一种集成轻便的手提钻岩机减振装置的制作方法

1.本发明涉及一种集成轻便的手提钻岩机减振装置。

背景技术：

2.现有的手提钻岩机在进行岩体钻进时，具有很大的振动，连接隔振器是最常用的振动控制方法，即通过在振动源和接收器之间连入刚度或阻尼装置来减少振动传递的技术；然而，传统的线性振动控制应用弹簧或阻尼器是无法解决这些问题，因为：
3.(1)工人需要下压以紧紧按住机器，以实现高效的水泥结构破坏效果；
4.(2)传统的线性弹簧或材料的压缩会导致系统刚度急剧增加，从而导致振动抑制性能严重下降。市场上也推出了很多不同的被动振动控制产品，但在制造和维护方面的成本却很高，而实际振动抑制性能却仍然非常有限。

技术实现要素：

5.为了解决传统被动抗振结构出现的问题，本发明基于仿生x形结构设计和开发了一种创新的被动抗振结构，该系统由把手和2个x形结构臂组成，平行3层，每层都可安装弹簧，重量轻，尺寸和刚度可调，适应不同的电钻；该装置将非线性动力学和可行的结构设计的优势结合在一起，以纯被动方式实现了非常出的振动抑制性能。
6.本发明采用的技术方案如下：
7.一种集成轻便的手提钻岩机减振装置，包括安装在钻岩机上盖顶部的上安装座，以及固定在手提钻的下机盖上的第一下安装座和第二下安装座；上安装座与第一下安装座之间固定第一减振机构，上安装座与第二下安装座之间固定第二减振机构，第一减振机构和第二减振机构相对于钻岩机轴线对称设置；第一减振机构和第二减振机构结构相同，各自包括壳体，在壳体内安装x结构臂，x结构臂包括两个第一连杆、两个交叉设置的第二连杆、两个交叉设置的第三连杆和两个第四连杆，两个第一连杆的顶部铰接且与第一连接轴套相连，底部与两个第二连杆的顶部铰接，两个第二连杆的底部与第三连杆的顶部铰接，两个第三连杆的底部与两个第四连杆的顶部铰接，两个第四连杆的底部铰接后连接第一下安装座或第二下安装座上；第一连接轴套与手提钻岩机的把手相连，在把手受到压力时，第一连接轴套带动x结构臂运动。
8.上述本发明的实施例的有益效果如下：
9.基于非线性控制理论基础，结合可行性的结构设计，将x减振结构装配到手提钻上，结构紧凑的同时，又达到了很好的减振效果。该x减振结构拆装十分方便，参数灵活可调，在获得高效的减振效果同时，结构稳定可靠，可满足手持电钻复杂高强度的工作。由于x结构具有的高静态低动态的刚度特性，把手在下压的时候，承载力迅速增大，并很快到达到低刚度工作区域。在准零刚度区域工作时，把手具有十分好的减振效果。增加的竖直可调刚度系统，可以调节系统的整体刚度，用以满足不同操作者的需求。
10.这项创新技术，成功解决了在建筑领域历经多年的人工操作各种施工工具时的振
动问题。通过装配了该x型结构减振把手，工人在长期操作使用该电钻的时候，其高性能的抑振效果，将保护人体免受振动对人体产生的相关综合症的损害。与现行市场中的具有的主动和被动减振的手提钻相比，该研究中的手提钻，在将减振效果提高的同时，成本却依然很低廉。未来可将该结构的设计应用到不同的手持振动工具和机器中。
附图说明
11.构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
12.图1是本发明的整体结构示意图；
13.图2是本发明去掉一个减振结构的壳体后的整体结构示意图；
14.图3、图4是本发明去掉钻岩机以及部分壳体后的结构示意图；
15.图5、图6是x结构臂的结构示意图；
16.图7是钻岩机的外形结构示意图；
17.图8是上安装座、第一下安装座和第二下安装座在钻岩机上的安装状态示意图；
18.图9是上安装座的示意图；
19.图10是第一下安装座或者第二下安装座的结构示意图；
