轮轨式凿毛机及水泥混凝土面凿毛方法与流程

本发明涉及路桥工程技术领域，特别涉及一种轮轨式凿毛机及水泥混凝土面凿毛方法。

背景技术：

在工程施工中，混凝土浇筑因受时间限制有时采用多次浇筑，带来了新旧混凝土连接界面处理问题，同时在结构维修加固中，亦存在新旧混凝土的界面处理问题，通常需要对老混凝土界面进行凿毛处理。另外，在桥面铺装中，最常见的质量问题就是水泥混凝土底层与沥青混凝土桥面的结合强度差，混凝土桥面在铺装施工过程中虽然经过拉毛工艺，但表层浮浆很难清除彻底，浮浆如不彻底清除，就会使水泥混凝土与沥青混凝土难以结合牢固，因此，桥梁施工规范要求在桥面防水处理以前，必须对水泥混凝土桥面进行凿毛处理。

大型的凿毛机械大多依赖进口，设备整体结构复杂，成本高，一般的工程施工单位难以承受。传统的小型凿毛机一般是在一个可移动的行走平台上设置多个风镐，通过风管将风镐与空压机连接，利用空压机产生的高压风带动风镐凿毛混凝土，但其凿点面积较小，工效偏低。

中国专利文献cn2871628y公开了一种三点悬挂式水泥路面凿毛机，该凿毛机通过在凿毛辊上设置可360度旋转的锤头，凿毛辊旋转时，锤头在离心力作用下击打水泥地面，由此实现对水泥混凝土路面凿毛作业。与传统的气动杆（即风镐）凿毛相比，上述结构的凿毛机的凿毛速度更快，工效大幅提高，但其仍存在以下不足：1、凿点面积偏小。2、由于锤头撞击水泥混凝土表面后瞬间卸荷，锤头向水泥混凝土表面持续施加作用力的时间过短，凿点深度偏浅。3、凿毛辊旋转过程中，锤头绕长销辊转动，锤头的位置不断变化导致整个凿毛辊的重心不断发生变化，凿毛辊不规则跳动明显，无法实现动平衡，凿毛机运行稳定性较差。

技术实现要素：

本发明的目的之一是提供一种施工效率高、凿点深且运行稳定好的轮轨式凿毛机。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种轮轨式凿毛机，包括支架、轮轨和凿毛机构，所述支架安装有滚轮，所述滚轮与轮轨相匹配并可沿轮轨的延伸方向前后滚动，所述凿毛机构安装在支架上；

所述凿毛机构包括凿毛电机、曲轴、多个锤刀以及与锤刀一一对应的锁止与复位机构，所述凿毛电机的输出轴与曲轴连接并驱动曲轴转动，所述锤刀安装在曲轴的连杆轴颈上，所述曲轴转动时带动锤刀一起转动并使得锤刀的前端凿击混凝土面；

所述锁止与复位机构包括锁止销以及与锁止销相配合的弧形槽，所述锁止销和弧形槽分开设置在曲轴臂的侧壁以及锤刀的侧壁上，所述弧形槽的槽底面为一由前往后逐渐抬升的斜面或弧面，使得越往所述弧形槽的后端其深度越浅，在所述弧形槽起始端的槽底设有一凹陷部，所述锁止销的后端抵靠住一弹性部件，所述锁止销的前端插入凹陷部中将锤刀锁止，所述锁止销前端与凹陷部的侧壁接触并且在二者的接触面中至少有一个接触面为坡面。

其中，所述锤刀的侧面呈鹰嘴形，所述锤刀的后端与连杆轴颈连接，所述锤刀的前端厚度逐渐变薄，在所述锤刀的正面设有凸起的主刀刃，所述主刀刃的两侧各有一个斜面，两个斜面相交并在其相交处形成所述主刀刃，所述主刀刃自锤刀的前端往后延伸。

