振动压实仪标准
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当激振力方向朝后下方时，地面对滚轮的支持力 Ｎ＇和摩擦阻力 Ｐ＇ｆ 分别为： Ｎ＇＝Ｆ ｓｉｎ ωｔ ｓｉｎ β＋Ｍｇ Βιβλιοθήκη Baidu Ｐ＇ｆ＝Ｎ·ｆ＝（Ｆ ｓｉｎ ωｔ ｓｉｎ β＋Ｍｇ）·ｆ 这时，Ｐ＇ｆ 的方向向前。显然，向前和向后的摩擦阻力大小不同，当 Ｆｓｉｎωｔｃｏｓβ－Ｐｆ＞０ 时，滚轮向前运动；当 Ｆｓｉｎωｔｃｏｓβ－Ｐ＇ｆ≤０ 时，滚轮原地不动。这样，滚轮就实现了自行 运动。 样机要人助力，才能在平地上行驶。同时，受铺层厚薄不匀，材料性质变化等外界不确 定因素的影响，加之整机的质心不在中间对称截面内，滚轮跑偏，操作费力。因样机的自行 性能不好，没有进行样机性能的测试。 （二）第二轮试验［２］［３］ １．样机的结构与工作原理
图 ２ 为样机的结构简图。它主要由上激振器、下激振器、电机、支架、左侧板、右侧板、 振动滚轮、同步齿形带及其带轮、操纵手柄及电气开关、减震垫等组成。上、下激振器对称 地安装在支架上，支架的中部部分安装着电机，支架两端通过轴承支撑在左、右侧板上，左 右侧板与振动轮间为可拆联接。设计时，为保证激振力作用方向与机器质心在同一平面内， 使机器前进时不产生偏转，使用了双轴电机。 图 ３ 为样机的工作原理图。由图 ２ 和图 ３ 可知，当电机经同步齿形带驱动上、下激振器 的两驱动轴而同步旋转时，套在轴上的滑块在离心力作用下沿径向甩出，但受壳体内壁圆周 几何形状的约束，使其沿内壁旋转。因此，滑块一方面随同驱动轴旋转（为牵连运动），另一 方面受壳体内壁几何形状的约束而沿驱动轴滑动（为相对运动）。壳体的内壁形状是根据工作 要求确定的，因此，滑块平面运动轨迹是确定的。
水平方向的分力为 Ｆｓｉｎωｔｃｏｓβ。若压实机总重为 Ｍｇ，则当激振力方向朝前上方时，地面对 滚轮的支持力 Ｎ 为 Ｎ＝Ｆ ｓｉｎ ωｔ ｓｉｎ β－Ｍｇ 土壤对压实滚的摩擦阻力 Ｐｆ 为 Ｐｆ＝Ｎ·ｆ＝（ｆ ｓｉｎ ωｔ ｓｉｎ β－Ｍｇ）·ｆ Ｐｆ 的方向和运动方向相反，方向向后。
考虑到要加工简单，内壁设计成简单的圆形。由于驱动轴的几何中心与壳体的内圆几何 中心有一偏心距 ｅ 存在，滑块在上述平面运动过程中产生的离心力的矢量端图的形状必如图 ４ 所示。离心力在任一位置都可分解为垂直与水平两个分量，上、下激振器的垂直分力相加 后产生振动压实，水平分量相加后产生水平运动。由于偏心距 ｅ 的存在，一周内其向前的水 平合力总大于向后的水平合力而产生前进运动。同时，由于水平力的周期变化产生的水平搓 揉运动加强了振动压实的效果。滚轮前进的平均速度可通过调整偏心距 ｅ 来调节。从设计观 点来看，激振器壳体的内壁形状与偏心距 ｅ 是决定压实效果及运动速度的两个重要因素。 采取两个激振器并上、下对称安装的原因是因为除结构上考虑外，还考虑了操作省力。 因为上、下激振器对支架中心的瞬时力矩总近似为零，消除了支架上的倾翻力矩，从而大大 减轻了手柄的操纵力。 样机的主要参数列在表 １ 中。 ２．样机的性能测试 （１）前进速度的测试 为检测机器行走速度与激振强度之间的关系，做了两组试验：将振动滚轮与操纵手柄联接 在一起，约束滚轮的转动自由度，分别在压实好的“刚性”地面和新铺层测试样机前进速度； 不约束滚轮的转动自由度，分别在刚性地面与新铺层测试样机的前进速度。激振力大小的变 化是通过改变激振频率来实现的。 不约束滚轮转动自由度时，改变激振力大小，发现机器在新铺层原地振动，而无前进速 度，并且滚轮逆向空转。只有当约束滚轮转动自由度时，机器在新铺层工作时才会前进。
