轴芯形成交变力偶矩，钢轮呈扭摆运动轨迹，对地面主要是水平方向的作用力，对路面平整度具有较理想的压实效果。中国专利(CN104790281A)公开了一种多级振幅振荡轮及振荡压路机，该振荡压路机配置了多级振幅振荡轮，可用于不同振幅压实工况，提高了压路机的适应性和使用范围，但是该发明受到“振荡压路机”的局限性，相比于垂直振动压路机来说影响深度较小，只适合一般性的薄层压实。
垂直振动压路机的两组偏心机构在竖直方向的力相互叠加，竖直对地面施加作用力，钢轮只在竖直方向上产生运动，对地面影响深度较深。中国专利(CN104631287A)公开了一种振动轮和振动压路机，对现有的三偏心装置的振动轮和振动压路机进行改进，提高三偏心装置振动轮的轴向空间利用率，但是该发明不适合对已完成初压的路面施工，否则大振幅作用会使钢轮产生跳振，破坏已压实路面。因此垂直振动压路机主要应用在较大吨位机型，适用于碾压岩石填方、大坝基础等变形量较大基础层。
圆周振动压路机的偏心机构设置在钢轮轴芯线上，钢轮呈圆周运动轨迹，对地面同时施加水平力和竖直力作用，因此兼有垂直振动压路机和振荡压路机的特点，可应用在大吨位的单钢轮振动压路机压实基础层，也可应用在中小吨位的压路机上压实沥青层面。但是通常的圆周振动压路机的振动钢轮内普遍只有一组偏心机构，因轴承受力、激振机构转动惯量等条件限制，无法同时发挥其它两种压路机的优势，只能根据吨位和场合需要进行设计，比如压实基础层的振幅可适当加大，压实沥青层面的振幅要适当减小。
为使振动钢轮同时具有垂直振动压路机大振幅压实的能力和振荡压路机理想平整度的效果，基于双轴垂直激振机构设计了一种新型压路机振动钢轮，随着压路机钢轮的滚动碾压，可同时对路面土壤施加水平力和竖直力，在多方向作用力的作用下提高路面压实质量和工作效率。
发明内容
本发明涉及的新型压路机振动钢轮兼有振荡压路机水平方向和垂直振动压路机竖直方向大振幅的特点，同时整体结构更加简化，生产制造成本相对较低；双轴垂直激振机构随钢轮滚动进而实现对路面施力方向的变化，钢轮持续滚动使得路面受到水平力和竖直力的共同作用，两组偏心机构均分激振力，较容易获得更大振幅，可提高路面平整度、密实度以及施工效率。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种基于双轴垂直激振机构的新型压路机振动钢轮，包括振动马达和转动主体，所述转动主体包括齿轮轴、主动小齿轮、从动大齿轮、偏心机构Ⅰ、轮体、偏心机构Ⅱ、主动大齿轮及从动小齿轮；
所述轮体和振动腔刚性连接一体，且振动腔位于轮体内部，所述振动腔内部刚性连接有轴承座盘，所述轴承座盘内置两个水平的轴承安装孔，分别用于嵌入振动轴承Ⅰ和振动轴承Ⅳ，所述偏心机构Ⅰ穿过振动轴承Ⅰ支撑在轴承座盘上，所述偏心机构Ⅱ穿过振动轴承Ⅳ支撑在轴承座盘上；所述偏心机构Ⅰ一端穿过振动轴承Ⅱ支撑在轴承座Ⅰ上，另一端与从动大齿轮刚性连接且同心；所述偏心机构Ⅱ一端穿过振动轴承Ⅲ支撑在轴承座Ⅱ上，另一端与主动大齿轮、从动小齿轮三者刚性连接且同心；所述轴承座Ⅰ和轴承座Ⅱ分别通过螺母与振动腔连接紧固；所述主动大齿轮与从动大齿轮相互啮合，所述从动小齿轮与主动小齿轮相互啮合；所述主动小齿轮与齿轮轴刚性连接一体，并通过轴承对支撑在轴承座Ⅲ上，所述轴承座Ⅲ通过螺母与轮体连接紧固；所述齿轮轴与振动马达的外接轴通过花键连接。
上述方案中，还包括左减振器，所述左减振器的一端通过螺母连接上车左支架，另一端外接支撑盘Ⅰ，所述支撑盘座Ⅰ和支撑盘Ⅲ分别通过螺母与行走轴承座连接紧固，所述行走轴承座内置行走轴承，用于支撑齿轮轴。
上述方案中，所述轮体通过螺母与右减振器连接紧固，所述右减振器与支撑盘Ⅱ连接，所述支撑盘Ⅱ中间位置连接有行走马达一端，所述行走马达另一端通过螺母连接上车右支架。
