振蕩輪的關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用深入分析

沈文奇 譚斌

摘要：基于振蕩輪壓路機(jī)的工作原理以及特殊工況，從原理出發(fā)分析其中涉及到的關(guān)鍵技術(shù)，例如同步帶傳動(dòng)技術(shù)、潤滑技術(shù)、相位調(diào)節(jié)技術(shù)、同步帶快拆技術(shù)。

關(guān)鍵詞：振蕩輪壓路機(jī);振蕩輪;同步帶;張緊輪;潤滑;相位調(diào)節(jié)

中圖分類號(hào)：TM712? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-957X（2021）15-0065-02

1? 振蕩壓實(shí)技術(shù)原理及應(yīng)用

振蕩壓路機(jī)的工作原理為：在滾輪內(nèi)對(duì)稱安裝同步旋轉(zhuǎn)的激振偏心軸，兩偏心軸的選擇相位差為180°，且偏心質(zhì)量和偏心距分別相等，保證了偏心軸合力沿滾輪徑向方向始終為零，只產(chǎn)生一對(duì)沿切向方向的激振力偶，它使?jié)L輪承受交變扭矩。因此，當(dāng)兩偏心軸每旋轉(zhuǎn)一周，力矩方向改變一次，形成了滾輪扭轉(zhuǎn)振蕩，對(duì)地面持續(xù)作用，形成前后方向的振蕩波，使被壓實(shí)材料產(chǎn)生交變剪應(yīng)變。（圖1）

2? 關(guān)鍵技術(shù)

公開的論文或?qū)＠际墙榻B振蕩輪原理及應(yīng)用綜述，很少有論文對(duì)其中涉及的相關(guān)技術(shù)進(jìn)行分析，本文是通過理論結(jié)合實(shí)踐，對(duì)振蕩輪所涉及的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行深入分析。

3? 同步帶技術(shù)

為了保證振蕩輪對(duì)稱偏心軸相位相差180°，實(shí)現(xiàn)相位精準(zhǔn)傳動(dòng)，采用了同步帶傳動(dòng)技術(shù)，頻率普遍在34-46Hz之間，轉(zhuǎn)速和扭矩均較高，而且偏心軸產(chǎn)生的交變扭矩也會(huì)產(chǎn)生很大的沖擊，這樣對(duì)同步帶提出了很高的要求，行業(yè)內(nèi)基本都選用國外知名品牌，例如蓋茨的保力強(qiáng)碳纖維同步帶，馬牌的鋼絲芯同步帶等。目前的同步帶廠家基本都是專注于皮帶自身的性能研究，在皮帶的破斷強(qiáng)度、耐高溫性、耐磨性、延展性等特性方面研究較深，但是作為一個(gè)完整的傳動(dòng)系統(tǒng)，除了與同步帶有關(guān)，還與張緊輪的特性密切相關(guān)，不能采用獨(dú)立割開的方式進(jìn)行研究。不同的工況需要采用不同原理的張緊輪才能保證傳動(dòng)系統(tǒng)的可靠性。

在實(shí)際工作中，傳動(dòng)系統(tǒng)都是頻繁啟停的，同步帶所受瞬時(shí)沖擊較大。而且壓實(shí)瀝青時(shí)，瀝青溫度一般在135-190℃之間，鋼輪直接接觸瀝青表面，高溫會(huì)很快傳遞到傳動(dòng)系統(tǒng)，再加之傳動(dòng)系統(tǒng)自身高速轉(zhuǎn)動(dòng)，同步帶輪溫度會(huì)迅速上升，帶輪熱脹冷縮也會(huì)影響同步帶的使用情況。

張緊輪的性能以及張緊力的大小，會(huì)直接影響同步帶的壽命。張緊輪滾輪表面宜采用金屬材質(zhì)，而不宜用橡膠等非金屬材質(zhì)，金屬材質(zhì)摩擦因子較小，發(fā)熱較小，且散熱快，可有效降低皮帶摩擦溫度。張緊力不宜過大或過小，張緊力過小會(huì)導(dǎo)致同步帶在啟停和換向瞬間產(chǎn)生較大沖擊，影響壽命。張緊力過大會(huì)導(dǎo)致同步帶摩擦力增大，發(fā)熱上升，影響壽命。

