辊式压实机的制作方法

本公开涉及建筑机械，尤其涉及辊式压实机。更具体地，本公开涉及用于辊式压实机的压轮(drums)。

背景技术：

辊式压实机用于压实各种基材，从土壤到沥青。图1中示出了典型的辊式压实机10，并且图2中示出了用于辊式压实机的典型压轮12的局部截面。辊式压实机10包括车架14，并且能够具有用于操作者的驾驶室16。压轮12通常由驱动马达20绕旋转轴线x(如图2中所示)旋转，该驱动马达20安装到具有多个隔振支座22的压轮12。如图2中所见，诸如偏心系统24的激励系统向压轮12提供振动功能。偏心系统24可以包括偏心质块26，该偏心质块26由偏心马达28在旋转轴线y上旋转。在一些实施例中，所述驱动马达的旋转轴线x对应于偏心马达28的旋转轴线y。

传统的压实机压轮12目前是使用钢由数个部件制成。传统上，钢由于其极限抗拉强度、硬度和耐磨性而被使用。目前选择钢以应对由激励系统施加的振动力。此外，设计者传统上认为钢压轮固有的重量是辊式压实机10的优点。

然而，制造商继续寻求对辊式压实机设计的改进。

技术实现要素：

本公开的实施例包括用于辊式压实机的压轮。该压轮能够包括提供外周压实表面的外壳体和用于容纳激励系统的内部，该激励系统用于使压轮振动。该外壳体能够包括具有嵌入式加强纤维的非弹性聚合物。

本公开的另外实施例包括辊式压实机。该辊式压实机能够包括至少一个压轮，该至少一个压轮被构造成压实建筑材料。该压轮能够包括外壳体，该外壳体提供外周压实表面。该外壳体能够包括具有加强纤维的聚合物。该辊式压实机还能够包括至少部分地位于外壳体内的用于使压轮振动的激励系统。

又一些其它实施例包括制造用于辊式压实机的压轮的方法。该方法能够包括执行增材制造以由纤维加强聚合物构建整体的单件式压轮主体，该压轮主体包括大致圆柱形的外壳体，其中，至少一个顶板从该壳体的内表面延伸。在一些实施例中，该方法还能够包括：在完成压轮主体之前暂停所述增材制造步骤，以允许在完成压轮主体的增材制造之前将一个或多个加强部件添加到部分完成的压轮主体，其中，该一个或多个加强部件被至少部分地嵌入在压轮主体内。

当结合附图考虑而阅读以下对优选实施例的描述之后，本公开的这些和其它方面对于本领域技术人员来说将变得明显。应当理解，前面的一般性描述和以下的详细描述都只是说明性的，并非对要求保护的本发明的限制。

附图说明

图1示出了典型的辊式压实机。

图2示出了辊式压实机的典型压轮的局部纵向截面。

图3示出了根据本公开的实施例的压轮的局部纵向截面。

图4示出了根据本公开的实施例的压轮的透视图。

具体实施方式

在下文中描述了并且在附图中示出了本公开的示例性实施例，其中，在所有这几幅图中，相同的附图标记指代相同的部件。所描述的实施例提供了示例，但不应被解释为限制本发明的范围。本领域技术人员将会想到所描述的实施例的其它实施例以及变型和改进，并且所有这些其它实施例、变型和改进都在本发明的范围内。来自一个实施例或方面的特征能够与来自任何其它实施例或方面的特征以任何适当的组合相结合。例如，方法方面或实施例的任何个体或集体特征都能够应用于设备、产品或部件方面或实施例，反之亦然。

如图3中所示，示出了根据本公开的实施例的压轮30。压轮30包括外壳体32。外壳体32可以是大致管状的，具有外周压实表面34。外周压实表面34可以是大致圆柱形的。在一些实施例中，尤其是用在土壤压实的情况下，圆柱形外周压实表面34还能够包括本领域中已知的、从该外周压实表面延伸的多个突起。

