CH621496A5

CH621496A5 -

Info

Publication number: CH621496A5
Application number: CH469878A
Authority: CH
Inventors: Claes Breitholtz; Rolf Dahlin
Original assignee: Dynapac Maskin Ab
Priority date: 1977-04-29
Filing date: 1978-04-28
Publication date: 1981-02-13
Also published as: AU3507478A; FR2388606A1; FI781158A7; IT7809438A0; BR7802317A; ATA274578A; DK177678A; AR220131A1; NL7804007A; GB1601554A; ES469106A1; JPS53136773A; SE7705001L; DE2818801A1; CA1094350A; ZA781644B; IT1161396B; NO781334L; AT364384B; US4221499A

Description

La présente invention concerne un vibrateur comprenant une ou plusieurs masses excentrées montées autour d'un arbre rotatif de manière que le centre de gravité de la ou de chaque masse soit déplaçable par rapport à l'axe de rotation de l'ensemble pour faire varier en continu l'amplitude vibratoire obtenue.

L'emploi de masses excentriques réglables est connu sur les engins de compactage, notamment pour adapter l'amplitude vibratoire à la nature du terrain à compacter. Il est souhaitable que le conducteur de l'engin puisse effectuer ce réglage depuis le poste de conduite, sans interrompre le fonctionnement du vibrateur. Il est en outre souhaitable que le réglage soit continu et indépendant du sens de rotation de l'arbre du vibrateur.

Les solutions proposées jusqu'ici font appel à des mécanismes complexes et relativement coûteux pour le réglage de l'excentricité des balourds et le maintien de la position choisie. Lorsque l'intensité des vibrations est grande, le mécanisme de réglage et de maintien est soumis à des forces importantes qui nécessitent l'emploi de pièces largement dimensionnées.

La présente invention a donc pour objet un vibrateur permettant un réglage continu de l'amplitude vibratoire et réduisant à un strict minimum les efforts qui s'exercent sur le mécanisme de réglage.

Le vibrateur de l'invention est caractérisé par la revendication 1. Ainsi, le plan normal à l'axe de rotation qui contient la résultante des forces centrifuges agissant sur les masses excentrées et tournant avec l'arbre doit couper l'axe de rotation pratiquement au même point pour chaque masse excentrée et pour toutes les amplitudes vibratoires fixées par le mécanisme de réglage. Cette condition est importante, notamment lorsque le vibrateur est utilisé sur un rouleau compacteur. Il est donc théoriquement possible d'imprimer un mouvement vibratoire au rouleau en n'utilisant qu'une seule masse excentrée à condition que son axe de réglage ou de pivotement soit contenu dans un plan qui passe par le centre de gravité du rouleau et qui est normal à son axe de rotation. La résultante des forces centrifuges qui s'exercent sur la ou les masses excentrées est donc toujours dans le plan qui passe par le centre de gravité du rouleau. En d'autres termes, la résultante ne se déplace pas axialement lorsque l'amplitude vibratoire est réglée, de sorte que le rouleau n'est pas soumis à des forces tendant à faire osciller son axe de rotation.

Les dessins annexés représentent à titre d'exemple non limitatif un mode de réalisation de l'objet de l'invention.

La fig. 1 est un schéma de principe d'une masse excentrée animée d'un mouvement de rotation dans un système de coordonnées orthogonales.

Les fig. 2 et 3 illustrent deux exemples de masses permettant de satisfaire aux conditions du dispositif de l'invention.

La fig. 4 est une vue en perspective d'un mode de réalisation du vibrateur de l'invention.

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

3

621 496

La fig. 5 est une coupe axiale d'un rouleau vibrant qui utilise le vibrateur de la fig. 4.

Sur la fig. 1, une masse de forme quelconque est repérée dans un système de coordonnées orthogonales X, Y et Z, dont l'axe X est perpendiculaire au plan défini par les axes Y et Z. La masse peut pivoter autour d'un axe qui coïncide avec l'axe X du système de référence. L'axe de rotation de la masse coïncide avec l'axe Z et est évidemment perpendiculaire à l'axe Y. Le centre de gravité TP de la masse définit avec l'origine du système de référence un axe Z' qui fait un angle a avec l'axe Z. Dans le plan YZ, on définit également un axe de coordonnée Y' perpendiculaire à l'axe Z'. Fc est la résultante des forces centrifuges qui s'exercent sur la masse en rotation autour de l'axe Z.

