垂直振动压路机的模块化结构激振器 本发明涉及一种垂直振动压路机的模块化结构激振器，即垂直振动压路机的激振器，属于筑路机械领域。
所谓垂直振动压路机，是指振动压路机的激振器所产生的激振力的方向相对于被压实面而言是垂直的，和现有的“圆振动”压路机相比，垂直振动压路机对土壤的压实度高、压实深度大、压实表面质量好、对环境的振动污染小，目前应用中的产品只有日本酒井重工(SAKAI)研发的SD450型垂直振动压路机，但其激振器结构复杂、制造成本较高，并且，也由于其激振器结构上的原因，激振力的提高也受到限制，而本发明提供的垂直振动压路机的模块化结构激振器，是一种结构简单、可靠、制造方便、激振力的提高不受限制且可变换成各种结构形式的垂直振动压路机模块化结构激振器。
现有技术提供的垂直振动压路机激振器的结构原理是利用水平面上相对安装并联布置的两根偏心轴作同步反向旋转，激振器的壳体不旋转，两根偏心轴在水平面上的离心力相互抵消，只产生垂直方向的激振力，两根偏心轴的旋转是用两只直接装配在偏心轴上的同步齿轮驱动来实现的。
所谓垂直振动压路机地模块化结构激振器，是将垂直振动压路机激振器中的多个部件设计制造成功能模块，再根据实际需要将这些功能模块组合装配成整体的垂直振动压路机的模块化结构激振器。
本发明的目的是将垂直振动压路机激振器的结构部件进行模块化设计，并提供多个典型的由激振器单元模块、激振器单元安装架模块、激振器单元同步反向驱动模块(简称同步反向驱动模块)、振动输出轴承组成的垂直振动压路机的模块化结构激振器，使垂直振动压路机的激振器结构简单、制造方便、可靠性高。
本发明的目的是这样实现的：将激振力的发生机构设计成激振器单元模块，将驱动数只激振器单元模块作同步反向旋转的传动机构设计成激振器单元同步反向驱动模块(简称同步反向驱动模块)、并设计一刚性的激振器单元安装架模块，将数只激振器单元模块串联或并联安装在激振器单元安装架模块内，将同步反向驱动模块亦安装在激振器单元安装架模块内并定位紧固联接在数只激振器单元模块的输入端，振动输出轴承优先选用向心关节轴承或配有球铰座的滑动轴承，激振器单元模块与同步反向驱动模块之间的传动方式均采用联轴器或其他连接器来实现，数只激振器单元模块在串联或并联安装组成各种结构型式的垂直振动压路机的模块化结构激振器时，均须保证过激振器单元安装架模块回转轴线的垂直面的两侧的激振器单元模块的偏心矩之和完全相等、各激振器单元模块的回转轴线到上述垂直面的距离相等、两侧激振器单元模块安装时相对应的初始相位角相等，激振器单元安装架模块的一端通过减振器与机架相联以保证激振器单元安装架模块的初始安装位置不变，当同步反向驱动模块驱动数只激振器单元模块作同步反向旋转时，数只激振器单元模块在水平面上的离心力相互抵消，在垂直面上叠加，激振器单元安装架模块通过振动输出轴承将垂直激振力传递给振动轮实现垂直振动。
本发明的附图说明如下：
图1是本发明提供的激振器单元模块6的典型结构原理示意图，振动轴1与联轴器4相联接实现传动，偏心块2装配固定在振动轴1上，当然，也可以将偏心块2和振动轴1制造为一个整体的偏心轴，偏心块2可以是可调偏心矩的多个偏心块的组合体，振动轴1的两端装配振动轴承3，联轴器4是结构紧凑、具有一定挠性的能够定速传递扭矩的各种联接零件，如啮合型齿式联轴器、啮合型端面齿式联轴器、啮合式离合器，花键付联轴器等，联轴器4的的啮合传动付的间隙应根据振动轴承3的游隙和振动轴1旋转时的挠度变化量来确定，由振动轴1、偏心块2、振动轴承3组成的激振器单元模块6安装在激振器单元安装架模块11内的振动轴承安装座5上。
图2是本发明提供的激振器单元安装架模块11的典型结构原理示意图，振动轴承座5套装在主轴8上，定位套9固定振动轴承座5在主轴8上的轴向位置，振动轴承座5的数量和结构形状根据实际需要而确定，主轴8的两端紧固装有轴头7，锁紧零件10将轴头7和主轴8扣紧压牢，O-O是激振器单元安装架模块11的回转轴线，轴头7、主轴8、振动轴承座5、定位套9、锁紧零件10装配成一刚体的激振器单元安装架模块11。