合同号： 项目名称主标题： 自行式振动压实机的研究总结报告 项目名称副标题： 组织单位： 交通部科教司 主持单位： 承担单位： 长安大学（原西安公路交通大学） 出版年： 课题负责人： 研究人员： 正文 １： 自行式振动压实机的研究总结报告 一、研究目的 目前，在我国小型土方工程和城乡道路维护的压实作业中，仍大量使用着我国 ２０ 世纪 ６０ 年代研制的蛙式打夯机。它结构简单，成本低廉，曾很适合我国国情。但随着建筑施工技 术的发展，其缺点已不容忽视：夯实效果差，压实深度不够；使用和转移不方便；偏心块外露， 违反了安全要求，因夯头架连续冲击，金属结构部分容易出现断裂，夯头架的连接螺栓也在 连续冲击下易松动，如不经常检查会造成偏心块飞出以至伤人等事故；噪声大，特别是在居 民区建设中，它一开动，四周不得安宁。蛙式打夯机在使用过程中的主要问题是操作人员劳 动强度大，传动皮带受偏心块激振力周期性变化的影响易失效，需经常更换，而拆装又比较 麻烦。因此，建设部在 ２０ 世纪 ８０ 年代就决定要淘汰蛙式打夯机。 与蛙式打夯机相比较，振动冲击夯是一种先进的小型压实机械。目前，世界上在大量使 用它。我国从 ２０ 世纪 ６０ 年代初就开始研制振动冲击夯，８０ 年代以来建设部所属的 ３ 个建筑 机械研究所均对振动冲击夯进行了攻关，想用它代替蛙式打夯机，但由于其中关键部件－工作 弹簧的耐久性一直不过关，因而至今没有批量生产。 与蛙式打夯机相比较，振动平板夯也是一种先进的小型压实机械，国外已在大量使用。 但由于它与被压实材料的接触为一平面，所以被压材料承受的单位载荷比较低，压实效率不 高，同时其转移、操作也不方便。 从上述分析看，我国建筑行业的施工中急需一种小型的压实机械，并要求它有如下性能： 体积小，结构紧凑，外观新颖；便于转移场地，操作省力：压实力大，压实效果好；适合我国 国情，价格低廉。为研制这种有我国知识产权的小型压实机械，从 １９９５ 年开始，至今为止， 我们一直没有放弃过努力。 二、完成的主要工作 本课题在交通部科技司立项，但没有下拨科研经费，所用经费完全自筹。１９９５ 年起，通 过与河南省公路工程局、宝鸡市红光钢铁集团有限公司等单位的合作，借助我们承担的横向 课题中的部分经费，完成了三轮试验样机的设计、制造和试验研究工作，并发表硕士学位论 文两篇。 三、试验方案与结果 （一）第一轮试验［１］ 图 １ 为样机的结构简图。它由电机、激振器、皮带轮、皮带、振动滚轮、齿轮副、支架、 减震垫、操纵手柄等组成。动力由电机经皮带传动输送到激振器的一根轴上，再由一对大小 相等、转向相反的齿轮啮合，带动两根偏心轴同步、反向旋转，因而激振器产生使振动滚轮 定向振动的激振力。它与水平方向的夹角为β，因此，激振力可分解为一垂直分力和一水平 分力，垂直分力产生振动。设激振力的合力为 Ｆｓｉｎωｔ，则垂直方向分力为 Ｆｓｉｎωｔｓｉｎβ，
图 ２ 为样机的结构简图。它主要由上激振器、下激振器、电机、支架、左侧板、右侧板、 振动滚轮、同步齿形带及其带轮、操纵手柄及电气开关、减震垫等组成。上、下激振器对称 地安装在支架上，支架的中部部分安装着电机，支架两端通过轴承支撑在左、右侧板上，左 右侧板与振动轮间为可拆联接。设计时，为保证激振力作用方向与机器质心在同一平面内， 使机器前进时不产生偏转，使用了双轴电机。 图 ３ 为样机的工作原理图。由图 ２ 和图 ３ 可知，当电机经同步齿形带驱动上、下激振器 的两驱动轴而同步旋转时，套在轴上的滑块在离心力作用下沿径向甩出，但受壳体内壁圆周 几何形状的约束，使其沿内壁旋转。因此，滑块一方面随同驱动轴旋转（为牵连运动），另一 方面受壳体内壁几何形状的约束而沿驱动轴滑动（为相对运动）。壳体的内壁形状是根据工作 要求确定的，因此，滑块平面运动轨迹是确定的。
水平方向的分力为 Ｆｓｉｎωｔｃｏｓβ。若压实机总重为 Ｍｇ，则当激振力方向朝前上方时，地面对 滚轮的支持力 Ｎ 为 Ｎ＝Ｆ ｓｉｎ ωｔ ｓｉｎ β－Ｍｇ 土壤对压实滚的摩擦阻力 Ｐｆ 为 Ｐｆ＝Ｎ·ｆ＝（ｆ ｓｉｎ ωｔ ｓｉｎ β－Ｍｇ）·ｆ Ｐｆ 的方向和运动方向相反，方向向后。
