专利名称：具有稳定轮系统的土壤压实机的制作方法
技术领域：
本发明涉及采用首次披露于US2,909,106中的大体类型的土壤压实机的土壤压实。
首次用于上述美国专利中的“夯击式压路机”是指一种采用了非圆形压实体的土壤压实机，当在地面上牵引其行走时，可在地面上产生一系列周期性夯击。在夯击辊压实体的外面有一系列分隔开的凸点。在所述外表面的每一个凸点后面有一个凹入部分，而在每一个凹入部分后面又有一个压实面。例如，当夯击辊由牵引车牵引在地面上行走时，其在各凸点处抬升，并在其通过凸点时向前向下降落，结果由压实面对地面产生一次夯击。
压实体的作用是在该压实体于每一凸点处举升时蓄积势能，并在该压实体落下并由压实面夯击地面时以夯击形式释出该能量。从本质上讲，牵引车与压实体之间的连接是弹性的，以便在压实体通过每一个凸点时会发生必要的向前和向下的降落运动。
业已商业化生产出采用了单压实体的夯击辊，并成功地应用于民用机械工业。已用披露于欧洲专利0017511中的复式夯击辊代替了上述类型的单夯击体。
在
图1中示出了三面双体夯击辊及其牵引车的侧视图，其中，去掉了其中的一个夯击体以展示位于两个压实体之间的元件。图2为该夯击体的后视图，图3为其平面图。
在图1、2和3中，车架1位于两个压实体2之间，两个压实体之间由共用轴组件3连接。轴组件3由一个外管状轴和一个内扭杆(未示出)组成，由它保持压实体的同步转动。内扭杆是一个弹性件，以便在压实体之间仅有有限量的扭转。
转组件3是通过滚压操纵的连接系统与车架1连接。该连接系统包括一个固定在轴3的一端的牵引杆4，并可转动地连接于下连杆5上，以便只会发生俯仰轴线转动。
下连杆的下端连接于车架1上，以便只发生俯仰轴线转动，其上端与一个牵引装置6连接，该牵引装置的作用是牵引和减震。在车架上装有两对驱动引走轮7。液压提升油缸8在车架1与轴3之间运作，以便在运输夯击辊时将压实体提离地面。
车架通过一个万向连接器9连接于牵引车10上，使牵引车与夯击辊之间可绕所有三个轴相对运动。因此，连接器9可使夯击辊做滚动，侧滑和俯仰运动，其中“滚动”是指冲击辊绕前、后运动方向的转动。
如图1、2和3所示的由牵引车牵引的夯击辊目前被普遍使用。压实体通常可以具有三、四或五面形状，并且通常重量为3-10吨。
参见图4， R和r的尺寸通常分别为1100mm和900mm。在凸点处因压实体抬升而蓄积的势能用M.g.h表示，其中h＝R-r(单位米)，M是用Kg表示的质量。因此，对于一对重10吨(10,000Kg)的压实体来说，用于每次夯击的能量为10000×(1100-900)×9.81＝19,600J，或19.6KJ。
对于上述类型的(即19.6KJ)的夯击辊压机来说，图3所示压实体的宽度通常为1m，压实体间的间距也为1m，因此，该机的总宽度为3m。牵引机10可以重8吨。在实践中发现，必需使压实体间距等于或小于各压实体的宽度，以便在进行第二次辊压时能用一个压实体覆盖第一次辊压所留下的间隙。因此，各压实体的宽度还限定压实体间的间隙，而这一要求将宽度12(图2和3)限制为一个小的轮距。
所给出的上述尺寸数据是为了确立在夯击辊工作时机器元件所要承受力和应力大小的设计要领。
在讨论夯击辊工作时，将所述机器的以上两种类型的工作模式考虑进去是有利的。首先为“运载”模式，其中，压实体在提升油缸8(图1)的作用下被提离地面，以便可以在不对地面产生夯击的情况下驱动或运输夯击辊。在该模式下压实体的质量由图1中的行走驱动轮7承载。其次为“压实”模式，其中，油缸8回缩，压实体放置在地面上，这样，当牵引车架时，压实体转动并对地面产生夯击。
首先说明常规类型夯击辊的运载模式问题。再参见图1、2和3，克服绕辊轴过分转动的稳定性完全取决于车轮。可以理解，如上文所述，车架通过枢轴与下连杆5和牵引杆4连接，牵引杆最后连接于轴组件3上，在车架与轴之间不允许有相对辊轴运动。在图7中，矢量线16表示通过压实体重心的力，在常规机器中，两压实体相间2m。矢量线17表示来自轮胎的反作用力，两轮胎通常相隔0.5m。由于不得不将车轮放置在成对的压实体之间的设计上的制约导致了2.0m与0.5m的反比例。图7表示当夯击辊通过常见的不平坦地面条件时所遇到的压实体与驱动行走轮宽度的反比例的影响。当轮7进入小的地面凹坑时，会引起放大了的压实体的过分辊轴运动。结果使一个压实体在点19处夯击地面。这是最不希望出现的，因为这会对成型或部分成型的表面或对机器本身造成损害。实践中发现，用于车轮7上的橡胶轮胎的弹性会加重上述不希望的辊轴运动，并通常导致压实体绕辊轴翻来覆去的振动。位于车架和牵引机之间的图1所示的万向连接器9不会对与其连接的压实体的辊轴运动产生阻力。
