HCR80K振動沖擊夯的研究和設(shè)計(jì)

1、HCR80K振動沖擊夯的技術(shù)創(chuàng)新研究與設(shè)計(jì)姚東偉1王培先2（1江海職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇揚(yáng)州， 225101 2鄭州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南鄭州，450121）摘要：根據(jù)工程施工的條件和環(huán)境需要，在HCR80型振動沖擊夯技術(shù)基礎(chǔ)上，通過連接件的設(shè)計(jì)，一臺夯機(jī)實(shí)現(xiàn)電動機(jī)和內(nèi)燃機(jī)雙動力源的連接，通過扶手減振器橡膠壓縮減振的設(shè)計(jì)，有效提高了橡膠減振器使用壽命和減振效果，技術(shù)創(chuàng)新研究和設(shè)計(jì)出HCR80K型振動沖擊夯。關(guān)鍵詞：沖擊夯；連接件；橡膠；減振器文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A中圖分類號：TU662HCR80K vibration rammer technology Innovation Research and Desi

2、gn1 2Yao Dongwei Wang P eixian(Jianghai Polytechnic College, Jiangsu 1, Yangzhou, Zhengzhou Technical College, Henan 2251012, Zhengzhou, 450121) Abstract: Accord ing to the con diti ons of con struct ion and environmen tal n eeds, in HCR80-t ype vibrati on rammer tech no logy, based on the coup li n

3、g parts through desig n, impi eme ntati on, tamping mach ine motor and a dual po wer source connection to the internal combustio n engine, comp ressed by the arm by rubber shock absorber seismic desig n, improve service life and rubber shock absorber damping effect, tech no logical inno vati on, res

4、earch and desig n HCR80K type vibratory comp actor.Keywords: rammer; coup li ngs; rubber; shock absorber0引言振動沖擊夯是種比較先進(jìn)的小型夯機(jī)械裝備，廣泛用于建筑工程和市政工程中，適用于各種砂、石、三合土的壓實(shí)平整，也適用于對瀝青砂石、混凝土和粘土的壓實(shí)平整，特別適用于建筑、地面、庭院、 路基、橋樁、溝槽、野外狹窄場地等環(huán)境的施工。也因此，振動沖擊夯的應(yīng)用也遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了傳統(tǒng)蛙式夯機(jī)和平板夯，在技術(shù)也日趨完善，能夠平均無故障工作時間達(dá)150h以上，也克服了活塞頂端鎖緊裝置這些產(chǎn)容易脫落，導(dǎo)向鍵易

5、磨損和發(fā)動機(jī)不耐沖擊等技術(shù)難題1。市場上主要的產(chǎn)品有：2.2KW電機(jī)驅(qū)動的HCD70沖擊夯，3KW電機(jī)驅(qū)動的HCD80 HCD85沖擊夯，以及以發(fā)動機(jī)為驅(qū)動力的HCR80型沖擊夯等。HCR80K品存在動力源單一（電動機(jī)或發(fā)動機(jī)）；發(fā)動機(jī)選配成本較高（發(fā)動機(jī)大多匹配抗沖擊性能較好的本 田”、“羅賓”發(fā)動機(jī)），減振器受到很大的剪切力（振動內(nèi)板和振動外板相對剪切）易損壞，針對這 些問題，在HCR80型沖擊夯基礎(chǔ)上進(jìn)行研究， 設(shè)計(jì)出具有雙動力源連接件和壓縮橡膠減振特點(diǎn)的 型振動沖擊夯。1. HCR80K型振動沖擊夯主要研究和設(shè)計(jì)指標(biāo)(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)40 65mm 不小于 56

