用于工程机械的结构件、臂架、强夯机及方法与流程

本发明涉及工程机械技术领域，尤其涉及一种用于工程机械的结构件、设置该用于工程机械的结构件的臂架、强夯机以及提高工程机械的结构件减振效果的方法。

背景技术：

强夯机是一种利用强夯原理通过起升机构将夯锤提升到一定高度，然后释放夯实地基，增强地基承载能力的大型工程机械施工设备，广泛应用于公路、铁路、机场、码头、围海造田、山区回填等地基处理中。强夯机具有作业频率高、需要频繁承受冲击载荷、作业现场工况恶劣等特点，强夯机的臂架突然卸载后，存储于整机特别是存储于整机上车臂架系统内(臂架、斜拉绳组件)的能量随夯锤的脱落瞬间得到释放，臂架前后摆动幅度较大，整机薄弱部件易招致破坏，严重影响了整机工作稳定性和使用寿命。

目前夯锤脱钩后臂架前后摆动主要依靠防后倾组件(防后倾杆、压簧)和斜拉绳组件(斜拉绳、变幅滑轮和变幅绳)来限位，存储于臂架系统内的能量主要通过臂架前后摆动、防后倾组件中压簧的形变和斜拉绳组件中各组件的抖动来释放，用于能量释放的各组件阻尼较小，臂架摆动趋于稳定的时间较长。

本申请人发现：现有技术至少存在以下技术问题：

现有技术中，强夯机如图1所示的臂架为圆管式桁架结构，风阻影响较小，本身不具备减振功能，夯锤脱钩后反向冲击力造成臂架大幅度的前后摆动，使与之关联密切的斜拉绳组件、变幅绳、人字架、防后倾组件等部件使用寿命大大降低，同时上下车连接的关键部件—回转支撑始终处于突然加载、卸载状态，极易造成冲击破坏。

目前抑制臂架摆动主要是通过在防后倾装置中安装压簧或液压缸来实现，虽然一定程度上降低了臂架的摆动幅度，但压簧阻尼较小，能量耗散较慢，压簧回弹次数较多，液压缸方案附加控制阀、管路和动力源等器件结构复杂，故障率和成本较高，臂架摆动均未快速趋于稳定，影响了整机工作稳定性、安全性、舒适性和使用寿命。

综上，现有技术中工程机械的结构件(例如：强夯机的臂架)本身不具备减振功能，仅依靠外部连接减振装置的方式减振(例如强夯机的臂架通过铰接防后倾装置的方式减振)，存在工程机械的结构件上的振动能量耗散较慢，减振效果不理想的缺陷。

技术实现要素：

本发明的其中一个目的是提出一种用于工程机械的结构件、臂架、强夯机及提高工程机械的结构件减振效果的方法，解决了现有技术存在工程机械的结构件本身不具备减振功能，导致振动能量耗散较慢的技术问题。本发明提供的诸多技术方案中的优选技术方案所能产生的诸多技术效果详见下文阐述。

为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

本发明实施例提供的用于工程机械的结构件，包括外壳以及填充在所述外壳的内腔之内的减振物质，所述减振物质占据所述内腔的部分空间，且所述减振物质能至少通过与所述内腔摩擦或非弹性碰撞的方式耗散掉该用于工程机械的结构件上的振动能量。

作为本发明前文或后文提供的任一技术方案的进一步优化，所述减振物质为颗粒或为流体性物质，所述颗粒能利用不同的所述颗粒之间、所述颗粒与所述内腔之间的摩擦、非弹性碰撞消耗该用于工程机械的结构件上的振动能量。

作为本发明前文或后文提供的任一技术方案的进一步优化，所述颗粒为球体或椭球体。

作为本发明前文或后文提供的任一技术方案的进一步优化，所述颗粒的长度尺寸为1mm-25mm。

作为本发明前文或后文提供的任一技术方案的进一步优化，所述颗粒为合金材质、金属材质、石块或沙子。

作为本发明前文或后文提供的任一技术方案的进一步优化，所述外壳的上部设置有减振物质进入孔，所述外壳的下部设置有减振物质释放孔，所述减振物质进入孔与所述减振物质释放孔均可拆卸固定连接有封装盖。

