CN112593469A - 一种用于公路桥梁建设的振动压实装置 - Google Patents

一种用于公路桥梁建设的振动压实装置 Download PDF

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张国红
陈昆阳
王帅印
慕恩昭
宋晓远
尹瑞涛
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Abstract

本发明涉及一种用于公路桥梁建设的振动压实装置，包括机架、设于机架上的夯实机构和转向机构，所述夯实机构包括振动组件和连接振动组件的压辊，所述振动组件包括设于机架内的液压缸和连接液压缸的活塞杆的冲击锤，所述冲击锤的底端通过弹簧组连接有支撑轴，所述压辊转动连接支撑轴，所述转向机构包括连接支撑轴的支架，设于支架上、通过滚动轴承连接支撑轴的大齿轮和通过减速机连接方向盘的、与大齿轮啮合连接的小齿轮；本发明提供的振动压实装置，夯实效率高、动力消耗少、结构简单紧凑、运转可靠、操作维修方便，转向容易。

Description

一种用于公路桥梁建设的振动压实装置
技术领域
本发明属于公路养护技术领域，具体涉及一种用于公路桥梁建设的振动压实装置。
背景技术
为满足高速公路建设高速化的需求，筑路机械技术也在不断的发展，以冲击压实为核心的高效路基压实技术在中国建筑工程领域得到了广泛的应用，使公路实地基处理和路基填筑的质量和效率得到了极大的提高。
强夯振动是一种冲击式的点源振动，在落锤与土体接触的瞬间产生强大的冲击力，锤底土体产生受迫振动，强夯重锤在冲击土体过程使得夯点局部土体组构发生破坏重组，夯点附近的土体发生不可逆的塑性变形，远离夯点的土体发生弹性振动。在这一动力过程中，夯锤具有的势能转化为地基土体的变形能（结构重组、塑性变形耗能）和向夯点以外的地基空间中扩散传播的弹性波动能量。现有的夯实装置结构笨重，移动起来较为不便。
发明内容
本发明的目的是为了解决背景技术中所提出的问题，而提供一种用于公路桥梁建设的振动压实装置，夯实效率高、动力消耗少、结构简单紧凑、运转可靠、操作维修方便，转向容易。
本发明的目的是这样实现的：
一种用于公路桥梁建设的振动压实装置，包括机架、设于机架上的夯实机构和转向机构，所述夯实机构包括振动组件和连接振动组件的压辊，所述振动组件包括设于机架内的液压缸和连接液压缸的活塞杆的冲击锤，所述冲击锤的底端通过弹簧组连接有支撑轴，所述压辊转动连接支撑轴，所述转向机构包括连接支撑轴的支架，设于支架上、通过滚动轴承连接支撑轴的大齿轮和通过减速机连接方向盘的、与大齿轮啮合连接的小齿轮。
优选的，所述机架的上端设有围板，所述液压缸螺栓固定连接围板，所述围板的下端两侧对称设有导轨，所述冲击锤的两侧通过滑块滑动连接导轨。
优选的，所述弹簧组设于冲击锤的正下方，所述弹簧组远离冲击锤的一端固定连接至支撑轴的上端面，所述弹簧组的单个弹簧采用具有套筒的刚性弹簧结构。
优选的，所述机架的外侧两侧设有抱箍，所述支撑轴的两侧通过固定杆铰链接至抱箍。
优选的，所述压辊的两侧轴端连接有定位销，所述定位销的自由端通过弹簧连接至支撑轴的底端。
优选的，所述支架通过滚动轴承与支撑轴配合，所述支撑轴的上端与大齿轮键连接，所述减速机的输出端与小齿轮键连接，所述减速机的顶端与方向盘键连接。
优选的，所述液压缸的进油管上、通过液压泵连接至油箱，所述液压缸的下腔通过蓄能器连接至电磁换向阀的左位，所述液压缸的上腔通过单向阀连接至电磁换向阀的右位。
优选的，所述液压缸的出油管通过细滤器连接至油箱，所述进油管上、液压泵靠近油箱的一端连接有粗滤器，所述液压泵靠近液压缸的一端连接有细滤器，所述进油管和出油管之间通过溢流阀连接。
