振动压路机毕业设计

18T 单钢轮全液压振动压路机工作执行机构设计学生：喻岳斌指导老师：全腊珍（湖南农业大学工学院，长沙 410128）摘要：20 世纪 90 年代末以来，我国工程机械行业发展迅猛，取得了前所未有的成果，工程机械行业已经成为我国国民经济发展的重要行业。面对难得的历史机遇，我国基础施工正经历着一场新技术新工艺的革命，传统振动压路机设备技术已经不能社会发展要求，将逐渐被先进的振动压路机设备技术所代替。论文中对 18t 单钢轮振动压路机进行了初步设计计算，确定其基本参数，并重点对其执行机构偏心轮进行了重点设计计算，液压控制部分原理图，以及各个元器件也做了相应设计。关键词：振动压路机、执行机构、偏心轮、液压18T single steel wheel hydraulic vibratory roller mechanism design workexecutionStudent: Yu YuebinTeacher: Quan lazhen(college of engineering, Hunan Agricultural University, Changsha 410128, China)Since the late nineteen ninties, China Construction machinery industry is developing rapidly, has hitherto unknown results, engineering machinery industry has become an important industry in Chinas economic development. Facing a rare historical opportunity, infrastructure construction in China is experiencing a new technology revolution, the traditional vibration equipment technology road machine is not the requirement of social development, it will gradually be advanced vibratory roller equipment technology replaced.Based on the 18t single drum vibratory roller has carried on the preliminary design, determine the basic parameters, and put the emphasis on the key calculation of its execution mechanism, eccentric wheel, hydraulic control principle diagram, and the various components are also made corresponding calculation.Keywords: vibration road roller, execution mechanism, an eccentric wheel, hydraulic1 前言1.1 压路机发展历史1.1.1 压路机的起源压路机作为强化工程结构物的基础，堤坝及路面铺装层的主要手段，早已为工程建设专家们所熟知合应用。早期的压实技术可以说是仿生学。远古时代，先辈们就曾利用牛羊畜群的蹄子对土壤进行踩踏。而轮胎的柔性压实特性合减震理论的应用则完全来自人们自发的研究成果，牛顿力学为压实机械与施工对象相互作用的研究提供了条件，现代力学则为机械振动的应用和控制奠定了理论基础。1.1.2 国际压路机的发展史压路机作为最早的路面压实机械，经历了漫长的发展和演变。早期出现的压路机都是拖式，可以追溯到 18 世纪初制造的畜力牵引的光轮碾。至于用圆石制成的石碾，则可以追溯到中国更古老的年代，我们祖先一千年以前就用人力或者畜力拖动石碾，它是最早压路机的雏形。19 世纪的工业革命席卷西方，欧洲最早做出了蒸汽机拖动的拖拉机。随后在1982 年就制成了以蒸汽机为动力的自行式三轮压路机，并于 1865 年投产，美国是最早开展土壤压实理论及其方法研究的国家，20 世纪初，他们的一些研究机构对道路的沉陷级其他一些结构缺陷进行了研究，并且从理论和实践上都提出了方案。同时负责修建水坝、军用机场的美国工程兵合负责灌溉的工程的联邦垦务所也对土壤压实进行了研究。在此期间美国的工程师们开发成功研制了世界第一台羊拖式羊足碾压路机。当内燃机刚出现时，美国人就敏锐地察觉到蒸汽机不适合压路机，他们与 1919年制成了以内燃机为动力的压路机。一个偶然的机会工程师们在填土工地上观察了汽车轮子的压痕，并根据此原理于 1940 年制成了轮胎压路机。以上都是静压式压路机，而振动压实技术和振动压实机械的出现是压路机发展史一个划时代的贡献，从此改善压实效果不再简单地以来压路机重量或者压实压力，同时将振动方式合振动参数研究推向了高峰。