專利名稱：壓實(shí)粒狀材料的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及壓實(shí)粒狀材料的方法和裝置。這里，主要涉及在模制箱中模制粒狀材料，以形成最終產(chǎn)品-例如在混凝土塊制造機(jī)中生產(chǎn)混凝土塊-的壓實(shí)方法。然而，壓實(shí)也可涉及由粒狀材料構(gòu)成的地面(例如高速公路的地面)的壓實(shí)。更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及使用帶有振動(dòng)質(zhì)量-彈簧系統(tǒng)的振動(dòng)器來(lái)進(jìn)行壓實(shí)工作的方法，該振動(dòng)器的工作頻率接近于質(zhì)量-彈簧系統(tǒng)的自然頻率。
背景技術(shù)：
在這種情況下，質(zhì)量-彈簧系統(tǒng)由于一個(gè)頻率可調(diào)節(jié)，用以進(jìn)行強(qiáng)迫振動(dòng)的激勵(lì)器激勵(lì)。該激勵(lì)器產(chǎn)生激勵(lì)能量的周期部分的大小最好也是可調(diào)節(jié)的。當(dāng)在混凝土塊制造機(jī)中制造混凝土塊時(shí)，如果采用所考慮的方法，則為了能夠在要壓實(shí)的質(zhì)量中激勵(lì)粒狀材料的各個(gè)組成部分的不同的自然頻率，可在壓實(shí)工作過(guò)程中，分幾步調(diào)節(jié)一個(gè)特定的頻率范圍或連續(xù)通過(guò)該頻率范圍。
在采用后述方法，當(dāng)激勵(lì)器的頻率接近由彈簧的存儲(chǔ)能量(由彈簧的剛度“C”確定)和(共同振動(dòng))的質(zhì)量“m”確定的質(zhì)量-彈簧系統(tǒng)的自然頻率時(shí)，則根據(jù)現(xiàn)有阻尼“D”的大小和假設(shè)激勵(lì)器的激振力振幅為常數(shù)，振動(dòng)振幅“A”和振動(dòng)加速度振幅的特別大的值增大。[當(dāng)自然頻率與激勵(lì)器頻率一致(共振點(diǎn))時(shí)，產(chǎn)生共振。作為由于根據(jù)阻尼“D”所加的激振力的振幅和激勵(lì)器的頻率f造成的，振動(dòng)振幅A的增加相對(duì)于靜態(tài)彈簧變形的函數(shù)計(jì)算和記錄的曲線，又稱“共振曲線”(可參見圖16)。振動(dòng)振幅增加的可利用的影響(共振作用)，不是僅限于共振點(diǎn)，可以向上和向下偏離共振頻率f0相當(dāng)大的量]。由于在這種形式的壓實(shí)方法中，希望振動(dòng)加速度大，因此如在表示先前技術(shù)的EP 0870585A1所述，可以利用共振作用。由于在本發(fā)明所考慮的方法的情況下，振動(dòng)器在自然頻率或靠近自然頻率處工作，因而可以利用共振作用。這種振動(dòng)器以后稱為共振振動(dòng)器。
在根據(jù)EP 0870585A1的方法中，在壓實(shí)工作過(guò)程中，激勵(lì)器頻率fE通過(guò)一個(gè)特定的頻率范圍Δf，達(dá)到由質(zhì)量-彈簧系統(tǒng)的彈簧剛度C給出或確定的自然頻率。在這種情況下，該彈簧設(shè)計(jì)成液壓彈簧(利用可壓縮的液壓介質(zhì))。在這種方法的情況下，由可壓縮介質(zhì)的容積確定的彈簧剛度C也是可變化的。在產(chǎn)品的壓實(shí)程度不同的情況下，為了使該方法能適用于不同尺寸的材料塊，上述可壓縮介質(zhì)的容積由液柱2的大小和管路25～30精確確定。材料質(zhì)量對(duì)總的振動(dòng)質(zhì)量m有決定性的影響。根據(jù)已知的公式fN2＝C/(m·4π2)，當(dāng)要使自然頻率fN保持為常數(shù)(在壓實(shí)工作結(jié)束時(shí))時(shí)，必需使彈簧剛度C改變的程度與振動(dòng)質(zhì)量m的改變程度相同。從所述的激勵(lì)器裝置中可看出，改變密封在壓縮腔中的可壓縮介質(zhì)容積的一種方法是，當(dāng)產(chǎn)品改變時(shí)，通過(guò)改變以不同方式互相連接的壓縮腔的數(shù)目，來(lái)改變可壓縮介質(zhì)的容積。
然而，根據(jù)EP 0870585A1的方法還可以改善。改善的潛力在于還沒有充分利用的共振作用的優(yōu)點(diǎn)。這是因?yàn)?，在已知方法的情況下，共振作用只是用于在一個(gè)自然頻率fN處，使加速度達(dá)到最大。換句話說(shuō)，只是利用共振作用，在壓實(shí)過(guò)程中要通過(guò)的總頻率范圍Δf中的一個(gè)點(diǎn)上，使加速度達(dá)到最大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是，在利用共振振動(dòng)器進(jìn)行壓實(shí)的情況下，不僅在激勵(lì)器頻率fE的總的頻率范圍Δf的一個(gè)點(diǎn)上，或用于進(jìn)行壓實(shí)的質(zhì)量-彈簧系統(tǒng)的振動(dòng)頻率上；而且要在要通過(guò)的激勵(lì)器頻率(激勵(lì)器頻率fE＝振動(dòng)頻率)的總范圍的至少一個(gè)特定的部分上，利用共振作用的優(yōu)點(diǎn)。達(dá)到該目的方法在獨(dú)立權(quán)利要求中提出。本發(fā)明的進(jìn)一步細(xì)化則由從屬權(quán)利要求進(jìn)行。