張緊力的推薦值為：

式中：T：帶輪扭矩（Nm）;

P：帶輪輸入功率（kW）;

ω：帶輪角速度（rad/s）;

n：帶輪轉(zhuǎn)速（rpm）;

F：帶輪切向拉力（N）;

R：帶輪半徑（m）;

d：帶輪直徑（m）。

在靜止?fàn)顟B(tài)下的最大安裝張緊力（預(yù)緊力）是系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)馬達(dá)產(chǎn)生的有效張緊力的1/2，靜態(tài)張緊力為有效張緊力的1/2：

張緊力可采用張力儀測試，通過采集傳動(dòng)系統(tǒng)的固有頻率來轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)的張緊力：

式中：m：為單位寬度皮帶的重量（g/mm）;

l：為所測皮帶區(qū)間的長度（mm）;

f：為皮帶的固有頻率（Hz）。

隨著傳動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)，系統(tǒng)因摩擦溫度升高，同步帶輪受熱膨脹，張緊力會(huì)逐漸升高，大于初始調(diào)整的張緊力，當(dāng)設(shè)備停止運(yùn)動(dòng)后，系統(tǒng)溫度達(dá)到冷態(tài)值，張緊力又會(huì)小于初始靜態(tài)調(diào)整力;這種熱脹冷縮對(duì)張緊力的影響程度取決于同步帶輪與同步帶的熱膨脹系數(shù)的差值，同步帶輪熱膨脹系數(shù)越小越好，同步帶熱膨脹系數(shù)越大越好。

下面主要介紹不同同步帶的熱膨脹系數(shù)和延展性（拉斷伸長率）：

①延展性較好的熱塑性聚氨酯鋼絲芯同步帶，熱膨脹系數(shù)較高，且在受到瞬時(shí)沖擊時(shí)，由于延展性較好，可以吸收部分沖擊引起的應(yīng)變，這時(shí)我們可選用不可調(diào)的張緊輪（張緊輪剛性固定，運(yùn)動(dòng)過程中張緊度不會(huì)根據(jù)負(fù)載變化），例如偏心張緊輪。

②延展性較差的熱固性聚氨酯碳纖維芯同步帶，熱膨脹系數(shù)接近為0，甚至為負(fù)值，且在受到瞬時(shí)沖擊時(shí)，由于延展性較差，皮帶的張緊力會(huì)因溫度升高、瞬時(shí)沖擊而張緊力急劇升高，這時(shí)，我們需選用可調(diào)的張緊輪（張緊輪柔性固定，運(yùn)動(dòng)過程中張緊度會(huì)根據(jù)負(fù)載變化），通過張緊輪的彈簧來抵消張緊力的過大變化，例如彈簧可調(diào)張緊輪、扭簧張緊輪。（表1）

4? 潤滑技術(shù)

鋼輪內(nèi)部除中間有一個(gè)傳動(dòng)軸外，遠(yuǎn)離鋼輪中心還有兩根振動(dòng)軸（也可能有四根），這樣無法像傳統(tǒng)振動(dòng)輪結(jié)構(gòu)一樣內(nèi)置小鋼筒盛放潤滑油。因?yàn)檎袷庉嗇S承腔體太小，高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，油發(fā)熱產(chǎn)生氣泡，導(dǎo)致內(nèi)外壓差過大。過大的壓力很難保證密封的可靠性。腔體過小，高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，潤滑油產(chǎn)生的擾流、飛濺，會(huì)產(chǎn)生額外的摩擦，導(dǎo)致腔體溫升過高。基于以上兩部分原因，只能選擇脂潤滑，因振蕩輪轉(zhuǎn)速高，有沖擊，選用潤滑脂時(shí)，需選用耐高溫的極壓鋰基潤滑脂。

5? 相位調(diào)節(jié)技術(shù)

