专利名称:用于表面清除装置的倾斜铣刀的制作方法
本发明涉及清除表面层用的表面处理设备，特别是涉及装有多个铣刀的铣刀滚筒，该铣刀用于击凿要处理的表面。
该设备最适合用来清除坚硬基层的表面层，如混凝土路面、金属桥面板、玻璃纤维桥面板或其他类似表面，从而为下一步的罩面工序如涂漆、铺筑封层或加铺面层准备好表面。在美国专利3156231中公开了一种手动操作的混凝土路面处理设备。该设备用的铣刀滚筒上装有多个星形铣刀。滚筒旋转时，铣刀击凿混凝土路面，从而在路面上去除一层表面材料。在美国专利3266846中公开了一种较大型的自动推进式表面整修机。该装置上设有一个装有一些铣刀的铣刀滚筒。该铣刀滚筒在要处理的表面上旋转推进，从而清除掉表面上的一层材料。美国专利4275928中公开了一种表面处理设备用的铣刀滚筒，在该滚筒的每个铣刀上带有硬质合金刀齿。这些铣刀装在圆形铣刀杆上，每个铣刀都开有使铣刀杆穿过的圆柱形孔，孔轴的方向垂直于铣刀齿所在的平面。在美国专利4040668中提供了一种装有铣刀的铣刀滚筒，铣刀上开有扁圆柱形孔，该铣刀可对要处理的表面进行持久的击凿。
在美国专利1964764中公开了一种使地面粗糙的处理装置，该装置包括一个装有多个铣刀的铣刀滚筒。铣刀上的孔要比从孔内穿过的杆粗得多。这就在每个铣刀中形成了一个松旷的各自不同的间隙，由于铣刀滚筒旋转时而产生的离心力，可使铣刀保持向外侧移动的趋向。在使用时，滚筒以每分钟大约400到800转的速度旋转。每个铣刀都在它转动的最低点稍微靠前的一点处击凿地面，此后铣刀在滚筒上便又恢复到最外面的位置。每个铣刀上开的孔为圆柱形，它的中心轴线垂直于铣刀刀齿所在的平面。如果从铣刀滚筒上去掉一些铣刀，在刀盘之间就会有足够的空隙，使刀盘倾斜，那么刀盘就会在表面的坚硬部位倾斜，而击凿较软的部位，结果在连续使用后，就会使上述的每一刀盘孔的边棱部位被逐渐磨圆，然而，孔的中间部位则保持圆柱形，并且孔的轴线垂直于刀齿所在的平面。
在美国专利2664281中公开了一种可使每个铣刀倾斜的刀件配置方法，该法用于对路面缝隙进行整修和开槽，特别适用于在混凝土沟槽内清除物料。铣刀的中心孔要比装铣刀的杆粗得多，这样当使用较少的间隔垫圈时，就会使铣刀产生径向运动、轴向运动以及使铣刀发生倾斜。当为了重新填缝而挖凿混凝土路面上的裂缝时，这种设备可使铣刀沿着裂缝运动。
原则上讲，所有的表面整修设备，如同上面讨论的现有技术一样，都是靠带有同处一个平面内的刀齿的铣刀件来击凿表面的，而刀齿平面与要处理的表面相垂直。因此，铣刀滚筒的每个刀件上的刀齿沿正直方向击凿表面，这样就必须要克服所要击凿的混凝土和其他表面上由于正压力所产生的阻力。本发明的一个目的是提供一种改进了的用于清除坚硬基层的表面材料的设备。该设备包括一个支架，一个铣刀滚筒，用来将铣刀滚筒安装在支架上的部件和使铣刀滚筒旋转的部件。在铣刀滚筒上至少装有一排用于击凿坚硬基层的铣刀组。该铣刀安装在一根与铣刀滚筒相连的杆上，每个铣刀上带有多个凸起的刀齿。本发明的改进结构在于使用该设备时，在铣刀滚筒旋转过程中，铣刀击凿坚硬基层，这样就会使每个铣刀沿铣刀杆方向作横向运动。
在附图中描述了本发明的最佳实施例，其中
图1为用来清除坚硬基层表面层的可移动设备的透视图;
图2为安装在图1设备的铣刀滚筒上刀件的透视图;
图3为图1装置内的铣刀滚筒的部件分解透视图;
