CN101491886A - 带有稳定器的骑乘式混凝土镘刀 - Google Patents

Abstract

在一种骑乘式混凝土精修整镘刀中，稳定器可操作地设置在框架与齿轮箱或联接至齿轮箱的结构之间。已发现这种稳定器可超出预期地减小镘刀上的转子组件的震动效应，甚至还可改进驾驶响应度。在一实施例中，稳定器采取位于框架和斜度控制柱之间的气弹簧的形式。较佳的是，该气弹簧设置成相对较靠近斜度控制柱的顶部，从而利用该位置和齿轮箱之间的间隔所提供的机械优点。

Description

带有稳定器的骑乘式混凝土镘刀

相关申请的交叉引用

本申请在35 U.S.C.§119(e)下要求2008年1月18日提交的、名称为“RIDING CONCRETE TROWEL WITH STABILIZERS(带有稳定器的骑乘式混凝土镘刀)”的美国临时专利申请第61/022,050号的优先权，在此以参见的方式引入该专利申请的全文。

技术领域

本发明总的涉及混凝土精修整镘刀，更具体地说，涉及带有稳定器的、在使用过程中支承操作者的精修整镘刀即骑乘式镘刀，该稳定器用于减缓镘刀工作时的震动效应。

背景技术

有各种机器可用来抹平或其它方式精修整湿的混凝土。这些机器的范围从简单的手工镘刀到后走式镘刀直到自推进的骑乘式镘刀。这些镘刀不管操作模式如何，动力镘刀一般地包括一个到三个转子，这些转子相对于混凝土表面转动。骑乘式混凝土精修整镘刀可比手工推进或导向手持的或后走式精修整镘刀更加快速和有效地精修整大面积的混凝土。本发明涉及骑乘式精修整镘刀。

更具体地说，本发明涉及诸如骑乘式镘刀的混凝土精修整镘刀，其具有可倾斜以便驾驶操作的转子组件。这种类型的骑乘式混凝土精修整镘刀通常包括框架，该框架具有一般包围两个和有时三个或更多个转子组件的罩子。每个转子组件包括从动轴和多个安装在从动轴底端上且从底端径向地向外延伸的镘刀叶片。转子组件的从动轴由一个或多个发动机驱动，发动机安装在框架上并通常通过相应转子组件的齿轮箱连接到从动轴上。

包括操作者在内的精修整镘刀的重量通过转动叶片以摩擦方式传递到混凝土表面，由此抹平混凝土表面。个别叶片相对于从动轴的斜度可在使用机器过程中通过操作杠杆和/或连杆系统进行改变。如此结构允许操作者在动力镘刀操作过程中调整叶片的斜度，通常通过操作一安装在斜度控制器上且连接至转子组件的曲柄来调整叶片的斜度。如同通常理解的那样，叶片斜度的调整改变施加到正由机器进行精修整的表面上的压力。该叶片斜度的调整允许调整机器的精修整特性。例如，在一理想的精修整操作中，操作者首先实施一初始的“浮动”操作，其中，叶片以低速(约30转/分的量级)但大转矩的方式操作。然后，允许混凝土固化15分钟到半小时，而机器逐步地提速并逐步地提高叶片斜度达到最好约在150转/分以上到约200转/分的最高可能速度下进行精修整或“发热”操作的特性。

骑乘式镘刀的转子组件还可相对于垂线倾斜以便驾驶。通过使转子组件倾斜，操作者可利用由混凝土表面施加在叶片上的摩擦力来推进车辆。通常，车辆将沿着垂直于从动轴倾斜方向的方向移动。具体地说，左右地和前后地倾斜转子组件可分别沿着前/后方向和左/右方向驾驶车辆。通常还应理解，在骑乘式镘刀具有两个转子组件的情况下，两个转子组件的从动轴应都可左右倾斜以便前/后驾驶控制，而只有一个转子组件的从动轴需要前后倾斜以便左/右驾驶控制。