振蕩輪不同于振動(dòng)輪的原理是其對(duì)稱布置的兩根振動(dòng)軸，相位相差180°，這樣才能保證垂直于輪心方向的徑向合力抵消，只有一對(duì)大小相等，方向相反，作用點(diǎn)對(duì)稱的沿切向方向的力偶，力偶產(chǎn)生的源頭是需要兩軸相位相差180°，所以在裝配時(shí)，相位調(diào)節(jié)準(zhǔn)確、快捷，尤為重要。

行業(yè)內(nèi)有采用吊鉛錘法、激光垂直儀等方式調(diào)節(jié)相位的，吊鉛錘法就是滾動(dòng)鋼輪，將鋼輪內(nèi)部的兩根對(duì)稱布置的振動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)到垂直于地面的位置，在上方吊鉛垂線保證振動(dòng)軸的相位均與鉛垂線重合，一端朝天，一端朝地，相差180°，此方法簡單易操作，缺點(diǎn)是需要轉(zhuǎn)動(dòng)鋼輪，只能在垂直位置調(diào)節(jié)，且因鉛垂線晃動(dòng)會(huì)導(dǎo)致調(diào)節(jié)精度較差。

激光垂直儀法是采用激光光束，在鋼輪端面產(chǎn)生一條直線光條，振動(dòng)軸的相位與光條重合，朝向相反。此方法優(yōu)點(diǎn)是鋼輪在任意位置均可調(diào)節(jié)，且精度相對(duì)吊鉛錘法更高，缺點(diǎn)調(diào)節(jié)直線光條經(jīng)過鋼輪中心和振動(dòng)軸中心很麻煩，需要特殊工裝定位夾持。

另外還有一種專利介紹的定位法，“標(biāo)記定位法”，在設(shè)計(jì)時(shí)，當(dāng)振動(dòng)偏心軸在垂直位置時(shí)，將振動(dòng)偏心軸的相位方向標(biāo)記到鋼輪上，即將前述吊鉛錘法的相位位置，在設(shè)計(jì)時(shí)就標(biāo)定在鋼輪上，在裝配振動(dòng)偏心軸時(shí)，只需將振動(dòng)偏心軸按照此位置安裝偏心軸即可。此方法精度較高，且裝配簡單，也無需特殊工裝，對(duì)于裝配場地和工具沒有特殊要求。（圖2）

6? 同步帶快拆技術(shù)

同步帶快拆技術(shù)直接影響振蕩輪的可維修性以及可靠性。根據(jù)不同的布置形式，有同側(cè)布置和異側(cè)布置結(jié)構(gòu)。同側(cè)布置結(jié)構(gòu)缺點(diǎn)是更換里面的同步帶時(shí)，外側(cè)需拆除。異側(cè)布置為一種通軸式振蕩輪結(jié)構(gòu)，左側(cè)可單獨(dú)更換皮帶，右側(cè)更換時(shí)仍然較麻煩，需拆除馬達(dá)支撐座等相關(guān)附件。在異側(cè)結(jié)構(gòu)上可以進(jìn)一步優(yōu)化，在馬達(dá)和驅(qū)動(dòng)軸之間設(shè)計(jì)一段過渡的聯(lián)軸器，這樣更換皮帶時(shí)，只需快速的拆除聯(lián)軸器，留出皮帶裝配空間即可。

7? 總結(jié)

振蕩輪同步帶傳動(dòng)系統(tǒng)可靠性是由同步帶、同步帶輪、張緊輪三部分組成，對(duì)于熱膨脹系數(shù)較小，延展性較差的同步帶，可選用可調(diào)張緊輪;對(duì)于熱膨脹系數(shù)較大，延展性較好的同步帶，可選用不可調(diào)張緊輪;振蕩輪因工況溫度較高，且沖擊負(fù)載大，轉(zhuǎn)速高，宜選用耐高溫的極壓鋰基潤滑脂進(jìn)行潤滑;介紹了吊鉛錘法、激光垂直儀法和標(biāo)記定位法來調(diào)節(jié)振蕩輪裝配相位，其中最優(yōu)的“標(biāo)記定位法”無需特殊工裝，只需將偏心軸相位對(duì)準(zhǔn)鋼輪標(biāo)記位即可快速調(diào)節(jié)相位。

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