SE538758C2 - Vibrationsanordning för kompakteringsmaskin - Google Patents

Description

Vibrationsanordning för kompakteringsmaskin Uppfinningen avser utformningen av vibrationsanordningar för kompakteringsmaskiner som t.ex. vägvältar och vibratorplattor. Vibrationsanordningarna innefattar excentriska massor vilka roteras runt en icke roterande axel för att alstra vibrationer. Excentermassorna roteras av motorer som är integrerade i excentermassorna. Motorerna förses med kraft via kraftdistribuerande system som är integrerade i de icke roterande axlarna. Uppfinningen är speciellt lämplig vid elektriskt drivna vibrationsanordningar med omställbar vibrationsamplitud eller omställbar vibrationsriktning. Uppfinningen möjliggör snabba omställningar med hög precision och är därför speciellt lämpliga för användning vid system vars kompakteringseffekt omställs automatiskt med ledning av underlagets beskaffenhet.

I den amerikanska patentansökan med publiceringsnummer US2014/0161529 visas en vibrationsanordning där en hydraulisk motor är integrerad i och samtidigt utgör en del av anordningens excentriska massa. Motorn är arrangerad runt en icke roterande axel och drivs av hydraulisk vätska som distribueras via kanaler inuti axeln. En fördel med arrangemanget är att det inte behövs någon svirvlande anslutning vid den ände av axeln som är ansluten till kompakteringsmaskinens hydrauliska system. Enligt ansökan kan anordningen förses med ett flertal liknande arrangemang för att åstadkomma en omställbar vibrationsanordning. Ett problem med en sådan omställbar vibrationsanordning är att den hydrauliska drivningen inte medger den snabbhet och precision som krävs i dessa sammanhang. Ändamålet med föreliggande uppfinning är att erhålla en vibrationsanordning som omfattar fördelama och samtidigt löser problemen med den tidigare nämnda och kända anordningen. Ett övergripande ändamål är dessutom att möjliggöra elektrisk drift av en vibrationsanordning. Föreliggande uppfinning uppfyller ändamålen genom att den möjliggör elektrisk drift med de snabba och precisa omställningar som är förknippad med sådan drift. En tillkommande fördel är att i huvudsak samma vibrationsanordning kan generera både cirkulära vibrationer, med eller utan omställbar amplitud, samt riktade vibrationer med omställbar riktning. Detta har tidigare krävt olika och mekaniskt komplexa anordningar men är i föreliggande uppfinning endast en fråga om logiken i programmerbara elektroniska system.

Uppfinning kommer att närmare beskrivas med hjälp av de bifogade figurerna 1-6. Figur 1 visar en längdsektion av en vältvals med en vibrationsanordning enligt föreliggande uppfinning. Figur 2 visar en delvis sektionerad förstoring av vibrationsanordningen från figur 1. Figuren 3-4 visar anordningen från figur 1 från sidan under drift som alstrar cirkulära vibrationer. Figuren 5-6 visar anordningen från figur 1 från sidan under drift som alstrar riktade vibrationer.

Figur 1visar en vibrationsanordning 1 anordnad i en vältvals 2 på en självgående vält (ej visad). Välten är anordnad för diesel-elektrisk drift men det är även möjligt att använda vibrationsanordningen 1 vid renodlad elektrisk drift eller vid elektriskt drift kombinerad med andra fossila eller icke fossila bränslen. Vibrationsanordningen 1 innefattar en axel 3, en första 4, en andra 5 och en tredje 6 excentrisk massa samt en kontrollenhet 7 (schematisk visad i figuren). Vibrationsanordningen 1 innefattar dessutom en motor 8 per excentrisk massa 4,5,6 för roterande drift av massorna 4,5,6 runt axeln 3. Vältvalsen 2 är roterbart anordnad runt vibrationsanordningen 1 genom att axeln 3 är förbunden via lagringar till valsen 2. Roterbarheten syftar till att möjliggöra roterande drift av valsen 2 med vältens valsmotor (ej visad) för att driva välten framåt eller bakåt. Axelns 3 ena ände, den till höger i figuren, är icke roterbart men flexibelt förbunden, via gummielement, till vältens ram (ej visad). Flexibiliteten syftar till att medge att vibrationsanordningen 1 kan följa den vibrationsrörelse som den på avsett vis påverkar valsen 2 till att utföra. Det är fullt möjligt att endast förse vibrationsanordningen 1 med en styck excentrisk massa som arrangeras likt den tredje excentriska massan 6 i figuren. Med ett sådant utföringsexempel av uppfinningen går det enbart att påverka vibrationsanordningen 1 till att alstra en cirkulär vibrationsrörelse med en icke omställbar amplitud.

