CN101864723B - 共振破碎机 - Google Patents

Abstract

一种共振破碎机，其包含操控系统、降温压尘系统、液压系统、振动破碎系统、车辆系统和动力系统，该振动破碎系统由升降系统、横移系统、减震系统、激振系统、安装系统和传动系统组成；激振系统由激振箱、偏心块和破碎锤头组成，其中激振箱内安装有振动轴承、振动轴、齿轮、润滑油，并设置了水冷通道；多个偏心块采取交错布置方式外挂在激振箱外；破碎锤头通过螺栓联接在激振箱下部。

Description

共振破碎机

技术领域

本发明涉及公路工程机械，筑路机械及路面养护机械的技术领域，尤其涉及一种用于公路、机场等混凝土路面的破碎施工作业的共振破碎机。

背景技术

我国及世界各地有大量的旧混凝土路面需要翻修改造。世界各地都进行了不同程度的工程实践，各种工艺、方法，都有试用，但始终没有找到一种理想的办法，能满足高效率、低造价与长寿命的要求。

早期的混凝土路面改造工程主要是对旧面面层做一些拉毛处理后，直接加铺一层新的混凝土或加铺沥青混凝土(白改黑)。然而由于旧水泥面板的预留接缝、裂缝、坑洞、脱边、板底空洞造成的不稳定性等缺陷的存在，使得改造后的路面整体强度大打折扣。新旧面层在车辆载荷连续不断的冲击下，旧面板缺陷处的承载力会突然降低，造成应力集中而反射到上面，使加铺的新面板出现载荷型反射裂缝；同时由于温度变化，造成两层材料的胀缩效应出现差异，温度应力在下层裂缝处得不到连续，使得上层产生应力集中，造成温度胀缩型反射裂缝。

为彻底解决旧面板对新加铺层的致命影响，只有将原有的旧水泥面板彻底均匀打碎，完全消除原有路面存在的缺陷，释放面板下空洞的隐患，将打碎的混凝土碾压后直接作为基层或底基层，再加铺新的面层(水泥或沥青混凝土)，才是旧水泥路面翻修改造的最理想方法。它不但解决了旧面改造的质量问题，而且大大降低了工程的总费用，节约了路基材料，同时也解决了丢弃水泥碎块垃圾的环保问题。

为将水泥面板打碎，人们制造出了各种机器设备。早期是利用装在挖掘机臂架上的液压破碎镐进行破碎，而这种方式的施工速度和质量都较低，难以适应工程应用的要求。后来，人们采用了了大型落锤式破碎机，这种破碎机将锤头做成铲刃或窄条板状，通过提升锤头并落下来对水泥块进行破碎，这种大型设备通常采用的是重达5-8吨的重锤，提起的高度达到2米多高，锤头对路面的击打能力很大，可将厚厚的水泥面板一次击开，但它同样存在施工效率低及碎块不均匀的问题。而现在通常采用的大型多锤头式破碎机和冲击式压实破碎机，虽然施工效率较高，可进行大面积的施工，但它的破碎质量和施工质量仍有待提高，首先在施工质量方面，由于多锤冲击式的落锤和多棱冲击碾具有很大的质量，对路面的冲击力非常大，直接破坏了原有路基平整度和密实度的均匀性。如路基下有管线等设施，也会对其造成破坏性的影响；产生的振动冲击波很大，一般施工点周围20米内不能有振动敏感型建筑物；另外施工噪音非常高，不但工人劳动强度大，而且形成噪音污染；其次在破碎质量方面，这些机械一般靠重力砸击路面，很难一次将水泥面板打碎，虽然可反复工作或利用大吨位振动式压路机配合进一步碾碎，但还是难以将水泥面板击碎到均匀的理想尺寸，并存在埋在下面的较大未碎块头难以处理等难题。实践证明，破碎后的碎块尺寸越大、越不均匀，对新加铺层的影响就越大，即越容易引起反射裂缝；破碎后的碎块尺寸越小，越均匀，引起反射裂缝的几率就越小，但其对路面的支撑强度也会变小，使作为基层使用的破碎压实层的结构失效概率增大。经研究，旧混凝土面破碎后的碎块尺寸在5-20厘米之间时，可取得较为理想的效果。重锤冲击式破碎方法难以将旧面板打碎到这样的尺寸范围内。如果旧面板是钢筋混凝土结构，破碎后应使钢筋与混凝土碎块彻底脱离，以免钢筋联带的一串碎块对新面层的反射影响。而重锤冲击式破碎方法在实践中是难以使钢筋与混凝土脱离的。所以，大型多锤头式破碎机和冲击式压实破碎机所代表的重锤冲击式破碎工艺，存在着难以克服的致命缺陷。

