混凝土振捣器设计

1、外部振捣器乂称附着式振捣器，是一台具有振动作用的电动机，在该机的底面 安装了特制的底板，工作时底板附着在模板上，振捣器产生的振动波通过底板与模板间接地传给混 凝土。这种振捣器多用于薄壳构件、空心板梁、拱肋、T形梁等地施工。根据施工的需要，外部振捣器除附着式外，还有一种振动台，它是用来振捣混 凝土预制品的。装在模板内的预制品置放在与振捣器连接的台面上，振捣器产生的振动波通过台面 与模板传给混凝土预制品。混凝土振捣器按混凝土传播振动的作业方式不同，可分为插入式内部振捣器、 附着式外部振捣器、平板式表面振捣器及振动平台等四类。使用混凝土振捣器要注意：.插入式振捣器电动机电源上，应安装漏电保护装置，熔

2、断器选配应符合要 求，接地应安全可靠。电动机未接地线或接地不良者应严禁开机使用。.操作人员应掌握一般安全用电常识。操作振捣器作业时，应穿戴好胶鞋和 绝缘橡皮手套。外部振捣器用混凝土拌合机拌和好的混凝土浇筑构件时，必须排除其中气泡，进行捣 固，使混凝土密实结合，消除混凝土的蜂窝麻面等现象，以提高其强度，保证混凝土构件的质量。混凝 土振捣器就是机械化捣实混凝土的机具。SOTAI外部气动振捣器是VSN, VSP, VSPS, VMP和VMPS家族因为它们的特点：坚固性，持续时间,安全，实用简便在振捣器市场上。选材，抗磨处理和高精度的性能是我们振捣 器的保证。SOTAI气动振捣器是设计产生的机器。它们

3、山铸铁机身内有固定干杆并 有一个或两个转子在周围，由空气压力驱动。这些转子伴有离心运动，产生的离心旋转导致在振动器中。可以根据型号用螺 纹和虎钳对振动器的结构进行加紧。振动器有两种型式可用：正常或无声在操作使用中是否有危险的基 础上。插入式混凝土振动器是近代混凝土工程施匚中的重要机械。凡浇筑混凝土构件，能插入振动棒者 能使用。相同体积的混凝土振捣质量和效率是和作用在混凝土的振捣频率有直接关系， 混凝土振捣过程，实际上是使浇灌后的混凝土，骨料之间失去空隙，达到密实状态，实际是混凝土 的一种液化过程，当振捣棒的振动频率与骨料固有的自振频率相接近时，就能大大的促进混凝土的液 化，获得良好的振捣效果。

4、2. 1振捣器的发展历程及工作方式-1 -利用激振装置产生振动，并将振动传给混凝土，使其密实的设备。最早出现的 振捣器是风动柱塞式，继之生产电动偏心式。30年代有了行星滚锥高频振动原理。50年代末，电动 行星滚锥型高频插入式振捣器得到普及。近年来，为了适应混凝土材料和施工方法变化的需要，新型结构 的振捣器不断问世。混凝土振捣器匚作时，使混凝土内部颗粒之间的内摩擦力和粘着力急剧减小， 混凝土呈重质液体状态。骨料相互滑动并重新排列，骨料之间的空隙被砂浆填充，气泡被挤出， 从而达到捣实的效果。振捣器按工作方式分插入式(内部)、附着式(外部)和平 板式(表面)；按动力分电动式、风动式、内燃式和液压式；

5、按振动频率分中频、 高频和复频式；按激振原理分偏心式、行星式、往复式和电磁式等。振捣器是将它直接放在混凝土表面上，振捣器产生地振动波通过与之固定的振 捣底板传给混凝土。由于振动波是从混凝土表面传入，故称表面振捣器。工作时由两人握住振捣器 的手柄，根据工作需要进行拖移。它适用于厚度不大的混凝土路面和桥面等工程的施工。按振捣器的动力来源分，有电动式、内燃式和风动式三种，以电动式应用最 广。按振捣器的振动频率分，有低频式、中频式和高频式三种。低频式的振动频率为2550Hz (15003000次/min)；中频式为83133HZ (50008000 次/min)；高频式为 167HZ (10000 次