上述方案中，所述偏心机构Ⅰ与偏心机构Ⅱ绕轮体的轴芯对称安装，且安装相位差为零。
上述方案中，所述主动大齿轮与从动大齿轮具有相同的齿轮参数，所述从动小齿轮与主动小齿轮具有相同的齿轮参数。
本发明采用上述技术方案后，具有的有益效果是：
1、本发明利用压路机振动钢轮滚动碾压路面土壤的特点，使垂直激振机构对路面的定向离心力分解为多个方向的离心力，路面土壤颗粒在多方向作用力下能够更快的相互填充，提高土壤密实度；本发明的振动钢轮结构比垂直振动压路机和振荡压路机的钢轮结构更加简单，制造成本相对较低，且可同时具有两种压路机的优势特征。
2、用于偏心机构Ⅰ和偏心机构Ⅱ定位作用的四个振动轴承可共同缓解离心力引起的轴承受力、发热等问题，离心力数值范围选择更加广泛，尤其适用于压实基础层的大吨位单钢轮振动压路机，振幅可适当增大。
附图说明
图1为本发明新型压路机振动钢轮的结构示意图；
图2为本发明偏心机构Ⅰ与偏心机构Ⅱ的安装示意图；
图3为本发明偏心机构Ⅰ与偏心机构Ⅱ同步反向“自转”时振动钢轮的的受力示意图；
图4为本发明偏心机构Ⅰ与偏心机构Ⅱ“自转”和“公转”同时发生时振动钢轮的工作原理示意图；
图5为本发明偏心机构Ⅰ与偏心机构Ⅱ“自转”和“公转”同时发生时振动钢轮的受力示意图，图5(a)为偏心机构Ⅰ与偏心机构Ⅱ的旋转中心连线处于水平状态下振动钢轮的受力示意图，图5(b)为偏心机构Ⅰ与偏心机构Ⅱ的旋转中心连线处于竖直状态下振动钢轮的受力示意图，图5(c)为偏心机构Ⅰ与偏心机构Ⅱ的旋转中心连线处于非水平/非竖直状态下振动钢轮的受力示意图。
图中：1.上车左支架；2.左减振器；3.支撑盘Ⅰ；4.齿轮轴；5.主动小齿轮；6.从动大齿轮；7.振动轴承Ⅰ；8.振动腔；9.偏心机构Ⅰ；10.轮体；11.振动轴承Ⅱ；12.轴承座Ⅰ；13.右减振器；14.行走马达；15.上车右支架；16.支撑盘Ⅱ；17.轴承座Ⅱ；18振动轴承Ⅲ；19.偏心机构Ⅱ；20.振动轴承Ⅳ；21.轴承座盘；22.主动大齿轮；23.从动小齿轮；24.轴承对；25.行走轴承座；26.行走轴承；27.振动马达；28.轴承座Ⅲ；29.支撑盘Ⅲ。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步的说明。
如图1所示，一种基于双轴垂直激振机构的新型压路机振动钢轮，包括左减振器2、振动马达27和转动主体，转动主体包括齿轮轴4、主动小齿轮5、从动大齿轮6、偏心机构Ⅰ9、轮体10、偏心机构Ⅱ19、主动大齿轮22及从动小齿轮23；
轮体10和振动腔8刚性连接一体，且振动腔8位于轮体10内部，振动腔8内部刚性连接有轴承座盘21，轴承座盘21内置两个水平的轴承安装孔，分别用于嵌入振动轴承Ⅰ7和振动轴承Ⅳ20，偏心机构Ⅰ9穿过振动轴承Ⅰ7支撑在轴承座盘21上，偏心机构Ⅱ19穿过振动轴承Ⅳ20支撑在轴承座盘21上；偏心机构Ⅰ9一端穿过振动轴承Ⅱ11支撑在轴承座Ⅰ12上，另一端与从动大齿轮6刚性连接且同心；偏心机构Ⅱ19一端穿过振动轴承Ⅲ18支撑在轴承座Ⅱ17上，另一端与主动大齿轮22、从动小齿轮23三者刚性连接且同心；轴承座Ⅰ12和轴承座Ⅱ17分别通过螺母与振动腔8连接紧固；偏心机构Ⅰ9可在振动轴承Ⅰ7、振动轴承Ⅱ11内转动，偏心机构Ⅱ19可在振动轴承Ⅳ20、振动轴承Ⅲ18内转动；主动大齿轮22与从动大齿轮6相互啮合，且具有相同的齿轮参数；从动小齿轮23与主动小齿轮5相互啮合，且具有相同的齿轮参数；主动小齿轮5与齿轮轴4刚性连接一体，并通过轴承对24支撑在轴承座Ⅲ28上，轴承座Ⅲ28通过螺母与轮体10连接紧固；齿轮轴4与振动马达27的外接轴通过花键连接；
