一种定频振幅调节的共振破碎机振动装置及其软启停方法

本发明属于公路养护机械，具体涉及一种定频振幅调节的共振破碎机振动装置及其软启停方法。

背景技术：

1、我国公路交通基础设施建设已全面进入 “建养并重、以养为主”的高质量发展新阶段，水泥混凝土路面凭借承载能力强、耐久性好、全生命周期成本低的技术优势，在我国公路网中占据核心地位。截至2025年末全国水泥混凝土路面通车里程已达231.5万公里，占铺装总面积的41.8%；大量早期路面已进入结构性病害高发期，亟须针对性开展病害处置与结构性改造。共振碎石化技术通过向旧水泥混凝土路面施加高频低幅振动，使路面产生受迫振动并在激振频率接近其固有频率时发生共振，从而将刚性混凝土板均匀破碎为具有良好嵌锁结构的粒料层。该技术具有破碎粒径均匀、对基层扰动小、能有效抑制沥青加铺层反射裂缝、旧料资源化利用好等显著优势，已成为旧水泥路面“白改黑”改造的主流工艺。

2、现有共振破碎机的振动装置普遍采用双轴反向旋转惯性激振器结构，核心由两根平行布置的激振轴、固定偏心块、同步齿轮及减振系统组成。偏心块与激振轴通过花键或焊接刚性连接，液压马达驱动两根激振轴等速反向旋转，偏心块产生的水平方向离心力相互抵消，垂直方向离心力叠加形成纯垂向简谐激振力，带动破碎锤头实现高频振动作业。尽管该结构原理简单、工作可靠，但在工程应用中仍暴露出以下亟待解决的技术缺陷：

3、1.激振幅值固定，工况适应性差。不同厚度、强度等级的水泥混凝土路面所需最优振动幅值差异显著，而传统振动装置的偏心距固定，激振幅值不可调节，设备难以覆盖多种工况，且无法根据破碎阶段（初碎、细碎）进行动态调整。

4、2.启停过程共振危害严重，设备寿命短。设备启动和停机过程中，激振频率不可避免地经过系统的共振频率区间，引发剧烈振动冲击，导致激振器轴承、同步齿轮、破碎锤头等关键部件加速疲劳损坏，实际工程中轴承平均使用寿命大幅锐减，设备故障率较高。

5、3.破碎锤头姿态单一，能量利用率低。传统装置的破碎锤头只能垂直冲击路面，产生的裂纹扩展以张拉型为主，能量主要集中于路面表层。而混凝土的拉剪复合强度远低于纯抗拉强度，合理的锤头倾角可使锤击过程中同时产生拉应力和剪应力，形成拉剪复合裂纹，大幅提升破碎效率。但传统装置的锤头与激振箱体刚性连接，工作姿态无法调整，无法发挥拉剪复合破碎的优势。

6、4.振幅调整方式繁琐，无法在线调节。传统振动装置改变激振幅值需停机后打开激振箱盖，拆换不同质量的偏心块或通过插销改变活动偏心块夹角，单次调节时间较长，且在恶劣环境易导致插销卡滞、偏心块锈蚀，进一步增加调节难度。这种离线调节方式严重中断施工连续性，无法根据路面工况的实时变化动态调整参数。

技术实现思路

1、针对上述现有共振破碎机的振动装置存在的技术问题，本发明提供了一种定频振幅调节的共振破碎机振动装置及其软启停方法。

2、为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

3、一种定频振幅调节的共振破碎机振动装置，包括配重箱、升降油缸、减振框架、激振箱、连接筋板、剪切式橡胶减振器；所述配重箱通过升降油缸与减振框架相铰接，减振框架通过剪切式橡胶减振器、连接筋板与激振箱相连；

4、所述激振箱内部设置偏心距调节机构，偏心距调节机构可同步调节偏心块夹角，在激振轴恒定转速不停止的工况下实现定频无级调幅；可更换不同规格的连接筋板，能够调整激振箱相对减振框架的倾角，改变破碎锤头冲击路面角度以形成拉剪复合破碎；两根反向同步旋转的激振轴带动偏心块运转，偏心块产生的水平离心力相互抵消、垂直离心力相互叠加，形成纯垂向激振力驱动破碎锤头完成路面破碎作业。

5、所述升降油缸成对布置在配重箱两侧，升降油缸下端铰接配重箱、上端铰接减振框架上部；减振框架左右侧板对称固定装配剪切式橡胶减振器；剪切式橡胶减振器一端固定连接减振框架，另一端可拆卸装配连接筋板或其他角度减振器连接筋板，连接筋板或其他角度减振器连接筋板另一端与激振箱外侧壁固定，激振箱整体悬挂于减振框架下方。

6、所述激振箱包括激振箱体、主动激振轴、主动齿轮、侧偏心块、从动激振轴、从动齿轮、中偏心块、偏心距调节机构和破碎锤头；所述主动激振轴、从动激振轴平行安装在激振箱体内部；主动激振轴固定装配主动齿轮与两组侧偏心块，从动激振轴固定装配从动齿轮与两组侧偏心块，主动齿轮与从动齿轮相互啮合传动，实现主动激振轴、从动激振轴等速反向旋转；单根主动激振轴或从动激振轴上的两组侧偏心块之间装配一块中偏心块；偏心距调节机构布置于从动激振轴一侧的下部，偏心距调节机构与中偏心块啮合；激振箱体底部端面可拆卸固定破碎锤头。