利用本發(fā)明，以及在通過(guò)的頻率范圍Δf的所有點(diǎn)上，由共振作用能夠達(dá)到的最大加速度的優(yōu)點(diǎn)還表現(xiàn)在下列情況中當(dāng)不需要最大的振動(dòng)振幅Amax(相應(yīng)于加速度振幅最大)，而當(dāng)通過(guò)激勵(lì)器頻率fE的范圍時(shí)，使工作振幅AR比最大的振動(dòng)振幅小(AR＜Amax)，可以使在要通過(guò)的頻率范圍Δf的所有點(diǎn)上的激勵(lì)器功率WE較小。根據(jù)本發(fā)明，上述的優(yōu)點(diǎn)是適用于下列條件當(dāng)通過(guò)激勵(lì)器頻率fE的頻率范圍時(shí)，相應(yīng)的改變的激勵(lì)器頻率fE，接近質(zhì)量-彈簧系統(tǒng)的自然頻率(同樣可在通過(guò)該頻率范圍過(guò)程中調(diào)節(jié))。(在共振情況下(在ω0處)，在一個(gè)振動(dòng)周期內(nèi)，要轉(zhuǎn)換的激勵(lì)器功率的平均值WE為WE＝D·m·AR2·ω03)。利用這個(gè)優(yōu)點(diǎn)是有很大實(shí)際意義的，因?yàn)橐D(zhuǎn)換的激勵(lì)器功率WE確定整個(gè)激勵(lì)器裝置的成本。


現(xiàn)根據(jù)4個(gè)附圖來(lái)更詳細(xì)地說(shuō)明本發(fā)明。
圖1a為表示帶有一個(gè)質(zhì)量和二個(gè)彈簧的振動(dòng)系統(tǒng)的原理的示意圖；圖1b表示使共振曲線在一個(gè)特定的頻率范圍上偏移的方法的原理。
圖2和圖3示意性地表示彈簧剛度可調(diào)節(jié)的彈簧，圖中所示分別為片簧和油彈簧。
圖4表示利用壓力蓄能器產(chǎn)生影響振動(dòng)運(yùn)動(dòng)的附加力FZ。
具體實(shí)施例方式
圖1a表示一個(gè)振動(dòng)的質(zhì)量-彈簧系統(tǒng)，它可用在用于實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的方法的共振振動(dòng)器中。
矩形100表示在用雙頭箭頭102表示的方向振動(dòng)的系統(tǒng)質(zhì)量“m”。該質(zhì)量由二個(gè)彈簧支承在一個(gè)框架104上，更精確地說(shuō)，是由彈簧剛度為C1的上彈簧106和彈簧剛度為C2的下彈簧108支承。表示質(zhì)量m的矩形100有二個(gè)位置，它們表示振動(dòng)運(yùn)動(dòng)的反向位置。上線110的位置表示二個(gè)振動(dòng)振幅A的和2A。當(dāng)上線110在位置112時(shí)，為中間位置。激勵(lì)器所需要的激勵(lì)器作動(dòng)器用雙頭箭頭114表示，而Fe則表示作用在質(zhì)量m上的諧波激振動(dòng)的力振幅。
在一種情況下，彈簧108可以為受壓縮的拉伸-壓縮彈簧，而彈簧106可以為受拉伸的拉伸-壓縮彈簧。當(dāng)質(zhì)量m處在中間位置(線112)時(shí)，二個(gè)同樣的彈簧都在壓縮預(yù)應(yīng)力作用下；在這個(gè)位置上，二根彈簧被比振動(dòng)振幅A的距離大的變形壓緊在一起。在這種情況下，下彈簧108可以為受到大的壓力-作用的壓縮彈簧，而上彈簧106可以為只受到小的壓力作用的壓縮彈簧。兩種情況都形成相同的振動(dòng)系統(tǒng)。Fm表示作用在振動(dòng)質(zhì)量m和彈簧108之間的質(zhì)量力，而Fa表示利用另一個(gè)彈簧將彈簧108支承在框架上的支承力(連接部分沒有示出)。
質(zhì)量-彈簧系統(tǒng)的自然頻率fN，根據(jù)本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的公式，由質(zhì)量m和所得到的彈簧剛度CR確定。考慮到以能量存貯方式參與振動(dòng)的所有彈簧(可以多于二根彈簧)中的單根彈簧的剛度，可以計(jì)算所得出的彈簧剛度CR。在如圖1a所示的振動(dòng)系統(tǒng)的情況下，CR為C1+C2之和。如果激勵(lì)器的激振頻率fE至少接近自然頻率fN或精確與自然頻率一致，則圖1a所示的振動(dòng)系統(tǒng)成為一個(gè)共振振動(dòng)器。不必?fù)?dān)心趨于無(wú)窮大的振動(dòng)振幅A的振動(dòng)偏離，因?yàn)樵谶@里所述的共振振動(dòng)器的情況下，以及在實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的方法所用的共振振動(dòng)器的情況下，總的阻尼“D”存在(圖1a中用雙頭箭頭D表示)。阻尼D從振動(dòng)系統(tǒng)中提取能量，這個(gè)能量也包括輸送出去用于進(jìn)行壓實(shí)的有用能量。根據(jù)本發(fā)明的方法是使共振振動(dòng)器的自然頻率fN可變，這點(diǎn)通過(guò)改變振動(dòng)系統(tǒng)所得到的彈簧剛度CR可以做到。當(dāng)有多根彈簧時(shí)，改變所得到的彈簧剛度CR可以只改變一根彈簧的彈簧剛度來(lái)達(dá)到，這對(duì)于降低成本是較好的。
本發(fā)明所使用的單一質(zhì)量-彈簧振動(dòng)器可以安裝不同形式的彈簧，或加上不同形式的加速度力(和減速度力)，以進(jìn)行強(qiáng)迫振動(dòng)。例如，如果省去彈簧106，而用另外產(chǎn)生的不同的力FE代替其彈簧力，作用在質(zhì)量m上；或者，如省去彈簧106，還可用彈簧108一根彈簧承受拉伸和壓縮。用雙頭箭頭表示的附加力FZ也可以是二個(gè)單獨(dú)的不同的附加力，其中一個(gè)附加力FZ1作用在一個(gè)方向上，另一個(gè)附加力FZ2作用在另一個(gè)方向上。這二個(gè)附加力可以一起使用，或只使用其中的一個(gè)。
