振动压路机有关振动轮和激振器的设计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。

本次课程设计的主要任务就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，便实现了振动轮的无级变幅。

除了振动轮的设计计算部分，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、无级调频调幅目录第一章绪论 (3)1.1课题的意义 (3)1.2压路机的发展历程及国内外发展概况 (3)1.2.1压路机的发展历程 (3)1.2.2国外的变频变幅发展概况 (3)1.2.3国内的发展概况 (5)1.2.4国内外振动压路机无级调幅技术的三个相关专利 (6)第二章变频变幅振动轮的压实原理 (8)2.1动压实原理 (8)2.2变频变幅振动压实的优势 (10)第三章设计思路及结构原理 (12)3.1振动轮调频的设计思路 (12)3.2振动轮调幅的设计思路 (13)第四章变频变幅振动轮的总体设计及计算 (15)4.1振动轮振动参数的讨论及确定 (15)4.1.1振动频率 (15)4.1.2工作振幅和名义振幅 (15)4.1.3振动加速度 (16)4.1.4振动压路机工作速度和压实遍数 (18)4.1.5激振力 (18)4.1.6振动轮的振动功率 (19)4.2振动轮主要工作参数的设计计算 (20)4.2.1压路机的工作质量及分配 (20)4.2.2振动轮的直径和宽度 (21)4.3振动轮激振机构 (23)4.3.1几种激振形式压路机力学特征和压实特性 (23)4.3.2振动机械激振器的分类及作用原理 (24)4.3.3本设计的激振器的特点 (26)设计总结 (27)致谢 (27)参考文献 (28)第一章绪论1.1 课题意义振动压路机是施工工程施工的重要设备这一，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。

其中振动又儿科分为：单频单幅、单频双福、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的固有频率相等或非常接近时，振动压实的效果最佳。

当振动压路机在不同土壤工作是，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壤接触前一瞬间的动量，就需要振动轮有较大的振幅和增大振幅部分的质量。

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壤的接触，有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振动所需的振幅大小事不同的。

因此振动压路机也应该有变化的振幅。

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，美国有十几家，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。

一直保持在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。

其他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，国内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结合压实质量。

表1.1为几种双钢轮压路机的振动频率与振幅。

德国宝马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轴激振机构，配置在双钢轮振动压路机上。

后用于一根固定轴上装有两组反向的偏心块激振机构，配置在单钢轮振动轮压路机上。

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。

该系统从操作振幅飞最大值调整到“0”的反应时间不超过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重叠形成定向振动，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。

美国英格索兰公司的DD—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原理是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了振荡压路机。

他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4000d/min，是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，有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及压实度仪的出现，智能振动压路机的研制逐渐成为一个热点，我国企业着手进行这方面的研究工作，也已经取得了一定的成绩。

由厦工集团三明重型器有限公司研制的“YZC12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的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改质量的表面处理，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。

2006年12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“863”计划项目—“YZC12智能化串联式振动压路机级企业制造信息化”的基础上做进一步的研究。

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麓—浩利工程机械有限公司合作开发出W1102DZ型无人驾驶压路机，已在实际中进行应用，尽管有许多方面还需要进一步改善，但已经向智能化振动压路机的研发迈出了重要的一步。

该公司自行研制生产的WZOOSD/PD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一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，具有自己独立的知识产权，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GPS定位技术的研究与发展方面，也走在同行的前列，起子公司开始研究GPS定位的相关产品，已取得了可喜的成果。

1.2.4 国内外振动压路机无级调幅技术的三个相关专利1.改变偏心块相对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，是动块滑移一个角度，这时腔内压力会增大，通过截止阀微量释放压力油后，便可使动块在其惯性力的作用下相应位移，从而达到了无级调幅的目的，其工作原理见图1.2。

这种设计通过改变偏心块的相对相位角以调节偏心距来实现无级调幅的技术，达到了低耗高效的目的。

它仅利用了振动压路机发动机启动时不带负荷的功率，而在工作状态下，调幅过程对发动机的负荷为零。

2.变幅激振器技术这种激振器变幅技术采用了一种变幅激振器结构，主要有内偏心轴部分和外偏心轴部分组成，通过改变内心的偏心相位差，实现变幅激振器的质量偏心距一点范围内变化，导致振动轮的振幅在一定范围内连续变化，即实现无级变幅。