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摘 要：本文介绍了一种适用于建筑行业处理地基用的夯实机，用来夯实水泥土桩。夯实机的工作部分是锤头和锤杆，有一对工作槽轮在传动系统的带动下，能够夹持锤杆，把锤头提升到一定高度，再松开锤杆，使锤头自由落下，完成夯实作业。传动系统由电机减速机，齿轮，链轮等组成。
关键字：槽轮，锤头，锤杆，传动系统
一、 问题的提出
在建筑行业处理地基时，水泥土桩得到广泛地使用。水泥土桩就是在待处理的地基上，按设计要求钻很多直径约为350mm-400mm的孔洞，孔洞深度 大致5-6m 。然后往洞中填加水泥土，一边填加一边用夯实机来夯实。水泥土是水泥和黄土按一定比例混合均匀制成的。水泥土比较松散，用人工或输送机往孔洞中填加，边填加边用夯实机来夯实，一直把空洞填满夯实。待水泥和黄土充分反应后，就形成了一根根结实的扎在土里的桩柱，增强了地基的承载能力。水泥土桩的施工需要设计一种合适的夯实机来完成。
水泥土桩对夯实机的要求是：
1. 锤头的直径320-340mm；
2. 锤头质量60Kg， 每次落下高度800mm；
3. 锤头按自由落体垂直落下，每次落下要牢固地落实在地基上。锤头应能够连续地完成一下下地夯实。
4. 夯实机应坚固耐用，能适应长时间在恶劣环境中连续工作。
5. 夯实机应能灵活移动，打好一个桩后，方便地移动到下一个位置来工作。
二、 夯实机设计
1、 结构：
夯实机主要由三部分组成：工作部分、传动部分和机架部分。
工作部分：夯实机的直接工作部分由锤头和锤杆组成。锤头为钢制的直径为?325的圆柱体，高度约为400mm，头部略显圆弧，质量为60Kg。上部装有锤杆，锤杆为?57X4的无缝钢管，长7-8m（按孔洞深度设计）。锤头和锤杆用法兰连接，便于更换。锤杆的作用是从深孔中提起锤头和锤头下落时导向。
传动部分：传动部分包括一对圆盘形的工作槽轮、轴承、轴承座、链轮链条、齿轮、减速机、电机、皮带轮、三角皮带及张紧装置，电器开关等。
工作槽轮是夹持锤杆，提起锤头的主要部件。由两块钢板圆盘（厚度6mm）夹紧数层夹布橡胶板制成。圆盘中间被夹紧的橡胶板的厚度应超过锤杆的直径，约70-80mm，圆盘夹紧的多层橡胶板外缘加工出圆弧槽，便于夹持锤杆。圆弧的直径为锤杆直径，用车床加工而成。圆盘的橡胶部分外缘是不完整的，根据需要有一部分橡胶外缘被切除，叫缺缘部分，外缘完整部分叫有缘部分。夹紧橡胶板的钢盘是完整的，没被切除。一对工作槽轮务必对称安装，一个轮有缘部分对准另一个轮有缘部分。
工作时，工作槽轮匀速旋转，工作槽轮有缘部分依靠橡胶槽轮夹持锤杆，依靠摩擦力提起锤头。当转到槽轮缺缘部分时，槽轮放开锤杆，锤头下落。锤头下落时锤杆还受槽轮钢圆盘的限制，不会出槽。工作槽轮以一定转速匀速旋转时，锤头就一次次重复提起下落的动作，完成夯实作业。
电机减速机通过一对相同的齿轮使两个链轮转动方向相反，再通过一对相同的链轮传递到工作槽轮，使两个槽轮反向旋转。（链条有张紧装置，两个槽轮也有间距调整装置，图中略去了）
机架部分：机架部分是机器的支承，由型钢按工作要求焊接而成。机架除安放电机减速机和轴承的支座外，还装有胶轮支脚便于移动。机架要有足够的强度和刚度，和一定重量。因为夯实机工作环境恶劣而且会有很大的冲击。
2.零部件设计
（1）工作槽轮：工作槽轮是夯实机的主要工作零件，它决定着夯实机的性能。夯实机的锤头作自由落体运动，要求下落高度为0.8m。工作槽轮工作时是靠有外缘部分来夹持锤杆而提起锤杆的，所以这部分圆弧长就是0.8m（如果略去打滑和锤杆上升到最高处的上抛运动）。锤头和锤杆从最低位置被夹持提起，在很短时间被加速到工作槽轮外缘的线速度v，匀速上升到最高位置后自由落下。
锤头下落时间为t=2hg =2*0.89.8 =0.404秒，
提起锤头所用的时间由工作槽轮的转速和直径决定。在考虑了安全，制作等因素后确定工作槽轮的直径为500mm。每转按3秒钟设计，即每分钟20转，也就是每分钟打夯20次。