6、Nm1013m/min;80 kg；300mm 280mm雙動力源連接件設(shè)計(jì)； 壓縮橡膠減振器設(shè)計(jì)； 起跳高度： 沖擊能量： 前進(jìn)速度： 整機(jī)重量： 夯板尺寸：2. HCR80K型振動沖擊夯的主要結(jié)構(gòu)和工作原理2.1 HCR80K型振動沖擊夯的主要結(jié)構(gòu)HCR80K型振動沖擊夯由扶把、汽油機(jī) /電動機(jī)、離合器、箱體、大小齒輪、輪轂、連桿、桿芯、 小彈簧、運(yùn)動缸、內(nèi)缸體、防護(hù)罩、夯板等組成，如圖1所示。1ft654327*161.扶手2.電機(jī)3.聯(lián)軸器4.曲軸箱5.套12.導(dǎo)向鍵13.彈簧14.滑塊15.卡快圖1密封圈6.箱蓋7.大齒輪8.連桿9.活塞桿10.外缸體11.彈簧16.夯板17.防塵折

7、箱18.小齒輪19.活塞頭HCR80K型振動沖擊夯結(jié)構(gòu)示意圖2.2 HCR80K型振動沖擊夯的工作原理【2oHCR80K型振動沖擊夯的電動機(jī)或汽油機(jī)經(jīng)聯(lián)軸器和齒輪副帶動曲柄轉(zhuǎn)動時，曲柄連桿機(jī)構(gòu)帶動連 桿滑塊做上下往復(fù)運(yùn)動， 不斷壓縮和伸張彈簧， 釋放能量使夯機(jī)跳起，由于主機(jī)和夯板傾斜成一定角度， 夯機(jī)在起跳時自行向前移動，從而完成夯實(shí)和移動的工作 3. HCR80K型振動沖擊夯技術(shù)創(chuàng)新研究與改進(jìn)設(shè)計(jì) 3.1雙動力源可拆卸連接件結(jié)構(gòu)的研究與設(shè)計(jì)目前，單一動力源振動沖擊夯主要有電動機(jī)式和內(nèi)燃機(jī)式，電動機(jī)振動沖擊夯的聯(lián)軸器和曲軸箱輸入軸相配合，發(fā)動機(jī)振動沖擊夯的發(fā)動機(jī)通過離合器與曲軸箱輸入軸軸向連接

8、，這兩種連接都是固定的，無法更換動力源。為此， 設(shè)計(jì)一種可拆卸的動力源連接件，通過更換連接件，可以實(shí)現(xiàn)一機(jī)雙動力源的 裝配。3.1.1連接件的安裝和連接雙動力源連接件安裝如圖 2a所示。曲軸箱動力輸入軸 2通過軸承1安裝在夯機(jī)殼體上，動力輸入 軸1外端面設(shè)有螺栓孔，動力連接套 4在軸上向上通過螺栓 3與動力輸入軸1固定，同時動力連接套 4 內(nèi)段內(nèi)表面與動力輸入軸 1相配合，通過鍵5傳動，動力連接套4內(nèi)段外表面通過軸承 6安裝在夯機(jī)殼 體上。Sw1.軸承；2.曲軸箱輸入軸；3.螺栓；4.連接件；5.鍵；6軸承；7.鍵槽圖2a連接件的結(jié)構(gòu)和安裝示意圖2b所示。連接件的外端鍋型與內(nèi)燃機(jī)輸出裝置形成超

9、越離合器，實(shí)3.1.2內(nèi)燃機(jī)連接件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)內(nèi)燃機(jī)連接件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖現(xiàn)動力傳遞。圖2b內(nèi)燃機(jī)式連接件結(jié)構(gòu)圖3.1.3電動機(jī)連接件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)7,連接件外電動機(jī)連接件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖2c所示。連接件的外端內(nèi)套面上設(shè)有用于傳動的鍵槽端與電動機(jī)動力輸出軸相配合，通過鍵來實(shí)現(xiàn)動力傳遞。1圖2c電動機(jī)式連接件結(jié)構(gòu)圖U3.2扶手減振器結(jié)構(gòu)的研究與設(shè)計(jì)振動沖擊夯傳統(tǒng)扶手減振器的結(jié)構(gòu)如圖3所示。該結(jié)構(gòu)包括彼此平行，與機(jī)體固定連接的圓板型的內(nèi)側(cè)板1和與手把固定連接的圓板型的外側(cè)板2，以及設(shè)置在內(nèi)側(cè)板和外側(cè)板中間的橡膠圓柱體3組成。其中，橡膠柱外表面與外側(cè)板粘結(jié)，內(nèi)表面通過兩個螺栓4與內(nèi)側(cè)板連接，所以，工作時，橡膠

