专利名称：：带有气泡管倾斜指示系统的轻便型振动式整平板的制作方法
技术领域：
：本发明总体上涉及一种用于将混凝土整平的整平板，特别是涉及一种具有对振动敏感度高的部件的轻便型振动式整平板，例如，一种经济的倾斜指示系统和/或把手，设置于能避免在整平作业期间产生振动的位置。整平板可包括一个锋利的刮板结构或者进而还配置有一个减振部件。
背景技术：
：在混凝土浇筑的过程中，包括骨料、水泥和水的材料被倾倒至一个地点，这个地点被模板包围，以容纳混凝土材料。当混凝土被运送至倾倒地点，许多被称为"搅拌工(puddlers)"的劳动者用诸如耙，紧绳夹和/或铲的工具使均衡的混凝土分配料接近预想的高度。同样，其他劳动者，一般配备一片木板或者其它被称为"刮平器(strike-off)"的直的物件，移动刮平器越过混凝土材料。人工刮平混凝土材料的过程将所有的材料合成一体，使大骨料处于完成后的高度以下。同样可使混凝土的表面成形为预想的斜度或"坡度"。完成后的表面平整度在很大程度上取决于人工操作刮平技术，另外，人工刮平混凝土材料需要大量劳动力，同时需要大量的技能和经验来保证最终的表面平整度和合适的倾斜度。本轻便型振动式整平板的出现大量减少了平整混凝土材料所需的人工。轻便型振动式整平板一般包括连接到板或刮板上的振动感应结构和一个或多个从刮板上伸出的把手。振动结构一般包括由电动机驱动的一个或多个偏心重块形成的"激振器"。振动机构的操作将混凝土材料凝固成一体，这样，在湿的混凝土表面移动刮板，振动型刮板使大骨料处于材料表面以下，产生由较小骨料形成的高粘度材料，通常被称为"浆"，以形成为材料最终的表面。操作者对把手的控制和刮板的刚度都直接影响着材料最终表面的平整度和倾斜度，相应地，操作者控制刮板斜度或坡度的能力以及刮板移动的方向和速度决定着最终材料的平整度。为了减少从振动机构传输至操作者手部的振动，一种隔离装置(如一个橡胶衬套)通常布置在把手的尾部和刮板之间。可是，这种隔离装置为把手的运动提供了非理想的反应，因为这样的隔离装置在把手运动时变形，因此，把手运动的效果只有一部分传递至刮板上。相应地，这种隔离装置对操作者控制刮板位置的能力产生不利影响。最终的材料的高度也通常取决于操作者的与诸如模板(form)的高度参考相关的完成高度的视觉感应。虽然，轻便型振动式整平板组件已为人所知，其包括各种倾斜指示系统，这些系统一般针对目标用户。许多倾斜和高度系统包括激光系统。但是，许多这样的系统不能解决把手相对于刮板底表面、进而刮板的斜度相对于刮板底表面的定位。因而，这样的激光高度系统仅仅取得一点成功，即合适地指示操作者把手的方向应该移动以获得一个高度和/或与理想的高度一致的斜度。另外，这种激光高度和倾斜系统结合到整平板中是十分昂贵的。从制造的角度来看，这些费用一般既服从于消费者又和这种系统所需的服务和保养有关。另外，在诸如美国专利US4752156公开的其它系统中有相对便宜的倾斜器(如位置水准仪)用于指示整平板的取向。一种位置水准仪，通常熟知为气泡管，由一个具有装入到液体中的气泡的玻璃管形成。当气泡管水平时，气泡处于管的中间，当气泡管相对移动方向倾斜时，则气泡朝一端或另外一端上升。但是，如美国专利US6758631所公开的那样，在激振器组件操作时，这样的指示器在指示整平板的刮板倾斜处不是很成功。就是说，激振器组件工作时产生的振动传播至气泡管并湮没水准仪的气泡，使气泡管毫无作用，上述US6758631专利得出结论当刮动时用气泡管或位置水准仪来显示刮板的倾斜度是不能够被接受的。