所有骑乘式精修整镘刀或多或少遇到的一个问题是：不希望有由于转动的叶片与被精修整的表面之间的滑动接触而引起的震动。这些震动的起因尚未被完全理解。也没有完全理解为何一些尺寸或牌子的机器比其它尺寸或牌子的机器更易有这些震动，或者为何一些消减技术比其它消减技术更有效。然而通常已知的是，这些震动的至少一个主要影响因素是所谓的“粘滑震动”，有时也称为“颤动”。粘滑震动的特点在于运动周期的锯齿波，且在处于干润滑或边界润滑的滑动接触中的缓慢运动本体之间会引起和有时会发生粘滑震动。当运动本体具有较大接触表面时、尤其是当本体转动时，粘滑现象很复杂，因为表面中一点处的切向速度会根据离开转动轴线的径向距离而改变。表面上垂直负载的分布也会改变转动本体上系统尾波的多点负载模式。颤动趋于随着摩擦系数而增大且随着接触压力而减小。

一般来说，诸如48英寸镘刀的中型镘刀、即精修整幅度约为48英寸量级的镘刀会比36英寸镘刀和60英寸镘刀更易颤动。当采用钢叶片而不是复合材料叶片且叶片斜度设为相对较平、在0-5°的量级时，颤动趋于最明显。当固化混凝土的摩擦系数为最大值时，即在混凝土部分地固化但仍然具有一定粘性时，颤动也较为明显。此外，在任何给定的镘刀设计中，震动趋于预期在多个转子组件转速处发生，但可在周期与周期之间重复。例如，当48英寸镘刀从0转/分加速到150转/分时，对于给定的叶片斜度、在具有给定摩擦系数的表面上，它会在60、100和125转/分时经受颤动。这些震动在一些机器中可变得如此严重以致于整个机器上下和左右弹跳，从而导致操作者的显著不适，并在一些情况下导致震动叶片对于混凝土的损伤。根据镘刀的构造和尺寸，这些震动会导致斜度控制柱的顶部振动2英寸或更多。通过增大叶片斜度以增大压力可减小这些效应，但是在相对较软的混凝土或具有内嵌纤维的混凝土上这并不是一个很好的选择，因为大斜度的叶片会切割或磨坏混凝土。

在任何机械系统中，通过增大系统的刚度(因此增大其弹簧常数)或对系统施加阻尼可减小震动。先前试图减小颤动的尝试主要集中在增大系统的刚度上。例如，惠特曼(Whitemen)在其精修整机器中大概通过使其框架和其它镘刀部件的刚度最大化来减小颤动，用其斜度控制柱的振动来测量可将其减少至约1.5英寸。然而这些措施导致重量增大和成本增加，且要基本上重新设计其它镘刀。还已引入由复合塑料制成的叶片，这种叶片在减小颤动方面是十分有效的，因为它们比传统的钢叶片具有小得多的弹簧常数和较小的摩擦系数。然而这些叶片比钢叶片要贵得多，且已遇到有限的行业接受性。

因此，需要一种骑乘式混凝土精修整镘刀，该镘刀在操作过程中可比传统的骑乘式混凝土精修整镘刀经受较小的震动。

还需要提供一种用于骑乘式混凝土精修整镘刀的稳定系统，该稳定系统是非插入式的，并且构造和安装起来简单低廉。

发明内容

本发明提供一种动力混凝土精修整镘刀，其可克服上述缺点中的一个或多个缺点。根据本发明的第一方面，稳定器可操作地设置在框架与齿轮箱或联接至齿轮箱的结构之间。已发现这种稳定器可超出预期地减小镘刀上的转子震动效应，甚至还可改进驾驶响应度。在一实施例中，稳定器采取阻尼器的形式，较佳地是位于框架和斜度控制柱之间的气弹簧。较佳的是，该气弹簧设置成相对较靠近斜度控制柱的顶部，从而利用该位置和齿轮箱之间的间隔所提供的机械优点。

根据本发明的另一方面，提供一种方法，该方法包括减小从骑乘式镘刀的齿轮箱到镘刀的框架的震动传递。这种阻尼较佳地通过使用气弹簧来实现，还可改进驾驶响应度。

从具体实施方式和附图中，本发明的这些和其它的方面、优点和特征对于熟悉本领域的技术人员来说将会变得显而易见。然而应该理解，具体实施方式和附图尽管示出了本发明的较佳实施例，但是示例性的而不是限制性的。在不脱离本发明精神实质的前提下，可在本发明的范围内作出许多改变和修改。因此揭示了本发明包括所有这些修改。