不过，在使用夯击辊时的实际操作要求是机器在从一个工作场所到通常相距几千米远的另一个工作场所时要采用运载模式以合适速度(优选大于20km/h)运送。不过，对于现有的双体机械来说，由于上述不希望的辊轴运动而将实际运载模式的速度限制在小于5km/h。
由于另一种原因也需要实现在运载模式下的辊轴稳定性。设想一部机器在压实模式下工作，以实现多次压实过程，通常为20次。一个夯击辊仅能沿一个方向压实，因此，在每一压实过程结束时，必须使机器转向，以便进行回程的压实过程。转向运动所需的空间通常为机器总宽度的3或4倍，通常没有这么大的空间。另外，转向部位的地面会受到干扰并变得不平坦，使夯击辊减速并使驾驶员感到不适，加重对机器的磨损并降低生产率。由于碾压的不均匀性而使得夯击辊转向部位通常不能压实至符合技术要求。如果不再每一压实过程结束时使机器转向，可以将压实体顶起，使其处于运载模式，并快速返回起点作下一次压实过程，因此，可大大提高机器的工作效率，在诸如铁路路基和拦水坝的某些狭窄的路基工程中，工作通常是在高于周围环境的高度上进行，因此，使用需要为其自身宽度几倍的空间进行转向的压实机是不现实的。
很显然，需要使压实体在运载模式下具有合适的稳定性，并精确控制回车速度。在常见的双体夯击辊结构中，通过如图1，2和3所示的万向连接器9将夯击辊与一个四轮牵引车连接，其倒车过程与牵引车的回车过程相同由于担心吊杆失控和控制不精确而放慢回车速度。
当以上述运载模式工作时，发现了现有双体设计的缺陷。本发明的目的之一是，以足够稳定的方式支承压实体对为运载模式，从而可以较为快速地在未建成的路面或沥青路面上沿向前或向后方向运输，少有或没有侧摆或损坏地面的危险。
在压实模式下，如图1、2和3所示的机械也具有下述缺陷。在这种结构中，轴3与车架1相互连接，彼此之间无绕辊轴的相对运动的自由度，在车架和连杆元件上因冲击载荷而产生大的应力。结合图5和6对这种现象进行解释。当机器工作时，压实体2同步转动。如果地面完全平坦，压实体将会同时夯击地面，而连接轴3将保持与地面平行，并随着滚动的持续随着压实体升高。不过，在实际上，地面是紊乱的，并具有随机分布的凸起和凹坑。图5表示一对近侧体的由砾石13所示的凸起。图5和6表示，冲击砾石的压实体的中心开始升高，轴3随之沿箭头15方向进行辊轴转动。在图5和6中用罕见的冲击砾石13的例子解释辊轴位移。不过，在压实模式下的正常运行中，从一侧到另一侧的不同的土壤坍塌可导致辊的轴线的位移具有相同的变化程度。十分常见的是在两侧之间有50mm的落差，形成圆形的辊轴角位移，如图6中的编号15所示。一侧相对于另一侧下沉任意数字(如50mm)的时间间隔可以大约为30毫秒。
如图6中的箭头15所示的辊轴角位移涉及牵引杆4、下降杆5和车架1(参见图1和3)。可以理解，大的辊轴扭力和因将该辊轴位移转移至重连杆和车架元件所产生的应力发生于短的时间间隔内，通常为30毫米。这种短暂的辊轴位移(在30ms的量级上)被称为“冲击式辊位移”，而由此所产生的应力被称为冲击式辊应力。
通过以上说明可以理解，连接轴3和车架1的连接系统的应力随车架质量增加而增加。因此，将车架加宽或加重的任何设计上的变化也都会涉及到冲击式辊应力问题。
冲击应力现象需要结合夯击辊的工作进行说明。典型的五边形夯击辊每秒钟夯击地面约2次，当机器工作10小时时其产生2×60×60×10＝72000次冲击。在每月平均100小时的工作中能产生720,000次冲击。如果每次冲击都对机器部件产生应力，每个月将有720000次应力脉冲。从事机械设计的人员都清楚，这种量级的应力的反复进行会使金属元件发生疲劳损坏。决定金属元件失效前可容许的最大应力重复次数的最重要的因素是应力脉冲的峰值。因此，为了确保机器具有可以接受的使用寿命(通常为几年)，重要的是提供用于降低应力峰值的装置。最严重的应力峰值是由针对重的车架元件的惯性而产生的夯击辊位移，如上文所述。这就需要在轴上设置一个中央枢轴，通过这种方式通常允许有转动2-4度的冲击位移，并以足够长的时间间隔传至重型车架元件，以减轻其它有害应力。
压实体与车架组合相对牵引车的辊轴位移也会由于地面上的侧面变形而发生，但是运动相当缓慢，使图1中车架1与牵引车10之间的枢轴9能够承受。这种不涉及冲击负荷的较慢的运动被称为“缓慢的辊位移”。
在以上段落中，已阐述了对现有形式的夯击辊的有效、安全的工作有害的问题首先，是运载模式下的辊轴不稳定性问题，其次是压实模式下的夯击辊位移问题，由此可产生严重的应力。因此，本发明的目的是提供使冲击式滚压机能以适于施工机械在工地的部署的速度沿向前和向后方向安全并得以精确控制地运行的装置，例如所述速度约为20km/h，在其有轮的底盘上装有成对的压实体。同时，本发明还寻求提供减轻当以压实模式运行时因夯击辊轴位移所产生的高应力。