作为本发明前文或后文提供的任一技术方案的进一步优化，所述减振物质占据所述内腔容积的15％-95％。

作为本发明前文或后文提供的任一技术方案的进一步优化，所述用于工程机械的结构件为管状或筒状。

本发明实施例提供的臂架，包括本发明任一技术方案提供的用于工程机械的结构件。

作为本发明前文或后文提供的任一技术方案的进一步优化，所述臂架包括顶节臂、标准臂以及底节臂，所述顶节臂和/或所述标准臂的至少部分构件为所述用于工程机械的结构件。

作为本发明前文或后文提供的任一技术方案的进一步优化，所述顶节臂的腹杆、所述标准臂的腹杆或所述底节臂的腹杆为所述用于工程机械的结构件。

作为本发明前文或后文提供的任一技术方案的进一步优化，所述腹杆位于所述臂架的摆动方向的两侧位置。

作为本发明前文或后文提供的任一技术方案的进一步优化，所述腹杆为直管；或者，所述腹杆为弯管，且所述腹杆的内腔的长度方向与所述腹杆的摆动轨迹的切线方向之间的夹角为0°～45°。

作为本发明前文或后文提供的任一技术方案的进一步优化，所述臂架还包括臂架额头，所述臂架额头为所述用于工程机械的结构件。

作为本发明前文或后文提供的任一技术方案的进一步优化，所述臂架额头为上部朝背离所述臂架长度方向的方向弯曲的弯头状空心结构。

作为本发明前文或后文提供的任一技术方案的进一步优化，所述 顶节臂的腹杆、所述标准臂的腹杆或所述底节臂的腹杆为所述用于工程机械的结构件，所述腹杆位于所述臂架的摆动方向的两侧位置。

作为本发明前文或后文提供的任一技术方案的进一步优化，所述臂架还包括臂架额头，所述臂架额头为所述用于工程机械的结构件，所述臂架额头为上部朝背离所述臂架长度方向的方向弯曲的弯头状空心结构。

本发明实施例提供的强夯机，包括本发明任一技术方案提供的臂架。

作为本发明前文或后文提供的任一技术方案的进一步优化，所述臂架与所述强夯机的转台之间还设置有臂架摆动减振装置(臂架摆动减振装置可以使用现有技术提供的防后倾组件)。

本发明实施例提供的提高工程机械的结构件减振效果的方法，包括以下步骤：

在工程机械的结构件的外壳上开设与所述外壳的内腔相连通的减振物质进入孔；

由所述减振物质进入孔在所述内腔内输入减振物质，使所述减振物质占据所述内腔的部分空间；所述减振物质能至少通过与所述内腔摩擦或非弹性碰撞的方式耗散掉该用于工程机械的结构件上的振动能量；

通过封装盖密封所述减振物质进入孔。

作为本发明前文或后文提供的任一技术方案的进一步优化，还包括以下步骤：

在所述外壳上开设与所述外壳的所述内腔相连通的减振物质释放孔；由所述减振物质释放孔释放掉所述内腔内多余或磨损的减振物质；通过密封盖密封所述减振物质释放孔；

或者，还包括以下步骤：

打开所述封装盖通过所述减振物质进入孔释放掉所述内腔内多余或磨损的减振物质后，再重新通过所述封装盖密封所述减振物质进入孔。

基于上述技术方案，本发明实施例至少可以产生如下技术效果：

由于本发明提供的用于工程机械的结构件的外壳的内腔(或称：空腔、腔体)之内的减振物质能至少通过与内腔摩擦或非弹性碰撞的方式耗散掉该用于工程机械的结构件上的振动能量，由此使该用于工程机械的结构件本身具有了减振功能，当本发明提供的用于工程机械的结构件应用于臂架上时可以耗散掉臂架上的振动能量，提高臂架上振动能量的耗散速度和效率，所以解决了现有技术存在工程机械的结构件本身不具备减振功能，导致振动能量耗散较慢的技术问题。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，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为现有技术中臂架的结构的示意图；

