HCR80K振动冲击夯的研究和设计

1、HCR80K振动冲击夯的技术创新研究与设计姚东伟1王培先2（1江海职业技术学院，江苏扬州， 225101 2郑州职业技术学院，河南郑州，450121）摘要：根据工程施工的条件和环境需要，在HCR80型振动冲击夯技术基础上，通过连接件的设计，一台夯机实现电动机和内燃机双动力源的连接，通过扶手减振器橡胶压缩减振的设计，有效提高了橡胶减振器使用寿命和减振效果，技术创新研究和设计出HCR80K型振动冲击夯。关键词：冲击夯；连接件；橡胶；减振器文献标识码：A中图分类号：TU662HCR80K vibration rammer technology Innovation Research and Desi

2、gn1 2Yao Dongwei Wang P eixian(Jianghai Polytechnic College, Jiangsu 1, Yangzhou, Zhengzhou Technical College, Henan 2251012, Zhengzhou, 450121) Abstract: Accord ing to the con diti ons of con struct ion and environmen tal n eeds, in HCR80-t ype vibrati on rammer tech no logy, based on the coup li n

3、g parts through desig n, impi eme ntati on, tamping mach ine motor and a dual po wer source connection to the internal combustio n engine, comp ressed by the arm by rubber shock absorber seismic desig n, improve service life and rubber shock absorber damping effect, tech no logical inno vati on, res

4、earch and desig n HCR80K type vibratory comp actor.Keywords: rammer; coup li ngs; rubber; shock absorber0引言振动冲击夯是种比较先进的小型夯机械装备，广泛用于建筑工程和市政工程中，适用于各种砂、石、三合土的压实平整，也适用于对沥青砂石、混凝土和粘土的压实平整，特别适用于建筑、地面、庭院、 路基、桥桩、沟槽、野外狭窄场地等环境的施工。也因此，振动冲击夯的应用也远远超过了传统蛙式夯机和平板夯，在技术也日趋完善，能够平均无故障工作时间达150h以上，也克服了活塞顶端锁紧装置这些产容易脱落，导向键易

5、磨损和发动机不耐冲击等技术难题1。市场上主要的产品有：2.2KW电机驱动的HCD70冲击夯，3KW电机驱动的HCD80 HCD85冲击夯，以及以发动机为驱动力的HCR80型冲击夯等。HCR80K品存在动力源单一（电动机或发动机）；发动机选配成本较高（发动机大多匹配抗冲击性能较好的本 田”、“罗宾”发动机），减振器受到很大的剪切力（振动内板和振动外板相对剪切）易损坏，针对这 些问题，在HCR80型冲击夯基础上进行研究， 设计出具有双动力源连接件和压缩橡胶减振特点的 型振动冲击夯。1. HCR80K型振动冲击夯主要研究和设计指标(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)40 65mm 不小于 56

6、Nm1013m/min;80 kg；300mm 280mm双动力源连接件设计； 压缩橡胶减振器设计； 起跳高度： 冲击能量： 前进速度： 整机重量： 夯板尺寸：2. HCR80K型振动冲击夯的主要结构和工作原理2.1 HCR80K型振动冲击夯的主要结构HCR80K型振动冲击夯由扶把、汽油机 /电动机、离合器、箱体、大小齿轮、轮毂、连杆、杆芯、 小弹簧、运动缸、内缸体、防护罩、夯板等组成，如图1所示。1ft654327*161.扶手2.电机3.联轴器4.曲轴箱5.套12.导向键13.弹簧14.滑块15.卡快图1密封圈6.箱盖7.大齿轮8.连杆9.活塞杆10.外缸体11.弹簧16.夯板17.防尘折