20.图11是竖直刚度可调节系统的结构示意图；
21.图12是把手的竖直静力和位移的关系f示意图；
22.图13(a)、图13(b)为把手下压力测量示意图；
23.图14(a)、图14(b)把手在竖直方向位移δy的测量示意图；
24.图15装配2根k1＝31.8n/mm的水平弹簧，f和δy的测量数据关系示意图；
25.图16adams中两侧的x结构臂在第二层和第三层中装13.7n/mm的水平弹簧时的把手力f和位移δy的关系示意图；
26.图17(a)第一次测量x机构臂装配4根k1＝13.7n/mm的预紧水平弹簧时，实验和仿真的把手力f和位移δy的关系示意图；
27.图17(b)第一次测量x机构臂装配4根k1＝13.7n/mm的预紧水平弹簧时，实验和仿真的把手力f和位移δy的关系示意图；
28.图中：1钻岩机，2第一减振机构，3第二减振机构，4上安装座，5第一下安装座，6第二下安装座，7把手；8顶部连接轴套，9中间连接轴套，10可调弹簧轴，11上止动件，12上弹簧止动件，13调节螺母，14弹簧；15轴底座；
29.2-1壳体，2-2 x结构臂，2-3连接轴；2-2-1第一连杆，2-2-2第二连杆，2-2-3第三连杆，2-2-4第四连杆，2-2-5弹簧，2-2-6弹簧。
具体实施方式
30.应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
31.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非本发明另外明确指出，否则单数形式
也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合；
32.为了方便叙述，本发明中如果出现“上”、“下”、“左”、“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用,仅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设备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。
33.正如背景技术所介绍的，现有技术中存在的不足，为了解决如上的技术问题，本发明提出了一种集成轻便的手提钻岩机减振装置。
34.本发明的一种典型的实施方式中，如图1所示，一种集成轻便的手提钻岩机减振装置，包括安装在钻岩机1上盖顶部的上安装座4，以及固定在手提钻的下机盖上的第一下安装座5和第二下安装座6；上安装座4与第一下安装座5之间固定第一减振机构2，上安装座4与第二下安装座6之间固定第二减振机构3，第一减振机构2和第二减振机构3相对于钻岩机1的轴线对称设置；第一减振机构2和第二减振机构3结构相同，各自包括壳体2-1，在壳体2-1内安装x结构臂2-2。
35.进一步的，x结构臂2-2包括四层结构，从上到下依次是：两个第一连杆2-2-1、两个交叉设置的第二连杆2-2-2、两个交叉设置的第三连杆2-2-3和两个第四连杆2-2-4，两个第一连杆2-2-1的顶部铰接且与第一连接轴套相连，底部与两个第二连杆2-2-2的顶部铰接，两个第二连杆2-2-2的底部与第三连杆2-2-1的顶部铰接，两个第三连杆2-2-3的底部与两个第四连杆2-2-4的顶部铰接，两个第四连杆2-2-4的底部铰接后连接第一下安装座或第二下安装座上；第一连接轴套与手提钻岩机的把手相连，第一连接轴套固定在连接轴2-3上，在把手受到压力时，第一连接轴套带动x结构臂运动。
36.进一步的，上述的壳体2-1包括两部分，分别是内盖和外盖。