當(dāng)作用在振動(dòng)運(yùn)動(dòng)上時(shí)，附加力FZ的大小基本上不變或只有微小的變化。它可由液壓蓄能器用液壓方法產(chǎn)生(參見圖4的說(shuō)明)。如果彈簧108只受壓力作用，則可以使用附加力FZ。該力FZ在上半個(gè)振動(dòng)過(guò)程中(線110在中間位置112以上的運(yùn)動(dòng))，只以近似不變的大小，從上面向下作用在質(zhì)量m上。使用附加力FZ的作用與由于重力作用在質(zhì)量m上，使加速度增加的作用相同。結(jié)果，附加力FZ影響上半個(gè)振動(dòng)的進(jìn)行時(shí)間和整個(gè)振動(dòng)周期的時(shí)間，也影響所得到的自然頻率fN。最好在使用時(shí)，當(dāng)通過(guò)頻率范圍Δf時(shí)，在進(jìn)行壓實(shí)工作過(guò)程中，附加力FZ的大小連續(xù)改變。它對(duì)所得到的自然頻率fN的影響，如同連續(xù)調(diào)節(jié)壓縮彈簧的彈簧剛度C2一樣。
圖1b表示作為本發(fā)明一部分的方法，并且表示以激勵(lì)器頻率fE為X-軸的變量，三條共振曲線K1，K2和K3的振動(dòng)振幅A與fE的函數(shù)關(guān)系的圖。在頻率值fE＝0和fE＝f4之間的曲線輪廓由阻尼“D”確定的共振曲線(其公式是本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的)，代表同一個(gè)共振振動(dòng)器(例如圖1a所示的振動(dòng)器)的強(qiáng)迫振動(dòng)的振幅變化輪廓。不同頻率f1、f2和f3下的振動(dòng)振幅A的最大值A(chǔ)2表示，該共振振動(dòng)器至少有三個(gè)相應(yīng)的自然頻率f1、f2和f3。圖1b中用相同的大小表示的三條曲線的最大振動(dòng)振幅A2，是由激勵(lì)器進(jìn)行細(xì)致影響(調(diào)節(jié))產(chǎn)生的，但最大振幅原理上可為不同的值。
每一條曲線代表由激勵(lì)器產(chǎn)生的諧波激振力的大小不變的力振幅AF激勵(lì)，在激勵(lì)器頻率fE的整個(gè)范圍內(nèi)的振動(dòng)振幅的變化輪廓。從曲線K3的輪廓可看出，例如f3代表這樣的自然頻率fN，它是在采用根據(jù)EP 0870585A1的方法情況下，當(dāng)通過(guò)激勵(lì)器頻率fE的頻率范圍(例如圖1b中的Δf)時(shí)，作為單一的自然頻率fN所達(dá)到的頻率。另外可看出，當(dāng)激勵(lì)器頻率fE低時(shí)，振動(dòng)振幅A的值A(chǔ)4小，這個(gè)值相應(yīng)于由力的振幅AF引起的彈簧剛度為CR的所得到的彈簧的靜態(tài)偏移(即A4＝AF/CR)。另一方面，同一個(gè)力振幅AF在自然頻率f3下，可產(chǎn)生振動(dòng)振幅大約大3倍的振動(dòng)振幅A2。從這里可推論，如果希望在特定的給定激勵(lì)器頻率fE時(shí)得到最大的振動(dòng)振幅(＝最大的振動(dòng)加速度“a”)，則在自然頻率fN與該給定的激勵(lì)器頻率fE吻合，或至少是幾乎相同的條件下，可以減小激振力和激勵(lì)器的功率。
本發(fā)明的方法具有這樣的效果當(dāng)通過(guò)激勵(lì)器頻率fE的給定頻率范圍Δf時(shí)，在達(dá)到頻率范圍每一個(gè)fE值的理想情況下，可以設(shè)定屬于相應(yīng)的fE值的所得到的自然頻率fN(例如，通過(guò)調(diào)節(jié)所得出的彈簧剛度CR)。這表示，在頻率范圍Δf上連續(xù)調(diào)節(jié)激勵(lì)器頻率fE的理想情況下，可以同時(shí)同步地連續(xù)調(diào)節(jié)所得出的自然頻率fN。圖1b所示的三條曲線表示了一種理想的方法，即當(dāng)在壓實(shí)工作過(guò)程中，通過(guò)激勵(lì)器頻率fE的從f1至f3的頻率范圍Δf時(shí)，如果在該頻率范圍的開始處自然頻率f1確定，則可同時(shí)將振動(dòng)的質(zhì)量-彈簧系統(tǒng)的所得到的自然頻率fN設(shè)定為這個(gè)值。在激勵(lì)器頻率fE經(jīng)過(guò)f2值增加至頻率范圍的極限值f3的過(guò)程中，最終的自然頻率fN可同時(shí)得出(結(jié)果，適用于所得出的自然頻率fN的每一個(gè)值的共振曲線的參數(shù)A和D也相應(yīng)地改變)。[還應(yīng)注意，如果激振力(力的振幅AF)隨時(shí)間變化的輪廓不是圖1b所示的正弦形狀，而是使用不同形式的激振力變化形狀，也可得到圖1b相同的條件]。
還可以看出，原則上可有二種等價(jià)的方法，用于在共振頻率下，以大的加速度進(jìn)行壓實(shí)工作時(shí)，去激勵(lì)要壓實(shí)的材料。該共振頻率在選擇的頻率范圍Δf內(nèi)，對(duì)于混合物各部分的材料是特定的。這二種方法也表示在獨(dú)立權(quán)利要求1和2中。
在一種情況下，可調(diào)節(jié)的激勵(lì)器頻率fE(作為獨(dú)立變量)可根據(jù)給定的順序函數(shù)來(lái)調(diào)節(jié)；并且可調(diào)節(jié)的自然頻率fN，以給定的依賴關(guān)系(作為依賴變量)追蹤激勵(lì)器頻率fE的給定的順序函數(shù)。該給定的依賴關(guān)系可以為保持一個(gè)特定的頻率距離δF＝fN-fE。