6、/min)以上。按振捣器产生振动的原理分，有偏心式和行星式两种。偏心式。它是利用振动棒中心安装的具有偏心质量的转轴，在高速旋转时产生 的离心力通过轴承传递给振动棒壳体，从而使振动棒产生圆周振动的。行星式的激振原理。它是利用振动棒中一端空悬的转轴，在它旋转时，其下垂 端的圆锥部分沿棒壳内的圆锥面滚动，从而形成滚动体的行星运动以驱动棒体产生圆周振动。振捣器的基本技术参数是：振动频率、振幅、激振力和结构尺寸。选用振捣器 时，必须针对混凝土的性质和施工条件，合理选择振捣器的振动参数和结构尺寸。2振捣频率的选择根据有关的试验研究，骨料自振频率n与骨料粒径的平方根成反比。即：n=K/d (2-1)式中，K

7、为振波在骨料内的传播速度，一般可以认为是某常 数；d为骨料直径。从式中可以看出，骨料颗粒直径较大时宜用频率较低的振捣 棒。颗粒较小时.，宜用频率较高的振捣棒。因液化过程往往取决于振动加速度， 对于干硬性混凝土宜采用中频振捣棒。而塑性混凝土为避免产生分层离析的现象宜采用低频振捣棒。不过混凝土的骨料常是由各种粒径的石、砂组成。选择多 大频率的振捣棒合适，还要具体分析。-2 -2.3振捣棒的振幅、加速度、作用半径、生产率的计算2. 3. 1振捣棒的振幅在介绍振捣棒各种数据的计算和选择之前，在这里先简要对振动棒进行一下说 明。振捣棒也可叫做振动棒。振捣时，可将振动棒自然地插入需待振捣的混凝土中。振捣一

8、段时间 后，见混凝土已变平坦，无显著的塌陷现象，上层有泥浆出现时表示已充分振捣，即可另换一个位置。振捣时，需将振捣棒上下抽动，以保证上下层均匀振捣。振动棒在混凝土内振密的时间，一般每插点振 密2030s,以混凝土不再显著下沉，不再出现气泡，表面翻出水泥浆和外观均匀 为止，在振密时应将振动棒上下抽动510cm,使混凝土振密均匀；棒体插入混凝 土的深度不应超过棒长2/33/4,以免因振动棒不易拔出而导致保护软管损坏；不许将保护软管插入混凝土中，以防砂浆浸蚀保护软管及砂浆渗入 软管而损坏机件。在工作中的实践证明，当混凝土采用三级配置(最大骨料粒径为80mm)坍落度为3cm 6cm时，可选用振幅为L

9、0mm1. 5mm,频率为100Hz167Hz的振捣棒。那么振 捣棒的直径应在80mm130mm为宜。2.3.2振捣棒加速度混凝土的振动加速度是促使混凝土液化的决定因素。它与振捣频率W和振幅A 的关系；a= A?M (2-2)实际应用中，振捣棒的振动加速度可按下式来计算：a = A?WMM+M+M (23) e8eb式中,M为偏心轴重；r为偏心距；M为振捣棒减去偏心轴重后的剩余重量；M为排出的混凝土的重量。e 5b2. 3.3振捣棒的作用半径振捣棒的作用半径，据详细测定一般为如表1所示。据表1分析：中小型混凝 土断面，可选用直径为80mm的振捣棒为宜。大型混凝土断面可选用直径为130mm140