发明内容按照本发明的一个方面，操作者的把手和位置水准仪中的至少一个在这样一个节点处或靠近该节点处安装在轻便型振动式整平板的刮板上，S卩，当激振器按照设计的操作速度(例如激振器的额定驱动速度)被驱动时，该节点处的感应的振动振幅最小，因此可以在很大程度上将该构件与可能给操作者带来不便或者使位置水准仪中的气泡破裂的振动相隔离。整平板的刮板可以设置成使沿其长度的扭曲和弯曲最小化。这样的构造提供了大致均匀且平整的最终表面，并且还为操作者操作整平板把手提供了高敏感度。通过给刮板提供能加强整平板刚度的横截面形状来实现上述效果。例如，在从横截面方向看时，刮板可以是大致为b形。本发明的另一方面公开了一种形成轻便型整平板的方法，包括提供构造成接受激振器组件的刮板。当激振器以指定的速度被驱动时，沿着刮板的长度在特定位置处形成最小振幅的节点，并且在这些节点之一处或其附近将操作者把手和位置水准仪中的至少一个支承在刮板上。本发明的许多其它方面、特征和优点将结合附图从以下详细说明中得以清楚。附图示出了实现本发明的预期的最好方式，在图中图1是根据本发明的一个实施例的轻便型振动式整平板的等轴图；图2是图1中所示的轻便型振动式整平板的操作者位置之一的等轴图；图3是图2中所示的操作者控制位置的一部分的侧视图；图4是图1中所示的轻便型振动式整平板的激光水准测量系统的安装基础部件的正视图5是图1中所示的轻便型振动式整平板的振动系统的透视图；图6是图1中所示的轻便型振动式整平板的振动节点的等轴图-，图7是图1中所示的轻便型振动式整平板的振动示意图；图8是图1中所示的轻便型振动式整平板的端部侧视图；图9是图1中所示的轻便型振动式整平板的倾斜操作的图示；和图10-12是本发明的轻便型整平板的替代实施例，该整平板配备有以位置水准仪为基础的倾斜指示系统。具体实施例方式图1示出了根据本发明的一个实施例的轻便型振动式整平板10。轻便型振动式整平板10包括连接有振动装置14的板或刮板12。第一操作员工位16和第二操作员工位18与刮板12连接。在一个实施例中，操作员工位16和18各自包括激光水准测量系统20、22和把手组件24、26。可理解地是，虽然示出了两个操作员工位，但整平板10可以配置在单个的操作员构造中，该构造包括靠近刮板12的长度方向中心的单个把手组件。每个把手组件24、26包括一个构造成由操作者配合的手柄28。把手管30在手柄28和刮板12之间延伸。把手管30刮板通过把手安装托架32直接刚性地连接于刮板12。支架(kickstand)34可枢转地连接到每个把手管30，并且保持轻便型振动式整平板10在非使用时处于大致垂直或运转的位置。在轻便型振动式整平板10工作时，夹子36附连到每个把手管30并且被构造成接纳支架34于其中，从而在混凝土水准测量的过程中用支架34清除混凝土材料。刮板12构造成抵抗其长度方向上的弯曲和/或扭曲。这样的构造提供了基本上均衡且平整的最终表面，并且轻便型振动式整平板10对于操作者对其把手的操作高度敏感。通过给刮板IO提供加强刮板刚度的横截面形状以实现这种效果。例如，刮板可包括至少一部分，最好是主要部分(leadingportion),在朝正常使用的方向看(向着操作者)时，该主要部分通过在刮板的底板之上远离底板处配备一个或多个加强板来提高所述至少一部分的强度。加强板可延伸刮板的全部长度，或配备在多个离散段中。在本实施例中，刮板12的横截面一般为b形状。刮板由被挤压的铝形成，并且包括沿刮板12的整个宽度137(图8)延伸的底板124和位于底板124大致前半部上方的加强件。底板124的拖尾部分(trailingportion)可为平的、弯曲的或倾斜的。加强部分包括第一和第二纵向延伸、横向隔开的壁130、132，所述壁从底板向上延伸。壁130定向为靠近刮板12的前缘60，而壁132沿壁130和刮板12的后缘62之间的中路布置。上部板134在壁130和132之间延伸，并在上部壁134、一对壁130及132和底板124之间围成空腔136。"b形"截面56可以由具有至少大致矩形和L形截面、一个U和L形截面、一个T和L形状截面的任何一个组成部分组合形成，或者是具有这种形状的单一的挤压单元。还可考虑其它结构，以便提供必须的刚度。如图8所示，端板118连接到刮板12的每个端部120、122。端板118围成一个基本呈矩形的空腔136，从而确保被刮的材料不会沉积在轻便型振动式整平板10的空腔中。同样如图8所示，手柄安装托架32和柱(mast)底座42可沿着刮板12的宽度137相互偏移。