在另一種情況下，可調(diào)節(jié)的自然頻率fN(獨(dú)立變量)可根據(jù)一個(gè)給定的順序函數(shù)調(diào)節(jié)；并且可調(diào)節(jié)的激勵(lì)器頻率fE，以給定的依賴關(guān)系(依賴變量)跟蹤自然頻率fN的給定的順序函。該給定的依賴關(guān)系也可同樣包括保持一個(gè)特定的頻率距離δF＝fN-fE。
這種方法的優(yōu)點(diǎn)是可以在整個(gè)頻率范圍Δf上大大節(jié)約激振力和激勵(lì)器功率，并且在這個(gè)基礎(chǔ)上，第一次就可以使用不同的激振方法(與EP0870585A1的說(shuō)明比較)。另外還有不同的優(yōu)點(diǎn)。在實(shí)際使用根據(jù)本發(fā)明的方法時(shí)，可能與理想的方法有偏差，這將在某些子權(quán)利要求中說(shuō)明。
為了調(diào)節(jié)在通過(guò)頻率范圍Δf時(shí)，本方法所需要的振動(dòng)質(zhì)量-彈簧系統(tǒng)的所得到的自然頻率fN，本發(fā)明可允許調(diào)節(jié)該系統(tǒng)所得到的彈簧的彈簧剛度CR，和/或調(diào)節(jié)附加力FZ。如果要調(diào)節(jié)所得到的彈簧剛度CR，則可考慮不同的根據(jù)彈簧原理的裝置。圖2和圖3所示的裝置為可調(diào)節(jié)的機(jī)械彈簧和調(diào)節(jié)質(zhì)量-彈簧系統(tǒng)的所得到的彈簧的彈簧剛度CR的可調(diào)節(jié)液壓彈簧。這些彈簧相當(dāng)于圖1a所示的彈簧108或106+108。
用于制造承受拉伸/壓縮應(yīng)力，撓曲應(yīng)力和扭轉(zhuǎn)應(yīng)力的可調(diào)節(jié)的機(jī)械彈簧的材料，可考慮使用金屬、彈性體和纖維復(fù)合材料。彈簧調(diào)節(jié)系統(tǒng)可調(diào)節(jié)自然頻率fN，該彈簧調(diào)節(jié)系統(tǒng)可存儲(chǔ)半個(gè)振動(dòng)周期的振動(dòng)能量，并改變其功能。在說(shuō)明圖2所示的可調(diào)節(jié)的片簧的變型之后，先來(lái)說(shuō)明圖1a所示的本發(fā)明的可調(diào)節(jié)的機(jī)械彈簧的工作原理。
在彈簧剛度可調(diào)節(jié)的機(jī)械彈簧的情況下，彈簧可在二種形式的外加力作用下變形一種是作用在振動(dòng)質(zhì)量m和彈簧件之間的質(zhì)量力Fm，另一種將彈簧件支承在另一個(gè)連接部分上的支承力Fa。為了改變彈簧剛度，可改變彈簧件的有效長(zhǎng)度L。該彈簧有效長(zhǎng)度L由產(chǎn)生和消耗貯存彈簧能量的材料應(yīng)力的彈簧件的長(zhǎng)度確定。或者，改變彈簧件的有效彈簧容積V也可改變彈簧剛度。該彈簧有效容量V由產(chǎn)生和消耗存貯彈簧能量的材料應(yīng)力的彈簧容積確定。
在彈簧(例如片簧)受彎曲的情況下，通過(guò)改變質(zhì)量力和支承力的作用點(diǎn)之間，在片簧受力的主方向的虛線上的距離L，可以改變彈簧有效長(zhǎng)度L或彈簧有效容積V。片簧有二種彈簧加載方式(a)在一端受約束和另一端可自由運(yùn)動(dòng)的片簧的B1原理的情況下，存在著一種形式的外加力(例如質(zhì)量力)的作用點(diǎn)和另一種形式的外加力(例如支承力)的作用點(diǎn)。
(b)在二端都可自由運(yùn)動(dòng)的片簧的B2原理的情況下，存在著一種形式的外加力(例如質(zhì)量力)的一個(gè)作用點(diǎn)，和另一種形式的外加力(例如支承力)的二個(gè)作用點(diǎn)。
在受扭轉(zhuǎn)作用的彈簧(例如扭轉(zhuǎn)桿彈簧)的情況下，質(zhì)量力Fm被質(zhì)量力扭矩Mn代替，而支承力Fa被支承力扭矩Ma代替。改變質(zhì)量力扭矩Mm和支承力扭矩Ma的作用點(diǎn)之間，在扭轉(zhuǎn)桿彈簧受力的主方向的虛線上的距離L，可以改變彈簧的有效長(zhǎng)度L或彈簧的有效容積V。扭轉(zhuǎn)桿彈簧有二種加扭矩方式(a)在一端受約束，另一端可自由轉(zhuǎn)動(dòng)的扭轉(zhuǎn)桿彈簧的T1原理情況下，存在著一種形式的外加扭矩(例如質(zhì)量力扭矩)的一個(gè)作用點(diǎn)和另一種形式的外加扭矩(例如支承力扭矩)的一個(gè)作用點(diǎn)。
(b)在二端都可自由轉(zhuǎn)動(dòng)的扭轉(zhuǎn)桿彈簧的T2原理情況下，存在著一種外加扭矩(例如支承力扭矩)的一個(gè)作用點(diǎn)，和另一種外加扭矩(例如質(zhì)量力扭矩)的二個(gè)作用點(diǎn)。
在作用在B1或T1式的彈簧上的一種形式的外加力或扭矩的至少一個(gè)作用點(diǎn)上，和在作用在B2或T2式彈簧的一種外加力或扭矩的至少二個(gè)作用點(diǎn)上，設(shè)有可調(diào)節(jié)的加力元件，該元件可以在向著另一種形式的外加力或扭矩的至少一個(gè)作用點(diǎn)方向或離開該作用點(diǎn)的方向移動(dòng)或偏移(最好在共振振動(dòng)器振動(dòng)過(guò)程中)。該可調(diào)節(jié)的加力元件在移動(dòng)或偏移過(guò)程中，支承在相應(yīng)的支承件上，這種移動(dòng)或偏移可改變彈簧的有效長(zhǎng)度L或有效容積V，從而改變彈簧的彈簧剛度C。可調(diào)節(jié)的加力元件或二個(gè)可調(diào)節(jié)的加力元件的移動(dòng)或偏移，可由偏移距離可以預(yù)先確定的移動(dòng)式或轉(zhuǎn)動(dòng)式調(diào)節(jié)作動(dòng)器來(lái)實(shí)現(xiàn)。如果該調(diào)節(jié)作動(dòng)器由電機(jī)驅(qū)動(dòng)(即通過(guò)加入輔助力)，則為了設(shè)定預(yù)先確定的自然頻率fN，最好使用指定的控制器來(lái)使加力元件按預(yù)先確定的方式偏移(例如，按程序偏移)。
