振動壓路機激振器研究

趙光明，張 平，張 偉

（三一汽車制造有限公司，湖南 長沙 410100）

激振器是振動壓路機產生振動的動力源，現有壓路機上的激振器都是由支承于振動軸承上的振動軸帶偏心塊振子構成，振動軸高速旋轉時偏心振子所產生的離心力就是振動壓路機的激振力。

根據作用效果，激振器可分為不定向激振器、定向激振器、振蕩激振器；根據可產生的振幅數量，可分為單幅激振器、雙幅激振器、多幅激振器、無級調幅激振器；根據偏心軸的數量，可分為單軸激振器、雙軸激振器等[1]。下面主要從軸的數量出發，探討壓路機的各種激振器。

1 單軸激振器

如圖1所示，為單軸激振器的典型結構。設圖所示位置為激振器振動時的起始時刻，即t=0，則其產生的激振力為：

式中：Me為偏心組件的靜偏心矩，ω為偏心組件角速度大小，方向如圖所示?？梢娂ふ窳大小恒定不變，方向沿圓周方向時時變化。而垂直激振力Fv是一個周期為2π的余弦函數，水平激振力Fh同樣是一個周期為2π，相位角不同的余弦函數。因此，為圓周激振器。

圖1 單軸激振器原理簡圖

2 雙軸激振器

2.1 雙軸反向激振器

如圖2所示，兩偏心組件完全一致，其安裝軸線偏離鋼輪軸線距離為r，兩偏心組件安裝時的初始相位差為α（α∈[0，π]），兩偏心組件作等速方向旋轉，則兩偏心組件產生的激振力如下：

由式可知，該類型激振器的激振力大小是周期性變化的。

當 α=0 時，Fh=0，Fv=－2Me×ω2×cos（ωt），M=0，則該激振器只產生垂直方向的激振力。因此，當α=0時，為垂直激振器。

當 α=π 時，Fh=－2Me×ω2×sin （ωt），Fv=0，M=2Me×ω2×r×cos（ωt），則該激振器產生水平方向的激振力和一交變力矩。因此，當α=π時，為一復合了水平振動的振蕩激振器。

當α∈（0，π）時，由于兩偏心組件等速反向旋轉，根據力的合成可知，兩偏心組件產生的激振力合力的方向始終沿著與垂直軸成α/2方向，如圖2（b）中所示。因此，當α∈（0，π）時，為定向激振器。

2.2 雙軸同向激振器

圖3中兩偏心組件等速同向旋轉，則兩偏心組件產生的激振力如下：

由式可知，該類型激振器的激振力大小是初始相位角α的函數。當α一定時，激振力大小為一定值。

當 α=0 時，Fh=2Me×ω2×sin（ωt），Fv=－2Me×ω2×cos（ωt），F=2Me×ω2，M=0，則該激振器效果與上述所述的單軸激振器類似，為圓周激振器；

當 α=π 時，Fh=0，Fv=0，F=0，M=M=2Me×ω2×r×cos（ωt），則該激振器僅產生一交變力矩，為振蕩激振器。

當α∈（0，π）時，由于兩偏心組件等速同向旋轉，兩偏心組件相位差始終保持為α，根據力的合成可知，等效為一圓周激振器與一振蕩激振器的合成。

圖2 雙軸反向激振器原理簡圖

圖3 雙軸同向激振器原理簡圖

3 激振器的應用

3.1 單軸激振器的應用

單軸激振器是使用最成熟，也最簡單的激振器，有單幅和雙幅兩種類型。單幅激振器是一根旋轉的偏心軸，或在振動軸上裝偏心質量塊。當振動輪寬度較小時，采用一根偏心軸支撐在兩個跨度較大的振動軸承上。偏心軸可以是加工件，如圖4（a）所示；可以在振動軸上焊接一圓弧板，如圖4（b）所示；還可以在軸上裝配一長條塊，如圖4（c）所示。當振動輪較寬時，一般采用一根連接軸串聯兩個偏心塊，如圖 4（d）所示[2]。

圖4 常用的單幅激振器結構

雙幅激振器一般有固定偏心塊和活動偏心塊，其中固定偏心塊與振動軸固連，活動偏心塊空套在振動軸上，通過擋銷作用使得振動軸轉向改變時固定偏心塊與活動偏心塊相對位置發生變化，從而實現大小兩種振幅，如圖5所示。

圖5 常用雙幅激振器結構

3.2 雙軸激振器的應用

雙軸激振器是為特殊壓路機設計的，其結構較復雜，常見于垂直振動壓路機、振蕩壓路機以及多幅壓路機中。

垂直振動壓路機能最大限度的將振動能量傳遞給被壓實材料，作用深度大，對周圍環境影響也大，主要用于遠離居民區的基礎層的壓實。目前，垂直振動壓路機激振器采用的方案為兩偏心組件相位相同，旋轉方向相反。

振蕩壓路機是一種薄鋪層壓實機械，它產生的振動小，適用于城市交通、建筑物間、橋梁、涵洞等振動敏感地方的施工[3]。目前，振動壓路機激振器采用的方案是兩偏心組件相位差為180°，旋轉方向相同。

多幅壓路機所用激振器屬于定向激振器，其偏心組件的旋轉方向相同。振幅是通過控制兩偏心組件初始相位角α的大小實現的。當α可在[0，π]內連續控制時，則其成為無級調幅壓路機。無級調幅壓路機結構最復雜，是智能壓實的基礎，也是壓路機生產商技術水平的充分體現。

4 結語

本文從偏心軸的數量出發，介紹了單軸和雙軸激振器的工作原理。文中雖未提及多軸激振器，但其可看成是單軸激振器與雙軸激振器的疊加，或雙軸激振器間的疊加。通過本文介紹，壓實設備生產商可根據自身需要，迅速定位新一代壓路機及其將采用的激振器原理、結構。