【毕业设计】压路机振动轮的研究与设计说明书

宝马公司的自动变幅控制系统有和两种结构。

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的反映时间不超过秒钟，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，简称。

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，定向振动系统是的基础。

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。

传动齿轮振动偏心轴图宝马压路机原理图美国英格索兰公司公司的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，德国公司首先根据这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些产品还普遍采用了超高频振动技术，振动频率超过了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。

国内的发展概况国内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，利用和控制原理，设计出由可编程逻辑控制器为核心的控制系统，并编写控制程序。

控制系统根据密实度计给出的振幅值进行脉冲宽度调制，利用调制后的信号控制比例伺服阀，以此来控制进入液压油缸中液压油的流量，达到调节液压缸位置的目的，从而控制了工作机构中两偏心轴的相对位置，也就达到了调的目的。

调幅系统齿条液压油缸的动力油来自振动系统，因为振动系统回路中的高压低压不是固定的，所以通过换向阀实现选择功能，又因为振动回路高压油压力过高，还必须经过减压阀的减压，然后才供给调幅油路使用。

为保持油缸的稳定，增加液压锁。

随着液压控制计算机控制和检测技术在工程机械领域的应用以及压实度仪的出现，智能振动压路机的研制逐渐成为个热点，我国企业着手进行这方面的研究工作，也己经取得了定的成绩。

由厦工集团三明重型机器有限公司研制的智能化串联式振动压路机为国内首创，可用于各种路基和路面土方的压实。

该种压路机施工时能够根据物料的密实度变化自动选择最佳的振幅以达到最高的效率，亦因此达到更好的压实效果和更高质量的表面处理，此种压路机能监测密实度的适时状况并自动调整振动方向，并可手动控制，与标准振动压路机相比可提供更大的操作灵活性。

年月，三明重工公司与福州大学合作开发智能化振动压路机研制项目，该项目是在国家计划项目智能化串联式振动压路机及企业制造信息化的基础上做进步研究。

被列入福建省科技重大专项，并获得了专项拨款。

国防科技大学和长沙江麓浩利工程机械有限公司合作开发出型无人驾驶压路机，己在实际中进行应用，尽管有许多方面还需要进步改善，但已经向智能化振动压路机的研发迈出了重要的步。

该公司自行研制生产的全液压振动压路机可加装密实度仪，提高设备的压实质量。

长沙建设机械研究院以及中联重工科技发展股份有限公司直致力于智能化振动压路机的开发与试验工作，到目前为止取得了较为显著的成绩，如在压路机振动状态振动状态和振荡状态的转换技术方面，处于国内领先水平。

在压路机振幅调节技术方面，具有自己的知识产权，并已经生产出国际先进水平的智能化防滑转系统利用黑箱原理，研制出了中国首台密实度计。

此外，在定位技术的研究与开发方面，也走在同行的前列，其子公司开始研究定位技术的相关产品，已取得了可喜的成果。

国内外振动压路机无级调幅技术的三个相关专利改变偏心块相对相位角的调幅技术将偏心块安装在充满油液的腔内，当振动轴旋转时，动块在其惯性力的作用下与定块紧密接触。

在二者之间施加作用力，使动块滑移个角度，这时腔率，故这种计算方法又叫做两个自由度计算方法。

二是把振动压路机简化为具有个自由度的振动系统，如图所示，这个系统只有个自由度，故这个方法又叫做单自由度振动系统计算方法。

比较两个字算方法，可知，但自由度振动系统计算压路机的减振系统，方法简单，不涉及土的刚度问题。

并且，本设计中的振动轮的振动动作简单，只有垂直方向的振动。

故选用但自由度振动系统计算方法。

图个自由度的振动系统的受力分析在图中，整个系统在这个交变力的外力作用下产生振动，其振幅为，振动加速度幅值为，因为弹簧的作用，基础振动的振幅和加速度幅值传递到质量上时已经不再是和，变为和，用表示与之比或者与之比，则即为该振动系统的传递率。