图3是轴头7的典型零件结构示意图
图4是图3在A-A处的剖视图
图3和图4是轴头7的典型零件结构示意图，轴头7中有一轴段用于安装振动输出轴承21、轴头7中有上下两只孔用于定位紧固装配主轴8、中间的大孔为工艺孔。
图5是垂直振动压路机串联单轴模块化结构激振器(简称串联单轴激振器)中的激振器单元安装架模块11中的振动轴承安装座5的典型零件结构示意图，零件上下部分有两只安装孔、用于振动轴承座5在主轴8上的安装、零件上的中间孔用于安装激振器单元模块6。
图6是垂直振动压路机并联双轴模块化结构激振器(简称并联双轴激振器)中的激振器单元安装架模块11中的振动轴承安装座5的典型零件结构示意图，零件上下两只孔用于振动轴承座5在主轴8上的安装、零件上的另外两只孔用于安装激振器单元模块6。
图7是垂直振动压路机并联三轴模块化结构激振器(简称并联三轴激振器)中的激振器单元安装架模块11中的振动轴承安装座5的典型零件结构示意图，零件上下两只孔用于振动轴承座5在主轴8上的安装、零件上的另外三只孔用于安装激振器单元模块6。
图8是垂直振动压路机并联四轴模块化结构激振器(简称并联四轴激振器)中的激振器单元安装架模块11中的振动轴承安装座5的典型零件结构示意图，零件上下两只孔用于振动轴承座5在主轴8上的安装、零件上的另外四只孔用于安装激振器单元模块6。
图9是串联单轴激振器使用的同步反向驱动模块17(简称单轴同步反向驱动模块17)的典型结构传动原理示意图，单轴同步反向驱动模块17有两级齿轮传动，同步齿轮Z1和传动齿轮Z2安装在一级齿轮箱12中，传动齿轮Z3、过渡齿轮Z4、同步齿轮Z5安装在二级齿轮箱13中，同步齿轮Z1和传动齿轮Z2是第一级传动，传动齿轮Z3、过渡齿轮Z4、同步齿轮Z5是第二级传动，同步齿轮Z1和同步齿轮Z5作同步反向旋转，必须满足Z1/Z2＝Z5/Z3、同时，必须在传动齿轮Z3和同步齿轮Z5之间加入过渡齿轮Z4(或在同步齿轮Z1和传动齿轮Z2之间加入一只过渡齿轮、而传动齿轮Z3和同步齿轮Z5可直接啮合)，同步齿轮Z1通过联轴器4驱动第一传动轴I旋转；同步齿轮Z1同时啮合传动齿轮Z2、传动齿轮Z2再通过联轴器4驱动第二传动轴II、再驱动传动齿轮Z3、过渡齿轮Z4、同步齿轮Z5、使同步齿轮Z5和同步齿轮Z1作同步反向旋转。
图10是并联双轴激振器使用的同步反向驱动模块17(简称双轴同步反向驱动模块17)的典型结构传动原理示意图，同步齿轮Z8和同步齿轮Z9作同步反向旋转，Z8＝Z9，输入齿轮Z6、过渡齿轮Z7、同步齿轮Z8、Z9安装在并联双轴齿轮箱14中组成双轴同步反向驱动模块17。
图11是并联三轴激振器使用的同步反向驱动模块17(简称三轴同步反向驱动模块17)的典型结构传动原理示意图，Z12为输入齿轮，Z11是过渡齿轮，当然，也可以使Z11为输入齿轮而Z12为过渡齿轮，输入齿轮Z12驱动同步齿轮Z13和同步齿轮Z14作同步同向旋转；输入齿轮Z12同时驱动过渡齿轮Z11及同步齿轮Z10、使同步齿轮Z10和同步齿轮Z13、Z14作同步反向旋转，满足：Z10＝Z13＝Z14，同步齿轮Z10、过渡齿轮Z11、输入齿轮Z12、同步齿轮Z13、Z14安装在并联三轴齿轮箱15内组成三轴同步反向驱动模块17。
图12是并联四轴激振器使用的同步反向驱动模块17(简称四轴同步反向驱动模块17)的典型结构传动原理示意图，输入齿轮Z15同时驱动同步齿轮Z17和同步齿轮Z18作同步同向旋转，同步齿轮Z17和同步齿轮Z18再分别驱动同步齿轮Z16和同步齿轮Z19、使得同步齿轮Z16和同步齿轮Z19也作同步同向旋转，而同步齿轮Z17和同步齿轮Z16、同步齿轮Z18和同步齿轮Z19又互作同步反向旋转，Z16＝Z17＝Z18＝Z19，输入齿轮Z15、同步齿轮Z16、Z17、Z18、Z19均安装在并联四轴齿轮箱16内组成四轴同步反向驱动模块17。