优选的，所述夯实机构由PLC控制器控制。
优选的，所述液压缸设在机架的中心位置处，所述液压缸设两个，所述两个液压缸同步设置。
优选的，所述弹簧组的变形ε满足：
ε=r[(m2/(m2+m1)+k2/(k2-ω2)]，
其中，m1、m2为两个压辊的质量，r为压辊的半径，k为弹簧组的刚度，ω为液压缸输入动力的角速度。
优选的，所述弹簧的自振频率f满足：
f=ndε(E1g/2ρ1)1/2/S2/3，
其中n为弹簧组的有效圈数，d为弹簧组的弹簧丝的直径，ρ1为弹簧密度，E1为弹簧组的弹性模量，S为弹簧组的中径。
优选的，所述被夯实的基底的变形量T满足：
T=fA[πr2（E2ρ2）1/2+4rE2]/(1-υ)，
其中，E2为基底的剪切模量，υ为基底的泊松比，ρ2为基底的密度，A为压辊底部的有效底面面积。
优选的，所述压辊的夯实效率η满足：
η=2Fd/mv2，
其中F为压辊对基底的作用力，d表示压辊的位移，m为冲击锤的质量，v为冲击锤的初始速度。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1、本发明提供的一种用于公路桥梁建设的振动压实装置，通过夯实机构的冲击锤的升降可对压辊产生间歇的冲击振动力，通过转向机构可调节压辊的方向。
2、本发明提供的一种用于公路桥梁建设的振动压实装置，冲击锤与液压缸通过导轨与机架连接，机架内的导轨使冲击锤按照规定的轨迹运动，压辊位于冲击锤与夯实介质之间，起着传递冲击能量的作用。
3、本发明提供的一种用于公路桥梁建设的振动压实装置，通过连接冲击锤与压辊的弹簧组，可在夯实装置工作时，对冲击锤产生的强力振动进行减缓动。
4、本发明提供的一种用于公路桥梁建设的振动压实装置，转动方向盘，转向方向盘连接的万向轴转动带动与之配套的转向轴支撑套转动，从而带动减速机输入轴转动，同时带动与减速机输出轴相连的小齿轮转动，也迫使与小齿轮啮合的大齿轮转动，同时再带动与大齿轮轴连为一体的支架转动，从而使支架和下面的压辊转动达到转向的目的。
5、本发明提供的一种用于公路桥梁建设的振动压实装置，工作弹簧刚度及相关参数的设计，结合稳定性、强度验算，为进行更大质量振动冲击夯的设计提供参考。
附图说明
图1是本发明一种用于公路桥梁建设的振动压实装置结构示意图。
图2是本发明一种用于公路桥梁建设的振动压实装置转向机构示意图。
图3是本发明一种用于公路桥梁建设的振动压实装置液压缸工作示意图。
图中：1、机架；2、液压缸；3、围板；4、活塞杆；5、导轨；6、滑块；7、冲击锤；8、抱箍；9、弹簧组；10、支撑轴；11、压辊；12、固定杆；13、方向盘；14、减速机；15、小齿轮；16、大齿轮；17、滚动轴承；18、支架；19、进油管；20、出油管；21、油箱；22、蓄能器；23、电磁换向阀；24、液压泵；25、粗滤器；26、细滤器；27、单向阀；28、溢流阀。
具体实施方式
下面结合附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
结合图1，一种用于公路桥梁建设的振动压实装置，包括机架1、设于机架1上的夯实机构和转向机构，所述转向机构控制夯实机构的方向转动。