左减振器2的一端通过螺母连接上车左支架1，另一端外接支撑盘Ⅰ3，支撑盘座Ⅰ3和支撑盘Ⅲ29分别通过螺母与行走轴承座25连接紧固，行走轴承座25内置行走轴承26，用于支撑齿轮轴4；
轮体10通过螺母与右减振器13连接紧固，右减振器13与支撑盘Ⅱ16连接，支撑盘Ⅱ16中间位置连接有行走马达14一端，行走马达14另一端通过螺母连接上车右支架15。
如图2所示，偏心机构Ⅰ9与偏心机构Ⅱ19绕轮体10的轴芯对称安装，且安装相位差为零；偏心机构Ⅰ9和偏心机构Ⅱ19在绕各自轴芯转动过程中转速相同方向相反；偏心机构Ⅰ9和偏心机构Ⅱ19具有相同的静偏心矩(静偏心矩为偏心机构的质心到其旋转中心的距离与偏心机构质量的乘积，相同的静偏心矩可保证偏心机构Ⅰ9与偏心机构Ⅱ19具有大小相等的离心力)。
如图3所示，偏心机构Ⅰ9与偏心机构Ⅱ19同步反向“自转”时，振动马达27输出动力通过齿轮轴4到主动小齿轮5，主动小齿轮5与从动小齿轮23啮合传动，从动小齿轮23、主动大齿轮22以及偏心机构Ⅱ19三者刚性连接且同心，三者具有相同转速，从动大齿轮6与偏心机构Ⅰ9两者刚性连接且同心，主动大齿轮22与从动大齿轮6相互啮合并具有相同的齿轮参数，偏心机构Ⅰ9和偏心机构Ⅱ19同步反向绕各自轴芯高速“自转”，两者离心力在平行于两者旋转中心连线的方向上相互抵消，在垂直于两者旋转中心连线的方向上相互叠加，离心力在叠加方向上变化迫使振动钢轮的转动主体产生高频振动；图中F1为偏心机构的竖直分力，F2为偏心机构的水平分力。
如图4所示，振动钢轮压实工作时持续滚动前进压实路面，偏心机构Ⅰ9和偏心机构Ⅱ19同步反向绕各自轴芯高速“自转”的同时，随转动主体绕轮体10轴芯又产生“公转”，“公转”作用使得“自转”产生的对地面定向定值离心力变为圆周径向变化的离心力，定值离心力因叠加方向发生变化，对路面产生竖直和水平大小变化的作用力，以垂直激振和水平揉搓方式作用于路面土壤颗粒；图中v是振动钢轮的速度，ω1是偏心机构转动角速度，ω2是振动钢轮滚动角速度。
本发明新型压路机振动钢轮的具体工作步骤为：
步骤(1)，振动钢轮按照图1所示结构与设计要素完成设计与装配，压路机压实工作过程不允许振动钢轮原地起振，只有在达到所需工作速度v(速度值具体由施工方根据工况需要决定，一般3～5km/h)之后才可起振进行路面压实，振动钢轮以速度v滚动前进过程中，转动主体绕振动钢轮轴芯线转动；
步骤(2)，振动马达27输出动力通过齿轮轴4到主动小齿轮5，经从动小齿轮23、主动大齿轮22与从动大齿轮6的啮合传递作用，偏心机构Ⅰ9与偏心机构Ⅱ19同步反向转动，两组偏心机构具有相同的静偏心矩，安装示意图如图2所示，安装相位差为零；此安装方式下，偏心机构Ⅰ9与偏心机构Ⅱ19同步反向“自转”时，偏心机构Ⅰ9与偏心机构Ⅱ19产生的离心力在平行于两者旋转中心连线的方向上相互抵消，在垂直于两者旋转中心连线的方向上相互叠加，产生定向的激振力，如图3所示；
步骤(3)，偏心机构Ⅰ9与偏心机构Ⅱ19既同步反向绕各自轴芯高速“自转”，又随轮体转动绕轮体轴芯产生“公转”时的工作原理示意图见图4，此时受力分析如下：当偏心机构Ⅰ9与偏心机构Ⅱ19的旋转中心连线处于水平状态时，振动钢轮对地面竖直方向具有最大激振力，水平方向激振力为零，见图5(a)；当偏心机构Ⅰ9与偏心机构Ⅱ19的旋转中心连线处于竖直状态时，振动钢轮对地面水平方向具有最大激振力，竖直方向激振力为零，见图5(b)；当偏心机构Ⅰ9与偏心机构Ⅱ19的旋转中心连线处于非水平/非竖直状态时，振动钢轮对地面同时具有水平力和竖直力的作用，见图5(c)；由此可见，此振动钢轮对地面兼有垂直振动压路机和水平振荡压路机的特征，且激振力可偏大设计；
