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本发明提供了一种强夯机。该强夯机包括：臂架（10）；以及起吊绳（50），包括相互连接且分别位于臂架（10）两个相对侧的第一段绳体（51）以及第二段绳体（52），第一段绳体（51）具有起升机构连接端，第二段绳体（52）具有夯锤连接端；第一段绳体（51）所在的第一直线、第二段绳体（52）所在的第二直线以及臂架（10）的纵向中心线相交于一点，且第一直线与臂架（10）的纵向中心线之间的第一夹角以及第二直线与臂架（10）的纵向中心线之间的第二夹角相适应。本发明可以减小夯锤下落时的臂架振动、维持整机的稳定性、延长元件使用寿命并改善操作环境。

权利要求书

强夯机
技术领域
本发明涉及工程机械技术领域，具体而言，涉及一种强夯机。
背景技术
如图1所示，强夯机是一种用于夯实地基的工程机械，其作用是通过起吊绳50’反复将标定重量的夯锤20’提升到一定的高度后，使夯锤20’下落，在土壤中形成强大冲击，达到提高地基承载能力的目的。
目前普遍应用的履带式强夯机是在履带式起重机的基础上发展形成的，采用变幅机构30’连接臂架10’，变幅机构30’包括变幅钢丝绳31’以及拉板32’。提升夯锤20’时，由变幅机构30’施力使臂架10’达到力矩平衡；夯锤20’下落前，变幅机构30’变形储能，臂架10’也因偏心承压变形储能。当夯锤20’下落瞬间，上述能量突然释放，引起臂架10’反弹，力矩平衡状态被破坏，为使臂架10’不致后翻，在臂架10’中间设置带缓冲功能的防倾机构40’阻止和衰减臂架10’振动，最终达到静止状态；防倾机构40’一般是一套位于下方的第一防倾杆41’，为了进一步减小振动，甚至会增加一套位于上方的第二防倾杆42’。由于反弹冲击力较大，尽管第一防倾杆41’以及第二防倾杆42’分别设置了弹簧，可起到一定缓冲作用，但还是会对转台形成相当的冲击，加剧整机的晃动。由于工作级别高、频繁突然卸载是强夯机的主要工作特点，在长期频繁的冲击作用下，结构件易发生疲劳破坏，元件的可靠性也将大幅降低，同时频繁的冲击晃动，导致操作者的工作环境条件及安全性非常差。
发明内容
本发明旨在提供一种强夯机，可以减小夯锤下落时的臂架振动。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种强夯机，包括：臂架；以及起吊绳，包括相互连接且分别位于臂架两个相对侧的第一段绳体以及第二段绳体，第一段绳体具有起升机构连接端，第二段绳体具有夯锤连接端；第一段绳体所在的第一直线、第二段绳体所在的第二直线以及臂架的纵向中心线相交于一点，且第一直线与臂架的纵向中心线之间的第一夹角以及第二直线与臂架的纵向中心线之间的第二夹角相适应。
进一步地，第一直线与第二直线形成的夹角具有角平分线，臂架可转动地设置，臂架的转动范围的中心线与角平分线重合。
进一步地，强夯机还包括：转台；以及起升机构，设置在转台上，起升机构与第一段绳体的起升机构连接端相连接。
进一步地，起升机构包括：起吊绳调节组件，设置于转台上并与第一段绳体的起升机构连接端相连接，以调节第二段绳体的夯锤连接端的动作；以及第一支撑部，第一端与转台相连接，第二端与起吊绳调节组件相连接，第一支撑部、起吊绳调节组件以及转台之间围设形成三角形结构。
进一步地，起吊绳调节组件包括：安装架，分别与转台以及第一支撑部铰接，安装架、转台以及第一支撑部之间围设形成三角形结构；定滑轮组，设置于安装架上；以及动滑轮组，设置于安装架上并位于定滑轮组的下方，动滑轮组具有向远离定滑轮组方向运动的第一工作状态，以及向靠近定滑轮组方向运动的第二工作状态；第一段绳体的起升机构连接端绕经定滑轮组以及动滑轮组。
进一步地，起吊绳调节组件还包括调节件，调节件长度可调整地设置在安装架上并与第一段绳体的起升机构连接端相连接，调节件具有长度缩短并与动滑轮组相连接以使动滑轮组位于第一工作状态的第三工作状态，以及与动滑轮组相脱离以使动滑轮组位于第二工作状态的第四工作状态。
