CN103306264A

CN103306264A - 一种强夯机臂架及强夯机

Info

Publication number: CN103306264A
Application number: CN2013102811707A
Authority: CN
Inventors: 李利斌; 周海涛; 赵波
Original assignee: Construction Machinery Branch of XCMG
Current assignee: Construction Machinery Branch of XCMG
Priority date: 2013-07-05
Filing date: 2013-07-05
Publication date: 2013-09-18
Anticipated expiration: 2033-07-05
Also published as: CN103306264B

Abstract

本发明涉及一种强夯机臂架及强夯机，包括一个底节臂、若干个中间节臂和一个顶节臂，底节臂、中间节臂和顶节臂顺序串接；底节臂、中间节臂和顶节臂分别为主要由上主弦杆、下主弦杆、斜腹杆以及横连杆组成的桁架式结构的节臂，并且，各节臂之间均为销轴连接；强夯机臂架的横截面积从顶节臂到底节臂的变化为均匀线性增大。本发明能够改善现有技术中大能级强夯机的振动和疲劳问题，同时兼顾臂架的加工工艺和拆装问题。

Description

一种强夯机臂架及强夯机

技术领域

本发明涉及工程机械领域，尤其涉及一种强夯机臂架及设置有该强夯机臂架的强夯机。

背景技术

随着我国城市化进程的加快，大量开展了围海造地，炸山填海工程，加上我国湿陷性黄土区和软粘土区分布广泛，因此强夯施工机械将向大型化、系列化发展。臂架是强夯机的关键作业部件，通过臂架吊起和卸落夯锤，实现对地基的夯实。现有的履带式强夯机臂架大多脱胎于履带起重机的臂架。随着大夯能履带式强夯机的发展，所带来的臂架设计、生产、安装、运输、使用等一系列问题，严重制约着强夯机的发展。尤其是在强夯机作业过程中的臂架反弹振动的问题，不仅会缩短臂架的使用寿命，更会增加强夯作业的不安全性。因此非常有必要设计一种专业、安全可靠的强夯机臂架。

强夯施工机械中使用的防后倾机构也与履带起重机臂架的防后倾机构相似。如图1、图2所示，这种臂架一般由底节臂1’、若干中间节臂2’、顶节臂3’和防后倾机构4’组成，各臂节之间以及臂节与防后倾机构4’之间都采用销轴相连接。图1和图2示出的臂架虽然有较高的强度和良好稳定性，但在夯锤落下时会不可避免地产生反弹，在防后倾机构4’的作用下振幅较大的往复振动，逐渐停止。但是，这种振动不仅会缩短臂架的使用寿命，还会增加强夯作业的危险性。也就是说，这种臂架的防振效果欠佳。

另外，现有技术中还有一种三角截面的强夯机臂架，如图3、图4所示，整套臂架由若干主弦杆5’、若干腹杆6’、顶节臂7’和防后倾机构8’组成。其中：主弦杆5’和顶节臂7’之间通过销轴连接，防后倾机构8’和主弦杆5’之间通过销轴连接，主弦杆5’之间以及主弦杆5’和腹杆6’之间均通过法兰连接。图3和图4示出的臂架由于其后面具有一根主弦杆，该主弦杆几乎从臂架的底部延伸到了顶部，因此，该主弦杆还兼具防后倾的功能，与防后倾机构8’一起对整体臂架起到一个较好的防后倾的作用。但是，由于臂架的主体结构采用了法兰连接，因此导致这种臂架的加工制造、安装拆解都比较复杂。

发明内容

本发明的目的是提出一种安全可靠且拆装方便的强夯机臂架及强夯机，其能够改善现有技术中大能级强夯机的振动和疲劳问题，同时兼顾臂架的加工工艺和拆装问题。

为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

一种强夯机臂架，包括一个底节臂、若干个中间节臂和一个顶节臂，所述底节臂、中间节臂和顶节臂顺序串接；所述底节臂、中间节臂和顶节臂分别为主要由上主弦杆、下主弦杆、斜腹杆以及横连杆组成的桁架式结构的节臂，并且，各所述节臂之间均为销轴连接；所述强夯机臂架的横截面积从所述顶节臂到所述底节臂的变化为均匀线性增大。