手柄部件24、26的手柄安装托架32大致沿着宽度137对准，激光水准测量系统20、22的柱底座42也沿着刮板12的宽度137对准。手柄部件24、26的把手安装托架32和激光水准测量系统20、22的柱底座42可沿刮板12的上部壁134的宽度137在任何位置定位，同时保持安装部件的节点位置。图9和图10示出了刮板12的挠度和抗扭力。如图9所示，手柄28的操作者138可以通过操作手柄28保持刮板12的侧面124相对刚性表面140成水平。参见图8和图9，操作者138以顺时针方向操作手柄28，在前缘60和表面140之间沿刮板12的长度方向UO形成大致相同的间距。相应地，刮板12被构造成抵抗扭力和因此造成的弯曲力。这样的结构保证刮板12的大部分对操作者操作手柄28反应敏感。与WackerCorporation在市场上销售的已知的刮板结构和魔力刮板(MagicScreed)相比，本文所示的和所描述的刮板构造配备了以下增强的操作参数表l<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>如上表所示，与已知的板结构相比，刮板12的构造极大地提高了主惯性矩、弯矩最大值和刮板12所能承受的最大扭矩容量。在轻便型振动式整平板10的操作过程中，刮板12沿着箭头58指示的方向或刮动的方向移动，越过待准平、刮平或抹灰的材料。当操作者想提高高度，或提高坡度，将手柄28向上旋转，藉此使更多的材料从前缘60下面通过。相反地，当操作者想降低高度，或切削坡度，将手柄28向下旋转降低前缘60，藉此减少完成材料的高度。刮板12的前缘60的位置通过操作者对手柄28的操作来控制。刮板12的后缘62"抹平(float)"材料，从而完成材料的表面结构。也就是说，因为刮板12移动越过湿混凝土的表面，刮板12使大骨料处于完成表面的下方，并升高材料的浆料。多个扶手杆(grabbar)46以隔开的关系附连到刮板的上表面。扶手杆46被构造和配置成有利于操作者或诸如电梯、防滑装载机、吊车或类似的辅助设备有效地提升和/或运送便携式振动式整平板10。可以理解的是，整平板10的便携特性表明可以用最少的人力来操作和运输整平板。参考图2和图3，激光水准测量系统20和22基本上是相同的。现在描述系统20，被证明这样的描述同样适用于系统22。如图2所示，激光水准测量系统20通过柱底座42和伸縮柱38连接到刮板12上。伸縮柱38在激光水准测量系统20、22和刮板12之间提供可变的距离。每个伸縮柱38包括第一端部40，该第一端部40被刚性连接到刮板12上的柱底座42接纳。激光水准测量系统20包括与控制器68操作地连接的接收器66。优选地，在水准测量过程中，接收器66和控制器68可操作地提供刮板12的倾斜指示。在第一实施例中，接收器66最好采取激光传感孔的形式，该激光传感孔与固定于刮板外的基准激光(未显示)共同作用，基准激光以预定的参考高度投射出激光束。基准激光优选为360度的激光，其产生平面状的激光投影，使激光传感孔可以接收从任何地点发出的参考信号。优选地，激光传感孔也有360度的接收装置，这样当整平板在不同的位置工作时，激光传感孔也能够接收基准激光信号，而不需要将其转向基准激光。激光传感器孔和基准激光是本领域众所周知的技术。在运转过程中，激光传感孔接收到基准激光发出的360度的信号。激光传感孔向操作者显示是高于、低于还是水平于基准信号。操作者就能做出相应的调整，从而确保激光传感孔保持在合适的水平面上。如图2和图3最佳地显示，倾斜传感器72连接到靠近手柄28的把手管30。倾斜传感器72被构造成通信手柄28相对于刮板12的轴线(用箭头76表示)的旋转度数(用箭头74表示)。由把手24、26上的倾斜传感器72和激光水准测量系统20的接收器66、控制器68所组成的操作关联保证了在轻便型振动式整平板10的操作过程中，激光水准测量系统20调整其输出，从而不被操作者将把手28相对于轴线76的旋转74所影响。