所述夯实机构包括振动组件和连接振动组件的压辊11，所述振动组件包括设于机架1内的液压缸2和连接液压缸2的活塞杆4的冲击锤7，所述冲击锤7的底端通过弹簧组9连接有支撑轴10，所述压辊11转动连接支撑轴10，所述机架1的上端设有围板3，所述液压缸2螺栓固定连接围板3，所述围板3的下端两侧对称设有导轨5，所述冲击锤7的两侧通过滑块6滑动连接导轨5，所述弹簧组9设于冲击锤7的正下方，所述弹簧组9远离冲击锤7的一端固定连接至支撑轴10的上端面，所述弹簧组9的单个弹簧采用具有套筒的刚性弹簧结构，所述压辊11的两侧轴端连接有定位销，所述定位销的自由端通过弹簧连接至支撑轴10的底端，所述机架1的外侧两侧设有抱箍8，所述支撑轴10的两侧通过固定杆12铰链接至抱箍8。
装置与装载机或液压挖掘机等配套使用，由装载机或液压挖掘机提供进行夯实作业所需的动力，机架1对整个装置起支撑导向作用，冲击锤7与机架1通过导轨5连接，以对冲击锤7起到导向和稳固作用，冲击锤7与液压缸2通过活塞杆4连接，活塞杆4在液压缸2的作用下对冲击锤7进行提升或下落，冲击锤7下落过程中，液压缸2的下腔泄油，上腔注入高压油，当冲击锤7下落到最低点，产生冲击夯实力，对压辊11进行冲击，液压缸2下腔注入高压油，上腔泄油，活塞杆4向上提升冲击锤7，以此重复，对压辊11产生间歇的冲击力，以对夯实介质进行压实。
实施例2
在实施例1的基础上，结合图2，所述转向机构设于支撑轴10上、临近夯实机构的一侧，所述转向机构包括连接支撑轴10的支架18，设于支架18上、通过滚动轴承17连接支撑轴10的大齿轮16和通过减速机14连接方向盘13的、与大齿轮16啮合连接的小齿轮15，所述支架18通过滚动轴承17与支撑轴10配合，所述支撑轴10的上端与大齿轮16键连接，所述减速机14的输出端与小齿轮15键连接，所述减速机14的顶端与方向盘13键连接。
转动方向盘，转向方向盘连接的万向轴转动带动与之配套的转向轴支撑套转动，从而带动减速机输入轴转动，同时带动与减速机输出轴相连的小齿轮转动，也迫使与小齿轮啮合的大齿轮转动，同时再带动与大齿轮轴连为一体的支架转动，从而使支架和下面的压辊转动达到转向的目的。
实施例3
结合图1和图3，所述液压缸2的进油管19上、通过液压泵24连接至油箱21，所述液压缸2的下腔通过蓄能器22连接至电磁换向阀23的左位，所述液压缸2的上腔通过单向阀27连接至电磁换向阀23的右位，所述液压缸2的出油管20通过细滤器26连接至油箱21，所述进油管19上、液压泵24靠近油箱21的一端连接有粗滤器25，所述液压泵24靠近液压缸2的一端连接有细滤器26，所述进油管19和出油管20之间通过溢流阀28连接。
电磁换向阀23的左位得电工作，部分油液流到液压缸2的下腔，活塞杆4在油液的作用下上升，冲击锤7被提升，剩余的油液流到蓄能器22，冲击锤7到达设定位置时，电磁换向阀23在向右位转向，冲击锤7开始向下落，冲击锤7在重力和压力油的双重作用下以自由落体加速度快速冲向机架底部，产生的冲击能使压辊11快速夯实介质。
实施例4
结合图1，所述冲击锤7的底端通过弹簧组9连接有支撑轴10，所述弹簧组9设于冲击锤7的正下方，所述弹簧组9远离冲击锤7的一端固定连接至支撑轴10的上端面，所述弹簧组9的单个弹簧采用具有套筒的刚性弹簧结构。
所述弹簧组的变形ε满足：ε=r[(m2/(m2+m1)+k2/(k2-ω2)]，其中，m1、m2为两个压辊的质量，r为压辊的半径，k为弹簧组的刚度，ω为液压缸输入动力的角速度。
所述弹簧的自振频率f满足：f=ndε(E1g/2ρ1)1/2/S2/3，其中n为弹簧组的有效圈数，d为弹簧组的弹簧丝的直径，ρ1为弹簧密度，E1为弹簧组的弹性模量，S为弹簧组的中径。
工作弹簧刚度及相关参数的设计，结合稳定性、强度验算，为进行更大质量振动冲击夯的设计提供参考，当冲击锤振动频率与弹簧的自振频率接近或重合时，将发生共振。
实施例5
在实施例4的基础上，所述被夯实的基底的变形量T满足：T=fA[πr2（E2ρ2）1/2+4rE2]/(1-υ)，其中，E2为基底的剪切模量，υ为基底的泊松比，ρ2为基底的密度，A为压辊底部的有效底面面积。