10、柱在減振的同時，受到內(nèi)外板之間的剪切力，會造成橡膠選擇較軟時容易損壞，選擇太硬時減振效果差的缺點(diǎn)3。因此，研究設(shè)計(jì)壓縮橡膠減振器能夠很好的解決以上問題。1.內(nèi)側(cè)板；2.外側(cè)板；3.橡膠；4.螺栓圖3傳統(tǒng)扶手減振器結(jié)構(gòu)示意圖3.2.1壓縮橡膠減振器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與減振原理壓縮橡膠減振器由外套筒 1、內(nèi)芯2和四個橡膠條3組成，如圖4所示，減振器的內(nèi)芯和夯機(jī)機(jī)體 通過螺栓固定，外套筒與扶手固定。工作時，內(nèi)芯和外套筒相對扭轉(zhuǎn)壓縮四個橡膠條，從而實(shí)現(xiàn)減振。 這樣的設(shè)計(jì)可以選擇較軟的橡膠，能夠提高減振效果，增加減振的使用壽命，但橡膠的參數(shù)選擇符合以下設(shè)計(jì)。31.外套筒；2內(nèi)芯；3.橡膠條 圖4壓縮橡膠減振器結(jié)

11、構(gòu)圖3.2.2壓縮橡膠減振器橡膠參數(shù)設(shè)計(jì)和材料選擇橡膠在沖擊夯工作時，受到很大的沖擊和變形，因此設(shè)計(jì)時應(yīng)充分考慮靜剛度和動剛度。靜剛度一般用結(jié)構(gòu)的在靜載荷作用下的變形多少來衡量，動剛度則是用結(jié)構(gòu)振動的頻率來衡量。橡膠件的靜剛度是非線性的，也就是在不同載荷下的靜剛度值是不一樣的，橡膠件的動剛度是隨頻率變化的，基本上是頻率越高動剛度越大，在低頻時變化較大，到高頻是曲線趨于平坦，另外動剛度與振動的幅值也有關(guān)系，同一 頻率下，振動幅值越大，動剛度越小。(1)動態(tài)、靜態(tài)剛度參數(shù)設(shè)計(jì)為了使手扶架工作平穩(wěn)，激振頻率與減振器自動頻率之比r應(yīng)滿足:fr =23 fu(1)式中:f -激振頻率fu-減振塊自振頻率

12、取r =3，激振頻率f =650r/min，求得自振頻率f0 =217r/min 。動態(tài)壓縮剛度Kd公式KF(rfu)2Kd =(2)式中:ngKd-每個減振塊動態(tài)壓縮剛度F -沖擊力n -減振塊數(shù)g -重力加速度取 F =1000N，求得 Kd=132 kg /cm靜態(tài)壓縮剛度Ks公式Kd式中：“動靜比取 6 =1.3，求得 Ks =101 k /cm(2)材料的選擇。根據(jù)設(shè)計(jì)的是橡膠塊壓縮變形減振，動靜剛度參數(shù)的設(shè)計(jì)，在性能上要求抗疲 勞性能好，參照現(xiàn)有產(chǎn)品可選用硬度為：HS4曠HS55度的橡膠材料。4.HCR80K型振動沖擊夯的技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)HCR80K型振動沖擊夯的研究與設(shè)計(jì)是在HCR80