根据本发明，提供了一种自行式夯击压实机，其包括一个底盘，一个装在底盘上的牵引车，装在底盘上的驱动行走轮，至少部分行走轮是由所述牵引车驱动的，并有一个或几个夯击压实体与底盘弹性连接，所述一个或几个压实体形成一个压实体轨迹宽度，该宽度从所述一个或几个压实体的一个侧边至其另一个侧边，而底盘的驱动行走轮形成最大的轮迹宽度，这一宽度与压实轨迹的宽度并无明显差异，因此，底盘具有突出的辊轴稳定性。
所述机器优选包括一对间隔开的压实体，该压实体支承在与底盘弹性连接的公共轴上，在底盘上的压实体之间装有一个或几个驱动行走装置。在该结构中，由底盘的驱动行走轮形成的最大轮迹宽度优选大约等于或仅稍小于由两个压实体的侧向外缘形成的压实轨迹。本发明的这种形式的机器还可以包括在底盘与压实体之间工作的升降装置，用于将压实体提升至地面以上，以便进行运输。
在本发明的一种形式中，优选为上述类型的双压实体，机器的底盘是由单一的、整体、刚性结构形成。在这种情况下，行走轮的驱动可以由牵引机提供动力的单一驱动轴实现。在本发明的这种形式中，支承一个或几个压实体的轴最好至少具有少量的相对底盘转动的自由度。优选提供缓冲装置，以缓冲所述轴相对底盘的辊轴运动。
在本发明的另一种可控制的形式中，同样优选上述类型的双压实体，机器的底盘具有于垂直的偏转轴线处相互铰接在一起的前部和后部。在所述前、后部分之间还优选具有一个辊轴枢轴。优选设置缓冲装置，以便至少在绕辊轴的预定转动范围内缓冲底盘后部相对其前部的辊轴运动。在这种情况下，该机器可以包括一个断开机构，使得后部相对前部的未经缓冲的转动在这两部分间的辊轴运动期间超过预定的极限。
在本发明的每一种形式中，辊轴缓冲装置都是可以调节的，以改变对相对辊轴运动的阻力。在执行输送模式时，夯击压实体被提升离开地面，因此，倾覆的可能性较大，缓冲装置对辊轴运动的阻力通常大于在工作或压实模式下夯击压实体接触地面时的阻力。在某些场合，缓冲装置(优选为液压减震器)可以手动调节，而在其它场合，可以有取决于机器的控制、制动或其它系统的自动控制装置。
在该机器的连接形式中，辊轴枢轴允许底盘的后部相对底盘的前部做缓慢的辊位移。在这种场合，该机器还可以包括辅助辊轴枢轴，这种设计考虑到了冲击式辊运动，该辅助枢轴通常位于所述轴与弹性连杆间的连接部，所述弹性连杆连接轴与底盘。在这种场合，枢轴也受到缓冲。在一种具体实施方案中，由一种橡胶或其它弹性材料的缓冲器提供枢轴和缓冲作用。
图1-7表示一种常见的双体夯击式压路机。在这些图中图1表示常规牵引式夯击压路机的侧视图，一个压实体被除去，以显示车架和连接系统的细部；图2表示图1中夯击式压路机的后视图；图3表示图1中夯击式压路机的平面图；图4表示测定夯击式压路机的落差所需的参数示意图；图5表示正在夯击不平坦的工地表面的一对压实体的侧视图；图6表示正在夯击不平坦的工地表面的一对压实体的后视图，并标明了压实体与连接轴组件的角加速度方向；和图7表示在由一对相隔不远的轮支承的运载状态下一对压实体的重量分布示意图；并表明了在不平坦的地面上运行时的不稳定性。
图8-23仅以举例形式说明本发明的实施方案。其中图8表示根据本发明原理的夯击式压路机刚性的T形底盘架，具有传动操纵轴；图9表示具有操纵连接系统的T形底盘架的平面示意图；图10表示本发明夯击式压路机的局部剖视侧视图，一个压实体被除去，以展现工作机械和底盘的详细结构；图11表示图10中机器的平面图，为简明起见略去了某些细节；图12表示图10中机器的后视图，为简明起见略去了某些细节；图13表示图10中辊轴枢轴的局部剖视后视图；图14表示图13中机构的剖视图；图15表示本发明另一种实施方案的夯击式压路机的局部剖视的侧视图；图16表示图15中夯击式压路机的平面图；图17表示图15和16中所示冲击压路机的枢轴和夹紧机构的放大剖视图；图18表示图17所示机构的正面局部剖视图；图19表示图15中牵引杆和弹性夯击辊轴应力减弱和定向机构的放大的详图；图20表示图19中所示机构的端视图；图21表示图19中的轴管的平面图，标明了弹性元件的定位；图22表示本发明另一种实施方案的侧视图；和图23表示图22中枢轴机构的详细平面图。
首先参见图8和9，其表明了本发明的潜在原理。这些图中示出了在平面示图中为T形的夯击式压路机的底盘架20。可操纵轮21安装在位于底盘架的横向部分20A之下的轴22上。轴22可由一台合适的马达和位于横向部分20A上的传递装置驱动，还可在其上设置供操作人员使用的座位和控制装置。另外，底盘架还可以与牵引车弹性连接。