37.进一步的，所述的第一下安装座与上安装座通过第一连接轴相连，所述的第二下安装座与上安装座通过第二连接轴相连。
38.进一步的，所述的第一连接轴、第二连接轴上还设有第二连接轴套，第二连接轴套与两个第二连杆的交叉点相连。
39.进一步的，所述的第一连接轴、第二连接轴上还设有第三连接轴套，第三连接轴套与两个第三连杆的交叉点相连。
40.进一步的，所述的把手固定在两个支架上，两个支架底部与两个第一连接轴套相连，第一连接轴套套装在第一连接轴或第二连接轴上。
41.进一步的，还包括可调刚度系统，所述的可调刚度系统包括可调弹簧轴、上止动件和上弹簧止动件；可调弹簧轴装在上安装座上，可调弹簧轴上套装有弹簧，在弹簧顶部安装上弹簧止动件，上止动件固定在把手上，当上把手下压时，上止动件接触上弹簧止动件。
42.进一步的，第一连杆与第二连杆相连的两个铰接点通过第一拉伸弹簧相连；第三连杆与第四连杆相连的两个铰接点通过第二拉伸弹簧相连。
43.下面对各个部分的连接关系以及安装关系进行说明：
44.1.上安装座、第一下安装座、第二下安装座和钻岩机1的装配：
45.在安装固定座之前，需要先拆除原把手；用4个新m6螺栓将一个新的上安装座固定在手提电钻的上盖。新m6螺栓的长度比旧的m6螺钉长10毫米；
46.为了牢固x结构臂2-2，将两个下安装座固定在手提钻的下机盖上。使用4个新m8螺栓在原来机盖上的孔装配这两个底部安装座，新的m8螺钉比原先的螺钉长10毫米。
47.两个轴底座15用m6螺栓和弹簧垫圈固定在上安装座上；这两个轴底座15将用于固定x结构臂的连接轴2-3。此外，轴底座将作为x结构臂运动最高位置的挡板。
48.2.x结构臂的内盖装配方式：
49.在装配好上安装座、轴连接安装座和第一下安装座、第二下安装座后，用4个m6 x 12六角沉头螺栓将两个x结构臂的内盖固定到上安装座和第一下安装座、第二下安装座上。内盖可以阻止砂石进入x结构臂的工作的区域。此外，内盖和外盖可以将x型结构臂包裹住，外观更加漂亮。
50.3.x结构臂构造：
51.为了限制x结构臂在竖直方向的运动，还设计了顶部连接轴套8(对应前面的第一连接轴套)和中间连接轴套9(对应前面的第二连接轴套、第三连接轴套)，且使用igus轴承，摩擦力会非常小。
52.x结构臂由主要由8根连杆和其他连接部件组成；顶部连接轴套和中间连接轴套在中心线支撑x结构臂并限制起竖直方向的运动，其固定在连接轴2-3上；
53.为了减少运动部件之间的摩擦和间隙，在连杆与连杆的连接关节处装配压力球轴承。
54.为了匹配拉伸弹簧的长度，在第二层和第三层引入了四个弹簧连接片。螺母和弹簧垫圈可以为压力球轴承提供适当的预紧力。
55.4x结构臂的装配
56.如图3所示，x结构臂在安装座上的装配示意图，x结构臂的下接头通过m8 x50的六角沉头螺栓和弹簧垫圈装配在第一下安装座或者第二下安装座上。用压力球轴承将杆隔开，适当拧紧m8的弹簧垫圈和螺母拧紧，以减少x结构臂和安装座的间隙。连接轴将穿过顶部连接轴套和中间连接轴套的孔。然后，用m6x16的六角沉头螺栓和弹簧垫圈将连接轴固定在上安装座座上。x结构臂只能在连接轴的轴线方向上下移动。当顶部连接轴套向上移动接触到上安装座座时，把手到达最高位置。
57.5.上把手安装
58.上把手的安装如图2、图3所示，两个把手支架用m5x12螺栓固定在x结构臂的顶部连接轴套上；然后用m5x12螺栓将把手固定在把手支架上，把手支架与顶部连接轴套8相连。
59.6.在x结构臂上安装弹簧
60.拉伸弹簧连接在第二层和第三层x结构臂的弹簧连接片之间；可根据实际工作压力的需求计算，灵活选择弹簧的数量和刚度，以增加x结构臂的回复力。