外缘线速度为V=πdn60 =3.14*0.5*2060 =0.523m/s
工作槽轮由轴套、钢板圆盘、橡胶板、螺栓组成。两块钢板园盘有一块焊接在轴套上，另一块活套在轴套上，橡胶板一定是夹布的橡胶板，因为所需的夹紧力很大，用废传送带的效果很好，多个螺栓来夹紧牢固。实际制作时，按图纸给出尺寸车削圆盘的外园和橡胶板圆弧。外缘弧长保留800mm，可适当大一些，例如850mm，以便使用中磨损后直径变小，另外两轮对称安装时也有偏差。其余部分切除外缘，切除深度8-10mm。活套的钢板圆盘内径与轴套外径配合为H9/h9，太松会在使用中由于冲击力而在短时间内损坏。
（2）槽轮轴
轴的材料选用45号钢，轴的结构如图1所示。中间两盘深沟球轴承作为支承，右端安装工作槽轮，左端安装链轮。
图1
功率4Kw（设计时参考类似机器暂定，待试制后进行验证）
计算轴径：d=103 =103 =60.23
取d=60mm
式中：d——轴径mm
P——功率Kw
n——转数1/min
轴的结构如图1，其他传动零件参数：
链轮链条 链号16A滚子链（GB1243-83） 节距25.40
齿轮 模数4 分度圆直径200mm 齿数50
三角带 2根B型带
摆线针轮减速机XLD4-3-59
注：减速机功率P=4Kw 机座号为3 减速比i=59
三、 夯实机试制和试用
夯实机按以上设计试制后，先在工厂试运行，试验正常后，又到实际建筑工地试用，先后曾到石家庄正定工地和山东昌邑建筑工地试用，都达到了预期的使用效果，能够满足水泥土桩夯实的使用要求。夯实机的机架配有车轮，实际上就是一个较大的手推车，移动时靠人力推动。在使用中发现，在土建工地现场条件下，人力推动较吃力。解决的办法是给车轮加上动力（电动），并采用较宽的胶轮，减速机采用双轴型，配上离合器，用链条传动到车轮，机器夯实作业和行走动作靠离合器控制。
这种夯实机造价低廉、简单实用，适合中小型建筑队伍施工使用。
【参考文献】
【1】 吴宗泽 主编，机械零件设计手册 北京：机械工业出版社，2003.11
【2】 蔡春源 主编，新编机械设计手册 辽宁科学技术出版社出版，1993.7
【3】 夏颂祺 丁伯民等编《化工设备设计全书》钢架 化学工业出版社 2004.5
关键字：槽轮，锤头，锤杆，传动系统
一、 问题的提出
在建筑行业处理地基时，水泥土桩得到广泛地使用。水泥土桩就是在待处理的地基上，按设计要求钻很多直径约为350mm-400mm的孔洞，孔洞深度 大致5-6m 。然后往洞中填加水泥土，一边填加一边用夯实机来夯实。水泥土是水泥和黄土按一定比例混合均匀制成的。水泥土比较松散，用人工或输送机往孔洞中填加，边填加边用夯实机来夯实，一直把空洞填满夯实。待水泥和黄土充分反应后，就形成了一根根结实的扎在土里的桩柱，增强了地基的承载能力。水泥土桩的施工需要设计一种合适的夯实机来完成。
水泥土桩对夯实机的要求是：
1. 锤头的直径320-340mm；
2. 锤头质量60Kg， 每次落下高度800mm；
3. 锤头按自由落体垂直落下，每次落下要牢固地落实在地基上。锤头应能够连续地完成一下下地夯实。
4. 夯实机应坚固耐用，能适应长时间在恶劣环境中连续工作。
5. 夯实机应能灵活移动，打好一个桩后，方便地移动到下一个位置来工作。
二、 夯实机设计
1、 结构：
夯实机主要由三部分组成：工作部分、传动部分和机架部分。
工作部分：夯实机的直接工作部分由锤头和锤杆组成。锤头为钢制的直径为?325的圆柱体，高度约为400mm，头部略显圆弧，质量为60Kg。上部装有锤杆，锤杆为?57X4的无缝钢管，长7-8m（按孔洞深度设计）。锤头和锤杆用法兰连接，便于更换。锤杆的作用是从深孔中提起锤头和锤头下落时导向。
传动部分：传动部分包括一对圆盘形的工作槽轮、轴承、轴承座、链轮链条、齿轮、减速机、电机、皮带轮、三角皮带及张紧装置，电器开关等。