倾斜传感器可包括安装在任何方位的电子测斜仪，以使其测出整平板在与刮板的长轴正交的平面中的纵向(fore-aft)倾斜。如图3所示，在一个实施例中，固定支架78将倾斜传感器72固定到靠近把手组件24的操作端80的把手管30。这样的方位能够保证该激光水准测量系统20响应于手柄28相对于刮板12的位置中的相对小的偏差。固定支架78可调节地安装在把手管30上，从而在整平板10处在理想的操作倾斜度时可以被设定为提供零读数(即，倾斜计与地面平行)。这样的安装位置为操作者提供了保持整平板倾斜度的简单参考点。如图4所示，激光接收器66包括构造成接收表示刮板12的期望高度的激光信号的接收窗口朋和幵/关调整开关88。控制器68连接到伸縮柱38并与倾斜传感器72可操作地连接，如图3所示。接收器66和控制器68分别含有一个输出屏90、92，这些输出屏被构造成用来显示刮板12的相对高度。也就是说，在操作过程中，输出部90和92给轻便型振动式整平板10的操作者提供视觉、听觉或触觉的警告和/或信号，藉此向操作者指示材料的完成表面是否处在一个预想的高度上。来自激光水准测量系统20的高度太高的指示，可以向操作者表明应当将把手向下旋转以从完成表面上去除材料；表明高度低于期望的高度的指示，可以向操作者表明需要升高把手以允许更多的材料从刮板12下方通过，从而升高完成表面的高度。每个操作工位16、18分别配备有激光水准测量系统20、22，以允许每个操作者独立决定和调整刮板12与完成材料的相对位置，以便在整个浇筑过程中保持预想的高度和/或倾斜度。刮板12的b型横截面抵抗此时的非预想的弯曲或扭曲，但是不能阻止操作者有意地弯曲或扭转刮板12以调整与刮板一端所啮合的材料相对于与刮板另一端啮合的材料的高度和水平度。有关应用于本发明的激光水准测量系统的其它细节在美国专利申请No.2004/0071509中公开，在本文中援引该专利的主题作为参考。节流缆索82沿着把手管30延伸，并且与连接到手柄28上的节流杆84连接。这种结构能使轻便型振动式整平板10的操作者方便且有利地操纵图1中所示的振动仪14的运行。把手组件24和26都可以被构造成允许任何一个轻便型振动式整平板10的操作者调整振动仪14。图5显示的是轻便型振动式整平板10的振动仪14的透视图。从图5中很好地看到，振动仪14包含操作地连接到节流缆索82的发动机100。保护罩102连在刮板12上，并且防止节流缆索82暴露于混凝土浇筑过程中溅到刮板12上的混凝材料。基座104将发动机100支撑在刮板12上方，并允许在之间放置激振器组件106。在发动机100运转的过程中，激振器组件106被构造成使一个或多个偏心物质(不可见)的转动影响刮板12的振动。刮板12的振动加实并整平在其下方经过的材料。发动机100、延伸垫板104和激振器组件106被构造成隔离发动机100和刮板12的不期望的振动。安装组件的防震结构的其它细节在美国专利申请No.10/773，012中公开，在本文中援引该主题作为参考。振动仪14位于靠近刮板12的中心，并且导致刮板12中的正弦振动波，如图7中113处所示。正弦波包括多个点或节点，在这些点或节点处刮板12的振幅为最小值。这些最小或最低的振动节点沿着刮板12的长度从振动仪14双向间隔分布。根据所给的整平板设计，这些节点的数量以及每个节点的位置由激振器的被驱动速度决定，也可认为与发动机的输出速度相同。在操作的大部分时间里，发动机以"额定运转速度"驱动激振器，该速度被设计成在非常见条件之外的情况下应用。额定运转速度可以是节流装置满负荷运转时达到的运转速率，也可以是接近但低于发动机的最大极限RPM。在图示的例子中，当发动机以约7500RPM的激振器额定运转速度运转时，最小振幅的四个"额定运转节点"112、113、115和116沿着14'刮板的长度间隔布置。诸节点以第一对(112、113)和第二对(115、116)形成，并围绕刮板12的中心对称排列。每一组的外部节点112、116和内部节点113、115分别位于从刮板12的相应外端距离16.8"和64.8"的位置。