进一步地，安装架具有位于其上部的弯折段，弯折段的横截面沿远离转台的方向逐渐减小；定滑轮组有两个，两个定滑轮组分别设置于安装架的弯折段上，并沿弯折段的弯折方向顺次布置。
进一步地，臂架与转台铰接；强夯机还包括长度可调整地设置的变幅机构，变幅机构的第一端与臂架铰接，变幅机构的第二端相对于转台固定设置。
进一步地，变幅机构的第二端与第一支撑部、起吊绳调节组件或转台中的任意一个铰接。
进一步地，强夯机还包括长度可调整地设置的第二支撑部，第二支撑部与转台远离臂架的一侧固定连接，并沿远离转台的方向向下延伸。
应用本发明的技术方案，通过使起吊绳上相连接的第一段绳体以及第二段绳体分别位于臂架的两个相对侧，第一段绳体与起升机构连接，第二段绳体与夯锤连接，且第一段绳体所在第一直线、第二段绳体所在第二直线以及臂架纵向中心线三线相交于一点，此时臂架仅单向轴向承压，即外载荷对臂架基本无弯矩，臂架结构无弯曲变形。由于第一直线与臂架纵向中心线之间的夹角、第二直线与臂架纵向中心线之间的夹角相适应，即基本相等，所以臂架两侧钢丝绳力相同，因此，当提升夯锤时，外载荷对臂架铰点力矩平衡。当落锤瞬间，臂头两侧钢丝绳力同时消失，臂架将维持上述平衡状态。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，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示出了根据现有技术的强夯机的示意图；
图2示出了根据本发明的第一个实施例的强夯机的示意图；
图3示出了根据图2的第一个实施例的强夯机的C处放大图；
图4示出了根据本发明的第一个实施例的强夯机的起吊绳调节组件的示意图；
图5示出了根据本发明的第一个实施例的强夯机的臂架三个工作位置的示意图；
图6示出了根据本发明的第二个实施例的强夯机的示意图；
图7示出了根据本发明的第三个实施例的强夯机的示意图；以及
图8示出了根据本发明的第四个实施例的强夯机的示意图。
具体实施方式
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
如图2至图5所示，根据本发明的第一个实施例，提供了一种强夯机，包括履带底盘90、转台80、臂架10、夯锤20、起吊绳50、变幅机构30以及起升机构70。其中转台80可转动地设置在履带底盘90上，臂架10以及起升机构70随动地设置在转台80上，臂架10与转台80铰接于G点。起吊绳50的第一端为与起升机构70相连接的起升机构连接端，第二端为绕经臂架10顶部的定滑轮后与夯锤20相连接的夯锤连接端，其中起吊绳50的起升机构连接端与臂架10顶部之间的部分为第一段绳体51，起吊绳50的夯锤连接端与臂架10顶部之间的部分为第二段绳体52，第一段绳体51与第二段绳体52分别位于臂架10的两个相对侧。
结合参见图5，第一段绳体51所在的第一直线、第二段绳体52所在的第二直线以及臂架10的纵向中心线相交于一点，且第一直线与臂架10的纵向中心线之间的第一夹角以及第二直线与臂架10的纵向中心线之间的第二夹角相适应，即基本相等。也就是说，第一直线与第二直线形成的夹角具有角平分线，臂架10可转动地设置，臂架的转动范围的中心线与该角平分线重合。
在本发明中，臂架10两侧起吊绳50的数量是相等的，即相当于单倍率作业。假设地面水平且忽略臂架10自重，在如图5所示的强夯机工作范围内，即臂架10旋转的70°至80°范围内，第一段绳体51所在的第一直线、第二段绳体52所在的第二直线以及臂架10的纵向中心线三线基本汇交于一点，即在臂架10旋转角度为80°时，该交点为X₁，此时第一直线与臂架10的纵向中心线之间的夹角为α₁，第二直线与臂架10的纵向中心线之间的夹角为β₁；在臂架10旋转角度为75°时，该交点为X₂，此时第一直线与臂架10的纵向中心线之间的夹角为α₂，第二直线与臂架10的纵向中心线之间的夹角为β₂；在臂架10旋转角度为70°时，该交点为X₃，此时第一直线与臂架10的纵向中心线之间的夹角为α₃，第二直线与臂架10的纵向中心线之间的夹角为β₃，无论处于哪个角度，臂架10均仅单向轴向承压，即外载荷对臂架10基本无弯矩，臂架结构无弯曲变形。图5中P为起吊绳50与起升机构70的顶部的定滑轮组714的切点。