附图说明

在附图中示出了本发明的较佳示例性实施例，其中相同的附图标记表示相同的部件，在附图中：

图1是根据本发明的、装备有稳定器的骑乘式动力混凝土精修整镘刀的前视图；

图2是大体沿着图1中线2-2所取的、图1所示的动力镘刀的侧剖图；

图3是包括各稳定器中的一个稳定器的、图1和2的骑乘式镘刀的一部分的局部俯视图；

图4是包括各稳定器中的一个稳定器的、图1和2的骑乘式镘刀的一部分的局部侧视图；

图5是镘刀的各稳定器中的一个稳定器的分解立体图；以及

图6是根据本发明的装备有稳定器的混凝土精修整镘刀与没有稳定器的镘刀的比较曲线图。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的、装备有稳定器100的自推进骑乘式混凝土精修整镘刀20。镘刀20包括驾驶系统22，该驾驶系统22通过使机器20的转子组件24、26的从动轴倾斜来驾驶机器20，而无需机器操作者疲劳地施加致动力。驾驶系统22包括一个、较佳地两个控制臂或手柄28、30，这些手柄延伸超过镘刀20的盖子或罩子32。手柄28、30相对于镘刀20定向成可由位于座位34中的操作者来操纵。

手柄28、30可操作地联接至转子组件24、26，以使操纵手柄28、30就可分别操纵转子组件24、26相对于镘刀20的框架36的位置。在其中通过使至少一个转子组件的齿轮箱围绕两根轴线枢转可侧向驾驶机器的通常情况下，手柄28、30中的至少一个手柄构造成可沿着前后方向和左右方向移动。尽管如同通常应理解的那样显示成骑乘式或骑跨式镘刀，但是应该意识到，本发明可应用于可通过使一个或多个转子组件相对于镘刀的框架倾斜来驾驶的任何动力混凝土精修整镘刀。可以设想，也可以这种方式或类似方式来驾驶后走式镘刀。

仍然参见图1和2，混凝土精修整镘刀20还包括刚性金属框架36，该框架36包括安装在框架36上的上部盖板38、在盖板38上方延伸的操作平台或基座40。镘刀20还包括右转子组件24和左转子组件26，右转子组件24和左转子组件26分别从盖板38向下延伸，并将精修整机器20支承在被精修整的表面上。转子组件24和26分别朝向操作者转动或分别逆时针和顺时针转动，以实施精修整操作。罩子32定位在机器20的外周界处，并从框架36向下延伸到被精修整的表面附近。基座40大致纵向地定位在机器后部的盖板38的中心上并支承操作者的座位34。油箱44设置成邻近于基座40的左侧，水阻滞剂箱46设置在基座40的右侧。提升罩子组件48附连到基座40和座位34下方的盖板38的上表面上。

参照图1和2，每个转子组件24、26包括齿轮箱58、从齿轮箱向下延伸的从动轴60、以及多个圆周向间距的叶片62，这些叶片通过径向支承臂64支承在从动轴60上，并从从动轴60的底端径向地向外延伸以便搁置在混凝土表面上。每个齿轮箱58安装在盖板38的底面上，以便可相对于盖板38和框架36倾斜以驾驶机器，这将在下文进行详细描述。

右转子组件24和左转子组件26中的每一个的叶片62的斜度可用专用的叶片斜度调整组件70个别地进行调整。每个叶片斜度调整组件70包括大致垂直的柱72和安装在柱72顶上的曲柄74，坐在座位34内的操作者可转动该曲柄74来变化镘刀叶片62的斜度。在典型结构中，止推轴环76与轭78协配，可移动该轭而迫使止推轴环进入某一位置，在该位置围绕一垂直于从动轴60的轴线延伸的轴线枢转镘刀叶片62。张拉缆索80从曲柄74起通过柱72延伸到轭78以使轭78与曲柄74互连。转动曲柄74可调整轭的角度以上下移动止推轴环76，由此提供镘刀叶片斜度调整的所想要度数。叶片62的斜度常随所要精修整材料固化得并被叶片加工得更加坚固而变化。对于本发明的目的重要的是，每个斜度柱72安装在相关联齿轮箱58的枢转板59的顶上，如此刚性地联接至齿轮箱。因此，斜度柱经受与齿轮箱相同的震动。相反的是，任何阻尼斜度柱震动的结构也可阻尼齿轮箱的震动。

两个转子组件24和26以及精修整镘刀20的其它动力部件被动力源所驱动，该动力源诸如安装在操作者座位34下方的内燃机42。内燃机42的尺寸将随机器20的尺寸和由内燃机提供动力的转子组件的数量而变化。所示的两转子48英寸机器通常采用约35马力的内燃机。转子组件24和26连接至内燃机42，且可倾斜以便通过驾驶系统22进行驾驶。

对于这种类型的骑乘式混凝土精修整镘刀通常的是，通过倾斜转子组件24和26中的每一个的一部分或全部来驾驶机器20，以使叶片62的转动产生推进机器20的水平力。驾驶方向通常垂直于转子组件倾斜方向。因此，左右地和前后地倾斜转子组件可导致车辆20分别沿着前/后方向和左/右方向移动。实现驾驶控制所需倾斜的最迅速方法是倾斜全部的转子组件24和26，包括齿轮箱58在内。因此，以下的讨论将描述一其中全部齿轮箱58都倾斜的较佳实施例。应该理解，本发明同样适用于为了驾驶控制也需要倾斜转子组件24和26其它部件的系统。

更具体地说，通过侧向倾斜齿轮箱58以增加每个转子组件24、26内叶片上的压力来驾驶机器20向前移动，并通过侧向倾斜齿轮箱58以增加每个转子组件24、26外叶片上的压力来驾驶机器20向后移动。横爬或左右地驾驶只需要倾斜一个齿轮箱(在所示实施例中，右转子组件24的齿轮箱)，向前倾斜右转子组件24可增加转子组件24前叶片上的压力，从而驾驶机器20到右边。类似地，向后倾斜右转子组件24可增加转子组件24后叶片上的压力，从而驾驶机器20到左边。

驾驶系统22响应于操作者对手柄28、30的操纵，倾斜右转子组件24和左转子组件26的齿轮箱58。参见图1，从位于座位34中的操作者的角度来看，驾驶系统22总的包括右转子驾驶传动杆82和左转子驾驶传动杆84。除了右驾驶传动杆还包括能左/右驾驶的部件之外，右转子驾驶传动杆82和左转子驾驶传动杆84是彼此大体镜像对称的。合适的驾驶传动杆是本身周知的，这里将不再描述。对于合适驾驶传动杆和相关部件的较佳实施例的结构和操作有兴趣的读者可参见共同待审查和一同转让的美国专利申请第11/782,844号，在此以参见的方式引入该专利申请的全文。

根据本发明的一较佳实施例，稳定器100可操作地设置在框架36与齿轮箱58中的每一个之间。每个稳定器100可采取安装在各个位置的各种形式。例如，可以设想将其安装在框架36下方和直接连接至齿轮箱58。然而已经发现，将稳定器100连接至斜度控制柱72可形成增强阻尼效应的机械优点。要使这种机械优点最大化，就建议将稳定器100尽可能靠近斜度控制柱72的顶部73而连接至斜度控制柱72。然而已经发现，稳定器100在安装在水平面中或靠近水平面时是最有效的。这样，每个稳定器100实际上安装成尽可能靠近框架36的基座40的上端，且连接至相关联的斜度控制柱72。该位置是在斜度控制柱的顶部下方大约7英寸处，且在齿轮箱枢转点上方大约18.75英寸处。