Det är likaså fullt möjligt att istället anordna vibrationsanordningen 1 i bottenplattan på en vibratorplatta. I ett sådant utföringsexempel av uppfinningen bör axeln 3 ges en icke roterbar förbindning till bottenplattan. Kontrollenheten 7 är arrangerad för att ta emot elektrisk ström från vältens generator och/eller ackumulatorenhet samt arrangerad för att distribuera strömmen till motorerna 8. Kontrollenheten 7 är även arrangerad för att kunna ta emot kommandon från vältens operatör samt behandla signaler från givare och elektroniska system i välten. Speciellt signaler från system som är relaterade till vältens kompakteringsinsatts. Kontrollenheten 7 innefattar ett programmerbart elektroniskt system, arrangerat för att styra driften av motorerna 8 enligt vad som är förutbestämt i systemets logik. Motorernas 8 drift styrs genom att kontrollenheten 7 är arrangerad till att påverka åtminstone någon parameter i den till motorerna 8 distribuerade strömmen.

Figur 2visar vibrationsanordningens 1 excentriska massor 4,5,6 och de i massorna 4,5,6 integrerade motorerna 8. Två av de excentriska massorna, den första 4 och andra 5 excentriska massan, är arrangerade med lika stora massor och så att tänkta plan, sammanfallande med respektive massas 4,5 tyngdpunkt samt ortogonala mot axelns 3 längdutbredningsriktning, befinner sig på samma avstånd från den tredje excentriska massans 6 tyngdpunkt. De två lika stora excentriska massorna 4,5 är med andra ord symmetriskt arrangerade på var sin sida om den tredje excentriska massan 6. Den tredje excentriska massan 6 är arrangerad med lika stor massa som de två andra excentriska massornas 4,5 massor tillsammans. Arrangemanget gör det möjligt att omställa vibrationsamplituden, vid alstring av cirkulära vibrationer, från en maximal amplitud ner till noll. Varje motor 8 innefattar en lindningsenhet 9 och en rötor 10. Motorerna 8 är principiellt lika anordnade och prestandamässigt anpassade till den excentriska massa de driver. Hänvisningarna i figuren är därför endast gjorda till motorn 8 för den tredje excentriska massan 6. Motorn 8 sägs vara integrerad i den excentriska massan 6 eftersom motorns 8 rötor 10 är integrerad i och förbunden med massan 6. Rotorn 10 är roterbart anordnad runt axeln 3 genom att den är roterbart förbunden till axeln 3 via sidolock 11, lagringar 12 och en innerhylsa 13. Innerhylsan 13 möjliggör att motorn 8 kan monteras ihop i förväg och skjutas på axeln 3 under färdigställandet av vibrationsanordningen 1. Innerhylsan 13 och axeln 3 är rotationslåst förbundna till varandra med ett kilförband. Lindningsenheten 9 är förbunden till axeln 3 via innerhylsan 13. Lindningsenheten 9 är arrangerad för att alstra åtminstone ett magnetfält med syftet att påverka rotorn 10 till rotation runt axeln 3. Rotorn 10 är anordnad påverkbar till rotation av magnetfälten genom att den innefattar åtminstone en permanentmagnet 14. Permanentmagneterna 14 kan ersättas av burlindningar eller av rotorlindningar då lindningsenheten 9 är anordnad för att alstra roterande magnetfält. Vibrationsanordningen 1 innefattar även tre rotationspositionsgivare 15 anslutna till kontrollenheten 7 (se fig. 1). Var och en av rotationspositionsgivarna 15 är arrangerade för att detektera en styck excentrisk massas 4,5,6 tyngdpunkts momentana rotationsvinkelposition relativt axeln 3. Rotationspositionsgivarna 15 innefattar s.k. halleffektssensorer som är integrerade i lagringarna 12. Rotationspositionsgivarna 15 behöver dock inte integreras i lagringarna 12 utan kan även arrangeras som enskilda komponenter.