根據(jù)本發(fā)明的調(diào)節(jié)彈簧剛度的裝置的結(jié)構(gòu)可如下這樣設(shè)計(jì)根據(jù)本發(fā)明的共振振動(dòng)器可以只用一根可在二個(gè)方向加載的彈簧(例如，可調(diào)節(jié)的彈性體彈簧)工作；或利用二根在振動(dòng)方向不同的情況下，可貯存彈簧能量的彈簧(例如二個(gè)片簧)工作。當(dāng)使用的振動(dòng)方向不同的情況下，存貯彈簧能量的二根彈簧時(shí)，可以使用下列方案使用二根彈簧，但只有一根彈簧的剛度可調(diào)節(jié)，因?yàn)檫@樣也可改變自然頻率fN(當(dāng)作每一個(gè)周期中振動(dòng)波形不對(duì)稱的振動(dòng)時(shí))。為了避免(例如，當(dāng)使用片簧時(shí))，在振動(dòng)質(zhì)量所存貯的動(dòng)能釋放后，卸載的彈簧在彈簧系統(tǒng)的振動(dòng)質(zhì)量和彈簧之間的力連接沒有中斷的情況下，在相反方向被加載，希望對(duì)質(zhì)量-彈簧系統(tǒng)中的彈簧彼此加預(yù)應(yīng)力，使得即使在振動(dòng)振幅A最大時(shí)，任何一個(gè)彈簧，在振動(dòng)質(zhì)量貯存的動(dòng)能釋放后，不會(huì)在相反方向加載；并且彈簧系統(tǒng)的振動(dòng)質(zhì)量和彈簧之間不會(huì)出現(xiàn)力連接的中斷。
可以使用纖維復(fù)合材料(例如不是纖維復(fù)合材料或玻璃-纖維復(fù)合材料)，代替金屬材料作為彈簧材料，因?yàn)楫?dāng)使用這種形式的復(fù)合材料時(shí)，與金屬材料比較，在整個(gè)尺寸上的能量密度和變形傾向更大。
在圖2中，標(biāo)號(hào)200和202表示支承件，它們與一個(gè)框架連接(圖中沒有示出，但與圖1a中的104相適應(yīng))，用于傳遞力。質(zhì)量-彈簧系統(tǒng)包括上部(不可調(diào)節(jié)的)彈簧204(在以后的討論中是次要的)，質(zhì)量m和片簧206。振動(dòng)方向用雙頭箭頭230表示的質(zhì)量m的下部有一個(gè)連續(xù)部分208，它起到加力件的作用，只在第一種形式的一個(gè)力作用點(diǎn)209上，將質(zhì)量力Fm加在片簧的中心。片簧在第二種形式的二個(gè)力作用點(diǎn)211、211′上，被支承力Fa支承在滾子形的加力件210和210′上。該加力件將力轉(zhuǎn)移至指定的滾子載體212和212′上，而滾子載體最后將力作用在支承件202上。片簧受力的主方向用雙頭箭頭240表示。雙頭箭頭216和216′表示滾子載體212和212′可在二個(gè)方向移動(dòng)。并且可被支承力Fa脈沖式加載。在滾子載體移動(dòng)過(guò)程中，加力件210和210′可以轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)方向由雙頭箭頭218，218’表示。
滾子載體212和212’在二個(gè)方向的移動(dòng)是由具有反向螺紋的螺紋主軸220同步實(shí)現(xiàn)的。螺紋主軸220由電機(jī)帶動(dòng)的驅(qū)動(dòng)裝置222驅(qū)動(dòng)，該驅(qū)動(dòng)裝置則由一個(gè)控制器(沒有示出)控制。利用控制器和驅(qū)動(dòng)裝置222，滾子載體212，212’和支承力Fa的第二種形式的作用點(diǎn)211，211’可以進(jìn)入任何預(yù)先確定的位置，以便形成距離L1或L2。虛線表示滾子載體進(jìn)入距離L2的位置。距離L1和L2與第一種形式的力作用點(diǎn)209有關(guān)。技術(shù)經(jīng)驗(yàn)豐富的人知道，設(shè)定第二種形式的力作用點(diǎn)211，211’的位置可由調(diào)整片簧的彈簧剛度來(lái)達(dá)到(在一定范圍內(nèi))。作用在質(zhì)量m上的激振力用Fe表示，可由激勵(lì)器作動(dòng)器(沒有示出)產(chǎn)生。
圖3表示一個(gè)彈簧剛度可調(diào)節(jié)的液壓彈簧。由質(zhì)量-彈簧系統(tǒng)的質(zhì)量m產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)質(zhì)量力Fm作用在該彈簧的活塞302上，活塞可在壓縮氣體308中運(yùn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)方向用雙頭箭頭306表示?；钊饔迷诿芊庠谖挥趬嚎s殼體308和調(diào)節(jié)活塞312之間的壓縮腔326中的可壓縮的液壓介質(zhì)310上。該彈簧活塞引起的壓縮，使該可壓縮的液壓介質(zhì)起一個(gè)彈簧的作用。液壓彈簧的彈簧剛度由可壓縮介質(zhì)的容積大小確定。同樣，通過(guò)壓縮殼體308傳遞的質(zhì)量力Fm產(chǎn)生一個(gè)作為反作用力的支承力Fa，該支承力Fa使該壓縮殼體支承在支承件304上。液壓彈簧300可以代替圖1a中的彈簧108。