图13是本发明提供的垂直振动压路机模块化结构激振器33的第一个典型结构原理示意图或实施例，称为垂直振动压路机串联单轴模块化结构激振器，简称串联单轴激振器。
图14是图13在B-B处的剖视图
图15是图14在C-C处的剖视图
图16是图14在D-D处的剖视图
在图13、图14中，四只激振器单元模块6沿激振器单元安装架模块11的回转轴线O-O串联布置安装在激振器单元安装架模块11内的振动轴承座5上，(此处约定：激振器单元模块6的排序从安装振动马达22的一端起：分别是第一、第二、第三、第四只激振器单元模块6，下同)，第一和第四只激振器单元模块6的偏心矩之和等于第二和第三只激振器单元模块6的偏心矩之和(第二和第三只激振器单元模块6可变换成一只激振器单元模块6并使其偏心矩等于第一和第四只激振器单元模块6的偏心矩之和)，单轴同步反向驱动模块17中的一级齿轮箱12定位安装在位于第一只激振器单元模块6输入端的激振器单元安装架模块11中的振动轴承座5上，单轴同步反向驱动模块17中的一级齿轮箱12中的同步齿轮Z1通过第一传动轴I及联轴器4同第一、第四只激振器单元模块6啮合传动，单轴同步反向驱动模块17中的二级齿轮箱13定位安装在激振器单元安装架模块11的中间位置的振动轴承座5上，单轴同步反向驱动模块17中的二级齿轮箱13中的同步齿轮Z5通过联轴器4同第二和第三只激振器单元模块6啮合传动，四只激振器单元模块6在安装时初始相位角相等，两只振动输出轴承21安装在激振器单元安装架模块11的两端轴头7上，串联单轴激振器主要由四只(数量根据需要而确定)激振器单元模块6、一只单轴同步反向驱动模块17、一只激振器单元安装架模块11、两只振动输出轴承21组成。串联单轴激振器的工作过程是：振动马达22通过联轴器4驱动单轴同步反向驱动模块17中的同步齿轮Z1，从同步齿轮Z1开始分两条传动路线：同步齿轮Z1通过第一传动轴I、联轴器4驱动第一和第四只激振器单元模块6旋转；同步齿轮Z1又驱动传动齿轮Z2依次传动第二传动轴II、联轴器4、传动齿轮Z3、过渡齿轮Z4、同步齿轮Z5，使同步齿轮Z5和同步齿轮Z1作同步反向旋转，同步齿轮Z5通过联轴器4驱动第二、第三只激振器单元模块6和第一、第四只激振器单元模块6作同步反向旋转，由于四只激振器单元模块6安装时的初始相位角相等并且均安装在O-O轴线上，也由于激振器单元安装架模块11间接和机架34相联，激振器单元安装架模块11不作转动(参见附图24及其说明)，所以，第一、第四只激振器单元模块6和第二、第三只激振器单元模块6产生的离心力在水平面上抵消，在垂直平面上叠加，此合力经过激振器单元安装架模块11、再由振动轴承21、传递给振动轴承座25、再传递到振动轮幅板26和振动轮31。
图17是将图13和图14中的激振器单元安装架模块11变换由定位套18、激振器外壳19、激振器轴头20组成激振器单元安装管模块的典型结构原理示意图，为保证和提高激振器单元安装管模块的刚性，激振器外壳19和激振器轴头20之间的配合面d优选过盈或过渡配合，此结构中的振动轴承座5的零件结构中无上下两只安装孔，仅有中间一只用于安装振动轴承3的孔、且外形为园状法兰。
图18是本发明提供的垂直振动压路机模块化结构激振器33的第二个典型结构原理示意图或实施例，称为垂直振动压路机并联双轴模块化结构激振器，简称并联双轴激振器。
图19是图18在E-E处的剖视图