10、mm的振捣 棒为宜。表2-1.振捣棒作用半径振捣棒直径2rlymm作用半径r2/mm r/r25 100 850 250 1080 440 10.76100 500 10140 850 12. 1. 3.4振捣棒的生产率计算插入式振捣棒的生产率计算采用下式:Q = 2kr2h3600/t+t (m/h) (24) 12式中，r为振捣棒的作用半径,mm； K为振捣棒时间利用系数，可取K=0. 80. 85； h为振动层厚度，2M； t为每一位置振动时间s； t为变动位置所需时间s。由上式分析可知，加速度a与振捣棒频率3 1 2成正比，因此振捣频率越高，对混凝土的液化越有利，但在实际生产中，当频

11、率高到一定程度，将使运行电机的转速过高。一般轴承的运行速度上限，即极限转数为11000r/min,在 这个转数以下，为使电机长期稳定运行，需提高加工质量，加强润滑措施才能达到 目的。如按此转速或高于此转速，在强度允许的情况下，就需要采用特殊的高速轴承，如高压空气悬浮或磁悬浮轴承结构等，这样就必然会提高制造成本或造成施工现场运行的不可行性。为了降低制造成本，保证建筑施工设备 的长寿命运行，进一步提高混凝土振捣效率和质量，在综合经济技术指标分析的基础上，笔者认为最佳 的振动频率应为150Hz190Hz。3.1混凝土振捣器工作方法的构想3. 1.1振捣器使用范围. ZN-35/50/70型电动软轴行

12、星插入式混凝土振动器是混凝土施工中的重要机 械。凡浇筑混凝土构件中能插入震动棒者，均能使用。如浇筑桥墩、基础、柱、 主梁、次梁及各种预制构件。.适用于各种混凝土的振动密实，是一种生产效率很高的振动器。.应用振动器施工较人工捣实具有如下特点：可节约水泥用量；混凝土内.部组织均匀；强度增加；减少体积收缩增加防水渗透、风化与抵抗冲击能力；并可缩短混凝土凝固时间，加速工程进度。为了实现振捣系统的高效、环保、安全、节能的目标，我们依据振捣棒理论，研制了 低压发电机组和插入式振捣棒，并实现了操作者对机组的远距离遥控。2振捣器结构特点本机由主机、软轴组件和振动棒三项部件组成。.主机系由用铝合金制成的外壳，顶

13、部装有手柄及开关的专用电动机和装有 防逆装置的联接套所组成，使之搬动轻便，操作方便。.止逆装置系由一推键来承担，当电动机按照所需要的正方向旋转时，推键 由于离心力的作用，其头部迅速插入软轴插头，推动软轴转动使震动棒产生振动。当电动机由于电气 相线联接不正确而发生逆向旋转时，推键即与软轴插头脱开，软轴不再转动，从而达到防止逆转，保护 软轴的目的。.电动机采用最新Y系列三相异步电动机，它具有体积小重量轻的特点，全 封闭式，E级绝缘，可用于灰尘较多，水土飞溅的场所。-4 -4.振动棒的高频率，是由棒内的一套行星机构所获得，因此当振动器在工作时，软轴个轴承等转动部件，均仍处爱低速中运转（即电动机转速）

14、，这样虽然振动器经较长时间的 使用，但软轴、轴承等并不十分发热。所以它具有软轴转速低，震动棒频率高，使用时间长等特点。3. 2振捣器设计的构想. 一种电动软轴行星插入式混凝土振动器的软管接头，它包括前端设有的用 于与振动棒头相连接的外螺纹，后端设有的管套，管套由厚壁、薄壁两部分组成，薄壁部分与软管外表面过盈配合，振动棒头内装有的滚锥与软管内装有的钢丝软轴在厚壁部分腔内通过软轴接头连接；其 特征在于：管套外形由两个不同直径的圆柱构成，大径圆柱与小径圆柱的直径是渐变过渡，小径圆柱的 另一端为小喇叭口，大径圆柱段近于外螺纹、插入式振捣器的电动机通电后旋转时，若软轴不转，则电 动机转向不对，任意调换两