图4为图1装置内的铣刀滚筒的剖面图;
图5为图1装置的侧面局部剖视图，其中剖视部份表示装在铣刀滚筒上的刀件;
图6表示铣刀滚筒上刀件在离心力作用下所处的位置;
图7表示每一刀件在击凿表面时作横向运动;
图8为刀件的另一种实施例;
图9和图10分别表示图8刀件处于静止和切削运动时的位置;
图11和图12表示在刀件上开孔的另一实施例，以便在击凿表面时使铣刀产生横向运动;
图13表示刀件上的刀齿的另一种实施例;
如图1所示，设备〔10〕包括一个标记为〔12〕的带有外壳〔14〕的支架，铣刀滚筒设在外壳〔14〕内并安装在该支架〔12〕上。电动机〔18〕通过一根装在传动带罩〔20〕内的传动带来驱动铣刀滚筒转动。具有控制开关〔24〕的操纵杆〔22〕固定在支架〔12〕的后部。在操纵杆〔22〕的上部有一个高度调节旋钮〔26〕，它可使操作者很方便地调节铣刀滚筒相对于要处理表面的高度。支架后轮未在图1中示出，它与在外壳〔14〕上的前轮〔30〕一起运动。这种机构可使操作者通过调节旋钮〔26〕来改变铣刀滚筒相对于要处理的表面的高度，进而改变清除坚硬基层表层的厚度。
本发明提供了装在铣刀滚筒〔16〕上的铣刀件的多种实施例，当铣刀击凿表面时便可使铣刀滚筒〔16〕上的铣刀产生横向运动。如图3所示，在外罩〔14〕的两端各有一轴承〔32〕和〔34〕。轴〔36〕穿过轴承〔34〕。主动轮〔38〕用键固定在轴〔36〕上，并由传动带罩〔20〕内的传动带〔40〕来驱动该主动轮〔38〕。固定在轴〔36〕另一端的是传动轮盘〔42〕，它带有4个向外伸出的、等距离布置的传动销〔44〕。轮盘〔44〕的中间开有螺纹孔〔46〕，该孔〔46〕与铣刀滚筒上的连杆〔50〕的螺纹端〔48〕相连接。
铣刀滚筒〔16〕有一空心的，并在两端〔54〕、〔56〕开口的中心轴〔52〕、轴〔52〕的中间装有一对半圆拼合轮盘〔58〕和〔60〕。铣刀滚筒〔16〕的两端各有一端面板〔62〕和〔64〕。端面板〔62〕上开有盲孔〔68〕，而端面板〔64〕上开有通孔〔66〕，半圆盘〔58〕和〔60〕上有对应的孔〔70〕。孔眼〔66〕、〔68〕和〔70〕相互对齐成一条直线，四根铣刀杆〔72〕从上述对齐的孔中穿过，并支承于端面板〔62〕、〔64〕和中间半圆盘〔58〕、〔60〕上。当铣刀杆〔70〕穿入上述孔眼时，将刀件〔74〕和间隔垫圈〔76〕装在铣刀杆〔72〕上。铣刀杆安装就位，并且所有的刀件在杆上装配好后，这样便构成了一个完整的铣刀滚筒〔16〕。铣刀杆〔72〕是借助端板〔78〕来定位的，该端板〔78〕由六角螺丝固定件〔80〕固定在端面板〔64〕的外侧。
端面板〔62〕的外侧开有4个供传动销〔44〕插入的孔。装配好的铣刀滚筒就固定在传动销〔44〕上，连杆〔50〕从轴承〔32〕中穿入并拧入轮盘〔42〕的孔〔46〕内，从而使装配好的铣刀滚筒安装到驱动机构上。同时，如果需要更换刀件或需要装配具有不同类型刀件的另一种铣刀滚筒，该铣刀滚筒的这种装配方法可使滚筒迅速拆卸下来。因此，这种装置只需要有一系列不同的刀件就可以进行各种不同的表面处理。
如图2所示的实施例，星形刀件〔74〕有一刀体〔82〕，其上带有向外凸起的刀齿〔84〕，刀齿上装有淬硬刀刃〔86〕。刀体〔82〕上开有圆柱形通孔〔88〕，刀刃〔86〕在该刀体〔82〕上的布置对称于轴线〔90〕。孔〔88〕的直径大于铣刀滚筒上的铣刀杆〔72〕的直径。本实施例采用的杆〔72〕为圆形截面，其直径小于孔〔88〕的直径。间隔垫圈〔76〕的内径略大于铣刀杆〔72〕的直径，而其外径则在刀齿齿根〔92〕的范围之内。当铣刀〔74〕击凿要处理的表面时，这种配置可使刀齿〔86〕横向运动。