在图18和图19中，O1-O1线和O2-O2线分别是位于O-O轴线两侧安装的激振器单元模块6的回转轴线，在激振器单元安装架模块11中的振动轴承座5上、在O-O轴线两侧的同一水平面上各串联两只再并联成双轴、共四只(可以是两只或两只的整数倍)激振器单元模块6，两两相对安装且四只激振器单元模块6初始相位角相同，双轴同步反向驱动模块17(图10所示)定位牢固安装在激振器单元模块6的输入端的激振器单元安装架模块11中的振动轴承座5上，双轴同步反向驱动模块17中的同步齿轮Z8、Z9均通过联轴器4分别和并联的两组激振器单元模块6相联，振动马达22的输出端通过联轴器4和双轴同步反向驱动模块17中的输入齿轮Z6相联(激振器单元安装架模块11和机架34间接相联，见附图24及其说明)；两只振动输出轴承21装配在激振器单元安装架模块11的两端轴头7上。并联双轴激振器主要由四只(也可以是两只的整数倍)激振器单元模块6、一只双轴同步反向驱动模块17、一只激振器单元安装架模块11、两只振动输出轴承21组成，并联双轴激振器的工作过程是：振动马达22通过联轴器4驱动双轴同步反向驱动模块17中的输入齿轮Z6，输入齿轮Z6再同时驱动同步齿轮Z9、及过渡齿轮Z7到同步齿轮Z8，使同步齿轮Z8、Z9通过联轴器4同步反向驱动两组并联的激振器单元模块6作同步反向旋转，由于两组激振器单元模块6的对称布置，使水平向的离心力抵消，垂直向叠加，该垂直向的激振力通过激振器单元安装架模块11、振动输出轴承21、振动输出轴承座25再传递到振动轮幅板26，实现振动轮31的垂直振动。
图20是本发明提供的垂直振动压路机模块化结构激振器33的第三个典型结构原理示意图或实施例，称为垂直振动压路机并联三轴模块化结构激振器，简称并联三轴激振器。
图21是图20在H-H处的剖视图
在图20和图21中，O1-O1线、O2-O2线、O3-O3线均是激振器单元模块6的回转轴线。六只激振器单元模块6(也可以是三只或三只的整数倍)在O1-O1、O2-O2、O3-O3三条轴线上各串联两只再并联成三轴安装在激振器单元安装架模块11中的振动轴承座5上，六只激振器单元模块6安装时的初始相位角相等，三轴同步反向驱动模块17(图11所示)定位安装在激振器单元模块6的输入端的激振器单元安装架模块11中的振动轴承座5上，三轴同步反向驱动模块17通过联轴器4和激振器单元模块6相联，两只振动输出轴承21安装在激振器单元安装架模块11中的两端轴头7上，并联三轴激振器主要由六只激振器单元模块6、一只三轴同步反向驱动模块17、一只激振器单元安装架模块11和两只振动输出轴承21组成，并联三轴激振器的工作过程是：振动马达22通过联轴器4驱动三轴同步反向驱动模块17中的输入齿轮Z12、输入齿轮Z12直接驱动同步齿轮Z13、Z14的同时又经过渡齿轮Z11驱动同步齿轮Z10，即同步齿轮Z10、Z13、Z14同时同步反向驱动三组(六只)激振器单元模块6，由于激振器单元安装架模块11不作旋转(激振器单元安装架模块11和机架34间接相联，见附图24及其说明)，所以，六只激振器单元模块6在水平向的离心力抵消，仅产生垂直向的激振力。
现以并联三轴激振器为例就并联安装的多根偏心轴的激振器的设计作简要说明，参考附图21
OX：过激振器单元安装架模块11回转轴线O-O的水平面
OY：过O-O线的垂直面
a：O1-O1线到OY面的距离
b：O2-O2(O3-O3)线到OY面的距离
h：O2-O2线到水平面OX的距离
S：O3-O3线到水平面OX的距离
β：激振器单元模块6的相位角
F1：OY面左侧激振器单元模块6的离心力
F2、F3：OY面右侧激振器单元模块6的离心力
MO：全部激振器单元模块6的离心力Fi对O-O线的转矩
垂直振动压路机并联安装的多根偏心轴的激振器的设计与布置须同时满足两个条件式：
在OX面上：Σi=1i=nFix=0(i=1,2,...,n)---(1)]]>
对O-O线：M0=Σi=1i=nMio=0---(2)]]>
n是激振器单元模块6的数量
激振器单元模块6的旋转离心力：Fi＝mieiωi2
miei-第i只激振器单元模块6的偏心矩，ωi-第i只激振器单元模块6的旋转角速度，对附图21所示的并联三轴激振器：
Σi=1i=3Fix=-F1Sinβ+F2Sinβ+F3Sinβ=0]]>
即F1＝F2+F3 亦即：m1e1＝m2e2+m3e3 -(3)
