单钢轮压路机的压实能力主要由压路机的静载荷（静线载荷）和振动前轮的偏心振动-动态载荷（振幅、振动频率、参振质量）组成（如图1所示）在压路机设计时，选择合理的上述参数对于提高压路机的压实能力非常重要。

图1 静载荷和动态载荷

1 静线载荷

压路机的重量决定了机械对土壤铺层施加静压力的大小，为了比较不同压路机的压实能力，引入了压轮线载荷的概念，线载荷是沿压轮轴向单位长度上对土壤所施加的静压力也称线压力，静线载荷公式：

Q=G/B

式中：G— 压路机前轴载荷/ kg；

B— 压路机钢轮宽度/ cm 。

在其它工作参数（如动态载荷）不变的的条件下，施加于地面上的静态和动态压力几乎与压路机的重量成正比，无论是静碾压路机还是振动压路机，静线载荷都是极为重要的技术参数。

2 动态载荷及其参数定义

振动压路机的振动参数主要是振幅和频率，两者对压实效果的影响自振动压路机问世以来就一直是研究和争论的中心课题，此外，还有激振力与振动轮对地面作用力二者之间关系的讨论，以及它们是如何影响压实效果的，接下来我们将详细分析。

压路机振动轮是在激振力的作用下产生受迫振动，其振动频率f(Hz) 角频率ω(rad/s) 和振动周期T(s)分别按以下公式计算：

式中，n— 激振器的转速/(r/min)。

振动压路机的振幅分为实际振幅和空载振幅，所谓空载振幅是指把振动压路机用支撑物架起来，振动轮悬空时测得的振幅，其大小只与振动轮本身的参振质量及激振器的静偏心矩有关，而振动轮的实际振幅是指压路机工作时的工作振幅。

振幅公式：

A0=Me/md

式中：A0— 空载振幅/mm;

A— 实际振幅/mm；

Me— 激振器的静偏心矩(kg·mm)Me=m0r0；

m0— 为偏心质量，r0为偏心距离；

md— 振动质量/kg 。

此处的振动质量指参与振动压实工作的所有零件质量的总和，包括振动轮本身，激振器，液压马达，安装板等，甚至还应计入减振器质量的一半。

通常是，振动压路机的工作振幅一般比空载振幅大，如果用一个系统表示它们之间的关系则：

A = ε·A0

ε为考虑地面刚度影响的振幅修正系数，其取值范围为ε=0.96～1.923, 按正态分布统计的平均值为1.154。

3 动态参数的合理选择

激振力F0是由偏心振子激振器高速旋转时的离心力产生的，是压路机振动的源动力，它仅与振子的偏心矩和角速度有关，计算计算公式如下：

F0=Me·ω2

根据单钢轮振动压路机的“机—土”振动系统的运动方程：振动轮实际对地面作用力的大小可以表示为

Fx= [(Kx)2+(Cx)2]0.5

从式中可见，振动压路机对地面的作用力Fx是土壤弹性变形抗力Kx和阻尼力Cx的矢量和，可见在特定工况下，前者与振动压路机的瞬时振幅、静线压力有关，后者与振动速度有关。

由于振动会引起土壤粒子振动，需要克服粒子内部摩擦力，故有：

Fx/F0<1

设计振动压路机时，总希望压路机对地面的作用力Fx越大越好，而提高的关键在于合理的选择压路机的振动频率ω和振幅A。

为了提高振动压路机的动作用力Fx，一个非常重要的办法就是加大工作振幅，因为激振力F0和名义振幅A都与激振器的静偏心矩Me成正比，所以具有大偏心力矩激振器的振动压路机，其压实效果及压力波，影响深度都优于较小偏心矩激振器的振动压路机。

为了避免引起压实材料共振，提高压实率，单钢轮的振动频率f(Hz) 一般选在25～35(Hz) ，根据实验，除细砂外，90%的土壤的固有频率远离此频率段；见图 2 所示：

图2 频率-压实度关系图

如图2所示，在此频率段内的压实效果最好，而且压实曲线的变化比较平缓，这说明，在这一区段内振动频率变化对压实效果的影响不大，固几乎所有的单钢轮压路机振动频率都选在25～35Hz。

而在同一频率区段，若将工作振幅增加一倍，其压实效果和影响深度会发生跳跃式变化，所以在频率固定的情况下工作振幅是影响压实度的主要原因。

4 压实度经验公式

综上所述，在确定了工作频率的情况下，决定压路机压实度的主要参数是压路机的静线载荷和振幅，但不能像有人理解的那样，将振动器压路机的激振力和静压力简单叠加而称为总压实度，因为它们的作用原理从根本上讲来是不相同的，但是，从压实效果的角度，振动压路机的静压实效果和振动压实效果是可以叠加的，宝马格通过长期的实验总结，得出以下压实度经验公式：

A0— 空载振幅/mm;

Q— 静线压力/(kg/cm)。

根据此公式，我们可以得到以下单钢轮压实度等级图，根据图3，我们可以区分不同单钢轮压实度的压实等级。

图3 压实等级图

那么提高压实度有什么好处呢，我们可以通过比较宝马格两种机型的施工效果得出图4，所示结论。

图4 施工效果图

显而易见，提高单钢轮压路机的压实度可以增加压路机的压实厚度，可以提高压路机的工作效率，可以降低压路机的施工成本。

5 压实度的提高

压实度对单钢轮压路机如此重要，那我们在设计中，如何提高压路机的压实度呢，根据上述论，我们可以提高压路机的静线性载荷和钢轮的空载振幅来增加单钢轮的压实度，但是对于大多数单钢轮压路机来说，钢轮的大小和内部空间是确定的，增加激振器偏心矩的量已经很难实现，所以在设计一定吨位的单钢轮压路机时，在满足压路机行驶和爬坡的条件下要尽量增加单钢轮的前轴载荷，如图5所示：

图5 轴载荷图

如压路机采用前后轮双驱的配制，可以在满足行驶和爬坡的条件下，前轴载荷能达到压路机总吨位的2/3 ,而采用后轮驱动（单驱）的情况下，在满足行驶和爬坡的条件下，前轴载荷只能达到压路机总吨位的1/2；故在同等吨位和相同激振机构的条件下，根据公式（7）双驱单钢轮压路机的压实度是单驱单钢轮压路机的1.3倍；所以在振幅相同的情况下，18吨双驱压路机的压实度要好于22吨单驱压路机的压实效果。

6 结语

分析了影响单钢轮压路机压实能力的主要参数，确定了静线载荷和振幅是影响压实度的主要原因，总结出了评估压实度的经验公式和提高压路机压实度的方法。