Rotationspositionsgivarna 15 är anslutna till kontrollenheten 7 via ett kablage 16. Kablaget 16 är arrangerat för ledning av elektriska strömmar. Kablaget 16 är även arrangerat för att distribuera ström från kontrollenheten 7 till motorerna 8. Axeln 3 innefattar en kanal 17 vilken är arrangerad för att möjliggöra dragning av kablaget 16 mellan motorerna 8/rotationspositionsgivarna 15 och axelns 3 ände.

Figur 3visar vibrationsanordningen 1 under en första typ av drift där amplituden för de alstrade cirkulära vibrationerna är maximal (illustrerat med kon-formerade bågar i figuren). Ett kommando från vältens operatör, eller en signal från ett system i välten som automatiskt kontrollerar effekten av dess kompakteringsinsats, har påverkat kontrollenhetens 7 (visad i figur 1) programmerbara elektroniska system till att exekvera ett avsnitt i logiken som motsvarar drifttypen. Kontrollenheten 7 är i denna typ av drift arrangerad till att driva den tredje excentriska massans 6 motor 8 (visad i figur 2) med ett kontrollerbart varvtal i en första rotationsriktning som illustreras med den längre av de böjda pilarna i figuren. Enheten 7 är samtidigt arrangerad till att driva de båda andra excentriska massornas 4,5 motorer 8 i samma rotationsriktning (illustrerad med korta pilar i figuren) som den första rotationsriktningen. Driften av båda de andra excentriska massornas 4,5 motorer 8 sker under en kontrollerbar skillnad i rotationsvinkelposition för båda massomas 4,5 tyngdpunkter jämfört med rotationsvinkelpositionen för den tredje excentriska massans 6 tyngdpunkt. Skillnaden i rotationsvinkelposition är noll under den ovan beskrivna driften.

Figur 4visar samma typ av drift som i figuren 3 men vibrationsanordningen 1 är nu omställd till 90 graders skillnad i rotationsvinkelposition. Kontrollenheten 7 (visad i figur 1) har följaktligen påverkat vibrationsanordningen 1 till en omställning som medför att både första 4 och andra 5 excentriska massan följer den tredje excentriska massans 6 rotation under 90-gradig skillnad i rotationsvinkelposition. Vibrationsanordningen 1 kommer under denna drift att alstra cirkulära vibrationer med cirka 71 % av den amplitud som driften i figur 3 medför. Genom att reglera skillnaden i rotationsvinkelposition mellan 0 och 180 grader kan således vibrationsanordningen 1 omställas till att avge vibrationsamplituder mellan 0 och maximal amplitud.

Figuren 5visar vibrationsanordningen 1 under en andra typ av drift där riktningen är vertikal för de alstrade vibrationerna (illustrerat med kon-formerade bågar/vertikal pil i figuren). Kontrollenheten 7 (visad i figur 1) är arrangerad till att driva den tredje excentriska massans 6 motor 8 i en första rotationsriktning som illustreras med den längre av de böjda pilarna i figuren. Under driften erhåller den excentriska massans 6 tyngdpunkt en kontrollerbar rotationsvinkelposition efter varje varvs rotation under en kontrollerbar varvtid. Samtidigt drivs de båda andra excentriska massomas 4,5 motorer 8 i en motsatt rotationsriktning jämfört med den första rotationsriktningen. Drivningen sker med approximativt samma varvtal som för den tredje excentriska massans 6 motor 8. Drivningen sker så att båda de excentriska massomas 4,5 tyngdpunkter erhåller samma rotationsvinkelposition som den tredje excentriska massans 6 tyngdpunkt, efter varje varvs rotation. Den kontrollerbara rotationsvinkelpositionen för den excentriska massans 6 tyngdpunkt är vid ovan beskrivna drift satt till ett värde som motsvarar vertikalt riktade vibrationer.

Figur 6visar samma typ av drift som i figuren 5 men rotationsvinkelpositionen är här satt till ett värde som motsvarar en 45-gradig utvinkling av vibrationsriktningen från vertikalplanet. Genom att variera värdet för rotationsvinkelpositionen kan således vibrationsanordningen 1 omställas till att avge både renodlat vertikala och horisontalt riktade vibrationer eller kombinationer av de båda. Drifttypen är därför speciellt lämplig för användning vid fram och bakåtgående vibratorplattor.