进一步地，所述锤刀的背面设有凸起的副刀刃，所述副刀刃的两侧也各有一个斜面，两个斜面也相交并在其相交处形成所述副刀刃，所述副刀刃自锤刀的前端往后延伸。

在本发明的一种可选实施方案中，所述曲轴臂的侧壁上开有阶梯孔，所述锤刀的侧壁面上开设弧形槽，所述阶梯孔横向贯穿曲轴臂，所述锁止销的后端设有防脱台阶，所述锁止销设置于阶梯孔中且其前端从阶梯孔的小孔穿出并插入弧形槽中，所述防脱台阶位于阶梯孔的大孔内且其直径小于阶梯孔的小孔直径，所述弹性部件为螺旋弹簧，所述螺旋弹簧安装在阶梯孔的大孔内且其前端抵靠住锁止销的防脱台阶，在所述螺旋弹簧的后侧设有顶丝，所述顶丝与阶梯孔的大孔螺纹连接且其前端顶住螺旋弹簧的后端。

在本发明的一种可选实施方案中，所述支架为框架结构，所述支架的正中间设置有横梁，所述横梁垂直于轮轨，所述横梁的下方吊设有可升降调节位置的曲轴安装座，所述曲轴安装在曲轴安装座上。

优选地，所述凿毛电机的输出轴与曲轴通过梅花形弹性联轴器连接。

其中，所述锁止销的前端设有球冠形或者锥形的导入头，所述凹陷部为一圆孔，所述导入头仅部分插入前述圆孔中。

优选地，所述横梁的前后两侧各设置有一排喷头，所有喷头均连接水泵或者前排喷头连接水泵，后排喷头连接气泵。

另外，在所述支架上还安装有用于驱动滚轮转动并沿轮轨行走的行走电机，所述支架包括两根与轮轨平行的纵梁以及两根与轮轨垂直的边梁，所述纵梁的下方固定连接有滚轮座，所述滚轮安装在滚轮座上，所述边梁及横梁均悬吊于纵梁下方并与纵梁固定连接，所述边梁及横梁形成相对于纵梁下沉的安装平台，所述安装平台的承托面低于滚轮的外周面下沿，在所述承托面上安装有水箱、水泵和/或气泵。

基于上述轮轨式凿毛机，本发明还提供一种新型的混凝土面凿毛方法，在采用上述轮轨式凿毛机对混凝土表面实施凿毛作业时，通过调节曲轴离混凝土面的距离以及弹性部件向锁止销所施加的弹力大小来调整凿毛点的凿入深度，其中，通过调节可升降的安装座的位置来调节曲轴离混凝土面的距离。

上述轮轨式凿毛机的工作原理为：凿毛作业时，启动凿毛电机，凿毛电机带动曲轴转动，曲轴转动的过程中带着锤刀一并转动，通过锁止销与弧形槽配合对锤刀进行锁止，在曲轴转动的过程中，处于空闲状态的锤刀（即未与混凝土面接触的锤刀）相对于曲轴位置固定。对于正在凿击混凝土面的锤刀而言，当凿入深度较浅时，混凝土反作用于该锤刀上的力（该反作用力有可能导致锤刀绕连杆轴颈转动）的小于锁止力，锤刀不会绕连杆轴颈转动，即锤刀相对于曲轴的位置不发生变化，但随着凿入深度的增加，混凝土面施加在锤刀上的反作用力增大，当该反作用力大于锁止与复位机构对锤刀的锁止力时，锤刀将绕连杆轴颈转动并推动锁止销从凹陷部中退出，在锤刀绕连杆轴颈转动的过程中，锤刀与混凝土的干涉区域逐渐变小，同时锁止销的前端抵靠住弧形槽的槽底并随着锤刀的转动逐渐往弧形槽的后端移动，在锁止销往弧形槽后端移动的过程中，由于弧形槽的槽底由前往后逐渐抬升，弧形槽的槽底面反推着锁止销进一步往后退缩，使得弹性部件进一步被压缩，当锤刀转动到与混凝土完全分开的位置时，混凝土对锤刀的反作用力消失，这时锁止与复位机构施加在锤刀上的复位力（即锁止销前端施加于槽底面的压力所形成的用以推动锤刀反转的分力）大于使其绕连杆轴颈转动的力（此时混凝土对锤刀的反作用力已为零），锤刀绕连杆轴颈反向转动，随着锤刀的反向转动，锁止销逐渐移动至弧形槽的起始端并在弹性部件的弹力推动下再次插入凹陷部中并将锤刀锁止。在凿毛机沿轮轨行走的过程中，上述随曲轴转动的锤刀连续凿击混凝土面，直至完成凿毛作业。