从图5可以看出，各刀件〔74〕上的孔〔88〕的直径是与铣刀杆〔72〕直径不同的。由于刀件〔74〕受离心力作用，因此铣刀滚筒沿箭头〔94〕的方向旋转。在各刀件上开的孔和杆的圆周之间形成的空隙〔96〕都位于所对应的杆的外侧。如图所示，铣刀〔74a〕正在击凿坚硬基层〔100〕的表面〔98〕，从图中可以看出，铣刀〔74a〕正从它在杆刀杆〔72〕上最外侧位置向上稍微抬起。铣刀〔74a〕切入基层表面〔78〕的深度靠调节前轮〔30〕和后轮〔102〕的位置来确定。调节旋钮〔26〕通过承重臂〔104〕相对于支架〔14〕转动，从而改变后轮〔102〕的高度。当后轮〔102〕相对于支架〔14〕向上抬起时，就使支架朝表面〔98〕的方向降低，这样各铣刀杆〔72〕也都降低，结果当铣刀〔74a〕击凿表面后，由于铣刀杆与孔〔88〕下部的相互作用，使铣刀〔74a〕被压入表面。
图4表示装配好的铣刀滚筒的具体结构。如前所述，连杆〔50〕拧入轮盘〔42〕的孔〔46〕内。加粗的连杆〔50〕的端头部〔110〕的内侧表面〔108〕将端面板〔62〕和〔64〕夹紧在传动轮盘〔42〕和定位垫圈〔106〕之间。螺纹孔〔46〕的螺纹方向应该是在铣刀滚筒旋转运行时，使孔〔46〕内的连杆螺纹端〔48〕拧紧的方向。在端头部〔110〕内开有一凹槽〔112〕，从而可使用六方螺钉头扳手将连杆〔50〕初步拧紧。在铣刀滚筒〔16〕的中间部位装有半圆盘〔58〕和〔60〕支撑铣刀杆〔72〕，这样就可避免当铣刀在击凿象混凝土这样的坚硬材料而过度使用该设备时在杆内形成应力裂缝。铣刀滚筒包括有4根铣刀杆〔72〕并对应装有4排横跨整个铣刀滚筒宽度的铣刀组。半圆拼合盘〔58〕和〔60〕是错开配置的，这样就可使相邻两排铣刀组之间的中间区域保持有交错布置的铣刀。如图4所示，上排的铣刀〔74〕都朝一个方向倾斜，而下排正击凿表面的铣刀则朝相反的方向倾斜。
图6和图7更为具体地表示出铣刀的工作状态。如图6所示，孔上缘〔88a〕与铣刀杆〔72〕相接触。假设离心力作用在各刀件〔74〕上，因为刀齿〔86〕与孔内接触点〔88a〕不在同一平面上，则刀件将向图6中所示方向倾斜。对于星形铣刀来说，由于凹形刀盘的质量，使铣刀绕接触点〔88a〕旋转，于是各刀件都沿图6中所示方向倾斜。环形垫圈〔76〕与铣刀杆可以是松旷配合，这种配合可以使环形垫圈在它邻近的铣刀完全倾斜时也发生轻微的倾斜。
由于各刀件〔74〕呈凹形或盘形，这样在刀件击凿坚硬基层表面〔98〕时就会使刀齿〔86〕产生横向运动。我们发现，铣刀滚筒最佳的圆周速度在1800英尺/分到3000英尺/分的范围内，而在这种速度下是很难准确地搞清楚刀齿〔86〕击凿表面时的工作状态，然而由于刀齿上各种方式的磨损，可以认为刀齿在击凿坚硬基层时或至少在刚开始击凿时是沿箭头〔114〕的方向运动的。当铣刀〔74a〕按图5中所示的方式击凿表面后，铣刀杆的底部〔72a〕与孔的底部〔88b〕相接触。由于孔内接触点〔88b〕不在刀齿〔86〕所处的平面内，于是绕接触点〔88b〕就产生一个力矩臂促使铣刀〔74a〕倾斜，其倾斜的方向与图6中所示的倾斜方向相反，因此刀齿〔86〕就沿箭头〔114〕的方向产生横向运动，刀齿〔86〕击凿表面〔98〕的力就分解为竖直向下的和水平的两个分力。