20 世纪 30 年代，德国在修建公路网时使用了由劳森公司首创的一台拖动级牵引的1.5t 振动平板压实机和一台 25t 的推土机式振动压路机。但真正大量投放市场的是在50 年代初。早期的压路机吨位都很小，并且品种少，总体性能价差。20 世纪 70 年代是压实机械发展史上的一个重要变革，是迅速二普遍地推广应用了静液压传动和电业控制技术；到 70 年代末，在压路机特别是振动压路机上，机械传动在国外大多数被液压传动所代替。随着电液控制技术在振动压路机的应用，从此出现了调频、调幅的压路机。为压实工作参数合随机监控创造了条件。目前压实机械比较先进的国家有德国、美国、日本、瑞典等1.1.3 国内压路机的发展史及发展现状1961 年西安公路交通学院与西安筑路机械厂联合开发的 3t 自行式振动压路机是国内振动压路机的起点。1964 年洛阳建筑机械厂研制出 4.5t 振动压路机。1974 年洛阳建筑机械厂与长沙建筑机械研究所合作开发了 10t 轮胎驱动振动压路机和 14t 拖式振动压路机。80 年代中期我国开始引进国外先进的压路机制造技术。1985 年温州冶金机械厂研制了 19t 振动压路机。 1999 年三一重工集团有限公司引进国内外先进技术，开发研制了 YZ 系列振动压路机，采用全液压控制，型号有 YZ16C、18T 单钢轮全液压C、 YZ20 等。20 世纪 80 年代后期，随着基础工业元件的发展，特别是液压泵、液压马达、振动轮用轴承、橡胶减振器的引进生产，使振动压路机技术总体水平和可靠性有了很大的提高。国内大专院校和科研院所的科研攻关，使我国自行开发和研制振动压路机的能力有了较大的提高。1998 年中国农业大学开发研制的混沌振动压路机，1990 年西安公路大学与徐州工程机械厂共同开发的 10t 振荡压路机，都标志着我国振动压路机科研和产品开发达到了新的水平。我国压路机的理论研究和产品自主研发起步较晚，整体技术状态与国际先进水平仍然存在较大差距，主要表现在产品系列不完整，超重型振动压路机生产数量仍然较少。专用压实设备匮乏，综合性能、经济指标及自动控制技术仍然落后。近年来，国内压路机主要生产企业逐渐具备开发和研究生产高技术水平全液压振动压路机的能力，广泛采用进口发动机、闭式液压系统、震动轴承、橡胶减震块等，使得产品可靠性、耐用性等方面有了很大的提高；并且通过对引进技术的消化和吸收，在智能化、新压实型原理和技术、GPS 技术和压实技术应用软件等方面进行了一系列研究与开发，使得我国压实机械技术和产品得到了长足的发展。可以预测，利用十余年时间我国必将由一个压实机械研发和制造大国逐渐发展成一个强国。1.2 压路机发展趋势随着市场竞争日趋激烈和技术的高度发展，现代压路机结构更趋先进、技术性能更趋完善，可靠性进一步提高，附加功能增加零部件制造和装配工艺得到进一步改善，操作系统向全电液操控和电子监控方面发展，驾驶向舒适性、方便性方面发展，政绩给人以赏心悦目的感觉。另外未来压路机发展还考虑了以下机电因素：环保要求：采用颠沛柴油发动机，降低废气污染排放；减少各种油料的消耗，采用可循环再利用的材料制造零件等。人性化设计：例如设计宽敞的操作平台独立安装在设备上，减少噪音和振动，驾驶环境更为舒适，消声器隐藏在后部发动机罩盖下，有效减少了来自及其后部的噪音和热量等等这些人性化设计，使得操作和包养机器变的异常简便，大大降低了难度和工作量。各种辅助装置齐备：配备辅助装置的主要作用是实现一机多用，主要表现在：单钢轮行可方便拆装的凸块壳等。这些辅助装置进一步改善了压路机的适应性和压实质量等。1.3 本次设计主要任务我国基础施工正面临着一场新技术新工艺的革命，传统的路面压实机械已经不能满足我国经济的发展需求，高可靠性，高性价比正式这个时代所需求的产物。设计并制造出高效、环保、节能的振动压路机是摆在当代设计师以及研究人员面前重大的任务。本次设计主要任务：（1） 振动压实系统设计（2） 液压控制系统设计1.3.1 传动方案比较 机械传动单钢轮振动压路机被寓为具有中国特色的压路机产品，因其价格较低，非常适合中国用户和发展中国家的实际购买力。另外机械控制具有传动可靠，传动速比较大、结构简单，安装和维护方便等特点，然而相比于液压控制，液压控制明显更适合这个时代的发展，液压控制相比于机械控制有以下不同：压实质量机械传动单钢轮振动压路机由于振动轮只有振动，行驶是从动轮，压实过程中由于从动轮的滑移会产生拥土现象和表面裂纹。而全液压单钢轮振动压路机的振动钢轮既是驱动轮，也是振动轮，在压实施工中振动钢轮是转动状态，很好地解决了土壤压实过程中的起褶和拥土题目。压实速度机械传动振动压路机的行驶速度只能实现有级变速，而全液压传动振动压路机则可实现 无级变速。驱动性能机械传动振动压路机只能实现单轮驱动，而全液压传动振动压路机可实现前后轮传动，所以全液压传动振动压路机的驱动性能和防滑性能均优于机械传动振动压路机。操纵舒适性全液压单钢轮振动压路机的操纵十分轻巧与简洁，在起步和停车时均比较平稳；而机械传动系统的行驶操纵顺序复杂，劳动强度大，压路机在起步和停车时均有较大的冲击，行驶速度只能实现有级变速。