Σi=1i=3Mio=-F1Cosβ·a+F2Sinβ·h+F2Cosβ·b-F3Sinβ·s+F3Cosβ·b=0---(4)]]>
在(4)式中：
当β＝0时，得：a＝b -(5)
当β＝90°时：m2e2h＝m3e3s即m2e2/m3e3＝s/h -(6)
综合(3)、(5)、(6)式得出：垂直振动压路机并联多轴激振器的设计要求：OY面两侧的激振器单元模块6的偏心矩之和相等；OY面两侧的激振器单元模块6的回转中心到OY面的距离相等；OX面两侧的激振器单元模块6的偏心矩与其回转轴线到OX面的距离成反比。
图22是本发明提供的垂直振动压路机模块化结构激振器33的第四个典型结构原理示意图或实施例，称为垂直振动压路机并联四轴模块化结构激振器，简称并联四轴激振器，图23是图21在K-K处的剖视图，四只激振器单元模块6(也可以是四只的整数倍)并联安装在激振器单元安装架模块11中的振动轴承安装座5上，四只激振器单元模块6安装时的初始相位角相等，四轴同步反向驱动模块17(图12所示)定位安装在激振器单元模块6的输入端的激振器单元安装架模块11中的振动轴承安装座5上、四轴同步反向驱动模块17通过联轴器4和激振器单元模块6相联，两只振动输出轴承21安装在激振器单元安装架模块11中的两端轴头7上，并联四轴激振器的工作过程是：振动马达22通过联轴器4驱动四轴同步反向驱动模块17中的输入齿轮Z15，输入齿轮Z15同时驱动同步齿轮Z18、Z17，同步齿轮Z18、Z17再驱动同步齿轮Z19、Z16，同步齿轮Z16、Z17、Z18、Z19又同时驱动四只激振器单元模块6作同步反向旋转，(由于激振器单元安装架模块11不作旋转，参见附图24及其说明)四只激振器单元模块6产生的离心力在水平方向上抵消，在垂直方向上叠加，使并联四轴激振器仅产生垂直激振力。
图24是本发明提供的垂直振动压路机模块化结构激振器33的任意一个典型结构的应用实施例：垂直振动压路机模块化结构激振器33中的激振器单元安装架模块11的一端通过减振器联接板32、减振器29和机架34相连，即使得激振器单元安装架模块11不随振动轮31的滚动而动而保持初始安装位置不变，垂直振动压路机的模块化结构激振器33中的振动输出轴承21安装在振动输出轴承座25内，振动马达22通过联轴器4驱动垂直振动压路机的模块化结构激振器33内的同步反向驱动模块17、接而驱动数只激振器单元模块6作同步反向旋转，垂直振动压路机的模块化结构激振器33仅产生垂直方向的激振力，垂直振动压路机的模块化结构激振器33中的振动输出轴承21将垂直激振力传递给振动输出轴承座25、再传给振动轮幅板26、实现振动轮31的垂直振动，行走机构28的输出端通过减振器安装板30、减振器29和振动轮31相联，行走机构28通过减振器安装板30、减振器29驱动振动轮31滚动。
当然，并联双轴、并联三轴、并联四轴激振器中的激振器单元安装架模块11均可变换由定位套18、激振器外壳19、激振器轴头20组成的激振器单元安装管模块。
本发明的实施途径：按本发明提供的垂直振动压路机模块化结构激振器33的多个典型结构原理示意图或实施例及说明，按现有机械加工方法可制作成垂直振动压路机串联单轴模块化结构激振器、垂直振动压路机并联双轴模块化结构激振器、垂直振动压路机并联三轴模块化结构激振器、垂直振动压路机并联四轴(或四轴以上)模块化结构激振器；按本发明提供垂直振动压路机模块化结构激振器33的任意一个典型结构应用实施例(图24所示)，即可实现垂直振动压路机模块化结构激振器33的广泛应用。
本发明提供的垂直振动压路机模块化结构激振器，可直接作为任何定向振动压路机的激振器。
本发明具有以下突出优点：
1、垂直振动压路机的激振器实施模块化结构，使垂直振动轮的结构简单、制造方便、制造成本降低；
2、垂直振动压路机激振器的模块化结构，使激振器的刚性大、强度高，使激振力的设计不受限制；
3、垂直振动压路机模块化结构激振器的可靠性高、寿命长。