另一个轮23以可自由转动的形式安装在T形底盘架腹板20B的端部。该底盘架板位于压实体24之间。应当指出，压实体相距很近，这为底盘架腹板20B的狭窄所允许。压实体相互连接在一起，以便由一个公共轴25大致同步地转动。位于底盘架与压实体之间的其它连接元件(未示出)可以与上文结合附图1-3所述的常见连接件相同。
在本发明的其它实施方案中，单一轮21和23可以被相应位置上的轮组所取代。
图9表示一种改进的底盘架，其中，底盘架的横向部分20A与该底盘架的腹板20B通过垂直轴27枢轴连接。在这种情况下，可以控制并驱动安装轮21的轴。当轴不被驱动时，可控制轮将只允许夯击式压路机沿牵引车的运行方向运动。在这种场合可能需要加重横向底盘架部分20A，以保证适当的稳定性。
当在压实模式下操纵夯击式压路机时，所述轴会发生如上所述的夯击辊轴位移。为了减轻这种冲击位移在图8和9中的连杆和重型底盘以及整体牵引车元件20A和20B上所产生的应力，需要使轴25可绕机器的前轴和后轴转动。
实践中，将可转动的连接装置靠近轴25安装是有利的，以便限制绕辊轴加速的压实体。如下面将要结合图10-14进行的说明，通过绕其中心将轴25枢轴安装于底盘和连接元件上可有利地实现上述目的，提供限制其绕偏转轴绕，即垂直轴线运动的装置。
由图8和9可以看出，轮21相隔相当的距离，在所示情形中大体等于机器的总宽度，该宽度由压实体24的外缘形成。与结合图1-3所述的常规夯击式压路机相比，这可以赋予夯击式压路机稳定性并减少夯击式压路机绕辊轴过度转动的机会。
参见图10-14，其示出了一种实用的、自动推进的可控制的本发明的实施方案。上述附图中示出了土壤压实机30，其包括一个T形的机动底盘架31，该底盘架支承在一对驱动行走轮32上。轮32位于横向轴(附图中未示出)的每一端，该轴可以驱动并可以操纵，它由T形底盘架的横向部分支承。
底盘架31还有向着底盘架的腹板部分34的端部的串联轮33对支承。如图8和9所示，底盘架31被设计的很窄，压实体之间的净空间仅足于容纳腹板部分和轮。同样如图8和9所示，从动的、可操纵的轴加上其所支承的轮32的总横向尺寸大致等于由压实体35形成的总宽度。从而再度取得良好的抗滚动稳定性。
每一个压实体35为一个具有三个周向间隔的凸点36的三面辊。每一凸点之后为一个凹入部分37，而各凹入部分37之后为一个压实面38。压实体固定安装在轴箱40里的公共轴39上，以便当夯击辊在地面上运动时一起转动。
大致水平的牵引杆44和垂直连杆45销接在底盘架31的后隔板42的枢轴点41上。牵引杆44和垂直杆45可绕枢轴点41独立转动。垂直连杆45的上端销接在液压油缸47的活塞杆的轴轴点46上。
为了将压实体提升至运载模式，伸出带有板71的千斤顶69，板71于72处与牵引杆44的下面铰接。从而抬起牵引杆44，并带起轴装置和压实体。
液压弹簧47的底座销接在隔板42的枢轴点48上，该弹簧沿大体水平的方向工作。液压弹簧47有一个液压启动的冲压杆，它与一个充气蓄能器(未示出)连接，以提供所需的负荷挠度特征。在垂直连杆45的接近中央枢轴点处设有挡板49，而在隔板42上固定有与挡板49相对的橡胶缓冲器50，以形成垂直连杆45的运动极限止点。
牵引杆44的尾端通过枢轴点52销接在下降杆51上。下降杆51的上部通过枢轴点53销接在隔离条54的尾端，而隔离条54的前端通过枢轴点55销接在垂直连杆45上。
应当指出，枢轴点55位于枢轴点41与46之间。下降杆51的下部为大的U形，其跨接在轴箱40上，并通过一个枢轴组件56与轴箱40枢轴连接。
牵引杆44、垂直杆45、隔离条54和下降杆51及其相关的枢轴和液压弹簧47一起共同组成连接系统。该连接系统限制轴箱40相对隔板42作向前、向后运动，而不能自由地做偏转轴线运动，并允许轴箱40做上、下运动，可自由地绕辊轴，即枢轴装置56转动。
应当理解，底盘架31与压实体35之间的连接从本质上讲是弹性的。在工作中，马达和安装在底盘架31前部的传动装置作用于从动轴32，以便沿图10中箭头57所示方向向前驱动机器，同时通过弹性连接系统牵引压实体35。除了为公共轴39所允许的扭转弹性所允许的轻度不同步之外，接触地面的压实体彼此一致转动。
在各压实体的这种转动中，它重复进行一个过程，其中，压实体在凸点36处升起，随后一旦达到超过中心的状态，便向下、向前落下，接着由压实面38夯击地面。
如果压实体35夯击地面上的凸起部位，如图5和6中所示的部位13时，枢轴组件56允许两个压实体35、公共轴39和轴箱40的组合装置绕夯击式压路机辊轴转动。这可以避免在连接系统上产生过量的应力。在图6中，编号14表示平均地面，而且如上文所述，箭头15表示压实体对的辊轴运动，此时两压实体之一冲击凸起部位或障碍物13。