13、型振動沖擊夯基礎(chǔ)上進(jìn)行技術(shù)性創(chuàng)新改進(jìn)設(shè)計(jì)，主要解決雙動力源連接和減振器了兩個技術(shù)性問題，配置了自主研發(fā)的電動機(jī)。4.1創(chuàng)新設(shè)計(jì)一種新型可拆裝雙動力源連接件該設(shè)計(jì)的連接件由軸承與夯機(jī)曲軸箱相配合， 軸向通過螺栓與曲軸箱輸入軸相固定， 通過選配連接 件可以實(shí)現(xiàn)夯機(jī)根據(jù)工況選用內(nèi)燃機(jī)或電動機(jī)作為動力源，解決了無電無法使用電動沖夯機(jī)， 無油料無法使用內(nèi)燃機(jī)沖擊夯的問題。4.2 創(chuàng)新設(shè)計(jì)一種新型的扶手減振器該設(shè)計(jì)的減振器由外套筒、內(nèi)芯和四個橡膠條組成，其中外套筒呈圓筒狀，內(nèi)芯截面為方形， 內(nèi)芯和套筒的縫隙中對稱放置四個橡膠條， 工作時， 由于內(nèi)心旋轉(zhuǎn)而壓縮橡膠條減振， 該結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使起減 振作用的橡膠受

14、力形式由剪切變?yōu)閴嚎s， 改善了受力方式， 進(jìn)而可以選用較軟的橡膠， 延長了橡膠減振 器的使用壽命，也提高了減振效果。4.3 配備自行研制的高效節(jié)能型電動機(jī)該設(shè)計(jì)的夯機(jī)配備自行研制的電動機(jī)， 該電機(jī)用由永磁體為銜接部件將異步啟動轉(zhuǎn)子與轉(zhuǎn)軸連接起來，先將瓦形永磁體粘貼在鋼軸上形成永磁轉(zhuǎn)子，然后將圓筒形一步啟動轉(zhuǎn)子緊密配合在永磁轉(zhuǎn)子上， 采用增加自動離合器無負(fù)載啟動，具有高效節(jié)能的特點(diǎn)。4.4 整體設(shè)計(jì)簡潔和符合人機(jī)科學(xué)該設(shè)計(jì)的夯機(jī)以世紀(jì)藍(lán)作為機(jī)身主色調(diào)， 并搭配其他顏色， 色調(diào)簡介和明快， 扶手根據(jù)人體功能學(xué) 改進(jìn)設(shè)計(jì)，整體顯得美觀大方，便于操作，提高了操作的舒適性和安全性5 。5 總結(jié)HCR80

15、K型振動沖擊夯的研究和設(shè)計(jì)，通過樣機(jī)的工業(yè)試驗(yàn)，該夯機(jī)每分鐘的沖擊次數(shù)偏差為1%起跳高度不低于設(shè)計(jì)值的 95%，對砂性土壤夯實(shí)八次后表層壓實(shí)度不小于 95%，夯實(shí)性能較好；夯機(jī)連 續(xù)工作 1.5h ，外表沒有松動、泄露現(xiàn)象，工作噪聲沒有異常，機(jī)體溫度和油溫正常；選裝電動機(jī)和內(nèi) 燃機(jī)連接方便快捷， 夯機(jī)扶手對操作人員的沖擊力明顯減小 6 。測試項(xiàng)目結(jié)果證明均達(dá)到了設(shè)計(jì)的技術(shù) 指標(biāo)，并具有設(shè)計(jì)先進(jìn)、結(jié)構(gòu)合理、夯實(shí)力大、適用范圍廣、操作簡單、使用安全、新穎美觀等特點(diǎn)。參考文獻(xiàn)1234506)6孟憲熙，李邵崗 .振動沖擊夯研究現(xiàn)狀及對策分析 陳凱，林麗 . 我國振動沖擊夯工作機(jī)理分析研究情況綜述 郁錄平，惠輝，高彥軍 . 振動平板夯橡膠減振安裝角度分析 秦洪艷，張紅，侯之超 .圓柱形橡膠墊剛度經(jīng)驗(yàn)公式的研究2004, (12): 1720.1996, (02): 3233.2005, ( 07): 77-80.J. 北京建筑工程學(xué)報(bào)，J. 建筑機(jī)械，J. 建筑機(jī)械，J. 濰坊學(xué)院學(xué)報(bào)， 2006,(03): 6-9。趙麗娟，徐濤，劉杰.基于 ADAMS/Vibr