以上设备是目前混凝土破碎施工的主要设备，均具有噪音污染大，作业时扬尘大，混凝土破碎后尺寸不均匀，易形成反射裂纹，不易于再生利用，而且效率低下。

鉴于此，中铁科工集团有限公司历时数年，通过大量的试验，研制出了混凝土路面共振破碎机。它的出现，使混凝土路面破碎改造工艺实现了新的突破。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种共振破碎机，其能使混凝土破碎施工具有高效率，低噪音，并且能使混凝土碎块达到尺寸均匀、厚度合理、不易产生反射裂纹的较理想状态。

为实现上述目的，本发明公开了一种共振破碎机，其包含操控系统、降温压尘系统、液压系统、振动破碎系统、车辆系统和动力系统，其特征在于：

该振动破碎系统由升降系统、横移系统、减震系统、激振系统、安装系统和传动系统组成；激振系统由激振箱、偏心块和破碎锤头组成，其中激振箱内安装有振动轴承、振动轴、齿轮、润滑油，并设置了水冷通道；多个偏心块采取交错布置方式外挂在激振箱外；破碎锤头通过螺栓联接在激振箱下部。

其中，升降系统位于两侧，每侧的升降系统都由限位挡块、带头部缓冲垫的升降油缸、升降导向座、升降导轨和升降板组成，限位挡块位于升降板的上部，升降油缸的底部连接于安装系统的安装板，顶部与限位挡块抵靠，该安装系统的安装板固定连接至车体，安装板上安装有升降导向座。

其中，横移系统由横移导轨、横移导向座和横移油缸组成，横移导轨位于横移导向座内，横移导轨和横移导向座均平行于路面，横移油缸一端固定于减震系统的减震框架上，一端连接于横向导轨上，而横向导轨连接于升降板上。

其中，减震系统由活动的配重块、剪切式橡胶减震器和减震框架组成，该配重块位于减震框架的上部，减震框架位于激振系统的两侧，多个橡胶减震器一端连接减震框架，另一端连接激振系统的激振箱。

其中，传动系统为万向节传动式传动系统，由液压马达、马达安装座、马达安装轴承和万向联轴节组成，液压马达通过马达安装轴承和马达安装座安装在减震框架上，马达输出轴连接至万向联轴节，万向联轴节的另一端连接至激振器的偏心轴。

其中，传动系统为马达直连式传动系统，由抗震马达、马达安装座两部分组成，抗震马达的输出轴直接连接至激振器的偏心轴。

其中，该降温压尘系统主要由水箱、水泵、压力表、安全阀、降温水道和压尘喷头组成，水泵放置在水箱的上方，压力表和安全阀位于水泵的出水口，该降温水道位于水泵和压尘喷头之间且环绕在振动箱以及振动箱轴承周围。

其中，动力系统包括安装在车架上的一台柴油发动机。

通过上述结构，本发明能实现以下效果：采用了激振器及其传动方式，激振器由振动箱和锤头组成，激振传动系统有万向轴连接式和直联式两种结构型式；配备有激振器横移机构，激振器横移系统可使激振器横向移动，使得破碎机能在一定工作宽度内持续作业，解决了常规破碎机作业范围过于局限的缺点；采用了独特的剪切式橡胶减振系统，减振系统采用独创的剪切式橡胶减振器，具有减震效果好，安全可靠，使用寿命长等特点；采用水冷式降温压尘系统，能有效地给激振器轴承降温并在激振器作业位置形成水雾，迅速有效降低作业环境尘土污染。