图13和14表示枢轴组件56的详细结构。管状轴箱40具有平板59，向前、向后进入其侧面。下降杆51的下U形部分跨在由板59形成的扁平部分，并通过枢轴销60和轴衬与该板枢轴连接。在下降杆拉钩的末端有4个侧向分离的限制垫62，其作用于钢摩擦板58上，以阻止轴箱组件绕偏转轴线，即绕垂直轴线相对底盘架31转动。钢质摩擦板58焊接在板59上。由尼龙材料制成的限制垫62可通过调节螺钉63进行调节，以补偿磨损。
为了控制轴箱40绕枢轴组件56的轴的辊轴转动的速度及其转动度，提供2个液压缓冲油缸64。油缸64的活塞杆通过枢轴点67销接在牵引杆44上，而油缸自身通过有槽的枢轴点68销接在轴箱40上。
两个油缸64通过可调节限制孔70与充气式液压蓄能器66连接，该孔允许有限的液压流体由油缸流至蓄能器。
与各个可调节孔70平行连接的是一个单向阀65，它可以由蓄能器66向油缸64自由活动。在静止状态下，轴箱40大致平行于牵引杆44，由于蓄能器里的压力而使缓冲油缸64的活塞杆均呈完全伸出的状态。在这种状态下，活塞75在油缸里位于其上部极限处，而下枢轴销位于其在枢轴点68的槽里运行的下部极限处。
如果发生轴箱40相对牵引杆44取向的辊轴位移，液压部件以如下方式工作。假设图13所示的右侧向上运动。由于油缸止动销已经位于槽68的底部，通过轴的运动而使油缸64开始向上运动。油缸里的流体被强制通过开在活塞顶75中央的孔。因为有密封件75a而无流体从活塞顶75周围逸出，流体流经孔75b。单向阀65关闭，以便流体流经孔70，从而控制轴箱40绕枢轴56的辊轴速度。
现在考虑左手油缸64，油缸止动销保持静止，而轴箱40上的耳及其槽68向下运动，直到槽的上端与止动销接合，从而形成允许轴转动的极限。同时达到右侧活塞的运动极限。从右侧油缸中排出的流体不能纳入左侧油缸，因为它已经是满的。因此，流体流入保持预定流体压力的蓄能器66。一旦除去作用于轴箱40上的扰动力矩，加压流体可不受限制地流经单向阀65，以便在右手活塞75与油缸64之间产生一个力，其倾向于恢复牵引杆与轴箱40之间的平行状态。
来自蓄能器66的持续的流体压力操纵左侧和右侧油缸64，以便在轴箱40与牵引杆44之间形成自动定心力矩。可通过操纵流体控制阀73来调节该自动定心力矩的大小，或将蓄能器66里的流体排至槽74以降低流体压力，或由泵80将流体充入蓄能器中，以提高流体压力。
通过上述自动定心机构，可使机器以运载模式工作，由压实体对限制随机的辊轴运动。以这种方式可以适当速度在施工地之间实现安全输送。
因此图10-14表示以图8所示的整体车架和操纵系统为基础的本发明的一种实施方案。下面说明本发明在图9所示车架和操纵系统上的一种应用。
图9表示类似于图8所示的车架，但主动轮的操纵是通过垂直的偏转枢轴27而实现的。因此，这是一种连接的车架系统。连接的车架系统被广泛用于建筑业用的机械，如前端加载机、和土壤压实机等。除了垂直的枢轴外，这种常规机器的标准措施是通过提供一般允许有限的角运动的辊轴枢轴允许由于地面不平坦造成的缓慢的辊运动。在这种常见的连接设计中，将各自在正常工作期间具有抗倾覆的稳定性的机器的两部分通过组合的偏转和辊轴枢轴点连接在一起。不过，在将该连接操纵系统用于夯击式压路机时，图9中编号20B所示的车架部分仅在两个压实体接触地面时，即在压实状态下工作时才具有固有的抗倾覆稳定性。当压实体被顶起以便支承在图9中的一个或几个位于压实体之间的窄轮23时，车架部分20B绕辊轴是不稳定的。因此，用于双体夯击式压路机的连接型车架的辊轴枢轴需要施以限制力矩，以使稳定的宽的轮基部分20A能够提供所需的抵抗部分20B倾覆的阻力。
当压实体与地面接触，即处于压实模式时，与夯击压实机的工作特征相关的另一个因素决定了需要将辊轴限制力矩施加在图9中车架部分20A和20B之间的连接器上。
再参见图1，假设压实体2以接触地面的状态工作。当压实体组件在运动中通过凸点b时，其倾向于向前、向下加速。在工作速度的稳定运动中，该向前、向下的运动被底盘架与压实体和轴组件之间的连接元件4、 5和6所吸收，很少或没有明显的加速力作用于牵引车10上。不过，在低速和停止期间，启动和操作时，下降杆5会产生冲击阻挡件a末端的负荷脉冲。作用于连接器9上的这种负荷脉冲的净结果是在该点上产生向上或向下的力。假设该力的影响作用于图9所示的连接牵引车系统上。当如图9所示般的作直线运动时，作用于枢轴27上的力不产生任何绕枢轴27的运动，因为该枢轴不允许任何俯仰轴线转动。不过，当操纵主动轮呈虚线所示的状态20C时，作用于枢轴点27上的向下或向上的力具有绕点C的杠杆作用，绕该枢轴轴线的杠杆长度为d。该力偶诱导“牵引车”或向前的底盘部分20A执行绕其轮子的俯仰运动。由于该枢轴系统27的几何形状，底盘部分20A的这种俯仰运动伴随有车架元件20B的俯仰和辊轴运动。当两个底盘元件不处于不精确的直线上时，也会由从动轮21所产生的力矩作用和制动力产生牵引车的类似的俯仰作用。