考虑到要加工简单，内壁设计成简单的圆形。由于驱动轴的几何中心与壳体的内圆几何 中心有一偏心距 ｅ 存在，滑块在上述平面运动过程中产生的离心力的矢量端图的形状必如图 ４ 所示。离心力在任一位置都可分解为垂直与水平两个分量，上、下激振器的垂直分力相加 后产生振动压实，水平分量相加后产生水平运动。由于偏心距 ｅ 的存在，一周内其向前的水 平合力总大于向后的水平合力而产生前进运动。同时，由于水平力的周期变化产生的水平搓 揉运动加强了振动压实的效果。滚轮前进的平均速度可通过调整偏心距 ｅ 来调节。从设计观 点来看，激振器壳体的内壁形状与偏心距 ｅ 是决定压实效果及运动速度的两个重要因素。 采取两个激振器并上、下对称安装的原因是因为除结构上考虑外，还考虑了操作省力。 因为上、下激振器对支架中心的瞬时力矩总近似为零，消除了支架上的倾翻力矩，从而大大 减轻了手柄的操纵力。 样机的主要参数列在表 １ 中。 ２．样机的性能测试 （１）前进速度的测试 为检测机器行走速度与激振强度之间的关系，做了两组试验：将振动滚轮与操纵手柄联接 在一起，约束滚轮的转动自由度，分别在压实好的“刚性”地面和新铺层测试样机前进速度； 不约束滚轮的转动自由度，分别在刚性地面与新铺层测试样机的前进速度。激振力大小的变 化是通过改变激振频率来实现的。 不约束滚轮转动自由度时，改变激振力大小，发现机器在新铺层原地振动，而无前进速 度，并且滚轮逆向空转。只有当约束滚轮转动自由度时，机器在新铺层工作时才会前进。
合同号： 项目名称主标题： 自行式振动压实机的研究总结报告 项目名称副标题： 组织单位： 交通部科教司 主持单位： 承担单位： 长安大学（原西安公路交通大学） 出版年： 课题负责人： 研究人员： 正文 １： 自行式振动压实机的研究总结报告 一、研究目的 目前，在我国小型土方工程和城乡道路维护的压实作业中，仍大量使用着我国 ２０ 世纪 ６０ 年代研制的蛙式打夯机。它结构简单，成本低廉，曾很适合我国国情。但随着建筑施工技 术的发展，其缺点已不容忽视：夯实效果差，压实深度不够；使用和转移不方便；偏心块外露， 违反了安全要求，因夯头架连续冲击，金属结构部分容易出现断裂，夯头架的连接螺栓也在 连续冲击下易松动，如不经常检查会造成偏心块飞出以至伤人等事故；噪声大，特别是在居 民区建设中，它一开动，四周不得安宁。蛙式打夯机在使用过程中的主要问题是操作人员劳 动强度大，传动皮带受偏心块激振力周期性变化的影响易失效，需经常更换，而拆装又比较 麻烦。因此，建设部在 ２０ 世纪 ８０ 年代就决定要淘汰蛙式打夯机。 与蛙式打夯机相比较，振动冲击夯是一种先进的小型压实机械。目前，世界上在大量使 用它。我国从 ２０ 世纪 ６０ 年代初就开始研制振动冲击夯，８０ 年代以来建设部所属的 ３ 个建筑 机械研究所均对振动冲击夯进行了攻关，想用它代替蛙式打夯机，但由于其中关键部件－工作 弹簧的耐久性一直不过关，因而至今没有批量生产。 与蛙式打夯机相比较，振动平板夯也是一种先进的小型压实机械，国外已在大量使用。 但由于它与被压实材料的接触为一平面，所以被压材料承受的单位载荷比较低，压实效率不 高，同时其转移、操作也不方便。 从上述分析看，我国建筑行业的施工中急需一种小型的压实机械，并要求它有如下性能： 体积小，结构紧凑，外观新颖；便于转移场地，操作省力：压实力大，压实效果好；适合我国 国情，价格低廉。为研制这种有我国知识产权的小型压实机械，从 １９９５ 年开始，至今为止， 我们一直没有放弃过努力。 二、完成的主要工作 本课题在交通部科技司立项，但没有下拨科研经费，所用经费完全自筹。１９９５ 年起，通 过与河南省公路工程局、宝鸡市红光钢铁集团有限公司等单位的合作，借助我们承担的横向 课题中的部分经费，完成了三轮试验样机的设计、制造和试验研究工作，并发表硕士学位论 文两篇。 三、试验方案与结果 （一）第一轮试验［１］ 图 １ 为样机的结构简图。它由电机、激振器、皮带轮、皮带、振动滚轮、齿轮副、支架、 减震垫、操纵手柄等组成。动力由电机经皮带传动输送到激振器的一根轴上，再由一对大小 相等、转向相反的齿轮啮合，带动两根偏心轴同步、反向旋转，因而激振器产生使振动滚轮 定向振动的激振力。它与水平方向的夹角为β，因此，激振力可分解为一垂直分力和一水平 分力，垂直分力产生振动。设激振力的合力为 Ｆｓｉｎωｔ，则垂直方向分力为 Ｆｓｉｎωｔｓｉｎβ，