7、所述偏心距调节机构由活塞杆、缸体、人字齿调节齿轮构成；缸体滑动套设在活塞杆外侧，缸体端面与人字齿调节齿轮刚性固连，活塞杆内部设有中心油路，缸体内腔分隔为无杆腔、有杆腔；压力油通入无杆腔推动缸体沿活塞杆前移，人字齿调节齿轮带动中偏心块相对侧偏心块转动，中偏心块与侧偏心块偏转角减小、整机激振力增大；压力油通入有杆腔拉动缸体后移，中偏心块与侧偏心块偏转角增大、整机激振力减小；偏转角调节至180°时，中偏心块与侧偏心块质心反向布置，合成等效偏心距归零，整机激振力完全消失。

8、单根主动激振轴、从动激振轴上侧偏心块总静力矩ms=m1e1、中偏心块总静力矩mm=m2e2，主动激振轴、从动激振轴全部偏心组件静力矩大小相等；合成等效偏心距仅由中偏心块、侧偏心块偏转角α决定，与主动激振轴、从动激振轴旋转角速度无关，在激振系统质量、等效刚度、阻尼及激振频率保持基本不变的条件下，破碎锤头稳态振动幅值与合成等效偏心距呈线性正相关；

9、不同偏转角α匹配振幅与施工工况：α=135°~180°，破碎锤头振幅5~8mm，适配薄铺装层预破碎、精细破碎作业；α=90°~135°，破碎锤头振幅8~14mm，适配中等强度混凝土常规破碎作业；α=45°~90°，破碎锤头振幅14~18mm，适配高强度、厚铺装层破碎作业；α=0°~45°，破碎锤头振幅18~20mm，适配超厚、超高强度混凝土路面破碎作业。

10、所述连接筋板、其他角度减振器连接筋板板体设有多组角度定位安装面，或开设0°、5°、7°、9°、11°多档位安装孔；更换不同规格连接筋板、其他角度减振器连接筋板或切换筋板上的安装孔位，可使破碎锤头形成7°~9°冲击倾角，破碎锤头锤击路面时同步产生拉应力、剪应力，生成拉剪复合型裂纹，提升破碎能量利用率。

11、所述升降油缸依靠自身伸缩调节破碎锤头的接地压力与离地作业高度；人字齿调节齿轮采用大螺旋角人字齿结构，人字齿调节齿轮两侧螺旋齿同步啮合主动激振轴、从动激振轴配套中偏心块的从动斜齿轮，保证主动激振轴、从动激振轴上中偏心块转角调节同步，消除水平方向残余激振力；破碎锤头为分体式结构，通过8组沉头螺栓锁紧固定于激振箱体底部。

12、一种定频振幅调节的共振破碎机振动装置的启停方法，包括下列步骤：

13、步骤一、启动前预调：接收启动指令后，控制系统向偏心距调节机构的缸体输送压力油，驱动人字齿调节齿轮转动，将主动激振轴、从动激振轴各自的中偏心块与侧偏心块偏转角α统一调节至180°，合成等效偏心距归零，破碎锤头激振力、振动幅值同步归零；

14、步骤二、零激振启动：启动液压动力系统，驱动伸出激振箱体外侧的主动激振轴输入端旋转，经主动齿轮、从动齿轮啮合传动带动从动激振轴同步反向平稳加速至预设恒定共振工作转速，全程维持激振频率匹配水泥混凝土路面固有共振频率；

15、步骤三、平滑加载作业：主动激振轴、从动激振轴转速稳定后，控制系统通过液压换向阀在3~5秒内缓慢减小中偏心块与侧偏心块的偏转角α至施工目标工作角度，破碎锤头振动幅值从零平滑上升至设定值；路面施工全过程可实时调节偏转角α，动态无级调整破碎锤头激振幅值；

16、步骤四、平滑卸载停机：单段路面破碎作业完成后，控制系统在3~5秒内缓慢增大中偏心块与侧偏心块的偏转角α至180°，破碎锤头振动幅值逐步归零；

17、步骤五、零激振停机：检测确认破碎锤头激振力完全归零后，关闭液压动力系统，主动激振轴、从动激振轴无冲击平稳减速至停止转动。

18、破碎作业全程锁定主动激振轴、从动激振轴恒定共振转速，突破传统共振设备激振频率与振幅强耦合的技术约束，仅通过调节中偏心块、侧偏心块偏转角α独立改变破碎锤头振动幅值，激振频率全程保持恒定不变。

19、设备启动、停机全过程依靠将中偏心块、侧偏心块调节至180°实现整机零激振状态，以零激振力穿越系统共振区间，降低共振冲击对主动激振轴、从动激振轴配套轴承、相互啮合的主动齿轮与从动齿轮、底部破碎锤头的疲劳损伤，延长装置核心零部件使用寿命，降低整机故障率与日常维护成本。

20、本发明与现有技术相比，具有的有益效果是：

21、1.定频无级调幅，工况适应性大幅提升：突破“频率与振幅耦合”限制，在保持共振频率恒定的前提下，实现振幅区间内的连续调节。可覆盖c30~c60强度等级、150mm~300mm厚度的水泥混凝土路面破碎需求，且调节过程无需停机，施工效率有效提升。

22、2.零激振软启停，核心部件寿命延长：提出“启动前归零、启动后加载；停机前卸载、停机后归零”的控制策略，规避了设备启停过程中穿越共振区的冲击危害，使同步齿轮和破碎锤头的使用寿命大幅延长，降低设备维护成本。

23、3.锤头倾角可调，提升破碎效率：连接筋板的多角度设计使锤头可呈现垂直、前倾、后倾等多种工作姿态。采用7°~9°小倾角状态下锤头破碎，裂纹扩展模式由单一张拉型转变为拉剪复合型，大幅提高能量利用率。