上述分析证实，一个夯击式压路机需要一个连接车架系统，以提供常见的垂直轴或偏转轴、铰接轴，以及额外的辊轴枢轴，以实现图9中20A和20B两部分之间的缓慢的辊轴运动。不过，为了使机器的部件20B(图9)在运载模式下具有抗倾覆稳定性，辊轴需要克服自由的辊轴运动的制约。不过，辊轴制约应当是这样的制约程度可以从机器在压实模式下的轻度力矩制约至机器在运载模式下沿直线运行的中度力矩制约，以至机器在高速运行时或在运载模式下的高度力矩制约。在诸如轮子或压实体陷入疏松的沙土的状态、泥泞状态、牵引轮处于全力矩向前和向后的状态下，或在不利于运行的条件下压实体抬升至运载模式的状态下，或上述状态的任意组合，将需要把辊轴枢轴的连接锁定在垂直方向，以防止车架部分20B的过分倾覆或部分20A绕其车轮轴线的转动。
下面结合图15-18对采用了一个辊轴限制系统的连接机械的一种实施方案进行说明。
图15为一幅正视图，为了显示机器部件的结构，去掉了一个压实体，并做了局部剖视。图16为图15中机器的局部剖视平面图。连接机械的机动底盘80通过大致垂直的枢轴系统86连接于包括一个车架延长部分84的牵引车架81上，其足够窄，以便可将一组车轮83将在压实体85之间的空间里。主动轮82安装在牵引车底盘80上。该机器的操纵是通过操纵转向千斤顶87而实现的。在底盘80与车架81之间有一个轴箱89，其中装有辊轴和偏转轴线枢轴和控制机构。
枢轴88是凸缘的并通过螺栓90固定在车架81上，螺栓伸入带有枢轴承91和推力轴承92的轴箱89上的机加工孔中，其作用于位于轴箱89的配合面上的环形槽里的推力轴承93上。凸缘94固定在枢轴上，以固定并对推力轴承施以预负荷。所述凸缘带有曲柄销95，通过它在一对液压油缸96的作用下将转动力矩施加在枢轴88上。为清楚起见，在图15和16中示出了轴箱89的内部机构(略去了某些细节)。在图17和18中示出了其细节的放大示图，其还示出了一个断开安全系统。
图17表示连接车架81与轴箱89的枢轴系统的详细结构。编号与图15和16中的相同，但采用了其它编号以显示详细的特征。图18表示图17中线A-A和B-B处的截面图。
图17中的凸缘94通过一个接合枢轴88的销122固定，以阻止其转动，并固定枢轴和推力轴承91和92。通过紧固经固定垫120插入枢轴88的螺钉124获得作用于推力轴承92和93上的预加负荷。通过轴承123使曲柄凸缘121可以相对凸缘94转动，但在机器的正常运行期间，其通过将预加负荷的V形销126定位于相应的齿中被局限于随着凸缘94做随机的顺时针和逆时针运动。销126包括一个液压缸，其中，V形元件是活塞杆。注意，上述随机运动发生于底盘81绕辊轴相对轴壳89运动时，但在正常运动期间保持在垂直方向任一侧的约15度的范围内。
曲柄销95枢轴连接于油缸96的活塞杆127上。在每种情况下，孔128处的液压操作在活塞杆127上产生一个力，该力等于活塞杆的横截面积乘于液压。因此，缸被延长以使铰接板129支承在阻块130上。选择活塞杆127的长度，以便两个活塞延伸至其运动的极限处，车架81与轴箱89正好垂直对齐，销126位于其在凸缘94里的相应的齿中。
假设车架81绕辊轴相对轴箱89转动。凸缘94具有曲柄凸缘121，它又迫使(假设)左侧活塞杆127进入缸96中，通过设置可变限制阀131控制缓冲作用。在另一侧(右侧)，曲柄销95向下拉活塞杆和缸，带有右侧铰接板129的该缸的上端不受约束。右侧缸中的液压倾向于使油缸组件伸展至完全展开的状态，并在这种状态下由预定力矩将车架81和轴箱89偏压至对着允许运动的弧度时，在这种情况下为30°。通过改变作用于该系统的液压可以调节预设力短，并可通过改变限制阀131的设定来调节缓冲。
现在考虑诸如坡地将车架81倾覆至大于允许运动的弧度的情形，在图17和18所示机构中，该弧度为30°，或在垂线的每一侧为15°。由于其为V形，销126能克服通过由孔132施加的液压而作用于其上的预加载荷，并从其齿中脱出。这样凸缘94可独立于曲柄凸缘继续转动。当恢复了正常取向时，销126又返回至与齿对齐，并可在由孔132提供的液压的作用下滑回至其在齿中的正常位置。孔132中的液压可以改变，以便调节加在销126上的预加负载，并且在该回路中可以提供一个液压减压阀，以便在销移动至其缸中时将流体排至槽中，或者将多余的流体纳入加压液压蓄能器中。