15、相电源线即可；若软轴转动棒不起振可摇晃棒头或将棒头轻磕地面，即可起 振动。.作业中应使振动棒自然沉入混凝土，一般应垂直插入，并插到下层尚未初 凝层中510cm,以促使上下层向互胶合。.插入式振捣器振捣时，除了做到快插慢拔外，振动棒各插点间距应均匀。不要忽远忽近。一般间距不应超过振动棒有效作用半径的1. 5倍。.振动棒在混凝土内振密的时间，一般每插点振密2030s,以混凝土不再显著下沉，不再出现气泡，表面翻出水泥浆和外观均匀为止，在振密时应将振动棒上下抽动510cm,使混凝土振密均匀；棒体插入混凝土的深度不应超过棒长2/3 3/4,以免因振动棒不易拔出而导致保护软管损坏；不许将保护软管插入混凝土

16、中，以防砂浆浸蚀保护软管及砂浆渗入软管而损坏机件。.使用插入式振捣器时，应避免将振动棒触及钢筋，芯管及预埋件，不得采 用振动棒振动钢筋的方法来促使混凝土振密。以免因振动使钢筋位置变动、降低钢筋与混凝土之间的 粘结力。.振捣器作业时，保护软管弯曲半径应大于规定数值，软管不得有断裂。钢 丝软轴使用200小时后应更换，若软管使用过长，长度变长时应进行修复或换新。.振捣器在使用中若温度过高，应停机冷却检查，是机件故障，要及时修 理。冬季低温下，振捣器作业前应缓慢加温，在棒内的润滑油解冻后，再投入作业。.操作人员应注意用电安全，在穿戴好胶鞋和绝缘橡皮手套后方能操作插入 式振捣器进行作业。.振捣器作业完毕

17、，应将振捣器电动机、保护软管、振动棒刷干净，按规定 要求进行润滑保养工作；振捣器存放时，不要堆压软管，应平直放好，以免变形，应防止电动机受潮。技术规格：1.尖端处设计为6棱形，可以将振动能无损耗地传递出去。-5 -.特的尖端采用耐磨材质，并设计成析水难以飞溅的形状。.子和振动轴实现一体化，接头构造简单，易于检修。.新型耐振轴承，并采用无油轴承。（30ZX除外）.于使用充分余量的马达，可以实现高振动和寿命长。.用新型软管，避免了氯化物材料的氧化问题，并且提高了防振性能。.用新型耐振的.橡皮绝缘软电缆，减少重量，约轻10%。.新开发的插头，由于采用超级.坚韧的销，极大地减少了接触不良的故障。3.3

18、振捣器研制的理论构想振捣用电源，国际目前有两种形式的产品，一种发电机组，另一种为电子变频 电源。其中电子变频电源成本较低，生产工艺较简单。它是利用电子技术获得了 42V/195Hz的电 源，但是它的外部能量是由工频50 Hz、380V市电提供的，一旦有关电子器件损 坏，380V的市电就会直接作用在操作者所撑握的振捣棒上，对现场操作人员构成 极大的潜在威胁。而中频发电机组，尤其是本文所论述的交流激磁发电机结构稍显复杂，制造成本略高，但外施380V市电与42V输出电源之间双层 绝缘，除同一机械轴外，没有必然的联系，故安全1性能好。由于该机组的工作原理是由一台380V的 异步电机同轴拖动一台42V/

19、195 Hz的机发电。因此，本机组适应恶劣环境能力及 过我能力高。同时在机组控制上，我们采取了手动和远距离遥控两种并存的方式，大大方便 了操作者。在振捣棒的设计中，我们依然本着高效、环保、节能、安全的原则，将高速电机与振子 设计为一体，由42V/195 Hz电源直接驱动高速电机带动振子工作，相对目前老式 软轴传动的振捣棒动力性能高出几十倍，由于采用的是低电压中频电源手持震感大大减轻。噪声大大的降低，操作者的安全得到 了有效的保障。产品各项性能指标有了极大的提升。在设备研制过程中，我们分别解决了多项技术课 题，使该产品很快达到了产业化规模。.为实现低压（交流36V42V） （ 150Hz195H

20、z）大电流的要求，在发电 机定子绕组的设计中，采用多绕组、多并联支路，多回路的设计。结果，造成了一台定子绕组出来 252个接头，给生产工艺和工人操作带来了巨大困难，2个工人接两天才能制造一 台定子，稍有疏忽，接错了一根线，查找起来非常困难。为此，我们进行优化设计，改变了绕制工艺，从252个接头缩减到42 个。从而解决了批量生产的关键问题。.就多轮系统运转振动的挠度计算和研究，我们解决了同一壳体内双轴承、 多转子结构条件下，在气隙允许值内，改变了转轴台阶结构，加大了轴径，减少振动挠度，保证了发 电机组运行性能。-6 -.就薄壁壳过盈配合公差的计算方面，我们保证了机组和高速电机的装配工 艺，保证了

21、同轴度和接合力的方案设计。.在机组控制方面，我们采用了更人性化的方案，即操作者和机组之间采用 了远距离遥控，既减轻了工人的劳动强度，乂使机组控制性能得到了提升。-7 -.1新振捣器的工作特点.内置专用无刷电机：高转速（高达12000转/分钟以上）、小体积、大功率、长寿命.无钢丝软轴新型超轻、高强度、柔性橡胶管连接驱动器与棒体，橡胶管可 根据客户需要在130米之间订做任何长度，橡胶管出厂标准长度为：1米、4 米、6米、三种规格。.专有驱动器，全方位保护功能系统具有过热、过流、超负荷保护及系统自稳定功能。.高效、节能、低噪音传动效率高达95%,功率1000W,是传统振动器的三分之一。噪音低（在70

22、dB 以下）.携带方便、易操作整机重量小于10kg,原装进口防水按钮开关，寿命长达30万次以上，实现一 键开机，并带有状态LED指示装置，一个人就可轻松搬运、操作。.多重人身安全保护（1）机器绝缘等级F级（2）机器的棒体和驱动器外壳自动接地（3）专用漏电保护电源插头.长寿命、免维护机器工作寿命长达3000小时以上，连续工作时间长，依具体工作环境，可连 续工作96168小时以上。无需维修。表4-1振捣器工作参数功率1. 1 1. 1 1.5 2.2单位电压 220 380 380 380 V转速 2840 2840 2840 2840 r/min外形尺寸 320 x180 x280 320 x1

23、80 x280 320 x180 x280 320 x180 x280 320 x180 x280总重28 31 33 36 KG 4. 2使用方法及其注意事项.振动器开始运转前，应检查电动机接线是否正常，确认无误后，才可开动 机器。.开动振动器后：一般应将震动棒端往地上磕一下，待振动棒发出平稳有力 的鸣叫声后，即可将其插入混凝土中进行振捣。.振捣时，可将振动棒自然地插入需待振捣的混凝土中。振捣一段时间后， 见混凝土已变平坦，无显著的塌陷现象，上层有泥浆出现时表示已充分振捣，即可另换一个位置。.振捣时，需将振动棒上下抽动，以保证上下层均匀振捣。.使用时应注意下列几点：（1）不可故意将振动棒放在

24、模版或钢筋上，造成模版与钢筋的强烈振动，引 起裂缝、蜂窝。（2）为了保护软轴、软管，使用时其弯曲半径不得小于40厘米。4. 3新振捣 器的维修，保养，检修.主机（1）振动器使用完毕后，主机的外表面必须认真进行清理灰浆、污垢等附着 物，以保证电动机运转时散热良好。（2）发现电动机受潮，必须进行烘干处理，绝缘电阻达2MQ以上才可以使 用。（3）经常检查四眼插头，转换开关接线是否牢固、良好，接地线应牢固可靠。（4）电动机上轴承的油脂，应定期更换。.软轴、软管（1）钢丝软轴在每使用100小时后，应从软管中取出，进行清理。然后，再 重新加涂油脂，装入软管内。（2）未使用过的软轴，软管的存放，应直线放平。

25、（3）软轴、软管经过长期使用后，如发现二端磨损或伸长，可以将损坏或伸 长部分切去，重新连接使用。.振动棒：-9 -（1）振动棒每使用100小时后，应拆卸棒每所有零件，进行清洗，拆卸时可 先将尖头、软管接头（均左螺纹）拧下，然后用本锤敲击大直径端外伸的滚锥，取出滚锥及轴承、油封 等，然后再拆卸软轴接头（右螺纹），即可将全部零件拆开来。（2）零件拆开后，可分别检查每个零件如油封，轴承等是否完好，（特别注 意：棒内所采用的轴承系振动棒专用，严禁供作它用）经检查无损后，再将每个零件进行清洗，轴承 上添加润滑油脂。重新安装。（3）重新安装时，除油承外，所有零件必须清除油污，在滚锥锥面及管体内 锥面上更应

26、保证绝对无油。（4）安装好的振动棒，二端螺纹连接处必须拼紧，防止灰浆水渗入棒内，造 成振动棒不（5）在振动器使用过程中，如果发现振动棒不振动或振动无力时可将振动 棒拆开检查棒内油封是否损坏，油封损坏更换油封。如完好可擦净管体内腔锥面及滚锥外表面地油 污，即可消除上述故障。设计小结本实用新型振捣器设计了一种建筑工程混凝土浇注过程中振捣、密实使用的产 品，该产品是一种采用电动软轴行星插入式软管接头的混凝土振动器。本论文的主要设计包括：.尖端处设计为6棱形，可以将振动能无损耗地传递出去。.独特的尖端采用耐磨材质，并设计成析水难以飞溅的形状。.转子和振动轴实现一体化，接头构造简单，易于检修。-10 -

27、.新型耐振轴承，并采用无油轴承。可以减少用油，降低工作成本。.设计使用充分余量的马达，可以实现高振动和寿命长。.用新型软管，避免了氯化物材料的氧化问题，并且提高了防振性能。.用新型耐振的.橡皮绝缘软电缆，减少重量，约轻10%。.新开发的插头，由于采用超级.坚韧的销，极大地减少了接触不良的故 障。该产品的设计极大的改善了混凝土振捣器在日常工作中，生产成本高，耗油 大，工作效率低，并且极大的提高了振动棒的振动频率。本课题在选题及研究过程中得到指导老师梁博老师的悉心指导。机械匚程系陆 主任多次询问研究进程，并为我指点迷津，帮助我开拓研究思路，精心点拨、热忱鼓励。领导和老 师们一丝不苟的作风，严谨求实

28、的态度，踏踏实实的精神，不仅授我以文，而且教我做人，虽历时三 月，却给以终生受益无穷之道。对梁老师的感激之情是无法用言语表达的。从陌生到开始接触，从了解到熟悉，这是每个人学习事物所必经的一般过程， 我对混凝土振捣器的认识过程亦是如此。经过三个月的努力，我相信这次毕业设计一定能为我的大 学生涯划上一个圆满的句号，为将来的事业奠定坚实的基础。-11 -1钱伟长.电机设计强度计算的理论基础M.合肥：安徽科学技术出版社， 1992. 2王慰椿.机械基础与建筑机械M.南京：东南大学出版社，1989. 3中小型电机设计手册编写组.中小型电机设计手册K.北京：机械工业出版 社，1994. 4王宝铃,周汝潢.电机设计M.北京：清华大学出版社,1992. 5 顾曾龙.简明混凝土工程施工手册K.北京：中国环境科学出版社，2003. 6廉 元国主编.加工中心设计与应用机械工业出版社，1995. 7何小柏主编，机械 设计基础，高等教育出版社，2004.8马永林主编，机械原理，高等教育出版社，1992.4.9曾淑畅主编，机械制造工艺设计，高等教育出版社，2003.10王昆等主