如图6和IO所示，把手固定支架32和柱基座42各自安装在以设定的激振器运转速度获得的节点处或其附近，优先地安装在以额定激振器运转速度获得的额定运转节点112、116位置处或其附近。将激光水准测量系统20、22、150和把手组件24、26、162连接在靠近刮板12的额定运转节点之一，就不必再在激光水准测量系统20、22和/或把手组件24、26和刮板12之间安装一个隔振系统。也就是说，除了在把手或激光导航系统的连接组件内配备隔开套筒之外，把手组件24、26、162和/或激光水准测量系统20、22或水准测量系统150的连接位置沿着刮板12的长度110确定，并且选择为在轻便型振动式整平板10的正常操作过程中刮板12的低振动点。用于把手24或26的刚性安装板117于是可以通过螺栓或其它方式直接固定到刮板12的顶板134上，如图6所示。这样的结构减少了轻便型振动式整平板10的部件数量并且简化了其装配过程。此外，这样的构造提高了轻便型振动式整平板10的控制性和操纵性。图10-12示出了与轻便型振动式整平板10—起使用的水准测量系统150的另一种可替换的实施例，其吸取了正弦振动波具有最小振幅的额定运转节点112、113、115和116的优点。可以理解地是，尽管只示出了一个水准测量系统150，但是可以根据与整平板10相关联的操作者位置的数量来设置更多的水准测量系统150。与水准测量系统20、22相似，水准测量系统150包括可操作地连接到控制器154上的接收器152，并且被配置成向操作者传达刮板156的高度位置。伸縮柱158将接收器152和控制器154连接到刮板156。倾斜指示系统160直接连接到刮板156上，或如本实施例那样通过一个把手162连接。倾斜指示系统160包括通过枢轴板166连接到把手162上的位置水准仪或气泡管164。枢轴板166通过枢轴168连接到把手162上，并且被配置成使板166的取向可以相对于刮板156固定。如图11所示，气泡管164包括具有流体172容积的壳体170和封闭于其中的气泡178。壳体170包括多个表明气泡管164的相对间距的参考线174、176以。也就是说，气泡管164相对于刮板156的水平度具有固定的取向，操作者可容易地通过目视检査气泡管164获得刮板156前后倾斜度。气泡178相对于参考线174、176的位置传达了刮板156相对于操作者的倾斜度。气泡178通过线174的程度表明把手组件162向上旋转，从而使更多的材料从刮板156下通过。相反，气泡178通过线176的程度表明把手组件162向下旋转，从而表示切断材料或坡度下降操作的性能和程度。当气泡178被校准以对准刮板156时，保持气泡178在线174、176之间表明整平板10的水平运动通过浇筑材料。相应地，倾斜系统150提供了刮板156的倾斜程度的灵活、动态的显示。由于位置水准仪安装(至少间接地)在未受到高幅度振动的最低的振幅节点112、113、115或116处或其附近，完整的气泡178贯穿整平板10的操作范围。也就是说，即使在整平操作过程中，气泡178在液体172内部保持为相对均匀的气穴，操作者从而可以容易地观察气泡178。可以理解地是，在不考虑额外振动的情况下，手柄24、26禾n/或位置水准仪164可从各自的额定运转节点偏移。也就是说，在那个实施例中，配备的气泡管倾斜系统160(图ll)安装在与刮板12的两端间距为427mm的节点112、116上，气泡管倾斜系统160可以在第一幅距180内连接到刮板12上，该第一幅距一般被定义为从沿刮板12的节点任何一侧偏移距离不超过约5070mm的距离。这个距离相当于气泡管倾斜系统160可以从相应的额定运转节点112或116移动，并以发动机的额定运转速度保持气泡的完整性。第二幅距182包括从节点处比第一幅距180更远的距离。第二幅距182表明气泡管倾斜系统160的距离可以从与刮板12的附连处偏移，并且通过使用振动制动套筒或类似物保持其操作性。第二幅距182—般被定义为沿刮板12的节点任何一侧偏移距离不超过约100-150mra的距离。优先地，气泡管倾斜系统160相对于节点在第一幅距180内附连到刮板12。在以下权利要求的范围内所作的各种变化都是可以预见的，特别指出地是，所要求保护的主题可看作是本发明。权利要求1、一种轻便型振动式整平板，包括用于平整材料的刮板；激振器，当以指定的转动速度驱动时，该激振器在刮板中产生振动波，该振动波在刮板上彼此纵向间隔布置的诸节点处振幅最小；以及在诸节点之一处或附近支承在刮板上的至少一个把手和位置水准仪。2、如权利要求1所述的轻便型振动式整平板，其特征在于，把手在所述节点之一处或附近安装在刮板上。3、如权利要求2所述的轻便型振动式整平板，其特征在于，位置水准仪连接于把手。4、如权利要求2所述的轻便型振动式整平板，其特征在于，还包括在另一个节点处或附近安装在刮板上的另一个把手和连接到靠近另一个把手的整平板的另一个位置水准仪。5、如权利要求4所述的轻便型振动式整平板，其特征在于，所述第二位置水准仪附连于第二把手。6、如权利要求3所述的轻便型振动式整平板，其特征在于，还包括将位置水准仪支承在把手上的固定支架，所述固定支架可移动地连接到整平板以校准相对于刮板的观测水平面的取向。7、如权利要求l所述的轻便型振动式整平板，其特征在于，还包括显示刮板高度的激光水准测量系统。8、如权利要求l所述的轻便型振动式整平板，其特征在于，所述刮板至少在其主要部位处被加强以抵抗弯曲或扭曲。9、如权利要求8所述的轻便型振动式整平板，其特征在于，所述刮板的横截面形状至少与小写字母b大致相似。10、一种轻便型振动式整平板，包括刮板；激振器，当以指定的转动速度驱动时，该激振器在刮板中产生振动波，该振动波在沿刮板的长度彼此纵向间隔布置的诸节点处振幅最小；以及第一和第二纵向间隔的把手，每个把手在诸节点之一处或附近直接安装在刮板上，并且每个把手被构造由单独的操作者操纵；以及第一和第二位置水准仪，第一和第二位置水准仪中的每一个安装在相应的把手上，并且被构造成在刮板振动过程中指示刮板间距。11、如权利要求10所述的轻便型振动式整平板，其特征在于，还包括第一和第二固定支架，每一个支架将相应的水准测量仪枢轴地支承在相应的把手上，以允许校准水准测量仪相对于刮板的位置。.12、如权利要求10所述的轻便型振动式整平板，其特征在于，还包括带有传导器和构造成附连到轻便型振动式整平板的接收器的水准测量系统，传导器被构造成相对于刮板远程地定位，并且接受器与传导器通信以显示浇筑材料的高度。13、如权利要求10所述的轻便型振动式整平板，其特征在于，所述刮板至少在其主要部位处被加强以抵抗弯曲或扭曲。14、如权利要求13所述的轻便型振动式整平板，其特征在于，所述刮板的横截面形状至少与小写字母b大致相似。15、一种形成轻便型整平板的方法，包括提供刮板；在刮板上安装激振器组件；确定最小振幅的节点位置，当激振器组件以指定的转动速度运行时，所述节点位置沿刮板的长度形成；以及在诸节点之一的附近支承操作者的把手和位置水准仪中的至少一个。16、如权利要求15所述的方法，其特征在于，支承步骤包括将把手附连到刮板并将位置水准仪安装在把手上。17、如权利要求16所述的方法，其特征在于，还包括在诸节点的另一个节点附近将第二把手和第二位置水准仪支承在刮板上。全文摘要一种轻便型振动式整平板(10)，包括被构造成连接到由操作者操纵的把手(28)上的刮板(12)。当激振器以额定运转速度驱动时，沿着刮板长度在特定位置处形成最小振幅的节点(112、113、115、116)。位置水准仪(164)和/或手柄(28)在这些节点的一个或多个处或附近附连到刮板(12)，刮板因而与产生的振动相对隔离。文档编号E01C19/22GK101535570SQ200780022080公开日2009年9月16日申请日期2007年6月14日优先权日2006年6月15日发明者D·达芬巴切,R·戈德伯格,T·J·莱克勒,T·J·鲁茨申请人:威克纽森股份有限公司