液压致动销126的另一种方式是用一个剪切销进行代替，这种销不太理想，因为在本领域中要进行发生剪切的替换是困难的。
为了将牵引力从车架81传至轴106，提供一个由牵引杆98、下降杆99和牵引弹簧97组成的连接系统。牵引弹簧97是液压操纵的，以便无论活塞杆的伸长量如何都提供一个接近稳定的牵引力。在下降杆99、缓冲板101的每一末端处设有运动极限缓冲器100，其优选由硬橡胶制成。
由一个枢轴102实现下降杆99相对车架81的俯仰轴线转动，而由枢轴103实现牵引杆98相对下降杆99的俯仰转动。
采用这种连接系统，牵引杆98的末端104可以自由地上、下、前、后运动，但是不能相对车架81自由地做辊轴角位移，下面说明其后步。
如果牵引杆98的末端104固地连接于轴箱105上，然后轴箱105的任何辊轴位移都会引起车架81随着所述辊轴运动而运动，并绕枢轴88转动。
由于车架81很重，具有绕辊轴的大的惯性矩，其转动在时间上相对轴的转动滞后。因此，随着冲击式辊位移，牵引杆98会发生转动，以吸引轴箱105和车架81之间的运动损失。
在图10-14所示的本发明的实施方案中，采用相同的分析，但在这种情况下传动/控制型车架31具有大于图15所示车架部分81的质量和惯性矩，因为它包括引擎、传动机构和主动轮。在图10-14所示的实施方案中，枢轴56允许轴40有相对车架31的足够的位移，以使其转动可受缓冲缸64的控制，以避免在车架和连接元件上有过大的应力。
在图15-18所示的实施方案中，由于在实际设计中车架81的转动惯性矩小于图10中车架31的，通常小于其2-5倍，可以通过以下述方法安装的橡胶元件107和108形成轴箱105与索引杆104末端之间的差动。
图19表示沿机器的纵向中线的局部侧视、局部剖视图。图20表示一个端视图，而图21表示轴箱105的平面图，牵引杆被去掉，以表示橡胶元件107和108的位置和取向。这些为橡胶垫形式的橡胶元件可以抵抗在其大的面积上的压缩负荷，仅有轻微的挠曲，通常为垫厚度的10％。其侧向尺寸被设计成具有通常为垫厚度50％的剪切挠度。
为了提供一个用于辊轴运动的弹性中央枢轴，将橡胶垫108安装在牵引杆结构里的板109上，以作用于与轴箱105整合的扭力件110。图21表示压缩垫108和剪切垫107是如何成对安装在轴箱的任一侧。
当起重器111工作时，通过压缩式防震垫108由板109施加一个提升力，以便举起轴105以及与其连接的压实体对。由剪切垫以压缩形式产生牵引和止动力的阻力，可以同时进行任何剪切运动。轴箱105与牵引杆104之间的辊轴运动以剪切形式使垫107变形，直到由贴在轴箱105上的运动限制缓冲器112限制其进一步运动。辊轴运动不受压缩式防震垫108的明显制约，因为其仅变形至允许其运动。
为便于组装牵引杆104和轴箱105，将垫107和108粘接在轴箱结构上。牵引杆104被装在轴箱上，以制约垫108，在剪切垫107与相对的压缩板113之间有一间隙。然后拧紧螺钉115以便对剪切垫107预加负荷，并拧紧螺钉116，以便对压缩式防震垫108预加负荷。
常规的连接机构采用垂直的轴线枢轴系统，仅有有限的绕辊轴运动的自由。这是通过一个短的上部连杆实现的，它可以在短的弧度内向任一侧摆动。由于上述原因，不将偏转轴偏压至保持垂直就不能将其安全应用于夯击式压路机。
在图22和23中，垂直或偏转连接轴线位于上部和下部球窝接合135之间。偏转枢轴系统的上连杆136也可由一个球窝接合137在车架端部转动。连杆136可以通过向柱塞138施加液压的方式约束连杆136与车架的纵向轴线成直线，在这种情况下，车架81与机动底盘80之间无辊轴自由度。通过减轻两个柱塞138上的液压，随着在枢轴点137的连杆136上的预设侧力作用可以进行侧向运动。柱塞138的缸枢轴连接于杠杆臂139上，以便当每一柱塞杆完全伸出时，该杠杆紧靠在止动件140上，可以用螺钉140A调节该止动件的位置。图22和23中铰接式机械的控制是通过操纵转向伺服液压油缸141而实现的。
上述自行式夯击压实机具有很多重要特征，其中包括
1.从动轮21、32和82彼此有较大的间距。轮迹宽度，即轮和轮之间的侧向尺寸与压实轨迹(即由压实体外缘形成的侧向宽度)无大的差别。这使得机器具有抗车架倾覆的显著的稳定性，车架位于压实体之间的狭窄的轮基上。这一原理也可应用于与双压实体机械相对的单压实体上。
