NO842127L - Anordning ved haandtak for vibrerende maskiner - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en anordning ved håndtak for vibrerende maskiner, som omfatter en styredel og ett eller flere fjæringsorganer som forbinder anordningen med håndtakets skaftdel, samt en mekanisme for begrensning av fjæringsutslaget ved kraftutøvelse over et forutbestemt nivå. En ulempe ved denne type av maskiner har forbindelse med overførin-gen av vibrasjoner fra den vibrerende maskin til operatøren. Overføringen av slike vibrasjoner har derfor vært forsøkt dempet på ulike måter. En kjent anordning for dempning av vibrasjons-overføring er beskrevet i EP-A-0 081 079 og de motsvarende, offentliggjorte svenske patentsøknader SE-A-8107365-2 og 8203697-1. Publikasjonen beskriver en håndtaksanordning med forspente fjærelementer mellom styredelen og skaftdelen..

I en annen, kjent anordning ifølge US-patentskrift 4.282. 938, for dempning av vibrasjoner mellom et vibrerende redskap og et håndtak, foregår dempningen ved at vibrasjonene opptas av et bladfjærelement og en magnetisk demper.

Den førstnevnte av de kjente anordninger har vist seg util-strekkelig for dempning av vibrasjoner fra tunge maskiner med lave vibrasjonsfrekvenser, selv om anordningen er egnet for anvendelse ved lettere utstyr med høye vibrasjonsfrekvenser. Den sistnevnte av de kjente anordninger har den ulempe at den er kostbar og materialkrevende.

Det er et formål med den foreliggende oppfinnelse å frembringe en anordning hvor håndtakets styre- og skaftdeler er forbundet med hverandre gjennom minst ett fjæringsorgan, hvis stivhet er slik avpasset i forhold til styredelens masse at det oppnås en utmerket vibrasjonsdempning. Et annet formål med oppfinnelsen er å frembringe en anordning hvis styredel i høy grad er isolert fra den vibrerende maskin for øvrig ved hjelp av en enkel men effektiv vibrasjonsopptakeranordning.

En anordning ifølge oppfinnelsen av den innledningsvis angitte type kjennetegnes ved at styredelens masse og fjæringsorganets eller -organenes elastisitet er slik avpasset i forhold til hverandre og til vibratorplatens vibrasjonsfrekvens, at forholdet mellom vibrasjonsfremkallerens frekvens og styredelens egenfrekvens i forbindelse med translasjons- og rotasjonsbevegelser henholdsvis langs og om styredelens geometriske akse og henholdsvis langs og om to retninger som forløper rettvinklet mot aksen og likeledes mot hverandre, er >\ f2. Oppfinnelsen er således basert på den erkjennelse at fjærstivheten og styredelens masse må avpasses innbyrdes på slik måte, at styredelens egenfrekvenser (med hensyn på de ovennevnte retninger) ligger vesentlig under forstyrrelsesfrekvensen, dvs. den vibrerende maskins vibrasjonsfrekvens. Bare på denne måte kan det sikres en høy grad av vibrasjonsisolering under forebygging av en forsterkning av vibrasjons-overføringen som følge av at det i styredelen oppstår selvsving-ningsforhold.

Det vil være særlig fordelaktig ved oppfinnelsen at styredelen er forbundet med håndtakets skaftdel i sine to ender og at hvert fjæringsorgan derved er anordnet som et tilnærmelsesvis timeglassformet, elastisk element som er beliggende aksialt i forhold til styredelen.

For å hindre at det grunnet torsjon oppstår brudd på det elastiske element, kan elementet på særlig fordelaktig måte være dreibart forbundet med styredelen eller med skaftdelen.

Ved en utførelsesform av oppfinnelsen er den fjærutslagsbegrensende mekanisme dannet av et skålformet element som er forbundet med håndtakets skaftdel og hvis innerdiameter er større enn diameteren av det innførte parti av styredelen. Dette inn-førte parti kan derved med fordel være utstyrt med en støtopp-takende og -dempende, elastisk del, fortrinnsvis ringformet,

som kan innføres i nevnte element.

For ytterligere å isolere operatøren fra vibratorplatens vibrasjoner, er styredelen fortrinnsvis forbundet med en mantel av elastisk sviktende materiale.