进一步地，每一个所述中间节臂为棱台结构或棱锥结构。

进一步地，所述底节臂、中间节臂和顶节臂分别还包括加强连杆，所述加强连杆沿所述棱台结构或棱锥结构底面和侧面所在的框架的对角线设置。

进一步地，所述底节臂中的上主弦杆的一端与所述中间节臂中的上主弦杆相连接，所述底节臂中的上主弦杆的另一端用于与强夯机底盘销轴连接。

进一步地，所述底节臂还包括油缸，所述油缸的一端通过所述底节臂中的上主弦杆与所述中间节臂中的上主弦杆相连接，所述油缸的另一端用于与强夯机底盘销轴连接。

进一步地，所述底节臂具有用于与强夯机底盘销轴连接的两个铰耳。

进一步地，所述顶节臂上安装有提升滑轮和限位滑轮。

本发明还提供一种强夯机，其包括上述各实施例中的强夯机臂架。

基于上述技术方案中的任一技术方案，本发明实施例至少可以产生如下技术效果：

由于本发明在底节臂、中间节臂和顶节臂顺序串接形成的臂架的结构基础上，将底节臂、中间节臂和顶节臂分别设置成主要由上主弦杆、下主弦杆、斜腹杆以及横连杆组成的桁架式结构的节臂，桁架式结构具有刚度和强度较大、起吊高度和对构件的压力大大减小的优势，并且，各节臂之间保留了常见臂架中的臂节结构形式以及臂节间的销轴连接方式，因此具有良好的工艺性和方便的拆装性。本发明根据臂架受力整体上呈现从顶到底逐渐增大的情况，将强夯机臂架的横截面积从顶节臂到底节臂的变化为均匀线性增大，与现有技术中常见的强夯机臂架的两头边截面并且中间定截面的结构相比较而言，本发明中的这种结构可以降低作业过程中臂架的应力比，因此不仅可以更加合理地分配了臂架的强度和刚度，而且更加节省材料，重量更轻，从而可以最大程度地保证臂架强夯作业时的强度、稳定性和疲劳寿命。

另外，底节臂中的上主弦杆的一端与中间节臂中的上主弦杆相连接，底节臂中的上主弦杆的另一端用于与强夯机底盘销轴连接，在强夯作业的卸锤过程中，整个臂架将会反弹，而此过程中底节臂和中间节臂中的上主弦杆从整个臂架的底部一直延伸到顶部，因此还可以起到防后倾的作用，但是，现有的市场上常见的臂架需要依靠防后倾机构来减小反弹，因此，本发明与现有技术相比可以省去防后倾机构的使用。

再者，由于本发明还包括油缸，并将油缸的一端通过底节臂中的上主弦杆与中间节臂中的上主弦杆相连接，油缸的另一端用于与强夯机底盘销轴连接，本发明通过油缸进行变幅，相对于现有技术中采用钢丝绳变幅而言，油缸的柔性小，储存能量更小，因此卸锤时产生的反弹力更小，不仅更加安全，而且更有利于保证臂架的疲劳寿命。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为现有技术中一种强夯机臂架的结构示意图；

图2为图1的俯视图；

图3为现有技术中另一种强夯机臂架的结构示意图；

图4为图3的右视图；

图5为本发明所提供的强夯机臂架的一实施例的结构示意图；

图6为图5的俯视图；

图7为本发明所提供的强夯机臂架的受力分析示意图以及截面示意图；

图8为本发明的中间节臂一实施例的结构示意图；

图9为图8的左视图；

图10为本发明中中间节臂另一实施例的结构示意图；

图11为图10的左视图；

图12-16为现有技术中强夯机臂架与防后倾机构相连接的演变示意图；

图17和图18为本发明中强夯机臂架的两种工作状态示意图；

图19为本发明中顶节臂的结构示意图。

具体实施方式

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

在强夯作业中，拔锤和起吊的过程中，臂架所受的弯矩从顶节臂到底节臂是逐渐增加的，本发明正是针对强夯机臂架的受力情况，将底节臂、中间节臂和顶节臂分别设置成桁架式结构的节臂，同时将强夯机臂架的横截面积从顶节臂到底节臂的变化设置成均匀线性增大。