在壓縮殼體的液壓缸腔314中放置著調(diào)節(jié)活塞312，它與活塞桿320可轉(zhuǎn)動(dòng)地固定連接?；钊麠U的一部分表面上有外螺紋322，它可與壓縮殼體中的內(nèi)螺紋324嚙合。當(dāng)活塞桿320作強(qiáng)迫轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，調(diào)節(jié)活塞312同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)和移動(dòng)(后者用雙頭箭頭316表示)，因此可以調(diào)節(jié)壓縮腔326的尺寸?；钊?20的轉(zhuǎn)動(dòng)是由一個(gè)調(diào)節(jié)電機(jī)330進(jìn)行的，活塞桿320放在該電機(jī)中，并軸向安裝在電機(jī)上。在電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中(用雙頭箭頭332表示)，電機(jī)殼體338偏移，其下側(cè)在壓縮殼體的滑動(dòng)表面336上滑動(dòng)。
在這種情況下，該下側(cè)和滑動(dòng)表面同時(shí)形成一個(gè)直線導(dǎo)軌，防止殼體338扭轉(zhuǎn)。
壓縮腔326通過(guò)管路與由電機(jī)M驅(qū)動(dòng)的泵P連接。通過(guò)控制電機(jī)反向回轉(zhuǎn)(由雙頭箭頭342表示)，泵P將液壓油從油箱T輸送至壓縮腔326中；或相反，從壓縮腔輸送至油箱中。
如下述這樣，改變可壓縮的液壓介質(zhì)310的容積大小，可以調(diào)節(jié)液壓彈簧的彈簧剛度在用調(diào)節(jié)活塞312調(diào)節(jié)壓縮腔326尺寸的同時(shí)，泵P可使液壓介質(zhì)310的容積增大或減小。相應(yīng)地控制調(diào)節(jié)電機(jī)330和泵電機(jī)M，可以保證二個(gè)作用同步進(jìn)行。在壓實(shí)工作過(guò)程中，該二個(gè)同步進(jìn)行的作用也可實(shí)現(xiàn)，因?yàn)樵诿恳粋€(gè)振動(dòng)周期中，有一次壓縮腔326中的壓力為最小，這就使該二個(gè)作用更容易或可能實(shí)現(xiàn)。
圖4表示利用氣液壓力蓄能器400產(chǎn)生附加力FZ。排出器殼體402包含一個(gè)氣液缸腔404，隔離器活量406放置在該腔中，可以移動(dòng)。在隔離器活塞的左側(cè)的氣液缸腔404中，有壓縮氣體440，該氣體具有彈性，圖中利用一個(gè)彈簧符號(hào)408表示。在隔離器活塞的右側(cè)的氣液缸腔404中有液壓介質(zhì)410，該液壓介質(zhì)通過(guò)管路412與一個(gè)三位閥414連接。當(dāng)閥在位置1時(shí)，液壓介質(zhì)與壓力源Qp連接，使液壓介質(zhì)的壓力比其平均壓力P大，因此液壓介質(zhì)的容積增大；同時(shí)，隔離器活塞向左移動(dòng)，使壓縮氣體440的壓力增加。當(dāng)閥處在位置2時(shí)，液壓介質(zhì)與油箱T連接，使液壓介質(zhì)容積減??；同時(shí)，隔離器活塞向右移動(dòng)，使壓縮氣體壓力降低。這樣，即使在壓實(shí)工作過(guò)程中，液壓介質(zhì)410的壓力P可以在一定范圍內(nèi)連續(xù)地改變。
排出器活塞420在排出器殼體402的氣液缸腔中運(yùn)動(dòng)，并受到力FZ的作用。力FZ與在排出器活塞上液壓壓力P所產(chǎn)生的液壓力大小相適應(yīng)。由于排出器活塞直接或間接地將力傳遞至振動(dòng)質(zhì)量m上，因此該活塞可以與振動(dòng)質(zhì)量m連接進(jìn)行振動(dòng)運(yùn)動(dòng)430。當(dāng)排出器活塞420作振動(dòng)運(yùn)動(dòng)時(shí)，所排出的液壓介質(zhì)容積，使隔離器活塞406作微小的位移運(yùn)動(dòng)442。但這只能使壓縮氣體440的壓力稍微改變，因此力FZ基本上保持為常數(shù)。帶有排出器活塞420的壓力蓄能器400的整個(gè)結(jié)構(gòu)，可以想象成圖1a所示的，與彈簧106或108(在圖1a中，代替彈簧106)并聯(lián)的質(zhì)量-彈簧系統(tǒng)。
一般而言，可以這么說(shuō)由本發(fā)明所進(jìn)行的同時(shí)調(diào)節(jié)激勵(lì)器頻率fE和自然頻率fN的功能，在切斷或中斷壓實(shí)工作時(shí)也可使用。在這種情況下，激勵(lì)器功率小或激振力小的優(yōu)點(diǎn)也可用于壓實(shí)裝置，以改變不同的激勵(lì)器頻率fE，滿足壓實(shí)粒狀材料的要求。
權(quán)利要求