可靠性对于机械传动振动压路机，由于机械传动部分在工作中存在冲击，并且增加了诸如离合器、变速器和分动箱等传统的机械传动环节，部分降低了压路机的可靠性；而全液压传动振动压路机的液压系统中的液压件多采用国际著名公司的产品，可靠性较高，同时轻易实现优越的性能，如可靠的三级制动功能和驱动与制动互锁保护功能等。市场发展趋势目前国外全液压振动压路机压实效率高、可靠性好、驾驶舒适，尤其是智能控制技术的成功运用，使得压路机的技术水平达到了一个新的高度。价格比较与全液压单钢轮振动压路机相比，机械传动单钢轮振动压路机的最大优点是价格低廉，比较经济。其价格约为同吨位全液压单钢轮振动压路机的1/2左右，为国外同规格全液压产品的1/3左右，低价位、低配置和短期投资回报快的机械传动单钢轮振动压路机正好适应了部分用户的需求。基于上述比较，液压控制明显优点高于机械控制，因此本设计采用液压控制。2 工作原理18T单钢轮全液压振动压路机采用后轮驱动，其行驶、制动、转向、振动都是通过液压系统实现控制。行驶时，驱动力由驱动马达通过驱动桥驱动后轮行驶，同时钢轮也有驱动马达，两边的速度通过液压系统控制实现同步。振动主要依靠偏心轮的旋转来实现，偏心轮上两个固定偏心块，一个活动偏心块。活动偏心块安装在两个固定偏心块中间，通过键连安装在振动轴上。工作时，马达旋转通过轴传递到偏心块上，偏心块旋转会产生两种不同的偏心力的叠加方式，从而得到两种不同的偏心距，从而实现了振动轮的振动，整车行驶时就实现了对路面的压实。制动时液压泵卸荷，压路机停止行驶。转向时力由转向油缸通过铰接架控制转向，转向液压缸有两个，转向时，液压缸会产生两个方向相反的力，从而实现转向。压路机工作时先振动后行驶，制动时先停止振动再制动。动力传递路线如下18T单钢轮全液压振动压路机整车视图如下：图1 压路机整车视图Fig. 1 machine vehicle View Road3 振动轮设计3.1调幅装置与激振力和振幅调节压路机激振机构内装有调幅装置，调幅装置内装有活动偏心块，活动偏心块空套在偏心振动轴上，当驱动振动轴的液压马达正反转时，使调幅装置上的偏心块与偏心振动轴产生两种不同的偏心质量叠加方式，从而得到两种不同的偏心距。实现了振动压路机工作振幅和激振力的调节。在调幅装置密闭空腔内装有一定量的硅油。硅油可以流动且密度大，可随振动马达的旋转方向的变化而变化而改变其在空腔内的位置，从而达到调节偏心质量和静偏心距的目的。硅油价格低廉粘度大，具有良好的阻尼吸振作用，能够衰减因偏心块旋转方向改变而引起的惯性冲击和振动，从而减少了机件的冲击载荷。另外硅油的加减用量很方便，可以更好地优化振幅大小图 2 调幅装置Figure 2 the amplitude modulation device3.2 偏心块的设计计算 偏心块是振动压路机的激振器。偏心块在振动马达的带动下高速旋转产生巨大的离心力，离心力迫使振动轮产生振动从而压实土壤。偏心块每旋转一周，振动轮就按照一个振幅振动一次，偏心块的转速决定了振动轮的振动频率 5。（1）正视图 （2）左视图1-振动轴承 2-活动偏心块 3-固定偏心块 4-振动轴 5-挡销图 3 偏心块示意图Fig.3 Schematic diagram of vibration wheel block偏心块的结构示意图见图 2。偏心块有两组，对称安装在振动轴上。每组偏心块由两块固定偏心块和一块活动偏心块组成。两固定偏心块通过键与轴连接，活动偏心块布置在两固定偏心块之间，通过轴套空套在振动轴上，挡销和活动偏心块与两固定偏心块组装成一个部件后装入振动轮 6。 （图中虚线为固定偏心块。 ）固定偏心块和活动偏心块尺寸示意图如下：图 4 偏心块尺寸示意图Fig.4Schematic diagram of the eccentric block size偏心块厚度（mm） 。对应圆弧的半角。对应圆弧舷长（mm） 。c其余字符如图（3）所标。初取固定偏心块尺寸（mm）：201R10271r401b51活动偏心块尺寸（mm）：8212623202固定偏心块的面积 偏心矩 ，偏心质量 和静偏心矩 ：,1A01r01m1eM= （R 2 （1）8)222)(rCb其中，arccos(- =100 （2） 1 80arcos)11Rb660 （3） )arcos(1212R432.67 （4） 21bC183.30 （5） 212将数据代入（1）式可得 =85546（mm ）1A2= 72.90 （6）0r)(23121Cm 36.26(kg) （7）96101 1054870M (kg ) （8）6.2.35430re m活动偏心块：= （R （9）2A18021)2221)(rCb其中，0 （10）8arcos)cos(212121 Rbar110 （11）)r(22R353.13 （12）211bC187.35 （13）22将数据代入（9）式可得 =61038.60（mm ）A= 51.14 （14） 02r)(1321Cm 23.96(kg) （15） 960