Dans son principe, la présente invention consiste à donner à la masse une forme particulière assurant que la résultante Fc reste à une distance constante 1 de l'axe Y, quel que soit l'angle oc. En particulier, on peut s'arranger pour que la résultante Fc coïncide approximativement ou exactement avec l'axe Y, ce qui permet de régler la masse et, par conséquent, l'amplitude vibratoire, avec une force très faible, même quand la résultante Fc des forces centrifuges a une très grande valeur. En théorie, on peut même éliminer la force de réglage, et par conséquent les contraintes qui s'exercent sur le mécanisme de réglage, si la résultante Fc coïncide avec l'axe Y pour toutes les valeurs de l'angle a.

En appliquant les lois classiques de la mécanique, on peut remplacer toutes les forces centrifuges qui s'exercent sur la masse de la fig. 1 en rotation autour de l'axe Z par une force unique Fc qui agit parallèlement à l'axe Y dans le plan YZ. La valeur de cette force est donnée par la formule suivante:

Fc=m-<o2-z'Tp-sin a m étant la masse de l'élément, co étant la vitesse angulaire de l'élément autour de l'axe Z, z'TP étant la distance du centre de gravité de l'élément à son axe de pivotement (axe X) et a étant l'angle que font les axes Z et Z'.

Fc coupe l'axe Z à une distance 1 de son origine qui est donnée par la formule suivante:

I=-! cos a m • z'tp

Iy' et Izt étant les moments d'inertie de l'élément de masse autour des axes qui correspondent à l'indice. Il est évident qu'en réduisant la quantité 1/ — Iz>, on diminue la longueur 1 sans affecter la valeur de la résultante Fc. En pratique, plus la distance 1 est petite, moins il faut de force pour régler la position de l'élément de masse, c'est-à-dire l'amplitude vibratoire.

Les meilleurs résultats sont évidemment obtenus lorsque 1 est nulle, c'est-à-dire lorsque Fc coïncide exactement avec l'axe Y. En pratique, on peut se contenter d'une certaine approximation assurant que la force de réglage nécessaire est relativement faible, et n'exercer que des contraintes minimes dans le mécanisme de réglage.

On a pu déterminer expérimentalement qu'une masse dont la forme correspond au critère

^^<0,2 z'Tp m-z'tp offrait une distance 1 raisonnablement faible. Pour la distance 1, le critère devient: 1<0,2-z'tp-cos a < 0,2-z'Tp. Cette condition exprime que la distance de la résultante Fc à l'axe de réglage de l'élément de masse doit être inférieure à 1/s de la distance du centre de gravité de l'élément au même axe.

On peut admettre d'autres écarts par rapport aux conditions idéales de la fig. 1, qui se traduiront par des moments parasites autour de l'axe de pivotement de l'élément, notamment un moment Dyv autour de l'intersection des axes Y' et Z'. Si ce moment n'est pas nul, il fait apparaître un moment perturbateur autour de l'axe de pivotement X selon la formule suivante:

Md = — co2 ■ Dyv (cos 2a—sin 2a)

Si l'on admet que l'élément de masse répond à la condition jDyvl <0,1 -m-(z'Tp)2, le moment MD est du même ordre que celui qui a été précédemment admis pour Iy' —12<^0 avec 1 s 0,2 z'Tp.

Un autre critère pouvant donner naissance à un moment autour de l'axe de pivotement de l'élément est sa distance à l'axe de rotation. En principe, ces deux axes se coupent, mais la réalisation mécanique comporte forcément des inprécisions, auxquelles correspond une distance f entre ces deux axes. A cause de cette distance f,

il y a un moment:

Mf=—m-cû2-f-z'Tp-cos a

En ajoutant la condition supplémentaire f<0,l -z'Tp, on obtient un moment du même ordre que celui qui avait été précédemment admis pour Iy,—Iz<^0 et 1<0,2-z'tp.

On peut résumer en une formule unique les conditions ci-dessus concernant la forme de l'élément de masse et la position de son axe de pivotement par rapport à son axe de rotation.

—»I ^ If

îti'ztp

Pour retrouver chacune des inégalités précédemment énoncées, il suffit d'annuler tour à tour les facteurs d'écart.

Les fig. 2 et 3 illustrent deux types de masses remplissant les conditions théoriques Iy<=0 et Dy v=0. La fig. 2 utilise une seule masse semi-cylindrique, et la fig. 3 utilise un ensemble de deux masses m et d'une masse 2m rigidement reliées les unes aux autres.