1.一種壓實(shí)裝置的工作方法，該壓實(shí)裝置可用于在模制箱中壓實(shí)粒狀材料，形成最終產(chǎn)品(例如鋪路塊)；或者可用在地面上壓實(shí)粒狀材料，形成壓實(shí)的地表面(例如高速公路的地面)；該壓實(shí)裝置包括一個(gè)設(shè)計(jì)成線性振動(dòng)器或帶有振動(dòng)質(zhì)量-彈簧系統(tǒng)的回轉(zhuǎn)振動(dòng)器的共振振動(dòng)器；另外，該壓實(shí)裝置還包括一個(gè)頻率和可轉(zhuǎn)移至系統(tǒng)質(zhì)量上的激振能量可調(diào)節(jié)或可控制的，用于激勵(lì)質(zhì)量-彈簧系統(tǒng)振動(dòng)的激勵(lì)器；其特征為該方法利用一個(gè)在進(jìn)行壓實(shí)工作過(guò)程中，可以在一個(gè)特定的調(diào)節(jié)范圍內(nèi)，調(diào)節(jié)質(zhì)量-彈簧系統(tǒng)自然頻率fN的自然頻率調(diào)節(jié)裝置；另外，壓實(shí)工作方法包括下列步驟-選擇帶有激勵(lì)器頻率fE的下限和上限的頻率范圍Δf；-調(diào)節(jié)在壓實(shí)工作過(guò)程中，以給定的順序函數(shù)(例如給定的時(shí)間函數(shù))通過(guò)頻率范圍Δf的激勵(lì)器頻率fE；和-在壓實(shí)工作過(guò)程中，控制自然頻率fN，使自然頻率fN以給定的依賴關(guān)系，最好為對(duì)調(diào)節(jié)的激勵(lì)器頻率fE的給定順序函數(shù)的依賴關(guān)系變化，以保持特定的頻率距離δf＝fN-fE。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征為，該方法利用一個(gè)在進(jìn)行壓實(shí)工作過(guò)程中，可以在一個(gè)特定的調(diào)節(jié)范圍內(nèi)，調(diào)節(jié)質(zhì)量-彈簧系統(tǒng)的自然頻率fN的自然頻率調(diào)節(jié)裝置；另外，壓實(shí)工作方法包括下列步驟-選擇帶有激勵(lì)器頻率fE的下限和上限的頻率范圍Δf；-調(diào)節(jié)在壓實(shí)工作過(guò)程中，以給定的順序函數(shù)(例如給定的時(shí)間函數(shù))通過(guò)頻率范圍Δf的質(zhì)量-彈簧系統(tǒng)的自然頻率fN；和-在壓實(shí)工作過(guò)程中，控制激勵(lì)器頻率fE，使激勵(lì)器頻率fE以給定的依賴關(guān)系，最好為對(duì)調(diào)節(jié)的自然頻率fN的給定順序函數(shù)的依賴關(guān)系變化，以保持特定的頻率距離δf＝fN-fE。
3.如權(quán)利要求1和2中任何一條所述的方法，其特征為，壓實(shí)裝置用于在模制箱中壓實(shí)粒狀材料，以形成最終產(chǎn)品，-質(zhì)量-彈簧系統(tǒng)的質(zhì)量包括單個(gè)的質(zhì)量，該單個(gè)質(zhì)量又包括至少是振動(dòng)臺(tái)的單個(gè)質(zhì)量，要壓實(shí)的材料的模具和材料本身的單個(gè)質(zhì)量；和-該系統(tǒng)的彈簧包括由一個(gè)或多個(gè)單個(gè)彈簧組成的最終得到的彈簧；另外，該壓實(shí)裝置還包括-用于將材料壓緊在模具中的一個(gè)沖頭；和-一個(gè)用于控制激勵(lì)器和自然頻率調(diào)節(jié)裝置的控制器。
4.如權(quán)利要求1和2中任何一條所述的方法，其特征為，壓實(shí)裝置用于在模制箱中壓實(shí)粒狀材料，以形成最終產(chǎn)品，-質(zhì)量-彈簧系統(tǒng)的質(zhì)量包括單個(gè)的質(zhì)量，該單個(gè)質(zhì)量又包括至少是振動(dòng)臺(tái)的單個(gè)質(zhì)量，但不包括要壓實(shí)的材料的模具和材料本身的單個(gè)質(zhì)量；和-該系統(tǒng)的彈簧包括由一個(gè)或多個(gè)單個(gè)彈簧組成的最終得到的彈簧；另外，該壓實(shí)裝置還包括-用于將材料壓緊在模具中的一個(gè)沖頭；和-一個(gè)用于控制激勵(lì)器和自然頻率調(diào)節(jié)裝置的控制器。
5.如權(quán)利要求1～4中任何一條所述的方法，其特征為，調(diào)節(jié)自然頻率fN和/或激勵(lì)器頻率fE的給定的順序函數(shù)，可穩(wěn)定地或以離散的步進(jìn)方式變化；調(diào)節(jié)激勵(lì)器頻率fE或自然頻率fN對(duì)給定的順序函數(shù)的給定的依賴關(guān)系輪廓，可使順序函數(shù)的輪廓穩(wěn)定或步進(jìn)式變化，以便同時(shí)調(diào)節(jié)自然頻率fN和激活器頻率fE。
6.如權(quán)利要求1～5中任何一條所述的方法，其特征為，對(duì)給定順序函數(shù)的給定依賴關(guān)系，可以保持頻率距離δf＝fN-fE，該頻率距離δf可以保持不變，或根據(jù)所通過(guò)的頻率范圍Δf隨時(shí)間的變化而變化。
7.如權(quán)利要求1～6中任何一條所述的方法，其特征為，頻率距離δf可以為正值或負(fù)值，或者其絕對(duì)值為零。
8.如權(quán)利要求1～7中任何一條所述的方法，其特征為，自然頻率調(diào)節(jié)裝置可通過(guò)調(diào)節(jié)至少是質(zhì)量-彈簧系統(tǒng)的動(dòng)能大小來(lái)調(diào)節(jié)自然頻經(jīng)fN，該動(dòng)能在振動(dòng)的半周期過(guò)程中，可通過(guò)調(diào)節(jié)質(zhì)量-彈簧系統(tǒng)最終得到的彈簧的彈簧剛度轉(zhuǎn)換為彈簧能量。
9.如權(quán)利要求1～8中任何一條所述的方法，其特征為，自然頻率調(diào)節(jié)裝置可通過(guò)調(diào)節(jié)質(zhì)量-彈簧系統(tǒng)所得到的彈簧的彈簧剛度，和/或通過(guò)調(diào)節(jié)由液壓蓄能器的壓力確定的附加力FZ，來(lái)調(diào)節(jié)自然頻率fN。