由于第一直线与臂架10的纵向中心线之间的第一夹角以及第二直线与臂架10的纵向中心线之间的第二夹角基本相等，即α₁≈β₁，α₂≈β₂，α₃≈β₃，使得臂架10两侧的第一段绳体51与第二段绳体52的力相同，因此，当提升夯锤20时，外载荷对臂架10的铰点G的力矩平衡。当夯锤20下落瞬间，臂架10两侧的第一段绳体51与第二段绳体52的力同时消失，臂架10将维持上述平衡状态。
这里第一夹角与第二夹角相等是一种最优的理想状态，一般在实际操作中，由于各种外在条件的影响，不能达到理想的完全相同的状态，但是只要趋于相等，就可以基本实现上述的平衡臂架10的目的。
而实际上，地面倾斜度及臂架10的自重是不可忽略的，此时，臂架10的自重力矩及因地面不平导致的臂架10两侧第一段绳体51以及第二段绳体52的力矩的偏差，均由变幅机构30的力与之平衡。该变幅机构30的力可能是压力也可能是拉力。由于地面倾斜度不可能很大，基本小于5%，且臂架10自重较小，因此变幅机构30的力也会不大，完全在臂架结构的承受范围内。通过变幅机构30替代现有的变幅钢丝绳以及变幅拉板，使强夯机的整体结构更加简单，控制更加方便。
结合参见图2，本发明中，变幅机构30为变幅油缸，其第一端与臂架10铰接，第二端与起升机构70铰接，通过变幅油缸的活塞杆的伸缩驱动臂架10绕铰点G转动，使臂架10的倾斜角度减小或增大，实现臂架10的平衡。当然，这里的变幅机构30不限于变幅油缸，只要是长度可调整的结构，能够平衡臂架10的力矩即可，如一组可伸缩的套管，当内层的管体缩回外层的管体内时，套管整体长度缩小，当内层的管体伸出外层的管体时，套管整体长度增加，同样可以起到与变幅油缸相同的效果。
起升机构70包括起吊绳调节组件71以及第一支撑部72，其中起吊绳调节组件71与转台80铰接，用于连接起吊绳50并调整起吊绳50吊起的夯锤20的高度，第一支撑部72的第一端与转台80相连接，第二端与起吊绳调节组件71相连接，用于支撑起吊绳调节组件71，变幅机构30的第二端铰接在第一支撑部72上。第一支撑部72、起吊绳调节组件71以及转台80之间围设形成一个固定的三角形结构，增加了起升机构的稳定性，且起升机构70本身可以起到部分配重的作用。
结合参见图4，起吊绳调节组件71包括安装架711、定滑轮组714以及动滑轮组713，其中安装架711为铰接于转台80上的桁架结构，安装架711内部具有用于安装起吊绳调节组件71的其他部件的安装空间，定滑轮组714以及动滑轮组713分别设置在安装架711上，且动滑轮组713位于定滑轮组714的下方，动滑轮组713沿设置于安装架711的安装空间内部的滑道可运动地设置，其具有向远离定滑轮组714方向运动的第一工作状态，以及向靠近定滑轮组714方向设置的第二工作状态，起吊绳50的起升机构连接端分别绕经动滑轮组713以及定滑轮组714。
本发明中，动滑轮组713的运动是通过调节件712驱动的，调节件712安装在安装架711的安装空间中，其位于动滑轮组713的下方并与第一段绳体51的起升机构连接端相连接，调节件712的长度可以进行调整，当调节件712的长度缩短时，调节件712与动滑轮组713相连接，并带着动滑轮组713沿滑道向下运动，使动滑轮组713位于第一工作状态，同时带动第二段绳体52的夯锤连接端所连接的夯锤20上升，这时的调节件712位于第三工作状态；夯锤20到达预定高度后，调节件712的缩短动作停止，然后调节件712与动滑轮组713相脱离，使动滑轮组713沿着滑道向靠近定滑轮组714的方向运动，定滑轮组714进入第二工作状态，夯锤20下落，这时调节件712位于第四工作状态。通过调节件712自身的长度调整以及与动滑轮组713的选择性连接可以实现起吊绳50所连接的夯锤20的起升。