La fig. 4 illustre un vibrateur comprenant un arbre rotatif 1 de configuration tubulaire contenant un élément de masse 2 qui est réglable autour d'un axe de pivotement 3 intersectant perpendiculairement l'axe de rotation de l'ensemble. L'arbre tubulaire 1 est fermé à ses extrémités par des disques 4 et 5 portant respectivement des tourillons centraux 6 et 7.

Les tourillons 6 et 7 servent à supporter l'ensemble rotatif à l'intérieur d'un appareil utilisateur, tel que le rouleau vibrant 8 de la fig. 5.

Ainsi, le tourillon 6 tourne dans un roulement à billes 9 monté dans l'axe du rouleau cylindrique 8 sur une plaque transversale 11. On voit que l'entraînement du rouleau 8 est assuré par un moteur hydraulique 10 qui est fixé à un support extérieur F et qui entraîne un plateau rotatif 12 relié à la plaque transversale 11 par un amortisseur annulaire 11'.

L'autre tourillon 7 du vibrateur tourne dans un second roulement 9 qui est monté au centre d'une seconde plaque transversale 13. Le tourillon 7 est un arbre creux qui s'étend au-delà de la plaque 13 et porte une roue dentée 14 à son extrémité extérieure. La roue dentée 14 fait partie d'un train d'engrenages 15 qui aboutit à un moteur hydraulique 16 assurant la rotation du vibrateur. Ce moteur hydraulique est monté sur un support 17 qui est relié par un amortisseur élastique 17' à un support extérieur F. L'arbre creux 7 tourne dans un second roulement 18 faisant partie du support 17.

L'élément de masse 2 est monté excentriquement à l'intérieur de l'arbre tubulaire 1 de façon à produire des vibrations radiales qui sont transmises par les roulements 9 au rouleau 8. Pour permettre de régler l'amplitude vibratoire, le moment d'excentricité de l'élément de masse 2 est réglable par pivotement autour d'un axe transversal 3. Dans l'exemple illustré, le mécanisme de réglage comprend une plaque 20 qui est montée diamétralement dans l'arbre tubulaire 1 et qui est déplaçable longitudinalement. La plaque 20 comporte une échancrure allongée 19 dont le rôle sera décrit plus loin. L'une des extrémités de la plaque 20 est reliée à une tige de commande axiale 21 qui traverse le disque 5 et sort par l'intérieur de l'arbre creux 7. L'autre extrémité de la plaque 20 porte une bague de guidage 22 qui coulisse autour d'une tige centrale 23 fixée intérieurement au disque d'extrémité 4. Pour que la plaque 20 soit solidaire de la rotation de l'arbre tubulaire 1, elle coulisse longi-

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

621 496

4

tudinalement dans des pièces de guidage 24 fixées à l'intérieur de l'arbre 1.

La plaque 20 est disposée de façon que l'axe de pivotement 3 de l'élément de masse 2 passe dans la fente 19 perpendiculairement au plan de la plaque. Ainsi, la tige de commande 21 peut déplacer longitudinalement la plaque 20 sans que l'axe transversal 3 constitue un obstacle.

L'élément de masse 2 peut être formé de deux parties symétriques montées de part et d'autre de la plaque 20 sur l'axe de pivotement 3. Les deux parties de la masse sont reliées par une tige transversale 25 qui peut se déplacer dans une encoche 26 de la plaque 20. Ainsi, lorsque la plaque 20 est déplacée axialement par le mécanisme de réglage, elle agit sur la tige de liaison 25 pour faire pivoter la masse 2

autour de son axe transversal 3. Il en résulte une variation du moment d'excentricité de la masse autour de l'axe de rotation de l'ensemble et, par conséquent, une variation de l'amplitude vibratoire.

s La tige de commande 21 peut être reliée à la plaque 20 par une butée à billes 29 ou un dispositif analogue. L'autre extrémité de la tige 21 est reliée par un levier de renvoi 27 à un cylindre hydraulique 28 qui peut être commandé par le conducteur de l'engin lorsqu'il veut modifier l'amplitude vibratoire.

io Comme on l'a expliqué précédemment, le système de réglage n'est sollicité que par des forces relativement faibles, ce qui permet de réduire son encombrement et d'utiliser un organe d'actionnement de faible puissance. Les risques de fuites sont réduits et la fiabilité de l'ensemble est nettement améliorée.