本发明将通过下面的具体实施方式并结合附图进行进一步的详细描述：

附图说明

图1为本发明的共振破碎机的总体结构示意图；

图2为本发明的降温压尘系统示意图；

图3A为本发明的振动破碎系统的主视图；

图3B为本发明的振动破碎系统的俯视图；

图4为本发明的万向节传动系统的示意图；

图5为本发明的马达直连传动系统的示意图。

具体实施方式

参见图1所示，显示了本发明的共振破碎机的总体结构示意图，该共振破碎机主要由操控系统1，降温压尘系统2，液压系统3，振动破碎系统4，车辆系统5，动力系统6等部分组成。

首先介绍操控系统1，该操控系统1主要由驾驶室、电器柜、转向器和控制手柄等组件组成，该操控系统1主要控制车辆前进、后退、转向、走行速度、激振器升降、横移、振动启停、振动频率调节等具体操控。

再看降温压尘系统2，其具体结构如图2所示，该降温压尘系统2主要由水箱21，水泵22，压力表23，安全阀24，降温水道25，压尘喷头26等几部分组成，水泵22放置在水箱21的上方，压力表23位于水泵的出水口，用于监控水泵22的出水压力，安全阀23则在水泵的出水口提供安全泄压功能，当水泵22的出水压力过大时，可能导致水泵损坏，则通过安全阀23将水返还水箱21，该降温水道25位于水泵22和压尘喷头26之间，且环绕在振动箱以及振动箱轴承周围，也可根据需要环绕在需要冷却的元件和装置周围，由此，贮存在水箱21中的水由水泵22抽出，流经环绕在振动箱轴承座周围的水道25给振动轴承及箱体降温，实现了该系统的降温功能；然后通过环绕在锤头四周的压尘喷头26喷出，由此在锤头的周围形成一圈水幕墙压尘，从而在锤头进行破碎的时候，能将破碎产生的尘土压制在水幕墙内，从而实现压尘的功能。

而液压系统3主要可由静液压传动车辆走行系统、转向系统，激振器振动系统、升降及横移系统，液压油及润滑油散热系统等部分组成，由液压泵驱动马达、油缸等执行元件，完成车辆走行、转向，激振器振动、对位，液压油、润滑油散热等工作，由于这些诸如液压泵、马达等均为现有技术中的常用系统和设计，在此不再进行详细描述。

参见图3A和图3B所示，本发明的振动破碎系统4位于车辆的底部，且主要由升降系统31、横移系统32、减震系统33、激振系统34、安装系统35、传动系统36等几部分组成。

升降系统31位于两侧(参见图3A和图3B)，每侧的升降系统31都由限位挡块311，带头部缓冲垫的升降油缸312、升降导向座313、升降导轨314、升降板315及联接螺栓等几部分组成。限位挡块311位于升降板315的上部，升降油缸312的底部连接于安装系统35的安装板，顶部与限位挡块311抵靠，该安装系统35的安装板固定连接至车体，安装板上安装有升降导向座313，升降导向座313从两侧伸出，提供激振器的上下滑动导向，工作时升降油缸312完全缩回，激振器自由落至路面，呈浮动状态，在前进过程中可随路面不平自行调整，保证锤头始终与路面贴合，均匀地进行破碎。非工作状态下油缸伸出顶起激振器，使锤头离开路面，便于整机快速转移。导向座313及导轨314均垂直于路面，且两者相互配合，以保证激振器始终垂直于路面振动，并有较高的使用寿命。

横移系统32(参见图3A和图3B)主要由横移导轨321、横移导向座322、横移油缸323及联接螺栓等几部分组成，横移导轨321位于横移导向座322内，横移导轨321和横移导向座322均平行于路面，横移油缸323一端固定于减震系统33的减震框架333上，一端连接于横向导轨321上，而横向导轨连接于升降板315上。在非工作状态下横移油缸323处于中位，工作时伸缩横移油缸，则横移导轨321在横移导向座322内伸缩，由此，使得减震框架333相对升降板315左右移动，从而可左右调整激振器位置，激振器极限位置可调整至车体最外侧，保证施工时不受路沿等障碍物限制，施工不留盲区。

减震系统33(参见图3A和图3B)，减震系统主要由活动的配重块331、剪切式橡胶减震器332、减震框架333、连接螺栓等几部分组成。该配重块331位于减震框架333的上部，减震框架333位于激振系统34的两侧，橡胶减震器332一端连接减震框架333，另一端连接激振系统34的激振箱341，该剪切式橡胶减震系统的减震效率可达95％，从而确保激振器产生的震动能量传递给路面，而不损害车辆；同时，可根据路面实际情况增减配重块数量，保证最佳破碎效果。

激振系统34(参见图3A和图3B)主要由激振箱341、偏心块342、破碎锤头343等几部分组成。其中激振箱341内安装有振动轴承、振动轴、齿轮、润滑油，并设置了水冷通道；多个偏心块采取交错布置方式外挂在激振箱外，既节省了空间，又便于拆装各种规格的偏心块，达到了调整振幅的目的；破碎锤头通过螺栓联接在激振箱下部，保证振动能量充分传递给路面，达到破碎效果。

安装系统35(参见图3A和图3B)主要由安装板、联接螺栓等部分组成，其可将激振器与车架联接起来，使激振器跟随车辆一起移动。

传动系统36可分为两种形式：1)万向节传动式；2)马达直连式。

1)万向节传动式(参见图4)，万向节传动式传动系统主要由液压马达361、马达安装座362、马达安装轴承363、万向联轴节364等几部分组成。马达361通过安装轴承363和马达安装座362安装在减震框架上，马达输出轴连接至万向联轴节，万向联轴节的另一端连接至激振器的偏心轴，马达的旋转运动通过万向联轴节传递给激振器的偏心轴，使其产生高频振动，达到破碎目的。如此，因马达不直接参加振动，既可增大激振器振幅，又可保护马达，延长其使用寿命。

2)马达直连式(参见图5)，马达直连式传动系统主要由抗震马达365、马达安装座366两部分组成。马达的输出轴直接连接至激振器的偏心轴，马达的旋转运动直接传递给激振器的偏心轴，使其产生高频振动，达到破碎目的。如此，因马达直接参与振动，增加了振动质量，虽然对激振器的振幅有一定影响，但布置简洁，加上采用专用的抗震马达，因而，一样具有较高的可靠性及破碎能力。

车辆系统5由焊接式车架、静液压传动走行机构、前桥、后桥、走行轮、液压转向机构等几部分组成，为振动破碎系统提供安装，保证振动破碎系统能移动到需要的工作面。

动力系统6主要由安装在车架上的一台大功率柴油发动机及其附件组成，通过联接到分动箱上的液压泵，为车辆系统及振动破碎系统提供所需要的动力。

本发明的共振式破碎机是利用车载的激振器带动工作锤头振动，锤头与路面接触。锤头的振动频率为35～55Hz，振幅为0～25mm。通过调节锤头的振动频率，使其接近水泥面板的固有频率，激发其共振，即可轻而易举的将混凝土面板击碎。同时调节锤头的振幅和移动速度，控制破碎的粒度及深度，以达到满足工程需要的破碎效果。