每个稳定器100可包括任何可压缩或延伸以抵抗相关联斜度控制柱的左右移动的装置。各种结构可适用于此目的。例如，每个稳定器100可采取一种或多种液压减震器和/或一种或多种弹性缓冲器。减震器或阻尼器已被发现最有作用。然而在所示的较佳实施例中，每个稳定器采取所谓的“气弹簧”的形式。如同通常已知的那样，气弹簧是一种活塞和气缸的装置，其中气缸充有通常为氮气的加压气体，该加压气体加压至1500-2500psi的压力。气体将活塞偏置成向外远离气缸，但允许活塞在施加给定大小的力时强制进入气缸。一旦释放该力，增大的压力就使活塞返回至其中性位置。可从包括AVM工业有限公司在内的多个供应商获得合适的气弹簧。

在该实施例中，稳定器100彼此相同，且以镜像方式安装在框架36的基座40上。现在将参见图3-5来描述右稳定器，应该理解，这些描述同样适用于左稳定器。

右稳定器100包括上述类型的气弹簧。它包括充气的气缸102和从气缸102延伸出来的活塞杆104。活塞杆104和气缸102中的一个安装至框架36，另一个安装至斜度控制柱72。在所示的实施例中，气缸102安装在框架36上，活塞杆104在斜度控制柱的顶部下方大约7英寸且齿轮箱枢转点上方大约18.75英寸的位置安装在斜度控制柱72上。较佳的是，每个稳定器100定向成使活塞杆104安装至框架36而气缸102安装至斜度控制柱72。更佳的是，每个稳定器100的活塞杆104相对于气缸向下倾斜地定向，以确保活塞杆和气缸密封件的润滑。

返回参见图3-5，气弹簧100在所示的状态中时是大约12英寸长，当斜度控制柱72不经受震动但气弹簧100稍稍压缩以抵抗斜度控制柱72上的偏置力时就是这种情况。活塞气缸102和活塞杆104各具有联接至相应球接头106、108的自由端。活塞杆104上的球接头108固定至拧入托架112中的螺纹孔114的螺栓110，该托架112焊接或以其它方式固定至斜度控制柱72的内侧。气缸102上的球接头106固定至螺栓116，该螺栓116突出穿过框架36中的孔118且用螺母120固定至框架36。

在操作中，已经发现气弹簧100可超出预期地减小框架36的震动和向框架36的震动传递。发明人基于其对骑乘式混凝土精修整镘刀的了解和其对粘滑现象的研究，通过以所示方式安装气弹簧100将预期的震动(通过测量斜度控制柱72的上端73的振动)减小不超过50％。试验显示，在以大约3°的叶片斜度工作的威克公司(Wacker Corporation)的48英寸镘刀中，震动可观地减小50％以上甚至75％以上。实际上，斜度控制柱72的顶部73在装有稳定器100时振动小于1/8英寸，在没有稳定器时振动约为1英寸。在镘刀20的整个叶片斜度和转子转速内都可观察到可观的改进。这种减震比在安装稳定器100之前预期的还要好得多。预想不到的改进程度的部分解释可能是：转子组件24和26大小相等方向相反地振动，从而在颤动过程中增大了机器中震动的激烈性。然而稳定器100的阻力也是大小相等方向相反，所以阻尼效应也可累积。可从表1和图6所述的比较数据中更好地理解稳定器的较佳实施例的优点。

表1：叶片颤动比较

	没有稳定器的威克48英寸镘刀	带有稳定器的威克48英寸镘刀	惠特曼48英寸镘刀
				叶片斜度(度)	位移(英寸)	位移(英寸)	位移(英寸)
0	2.03	0.07	1.22
				0.5	0.99	0.12	1.26
1.4	0.60	0.32	1.27
				2.2	1.17	0.41	1.03
2.9	1.28	0.43	1.58
				3.6	0.87	0.06	1.30
4.1	0.22	0.00	0.08
				4.6	0.10	0.00	0.00

如同可从表1以及图6中曲线150与曲线152和154的比较中看到的那样，在测量斜度控制柱位移时，带有稳定器100的威克48英寸镘刀在斜度控制柱位移的整个范围内比没有稳定器100的相同威克48英寸镘刀(参见曲线152)和由惠特曼公司——MQ(Multiquip)公司的子公司制造的商用48英寸镘刀(参见曲线154)可显著减小颤动。例如，在0度的叶片斜度处，将稳定器100结合入威克48英寸镘刀可将颤动从2.03英寸减小到0.07英寸，减小了97％。这种减小的量级是完全意料不到的。除了在1.4度的叶片斜度处可能异常地“仅仅”减小47％之外，在所有其它叶片斜度处都观察到75-100％量级的可观的显著减小。这些观察结果使发明人得出以下结论：将上述类型的稳定器结合入骑乘式镘刀在叶片斜度的整个范围内平均地将颤动减小至少50％、更典型地至少60％、再典型地至少75％或更高。

