專利名稱：蝗式夯土機的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種改進的土建夯土機，特別是一種高效、安全、操作舒適的節能夯土機。
國內在土建夯實機械方面所使用的蛙式夯土機，是沖擊式小型夯實設備，其具有結構簡單、體積小、重量輕和維護簡便等優點，它利用偏心塊隨轉輪在旋轉中產生的沖擊能量，使夯頭上下夯擊，帶動夯板抬起或下落，并使整個夯機跳躍前進，這種夯實機械適用于溝槽、基坑、地基夯實以及素土、灰土回填夯實和室內外場地平整等建筑場地密實的夯實工作，廣為施工現場所應用。但是這種蛙式夯土機效率不很高;夯實質量也較低;遇上虛地或爬坡時，該機易停止不前;夯擊噪音較大;拖盤底部沾泥過多時，夯機擺動行走不穩;三角帶松馳后，夯擊次數減少而且夯頭跳起高度降低，夯擊力下降;更重要的是因夯擊震動，易使偏心塊的連接螺栓松動、脫落造成偏心塊飛出，損害人物。
本發明的目的是要提供一種改進的夯土機，它不但能夠高效安全的進行土建夯實工作，而且夯實質量高，同時可以機械的前后運動，行走平穩，降低了噪音。
發明是這樣實現的蝗式夯土機主要有傳動、夯擊、托板和運動機構等四大部分組成。傳動部分是二級皮帶或齒輪傳動，電機功率一般為1.1～7.5KW。如果是二級三角皮帶傳動，靠近電機的主傳動軸上有二個帶輪，一個接收電機的驅動，一個傳給后軸上的大帶輪，主動軸和后軸靠兩軸承座支撐，由軸承傳動，同時有一小調整輪，負責調整大帶輪皮帶的松緊，電機可以縱橫微移，實現調整帶輪皮帶的目的。如果是二級齒輪傳動，它由電機驅動，經二級齒輪變速箱輸出動力，通過變速箱外的一對齒輪帶動后軸旋轉。夯擊部分主要有夯頭、夯臂、支架軸座和壓輪組成(也包括彈簧器部分)。托板主要起支撐作用，它上面主要有電機支座、主動軸和后軸支座以及操縱手柄等。運動部分主要包括使夯土機前進或后退的單棘輪或雙棘輪機構，以及前后運動軸輪部分。蝗式夯土機的工作過程是這樣的當電機啟動后，二級皮帶輪或齒輪變速后，通過后軸帶動壓輪轉動，壓輪上的橫向壓桿(一個或二個)壓住夯臂末端而朝下旋轉，如果夯臂端下面設置了彈簧器，在壓桿下壓夯臂的過程中，同時也壓縮了彈簧器，夯臂在主動軸支撐下，夯頭被高高抬起，當達到某一位置時，壓桿脫離夯臂端，這時，夯頭迅猛的下落，夯擊地面，夯頭接觸地面的同時，夯臂端達到最高位置，旋轉著的壓輪上另一個壓桿瞬間接觸夯臂末端、朝下壓去，這樣使夯頭時而抬起、時而下落，產生周期性的夯擊效果。在電機額定轉矩允許范圍內，可以設置一至三個相互獨立的夯頭和夯臂。分析一下夯頭夯實情況如果在夯臂下面設置了彈簧器，即將下落的夯頭具備了二個方面的能量，一個是與夯臂平衡后夯頭自身的重量勢能，一個是通過杠桿作用傳遞的被壓縮后的彈簧功能。重量勢能與夯頭自重和抬起高度有關;彈簧功能與其倔強系數和壓縮距離有關。在考慮節能和整機框架尺寸的前提下，使用較小功率的電機而改變夯頭與夯臂之間的杠桿比，可以使夯頭獲得很大的夯擊能量。在后軸支座的一端或兩端，設置了一套或二套簡單的棘輪機構，通過軸盤的轉動，帶動棘爪上下移動，棘爪鉤動輪軸上的棘輪，而使機體間歇地前進運動;轉動棘爪360°，使其鉤住棘輪另一側，使機體間歇地后退運動，從而實現夯土機的機械前進或后退。托板下有四只靠軸承傳動的轉輪，機體運動時恰是夯頭被抬起的過程，操作人員只要扶正操縱手柄，依據機體前進或后退即可，操縱手柄上設有電機開關器。為了便于運輸，夯頭和操縱手柄可以抬起固定和折疊。
以下將結合附圖對發明作進一步的詳細描述。
圖1和圖2是本發明的一種具體結構的正面圖和俯視圖。
圖3是本發明的工作原理圖。
圖4是本發明的棘輪機構示意圖。
參照圖1和圖2，該蝗式夯土機的電機(1)型號為Y90S-4，額定功率1.1千瓦，轉速1400轉/分，靠主動軸(17)和后軸(20)上的三角皮帶(19)和帶輪(12)傳動，形成二級變速，使壓輪(14)轉速為60轉/分，每只夯頭(10)寬100mm，夯頭(10)與夯臂(11)為一鑄鐵體，共有二套相互獨立的夯頭(10)和夯臂(11)，由主動軸(17)和主動軸支座(9)支撐，通過軸承轉動。托板(2)呈“H”形狀，材質為A3，厚10mm，并經過調質處理，在托板(2)底面有幾處“加強筋”，它主要起支撐電機(1)、主動軸支座(9)、后軸支座(6)以及前輪(7)軸和后輪(5)軸的作用，各零部件均用螺栓與托板(2)連接一起。前輪(7)直徑100mm，寬80mm，布置在機體前面，共二只。后輪(5)在棘輪機構帶動下為主動輪，直徑180mm，輪寬60mm，在后輪(5)軸向外圓面上有12個均布的呈角形的高6mm的扒臺，便于機體運動時抓住地面，防止機體停止不前，后輪(5)共有二只。前輪(7)和后輪(5)均由軸承或軸瓦轉動，其輪軸由軸座固定在托板(2)下面。皮帶調整輪(8)的母板被固定在主動軸支座(9)內側，通過螺栓可以使調整輪(8)上下移動，用于調整皮帶(19)的松緊。在二個夯臂(11)端下面各有一彈簧器(3)，它由彈簧、導向軸、上下壓蓋組成，當夯臂(11)被壓下達到某一位置時，壓縮了彈簧器(3)，同時彈簧器(3)貯備了彈性能量。夯臂(11)端為一“鉤”形狀，中間有內通孔，以便于彈簧器(3)的導向軸伸入伸出。壓輪(14)中的二只壓桿(13)可以沿其側板孔槽滑動。主動軸支座(9)、后軸支座(6)和夯臂(11)上分別設有潤滑油油杯(18)，定時向各潤滑點注油。在托板(2)上面有二條繩鉤，將二只夯臂(1)分別下壓一小段距離，用二條繩鉤分別鉤住，使夯頭(10)底面稍高于前輪(7)和后輪(5)的水平線，便于運輸。操縱手柄(15)下部有一定位銷，插上定位銷后操縱手柄(15)固定不動，撥下定位銷后操縱手柄(15)可以朝前傾放，手柄(15)上設有電機開關器(16)，負責開車或關車。參照示意圖4，說明一下運動棘輪機構棘爪(23)上端軸中心到軸盤(21)中心的尺寸為70mm，棘輪(24)直徑150mm，與后軸(20)同步同向旋轉的軸盤(21)，帶動棘爪(23)上下運動，棘輪(24)與后輪軸(4)、后輪軸(4)與后輪(5)均用鍵連接傳動，在軸盤(21)轉動下，棘爪(23)下落，棘爪(23)頭鉤住棘輪(24)齒，軸盤(21)繼續運轉，棘爪(23)朝上運動，帶動棘輪(24)轉動一個角度，即后輪(5)前進了一段距離，軸盤(21)繼續運轉，棘爪(23)松開、下落又鉤住棘輪(24)齒……，軸盤(21)每轉動一周，后輪(5)移動100mm左右，當希望機體后退夯實時，利用撥桿(22)將棘爪(23)按箭頭方向旋轉到棘輪(24)另一側，棘爪(23)上下移動，帶動棘輪(24)朝相反方向運動，使機體可以機械的前進或后退。棘爪(23)帶動棘輪(24)正、反向轉動時，正是夯頭(10)被抬起的過程，所以夯頭(10)抬起，機體運動;夯頭(10)下落，機體停止運動，節拍上是一致的。本實例蝗式夯土機運動速度是6米/分，如果加大軸盤(21)和棘輪(24)的直徑，可獲得大的運動速度;壓輪(14)中有二個壓桿(13)，壓輪(14)每轉動一周，夯臂(11)被二次壓下，夯頭(10)有二次被抬起，而單棘輪機構只能使機體運動一次，所以夯頭(10)在原地有一次夯實，如果在后軸(20)兩側各設一簡單的棘輪機構，形成雙棘輪機構，壓輪(14)旋轉一周，兩棘輪(24)跟隨夯頭(10)的抬起而轉動兩次，機體的運動速度將高于現在的一倍。轉向時，握緊操縱手柄(15)，在夯頭(10)被撅起后，稍抬起后輪(5)朝一個方向用力扭動，實現逐步轉向。具體分析一下蝗式夯土機的工作過程參見圖3，這是二只夯頭(10)的工作示意簡圖，依據本實例，有兩只夯頭(10)和夯臂(11)，它們同步夯實。圖3表示了同步并列一起的二只夯頭(10)簡化為一只夯頭(10)的工作情況，夯頭(10)與夯臂(11)的尺寸杠桿比近似于1∶1，每個夯頭(10)與夯臂(11)平衡后的重量為50kgf。當壓輪(14)以60轉/分的轉速旋轉后，壓桿(13)進入夯臂(11)端鉤槽，隨著壓輪(14)轉動，夯臂(11)端鉤槽與壓桿(13)一起下移，壓桿(13)在鉤槽的牽制下，沿壓輪(14)槽孔向軸心移動，同時夯頭(10)被逐漸抬起;當壓輪(14)旋轉到與夯臂(11)平行時，壓桿(13)離軸心距離最近，為100mm，這時壓桿(13)承受的轉矩最大;壓輪(14)繼續旋轉，壓桿(13)在夯臂(11)端鉤槽的作用下而離心移動，逐步到達一個即定位置，同時，夯頭(10)抬高到一個最高點，壓桿(13)瞬間脫離夯臂(11)端鉤槽，這時處于自由狀態的夯頭(10)在自身重量的重力和彈簧器(3)的反彈力作用下，重重的下落，夯擊地面。同時，夯臂(11)高高撅起，壓桿(13)在旋轉離心力的作用下，沿壓輪(14)孔槽移到最外位置，壓輪(14)中的另一個壓桿(13)重新進入夯臂(11)端鉤槽，又開始了新的一輪夯實，壓輪(14)旋轉一周，二只夯頭(10)共四次夯擊地面。壓桿(13)壓下夯臂(11)使夯頭(10)抬起的同時，棘輪機構發生作用，使機體進退一段距離，直致夯頭(10)下落為止。實際上無論是單或雙棘輪運動機構，從夯實質量來講，總是后一個夯頭(10)夯實質量高于前一個夯頭(10)夯實質量，因為后一個夯頭(10)是在前一個夯頭(10)夯實的基礎上進一步夯實，因此，并列中的后一個夯臂(11)端鉤槽撅起的高度較前一個夯臂(11)稍高，壓桿(13)是先后進入二個夯臂(11)鉤槽的。下面分析一下夯頭(10)所具備的沖擊夯實能量以及二只壓桿(13)連續工作的情況前面敘述過，電機(1)型號Y90S-4，額定功率1.1千瓦，轉速1400轉/分，最大轉矩為額定轉矩的2.2倍。經過二級變速，壓輪(14)的轉速為60轉/分，三角皮帶(19)傳動效率n′＝0.96，總效率為n＝0.962＝0.92，根據公式，壓輪(14)的輸出轉矩為T＝ (9550np)/(h) (牛/米)式中p-電機額定功率(1.1千瓦)n-傳動總效率(0.92)h-壓輪轉速(60轉/分)所以T＝ (9550np)/(h) ＝161(牛/米)壓桿(13)隨壓輪(14)轉動，同時又受夯臂(11)端鉤槽的牽制，壓桿(13)下壓夯臂(11)過程的規跡，是以主動軸(17)為圓心的一段弧線。當壓桿(13)處在接觸或脫離夯臂(11)的上下二個極點位置時，夯臂(11)中線與壓輪(14)中線形成一個夾角，這時壓桿(13)承受了夯頭(10)重力的較小分力;當壓輪(14)與夯臂(11)平行時，壓桿(13)承受的力最大，這時壓桿(13)最接近后軸(20)，壓輪(14)此時轉矩最大，從而可以帶動較大的負荷。壓輪(14)壓下夯臂(11)必須克服夯頭(10)重力、彈簧器(3)的反彈力以及機體間歇前進的棘輪(24)阻力;一、因為從主動軸(17)軸心到前后夯頭(10)中間的距離與到夯臂(11)端鉤槽的距離近似相等，即杠桿比為1∶1，所以二只夯臂(11)朝上的反作用力為2×50kgf(每只夯頭(10)重50kgf)。二、每只彈簧器(3)被壓縮到最低點時，反彈力為30kgf，二只彈簧器(3)共60kgf。三、整個機體重約250kg，前輪(7)和后輪(5)均為向心球軸承傳動，摩擦系數f＝0.002，沿地面方向阻力為250×0.002＝0.5kgf，通過扭矩平衡換算到軸盤(21)上的阻力接近0.5kgf，是比較小的。看一下當壓輪(14)中線與夯臂(11)中線平行時，(此時壓輪(14)受力最大)壓桿(13)朝下壓所具備的力量;已知此時壓桿(13)距壓輪(14)軸心100mm，壓輪(14)輸出轉矩為T＝161(N/m)，所以壓桿(13)所具有的力為F＝ (1000×161)/100 ＝1610(N)將F值換算成kgf值，得F＝164.28kgf，因此F值大于夯頭(10)重力、彈簧器(3)反彈力和棘輪(24)阻力之和;
即F＝164.28＞100+60+0.5kgf而且電機(1)最大轉矩是額定轉矩的2.2倍，所以壓桿(13)壓迫夯臂(11)在負荷方面是可行的。實際上夯臂(11)將彈簧器(3)壓縮到最低點時，二只彈簧器(3)的反彈力共60kgf，而壓輪(14)與夯臂(11)中線形成一夾角，壓桿(13)所承受的夯臂(11)反作用力小于100kgf，為了便于說明問題，上面將各種負荷的最大值疊加在一起。
定性地分析計算一下夯頭(10)夯實的沖擊能量當夯頭(10)被抬高到最高點時，它具備了重力勢能和彈簧器(3)被壓縮后的彈性勢能，根據機械能守恒定律，夯頭(10)沖擊地面的動能等于重力勢能和彈性勢能之和，即E＝mgh+ 1/2 KX2式中，m表示每個夯頭(10)的重量，50kgf;g表示重力加速度，9.8m/s2;h表示夯頭(10)被抬起的高度，268.7mm;K表示彈簧器(3)的倔強系數，每個彈簧器(3)被壓縮80mm，彈力30kgf，所以K＝30×9.8/0.08＝3675N/m;X表示彈簧器(3)被壓縮距離，80mm;依據公式得E＝mgh+ 1/2 kx2＝143.4(焦)＝14.63(千克力·米)壓桿(13)每壓下一次共有二只夯頭(10)和二只彈簧器(3)作功，所以每一次夯頭(10)下擊E′＝2E＝29.26(千克力·米)壓輪(14)中有二只壓桿(13)，所以壓輪(14)每轉一周E″＝2E′＝58.52(千克力·米)形成壓輪(14)每轉一周二只夯頭(10)共四次夯擊地面。因為夯實質量高，而且機體的前輪(7)和后輪(5)與夯實地面的接觸面積相對較大，故前輪(7)和后輪(5)不會陷入地里。
分析一下二只壓桿(13)連續工作的情況以壓輪(14)的圓心角為標量，二只壓桿(13)的圓心夾角為180°，即對稱平衡設置，當第一壓桿(13)走過90°圓心角將夯臂(11)下壓到最低點時，第二壓桿(13)已升到上端，準備迎接上撅的夯臂(11)端鉤槽，即到達準備位置;第一壓桿(13)脫離夯臂(11)后夯頭(10)從268.7mm處下落，夯頭(10)下落過程所需的時間，也是夯臂(11)端鉤槽從最低點恢復到原位的時間。已知夯頭(10)與夯臂(11)的杠桿比為1∶1;夯頭(10)到達最高點的垂直地面距離為268.7mm;壓桿(13)下壓夯臂(11)的圓心角為90°;二只壓桿(13)的最遠間距為380mm;彈簧器(3)被壓縮80mm達到30kgf;夯頭(10)與夯臂(11)平衡后重50kgf;壓輪(14)轉速60轉/分;根據以上條件，利用物理學原理計算出夯頭(10)下落的時間t據力的獨立作用原理，夯頭(10)重力產生加速度g＝9.8m/s2，彈簧器(3)的反彈力通過夯臂(11)的杠桿作用對夯頭(10)也產生了一個加速度a，因反彈力為變力，隨著彈簧器(3)的伸長而構成等差數列;
F＝ 1/2 ×30×9.8＝147(N)a＝ (F)/(M) ＝ 147/50 ＝2.94m/s2在彈簧器(3)伸展80mm的過程中，可以看作是∑a＝g+a的加速運動，夯臂(11)從最低點上撅到0.08mm時，即彈簧器(3)伸展到80mm這段距離所需時間為t1t1=2 × 0.08∑a= 0.1120(s)]]>夯臂(11)脫離彈簧器(3)后夯頭(10)瞬時具有的速度為V＝(g+a)t1自夯臂(11)脫離彈簧器(3)上撅到最高點所需的時間為t2，即0.2687-0.08＝[(g+a)t1]t2+ 1/2 gt22計算后得t2＝0.0987(S)所以夯臂(11)整個上撅時間即夯頭(10)下落時間為t＝t1+t2＝0.1120+0.0987＝0.2107(S)杠桿軸承上的摩擦系數很小，摩擦阻力時間可以忽略不計。
第二壓桿(13)從準備位置到達接觸上升到最高點的夯臂(11)端鉤槽，所需的時間為t′＝60/60× 1/360 (180°-90°)＝0.25(S)這樣，t′大于t0.0393秒，在轉速為60轉/分的情況下，0.0393秒相當于轉過圓心角14.15°，即夯臂(11)上升到位后，壓桿(13)再走過47mm弧線，才能接觸到夯臂(11)端鉤槽，因此產生了很短的時間間隔，所以二只壓桿(13)可以連續不斷的下壓夯臂(11)，實現持續的夯實效果。下面例出本蝗式夯土機和電機功率為1.5千瓦的HW-20型蛙式夯土機的有關技術數據和工作性能
為了說明結構和性能情況，本實例采用了保守的杠桿比1∶1和單棘輪機構，實際上改變夯頭(10)與夯臂(11)的杠桿比，減輕夯頭(10)的重量，去掉彈簧器(3)，同樣可以獲得高的夯實質量。同時在后軸(20)的左右兩側各設一簡潔的棘輪機構，壓輪(14)轉動一周，機體可以間歇地運動二次，使運動速度大大提高。
簡要分析說明一下夯頭(10)與夯臂(11)的杠桿比是2∶1的情況根據上面的具體結構，去掉彈簧器(3);增加雙棘輪運動機構;將杠桿比變為2∶1;每個夯頭(10)與夯臂(11)平衡后重40kgf;壓桿(13)下壓圓心角為65°，下壓垂直距離為204mm;夯頭(10)下落垂直距離為408mm，其余的結構和尺寸不變。經計算，夯臂(11)從最低點返回最高點需0.2885秒，另一壓桿(13)從準備位置到接觸夯臂(11)端鉤槽需0.3194秒，有0.0309秒的過渡時間，相當于壓桿(13)走過36.8mm才進入鉤槽，通過計算得出如下工作性能和技術數據
權利要求
1.一個由電機(1)、變速機構(12、19)、夯頭(10)、托板(2)和棘輪機構(21、22、23、24)組成的土建夯土裝置，其特征是夯頭(10)與夯臂(11)按一定尺寸通過主動軸(17)支撐成為杠桿比，壓輪(14)兩側板孔槽中設有1至2個壓桿(13)。
2.按權利要求1規定的夯土裝置，其特征是壓輪(14)兩側板孔槽的寬度稍大于壓桿(13)直徑，并有一定的長度。
3.按權利要求1或2規定的夯土裝置，其特征是夯臂(11)端呈多鉤狀槽。
4.按權利要求1規定的夯土裝置，其特征是共有1至3套相互獨立的夯頭(10)和夯臂(11)。
5.按權利要求1規定的夯土裝置，其特征是在后軸(20)兩則設有1至2套棘輪機構(21、22、23、24)。
6.按權利要求1規定的夯土裝置，其特征是托板(2)下面有前后4只轉輪(7.5)，其外圓面上設有角形扒臺。
7.按權利要求1規定的夯土裝置，其特征是電機額定的功率范圍在1.1～7.5千瓦以內。
8.按權利要求1規定的夯土裝置，其特征是夯臂(11)端下面可以設置壓縮彈簧器(3)。
全文摘要
本發明提供了一種用于土建的夯土機新裝置，適合于溝槽、地基以及素土、灰土回填和室內外場地平整的高質量夯實工作。該裝置主要是靠壓輪中的壓桿旋轉下壓夯臂，同時壓桿隨壓輪旋轉而變向移動，通過杠桿作用使夯頭抬起，壓桿脫離夯臂瞬間，夯頭在重力和彈簧力的作用下下擊地面夯實，機體靠棘輪機構實現前進和后退運動。本發明利用較小功率的電機實現較高的效率，而且易成為系列化。
文檔編號E01C19/38GK1076501SQ92106438
公開日1993年9月22日 申請日期1992年3月19日 優先權日1992年3月19日
發明者劉云志 申請人:劉云志