61.7.竖直刚度可调节系统
62.为了扩展准零刚度区和调整竖直工作刚度，设计了可调刚度系统。可调弹簧轴10装在上安装座上。上止动件11用螺栓固定在上把手下，当上把手下压时，上止动件11接触上弹簧止动件12。调节螺母可以调节竖直弹簧的预压力。
63.m6螺母可以调节上弹簧挡块12和上挡块的接触位置。如上所述，竖直可调刚度系统可以调节系统的工作刚度，以满足不同操作者的需求。
64.8.x结构臂壳体装配
65.壳体，包括外盖和内盖，外盖是用6根m4x16的螺钉装配在内盖上。
66.进一步的，下面是x结构臂在adams中的静力分析过程：
67.在3lxsava中应用了四个拉伸弹簧以获得高静态低动态刚度。拉簧刚度为13.7n/mm，初拉力为317n。因此，在初始位置下推把手大约需要375n的力，当手柄下推25mm时，人手的推力约为416n。三层x结构防振臂的竖直刚度达到1n/mm。现有技术可知，x形结构的谐振频率主要受线性因子的影响。谐振频率由下式给出
[0068][0069]
根据式(1)，手柄向下推到25mm时的共振频率约为0.8hz。
[0070]
1.静刚度测试
[0071]
表1.参数定义
[0072]
参数定义f施加在把手上的下压力δy把手在竖直方向的位移k1水平弹簧的刚度k2竖直弹簧的刚度
[0073]
具体的测量方法如下：
[0074]
下压力和垂直方向位移的测量如图13(a)、图13(b)、图14(a)、图14(b)所示。为了在测量过程中保持电钻稳定，组装了一个特殊的支架来支撑电钻。重物挂在把手两边，所以把手会往下掉。手柄垂直方向的δy位移可以用尺子测量。力f可以通过测量重物的重量来获得。
[0075]
2静刚度的实验和理论分析
[0076]
图15显示了带有2根k1＝31.8n/mm水平弹簧的x结构臂的手柄在垂直方向上的力和位移。由于水平弹簧的初始力和预紧力，初始垂直向下压力约为20n。当手柄向下移动到止动位置67mm时，力约为245n。
[0077]
为了获得更大的下压力载荷和更长的准零刚度区域，在adams中进行了静力模拟分析。当配置4根k1＝13.7n/mm有预张紧力的水平弹簧时，初始力和最大载荷分别增加到约190n和300n。
[0078]
根据图16的仿真结果，在x结构臂的两侧，二到三层之间连接了4根k1＝13.7n/mm的水平弹簧。这些弹簧的预紧力约为180n。
[0079]
图17(a)、图17(b)显示了x结构臂在装配4个有预张紧力的k1＝13.7n/mm水平弹簧，在把手垂直方向的力f和位移δy的实验和模拟结果。初始力和最大载荷力分别增加到190n和298n。当两把手向下推至约57mm时，达到最大受力点。此后，推力开始减小。准零刚度区域为40mm至67mm。x结构臂在准零刚度下工作时具有极强的抑振性能。
[0080]
表2装配4根k1＝13.7n/mm预紧的水平弹簧时测量的力f和和位移δy
[0081][0082]
由表2可知，当把手下推至57mm左右时，x结构防振臂将进入负刚度区。装配了一根k2＝0.2n/mm的竖直弹簧的可调刚度系统将用于平衡负刚度。
[0083]
综上，本发明基于非线性控制理论基础，结合可行性的结构设计，将x减振结构装配到手提钻上，结构紧凑的同时，又达到了很好的减振效果。该x减振结构拆装十分方便，参数灵活可调，在获得高效的减振效果同时，结构稳定可靠，可满足手持电钻复杂高强度的工作。由于x结构具有的高静态低动态的刚度特性，把手在下压的时候，承载力迅速增大，并很快到达到低刚度工作区域。在准零刚度区域工作时，把手具有十分好的减振效果。增加的竖直可调刚度系统，可以调节系统的整体刚度，用以满足不同操作者的需求。该装置成功解决了在建筑领域历经多年的人工操作各种施工工具时的振动问题。通过装配了该x型结构减振把手，工人在长期操作使用该电钻的时候，其高性能的抑振效果，将保护人体免受振动对人体产生的相关综合症的损害。与现行市场中的具有的主动和被动减振的手提钻相比，该研究中的手提钻，在将减振效果提高的同时，成本却依然很低廉。未来可将该结构的设计应用到不同的手持振动工具和机器中。