2.上述本发明各实施方案中的辊轴枢轴可以做缓慢的辊位移，并降低辊轴运动潜在的危害作用，而与辊轴相关的缓冲和自动定心功能具有适当的稳定性。在图15-21所示铰接机械中，位于轴箱和下降杆之间的轴连接件可以做有限的、缓冲过的辊轴运动，而潜在的破坏性冲击式辊运动对下降杆有较大影响。辊轴运动的缓冲还能降低潜在的有害振动的可能性。
3.在图15-18所示实施方案中，由锁定装置、锁126及其相关的齿构成断开安全装置，其在车架的过度辊轴运动的条件下能有效地脱开车架与该机械的牵引部分。因此，如果车架遇到了能将其倾覆的辊轴运动，该运动不会传给牵引装置。
权利要求
1.一种自行式夯击压实机，它包括一个底盘、一个装在底盘上的牵引机，装在底盘上的驱动行走轮，至少某些轮是由牵引机驱动的，以及一个或几个与底盘弹性连接的夯击压实体，所述一个或几个压实体形成压实轨迹宽度，该宽度为从所述一个或几个压实体的一个侧端到与其相对的另一侧端的宽度，而底盘的驱动行走轮形成的最大轮迹宽度与压实轨迹宽度并无明显差异，因此，该底盘具有显著的辊轴稳定性。
2.如权利要求1的自行式夯击压实机，其特征在于它包括一对支承在弹性连接于底盘上的公共轴上的夯击压实体，具有安装在压实体之间的底盘上的驱动行走轮。
3.如权利要求2的自行式夯击压实机，其特征在于由底盘上的驱动行走轮形成的最大轮迹宽度大体上等于或仅仅略小于由两个压实体的侧向外缘所形成的压实轨迹宽度。
4.如权利要求2或3中任一项的自行式夯击压实机，其特征在于它包括在底盘上与压实体之间起作用的提升装置，以便将压实体抬升到地面之上进行输送。
5.如上述权利要求中任一项的自行式夯击压实机，其特征在于该机的底盘是由单一的整体刚性结构形成。
6.如权利要求5的自行式夯击压实机，其特征在于所述从动的驱动行走轮是由牵引机驱动的单一的传动轴支承。
7.如权利要求6的自行式夯击压实机，其特征在于支承所述一个或几个压实体的轴至少具有少量的相对底盘运动的辊轴自由度。
8.如权利要求7的自行式夯击压实机，其特征在于它包括缓冲装置以缓冲所述轴相对底盘的辊轴运动。
9.如权利要求1-4中任一项的自行式夯击压实机，其特征在于该机的底盘具有通过垂直的偏转轴线彼此连接在一起的前部和后部。
10.如权利要求9的自行式夯击压实机，其特征在于它包括位于所述前部和后部之间的辊轴枢轴。
11.如权利要求10的自行式夯击压实机，它包括缓冲装置，以便至少在绕辊轴枢轴的预定转动范围内缓冲底盘后部相对底盘前部的辊轴运动。
12.如权利要求11的自行式夯击压实机，其特征在于它包括一个断开机构，在所述前、后部分间的辊轴运动超过预定极限时使所述后部可相对前部做无阻尼的转动。
13.如权利要求8、11或12中任一项的自行式夯击压实机，其特征在于所述辊轴缓冲装置是可调的，以改变对相对辊轴运动的阻力。
14.如权利要求13的自行式夯击压实机，其特征在于在该机的运载或运输模式下，其中，夯击压实体被升离地面，缓冲装置对辊轴运动的阻力大于在工作或压实模式下的阻力，在该模式下夯击压实体接触地面。
15.如权利要求13或14中任一项的自行式夯击压实体，其特征在于所述缓冲装置是可用手动调节的。
16.如权利要求13或14中任一项的自行式夯击压实体，它包括用于根据该机的控制、制动或其它系统的工作自动控制所述缓冲装置的装置。
17.如权利要求9-12中任一项的自动式夯击压实机，该机包括一对支承在与底盘弹性连接的公共轴上的分离的夯击压实体，和一个用于克服所述轴的冲击式辊运动的辅助辊轴枢轴。
18.如权利要求17的自行式夯击压实机，其特征在于所述辅助辊轴枢轴位于所述轴与弹性连接件之间的接合部，所述弹性连接件连接所述轴与底盘。
19.如权利要求18的自行式夯击压实机，它包括用于缓冲绕所述辅助辊轴枢轴运动的装置。
20.如权利要求19的自行式夯击压实机，其特征在于所述缓冲装置包括由橡胶或其它弹性材料组成的缓冲装置，该缓冲器具有转动和缓冲作用。
全文摘要
本发明涉及一种自行式夯击压实机,其包括一个底盘(20),在底盘上有一个牵引机。底盘(20)上装有驱动行走轮(21),至少部分行走轮是由所述牵引机驱动的。土壤的压实是由一个或几个夯击压实体(24)完成的,压实体为非圆形,以便当其在地面上滚动时对地面进行周期性夯击。所述一个或几个压实体(24)与底盘(20)弹性连接,并形成从压实体(24)的一侧边缘到其另一侧边缘的压实轨迹宽度。底盘的驱动行走轮(21)形成最大的轨迹宽度,该宽度与压实轨迹宽度并无明显差异,其优点是底盘(20)具有突出的滚动轴稳定性。
文档编号E01C19/22GK1195383SQ96196790
公开日1998年10月7日 申请日期1996年7月17日 优先权日1995年7月17日
发明者A·R·贝兰格 申请人:土地压实技术有限公司