Begreppet "excentrisk massa" avser obalanserad massa som alstrar ett excentermoment när den roteras runt axeln 3. Excentermomentet utgörs av produkten av den obalanserade massan och längden på radien från massans rotationscentrum till dess tyngdpunkt. Om en eller flera excentervikter är förbundna till en rötor 10 räknas viktemas sammanlagda obalanserade massa som den "excentriska massan" och den sammanlagda obalanserade massans tyngdpunkt som den "excentriska massans tyngdpunkt".

Claims (9)

1. Vibrationsanordning (1) för kompakteringsmaskin innefattande en axel (3), åtminstone en runt axeln (3) roterbart anordnad excentrisk massa (4,5,6) samt åtminstone en runt axeln (3) anordnad motor (8) arrangerad för roterande drift av åtminstone en av de excentriska massorna (4,5,6) runt axeln (3), kännetecknad av att motorn (8) innefattar en lindningsenhet (9) förbunden med axeln (3) och en runt axeln (3) roterbart anordnad rötor (10) förbunden med åtminstone en av de excentriska massorna (4,5,6) samt av att rotorn (10) är anordnad påverkbar till rotation runt axeln (3) medelst åtminstone ett magnetfält och av att lindningsenheten (9) är arrangerad för att alstra magnetfälten som påverkar rotorn (10) till rotation.

2. Vibrationsanordning (1) enligt patentkravet 1, kännetecknad av att axeln (3) innefattar åtminstone en kanal (17), arrangerad för ett kablage (16).

3. Vibrationsanordning (1) enligt något av patentkraven 1-2, kännetecknad av att anordningen (1) innefattar en kontrollenhet (7) arrangerad för att kontrollera driften av åtminstone en motor (8) samt åtminstone en till kontrollenheten (7) ansluten rotationspositionsgivare (15), arrangerad för att detektera åtminstone en av motorn (8) driven excentrisk massas (4,5,6) tyngdpunkts momentana rotationsvinkelposition relativt axeln (3).

4. Vibrationsanordning (1) enligt något av patentkraven 1-3, kännetecknad av att anordningen (1) innefattar tre excentriska massor (4,5,6) drivna av varsin motor (8) samt tre rotationspositionsgivare (15) vardera arrangerad för detektion av en excentrisk massas (4,5,6) momentana rotationsvinkelposition relativt axeln (3), att två av massorna (4,5) är arrangerade med lika stora massor och så att tänkta plan, sammanfallande med respektive massas (4,5) tyngdpunkt samt ortogonala mot axelns (3) längdutbredningsriktning, befinner sig på samma avstånd från den tredje excentriska massans (6) tyngdpunkt.

5. Vibrationsanordning (1) enligt patentkravet 4, kännetecknad av att den tredje excentriska massans (6) massa är lika stor som de två andra excentriska massomas (4,5) massor tillsammans.

6. Vibrationsanordning (1) enligt något av patentkraven 4-5, kännetecknad av att kontrollenheten (7) är arrangerad för att driva den tredje excentriska massans (6) motor (8) med ett kontrollerbart varvtal i en kontrollerbar första rotationsriktning samt driva båda de andra excentriska massornas (4,5) motorer (8) i samma rotationsriktning som den första rotationsriktningen under en kontrollerbar skillnad i rotationsvinkelposition för båda massomas (4,5) tyngdpunkter jämfört med rotationsvinkelpositionen för den tredje excentriska massans (6) tyngdpunkt.

7. Vibrationsanordning (1) enligt patentkravet 5, kännetecknad av att kontrollenheten (7) är arrangerad till att driva den tredje excentriska massans (6) motor (8) i en första rotationsriktning på sådant vis att massans (6) tyngdpunkt erhåller en kontrollerbar rotationsvinkelposition efter varje varvs rotation under en kontrollerbar varvtid samt driva de två andra excentriska massomas (4,5) motorer (8) i en motsatt rotationsriktning jämfört med den första rotationsriktningen under det att båda de excentriska massomas (4,5) tyngdpunkter erhåller samma rotationsvinkelposition som den tredje excentriska massans (6) tyngdpunkt, efter varje varvs rotation.

8. Vibrationsanordning (1) enligt något av patentkraven 1-7, kännetecknad av att rotorn (10) innefattar åtminstone en permanentmagnet (14).

9. Vibrationsanordning (1) enligt något av patentkraven 1-7, kännetecknad av att rotorn (10) innefattar åtminstone en burlindning eller åtminstone en rotorlindning.