与现有技术相比，在凿毛施工同等高效的前提下，上述轮轨式凿毛机至少具有以下优点：1、通过锁止销与弧形槽配合对锤刀进行锁止，极大程度地避免了在曲轴转动的过程中锤刀也不断转动而导致重心不断发生改变的情况，大大减轻了凿毛机构运转时的不规则跳动的问题，凿毛机构的动平衡效果有了明显提升。2、由于对锤刀进行了锁止，锤刀撞击水泥混凝土表面后不会瞬间卸荷，锤刀向水泥混凝土持续施加作用力的时间大大延长，故而可以获得相对更深的凿毛点深度，并且还可以通过调整锁止力的大小（即调节弹性部件施加的弹力大小）来调节凿毛点深度。3、由于锤刀向水泥混凝土表面持续施加作用力的时间大大延长，并且凿毛机是依靠滚轮沿所架设的轮轨行进，在凿点深度合适且锁止力适当的条件下，可以依靠混泥土施加的反作用力来推动凿毛机沿轮轨延伸方向行走，无需另外设置专门用于驱动凿毛机行进的动力源。4、采用在曲轴上安装锤刀来实施凿毛，凿毛机构的结构更加紧凑、体积更小。

附图说明

图1为本发明所涉轮轨式凿毛机的整体结构示意图。

图2为图1所示轮轨式自动凿毛机中的支架的立体结构示意图。

图3为图1所示轮轨式自动凿毛机中曲轴的正面结构示意图。

图4为图1所示轮轨式自动凿毛机中锤刀的侧面结构示意图。

图5为图3所示曲轴中曲轴臂的侧面结构示意图。

图6为图3中a部位的局部放大图。

图7为凿点深度相对较浅时，曲轴与锤刀的转动过程示意图。

图8为凿点深度相对较深时，曲轴与锤刀的转动过程示意图。

图中：

1——支架2——轮轨3——滚轮

4——凿毛电机5——曲轴6——锤刀

8——曲轴安装座9——喷头10——行走电机

11——滚轮座1a——横梁1b——纵梁

1c——边梁1d——安装平台5a——连杆轴颈

5b——曲轴臂6a——主刀刃6b——副刀刃

7a——锁止销7b——弧形槽7c——弹性部件

7d——顶丝7a1——防脱台阶7b1——凹陷部。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例与附图对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。

需要提前说明的是，在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等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装置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的限制。

图1示出了轮轨式凿毛机的结构，如图1所示，其包括支架1、轮轨2和凿毛机构，见图1和图2所示，支架1的下方安装有滚轮3，滚轮3与轮轨2相匹配并可沿轮轨2的延伸方向前后滚动。

凿毛机构安装在支架1上。具体来说，凿毛机构包括凿毛电机4、曲轴5、多个锤刀6以及与锤刀6一一对应的锁止与复位机构（这里所说的一一对应是指一个锤刀6对应设置有一个锁止于复位机构），凿毛电机4的输出轴与曲轴5连接并驱动曲轴5转动，锤刀6安装在曲轴5的连杆轴颈5a上，曲轴5转动时带动锤刀6一起转动并使得锤刀6的前端凿击混凝土面。