工作槽轮是夹持锤杆，提起锤头的主要部件。由两块钢板圆盘（厚度6mm）夹紧数层夹布橡胶板制成。圆盘中间被夹紧的橡胶板的厚度应超过锤杆的直径，约70-80mm，圆盘夹紧的多层橡胶板外缘加工出圆弧槽，便于夹持锤杆。圆弧的直径为锤杆直径，用车床加工而成。圆盘的橡胶部分外缘是不完整的，根据需要有一部分橡胶外缘被切除，叫缺缘部分，外缘完整部分叫有缘部分。夹紧橡胶板的钢盘是完整的，没被切除。一对工作槽轮务必对称安装，一个轮有缘部分对准另一个轮有缘部分。
工作时，工作槽轮匀速旋转，工作槽轮有缘部分依靠橡胶槽轮夹持锤杆，依靠摩擦力提起锤头。当转到槽轮缺缘部分时，槽轮放开锤杆，锤头下落。锤头下落时锤杆还受槽轮钢圆盘的限制，不会出槽。工作槽轮以一定转速匀速旋转时，锤头就一次次重复提起下落的动作，完成夯实作业。
电机减速机通过一对相同的齿轮使两个链轮转动方向相反，再通过一对相同的链轮传递到工作槽轮，使两个槽轮反向旋转。（链条有张紧装置，两个槽轮也有间距调整装置，图中略去了）
机架部分：机架部分是机器的支承，由型钢按工作要求焊接而成。机架除安放电机减速机和轴承的支座外，还装有胶轮支脚便于移动。机架要有足够的强度和刚度，和一定重量。因为夯实机工作环境恶劣而且会有很大的冲击。
2.零部件设计
（1）工作槽轮：工作槽轮是夯实机的主要工作零件，它决定着夯实机的性能。夯实机的锤头作自由落体运动，要求下落高度为0.8m。工作槽轮工作时是靠有外缘部分来夹持锤杆而提起锤杆的，所以这部分圆弧长就是0.8m（如果略去打滑和锤杆上升到最高处的上抛运动）。锤头和锤杆从最低位置被夹持提起，在很短时间被加速到工作槽轮外缘的线速度v，匀速上升到最高位置后自由落下。
锤头下落时间为t=2hg =2*0.89.8 =0.404秒，
提起锤头所用的时间由工作槽轮的转速和直径决定。在考虑了安全，制作等因素后确定工作槽轮的直径为500mm。每转按3秒钟设计，即每分钟20转，也就是每分钟打夯20次。
外缘线速度为V=πdn60 =3.14*0.5*2060 =0.523m/s
工作槽轮由轴套、钢板圆盘、橡胶板、螺栓组成。两块钢板园盘有一块焊接在轴套上，另一块活套在轴套上，橡胶板一定是夹布的橡胶板，因为所需的夹紧力很大，用废传送带的效果很好，多个螺栓来夹紧牢固。实际制作时，按图纸给出尺寸车削圆盘的外园和橡胶板圆弧。外缘弧长保留800mm，可适当大一些，例如850mm，以便使用中磨损后直径变小，另外两轮对称安装时也有偏差。其余部分切除外缘，切除深度8-10mm。活套的钢板圆盘内径与轴套外径配合为H9/h9，太松会在使用中由于冲击力而在短时间内损坏。
（2）槽轮轴
轴的材料选用45号钢，轴的结构如图1所示。中间两盘深沟球轴承作为支承，右端安装工作槽轮，左端安装链轮。
图1
功率4Kw（设计时参考类似机器暂定，待试制后进行验证）
计算轴径：d=103 =103 =60.23
取d=60mm
式中：d——轴径mm
P——功率Kw
n——转数1/min
轴的结构如图1，其他传动零件参数：
链轮链条 链号16A滚子链（GB1243-83） 节距25.40
齿轮 模数4 分度圆直径200mm 齿数50
三角带 2根B型带
摆线针轮减速机XLD4-3-59
注：减速机功率P=4Kw 机座号为3 减速比i=59
三、 夯实机试制和试用
夯实机按以上设计试制后，先在工厂试运行，试验正常后，又到实际建筑工地试用，先后曾到石家庄正定工地和山东昌邑建筑工地试用，都达到了预期的使用效果，能够满足水泥土桩夯实的使用要求。夯实机的机架配有车轮，实际上就是一个较大的手推车，移动时靠人力推动。在使用中发现，在土建工地现场条件下，人力推动较吃力。解决的办法是给车轮加上动力（电动），并采用较宽的胶轮，减速机采用双轴型，配上离合器，用链条传动到车轮，机器夯实作业和行走动作靠离合器控制。
这种夯实机造价低廉、简单实用，适合中小型建筑队伍施工使用。
【参考文献】
【1】 吴宗泽 主编，机械零件设计手册 北京：机械工业出版社，2003.11
【2】 蔡春源 主编，新编机械设计手册 辽宁科学技术出版社出版，1993.7
【3】 夏颂祺 丁伯民等编《化工设备设计全书》钢架 化学工业出版社 2004.5