式中，传递率频率比振动压路机的工作频率图中数字模型的振动频率。

其中，如果把图中的基础视为振动压路机的下车，那么，则为振动压路机减振系统的总刚度，则为振动压路机的当量上车质量。

传递到振动压路机上车的振幅越小，振动压路机的减振效果就越好。

减振系统的设计主要是解决的问题。

将公式改写为下式根据实践经验证实，当频率比时，般认为可以获得满意的减振效果。

可用下式表达其中，频率比，已被认为是减振的最佳值。

带入公式中，得出式中，振动压路机的上车当量质量，由设计决定振动压路机的工作频率，由设计决定，。

在本设计中，有两种振动最强烈的状态，即和可以看出，第种情况的频率值更大，因此带入第组数据进行计算。

橡胶减振器的设计与计算橡胶减振器的工作性能主要表现为对振动系统的阻尼减振，阻尼减振就是将振动能量转变成热能消耗掉，从而达到减振的目的，其方法是依靠提高机械机构的阻尼材料阻尼结构阻尼接触阻尼来减低或消除机械振动以及提高机械的动态稳定性。

这种阻尼主要起源于介质内部，又称固体的内阻尼，当它承受动载荷时，有部分能量转化为热能而消散掉，另部分能量则已势能形式贮存起来。

减振器的内阻尼的大小除了取决于所用材料之外，还和其结构形状尺寸承载方式有关，目前还不能根据固体介质的基本物理参数定量计算橡胶减振器的内阻尼，只能借助试验的方法，测定固体材料的内阻尼的些相对参数来评定阻尼的大小。

橡胶减振器的材料橡胶减振器的材料有两种，种是天然橡胶，另种是丁腈橡胶。

天然橡胶制成的减振器具有良好的机械性能，加工方便，具有良好的弹性稳定性及耐日照性。

但天然橡胶阻尼小，通过共振区很不安全。

通过共振区时，振动压路机的上车振幅很大。

还有，天然橡胶的耐油性能差，减振器接触油污后橡胶发生变形，失去弹性，因此目前使用天然橡胶制造的减振器已经不多了。

丁腈橡胶具有良好的耐油性和较大的阻尼，目前大多数振动压路机的减振器都用该材料制造而成橡胶减振器的几何形状橡胶减振器的断面形状通常采用矩形截面或圆截面。

矩形截面减振器由于不同方向其刚度不等，给在三个方向刚度要求不同的减振系统设计带来了很大的方便，同时，矩形截面减振器具有结构紧凑，安装方便，承载能力可以设计得很大等优点，故广泛应用于非驱动轮减振。

圆形截面减振器总刚度不随振动轮位置的变化而变化，故广泛应用于驱动轮减振。

在本设计中，将振动轮设计为为驱动轮，因此选用圆形截面的减振器。

橡胶减振器的硬度橡胶材料的硬度是设计橡胶减振器的个十分重要的参数，不同硬度的橡胶，即使外形尺寸相同，其刚度也不相同。

这是因为橡胶减振器的弹性模量及剪切弹性模量随着橡胶硬度的变化而变化。

表中给出了橡胶硬度与弹性模量和剪切弹性模量的关系。

在设计振动压路机橡胶减振器时，减振器选用橡胶材料的硬度般为，最好是，其原因是减振器的结构尺寸定时，减振器的刚度和硬度成正比关系，在设计时，由于种原因发现减振器的刚度不能满足使用要求时，在不改变减振器的几何尺寸的前提下，可以通过改变橡胶硬度达到改变减振器刚度的目的。

当减振器的硬度在的范围内选取时，给减振器的修改设计，上下都留有足够的余地，容易满足设计要求。

另方面，减振器橡胶材料的硬度在范围内，橡胶材料既有较高的强度又有良好的韧性。

同时，在硬度范围内的橡胶减振器与其两端金属板的连接强度较大，可达。

因此，橡胶减振器的硬度应选择在之间。

表橡胶硬度与弹性模量和剪切弹性模量的对应值减振器的几何尺寸对于圆形非变径减振器的几何尺寸设计，可参照公式进行式中，圆形截面减振器高度圆形截面减振器直径。

根据这原则，将圆形截面减振器的尺寸设计为，。

橡胶减震器的刚度设计与计算橡胶减振器的刚度有静刚度和动刚度之分，考虑到振动压路机的下车作用以动态作用力，因此在设计时，应使用动刚度的概念。

动刚度可用公式计算式中，减振器的截面积剪切表观弹性模量减振器的高度动刚度系数。

其中动刚度系数是动刚度与静刚度之比，与橡胶材料的硬度有关，如表表橡胶硬度与动刚度系数对应表橡胶硬度动刚度系数取橡胶硬度为，则动刚度系数为。

按公式求解解得代入式得减振器的个数便可以根据橡胶减振器的校核对于单自由度模型来说，减振效果可按式进行校核式中，机架振幅与振动轮振幅之比，成为隔振系数隔振系数为，般取。

单自由度模型固有频率系统激振频率，。

其中所以达到了减振要求。

综上，选择