Oppfinnelsen vil bli nærmere beskrevet i det etterfølgende under henvisning til de medfølgende tegninger, hvori: Fig. 1 viser et riss av en anordning ifølge oppfinnelsen, for anvendelse ved et håndtak. Fig. 2 viser en prinsippskisse for beregning av fjærstivhet

og masse ved håndtaksanordningen.

Fig. 3 viser et riss, delvis i snitt, av en annen versjon av håndtaksanordningen ifølge oppfinnelsen. Fig. 4 viser et riss av en ytterligere utførelsesform av håndtaksanordningen, med separat montert styredel. Fig. 5 viser et skjematisk sideriss av en vibratorplate med en håndtaksanordning ifølge oppfinnelsen.

Vibratorplaten med en håndtaksanordning ifølge oppfinnelsen, som er vist skjematisk i fig. 5, omfatter en komprimerer-plate 50 som skal ligge an mot marken og som understøtter en motor 50 med en ikke nærmere vist vibratoranordning. Vibratorplaten har dessuten et håndtak 52 som omfatter eri skaftdel 53

og en styredel 54.

Fig. 1 viser et eksempel på utforming av håndtaket ifølge oppfinnelsen. Håndtaket innbefatter således en skaftdel 10 som motsvarer skaftdelen 53 ifølge fig. 5 og som er forbundet med en styredel 11. Styredelen 11 har en kjerne 12 av metall eller plast, fortrinnsvis en stålstang, som omsluttes av en påmontert mantel 13 fortrinnsvis av et egnet, elastisk materiale. Det fore-trekkes at det elastiske materiale er porøst, med lukkete porer. Hver ende av styredelen 11 er forbundet med et skålformet element 14 hvis åpne side er vendt utad. Periferien av det skålformete element 14 omsluttes av en ring 15 av gummi eller plast som er fastgjort, f.eks. ved vulkanisering. En timeglassformet gummifjær 16 er fastgjort i midten av det skålformete element 14, eksempelvis ved hjelp av en påvulkanisert metallplate som er vendt mot styredelen 11. Det er også ved den annen ende av gummifjæren 16 anordnet en påvulkanisert metallplate som er forbundet med eller utformet i ett med en bolt 17. Bolten 17 er forbundet med et andre, skålformet element 19 hvis åpne side er vendt mot styredelen' 11. Elementet 19 har større diameter enn det skålformete element 14 med den påmonterte gummiring 15, og strekker seg inn over denne. Styredelen 11 er fastgjort mellom håndtakets oppadragende skaftdeler 10, ved at boltene 17 er inn-ført gjennom tversgående utboringer ved skaftdelenes ytterender og forankret mot skaftdelene ved hjelp av hver sin mutter. Ved monteringen blir de skålformete elementer 19 inntredd over boltene 17 og fastspent mellom den angjeldende gummifjær og den tilgrensende skaftdel 10.

Et ytterligere eksempel på utforming av håndtaksanordningen er vist i fig. 3. Håndtaket omfatter i dette tilfelle en vinkel-seksjon 20 hvis ene ende er inntredd over håndtakets skaftdel 10 og fastgjort til denne ved hjelp av to festeskruer 21 med kapselmutrer 22. Vinkelseksjonens ytterende er utformet i ett med det skålformete element 19 som opptar det innadragende parti av håndtakets styredel 11. Denne utførelsesform av håndtaket med tilhørende styredel 11 atskiller seg fra versjonen ifølge fig. 1 også med hensyn til gummifjærens 16 forbindelse med styredelen 11 og vinkelseksjonen 20. Også i dette tilfelle er gummifjæren 16 timeglass- eller manualformet med påvulkaniserte metall-plater ved sine endeflater. Den viste, høyre metallplate er forbundet med festebolten 17 som rager ut gjennom et hull i vinkelseksjonen 20 og er fastspent til denne ved hjelp av mutteren 18. Den påvulkaniserte metallplate i den annen ende av gummifjæren 16 er utformet i ett med eller forbundet med en sylindrisk tapp 23 som strekker seg inn i en sylindrisk utboring 24

i endeflaten av styredelens kjerne 12. Kjernen 12 med sin mantel 13 kan således rotere i forhold til gummifjæren 16. Utførelses-formen ifølge fig. 3 atskiller seg fra versjonen ifølge fig. 1 også med hensyn til det skålformete element 14 som i dette tilfelle er vendt i motsatt retning og derved omgriper kjernen 12 og er forbundet med denne. En ringformet gummidel 15 er, slik som før, fastgjort på yttersiden av det skålformete element 14, for å tjene som fjærutslagsbegrensende anordning i forening med det skålformete element 19 på vinkelseksjonen 20.

Fig. 4 viser et ytterligere eksempel på en håndtaksanordning ifølge oppfinnelsen, for vibrasjonsisolering. De ulike kom-ponenter er i fig. 4 betegnet med samme henvisningstall som tidligere. Forskjellen er i dette tilfelle at håndtaket er montert ved anvendelse av spesielle knekter 30 som ved hjelp av bolter 31 og en låsbøyle 32 er fastgjort til håndtaket 10 på den vibrerende maskin. En annen forskjell består i at det skålformete element 14 i dette tilfelle er direkte sammenvulkanisert med gummifjæren 16 og på utsiden forbundet med den elastiske ring 15.

Ifølge oppfinnelsen skal, som tidligere nevnt, styredelens masse og fjæringsorganets eller -organenes fjærstivhet avpasses på en viss måte i forhold til hverandre og i forhold til den vibrerende maskins frekvens, dvs. forstyrrelsesfrekvensen. Av-pasningen skal gjennomføres på slik måte, at forholdet mellom forstyrrelsesfrekvensen og styredelens egenfrekvens med hensyn til translasjons- og rotasjonsbevegelser henholdsvis langs og om styredelens geometriske akse og henholdsvis langs og om to retninger som forløper rettvinklet mot aksen og likeledes mot hverandre, er - >\ fl. Den teoretiske beregning av korrekt fjærstivhet og masse for det vibrasjonsisolerende håndtak er i det etter-følgende beskrevet under henvisning til fig. 2, som skjematisk viser håndtakets skaftdeler 10 og den mellomliggende styredel 11 som er opplagret gjennom fjærene 16. Fig. 2 viser tre innbyrdes rettvinklete koordinatretninger, nemlig Y-retningen som forløper aksialt med styredelen 11 samt Z-retningen og X-retningen som forløper rettvinklet mot hverandre og mot Y-retningen. På tegningen forløper X-aksen rettvinklet mot figurplanet og strekker seg gjennom skjæringspunktet for de to retningspiler Y og Z.

Styredelen 11 er slik opplagret, at det ved beregning av vibrasjonsisoleringen er nødvendig å ta hensyn til seks forskjel-lige vibrasjonsretninger, for å kunne bestemme styredelens eksakte posisjon i hvert enkelt tilfelle. Tre av disse bevegelser er translasjonsbevegelser, nemlig i retningen for aksene X, Y

og Z. Det må dessuten tas hensyn til rotasjonsbevegelser om hver av disse akser. Derved betegner a rotasjon om X-aksen, B rotasjon om Y-aksen og y rotasjon om Z-aksen. Det vil for hver av disse translasjons- og rotasjonsbevegelser finnes en egenfrekvens som er viktig i forbindelse med foreliggende oppfinnelse. For å kunne oppnå fullgod isolering av styredelen 11 i forhold til skaftdelene 10, har det i forbindelse med oppfinnelsen vist seg at disse egenfrekvenser må ligge vesentlig lavere enn den inngående forstyrrelsesfrekvens (hovedfrekvensen for den vibrasjon som forårsakes av maskinen), hvorved den beste isolering oppnås dersom forholdet mellom forstyrrelsesfrekvens og aktuell egenfrekvens er >V2 .

Da opphengningen av styredelen er anordnet som en såkalt tresymmetriopplagring, kan beregningen av egenfrekvensene for-enkles betydelig. Egenfrekvensene beregnes derfor på følgende måte:

Translasjonsbevegelser

Rotasj onsbevegelser

I disse formler er:

f = egenfrekvensen for translasjonsbevegelsen i Z-retningen

(Hz)

f^= egenfrekvensen for translasjonsbevegelsen i Y-retningen

(Hz)

f x = egenfrekvensen for translasjonsbevegelsen i X-retningen

(Hz)

f = egenfrekvensen for rotasjonsbevegelsen om Z-aksen (Hz)

f = egenfrekvensen for rotasjonsbevegelsen om Y-aksen (Hz)

f = egenfrekvensen for rotasjonsbevegelsen om X-aksen (Hz) (i dette tilfelle er f = 0 på grunn av at fjæren teoretisk

er fastgjort i massen uten eller med lav friksjon)

M = styredelens masse i kg

k Ci = fjærelementets stivhet i Z-retningen i N/m ky = fjærelementets stivhet i Y-retningen i N/m k^<=>fjærelementets stivhet i X-retningen i N/m kQ= fjærelementets vridningsstivhet om Y-aksen i Nm/radian a^= tyngdepunktets avstand til fjærens symmetrilinje, meter

målt langs Y-aksen

P Ci = styredelens treghetsradius med hensyn på Z-symmetriaksen,

meter

P x = styredelens treghetsradius med hensyn på X-symmetriaksen,

meter

Dersom fjæringskonstantene for de to fjærer 16 avpasses på slik måte at hver enkelt av de ovennevnte egenfrekvenser blir så mye mindre enn den vibrerende maskins vibrasjonsbetingete forstyrrelsesfrekvens at forholdet mellom denne og styredelens respektive egenfrekvens blir >\ l2, vil det oppnås en meget god vibrasjonsisolering. Som følge av fjærelementenes fasong av timeglassformete eller manualformete organer og grunnet fraværet av forspenning i fjærelementene vil levetiden for fjærelementene og styredelens opplagring i skaftdelene begunstiges. Under anvendelse vil således styredelen være meget godt vibrasjonsiso-lert i forhold til den øvrige del av den vibrerende maskin, og dette gjør det lettere for operatøren å håndtere maskinen, sam-tidig som risikoen for yrkesskader reduseres. Under vending eller annen håndtering av maskinen, når operatøren utøver betydelige krefter i delen 11, vil gummiringen 15 som er fastgjort på det skålformete element 14, bringes i inngrep med innersiden av det skålformete element 19, slik at en nøyaktig styring av maskinen ikke hindres av fjæringssystemet. Denne utslagsbegrensende mekanisme gjør det også mulig å løfte den vibrerende maskin etter håndtaket uten risiko for beskadigelse av fjærelementene 16.

Claims (6)

1. Anordning ved håndtak for vibrerende maskiner, som omfatter en styredel (11) og ett eller flere fjæringsorganer (16) som forbinder anordningen med håndtakets skaftdel (10) samt en mekanisme (14,19) for begrensning av fjæringsutslaget ved kraft-utøvelse over et forutbestemt nivå, karakterisert ved at styredelens (11) masse og fjæringsorganets eller -organenes (16) fjæringsstivhet er slik avpasset i forhold til hverandre og til den vibrerende maskins forstyrrelsesfrekvens, at forholdet mellom denne frekvens og styredelens (11) egenfrekvens i forbindelse med translasjons- og rotasjonsbevegelser henholdsvis langs og om styredelens geometriske akse (Y) og henholdsvis langs og om to retninger (Z henholdsvis X) som forløper rettvinklet mot aksen og likeledes mot hverandre, er >\ f2 .

2. Anordning i samsvar med krav 1, karakterisert ved at hver ende av styredelen (11) er forbundet med håndtakets skaftdel (10) gjennom et tilnærmelsesvis timeglassformet, elastisk element (16) som er beliggende aksialt i forhold til styredelen.

3. Anordning i samsvar med krav 2, karakterisert ved at det timeglassformete, elastiske element (16) er dreibart forbundet med styredelen (11) eller med skaftdelen (10).

4. Anordning i samsvar med et av kravene 1-3, karakterisert ved at mekanismen (14,19) for begrensning av fjæringsutslag omfatter et skålformet element (19) som er forbundet med håndtakets skaftdel (10) og hvis innerdiameter er større enn diameteren av den del (14) av styredelen (11) som er innført i elementet.

5. Anordning i samsvar med krav 4, karakterisert ved at den del (14) av styredelen (11) som er inn-ført i det skålformete element (19) er forbundet med et støtopp-takende og -dempende, elastisk element (15) som er innrettet for inngrep med det førstnevnte element (19).

6. Anordning i samsvar med et av kravene 1-5, karakterisert ved at styredelen (11) er omgitt av en mantel (13) av elastisk materiale.