[0084]
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：

1.一种集成轻便的手提钻岩机减振装置，其特征在于，包括安装在钻岩机上盖顶部的上安装座，以及固定在手提钻的下机盖上的第一下安装座和第二下安装座；上安装座与第一下安装座之间固定第一减振机构，上安装座与第二下安装座之间固定第二减振机构，第一减振机构和第二减振机构相对于钻岩机轴线对称设置；第一减振机构和第二减振机构结构相同，各自包括壳体，在壳体内安装x结构臂，x结构臂包括两个第一连杆、两个交叉设置的第二连杆、两个交叉设置的第三连杆和两个第四连杆，两个第一连杆的顶部铰接且与第一连接轴套相连，底部与两个第二连杆的顶部铰接，两个第二连杆的底部与第三连杆的顶部铰接，两个第三连杆的底部与两个第四连杆的顶部铰接，两个第四连杆的底部铰接后连接第一下安装座或第二下安装座上；第一连接轴套与手提钻岩机的把手相连，在把手受到压力时，第一连接轴套带动x结构臂运动。2.如权利要求1所述的一种集成轻便的手提钻岩机减振装置，其特征在于，所述的第一下安装座与上安装座通过第一连接轴相连，所述的第二下安装座与上安装座通过第二连接轴相连。3.如权利要求2所述的一种集成轻便的手提钻岩机减振装置，其特征在于，所述的第一连接轴、第二连接轴上还设有第二连接轴套，第二连接轴套与两个第二连杆的交叉点相连。4.如权利要求2所述的一种集成轻便的手提钻岩机减振装置，其特征在于，所述的第一连接轴、第二连接轴上还设有第三连接轴套，第三连接轴套与两个第三连杆的交叉点相连。5.如权利要求2所述的一种集成轻便的手提钻岩机减振装置，其特征在于，所述的把手固定在两个支架上，两个支架底部与两个第一连接轴套相连，第一连接轴套套装在第一连接轴或第二连接轴上。6.如权利要求5所述的一种集成轻便的手提钻岩机减振装置，其特征在于，还包括可调刚度系统。7.如权利要求6所述的一种集成轻便的手提钻岩机减振装置，其特征在于，所述的可调刚度系统包括可调弹簧轴、上止动件和上弹簧止动件；可调弹簧轴装在上安装座上，可调弹簧轴上套装有弹簧，在弹簧顶部安装上弹簧止动件，上止动件固定在把手上，当上把手下压时，上止动件接触上弹簧止动件。8.如权利要求7所述的一种集成轻便的手提钻岩机减振装置，其特征在于，在可调弹簧轴端部设有可调螺母。9.如权利要求1所述的一种集成轻便的手提钻岩机减振装置，其特征在于，第一连杆与第二连杆相连的两个铰接点通过第一拉伸弹簧相连。10.如权利要求1所述的一种集成轻便的手提钻岩机减振装置，其特征在于，第三连杆与第四连杆相连的两个铰接点通过第二拉伸弹簧相连。

技术总结

本发明公开了一种集成轻便的手提钻岩机减振装置，包括安装在钻岩机上盖顶部的上安装座，以及固定在手提钻的下机盖上的第一下安装座和第二下安装座；上安装座与第一下安装座之间固定第一减振机构，上安装座与第二下安装座之间固定第二减振机构，第一减振机构和第二减振机构相对于钻岩机轴线对称设置；第一减振机构和第二减振机构结构相同，各自包括壳体，在壳体内安装X结构臂，X结构臂与第一连接轴套相连，第一连接轴套与手提钻岩机的把手相连，在把手受到压力时，第一连接轴套带动X结构臂运动。动。动。