垂直振动压路机分析

垂直振动压路机分析

垂直振动压路机分析（1）

振动压路机有圆振动压路机、垂直振动压路机之分。其工作原理见图一。

图一圆振动和垂直振动原理图

1．地基应力基本公式

激振力对地基的作用应力可从楔问题导出，楔顶端荷载问题计算图示如图二左，极坐标应力如式（1）。从该解答出发，可以导出以后各式。

（a）楔端力（b）半平面表面力

图二简化计算图示

当时为半平面表面力问题，见图二右，极坐标应力如式（2）。

圆振动激振力做圆周运动，应力的竖向（x）、横向（y）和剪切（xy）应力分量见式（3），

垂直振动激振力竖向分量为，，应力的竖向（x）、横向（y）和剪切（xy）分量见式(4)，

2．压实效果分析

2.1．计算工况

（1）有效压实为激振块处于下半圆，即第一和第四象限，计算β=0~±π/2，共0~20节点；

（2）考查地基中距轮地接触点距离处的应力，计算点θ=0~π/2共5个节点；（3）圆振动激振力为，垂直振动激振力为相对圆周运动的两个激振力各p/2，r=0.5m；

计算模型见图三，计算结果见图四。

图三计算模型

2.2．计算结果分析

图四中蓝线为圆周振动过程，红线为垂直振动过程，

2.2.1．竖向应力分析（图四（a））

（1）当θ=0时，圆周振动和竖向振动的过程线重合，也就是说在激振力竖向分力最大位置时，二者对地基压实应力是相同的；

（2）当激振块偏离最大位置时，圆周振动过程线向一侧偏移，激振力朝向地基

计算点象限时偏大，朝向相反象限时偏小，甚至出现了拉应力；

（3）用圆周阵动式（3）和垂直振动式（4）计算出的功积分是相等的，即

但是，圆周振动在地基中产生拉应力在θ=π/4处接近0.3MPa，大大超过了土的粘聚力c，一般c<0.1MPa，石灰土<0.2MPa，地基被拉裂（松散），见图四、图五；

（4）垂直振动在任何情况下，对地基都是压应力，对土基没有不利扰动，见图四、图六，

（5）最大压应力超过了表1的无侧限抗压强度，地基土被压实。一直达到土基有侧限抗压强度达到0.8MPa为止，终止压实，此时土基承载能力为0.8MPa。

2.2.2．横向应力分析（图四（b））

图（b）横向应力表现根为突出，圆周振动越是靠近地表面，横向拉应力越大，高达0.8MPa，致使表面松散。垂直振动横向均为数值较小的压应力，所以无松散现象。

2.3．结论

圆振动压路机在压实过程中对地基有不利的扰动，导致地基松散，浪费了压实功，压实效率下降，以至于影响压实效果。垂直振动压路机对地基的作用一直是压应力，对地基没有不利扰动，压实效率高，以至于压实深度更大。

（a）压实过程竖向应力σx图

（b）压实过程横向应力σy图

图四压实过程应力图

图五圆振动压路机压实后地基表面开裂

图六垂直振动压路机压实后地基表面紧密

表1 静压土样试验值

垂直振动压路机分析（2）

在博文<垂直振动压路机分析（1）〉之中从地基应力动态分布的观点讨论了垂直振动压路机的工作效率，本文试图统计垂直、圆周振动压路机的功率、工作质量、激振力之间的关系，以资比较。

收集样本83个，其中圆振动压路机72种，垂直振动压路机11种，垂直振动压

路机中有国外5种、国内6种，统计图如文末附图。

结论：

（1）除极少数样本以外，绝大多数样本线性统计规律良好；

（2）圆振动压路机、垂直振动压路机都在同一线性分布之中；

（3）圆振动压路机、垂直振动压路机的功率、工作质量、激振力属于同一规律范畴；

（4）从图1中可见，10-14吨的小吨位的垂直振动压路机最大激振力较圆振动压路机高；18-22吨的中等吨位的垂直振动压路机激振力处于平均水平；大吨位压路机样本较少，但趋势是明显的；

（5）从图2中可见，振动压路机较小的功率可以获得较大的激振力，但是随着功率提高效果不明显；图中的特殊情况，是采用了高转速转发动机；

（6）从图3中无法区分两种振动方式的区别；

（7）可见，垂直振动压路机的优点还是在于对横向振动的平衡技术，见[1]。参考资料：

[1]垂直振动压路机分析（1）

附图：

图1

图2

图3

垂直振动压路机分析（3）

由《安徽省公路学会筑路机械专业委员会》发起，《安徽省交通职业技术学院》和《合肥永安绿地工程机械有限公司》实施的“垂直振动压路机与圆振动压路机调研和实验研究”得到了一些有益的结果，博主看到这些结果后汇总得到下表，并建议增列入“垂直振动压路机施工技术规程”（安徽省地方标准）。因掌握得资料不全，尚不知是否准确，且记录留存备查。

垂直振动压路机与圆振动压路机调研实验工程对照表

注：1. 压实遍数栏中，“*”低频高幅振动压实、“**”高频底幅振动压实；

2．压实遍数和速度栏中，“—”系缺少记录数据；

3．垂直振动压路机压实后，前进方向无拥土、表面基本平整，只需利用该机静压功能收光，不需再配置大吨位静压路机压实。参见：垂直振动压路机分析（1）