还已发现，稳定器100显著改进了系统的驾驶响应度。也就是说，机器20可对于非常小的驾驶操纵杆行程进行加速或转向，而无需操作者在机器20响应之前将驾驶控制杆28和30移动经过一空动行程。尽管还没有完全理解该增大响应度的原因，但是已知的是，气弹簧100将齿轮箱58偏置成向外倾斜，从而趋于将机器20偏置成向后移动。尽管该偏置效应与由共同待审查的美国专利申请第11/782,844号中披露的扭杆所施加的偏置效应相比相对较小，但是它总是施加偏置效应，而不是仅仅在机器20的前向驾驶过程中施加偏置效应，从而可吸收由各个枢转传动杆在驾驶传动杆82和84中产生的累积柔度。结果，驾驶传动杆82和84可对驾驶操纵杆的操作立即作出响应。

应该意识到，可在不脱离本发明精神实质的前提下对本发明作出许多改变和修改。以上讨论了这些改变中的一些改变，诸如可应用到具有不是两转子的骑乘式混凝土精修整镘刀和甚至是其它自推进动力精修整镘刀。其它改变将从所附的权利要求书中变得显而易见。可以设想，所有这些改变和/或修改都包括在所附的权利要求书中。

Claims (14)

1.一种骑乘式动力镘刀，包括：

框架；

支承在所述框架上的操作台；

至少一个转子组件，所述转子组件包括可转动的轴和多个叶片，所述转子组件可倾斜以驾驶所述动力镘刀；以及

稳定器，所述稳定器可操作地联接至所述转子组件和所述框架，且可操作地阻尼从所述转子组件到所述框架的震动传递。

2.如权利要求1所述的镘刀，其特征在于，所述转子组件包括可倾斜的齿轮箱，所述齿轮箱具有联接至所述转子组件的从动轴的输出轴，并且，所述稳定器可操作地联接至所述齿轮箱。

3.如权利要求2所述的镘刀，其特征在于，还包括叶片斜度控制柱，所述叶片斜度控制柱安装在所述齿轮箱上且向上延伸穿过所述框架，并且，所述稳定器连接至所述叶片斜度控制柱。

4.如权利要求1所述的镘刀，其特征在于，所述镘刀包括两个位于所述镘刀的相反两侧上的对转式转子组件，并且，每个转子设有单独的稳定器。

5.如权利要求1所述的镘刀，其特征在于，所述稳定器包括气弹簧。

6.如权利要求1所述的镘刀，其特征在于，所述稳定器在叶片倾斜角度的整个范围内平均地将系统中的震动减小至少50％。

7.如权利要求6所述的镘刀，其特征在于，所述稳定器在叶片倾斜角度的整个范围内平均地将系统中的震动减小至少60％。

8.如权利要求7所述的镘刀，其特征在于，所述稳定器在叶片倾斜角度的整个范围内平均地将系统中的震动减小至少75％。

9.一种方法，包括：

使用位于骑乘式混凝土镘刀的框架和转子组件之间的稳定器，来阻尼从所述转子组件到所述框架的震动传递。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述稳定器包括气弹簧。

11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述稳定器在其一端联接至可倾斜齿轮箱，所述齿轮箱具有连接至所述转子组件的从动轴的输出轴，所述稳定器在其另一端联接至叶片斜度控制柱，所述叶片斜度控制柱安装在所述齿轮箱上且向上延伸穿过所述框架。

12.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述稳定器在叶片倾斜角度的整个范围内平均地将系统中的震动减小至少50％。

13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述稳定器在叶片倾斜角度的整个范围内平均地将系统中的震动减小至少60％。

14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述稳定器在叶片倾斜角度的整个范围内平均地将系统中的震动减小至少75％。

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