R

2 feuilles dessins

Claims

621 496

1. Vibrateur comprenant un ou plusieurs éléments de masse montés sur un arbre rotatif et réglables angulairement autour d'un axe de pivotement perpendiculaire à l'axe rotatif au moyen d'un dispositif de réglage permettant de faire varier en continu l'amplitude du mouvement vibratoire produit par la rotation de l'arbre, caractérisé en ce que la distribution des masses et la position de chaque élément de masse autour de son axe de pivotement satisfont aux conditions suivantes:

- . - - ir m-zTP

formule dans laquelle:

- f est la distance minimale de l'axe de pivotement des masses et de l'axe de rotation.

- Iy- est le moment d'inertie de l'élément de masse autour d'un premier axe (Y') d'un système de coordonnées momentanément transposé (Y' et Z' sur la fig. 1) qui définit un plan orthogonal à l'axe de pivotement.

- Iz' est le moment d'inertie de l'élément de masse autour d'un second axe transposé (Z') perpendiculaire au premier (Y') et à l'axe de pivotement, le second axe passant par le centre de gravité (TP) de l'élément.

- Dyv est le moment parasite de l'élément de masse par rapport aux axes transposés (y', z').

- m est la masse de l'élément.

- z'TP est la distance du centre de gravité de l'élément à l'axe de pivotement (X) le long du second axe transposé (Z').

2. Vibrateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moment d'inertie (Iz/) de chaque élément de masse est égal à son moment d'inertie (Iy>) autour d'un axe de coordonnée (Y') qui est perpendiculaire au premier axe (Z') et à l'axe de pivotement (X).

2

REVENDICATIONS

3. Vibrateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moment parasite (Dyv) de l'élément de masse est nul dans le système de coordonnées Y' et Z'.

4. Vibrateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la distance minimale des axes de pivotement de chaque élément de masse et de rotation de l'élément de masse est nulle.

5. Vibrateur selon la revendication 4, caractérisé en ce que chaque élément de masse est constitué de corps ayant une symétrie de révolution autour de l'axe de pivotement, chaque corps n'étant que la moitié d'un corps de révolution coupé par un plan contenant l'axe de pivotement.

6. Vibrateur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de réglage (20,21) déplaçables axialement par rapport à un arbre rotatif (1) et des moyens d'interaction (25,26) convertissant ce mouvement axial en une variation du moment d'excentricité de l'élément de masse (2) autour de l'arbre rotatif (1).

7. Vibrateur selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'arbre rotatif (1) est tubulaire sur une partie de sa longueur et contient l'élément de masse (2) qui peut pivoter autour d'un axe de réglage (3), perpendiculaire à l'axe de rotation.

8. Vibrateur selon la revendication 7, ne comportant qu'un seul élément de masse, caractérisé en ce qu'il est monté à l'intérieur du cylindre (8) d'un rouleau compacteur vibrant, et en ce que l'élément de masse est disposé de façon que son axe de pivotement (3) soit dans un plan qui passe par le centre de gravité du cylindre (8) et qui est perpendiculaire à l'axe de rotation, le plan contenant la résultante des forces centrifuges qui agit sur l'élément de masse et tourne avec l'arbre rotatif, le réglage de l'amplitude vibratoire ne modifiant pratiquement pas le point d'intersection de la résultante des forces centrifuges avec l'axe de rotation.

9. Vibrateur selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que l'arbre rotatif (1) comporte une partie tubulaire limitée axialement par des plaques d'extrémité (4, 5) dont chacune est munie d'un tourillon extérieur (6 et 7) coaxial avec l'axe de rotation, l'élément de masse (2) monté à l'intérieur de la partie tubulaire de l'arbre rotatif étant réglable angulairement autour d'un axe de pivotement (3) qui intersecte perpendiculairement l'axe de rotation, une plaque (20) avec une fente centrale longitudinale (19) étant déplaçable axialement à l'intérieur de la partie tubulaire de l'arbre, l'une de ses extrémités axiales étant reliée à une tige de commande (21) qui sort axialement à travers l'un des tourillons creux (7) de l'arbre rotatif (1), l'autre extrémité de la plaque (20) étant guidée sur une tige axiale (23) fixée intérieurement à la plaque d'extrémité (4) de l'arbre rotatif, la plaque 20 étant guidée diamétralement à l'intérieur de la partie tubulaire de l'arbre, de façon que son plan soit perpendiculaire à l'axe de pivotement (3) de l'élément de masse (2), ce dernier s'engageant dans la fente centrale (19) de la plaque, l'élément de masse comportant une tige d'actionnement (25) disposée parallèlement à l'axe de pivotement (3) de manière à coopérer avec une encoche (26) de la plaque (20) pour convertir le mouvement rectiligne de la plaque en une rotation de l'élément de masse autour de son axe de pivotement.