我们认为由于刀齿的这种侧横向运动，使上述这种铣刀件与已有技术的刀件相比，其效率显著提高。在清除混凝土表层的试验中，图6中所示的这种盘形星式刀齿的效率比已有专利如US4275928和US3156231中的标准星形刀件的效率至少提高了5倍，有时甚至提高了8倍。由于旋转速度高，因此很难搞清刀齿的横向运动是如何显著提高其切削效率的。但是从理论可知，由于混凝土沿受压方向的抗裂强度要比沿受拉方向的抗裂强度大十倍左右，故刀齿横向运动改善了其击凿效果。我们认为，刀齿〔86〕的横向运动而产生水平分力，就是利用了混凝土的抗拉强度要小于其抗压强度的性能而起作用的。本发明的呈凹形或盘形刀件可使刀齿击凿表面时产生横向运动。我们可以看到，为了使铣刀产生这种击凿方式，每一刀件上的凹进程度必须限定在一定的角度范围之内。刀齿表面〔86a〕和〔86b〕之间的夹角可以在90°到150°之间，其最佳的角度为120°左右。一旦刀件离开处理的表面，由于离心力的作用，使其又可基本恢复到图6中所示的与击凿时相反的角度上，从而使刀齿沿图7所示的箭头〔114〕方向运动程度达到最佳。
图8到图15中所示的刀件提供了几种不同的刀件结构，当对处理的表面进行击凿时，可使铣刀产生横向运动。
如图8、9和10所示的刀件，刀件〔116〕包括一个刀体〔118〕，该刀体上嵌有硬质合金刀刃〔120〕，刀刃按刀件的轴线〔122〕对称布置。为了只对硬质合刀刃磨损，刀体〔118〕在相邻刀刃之间的区域〔124〕加工成内凹形。如图9所示，在刀件〔116〕的刀体〔118〕上开有通孔〔126〕，孔〔126〕包括一个锥形扩孔〔128〕，该锥形扩孔的开口端在刀件的一侧〔130〕上。锥形扩孔〔128〕占整个孔长度大部分，而剩下短的部分〔132〕，其开口端在刀件的另一侧〔134〕上。硬质合金刀齿〔120〕都位于由虚线〔136〕所表示的平面内，短圆柱形孔〔132〕偏置在该平面的一侧。刀件〔116〕的刀体比起刀体〔74〕的较薄的盘形部分要重很多。由于孔〔132〕与铣刀杆〔72〕的接触点不在刀齿所在平面内，因而作用在刀件上的离心力使刀件沿图10中所示的方向倾斜。如前所述，在刀件高速旋转时是很难准确地确定刀齿上的工作情况，然而从理论可知，由于击凿表面，则使刀件在铣刀杆的铣刀杆接触点〔72a〕和刀孔接触点〔132a〕之间的部位沿箭头〔138〕方向进一步倾斜。刀齿上的边角部位〔140〕的金属硬度较低，它磨损后便露出硬质合金刀刃的边棱，而这种磨损方式便证实了上述刀件的倾斜运动。因此，如前面刀孔形状那段所讨论的一样，在这里也给出了使刀齿沿箭头〔138〕方向横向运动的结构，从而利用混凝土抗拉强度低的特性来达到清除坚硬基层表面层的目的。