如图5、图6所示，本实施例所提供的强夯机臂架与现有技术中常用强夯机臂架（如图1和图2所示）相同的部分包括一个底节臂1、若干个中间节臂2和一个顶节臂3，底节臂1、中间节臂2和顶节臂3顺序串接。底节臂1、中间节臂2和顶节臂3分别为主要由上主弦杆、下主弦杆、斜腹杆以及横连杆组成的桁架式结构的节臂，并且，各节臂之间均采用的是销轴连接。

本实施例所提供的强夯机臂架与现有技术中常用强夯机臂架（如图1和图2所示）相区别的部分在于：强夯机臂架的横截面积从顶节臂3到底节臂1的变化为均匀线性增大。下面从理论的角度对本发明所提供的臂架的强度和刚度进行分析。

如图7所示，根据GB/T3811-2008《起重机设计规范》对臂架进行强度和稳定性分析。

1、强度计算

某一截面A-A处的应力为：

s = \frac{F}{A} + \frac{M}{W_{x}}

其中：

F为载荷力G与钢丝绳力F_s在臂架长度方向的合力，由于倍率关系，一般比G大得多。

M为G与F_s在截面A-A处产生的弯矩之和，即M=G*x+F_s*a，其中G*x对M的大小起主要影响。

A为截面A-A处的四根主弦杆截面积之和。

W_x为抗弯截面模量，臂架截面尺寸越大，W_x越大。

在沿臂长方向的所有截面中，

是不变的，臂架从顶到底，载荷G的力臂x在逐渐增大，即M在逐渐增大，为此，基于等强度的设计原则，本发明使W_x也逐渐增大，即使截面逐渐增大。因此，从顶到底截面逐渐增大的臂架有更合理的强度分配。

2、稳定性计算

s = \frac{F}{j_{1} A} + \frac{CM}{j_{2} W_{x}}

其中：j₁，j₂和C都是与稳定性相关的系数。对于臂架来说，其在各个截面处的数值相差不大。

F为载荷力G与钢丝绳力F_s在臂架长度方向的合力，由于倍率关系，一般G比F_s大得多。

A为截面A-A处的四根主弦杆截面积之和。

W_x为抗弯截面模量，臂架截面尺寸越大，W_x越大。

与强度分析过程相同地，在臂架从顶到底的各个截面中，

是不变的，M是逐渐增大的，为此，基于等刚度的设计原则，本发明使W_x也逐渐增大，即使截面逐渐增大。因此，从顶到底截面逐渐增大的臂架有更合理的刚度分配。

而图3和图4中示出的现有技术中强夯机臂架包括若干主弦杆5’、若干腹杆6’、顶节臂7’和防后倾机构8’，各主弦杆5’以及各主弦杆5’和腹杆8’之间是通过法兰一根一根地连接而成。简单地说，图3和图4中的臂架各零部件比较松散，法兰连接加工和拆装都比较麻烦，而本发明的臂架以臂节为模块，通过销轴连接，加工和拆装都比较方便。

如图8-11所示，本发明中的底节臂1、中间节臂2和顶节臂3分别为主要由上主弦杆21、下主弦杆22、斜腹杆23以及横连杆24组成的桁架式结构的节臂，并通过焊接的方式连接成一体。每一个中间节臂2可以是棱台结构（如图8、图9所示），也可以是棱锥结构（如图10、图11所示），也就是说，中间节臂2的横截面可以是梯形，也可以是三角形。

本发明中的臂架整体分成若干个桁架式结构的节臂，各节臂间通过销轴连接，加工工艺简单，安装拆解方便。

上述实施例中，底节臂1、中间节臂2和顶节臂3分别还包括加强连杆25，加强连杆25沿棱台结构或棱锥结构底面和侧面所在的框架的对角线设置。这样可以形成三角形架，整个桁架式结构更加牢固。