外壳体32还能够包括内表面36。一个或多个顶板(headplates)38能够从内表面36朝向压轮30的旋转轴线x大致径向向内延伸。顶板38可以是环状的，以从内表面36的圆周延伸。在其它实施例中，例如图4中所示，顶板38能够被设置为围绕压轮30的仅一部分圆周并从压轮30的该一部分圆周延伸的部段。顶板38能够起若干作用，包括下列作用中的一种或多种：支撑隔振支座22、支撑偏心系统24的一部分、支撑驱动马达20、产生用于容纳润滑剂的空腔、或者支撑轴承外壳。

代替使用钢来形成压轮，本公开的压轮30至少部分地由非弹性纤维加强聚合物(frp)制成。用于形成frp的聚合物结合剂的示例包括(但不限于)环氧树脂、乙烯基酯、聚酯热固性塑料、尼龙和酚醛树脂。用于形成frp的加强纤维的示例包括(但不限于)玻璃、碳、芳族聚酰胺和玄武岩。

在一个示例中，压轮30的外壳体32由纤维加强聚合物构成。在本实施例中，顶板38能够由钢或其它金属材料形成。顶板38能够以使用粘合剂、螺栓或其它已知的附接方法组装在外壳体32内，以形成完整的压轮30。在另一实施例中，外壳体32和顶板38主要由frp形成。外壳体32和顶板38能够分开地形成，并且用已知的方法(例如粘合)组装在一起。在又一些其它实施例中，外壳体32和顶板38在单个过程中由相同的frp形成，以产生压轮30的一体式整体构造。一体式构造还提供了如下优点：使接头的出现最少。接头和其它连接点可能是辊式压实机的磨损和劣化区域。

作为示例而非限制，与具有相同外周的传统钢压轮12相比，其外壳体32和顶板38由碳纤维加强环氧树脂形成的压轮30能够提供约65％的重量减轻。与使用钢类似，当选择所期望的纤维加强聚合物时，极限抗拉强度、硬度和耐磨性能可以是考虑因素。在一个实施例中，极限抗拉强度能够等于或大于约400mpa。在一个实施例中，布氏硬度能够等于或大于约100。在另一实施例中，frp的洛氏硬度b能够等于或大于约65。表1比较了用于传统压轮12的典型钢和用碳纤维加强的聚合物的示例性物理性质。

表1：

至少部分地由frp制成的压轮30能够包括疏油组分，以最小化外壳体32的外周压实表面34与沥青的石油基底之间的粘附。疏油组分能够作为frp的结合剂聚合物而被提供。在另一示例中，所述疏油组分能够作为添加成分提供到形成结合剂树脂的组合物。在另一示例中，疏油组分能够以嵌入在聚合物结合剂中的颗粒形式被提供。在更进一步的示例中，疏油组分能够作为涂层施加到外周压实表面34上。

在一些实施例中，压轮30能够包括至少部分地嵌入在压轮的纤维加强聚合物部分中的一个或多个加强部件。例如，如图3中所示，耐磨环50能够嵌入在外壳体32内。耐磨环50能够由frp、金属或其它材料制成。每个耐磨环50的边缘52能够在外壳体32的远端处暴露。耐磨环50的边缘52能够为压轮30提供边缘保护。例如，如果压轮30沿着路缘石(curb)滚动，路缘石可能接触并磨损该耐磨环50的边缘52而不是外壳体32。

作为第二示例而非限制，一个或多个加强板54能够至少部分地嵌入在至少一个顶板38内。加强板54能够设置在部件被安装到顶板38的位置处，以增加结构支撑或加强。加强板54能够由frp、金属或其它材料制成。在一个示例中，加强板54能够支撑并加强隔振支座22的附接，或者能够支撑并加强所述激励系统到压轮30的附接。

