振动振荡压实的技术原理及其应用.docVIP

振动振荡压实的技术原理及其应用 专题综述 振动振荡压实的技术原理及其应用 赵圣刚 自60年代以来,振动技术被广泛地应用于各 种材料压实作业之中,各种类型及规格的振动式压 实机械,如平板振动夯实机,单轮和两轮振动压路 机以及振荡式压路机等都取得了很大的发展.振动 式,振荡式压实机械是依靠自身质量及机械振动的 频率和激振力共同作用,使被压材料得到压实,因 此它具有压实质量好,效率高,节省材料和能源等 优点. 1振动的技术原理 振动压路机按其振动特征可分为非定向振动式 和定向振动式两种,见图1. 禽 非定向振动式定向振动式 图1 1.1非定向振动式 非定向振动式钢轮内一般为单偏心轴(见图 1),当单偏一tL,轴作圆周运动时,就会产生离tL,力, 离心力通过轴作用于钢轮上,引起钢轮振动设偏 一 tL,轴的质量为m,偏心距为e,偏一tL,轴转速为n, 则偏心轴离心力为F=m(2rrn)e. 离心力的方向为:由偏tL,轴旋转中-tL,0指向偏 tL,轴的质点.由于偏心轴的质点作圆周运动,那么 离心力的方向在一个周期内呈放射状,如图2. 图2图3 为研究方便起见,把钢轮所受离tL,力分解为两 个方向的分力F木和F垂(图3).为时刻离心 建辘机械200/f4) 力与垂直线的夹角,则: F垂=Feos(+),其中=2rrn; F,g=Feos(oJr一/2),其中叫=2n. 按上述公式可以得出分力与时间关系图(见图 4). … . /F 垂直分力时间曲线水平分力时间曲线 围4 由此可得钢轮在,的作用下,其运动轨迹为 上下垂直振动,其振动频率为f=n/60,最大激振 力FFm(2r:n). 而钢轮在F的作用下,其运动轨迹为水平振 动,其振动频率为/=n/60,最大激振力F=F =m(2n)2e. 由此可见,钢轮在两相互垂直,大小相等,频 率相同的周期外力作用下受迫振动,且相位差为 3m/2,那么合成后的运动轨迹将是一个圆(暂不计 重力和材料阻力的影响).由此可知,钢轮对铺料 层不仅有上下振动压实作用,而且还有水平单方向 上的揉搓作用(这种单方向的揉搓作用可能会导致 被压材料的堆积) 1.2定向振动式 定向振动式钢轮内一般有两根大小相同的偏心 轴(见图1),以相同的转速相向转动.由于其相 对位置固定,并且两根偏心轴所产生的离tL,力在水 平方向上的分力一直是大小相等,方向相反,故合 力为零.而在垂直方向上的分力大小相等,方向一 致,故合力为: F=2m(2)eel~,(+),其振动频率, =n/60 钢轮在这个定向周期力的作用下,其运动轨迹 2, .- - 8.题综述 为一条上下直线. 由此可知定向振动式钢轮对铺料层只有上下振 动压实作用,没有非定向振动所具有水平单方向的 揉搓作用. 2振荡技术原理 所谓振荡压实就是利用钢轮的扭振力矩施加于 材料一个水平方向上的交变剪切力.这个扭振力矩 实际上是一个水平方向上的周期性外力作用着钢 轮,使钢轮作振荡运动(见图5). 周5 从图5和图1中定向振动的形式可以看出,如 果把定向振动的双偏心轴偏转9ff,振动轮就变成 了振荡轮. 设偏心轴质量为m,转速为n,偏心距为e, 则: 振动频率:,=n/60, 偏心力:F:2m(2)ec0s(+rr/2),其 中:2, 最大激振力:F:2m(2r:n)e. 由图5可知,钢轮只受水平方向周期偏心力的 作用,其运动轨迹是一条水平方向往复直线(即振 荡运动),所以钢轮不离地面. 3振动与振荡技术的应用 由上可知,振动与振荡的根本区别是钢轮振动 方向不同,前者为垂直方向的振动,后者则为水平 方向振动(即振荡),但导致的使用效果却截然不 同. 垂直方向的振动越大,对地面的振动质量就越 大(M+F/G),影响铺料层的深度就越深,特别 适合路基及较厚的铺料层压实而对沥青混凝土面 层或在压实终了时,就会造成整体强度下降.水平 方向的振荡是利用钢轮自身质量与钢轮水平方向的 揉搓对铺料层共同作用的,由于钢轮不离地面,可 防止压碎骨料.水平揉搓有利于提高面层的平整度 22 和密实性,并且其消耗的功率较小,约为振动压实 的50%左右,但其影响深度比振动压实小,较适 于沥青混凝土面层和终了压实. 既然振动压路机和振荡压路机各有其优点,那 么把振动和振荡功能同时集中于一个钢轮内,并根 据不同类型和厚度的铺料层而作相应转换,就可使 压路机的工作一直处于最佳状态,能量消耗最少, 压实效果最好这在实际工作中是完全行得通的, BONAG(宝马)智多星压路机就是采取科学方 法,通过液力装置来控制双偏心轴偏转角度来实现 的(见图6). 0lt;dlt;90Ⅱ=90 图6 通过图6可列出两个分力的公式.双偏心轴的 最大偏心力在垂直方向的分力: Fl2m(2~rt)eoo~a; 水平方向的分力: F22m(2r