所述压辊的夯实效率η满足：η=2Fd/mv2，其中F为压辊对基底的作用力，d表示压辊的位移，m为冲击锤的质量，v为冲击锤的初始速度。
冲击锤在对夯实介质进行夯实过程中，从冲击锤与压辊的支撑轴碰撞接触开始到冲击锤与支撑轴的内侧分离，冲击锤、支撑轴、夯实介质三者在此过程中是时刻相互接触的，因此支撑轴的位移量近似等于夯实介质的沉降量。
以上仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的保护范围内所做的任何修改，等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种用于公路桥梁建设的振动压实装置，其特征在于：包括机架（1）、设于机架（1）上的夯实机构和转向机构，所述夯实机构包括振动组件和连接振动组件的压辊（11），所述振动组件包括设于机架（1）内的液压缸（2）和连接液压缸（2）的活塞杆（4）的冲击锤（7），所述冲击锤（7）的底端通过弹簧组（9）连接有支撑轴（10），所述压辊（11）转动连接支撑轴（10），所述转向机构包括连接支撑轴（10）的支架（18），设于支架（18）上、通过滚动轴承（17）连接支撑轴（10）的大齿轮（16）和通过减速机（14）连接方向盘（13）的、与大齿轮（16）啮合连接的小齿轮（15）。
2.根据权利要求1所述的一种用于公路桥梁建设的振动压实装置，其特征在于：所述机架（1）的上端设有围板（3），所述液压缸（2）螺栓固定连接围板（3），所述围板（3）的下端两侧对称设有导轨（5），所述冲击锤（7）的两侧通过滑块（6）滑动连接导轨（5）。
3.根据权利要求1所述的一种用于公路桥梁建设的振动压实装置，其特征在于：所述弹簧组（9）设于冲击锤（7）的正下方，所述弹簧组（9）远离冲击锤（7）的一端固定连接至支撑轴（10）的上端面，所述弹簧组（9）的单个弹簧采用具有套筒的刚性弹簧结构。
4.根据权利要求1所述的一种用于公路桥梁建设的振动压实装置，其特征在于：所述机架（1）的外侧两侧设有抱箍（8），所述支撑轴（10）的两侧通过固定杆（12）铰链接至抱箍（8）。
5.根据权利要求1所述的一种用于公路桥梁建设的振动压实装置，其特征在于：所述压辊（11）的两侧轴端连接有定位销，所述定位销的自由端通过弹簧连接至支撑轴（10）的底端。
6.根据权利要求1所述的一种用于公路桥梁建设的振动压实装置，其特征在于：所述支架（18）通过滚动轴承（17）与支撑轴（10）配合，所述支撑轴（10）的上端与大齿轮（16）键连接，所述减速机（14）的输出端与小齿轮（15）键连接，所述减速机（14）的顶端与方向盘（13）键连接。
7.根据权利要求1所述的一种用于公路桥梁建设的振动压实装置，其特征在于：所述液压缸（2）的进油管（19）上、通过液压泵（24）连接至油箱（21），所述液压缸（2）的下腔通过蓄能器（22）连接至电磁换向阀（23）的左位，所述液压缸（2）的上腔通过单向阀（27）连接至电磁换向阀（23）的右位。
8.根据权利要求7所述的一种用于公路桥梁建设的振动压实装置，其特征在于：所述液压缸（2）的出油管（20）通过细滤器（26）连接至油箱（21），所述进油管（19）上、液压泵（24）靠近油箱（21）的一端连接有粗滤器（25），所述液压泵（24）靠近液压缸（2）的一端连接有细滤器（26），所述进油管（19）和出油管（20）之间通过溢流阀（28）连接。
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