见图3-6所示，前述锁止与复位机构包括锁止销7a（应当说明的是，此处所述的锁止销7a并不局限于图中长条形的形状，其也可以是块状或者其它合适的形状）以及与锁止销7a相配合的弧形槽7b，锁止销7a和弧形槽7b分开设置在曲轴臂5b的侧壁以及锤刀6的侧壁上，弧形槽7b的槽底面为一由前往后逐渐抬升的斜面或弧面，使得越往弧形槽7b的后端其深度越浅，在弧形槽7b起始端的槽底设有一凹陷部7b1，锁止销7a的后端抵靠住一弹性部件7c，锁止销7a的前端插入凹陷部7b1中将锤刀6锁止，锁止销7a前端与凹陷部7b1的侧壁接触并且在二者的接触面中至少有一个接触面为坡面。

在上述凿毛机构中，于锤刀6上施加用于使其绕连杆轴颈5a正转的外力时，籍由锁止销7a前端与凹陷部7b1接触处的坡面将前述施加的外力传递至锁止销7a并形成推动锁止销7a回缩的分力，当该分力大于弹性部件7c施加在锁止销7a上的弹力时，锁止销7a回缩并从凹陷部7b1中退出，锤刀6解锁。

锤刀6绕连杆轴颈5a转动时，弹性部件7c推抵住锁止销7a后端并使锁止销7a的前端压在弧形槽7b的槽底面上，伴随着锤刀6的转动，锁止销7a往弧形槽7b的后端移动，同时锁止销7a前端施加于槽底面的压力逐渐变大，籍由锁止销7a前端施加于槽底面的压力以及逐渐抬升的槽底面形成用以推动锤刀6反转的分力，当该分力大于施加于锤刀6并促使其绕连杆轴颈5a正转的作用力时，锤刀6反转，锁止销7a往弧形槽7b的起始端移动并在弹性部件7c的推动下再次插入凹陷部7b1中，锤刀6被再次锁止。

上述轮轨式凿毛机的工作原理为：凿毛作业时，启动凿毛电机4，凿毛电机4带动曲轴5转动，曲轴5转动的过程中带着锤刀6一并转动，通过锁止销7a与弧形槽7b配合对锤刀6进行锁止，在曲轴5转动的过程中，处于空闲状态的锤刀6（即未与混凝土面接触的锤刀6）相对于曲轴5位置固定。对于正在凿击水泥混凝土面的锤刀6而言，见图7所示，当凿入深度较浅时，混凝土反作用于该锤刀6上的力（该反作用力有可能导致锤刀6绕连杆轴颈5a转动）的小于锁止力，锤刀6不会绕连杆轴颈5a转动，即锤刀6相对于曲轴5的位置不发生变化。见图8所示，随着凿入深度的增加，混凝土面施加在锤刀6上的反作用力增大，当该反作用力大于锁止与复位机构对锤刀6的锁止力时，锤刀6将绕连杆轴颈5a转动并推动锁止销7a从凹陷部7b1中退出，在锤刀6绕连杆轴颈5a转动的过程中，锤刀6与混凝土的干涉区域逐渐变小，同时锁止销7a的前端抵靠住弧形槽7b的槽底并随着锤刀6的转动逐渐往弧形槽7b的后端移动，在锁止销7a往弧形槽7b后端移动的过程中，由于弧形槽7b的槽底由前往后逐渐抬升，弧形槽7b的槽底面反推着锁止销7a进一步往后退缩，使得弹性部件7c进一步被压缩，当锤刀6转动到与混凝土完全分开的位置时，混凝土对锤刀6的反作用力消失，这时锁止与复位机构施加在锤刀6上的复位力（即锁止销7a前端施加于槽底面的压力所形成的用以推动锤刀6反转的分力）大于使其绕连杆轴颈5a转动的力（此时混凝土对锤刀6的反作用力已为零），锤刀6绕连杆轴颈5a反向转动，随着锤刀6的反向转动，锁止销7a逐渐移动至弧形槽7b的起始端并在弹性部件7c的弹力推动下再次插入凹陷部7b1中并将锤刀6锁止。在凿毛机沿轮轨行走的过程中，上述随曲轴5转动的锤刀6连续凿击混凝土面，直至完成凿毛作业。

