动平衡的行走式修平机及操作该修平机的方法技术

一行走式旋转修平机被构造成“动平衡”，以使操作者为控制和引导修平机必须承受的力／力矩为最小。由这设计所考虑的特征包括、但不局限于摩擦、发动机转矩、机器重心和引导手柄位置。因此，当机器重心相对于一标准机器的重心显著移位时发现了动平衡及由此产生的力／力矩的减小。在与传统的行走式旋转修平机比较时将发动机相对于引导手柄组件的取向颠倒并尽可能实际可行地将发动机朝右方移位能够最实际地实现动平衡。当与传统机器比较时发现该位移使操作者必须承受的操作力和力矩至少减少了５０％。

【技术实现步骤摘要】
动平衡的行走式修平机
本专利技术涉及混凝土修平机，更具体地涉及一种动平衡地减少操作者耗力的一行走式旋转混凝土修平机(walk behind rotary concrete finishing trowel)。本专利技术另外还涉及一种操作这种修平机的方法。
技术介绍
对于混凝土表面的修整，行走式修平机通常是已知的。一行走式修平机通常包括由放置在地面上的多个修平机叶片形成的一转子。由安装在转子上方的一框架或“笼子”上的一电动机驱动转子。由一操作者通过从笼子延伸若干英尺的一手柄控制修平机。旋转的修平机叶片为修整中等尺寸及大尺寸的混凝土平板提供了一种很有效的机器。但是，行走式修平机具有一些缺点。例如，旋转的叶片在笼子上强加必须由操作者通过手柄抵抗的很大的力/力矩。尤其是，叶片旋转在笼子和手柄上强加一力矩，该力矩趋于驱动手柄逆时针方向转动或指向操作者的右方。此外，叶片旋转趋于直线地、主要向后地推动整个机器，这要求操作者在手柄上向前推动，以抵消这些力。由操作者承受的组合力矩/力是很大的，并且趋于随着旋转叶片遇到的动摩擦系数而增加，又随固化的混凝土的“湿度”而变化。抵抗这些力会使人极度疲劳，尤其考虑到通常一次要操作该机器几个小时这一实际情况。本专利技术人调研了关于降低必须由操作者承受的反作用力/力矩的技术。他们从理论上分析出：如果与现在通常使用的行走式修平机相比较好地对修平机进行静平衡的话，这些力将会减小，在通常的行走式修平机中，重心通常略微偏向后方和转子转动轴线的左方。因此，专利技术人从理论上分析出：将修平机的重心向前移位会降低反作用力。但是他们发现该移位实际上会导致修平机在操作期间产生的反作用力增加。所以产生了提供一种与传统的行走式修平机相比操作者可耗费相当小的力就能驾驶和控制的行走式旋转修平机的需求。另外还产生了减小操作者驾驶和控制一行走式旋转修平机所耗费的力量-->的需求。
技术实现思路
依据本专利技术，将一行走式旋转修平机构造成较好地“动平衡”，以致操作者为控制和引导修平机必须承受的力/力矩降至最小。该设计考虑了修平机的静态及动态操作和属性，并且“平衡”带有混凝土修整的操作特征的这些属性。该设计所考虑的特征包括，但不局限于，摩擦、发动机转矩、机器重心和引导手柄位置。由此，发现当相对于通常的机器重心显著地移动机器重心时产生了动平衡和合力/力矩的下降。通过在与传统的行走式旋转修平机比较时反转发动机相对于引导手柄组件的方位和尽可能实际可行地朝右侧移位发动机能够最实用地实现这效果。发现该移位在与传统机器比较时使操作者必须承受的操作力和力矩减少了至少50％。因此显著地减轻了操作者的疲劳程度。通过以下详细叙述和附图，本专利技术的这些和其它优点和特点将变得很明显。但是，应该理解，虽然以下详细叙述和附图指示了本专利技术的较佳实施例，但是它们是示意性的和非限制性的。在本专利技术的范围内可以作出许多变化和修改，而不脱离本专利技术的精神，并且本专利技术包括所有这些修改。附图说明在附图中示出了本专利技术的一较佳的示范性实施例，在全部附图中，相同的标号表示相同的部分。图1是按照本专利技术的一较佳实施例构造的一行走式旋转修平机的立体图；图2是图1的修平机的侧视图；图3是图1和2的修平机的前视图；图4是关于多种操作条件的力与每分钟转速的一系列曲线的曲线图；以及图5A-5C是示意地示出了在一行走式修平机操作时产生的力的一系列力的图表。具体实施方式1.修平机的结构在图1-3中示出了按照本专利技术的一较佳实施例构造的一行走式修平机10。通常，行走式修平机10包括一转子12、叠置在转子12上方并被支承在转子12-->上的一框架或“笼子”14、支承在笼子14上的一发动机16、可操作地将发动机16连接至转子12的一传动轮系18、以及用于控制和驾驶修平机10的一手柄20。请参阅图2，转子12包括从一轮毂24径向延伸的多个修平机叶片22，轮毂又由一垂直轴26传动。发动机16包括安装在转子12上方的笼子14上的一内燃机。再次参阅图1-3，发动机16为通常用在行走式修平机上的类型。它因此包括一曲轴箱30、一燃料箱32、一空气供应系统34、一消音器36、一拉绳式起动器38、一输出轴(未示出)等。传动轮系18可以是被构造成从发动机输出轴将驱动转矩传递至转子输入轴26的任何结构。在所示实施例中，它包括连接于发动机输出轴的一离心离合器(未示出)和从该离合器将转矩传递至转子输入轴26的一齿轮箱40。如图1所示，一皮带传动组件42将齿轮箱连接于离合器。较佳的齿轮箱40为通常使用在行走式修平机上一蜗轮齿轮箱的型式。手柄组件12包括一支柱44和一引导手柄46。支柱44具有连接于齿轮箱40的一下端48和处于下端之上和之后若干英尺的一上端50。引导手柄46安装在支柱44的上端50上。一叶片节距调节旋钮52安装在支柱44的上端50上。在支柱44和/或引导手柄46上可以安装其它控制器，例如扼流控制器、刹车开关等。笼子14由位于一平板56之下的多个垂直分开的同心环54形成，并且由多个倾斜臂58互连而成，各倾斜臂从平板56的底部向下延伸至最下方的环54。环54可以由管子、棒材或是具有适当刚性和强度以支承修平机10并保护转子12的任何其它结构制成。为了以所需方式分布重量，一个或多个环54可以分段，带有由相对较轻的管材制成的一个或多个弧形段，其它段由较重的棒材制成，和/或完全省去其余一个或多个段。一个或多个臂58能够类似地分段。还可以在笼子14上的重要位置处安装重块，以实现另外的重大的重量分布。2.重心偏置仍旧参阅图1-3，并且根据本专利技术，修平机的重心“C/G”相对于转子的转动轴线“A”是侧向和纵向偏置的。尤其是，重心相对于转动轴线A是偏向后方和右方。在以下第3节中详细讨论了在该定位和优化定位之后所考虑的问题。首先，当与传统机器比较时，发动机16相对于引导手柄20转动了180°。因此，燃料箱32面向后、或朝向操作者，而空气供应系统34和消音器36面向前、离开操作者。此外，转矩传送系统18位于操作者的右方、与他或她的-->左方相对，并且拉绳38位子操作者的左方、与他或她的右方相对。因此，可以认为发动机16“面向前”、与“面向后”相对。由此，将发动机的重心C/G定位在修平机的几何重心的右方。还将齿轮箱40转动180°，以适应机器的再定向。当与现有机器比较时，这些再定向的组合效果将机器的重心C/G显著地移位到右方。它也将重心C/G移位到进一步位于转子的转动轴线A之后的位置。在48英寸修平机——即，它的叶片圆周是直径48英寸的圆——的所示实施例中，当发动机16移位时，在机器设计的实际限制条件下，例如引导手柄的长度、发动机质量、发动机至齿轮箱间距方面的限制等产生了优化结果，以致将重心C/G移位或再定位到修平机轴线A之后3.75英寸和朝该轴线右方0.375英寸的一位置。在图2和3中分别示出了所产生的纵向和侧向偏距“d”和“c”。当然，用较小的偏距，尤其是较小的侧向(X)偏距(例如0.125)，会产生某些有益的平衡效果。在以下第3节中讨论了最佳的偏距计算和偏距相互关系。已经发现该再定位几乎消除了作用在引导手柄46上的直线力，要求操作者仅需要抵抗强加在手柄上的旋转力矩和自该转矩产生的直线力。在图5的一系列图中示出了这本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种混凝土修平机，它包括：（Ａ）一框架；（Ｂ）安装在所述框架上并具有一可转动的输出的一发动机；（Ｃ）从框架向后延伸的一由操作者控制的引导手柄；以及（Ｄ）包括可围绕一转动轴线旋转的多个叶片的一转子，其中对所述修 平机进行动平衡，以致当与未动平衡的修平机设备比较时显著地减小了在与被修整的表面接触的叶片旋转时传递至手柄的力。

【技术特征摘要】
US 2003-11-7 10/704,1051.一种混凝土修平机，它包括：(A)一框架；(B)安装在所述框架上并具有一可转动的输出的一发动机；(C)从框架向后延伸的一由操作者控制的引导手柄；以及(D)包括可围绕一转动轴线旋转的多个叶片的一转子，其中对所述修平机进行动平衡，以致当与未动平衡的修平机设备比较时显著地减小了在与被修整的表面接触的叶片旋转时传递至手柄的力。2.如权利要求1中所述的修平机，其特征在于：所述修平机具有相对于转子的转动轴线纵向朝后和侧向朝右偏置的重心。3.如权利要求2中所述的修平机，其特征在于：修平机是36英寸修平机，并且该修平机的重心位于转子的转动轴线的右方0.00英寸与2.00英寸之间。4.如权利要求3中所述的修平机，其特征在于：修平机的重心位于转子的转动轴线的后方2.00英寸和4.50英寸之间。5.如权利要求4中所述的修平机，其特征在于：修平机的重心位于转子的转动轴线的右方约0.75英寸和其后方约3.875英寸处。6.如权利要求2中所述的修平机，其特征在于：修平机是48英寸修平机，并且其中该修平机的重心位于转子的转动轴线的右方0.00英寸和1.50英寸之间。7.如权利要求6中所述的修平机，其特征在于：修平机的重心位于转子的转动轴线的后方2.00英寸和4.50英寸之间。8.如权利要求7中所述的修平机，其特征在于：修平机的重心位于转子的转动轴线的右方约0.375英寸和其后方约3.750英寸处。9.如权利要求2中所述的修平机，其特征在于：所述发动机具有面对所述修平机右方的一输出轴和面对所述修平机前方的一消音器。10.如权利要求2中所述的修平机，其特征在于：相互关联地选择该纵向和侧向偏距。11.如权利要求9中所述的修平机，其特征在于：至少部分地在下列方程式的至少一个的基础上选择纵向和侧向偏距：F23=dFW-a2b(FW-F45)-bF45(h-eabμ)]]>式中：F23＝强加在引导手柄上的组合的纵向力；d＝纵向偏距；FW＝通过修平机重心的重力；a＝将转子的转动轴线连接至作用在诸修平机叶片之一上的力的作用点的一水平线的长度，并将“a”假设为对于各修平机叶片均为相同值；b＝在整平机的转动轴线和引导手柄之间的纵向距离；F45＝强加在引导手柄上的组合的垂直力；h＝引导手柄的高度；e＝引导手柄的侧向长度的1/2；μ＝被修整表面的动摩擦系数；以及F45=FW(μb2hc-ceab-h2aμ2b+hea2μ+ehbμd-ehμa2+ab2d-a3b)(-h2aμ2+hea2μ-ehμa2+ehb2μ-a3b+ab3)]]>式中：c＝侧向偏距。12.如权利要求2中所述的修平机，其特征在于：考虑引导手柄长度及位置和典型力矩所产生的力以确定侧向和纵向偏距。13.如权利要求12中所述的修平机，其特征在于：考虑被修整表面的摩擦系数以确定侧向和纵向偏距。14.如权利要求2中所述的修平机，其特征在于：考虑下列方程式以确定纵向偏距：d=a2b]]>式中：d＝纵向偏距；a＝将转子的转动轴线连接至作用在诸修平机叶片之一上的力的作用点的一水平线的长度，并将“a”假设为对于各修平机叶片均为相同值；以及b＝在修平机的转动轴线和引导手柄之间的纵向距离。15.如权利要求2中所述的修平机设备，其特征在于：考虑下列方程式确定侧向偏距：c=haμb]]>式中：c＝侧向偏距；h＝引导手柄的高度；a＝将转子的转动轴线连接至作用在诸修平机叶片之一上的力的作用点的一水平线的长度，并将“a”假设为对于各修平机叶片均为相同值；μ＝被修整表面的动摩擦系数；以及b＝在修平机的转动轴线和引导手柄之间的纵向距离。16.如权利要求1中所述的修平机，其特征在于：修平机被构造成在引导手柄上强加的一平均向后力不超过约50磅。17.如权利要求16中所述的修平机，其特征在于：修平机被构造成在引导手柄上强加的一平均向后力不超过约30磅。18.一混凝土修平机，它包括：(A)一框架；(B)安装在所述框架上的一发动机；(C)从...

【专利技术属性】
技术研发人员：TJ鲁兹，G克鲁普克，DW道芬巴赫，RD戈德伯格，
申请(专利权)人：威克股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]