7、箱18.小齿轮19.活塞头HCR80K型振动冲击夯结构示意图2.2 HCR80K型振动冲击夯的工作原理【2oHCR80K型振动冲击夯的电动机或汽油机经联轴器和齿轮副带动曲柄转动时，曲柄连杆机构带动连 杆滑块做上下往复运动， 不断压缩和伸张弹簧， 释放能量使夯机跳起，由于主机和夯板倾斜成一定角度， 夯机在起跳时自行向前移动，从而完成夯实和移动的工作 3. HCR80K型振动冲击夯技术创新研究与改进设计 3.1双动力源可拆卸连接件结构的研究与设计目前，单一动力源振动冲击夯主要有电动机式和内燃机式，电动机振动冲击夯的联轴器和曲轴箱输入轴相配合，发动机振动冲击夯的发动机通过离合器与曲轴箱输入轴轴向连接

8、，这两种连接都是固定的，无法更换动力源。为此， 设计一种可拆卸的动力源连接件，通过更换连接件，可以实现一机双动力源的 装配。3.1.1连接件的安装和连接双动力源连接件安装如图 2a所示。曲轴箱动力输入轴 2通过轴承1安装在夯机壳体上，动力输入 轴1外端面设有螺栓孔，动力连接套 4在轴上向上通过螺栓 3与动力输入轴1固定，同时动力连接套 4 内段内表面与动力输入轴 1相配合，通过键5传动，动力连接套4内段外表面通过轴承 6安装在夯机壳 体上。Sw1.轴承；2.曲轴箱输入轴；3.螺栓；4.连接件；5.键；6轴承；7.键槽图2a连接件的结构和安装示意图2b所示。连接件的外端锅型与内燃机输出装置形成超

9、越离合器，实3.1.2内燃机连接件的结构设计内燃机连接件的结构设计如图现动力传递。图2b内燃机式连接件结构图3.1.3电动机连接件的结构设计7,连接件外电动机连接件的结构设计如图2c所示。连接件的外端内套面上设有用于传动的键槽端与电动机动力输出轴相配合，通过键来实现动力传递。1图2c电动机式连接件结构图U3.2扶手减振器结构的研究与设计振动冲击夯传统扶手减振器的结构如图3所示。该结构包括彼此平行，与机体固定连接的圆板型的内侧板1和与手把固定连接的圆板型的外侧板2，以及设置在内侧板和外侧板中间的橡胶圆柱体3组成。其中，橡胶柱外表面与外侧板粘结，内表面通过两个螺栓4与内侧板连接，所以，工作时，橡胶

10、柱在减振的同时，受到内外板之间的剪切力，会造成橡胶选择较软时容易损坏，选择太硬时减振效果差的缺点3。因此，研究设计压缩橡胶减振器能够很好的解决以上问题。1.内侧板；2.外侧板；3.橡胶；4.螺栓图3传统扶手减振器结构示意图3.2.1压缩橡胶减振器的结构设计与减振原理压缩橡胶减振器由外套筒 1、内芯2和四个橡胶条3组成，如图4所示，减振器的内芯和夯机机体 通过螺栓固定，外套筒与扶手固定。工作时，内芯和外套筒相对扭转压缩四个橡胶条，从而实现减振。 这样的设计可以选择较软的橡胶，能够提高减振效果，增加减振的使用寿命，但橡胶的参数选择符合以下设计。31.外套筒；2内芯；3.橡胶条 图4压缩橡胶减振器结

11、构图3.2.2压缩橡胶减振器橡胶参数设计和材料选择橡胶在冲击夯工作时，受到很大的冲击和变形，因此设计时应充分考虑静刚度和动刚度。静刚度一般用结构的在静载荷作用下的变形多少来衡量，动刚度则是用结构振动的频率来衡量。橡胶件的静刚度是非线性的，也就是在不同载荷下的静刚度值是不一样的，橡胶件的动刚度是随频率变化的，基本上是频率越高动刚度越大，在低频时变化较大，到高频是曲线趋于平坦，另外动刚度与振动的幅值也有关系，同一 频率下，振动幅值越大，动刚度越小。(1)动态、静态刚度参数设计为了使手扶架工作平稳，激振频率与减振器自动频率之比r应满足:fr =23 fu(1)式中:f -激振频率fu-减振块自振频率