与现有的水泥混凝土凿毛机相比，上述轮轨式凿毛机同样具有较高的凿毛施工效率，并且相比与现有的水泥混凝土凿毛机，上述轮轨式凿毛机至少还具有以下优点：1、通过锁止销7a与弧形槽7b配合对锤刀6进行锁止，极大程度地避免了在曲轴5转动的过程中锤刀6也不断转动而导致重心不断发生改变的情况，大大减轻了凿毛机构运转时的不规则跳动的问题，凿毛机构的动平衡效果有了明显提升。2、由于对锤刀6进行了锁止，锤刀6撞击水泥混凝土表面后不会瞬间卸荷，锤刀6向水泥混凝土持续施加作用力的时间大大延长，故而可以获得相对更深的凿毛点深度，并且还可以通过调整锁止力的大小（即调节弹性部件7c施加的弹力大小）来调节凿毛点深度。3、由于锤刀6向水泥混凝土表面持续施加作用力的时间大大延长，并且凿毛机是依靠滚轮3沿所架设的轮轨2行进，在凿点深度合适且锁止力适当的条件下，可以依靠混泥土施加的反作用力来推动凿毛机沿轮轨2延伸方向行走，无需另外设置专门用于驱动凿毛机行进的动力源。4、采用在曲轴5上安装锤刀6来实施凿毛，凿毛机构的结构更加紧凑、体积更小。

作为一种可选的结构，如图4所示，锤刀6的侧面呈鹰嘴形，锤刀6的后端与连杆轴颈5a连接，锤刀6的前端厚度逐渐变薄。锤刀6整体采用鹰嘴形的形状可以使其重心更靠近曲轴5的轴心，这样锤刀6转动时，其位置变化对曲轴5与锤刀6组合体重心的影响更小，凿毛机构运行时的稳定性更好，跳动更小。另外，见图4所示，在锤刀6的正面设有凸起的主刀刃6a，主刀刃6a的两侧各有一个斜面，两个斜面相交并在其相交处形成前述主刀刃6a，主刀刃6a自锤刀6的前端往后延伸。在锤刀6的正面通过两个相交的斜面形成主刀刃6a后，其可以像犁刀一样更轻松地凿入水泥混凝土中，并且在两个斜面的挤压下，水泥混凝土的破碎面积更大，由此可以获得更大的凿点面积。进一步地，在锤刀6的背面还设有凸起的副刀刃6b，副刀刃6b的两侧也各有一个斜面，两个斜面也相交并在其相交处形成副刀刃6b，副刀刃6b自锤刀6的前端往后延伸。当凿击深度较深且水泥混凝土施加在锤刀6上的反作用力促使锤刀6转动时，副刀刃6b可以让锤刀6的背面轻松将水泥混凝土挤碎裂，从而在充分保证凿入深度的前提下，进一步扩大了凿点面积。

其中，如图3、4、6所示，在前述锁止与复位机构中，具体而言，在曲轴臂5b的侧壁上开有阶梯孔，锤刀6的侧壁面上开设弧形槽7b，阶梯孔横向贯穿曲轴臂5b，锁止销7a的后端设有防脱台阶7a1，锁止销7a被设置于阶梯孔中且其前端从阶梯孔的小孔穿出并插入弧形槽7b中，防脱台阶7a1位于阶梯孔的大孔内且其直径小于阶梯孔的小孔直径，弹性部件7c为螺旋弹簧，螺旋弹簧安装在阶梯孔的大孔内且其前端抵靠住锁止销7a的防脱台阶7a1，在螺旋弹簧的后侧设有顶丝7d，顶丝7d与阶梯孔的大孔螺纹连接且其前端顶住螺旋弹簧的后端。上述锁止与复位机构的结构非常简单、紧凑，运行可靠性好。尤其值得一提的是，在上述结构的锁止与复位机构中，通过调整顶丝7d旋拧入阶梯孔中的深度即可调节弹性部件7c施加至锁止销7a的弹力（即调节锁止力），锁止力调节非常简单，易于操作。