步骤(4)，压路机在施工初压阶段速度相对较低，偏心机构转动角速度ω1远大于振动钢轮滚动角速度ω2，振动钢轮在单位时间内对路面冲击的次数较多，利于提高土壤密实度，随着压实变数的增加，压实速度的提高使得偏心机构转动角速度ω1增大，此时振动钢轮在单位时间内对路面冲击的次有所减少，避免出现过压实状态，利于提高压实效率。
本发明的振动钢轮结构简单，安装方便，生产制造成本相对较低，因有两组偏心机构支撑，激振力可偏大设计，工作过程中对地面同时具有水平力和竖直力作用，路面压实度、平整度以及压实效率均有较大提高；
所述实例是本发明的最优的实施方式，但是本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或者变型均属于本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种基于双轴垂直激振机构的新型压路机振动钢轮，其特征在于，包括振动马达(27)和转动主体，所述转动主体包括齿轮轴(4)、主动小齿轮(5)、从动大齿轮(6)、偏心机构Ⅰ(9)、轮体(10)、偏心机构Ⅱ(19)、主动大齿轮(22)及从动小齿轮(23)；
所述轮体(10)和振动腔(8)刚性连接一体，且振动腔(8)位于轮体(10)内部，所述振动腔(8)内部刚性连接有轴承座盘(21)，所述轴承座盘(21)内置两个水平的轴承安装孔，分别用于嵌入振动轴承Ⅰ(7)和振动轴承Ⅳ(20)，偏心机构Ⅰ(9)穿过振动轴承Ⅰ(7)支撑在轴承座盘(21)上，偏心机构Ⅱ(19)穿过振动轴承Ⅳ(20)支撑在轴承座盘(21)上；偏心机构Ⅰ(9)一端穿过振动轴承Ⅱ(11)支撑在轴承座Ⅰ(12)上，另一端与从动大齿轮(6)刚性连接且同心；偏心机构Ⅱ(19)一端穿过振动轴承Ⅲ(18)支撑在轴承座Ⅱ(17)上，另一端与主动大齿轮(22)、从动小齿轮(23)三者刚性连接且同心；所述轴承座Ⅰ(12)和轴承座Ⅱ(17)分别通过螺母与振动腔(8)连接紧固；所述主动大齿轮(22)与从动大齿轮(6)相互啮合，所述从动小齿轮(23)与主动小齿轮(5)相互啮合；所述主动小齿轮(5)与齿轮轴(4)刚性连接一体，并通过轴承对(24)支撑在轴承座Ⅲ(28)上，所述轴承座Ⅲ(28)通过螺母与轮体(10)连接紧固；所述齿轮轴(4)与振动马达(27)的外接轴通过花键连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于双轴垂直激振机构的新型压路机振动钢轮，其特征在于，还包括左减振器(2)，所述左减振器(2)的一端通过螺母连接上车左支架(1)，另一端外接支撑盘Ⅰ(3)，所述支撑盘座Ⅰ(3)和支撑盘Ⅲ(29)分别通过螺母与行走轴承座(25)连接紧固，所述行走轴承座(25)内置行走轴承(26)，用于支撑齿轮轴(4)。
3.根据权利要求1所述的一种基于双轴垂直激振机构的新型压路机振动钢轮，其特征在于，所述轮体(10)通过螺母与右减振器(13)连接紧固，所述右减振器(13)与支撑盘Ⅱ(16)连接，所述支撑盘Ⅱ(16)中间位置连接有行走马达(14)一端，所述行走马达(14)另一端通过螺母连接上车右支架(15)。
4.根据权利要求1所述的一种基于双轴垂直激振机构的新型压路机振动钢轮，其特征在于，所述偏心机构Ⅰ(9)与偏心机构Ⅱ(19)绕轮体(10)的轴芯对称安装，且安装相位差为零。
5.根据权利要求1所述的一种基于双轴垂直激振机构的新型压路机振动钢轮，其特征在于，所述主动大齿轮(22)与从动大齿轮(6)具有相同的齿轮参数，所述从动小齿轮(23)与主动小齿轮(5)具有相同的齿轮参数。
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