12、取r =3，激振频率f =650r/min，求得自振频率f0 =217r/min 。动态压缩刚度Kd公式KF(rfu)2Kd =(2)式中:ngKd-每个减振块动态压缩刚度F -冲击力n -减振块数g -重力加速度取 F =1000N，求得 Kd=132 kg /cm静态压缩刚度Ks公式Kd式中：“动静比取 6 =1.3，求得 Ks =101 k /cm(2)材料的选择。根据设计的是橡胶块压缩变形减振，动静刚度参数的设计，在性能上要求抗疲 劳性能好，参照现有产品可选用硬度为：HS4旷HS55度的橡胶材料。4.HCR80K型振动冲击夯的技术创新点HCR80K型振动冲击夯的研究与设计是在HCR80

13、型振动冲击夯基础上进行技术性创新改进设计，主要解决双动力源连接和减振器了两个技术性问题，配置了自主研发的电动机。4.1创新设计一种新型可拆装双动力源连接件该设计的连接件由轴承与夯机曲轴箱相配合， 轴向通过螺栓与曲轴箱输入轴相固定， 通过选配连接 件可以实现夯机根据工况选用内燃机或电动机作为动力源，解决了无电无法使用电动冲夯机， 无油料无法使用内燃机冲击夯的问题。4.2 创新设计一种新型的扶手减振器该设计的减振器由外套筒、内芯和四个橡胶条组成，其中外套筒呈圆筒状，内芯截面为方形， 内芯和套筒的缝隙中对称放置四个橡胶条， 工作时， 由于内心旋转而压缩橡胶条减振， 该结构的设计使起减 振作用的橡胶受

14、力形式由剪切变为压缩， 改善了受力方式， 进而可以选用较软的橡胶， 延长了橡胶减振 器的使用寿命，也提高了减振效果。4.3 配备自行研制的高效节能型电动机该设计的夯机配备自行研制的电动机， 该电机用由永磁体为衔接部件将异步启动转子与转轴连接起来，先将瓦形永磁体粘贴在钢轴上形成永磁转子，然后将圆筒形一步启动转子紧密配合在永磁转子上， 采用增加自动离合器无负载启动，具有高效节能的特点。4.4 整体设计简洁和符合人机科学该设计的夯机以世纪蓝作为机身主色调， 并搭配其他颜色， 色调简介和明快， 扶手根据人体功能学 改进设计，整体显得美观大方，便于操作，提高了操作的舒适性和安全性5 。5 总结HCR80

15、K型振动冲击夯的研究和设计，通过样机的工业试验，该夯机每分钟的冲击次数偏差为1%起跳高度不低于设计值的 95%，对砂性土壤夯实八次后表层压实度不小于 95%，夯实性能较好；夯机连 续工作 1.5h ，外表没有松动、泄露现象，工作噪声没有异常，机体温度和油温正常；选装电动机和内 燃机连接方便快捷， 夯机扶手对操作人员的冲击力明显减小 6 。测试项目结果证明均达到了设计的技术 指标，并具有设计先进、结构合理、夯实力大、适用范围广、操作简单、使用安全、新颖美观等特点。参考文献1234506)6孟宪熙，李邵岗 .振动冲击夯研究现状及对策分析 陈凯，林丽 . 我国振动冲击夯工作机理分析研究情况综述 郁录平，惠辉，高彦军 . 振动平板夯橡胶减振安装角度分析 秦洪艳，张红，侯之超 .圆柱形橡胶垫刚度经验公式的研究2004, (12): 1720.1996, (02): 3233.2005, ( 07): 77-80.J. 北京建筑工程学报，J. 建筑机械，J. 建筑机械，J. 潍坊学院学报， 2006,(03): 6-9。赵丽娟，徐涛，刘杰.基于 ADAMS/Vibr