共振破碎技术完全克服了重锤冲击式破碎工艺的不足，并带来了在水泥路面破碎改造工程中意想不到的好处。

a.破碎后的碎石尺寸理想、均匀。由于共振破碎力发生在整个水泥板块厚度范围内，能使板块较均匀地分裂，通过微调振动频率和振幅，改变振动的力度，可使破碎后的碎块尺寸达到5-20厘米的较理想尺寸。

b.破碎后的粒度上部较小，下部较大。由于振动力是由面板上部向下部传递的，振动锤并不在一个点上连续振动，而是快速向前移动的，所以振动在混凝土中存在衰减梯度，从而使上部的破碎粒度较小，下部的破碎粒度较大。这样的结构带来了更大的好处。首先是小粒度可更好地消除反射裂缝，同时下部的较大的粒度提高了路基的承载能力。其次是上部小粒度有利于路面渗水的横向排除，下部的大粒度又可起到阻止渗水向下渗透的作用，从而保护了基层。

c.破碎后的碎石纹路规则排列，并与路面形成35-45°夹角。共振破碎的工作锤头在激发路面共振的同时快速向前移动，冲击的合力指向前下方，从而使振碎的裂纹与路面形成了一定的夹角。这一夹角可使碎石块之间相互嵌合，经压实后相互啮合的更紧，从而使碎石层起到更好的砾石稳定层的作用。而普通重锤冲击式破碎方法的冲击力是垂直向下的，碎石裂纹也只能是大致垂直于路面的，这不利于稳定层的承重与稳定。

d.破碎深度可控制，不冲击路基，保证路基下的管线设施完好无损。共振式破碎机通过调节振动频率和振幅，即可控制破碎的深度。因为它是在试图以接近混凝土的固有频率而振动，在发生共振的瞬间，锤头就向前运动了，垂直向下的冲击力很小，而且面板下边的材料为非混凝土，不会与之共振，所以避免了对路基的冲击，路基下的其它管线设施自然就不会受到影响了。路基不受冲击，保持了原有路基的平整度和密实度的均匀性。而普通的重锤冲击式破碎方法则不然，它们的冲击力垂直向下，要以路基为依托来打碎面板，所以冲击力通过面板直接传递给路基。为将面板底部击碎，巨大的重锤会使路基受到严重冲击，破坏了原有路基的平整度和密实度之均匀性，并且会使地下管线及其它设施受到影响。

e.可使钢筋混凝土中的钢筋完全与混凝土剥离。共振破碎技术使振动发生在水泥板块内部，对钢筋混凝土而言，钢筋的固有频率与水泥混凝土不同，从而使钢筋很容易与水泥碎块完全剥离。实际效果也证明，共振破碎后的钢筋网确实与原有水泥彻底脱离。如果钢筋串起了大大小小的混凝土块，就必然引起局部应力集中，造成反射裂缝。普通重锤冲击破碎工艺要想使钢筋网与水泥碎块完全脱离，难度是非常大的。

f.振动影响小，施工适应范围大。共振破碎技术是工作头与局部水泥板块之间的振动，高频低幅，振动波衰减很快，传递范围很小，一般不会影响到施工点附近1-2米外的构件。而重锤冲击式的振动力是非常大的，它可通过路基波及到施工周围的建筑，所以施工前应做一定的防范，一般20米之内不应有振动敏感型建筑物。所以，共振破碎技术的应用范围比较广，市政、机场、港口、重要设施附近的公路等对振动级别有要求的地方，采用共振破碎技术可很好地解决问题。

g.噪音小，不扰民。共振破碎的振幅较小，锤头与路面共振破碎所产生的噪音还没有机器发动机的噪音大。而低频高幅的重锤冲击式破碎法就不同了，它的振动噪音和振动波一样传递很远，影响较大。

h.破碎深度大。通过调节振动频率和振幅，共振破碎设备可使破碎深度达到600毫米。完全满足一般机场跑道、停机坪和一些港口码头水泥面板的破碎改造任务。

i.施工效率高。共振破碎机的生产率可达每天10000平方米。由于其工作点很窄，在公路上施工时，可单车道施工，不用断绝交通，每天可完成2公里左右的破碎工作。

j.施工无盲区。共振破碎机的激振器通过滑道与车体相连，可左右移动至车体外侧；同时垂直方向采用浮动方式，可保证工作时锤头在任何情况下紧贴路面。故施工时非常方便，不存在任何施工盲区。

k.无扬尘，环境友好。通过安装在激振器上专用的降温压尘水喷射系统，将轴承的冷却水通过专用喷头，在锤头四周形成一圈水幕，破碎产生的粉尘被完全压制住，对周边环境无任何污染。

其中本发明的共振破碎机的主要技术参数为：

发动机功率：600hp

破碎锤头宽：200-350mm

振动频率：35～55Hz

振幅：0～25mm

整备质量：21000kg

最大破碎深度：600mm

行驶速度：0～16km/h

生产率：约1200m²/h

整机外形尺寸(长×宽×高)：8000×2500×3000mm

显而易见的是，以上的描述和记载仅仅是举例而不是为了限制本发明的公开内容、应用或使用。虽然已经在实施例中描述过并且在附图中描述了实施例，本领域的普通技术人员可以理解可以做各种改变并且等效体可以替换其上的元件而不离开在权利要求中限定的本发明的保护范围，根据本发明的教导可以做任何变形以适应特定的环境或材料而不离开其本质范围。因此，可以预料到，本发明不限制由附图示例和在实施例中描述的作为目前认为的最佳模式以实施本发明的教导的特定例子，但是本发明的范围将包括落入前面的说明书和所附的权利要求的任何实施例。

Claims (6)

1.一种共振破碎机，其包含操控系统、降温压尘系统、液压系统、振动破碎系统、车辆系统和动力系统，其中：

该振动破碎系统由升降系统、横移系统、减震系统、激振系统、安装系统和传动系统组成；激振系统由激振箱、偏心块和破碎锤头组成，其中激振箱内安装有振动轴承、振动轴、齿轮、润滑油，并设置了水冷通道；多个偏心块采取交错布置方式外挂在激振箱外；破碎锤头通过螺栓联接在激振箱下部其特征在于：

升降系统位于两侧，每侧的升降系统都由限位挡块、带头部缓冲垫的升降油缸、升降导向座、升降导轨和升降板组成，限位挡块位于升降板的上部，升降油缸的底部连接于安装系统的安装板，顶部与限位挡块抵靠，该安装系统的安装板固定连接至车体，安装板上安装有升降导向座；

横移系统由横移导轨、横移导向座和横移油缸组成，横移导轨位于横移导向座内，横移导轨和横移导向座均平行于路面，横移油缸一端固定于减震系统的减震框架上，一端连接于横向导轨上，而横向导轨连接于升降板上。

2.如权利要求1所述的共振破碎机，其特征在于：减震系统由活动的配重块、剪切式橡胶减震器和减震框架组成，该配重块位于减震框架的上部，减震框架位于激振系统的两侧，多个橡胶减震器一端连接减震框架，另一端连接激振系统的激振箱。

3.如权利要求1所述的共振破碎机，其特征在于：传动系统为万向节传动式传动系统，由液压马达、马达安装座、马达安装轴承和万向联轴节组成，液压马达通过马达安装轴承和马达安装座安装在减震框架上，马达输出轴连接至万向联轴节的一端，万向联轴节的另一端连接至激振器的偏心轴。

4.如权利要求1所述的共振破碎机，其特征在于：传动系统为马达直连式传动系统，由抗震马达、马达安装座两部分组成，抗震马达的输出轴直接连接至激振器的偏心轴。

5.如权利要求1至2中任一所述的共振破碎机，其特征在于：该降温压尘系统主要由水箱、水泵、压力表、安全阀、降温水道和压尘喷头组成，水泵放置在水箱的上方，压力表和安全阀位于水泵的出水口，该降温水道位于水泵和压尘喷头之间。

6.如权利要求1至2中任一所述的共振破碎机，其特征在于：动力系统包括安装在车架上的一台柴油发动机。

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