如图12-图16所示，如果将防后倾机构A在臂架上的铰点（即防后倾上铰点）由底节臂B逐渐向顶点臂移动。防后倾机构A的上铰点越靠近顶节臂C，则臂架O卸载反弹时产生的振动就越小。但是，从图中也可以看出，防后倾机构A的上铰点越靠近顶节臂C，其长度越长，则稳定性就越差。为此，在防后倾机构A和臂架O之间可以连接上若干个腹杆D，形成如图16的结构。图16的结构从功能上来说比较完美，但是从制造和拆装上来说，复杂且不经济。

基于上述原因，本发明将底节臂1中的上主弦杆的一端用于与强夯机底盘销轴连接，上主弦杆的另一端与中间节臂2中的上主弦杆21相连接，从而形成一根完整的、并从臂架的底部一直延伸到顶部的上主弦杆。由此，该上主弦杆在强夯作业的卸锤、整个臂架将会反弹的过程中，将会兼具防后倾的作用。与现有的市场上常见的臂架（如图1和图2所示）需要依靠防后倾机构来减小反弹相比，本发明与现有技术相比可以省去防后倾机构的使用。

上述各实施例中，底节臂1还可以包括油缸4，油缸4的一端通过底节臂1中的上主弦杆与中间节臂2中的上主弦杆相连接，油缸4的另一端用于与强夯机底盘销轴连接。通过油缸4，臂架可以实现变幅。

如图17、图18所示，图17和图18表示了本发明所提供的强夯机臂架的两种工作幅度。图17中臂架的工作幅度为6250mm，油缸4的长度为1710mm。通过将油缸4的长度变化到1922mm，使臂架的工作幅度变化到了7820mm，即达到图18的工作幅度。一旦臂架的工作幅度确定，油缸4的长度即保持不变。与常见臂架通过变幅钢丝绳来变幅，而本发明通过油缸来变幅，相对于钢丝绳来说，油缸的柔性小，储存能量小，因此卸载时产生的反弹力小，这样不仅更加安全，而且更有利于保证臂架的疲劳寿命。

如图6所示，上述各实施例中，底节臂1的底部具有两个铰耳5，用于与强夯机底盘销轴连接。这样，本发明的底节臂1将会有三个支点，支撑也较为稳固，安全性较高。

如图5、图19所示，上述各实施例中，顶节臂3上还安装有提升滑轮6和导向滑轮7。

本发明还提供一种强夯机，该强夯机包括上述各实施例中的强夯机臂架。所述强夯机的其它部分可以参照现有技术，本文不再展开描述。

最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims

1.一种强夯机臂架，包括一个底节臂、若干个中间节臂和一个顶节臂，所述底节臂、中间节臂和顶节臂顺序串接；其特征在于：

所述底节臂、中间节臂和顶节臂分别为主要由上主弦杆、下主弦杆、斜腹杆以及横连杆组成的桁架式结构的节臂，并且，各所述节臂之间均为销轴连接；

所述强夯机臂架的横截面积从所述顶节臂到所述底节臂的变化为均匀线性增大。

2.如权利要求1所述的强夯机臂架，其特征在于：

每一个所述中间节臂为棱台结构或棱锥结构。

3.如权利要求2所述的强夯机臂架，其特征在于：

所述底节臂、中间节臂和顶节臂分别还包括加强连杆，所述加强连杆沿所述棱台结构或棱锥结构底面和侧面所在的框架的对角线设置。

4.如权利要求3所述的强夯机臂架，其特征在于：

所述底节臂中的上主弦杆的一端与所述中间节臂中的上主弦杆相连接，所述底节臂中的上主弦杆的另一端用于与强夯机底盘销轴连接。

5.如权利要求3所述的强夯机臂架，其特征在于：

所述底节臂还包括油缸，所述油缸的一端通过所述底节臂中的上主弦杆与所述中间节臂中的上主弦杆相连接，所述油缸的另一端用于与强夯机底盘销轴连接。

6.如权利要求4或5所述的强夯机臂架，其特征在于：

所述底节臂具有用于与强夯机底盘销轴连接的两个铰耳。

7.如权利要求6所述的强夯机臂架，其特征在于：

所述顶节臂上安装有提升滑轮和限位滑轮。

8.一种强夯机，其特征在于：

包括如权利要求1-7中任一项所述的强夯机臂架。