另外，见图1和图2所示，支架1为框架结构，支架1的正中间设置有横梁1a，横梁1a垂直于轮轨2，横梁1a的下方吊设有可升降调节位置的曲轴安装座8，曲轴5安装在曲轴安装座8上。凿毛作业时，通过调节该曲轴安装座8的位置就可以调整曲轴5与水泥混凝土面间的距离。

进一步地，为了减轻凿毛作业过程中产生的震动对凿毛电机的冲击影响，上述凿毛电机4的输出轴与曲轴5通过梅花形弹性联轴器连接。虽然较刚性直连相比，采用梅花形弹性联轴器连接会导致部分传动效率损失，但是却能够大大减轻凿毛震动对电机输出轴及转子的冲击，更好地保证凿毛电机4的使用寿命。

此外，如图6所示，在锁止销7a的前端设有球冠形或者锥形的导入头7a2，图示导入头7a2前端的球冠形表面就相当于一个坡面。应当指出的是，本领域技术人员应当明白，前述坡面并不局限于图示的球冠形表面，其也可以是一个逐渐抬升的曲面或者是锥面。可选地，凹陷部7b1为一圆孔，前述导入头7a2仅部分插入前述圆孔中即可。

考虑到凿毛作业时会产生较大的粉尘，可以在横梁1a的前后两侧各设置一排喷头9，所有喷头9均连接水泵可以大幅降低凿毛扬尘，或者将前排喷头9连接水泵，后排喷头9连接气泵，这样就可实现一边喷水降尘一边对水泥混凝土表面进行清扫清洁。

在未设置专门用于驱动凿毛机行走的动力源的情形下，必须满足凿点深度合适且锁止力适当的条件方可依靠混泥土所施加的反作用力来推动凿毛机沿轮轨2延伸方向行走，否则就需要人工推着凿毛机前进。为了实现凿毛机在作业过程中能够自主行进，可以在支架1上安装用于驱动滚轮3转动并沿轮轨2行走的行走电机10。另外，如图1和图2所示，支架1具体还包括两根与轮轨平行的纵梁1b以及两根与轮轨2垂直的边梁1c，在纵梁1b的下方固定连接有滚轮座11，滚轮3安装在滚轮座11上，边梁1c及横梁1a均悬吊于纵梁1b下方并与纵梁1b固定连接，边梁1c及横梁1a形成相对于纵梁1b下沉的安装平台1d，安装平台1d的承托面低于滚轮3的外周面下沿，在承托面上安装有水箱、水泵和/或气泵。安装平台1d采用下沉式结构的好处是可以降低整个凿毛机的重心，这样凿毛机在凿毛过程中行进更平稳，抖动更小，进而使得混凝土表面的凿点更均匀，一致性更好。

最后，采用上述轮轨式凿毛机对水泥混凝土面实施凿毛作业时，可以通过调节曲轴5离水泥混凝土面的距离以及弹性部件7c向锁止销7a所施加的弹力大小来调整凿毛点的凿入深度，该调整方式与仅调整弹性部件7c施加弹力大小的方案相比，凿点深度的调节范围更大。其中，通过调节曲轴安装座8的位置来调节曲轴5离水泥混凝土面的距离。

上述实施例为本发明较佳的实现方案，除此之外，本发明还可以其它方式实现，在不脱离本技术方案构思的前提下任何显而易见的替换均在本发明的保护范围之内。

为了让本领域普通技术人员更方便地理解本发明相对于现有技术的改进之处，本发明的一些附图和描述已经被简化，并且为了清楚起见，本申请文件还省略了一些其它元素，本领域普通技术人员应该意识到这些省略的元素也可构成本发明的内容。