图11和图12为另一种实施例，图中给出的刀件的刀孔形状可在击凿表面时使刀齿横向运动。刀件〔142〕的圆周上带有多个刀齿〔144〕，这些刀齿都位于虚线〔146〕表示的同一平面内。刀齿〔144〕装在刀件〔142〕圆周的峰尖上。刀件上的刀体〔148〕开有一个孔〔150〕，该孔用来将刀件装在铣刀杆〔72〕上。刀体上所开的孔〔150〕的轴线与刀齿〔144〕所在的平面相斜交。如图12所示，孔〔150〕为椭圆柱形，它有上表面〔154〕和下表面〔156〕。使用时，由于离心力的作用，起初孔内上表面〔154〕的边缘部分〔158〕是与铣刀杆〔72〕相接触的，这时刀件沿图11中所示的方向倾斜。当刀件击凿表面时，则进一步倾斜成图11中的位置。一旦铣刀与处理的表面相接触，便会使铣刀〔142〕绕铣刀杆〔72〕旋转。由于孔〔150〕是斜向贯穿刀体的，所以随着铣刀绕铣刀杆转动，便产生摆动。当刀齿横向运动时，这种摆动作用增强了刀齿对表面的切削力。此外，由于孔〔156〕为椭圆柱形，铣刀旋转时，刀齿对处理表面的压力是呈周期性增加的，这种作用又进一步提高了铣刀的效率。
图13为刀件〔162〕上的刀齿的另一种布置方案的示意图。刀齿〔164〕所在平面与刀件表面〔166〕相邻，而偏离孔〔170〕的短圆柱部分〔168〕。孔〔170〕也有一锥形部分〔172〕，其结构形式与图8中刀件〔116〕的孔〔126〕相似。与图10所表示的刀件工作状态相类似，孔〔170〕也使刀齿〔164〕沿箭头〔174〕的方向作横向运动。刀齿〔164〕位于铣刀的峰尖部位，这与图11的刀齿相似。总之，图8、图11和图13中提供的实施例都是依靠刀孔的形状来使刀件上的刀齿在击凿要处理的表面时产生横向运动，从而大大地提高了刀齿切除物料的效率。
为了使铣刀的磨损均匀，使铣刀在铣刀杆上转动，从而避免了总是用一个刀齿击凿表面，同也避免了出现在铣刀上的一个部位的磨损比其它部位严重的情况。我们发现，在处理混凝土表面时，采用上述铣刀而产生横向运动所获得的表面光洁度要高于采用普通平板型刀件垂直击凿的要处理的表面。此外我们还可以发现，本发明的刀件不仅在同一时间内与已有技术所采用的各种铣刀相比能清除更多的物料，而且其使用期限更长。从理论可知，使用本发明的铣刀以一定角度击凿要处理的表面正是利用了要处理的表面材料(如混凝土)的抗拉强度较低的特性，从而可以高效率地清除物料。
刀件可以包括嵌入式硬质合金刀刃，也可以由带有淬硬刀刃的金属制成。例如，图2中的星形铣刀可以由钢板切割出星形状，然后再加工成盘形体。所用的钢可选用高碳钢，如C-1075钢，经淬火处理使其洛氏硬度达C60。也可以对毛坯板进行连续冲压加工使钢板成凹形，然后将成型后的铣刀进行淬火处理以达到理想的硬度。硬质合金铣刀有一个刀体，刀体是用金属冲压成型或采用硬质合金熔模浇铸法成型的。在对比如象图8所示的硬质合金铣刀的盘形部分进行成型时，最好留有一短圆柱形台肩〔132〕，因为有台肩的刀孔要比锥口部分〔128〕一直贯通到刀体的另一侧〔144〕的刀孔具有更好的耐磨性能。刀体部分可以采用加拿大多伦多阿特拉斯钢铁企业销售的“Super Impacto”(商标)牌金属制造。刀孔成型时，理想的孔圆锥体部分的角度或刀件相对于铣刀杆或垫圈轴线倾斜的角度可以在5°到75°范围内。尽管当角度范围在10°到60°时就可以改进铣刀的切削性能，但最佳角度范围是从15°到45°。
图2中与刀件〔74〕一同使用的环形垫圈可以由弹簧钢丝做成，它的外径小于刀件上刀体的高度，以使刀件在使用时能够产生摆动。
最佳实施例已在前面进行了描述或用图解进行了说明，熟练的技术人员可根据权利要求
所确定的本发明，在不脱离发明的构思和范围的情况下进行变换或更改。
权利要求