图2为本发明实施例所提供的臂架的结构的示意图；

图3为图2中所示A区域内臂架额头的放大示意图；

图4为图2所示腹杆的放大示意图；

图5为设置本发明实施例所提供的臂架的结构的强夯机的示意图；

附图标记：1、外壳；11、臂架额头；111、减振物质进入孔；112、减振物质释放孔；2、顶节臂；3、标准臂；4、底节臂；5、转台(含配重)；6、下车；7、斜拉绳组件；8、防后倾组件；9、人字架；12、腹杆；121、减振物质进入孔；122、减振物质释放孔；13、减振物质；14、弦杆。

具体实施方式

下面可以参照附图图1～图5以及文字内容理解本发明的内容以及本发明与现有技术之间的区别点。下文通过附图以及列举本发明的一些可选实施例的方式，对本发明的技术方案(包括优选技术方案)做进一步的详细描述。需要说明的是：本实施例中的任何技术特征、 任何技术方案均是多种可选的技术特征或可选的技术方案中的一种或几种，为了描述简洁的需要本文件中无法穷举本发明的所有可替代的技术特征以及可替代的技术方案，也不便于每个技术特征的实施方式均强调其为可选的多种实施方式之一，所以本领域技术人员应该知晓：可以将本发明提供的任一技术手段进行替换或将本发明提供的任意两个或更多个技术手段或技术特征互相进行组合而得到新的技术方案。本实施例内的任何技术特征以及任何技术方案均不限制本发明的保护范围，本发明的保护范围应该包括本领域技术人员不付出创造性劳动所能想到的任何替代技术方案以及本领域技术人员将本发明提供的任意两个或更多个技术手段或技术特征互相进行组合而得到的新的技术方案。

本发明实施例提供了一种具有减振功能、结构简单、振动能量的耗散速度较快的用于工程机械的结构件、臂架、强夯机及提高工程机械的结构件减振效果的方法。

下面结合图2～图5对本发明提供的技术方案进行更为详细的阐述。

如图2～图5所示，本发明实施例所提供的用于工程机械的结构件包括外壳1以及填充在外壳1的内腔之内的减振物质13，减振物质13占据内腔的部分空间，且减振物质13能至少通过与内腔摩擦或非弹性碰撞的方式耗散掉该用于工程机械的结构件上的振动能量。

由于本发明提供的用于工程机械的结构件的外壳1的内腔之内的减振物质13能至少通过与内腔摩擦或非弹性碰撞的方式耗散掉该用于工程机械的结构件上的振动能量，由此使该用于工程机械的结构件本身具有了减振功能，当本发明提供的用于工程机械的结构件应用于臂架上时可以耗散掉臂架上的振动能量，提高臂架上振动能量的耗散速度和效率。

作为本发明任一技术方案的可选实施方式，减振物质13为颗粒或为流体性物质，颗粒能利用不同的颗粒之间、颗粒与内腔之间的摩擦、非弹性碰撞消耗该用于工程机械的结构件上的振动能量。

颗粒的减振物质13可以充分利用不同的颗粒之间、颗粒与内腔之间的摩擦、非弹性碰撞消耗该用于工程机械的结构件上的振动能量，从而有效地提高振动能量的消耗效率和速度。

流体性物质的粘稠性越大减振效果会越理想。本实施例中流体性物质可以为液体，也可以为颗粒与液体的混合物。

作为本发明任一技术方案的可选实施方式，颗粒为球体或椭球体。该结构的颗粒流动性强，有利于迅速将该用于工程机械的结构件上的振动能量传导至颗粒上并通过颗粒之间的摩擦或非弹性碰撞等方式将振动能量消耗掉。

作为本发明任一技术方案的可选实施方式，颗粒的长度尺寸为1mm-25mm，优选为2mm-20mm，例如可以为3mm、8mm、15mm、18mm。如颗粒为球体时，该长度尺寸指代其直径。该尺寸的颗粒不仅容易制造，而且颗粒与内腔之间的接触面积以及摩擦面积均较大，可以较好地将内腔传导来的振动能量传导至其他颗粒并最终将该振动能量耗散掉。

作为本发明任一技术方案的可选实施方式，颗粒为合金材质(优选为铅合金)、金属材质(具体可以为铅、铜、钢)、石块或沙子。上述材质的颗粒取材方便，成本低廉，优选为采用铅材质，铅材质密度大，刚性弱，耗散振动能量的效率高。

作为本发明任一技术方案的可选实施方式，外壳1的上部设置有减振物质进入孔(图3示意出了臂架额头11上的减振物质进入孔111以及图4示意出了腹杆12上的减振物质进入孔121)，外壳1的下部设置有减振物质释放孔(图3示意出了臂架额头11上的减振物质释放孔112以及图4示意出了腹杆12上的减振物质释放孔122)，减振物质进入孔与减振物质释放孔均可拆卸固定连接(该可拆卸固定连接可以为螺纹连接)有封装盖。打开减振物质进入孔可以输入减振物质13，打开减振物质释放孔可以将多余或磨损的减振物质13释放掉，以确保减振效果的持久和恒定。减振物质进入孔与减振物质释放孔优选为圆柱形孔。

作为本发明任一技术方案的可选实施方式，减振物质13占据内腔容积的15％-95％(具体可以为20％-90％，优选为60％，也可以为20％、25％、70％、85、90％)。上述数值范围内可以确保较优的减振效果。当减振物质13占据内腔容积过大时，减振物质13的流动空间过小，不利于利用不同的颗粒之间、颗粒与内腔之间的摩擦、非弹性碰撞消耗振动能量，减振物质13占据内腔容积过小时，减振物质13与内腔的接触面积过小，所能吸收的来自于该用于工程机械的结构件的振动能量较少，不利于提高减振效果。

作为本发明任一技术方案的可选实施方式，所述用于工程机械的结构件为管状或筒状。管状或筒状的结构件形状规则，便于加工制造，也便于输入和释放减振物质13。

本发明实施例提供的臂架，包括本发明任一技术方案提供的用于工程机械的结构件。臂架适宜采用本发明提供的用于工程机械的结构件以提高其振动能量的消耗速度和效率。与现有臂架结构相比，本发明提供的臂架外观可以不作变化，可以仅让颗粒只占据臂架管件部分内腔容积，加工方便，不会增加额外制造成本。

作为本发明任一技术方案的可选实施方式，臂架包括顶节臂2、标准臂3以及底节臂4，顶节臂2和/或标准臂3的至少部分构件为所述用于工程机械的结构件。

臂架摆动过程中顶节臂2、标准臂3以及底节臂4三者均会摆动，所以均存在减振的需求，顶节臂2、标准臂3以及底节臂4各自均包括弦杆14与腹杆12，腹杆12固定连接在不同的弦杆14之间。顶节臂2、标准臂3的摆动幅度较大，在顶节臂2、标准臂3上采用本发明提供的用于工程机械的结构件可以实现较优的减振效果。

作为本发明任一技术方案的可选实施方式，顶节臂2的腹杆12、标准臂3的腹杆12或底节臂4的腹杆12为所述用于工程机械的结构件。现有的臂架结构中腹杆12尤其位于臂架的摆动方向的两侧位置的腹杆12，其长度方向与臂架的摆动方向之间的夹角较小，臂架摆动过程中减振物质13在内腔内流动空间较大，减振效果更为理想。

作为本发明任一技术方案的可选实施方式，腹杆12的内腔的长度方向与腹杆12的摆动轨迹的切线方向之间的夹角为0°～45°。该夹角越小越好，但为了在对现有结构做较小改造的情况下，应用本发明时可以选择上述夹角较小的腹杆12在其内输入减振物质13将其改造为本发明提供的用于工程机械的结构件。

作为本发明任一技术方案的可选实施方式，臂架还包括臂架额头(简称：额头)11，臂架额头11为所述用于工程机械的结构件。臂架额头11为臂架工作过程中摆动幅度最大的构件，适宜应用本发明以提高其减振效果。

作为本发明任一技术方案的可选实施方式，臂架额头11为上部朝背离臂架长度方向的方向弯曲的弯头状空心结构。该结构不仅便于拉开钢丝绳上起吊的夯锤与臂架乃至强夯机底盘之间的间距，进而避免夯锤对强夯机造成伤损，而且上述结构的臂架额头11容纳的减振物质13的量较大，减振效果更为理想。

本发明实施例提供的强夯机，包括本发明任一技术方案提供的臂架。强夯机适宜采用本发明提供的臂架以提高其臂架乃至整机的减振效果，进而提高整机的工作稳定性、安全性、舒适性和使用寿命。

研究发现臂架额头11、腹杆12内部内腔加入颗粒与不加入颗粒相比，因颗粒体积较小，填充颗粒后的臂架重量变化不大，臂架摆动幅度、单周期内能量耗散量在夯锤脱钩后前几个周期内衰减明显，臂架摆动很快趋于稳定，大大提高了强夯机工作时整机稳定性和使用寿命。

下面结合附图2－图5集中阐述一下本发明优选技术方案：

本发明优选技术方案提供的臂架是在该臂架额头11、顶节臂2和标准臂3各自的腹杆12内腔内添加内腔体积为20％-90％直径小(直径小于20mm)密度大(合金材料、铅质、铜质、钢质等)的颗粒，夯锤脱钩后臂架前后摆动，臂架额头11和与整车纵向(纵向可以理解为履带前进后退的方向)对称面相平行的臂架腹杆12内腔内的颗粒之间、颗粒与内腔之间相互摩擦和非弹性碰撞耗散臂架振动能量，通过 研究发现臂架额头11、腹杆12内腔内加入颗粒与不加入颗粒相比，臂架摆动幅度、单周期内能量耗散量在夯锤脱钩后前几个周期内衰减显著，臂架摆动很快趋于稳定。

本发明优选技术方案提供的强夯机由臂架、转台(包括配重)5、下车6、斜拉绳组件7、防后倾组件8和人字架9组成，其中臂架由臂架额头11、顶节臂2、标准臂3和底节臂4组成，额头与顶节臂2上端焊接在一起，顶节臂2、标准臂3和底节臂4两两之间通过销轴固联。与整车纵向对称面相平行的臂架顶节臂2和标准臂3的各腹杆12靠近两端圆柱面及臂架额头11上顶、下底面各开有圆柱形孔作为减振物质进入孔以及减振物质释放孔，减振物质进入孔用于填充直径为2mm的铅球，直至达到填充结构空内腔积的60％左右。

颗粒减振的工作原理：夯锤脱钩后，臂架在后摆加速阶段，臂架额头11和腹杆12速度越来越大，处于臂架额头11内腔和腹杆12内的颗粒起初速度低于额头和腹杆12速度，额头内部颗粒相互挤压、非弹性碰撞逐渐压紧额头前侧壁，形成较强的力链；臂架为桁架结构，腹杆12倾斜焊接在弦杆14上，处于与运动方向成逆时针角度腹杆12内的颗粒逐渐压紧右侧弦杆14，颗粒之间相互非弹性碰撞挤压，形成较强的力链；处于与运动方向成顺时针角度腹杆12内的颗粒与腹杆12内腔之间相互摩擦，颗粒之间的相互作用力减小。臂架在后摆减速阶段，臂架额头11和腹杆12速度越来越小，额头内腔和腹杆12内部的颗粒运动速度高于额头和腹杆12速度，额头内部颗粒在额头前侧壁推力作用下做后抛运动和处于与运动方向无论成逆时针还是顺时针角度腹杆12内的颗粒在腹杆12力作用下做斜上抛运动，颗粒之间相互非弹性碰撞，颗粒与内腔间相互摩擦，颗粒之间相互作用力减弱，直至臂架后倾到极限位置。臂架在防后倾弹簧力的作用下，臂架前摆加速，臂架额头11和腹杆12速度增加，额头和腹杆12内部的颗粒运动速度低于额头和腹杆12速度，额头内部颗粒相互挤压、非弹性碰撞逐渐压紧额头后侧壁，形成较强的力链；处于与运动方向成顺时针角度腹杆12内的颗粒相对腹杆12做后上抛运动，颗粒与腹杆12内腔之间 相互摩擦，形成较弱的力链；处于与运动方向成逆时针角度的腹杆12和额头内的颗粒之间相互挤压、非弹性碰撞，形成较强的力链。臂架前摆减速，臂架额头11和腹杆12速度减小，额头和腹杆12内部的颗粒运动速度高于额头和腹杆12速度，额头内部颗粒在额头后侧壁推力作用下做前抛运动和处于与运动方向无论成顺时针还是逆时针角度腹杆12内的颗粒做斜上抛运动，颗粒之间相互非弹性碰撞，颗粒与内腔之间相互摩擦，然后逐渐形成较强的力链。由上可知，臂架在一个摆动循环内，无论臂架额头11和侧向腹杆12与运动方向成什么角度，颗粒之间和颗粒与内腔之间均存在摩擦、非弹性碰撞和挤压，耗散掉臂架振动能量，与臂架额头11、腹杆12体内不加颗粒相比，填充颗粒的臂架摆动幅度明显降低，达到夯锤脱钩后缩短臂架趋稳时间，提高强夯机工作稳定性，增强整机工作能力的目的。

本发明实施例提供的提高工程机械的结构件减振效果的方法，包括以下步骤：

在工程机械的结构件的外壳1上开设与外壳1内的内腔相连通的减振物质进入孔；

由减振物质进入孔在内腔内输入减振物质13，使减振物质13占据内腔的部分空间；减振物质13能至少通过与内腔摩擦或非弹性碰撞的方式耗散掉该用于工程机械的结构件上的振动能量；

通过封装盖密封减振物质进入孔。

通过上述方法可以在工程机械的结构件(例如：臂架的腹杆12)增加减振功能，进而提高其减振效果。

作为本发明任一技术方案的可选实施方式，还包括以下步骤：

在外壳1上开设与外壳1内的内腔相连通的减振物质释放孔；释放掉内腔内多余或磨损的减振物质13；通过密封盖密封减振物质释放孔；

通过上述方法可以及时释放多余或磨损的减振物质13，进而确保减振效果的持久与恒定。

当然，作为上述实施方式的替代方案，本发明实施例也可以包括 以下步骤：打开封装盖通过减振物质进入孔释放掉内腔内多余或磨损的减振物质13后，再重新通过封装盖密封减振物质进入孔。

此时，减振物质进入孔同时实现了输入减振物质13和释放减振物质13的作用。

上述本发明所公开的任一技术方案除另有声明外，如果其公开了数值范围，那么公开的数值范围均为优选的数值范围，任何本领域的技术人员应该理解：优选的数值范围仅仅是诸多可实施的数值中技术效果比较明显或具有代表性的数值。由于数值较多，无法穷举，所以本发明才公开部分数值以举例说明本发明的技术方案，并且，上述列举的数值不应构成对本发明创造保护范围的限制。

如果本文中使用了“第一”、“第二”等词语来限定结构件的话，本领域技术人员应该知晓：“第一”、“第二”的使用仅仅是为了便于描述上对结构件进行区别如没有另行声明外，上述词语并没有特殊的含义。

同时，上述本发明如果公开或涉及了互相固定连接的结构件或结构件，那么，除另有声明外，固定连接可以理解为：能够拆卸地固定连接(例如使用螺栓或螺钉连接)，也可以理解为：不可拆卸的固定连接(例如铆接、焊接)，当然，互相固定连接也可以为一体式结构(例如使用铸造工艺一体成形制造出来)所取代(明显无法采用一体成形工艺除外)。

另外，上述本发明公开的任一技术方案中所应用的用于表示位置关系或形状的术语除另有声明外其含义包括与其近似、类似或接近的状态或形状。本发明提供的任一部件既可以是由多个单独的组成部分组装而成，也可以为一体成形工艺制造出来的单独部件。

在本发明的描述中如果使用了术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等，那么上述术语指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的用于工程机械的结构件或元件必须具有 特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。