优选地，调节件712为调节油缸，但是这里的调节件712不限于调节油缸，也可以替换为其他长度可调整的结构，如前述的套管。
安装架711的顶部具有弯折段，该弯折段的横截面沿远离转台80的方向逐渐减，两个定滑轮组714中的一个可转动地设置在弯折段的顶端，另一个靠近弯折段的底部设置，使两个定滑轮组714整体沿弯折段的弯折方向顺次布置。
当然，这里的定滑轮组714不限于两个，其具体的数量以及位置应该根据实际需要设置，例如根据所需的起升倍率设置不同数量的定滑轮组714。
结合参见图3，由于夯锤20下落前后，整机重心存在突变，因此，当夯锤20下落后，地面弹性变形得以恢复，整机有后仰的趋势。通过在转台80远离臂架10的一侧固定连接一沿远离转台80的方向向下延伸的第二支撑部60可以减轻这一趋势，第二支撑部60通过连接板61固定于转台80上。本发明中，第二支撑部60为支腿油缸，但是第二支撑部60的结构不限于支腿油缸，也可以替换为其他长度可调整的结构，也可以实现这一目的。
由上述内容可知，本发明的强夯机在作业过程中，能够实现臂架10的自平衡，即在夯锤20下落前后，臂架10基本无反弹趋势，且整机的晃动也将大幅削减，结构寿命及元器件的可靠性因此而大幅提高，操作者的工作环境条件及安全性也得以改善。同时，本发明的强夯机结构组成及安装控制较为简单，起升机构70、转台80以及第一支撑部72相对固定，在臂架10的工作范围内，其作业幅度的变化不会影响臂架10的自平衡。此外，作为平衡重式起重设备，配重是必不可少的重要部件。本发明的强夯机利用起升机构70的重量代替部分配重，而其本身作为提升机构，成本也低于同级别带载自由落钩卷扬。
结合参见图6，根据本发明的第二个实施例，提供了一种强夯机，其与第一个实施例结构基本相同，区别在于，本实施例中，变幅机构30的第二端与起吊绳调节组件71铰接，这种连接方式可以与第一个实施例中的变幅机构30起到相同的作用。
结合参见图7，根据本发明的第三个实施例，提供了一种强夯机，其与第一个实施例结构基本相同，区别在于，本实施例中，变幅机构30的第二端与转台80铰接，这种连接方式可以与第一个实施例中的变幅机构30起到相同的作用。
由上述的三个实施例可以看出，变幅机构30的安装方式灵活多样，可以根据实际情况任意连接，只要其第二端相对于转台80固定，以提供支撑的基础即可。
结合参见图8，根据本发明的第四个实施例，提供了一种强夯机，其与第一个实施例结构基本相同，区别在于，在提高夯击能作业时，增加辅助门架40以及卷扬机53，此时，变幅绳31连接在臂架10的顶部与起升机构70之间，用于实现臂架10的起臂和变幅的功能，此结构下可以不设置变幅机构30，卷扬机53设置在转台80上，起吊绳50的第一端与卷扬机53相连接，起升机构70不再承担起吊绳50的调节功能，而由卷扬机53来替代。这种结构的强夯机，由于起吊绳50的连接关系发生变化，不再如第一个实施例所述的需要臂架10两侧的起吊绳50与臂架10的纵向中心线交于一点，但是由于有辅助门架40，臂架10仍然可以实现平衡，减小振动。
从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：应用本发明的技术方案，通过使起吊绳上相连接的第一段绳体以及第二段绳体分别位于臂架的两个相对侧，第一段绳体与起升机构连接，第二段绳体与夯锤连接，且第一段绳体所在第一直线、第二段绳体所在第二直线以及臂架纵向中心线三线相交于一点，此时臂架仅单向轴向承压，即外载荷对臂架基本无弯矩，臂架结构无弯曲变形。由于第一直线与臂架纵向中心线之间的夹角、第二直线与臂架纵向中心线之间的夹角相适应，即基本相等，所以臂架两侧钢丝绳力相同，因此，当提升夯锤时，外载荷对臂架铰点力矩平衡。当落锤瞬间，臂头两侧钢丝绳力同时消失，臂架将维持上述平衡状态。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。