1.一种清除坚硬基层表面材料的设备。它包括一个支架；一个铣刀滚筒；将铣刀滚筒装到支架上的部件；用来将铣刀滚筒绕中心轴旋转的部件；铣刀滚筒上至少装有一排用于击凿坚硬基层由多个铣刀组成的铣刀组；所说的铣刀组装在一根与铣刀滚筒相连的杆上，该杆间隔配置并与上述中心轴保持平行；每个铣刀上带有多个凸起的刀齿，且松旷地装在杆上。本发明的改进在于一种结构使用上述设备时，铣刀滚筒旋转过程中，铣刀击凿坚硬基层，这样就使每个铣刀沿所述杆的方向横向运动。
2.根据权利要求
1所述的设备，所说的使铣刀横向运动的结构包括每个铣刀中间开有一个孔，该铣刀制成中凹形状，每个铣刀孔的内径大于杆的外径，从而使铣刀松旷地套在杆上，在击凿要处理的坚硬基层时，铣刀的这种中凹形状就使刀齿产生横向运动。
3.根据权利要求
1所述的设备，所说的使铣刀横向运动的结构包括每个铣刀中间开有一个孔，孔比所说的杆粗，铣刀松旷地套在杆上，孔包括一锥形扩孔，它占整个孔长度的大半部分，锥形扩孔开口方向朝向孔的一端侧，当击凿要处理的坚硬基层时，该锥形扩孔可使刀齿横向运动。
4.根据权利要求
1所述的设备，所说的使铣刀横向运动的结构包括每个铣刀中间开有一个孔，孔比所说的杆粗，铣刀松旷地套在杆上，孔沿与铣刀中心轴线相斜交的轴线延伸，铣刀的中心轴线与刀齿所在的平面相垂直，当击凿要处理的坚硬基层时，倾斜的刀孔使刀齿横向运动。
5.根据权利要求
2、4所述的设备，所说的铣刀滚筒装有圆形端面板，在端面板沿径向相对的位置上至少装有一对杆，每根杆的横截面都为圆形，杆上装有多个铣刀，在两相邻的铣刀之间杆上套有间隔垫圈，在杆上铣刀的数量应能允许刀齿横向运动。
6.根据权利要求
3所述的设备，所说的杆上装有多个铣刀从而形成一个铣刀组，这些铣刀上的锥形扩孔都朝一个方向向外开口，所说的孔由长锥形扩孔与短圆柱形孔两部分构成，刀齿处在铣刀的中心平面上，每个铣刀都绕偏置在中心平面一侧的短圆柱形孔旋转，这样当铣刀滚筒旋转使刀齿击凿坚硬基层时，由于锥形扩孔和杆的相互作用而使刀齿横向运动。
7.一种用于清除坚硬基层表面材料设备内的铣刀滚筒上的铣刀，该铣刀包括一个开有孔的刀体，铣刀装在从其孔中穿过的杆上，杆固定在铣刀滚筒上，刀体上带有多个向外凸起的刀齿，用在铣刀滚筒上的铣刀有能使刀齿横向运动的结构。
8.根据权利要求
7所述的铣刀，其刀体为盘形体，所说的使刀齿横向运动的结构包括该盘形体的横断面为凹形，刀齿所在的平面横向偏置在刀孔的一侧。
9.根据权利要求
7所述的铣刀，其刀齿位于一个平面内，所说的使刀齿横向运动的结构包括一个锥形扩孔，它向外延伸并通过铣刀的中心平面，占整个孔长度的大半部分，其开口方向朝向铣刀的一端侧，所说的刀孔的较短部分为圆柱形孔，它偏置在铣刀中心平面的一侧。
10.根据权利要求
7所述的铣刀，其刀齿位于一个平面内，所说的使刀齿横向运动的结构包括一个其中心轴线与刀齿所在平面斜交的圆柱形孔。
专利摘要
在清除坚硬基层表面材料用的设备内，装有一个带多个铣刀的铣刀滚筒，其中每个铣刀都带有向外凸起的刀齿。本发明的改进之处在于铣刀滚筒上铣刀的装配结构。当铣刀滚筒旋转铣刀击凿所处理的坚硬基层时，可使铣刀横向运动。
文档编号E01C23/00GK86103224SQ86103224
公开日1987年10月28日 申请日期1986年4月14日
发明者弗兰克·泽伦卡 申请人:巴特尔工业有限公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan