DE2231404A1

DE2231404A1 - Vibrations-verdichtungsvorrichtung

Info

Publication number: DE2231404A1
Application number: DE19722231404
Authority: DE
Inventors: Bernard Amos Century
Original assignee: Allied Steel and Tractor Products Inc
Current assignee: Allied Steel and Tractor Products Inc
Priority date: 1971-11-01
Filing date: 1972-06-27
Publication date: 1973-05-03
Also published as: FR2159866A5; GB1401848A; JPS4853504A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vibrations-Verdichtungsvorrichtung für ein Schwerlastfahrzeug.

Es sind bereits Vibrations-Verdichtungsvorrichtungen bekannt, die sich zur Verwendung in Verbindung mit Schwerlastfahrzeugen eignen, üblicherweise umfassen derartige Vorrichtungen einen Körper, der ein rotierendes, exzentrisches Gewicht aufweist, durch welches eine Vibrations- oder Schwingbewegung des Körpers, welcher zum Verdichten von Erde dient, hervorgerufen wird. Diese Vibrationsbewegung kann auch zum Eintreiben von Pfählen und für ähnliche Aufgaben verwendet werden, so daß, dementsprechend, die Bezeichnung "Verdichtung" im folgenden lediglich aus Gründen der Einfachheit verwendet wird und keine Beschränkung der Betriebsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit sich bringt.

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um bei einer beliebigen, vorgegebenen Vibrationskratc maximale Resultate zu erhalten, muß auf aie Vorrichtung in eier ßetätigungsrichtung eine äußere Federkraft ausgeübt weraen. Zur Erzeugung einer derartigen Federkraft muß der Vibrationskörper mechanisch fest mit dem als Abstützung verwendeten Schwerlastfahrzeug verwundet werden. Es nat sich dabei als notwendig herausgestellt, zur Veruinuung zwischen aera Schwerlastfahrzeug una aein Vibrationskörper eine Abstützung und eine flexible Kupplungseinrichtung vorzusehen, damit uie gewünschten Federkräfte übertragen v/erden können, ohne uaß die Vibrationskräfte vom ivörper übertragen werden.

Bei den bisher bekannten flexiblen Kuppiungseinrichtungen haben die flexiblen -feile einen relativ hohen Feaermouul. Dieser hohe x'Iodul wäre erforderlich, um die inherente Instabilität des Vibrations-Verdichtungskörpers relativ zum abstützenden Schwerlastfahrzeug zu überwinden. Das Erfordernis eines derart hohen Federmoduls hat jedoch erhebliche Nachteile, da die hieraus resultierende Anordnung die Vibrationsenergie auf das abstützende Schwerlastfahrzeug überträgt. Dies ist unerwünscht, da dann weniger Energie zur Verdichtung zur Verfügung steht und die übertragenen Schwingungen schädliche Einflüsse auf das abstützende Schwerlastfahrzeug und seine Bedienungsperson haben können.

Ein Hauptgrund für aie Instabilität der Vibrations-Verdicntungskörper besteht darin, daß die bisher bekannten flexiblen Kupplungseinrichtungen oberhalb des Verdichtungskörpers befestigt worden sind. Hierdurch ist die Kupplungseinrichtung in einen gewissen Abstand von der Stoßfläche des Verdichtungskörpers gebracht, wodurch wiederum ein übermäßiges Moment beim Betrieb erzeugt wird. Durch dieses Moment können auf die Verdichtungsfläche entstabilisierende Kräfte einwirken. Hieraus resultiert, daß an der flexiblen Abstützung» kupplung größere Drehmomentbelastungen überwunden werden müssen, wodurch steiferes Material oaer steifer wirkende Konfigurationen Verwendung finden müssen.

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Die Anordnung der flexiblen Kupplungen oberhalb des Vibrations-Verdichtungskörpers macht es auch in vielen Fällen unmöglich, zu verhindern, daß übermäßige Belastungen die flexiblen Kupplungseinrichtungen über ihre Elastizitätsgrenze hinaus deformieren. Das häufige Versagen der Kupplungseinrichtungen und der hierdurch erforderliche Zeitverlust und die hiermit verbundenen Kosten haben sich als Problem erwiesen. Infolgedessen erforderten Vorrichtungen der eingangs genannten Art bisner erfahrene Bedienungspersonen, damit eine derartige Überlastung verhindert werden konnte.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Gattung zu schaffen, welche die vorstehend genannten Nachteile vermeidet, eine bessere Isolierung des Verdichtungskörpers gegenüber dem Schwerlastfahrzeug gewährleistet und eine übermäßige Dehnung der flexiblen Kupplungseinrichtungen unmöglich macht.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einer Vorrichtung der genannten Art gelöst durch einen Stützrahmen, einen Verdichtungskörper, Einrichtungen zur Erzeugung einer Vibrations- oder Schwingungsbewegung des Verdichtungskörpers, und Einrichtungen zur flexiblen Befestigung des Verdichtungskörpers am Stützrahmen, wobei die Einrichtungen annähernd auf der Höhe des Verdichtungskörpers und um diesen angeordnet sind.

Gegenüber cten bekannten Vorrichtungen sind die flexiblen Halterungen bei der erfindungsgemäßen Vibrations-Verdichtungsvorrichtung so angeordnet, daß die Schwingungsübertragung auf das Schwerlastfahrzeug wesentlich vermindert und auch der Einfluß von entstabilisierenaen Kräften auf den Veraichtungskörper reduziert wird. Die flexiblen Halterungen sind so angeordnet, daß die durch die Schwingung des Verdichtungskörpers auf diese ausgeübten Kräfte vorwiegend Scherkräfte sind.

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Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, daß die flexIdIen Halterungen zur Verbesserung der Stabilität vorzugsweise so niedrig wie praktirsch möglich im Vernältnis zu anderen Konstruktionserforaernissen angeordnet sind. Dies bedeutet, daß die Halterungen vorteilhafterweise so nahe wie möglich am Verdichtungskopf des Verdichtungskörpers angeordnet sind, wenn letzterer sich in seiner normalen Stellung befindet, d.h., wenn die flexiblen Halterungen nicht deformiert sind. Zu diesem Zweck sina aie flexiblen Halterungen Vorzugsweise derart angeordnet, aaß ihr mittlerer Abstand vom Zentrum des Verdichtungskörpers wenigstens gleich der Hälfte ihres mittleren Abstandes von der horizontalen Lbene ist, in der die Basis aes Vordichtungskörpers liegt.

Ls empfielt sich, daß die flexiblen Halterungen Blöcke aus Material mit verhältnismäßig niedrigem Elastizitätsmodul, Deispielsweise aus weichem Gummi, aufweisen, welche an den Seiten des Vibrations-Verdichtungskörpers angebracht sind. All diese flexiblen Blöcke können dann mit einem starren Stützrahmen in Verbindung stehen, wobei dieser vorzugsweise eine umgekehrt U-förmige Konfiguration hat, um nicht mit dem Vibrations-Verdichtungskörper in Berührung zu kommen, wobei gleichzeitig eine starre, feste Verbindung mit dem Schwerlastfahrzeug oberhalb des Verdichtungskörpers gewähr·^ leistet ist. Wie bereits bemerkt, sind die Blöcke oder flexiblen Halterungen eher in der Umgebung des Verdichtungskörpers als oberhalb angeordnet, um auf diese Weise eine maximale Stabilität und Abstützung zu gewährleisten. Da die Halterungen niedrig und zur Außenseite des Vibrations-Verdichtungskörpers hin angeordnet sind, wird das Moment, durch welches entstabilisierende Seitenkräfte einwirken und den Vibrations-Verdichtungskörper beeinflussen können, reduziert, wodurch auch die Notwendigkeit für eine starre Abstützung verhindert wird. Dementsprechend wird das Betriebsmoment des Halterungssystems vergrößert, wodurch wiederum die Anforderungen an starre, stabilisierende rückwärtswirkende Halterungen reduziert

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weraen. Außerdem läßt sich dadurch, daß die Halterungen im praktisch möglichen naximalabstand voneinanüer um den Vibrations-Verdichtungskörper angeordnet werden, eine größere Stabilität zur Abstützung aller leile des VerdichtungsKörpers erzielen.

Die Anordnung eier flexiblen halterungen in der erfindungsgemäßen Weise ermöglicht die Verwendung von Materialien mit niedrigem Elastizitätsmodul. Dementsprechend wird der von der Vibrations-Verdichtungsvorrichtung abgegebene una auf das Schwerlastfahrzeug übertragene Vibrationsenergieverlust vzesentlich reduziert. Aus diesem Grunde ermöglicht die Erfindung eine Auswahl über einen breiten Bereicn von Materialien, wobei dieser Bereich von Materialien reicut, die zu weich oder flexibel ;;ind, als daß sie die gewünschten Federkräfte erzeugen können, und solchen, die zu hart oder steif sind, um eine unerwünschte Übertragung von Scnwingungskräften und entstabilisierenden Kräften rückwärts auf das Schwerlastfanrzeug zu vernindern.

Die erfindungsgemäße Vibrations-Verdichtungsvorrichtung weist vorzugsweise einstückig mit iiir ausgebildete Einrichtungen zum Stoppen der Verdichtungskörperbewegung auf, um auf diese Weise zu verhindern, daß dio halterungen über ihre Elastizitätsgrenze ninaus gedehnt werden. Dementsprechend ist der Stützrahmen vorzugsweise so ausgelegt, daß er gegenüber dem Vibrations-Verdichtungskörper einen bestimmten Austand hat, der von der der Elastizitätsgrenze ues Materials der flexiblen halterungen entsprechenden Auslenkung auhängt. Im Betrieb kann dieser Abstand durch eine Deformation der flexiblen Halterungen reduziert werden, bis der Vibrations-Verdichtungskörper mit dem Stützrahmen in Kontakt kommt und eine weitere Verschiebung, durc ι wel-.-ue die fLoxibicn Halterungen bescaädigt würden, verhindert. Wenn uiο Vorrichtunj zum herauszieaen von Pfählen und dergleichen im Spannungsmode verwendet wird, wird der Vibrations-Verdichtungskörper in einer Ricatung uewegt, die vom Stützrahmen forcwc-int. In die .em LdIl 1 ■ v_ ,icn ein Külbel oder eine Kette zur

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Vernincierung von übermäßigen Auslenkungen des Verciichtungskörpers gegenüber dem Rahmen verwenden. Da die verschiedenen Anschläge fest mit dem Schwerlastfahrzeug verbunden sind, v/ird, wenn die Vorrichtung übermäßigen Kräften ausgesetzt wird, der Stoß des Verdichtungskörpers über aie Anschläge auf die Bedienungsperson übertragen,
welche hierin ein Signal zur Reduzierung der aufgewendeten Kräfte vor sich hat.

Weitere Ilerkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich
aus aen Ansprüchen und aus der nachfolgenden Beschreibung, in der ein Ausführunjsbeispiel anhand der Zeichnungen im einzelnen beschrieben ist. Dabei zeigt:

Fig. 1 in perspektivischer Darstellung die erfindungsgemäße Vorrichtung, an einem Schwerlastfahrzeug montiert,

Fig. 2 die Vorrichtung in der Seitenansicht,

Fig. 3 eine geschnittene Vorderansicht entlang der Linie

3-3 von Fig. 2, >

Fig. 4 die Vorrichtung in perspektivischer Darstellung,

Fig. 5 eine Schnittaarstellung entlang der Linie 3-3 von
Fig. 2, wobei die Vorrichtung in maximaler Auslenkung gezeigt ist, und

Fig. 6 die Vorrichtung in der Vorderansicht, wobei sie im Spannungsmode verwendet v/ird.

Fig. L zeigt ein Schwerlastfahrzeug, bei dem ein rückwärtiger Zu--. L ."!q :»i; (backhoe) als Abstützung für aie Verdichtungsvorrichtung verwendet wird. jJin rückwärtiger Ausle jer dieser Art empfiehlt sich v/erjen der damit erreichUm Flexibilität in der Anordnung ,ier Vorri,,.f.uai in v.?rnchiede.irn Stellungen unu Orientierun j. n. tuch er-

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möglicht dieser Ausleger, in vielen Richtungen große Federkräfte au f ζ üb ringen.

Wie Fig. 3 zeigt, umfaßt die Veraxchtungsvorrichtung zwei zueinander parallele Kupplungsplatten 10,12, die mit gegenseitigem Abstand angeordnet sind und so auf eine Standard-Auslegerkupplung 14 passen. Zwei Bohrungen 16 sind in jeder der Kupplungsplatten 10, 12 vorgesehen. Die Bohrungen 16 sind ebenfalls so angeordnet, daß sie den Standard-Auslegerkupplungen 14 entsprechen. Die Kupplungsplatten 10 und 12 sind mittels. Haltebolzen 18,20 mit den Kupplungen 14 verbunden, wobei Stifte 22 die Haltebolzen 18 und 20 in ihrer Stellung halten. Zur Erhöhung der Festigkeit sind an den Platten 10 und 12 Manschetten 24 angeschweißt. Weiterhin ist zur Erhöhung der Festigkeit und der Steifigkeit an die Platten 10 und 12 ein Rohr 26 n£geschweißt. Das Rohr 26 dient außerdem als vorteilhafter, zentraler Angriffspunkt zum Anheben und Transportieren der Vorrichtung, wenn sie sich nicht im Gebrauch befindet. '

Die Platten 10 und 12 sind an rohrförmige Querträger 28,30 angeschweißt, die quer über die Breite der Verdichtungsvorrichtung laufen. Die Platten 10 und 12 müssen so breit sein, daß die Querträger 28 und 30 über den Enden der Verdichtungsvorrichtung liegen, wie es am besten in Fig. 2 gezeigt ist. Die Querträger 28 und 30 sind wiederum an Armen 32 angeschweißt, die zusammen einen U-förmigen Tragrahmen bilden, der mit Abstand vom Vibrations-Verdichtungskörper angeordnet ist und vier Befestigungspunkte 34 aufweist, die sich an der Vorrichtung weit unten befinden und an den äußersten Ecken angeordnet sind.

Der Körper der Verdichtungsvorrichtung besteht aus einer Basis 36 sowie zwei parallelen Seitenplatten 38,40. Die Seitenplatten 38,40 sind an der Basis 36 angeschweißt oder auf andere Weise starr befestigt. Ein Hydraulikmotor 42, der durch den Ausleger oder durch den Bulldozer über Leitungen 44 angetrieben wird, weist eine

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direkte Antriebsverbinäung mit einem Exzenter auf, der zwischen den Seitenplatten 38 und 40 in einem Gehäuse 46 angeordnet ist, wie es nur in Fig. 4 zu erkennen ist. Der Motor und der Exzenter sind in ihren Einzelheiten in der US-PS 3,561,336 beschrieben. An der Basis 36 ist eine Verdichtungsplatte 48 angeschraubt. Zwei rohrförniige Bauteile 50 erstrecken sich durch die parallelen Seitenplatten 38 und 40 und sind mit diesen als Teil des Vibrations-Verdichtungskörpers verschweißt. Eine Adapterplatte 52 ist an jedem Ende der ronrförmigen Bauteile 50 angeschweißt.

Die Ädapterplatten 52 dienen zum Verbolzen oder Verschrauben von flexiblen Halterungen 54 mit der Vibrations-Verdichtungsvorrichtung. Die Halterungen 54 sind in ähnlicher Weise mit den Armen 32 verschraubt oder verbolzt, die einen Teil des Gesamt-Stützrahmens bilden. Die flexiblen Halterungen 54 dienen als Federn und isolieren so die dynamischen Bewegungen des Vibrations-Verdichtungskörpers gegenüber dem Ausleger oder dem Schwerlastfahrzeug, während sie die Übertragung einer konstanten mechanischen Kraft gestatten, die durch den Ausleger auf die Verdichtungsvorrichtung ausgeübt wird. Die Halterungen 54 v/eisen jeweils Metallplatten 56,58 auf, mit denen ein Ilaterial mit niedrigem Elastizitätsmodul verbunden ist. Die Halterungen 54 bilden also Federn, die in einer Scherbewegung arbeiten, wie sie in den Fig. 3,5 und 6 gezeigt ist. Das für die Halterungen 54 der Vorrichtung verwendete Material ist Gummi, wobei der gewählte Federmodul für jede der Halterungen ca. 160 kg/cm (900 pounds/inch) bzw. für die gesamte Vorrichtung ca. 650 kg/cm (3600 pound/inch) beträgt. Der optimale Federmodul für jede spezielle Ausführungsform muß empirisch bestimmt werden und hängt vom Gewicht der Vorrichtung, der Größe der erforderlichen Federkräfte und der Geschwindigkeit und dem Gewicht des Exzenters ab. Um einen derart niedrigen Federmodul zu erreichen und gleichzeitig große Gesamtkräfte von etwa 9200 kg (20000 Pfund) zu ermöglichen, muß das für die Halterungen 54 verwendete ilaterial einen niedrigen Elastizitätsmodul haben, wie es bei weichem, natürlichem Gummi der Fall ist. Weiches, natürliches Gummi (Naturkautschuk), welches in einem Shore-Härtemesser eine

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Härte von 50 bis 60 hat, ist als Material für die Halterungen am meisten zu empfehlen. Hierdurch ergibt sich ein Seher-Elastizitätsmodul von etwa 6,3 bis 7,9 kg/cm (90 - 125 pound/inch). Die Verwendung eines Materials mit einem niedrigen Elastizitätsmodul wird durch die neuartige Anordnung der Halterungen 54 ermöglicht, durch welche sich eine maximale, praktisch mögliche Stabilität der Vorrichtreihe gibt. Diese Maximalstabilität wird dadurch erreicht, daß die Halterungen so angeordnet werden, daß die effektive Momententfernung vom 'Aufbringpunkt einer entstabilisierenden Kraft zu den Halterungen nicht größer ist als der doppelte effektive Momentabstand der zurückziehenden Halterungen, der der entstabilisierenden Kraft entspricht. Durch dieses Kriterium ist eine vorteilhafte Konfiguration gewährleistet. Wenn praktische Erwägungen es erfordern, kann jedoch auch ein größerer Abstand des entstabilisierenden Momentes akzeptiert werden, wenn steiferes Halterungsmaterial verwendet wird. Hierdurch ergibt sich ein entsprechender Verlust in der Vibrations- oder Schwingungsisolierung. Der obengenannte optimale Bereich kann dadurch erhalten werden, daß die>Entfernung von jeder Halterung 54 zum Zentrum der Vorrichtung im Mittel wenigstens gleich der Hälfte der normalen Abstände von jeder Halterung 54 zur Basisebenenfläche der Vorrichtung ist.

Um zu verhindern, daß die Halterungen 54 über die Elastizitätsgrenze hinaus gestreckt werden, sind die parallelen Seitenplatten 38,40 in hinreichender Höhe oberhalb der Halterungen 54 angebracht, um so sicherzustellen, daß die Flächen 58 (Metallplatten) mit den Querträgern 28,30 in Kontakt kommen, ehe die Halterungen 54 plastisch oder permanent deformiert weraen. Fig. 5 zeigt die Vorrichtung bei maximaler Deformation, wobei die Seitenplatten 38 und 40 mit den Querträgern 28 und 30 in Berührung stehen. Wenn die Verdichtungsvorrichtung dazu verwendet werden soll, Pfähle herauszuziehen, oder zu ähnlichen Zwecken, können uie flexiblen halterungen 54 in ähnlicher Weise aurch zv/ei Kabel 60 von geeigneter Läiicje ge-

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schützt werden, welche die rohrförmigen Bauteile 28 und 50 an jedem Ende der Vorrichtung umschlingen und so eine übermäßige Deformation der Halterungen verhindern.

Fig. 6 zeigt die Vorrichtung bei aer Verwendung im Spannungsmode .

hs ist zu beachten, daß aer Abstand zv/iücnen dexi haltebolzen 13 und 20 und aer Veraichtungsplatte 48 infolge der erfindungsgemäßen Anordnung der flexiblen Halterungen 54 sehr klein gehalten ist, wodurch die Kompaktheit und die Stabilität der Vorrichtung deutlich verbessert sind.

- PaLontaiispruche -

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Claims

Patentansprüche

1. Vibrations-Verdichtungsvorrichtung für ein Schwerlastfahrzeug, gekennzeichnet cturch einen Stützrahmen, einen Verdichtungskörper (48), Einrichtungen (42) zur Erzeugung einer Vibrationsoder Schwingungsbewegung des Verdichtungskörpers, und Einrichtungen

(54) zur flexiblen Befestigung des Verdichtungskörpers am Stützrahmen, wobei die Einrichtungen annähernd auf der Höhe des Verdichtungskörpers und um diesen angeordnet sind,

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die flexiblen Halterungen (54) am Stützrahmen so niedrig wie
möglich angeordnet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine
derartige Anordnung der flexiblen Halterungen (54), daß der Abstand der Halterungen vom Zentrum des Verdichtungskörpers in nicht deformiertem Zustand wenigstens gleich der Hälfte ihres Abstandes von
der Basisebene des Verdichtungskörpers ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die flexiblen Halterungen (54) eine Vielzahl von
Blöcken aus elastisch nachgiebigem Material aufweisen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Blöcke aus einem Material mit einem niedrigen Elastizitätsmodul bestehen.

G. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Material der Blöcke weiches Gummi ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Gummi im Shöre-Härtemesser eine Härte von 50 bis 60 hat.

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8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4-7, dadurch gekennzeichnet, daß vier Blöcke (54) an den Ecken eines Rechtecks angeordnet sind.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 - 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstände der Blöcke zum Zentrum des Verdichtungskörpers im liittel wenigstens gleich der Hälfte des Mittelwertes der normalen Abstände von jedem der Blöcke zur freien Fläche des Körpers ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß der Stützrahmen einen oder zwei Anscnläge (28,30; 38,40) aufweist, durch welche eine unerwünschte Verschiebung des Verdichtungskörpers relativ zum Abstützrahmen verhindert wird.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-10, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstützrahmen oberhalb des Verdichtungskörpers angeordnet ist und sich um den Verdichtungskörper nach unten erstreckt.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-11, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstützrahmen Einrichtungen zum Anpassen an eine Standardfahrzeug- oder Auslegerkupplung (14) aufweist.

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