JP2011236667A - Concrete vibrator - Google Patents
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- Apparatuses For Generation Of Mechanical Vibrations (AREA)
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Abstract
Description
この発明は、建設現場などでコンクリート打設時に使用するコンクリートバイブレータに関するもので、特に鉄筋が過密な部位やカブリが少ない部位での使用に適するものである。 The present invention relates to a concrete vibrator that is used at the time of placing concrete at a construction site or the like, and is particularly suitable for use in a portion where the reinforcing bars are excessively dense or fog is small.
昨今の鉄筋コンクリート構造物は、安全意識の高まりから鉄筋密度を増加させて強度をアップする傾向が強くなってきている。そのため、特に土木分野においては従来最小径がφ４０の振動体で打設できていた現場が、鉄筋間隔の狭まることにより振動体を挿入できなくなる場合が増え、φ３０以下の極小径振動体を備えたバイブレータのニーズが急速に高まって来ている。しかしながらバイブレータの打設能力はその外径と打設能力がほぼ比例関係にあるため、φ４０の打設能力を有するφ３０以下のバイブレータは現存していない。
１） 建設物の構造上の安全性を高めるために、過密配筋が増加の傾向となっており鉄筋間隔が狭まって来ているが鉄筋間隔が３０ｍｍ以下となると土木現場での使用に適したバイブレータが無い。
２） 同様にコンクリートのカブリ厚が３０ｍｍ以下の僅少な部位、特に壁面、の打設にも適したバイブレータも無い。
３） 現状では軽便型と言われるバイブレータで対応せざるを得ないが、軽便バイブレータは比較的低振動であるため、作業効率低下、締め固め不足、仕上り不良等の問題が発生している。
Recent reinforced concrete structures have a tendency to increase the strength by increasing the density of reinforcing bars due to increased safety awareness. For this reason, particularly in the civil engineering field, the field where the conventional minimum diameter of φ40 was able to be placed has increased the number of cases in which the vibrator cannot be inserted due to the narrowing of the rebar spacing, and a very small diameter vibrator of φ30 or less is provided. The need for vibrators is growing rapidly. However, since the outer diameter of the vibrator is approximately proportional to the driving ability, there is no vibrator having a driving ability of φ30 or less having a driving ability of φ40.
1) In order to increase the structural safety of the building, overcrowded reinforcement tends to increase, and the space between the reinforcing bars is narrowing. However, if the space between the reinforcing bars is 30 mm or less, it is suitable for use on the civil engineering site. There is no vibrator.
2) Similarly, there is no vibrator suitable for placing a small portion of concrete fogging thickness of 30 mm or less, particularly a wall surface.
3) At present, there is no choice but to deal with a vibrator that is said to be a stool type. However, since a stool vibrator has relatively low vibration, problems such as reduced work efficiency, insufficient compaction, and poor finishing have occurred.
図５は従来のバイブレータを示すものであって、インダクションモータ１７の出力軸にホース１８に収納された駆動用フレキシブルシャフト１９が直接連結してあり、駆動用フレキシブルシャフト１９と振動体の回転軸とは連結用コイルスプリング１６で連結してある。そして、連結用コイルスプリング１６はコイルスプリングのサージング発生などを防止するために大径のものを使用しており、連結部１５の外径は振動体の外径よりも大径となっている。 FIG. 5 shows a conventional vibrator, in which a driving flexible shaft 19 housed in a hose 18 is directly connected to an output shaft of an induction motor 17, and the driving flexible shaft 19 and a rotating shaft of a vibrating body are connected to each other. Are connected by a connecting coil spring 16. The connecting coil spring 16 has a large diameter in order to prevent the occurrence of surging of the coil spring. The outer diameter of the connecting portion 15 is larger than the outer diameter of the vibrating body.
鉄筋密度の高い現場に対応するバイイブレータとして特開２００９−３０３７９号の提案がある。これは、鉄筋が密に配設された場合であっても高品質に締固めることを可能とすることを目的としたものである。
そして、その構成は、径方向への膨張変形するゴムホースに加圧エアを導入・排出することによりゴムホースを膨張・収縮させ、生コンクリートに振動を加えるようにしたものである。
The configuration is such that the rubber hose is expanded and contracted by introducing and discharging pressurized air to the rubber hose that expands and deforms in the radial direction, and vibration is applied to the ready-mixed concrete.
この発明は、以上に示す現状を解決するために、φ３０ｍｍ以下でφ４０バイブレータに匹敵する打設能力を有するバイブレータを得ることを課題とするものであり、そのバイブレータが土木現場で使用可能な連続運転能力、耐久性を有し、従来機と比較して操作性、作業性が劣らないものであることを副次的な課題とするものである。 In order to solve the present situation described above, an object of the present invention is to obtain a vibrator having a driving ability equal to that of a φ40 vibrator with a diameter of 30 mm or less, and the vibrator can be used continuously at a civil engineering site. It is a secondary problem that it has capability and durability and is not inferior in operability and workability compared to conventional machines.
この発明は、外部駆動のコンクリートバイブレータにおいて、振動体は、振動体外筒内に振動軸を片持ち状に装着し、振動軸が遊星運動をして振動を発生するものとし、駆動用モータとして整流子モータを使用し、その出力軸に所要回転に減速するためのギヤを接続することにより、上記課題を解決するものである。 The present invention relates to an externally driven concrete vibrator, in which a vibrating body is mounted in a cantilevered manner in a vibrating body outer cylinder, and the vibrating shaft generates planetary motion to generate vibration, and is rectified as a driving motor. The above problem is solved by using a child motor and connecting a gear for decelerating to the required rotation to the output shaft.