至少部分地由纤维加强聚合物制成的压轮30能够提供优于主要由钢制成的传统压轮的若干优点。例如，至少部分地由frp制成的压轮30能够允许在偏心系统24内使用比和钢压轮12一起使用的现有技术的偏心质块26(图2)更轻的偏心质块27。使用较轻的偏心质块27能够潜在地带来辊式压实机10的提高的燃料效率。压轮30的有效性受压轮振动的振幅影响。该振幅取决于压轮30的质量和由偏心系统24提供的力矩。减小压轮30的质量(例如通过使用较轻的偏心质块27)允许减小由偏心系统24提供的力矩，同时维持振幅不变。较轻的偏心质块27能够允许降低偏心马达28的额定功率。偏心马达28传统上比驱动马达20更强大，因为用于使偏心质块26在钢压轮12中开始旋转的功率通常大于用于使压轮旋转的功率。因此，在不减小振幅的情况下，偏心马达28的需求的最终降低能够改善辊式压实机10的效率和燃料消耗。

与传统的钢压轮12相比，由纤维加强聚合物制成的压轮30能够为辊式压实机10提供又一些额外优点。首先，通过使用由frp制成的压轮30而提供的、在一个位置处的重量减轻能够允许辊式压实机10的更理想的总重量分布。例如，如果操作者感受到从压轮30传递的振动力减小，则能够改善操作者的体验。通过将重量分布从压轮30偏移开并且相对地转移到车架14或驾驶室16中，辊式压实机10将更能够吸收或阻尼振动，使得操作者可能感觉到更少的振动。

第二，如果外壳体32由能够抵抗沾到松散沥青的材料制成，则能够减少或消除通常与沥青压实机上的传统压轮12一起使用的水系统。通过缩小水箱的体积或完全取消水箱，设计者能够具有更大的灵活性来优化辊式压实机10的压轮30上的重量分布。例如但不限于，沥青辊式压实机能够受益于一对压轮上的均匀重量分布，而土壤压实机寻求将重量分布更多地转移到前压轮上。

第三，与钢相比，由frp制成的结构通常能够更容易修复。例如，如果外周压实表面34变得损坏，则能够将frp以贴片的形式添回，以修复损坏的区域。

本公开的实施例还包括制造如上所述的在辊式压实机10上使用的压轮30的方法。该方法可以包括执行增材制造以由纤维加强聚合物构建整体的单件式压轮主体。该压轮主体将包括外部大致圆柱形的外壳体32，其具有从该壳体的内表面36延伸的至少一个顶板38。使用已知的材料，增材制造(例如3d打印)提供了通过添加过程(additiveprocess)产生复杂三维形状的能力，该添加过程包括将材料的薄层彼此沉积。增材制造过程能够包括：使包含聚合物结合剂和微型加强纤维的长丝熔化；以及将融化的材料沉积在薄层中。在一些情况下，使用作压轮主体的材料熔化包括使具有聚合物结合剂、微型长丝加强纤维和石油疏油组分的长丝熔化。增材制造提供了生产一体式主体的能力，这最小化了接头或接缝的存在，并且还最小化了对附加组件的需求。与由多个零件造成的部件相比，一体式主体是优选的，这是由于增加的强度和耐用性。能够避免或最小化薄弱区域(例如接缝和接头)。

制造压轮30的方法还能够包括：在完成压轮主体之前暂停所述增材制造步骤，以便将一个或多个加强部件添加到部分完成的压轮主体。在加强部件由钢制成的实施例中，能够在增材制造过程暂停的同时使用本领域中已知的技术来添加它们。在其它示例中，如果使用具有足够低熔点的金属进行加强，则增材制造过程能够允许两种不同材料的几乎同时沉积。

在一个实施例中，当增材制造过程完成时，一个或多个加强部件将被至少部分地嵌入在压轮主体的纤维加强聚合物中。在一些实施例中，添加一个或多个加强部件的步骤能够包括将至少一个加强板54添加到部分完成的顶板38。在一些实施例中，添加一个或多个加强部件包括将耐磨环50或耐磨环50的至少一部分放置在外壳体32的远端处。

尽管已经在示例性实施例的背景下描述了以上公开内容，但应理解，本领域技术人员将容易理解在不脱离本发明的精神和范围的情况下，能够利用多种变型和修改。这些变型和修改应被认为是在所附权利要求及其等效物的界限和范围内。