10.如權(quán)利要求1～9中任何一條所述的方法，其特征為，一個(gè)完全的振動(dòng)周期是由二個(gè)部分周期時(shí)間彼此不同的部分周期構(gòu)成的。
11.如權(quán)利要求1～10中任何一條所述的方法，其特征為，當(dāng)壓實(shí)裝置利用將材料壓緊在模具中的沖頭來(lái)壓實(shí)在模制箱中的粒狀材料時(shí)，自然頻率fN由壓緊沖頭的力或壓縮沖頭的彈性確定。
12.如權(quán)利要求8～11中任何一條所述的方法，其特征為，最終得到的彈簧由至少一根在振動(dòng)臺(tái)下面的彈簧，和一根在振動(dòng)臺(tái)上面的彈簧構(gòu)成。
13.如權(quán)利要求1～4或6～8或10中的任何一條所述的方法，其特征為，該方法可用于壓實(shí)高速公路路面的壓實(shí)裝置的工作。
14.如權(quán)利要求1～13中任何一條所述的方法，其特征為，在壓實(shí)工作停止或中斷時(shí)，也可以同時(shí)或依次調(diào)節(jié)激勵(lì)器頻率fE和自然頻率fN。-只在一個(gè)切換工作中，按步進(jìn)順序方式，在頻率范圍Δf內(nèi)，調(diào)節(jié)激勵(lì)器頻率fE或自然頻率fN；和-調(diào)節(jié)的自然頻率fN對(duì)調(diào)節(jié)的激勵(lì)器頻率fE的給定順序函數(shù)的給定依賴關(guān)系，或調(diào)節(jié)的激勵(lì)器頻率fE對(duì)調(diào)節(jié)的自然頻率fN的給定的順序函數(shù)的給定依賴關(guān)系設(shè)定成，使給定的依賴關(guān)系為特定的頻率距離δf＝fN-fE，該頻率距離值也可以為零。
15.如權(quán)利要求1～14中任何一條所述的方法，其特征為，激勵(lì)器的一部分激振能量可從激勵(lì)器傳遞至振動(dòng)質(zhì)量，使得至少是正的或負(fù)的振動(dòng)振幅可以調(diào)節(jié)至一個(gè)給定的值；該給定值小于或等于當(dāng)一個(gè)部分最大的激勵(lì)器能量從激勵(lì)器傳遞至振動(dòng)質(zhì)量時(shí)所產(chǎn)生的振動(dòng)振幅。
16.一種用于實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求1～15中任何一條所述的方法的裝置，其特征為，通過(guò)調(diào)節(jié)機(jī)械彈簧的彈簧剛度，調(diào)節(jié)至少是在振動(dòng)的半個(gè)周期過(guò)程中，可以轉(zhuǎn)換為彈簧能量的質(zhì)量-彈簧系統(tǒng)的動(dòng)能的大小，可以調(diào)節(jié)自然頻率fN；可以利用金屬材料或纖維復(fù)合材料來(lái)制造機(jī)械彈簧，機(jī)械彈簧的彈簧有效長(zhǎng)度L或彈簧的有效彈簧容積V可以改變或可以調(diào)節(jié)。
17.如權(quán)利要求16所述的裝置，其特征為，自然頻率fN的調(diào)節(jié)是由輔助的電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置進(jìn)行的，可以用指定的控制器在一定范圍內(nèi)設(shè)定自然頻率fN。
18.一種實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求1～15中任何一條所述的方法的裝置，其特征為，通過(guò)調(diào)節(jié)液壓彈簧的彈簧剛度，可調(diào)節(jié)自然頻率fN，而液壓彈簧的剛度則在一定范圍內(nèi)，由液壓介質(zhì)的壓縮容積確定。
19.如權(quán)利要求18所述的裝置，其特征為，通過(guò)在相應(yīng)的安放孔中使用調(diào)節(jié)活塞偏移，可以改變包容液壓介質(zhì)壓縮容積的壓縮腔的尺寸；調(diào)節(jié)活塞的偏移是由輔助電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置實(shí)現(xiàn)的，因此可以在一定的范圍內(nèi)調(diào)整壓縮腔的尺寸。
20.如權(quán)利要求19所述的裝置，其特征為，利用電機(jī)驅(qū)動(dòng)的泵的工作，可使液壓介質(zhì)的壓縮容積的大小與壓縮腔尺寸的改變同時(shí)和同步地改變，該泵可將液壓介質(zhì)的體積流量送入壓縮腔中，或從壓縮腔中排出該流量。
全文摘要
一種壓實(shí)粒狀材料的工作方法和裝置，壓實(shí)粒狀材料，形成最終產(chǎn)品，例如鋪路塊；一個(gè)設(shè)計(jì)成線性振動(dòng)器或帶有振動(dòng)質(zhì)量－彈簧系統(tǒng)的回轉(zhuǎn)振動(dòng)器的共振振動(dòng)器由一可調(diào)節(jié)或可控制的能量源加能，產(chǎn)生給定頻率和振幅的振動(dòng)。通過(guò)接近自然頻率的頻率效果和使用激勵(lì)器頻率使得激勵(lì)器的力下降。使用合適的調(diào)節(jié)裝置，同時(shí)調(diào)節(jié)激勵(lì)器頻率和諧振頻率，以便在整個(gè)的激勵(lì)器頻率范圍內(nèi)利用諧振效果。
文檔編號(hào)B28B3/02GK1476376SQ01819411
公開日2004年2月18日 申請(qǐng)日期2001年11月10日 優(yōu)先權(quán)日2000年11月11日
發(fā)明者休伯特·鮑爾德, 休伯特 鮑爾德 申請(qǐng)人:吉迪布工程局和革新指導(dǎo)處有限責(zé)任公司, 吉迪布工程局和革新指導(dǎo)處有限責(zé)任公