振動体を、振動筒内を振動軸が遊星運動して振動を発生する構造（以下「遊星振動式」ということがある。）とすることにより、偏心錘を取り付けた振動軸の両端ををベアリングで支持する構造よりも高遠心力が得られやすくなる。
偏心錘による振動体においては、振動軸の回転数と振動数とが同一であるところ、遊星振動式は構造的に振動軸の回転数のほぼ４倍の振動数が得られる。そのために、同じ振動数を得るためには振動軸の回転数（これはホース内のフレキシブルシャフト回転数と一致する）を振動数の１／４に抑えることができ、手元振動の抑制、耐久性向上などのメリットある。
The vibrating body has a structure in which the vibration shaft generates a planetary motion within the vibration cylinder (hereinafter sometimes referred to as “planet vibration type”), so that both ends of the vibration shaft to which the eccentric weight is attached are bearing. High centrifugal force can be obtained more easily than the structure supported by.
In a vibrating body using an eccentric weight, the rotational speed of the vibration shaft is the same as that of the vibration shaft. However, the planetary vibration type can structurally obtain a vibration frequency approximately four times the rotation speed of the vibration shaft. Therefore, in order to obtain the same frequency, the number of rotations of the vibration shaft (which corresponds to the number of rotations of the flexible shaft in the hose) can be suppressed to 1/4 of the number of vibrations. There are merits such as improvement.
駆動モータを従前のインダクションモータ（誘導電動機）の直結から、ギアードモータ（整流子モータのギア減速式）としたのは以下の理由によるものである。
インダクションモータ直結では電源周波数によりモータ回転数が決まる（２極モータで３０００ｒｐｍ／５０Ｈｚ、３６００ｒｐｍ／６０Ｈｚ）ため商用電源では出力回転数を３０００／３６００ｒｐｍ以上に上げることができない。従ってインダクションモータ駆動で得られる最高振動数は、遊星振動式の振動体を用いても１２０００／１４４００ｖｐｍ程度である。よって従来機で振動力（遠心力）を上げるには、外形を太くする以外に手段が無い。
整流子モータと減速ギアとの組み合わせであれば、モータの回転数とギヤ比が自在に設定可能であるため、所要の出力回転数を得る事ができる。また、高速回転のモータ出力を減速させることにより高トルクを得ることができるので、減速ギアからの出力回転数をインダクションモータの出力回転数より高めてもトルク不足のおそれがない。例えば、減速ギアからの出力回転数を従前のインダクションモータからの出力回転数の１．２倍に増加させることで遠心力を１．２２＝１．４４倍とすることが可能である。
整流子モータの出力回転数は１５，０００〜２５，０００、減速比は１／６〜１／４程度が好ましい。
The reason why the drive motor is a geared motor (gear reduction type of commutator motor) from the direct connection of a conventional induction motor (induction motor) is as follows.
When the induction motor is directly connected, the motor rotation speed is determined by the power supply frequency (3000 rpm / 50 Hz and 3600 rpm / 60 Hz for a two-pole motor), so the commercial power supply cannot increase the output rotation speed to 3000/3600 rpm or more. Accordingly, the maximum frequency obtained by driving the induction motor is about 12000/14400 vpm even when a planetary vibration type vibrating body is used. Therefore, in order to increase the vibration force (centrifugal force) with the conventional machine, there is no means other than thickening the outer shape.
If the commutator motor and the reduction gear are combined, the rotational speed and gear ratio of the motor can be freely set, so that the required output rotational speed can be obtained. Moreover, since high torque can be obtained by decelerating the motor output at high speed, there is no fear of torque shortage even if the output rotational speed from the reduction gear is higher than the output rotational speed of the induction motor. For example, the centrifugal force can be increased to 1.2 2 = 1.44 times by increasing the output rotational speed from the reduction gear to 1.2 times the output rotational speed from the conventional induction motor.
The output rotation speed of the commutator motor is preferably 15,000 to 25,000, and the reduction ratio is preferably about 1/6 to 1/4.
請求項２の発明は、駆動用のフレキシブルシャフトと振動軸とをフレキシブルシャフトで連結したことを特徴とするものである。
振動体の小径化のためにはフレキシブルシャフトと振動軸との連結部も、振動体の先端側と同じ径に収まらなければならない。従来はコイルスプリングで連結されていたが、コイルスプリングを小径化して高速回転をさせるとサージング発生などのため、所用の耐久性が確保できない。コイルスプリング構造では回転数を上げると耐久性が低下するため大径化してしまい、小径にしつつ回転数を上げることはできなかった。
そのために、従前の振動体は連結部分が先端側よりも大径となっている。例えば、従来構造のφ２８ｍｍの振動体では、連結部の外径はφ３２ｍｍとなっており、３０ｍｍの間隙に挿入することはできない。
The invention of claim 2 is characterized in that the flexible shaft for driving and the vibration shaft are connected by a flexible shaft.
In order to reduce the diameter of the vibrating body, the connecting portion between the flexible shaft and the vibrating shaft must be within the same diameter as the tip side of the vibrating body. Conventionally, it is connected by a coil spring. However, if the coil spring is reduced in diameter and rotated at a high speed, surging occurs and the required durability cannot be ensured. In the coil spring structure, when the rotational speed is increased, the durability is reduced and the diameter is increased. Therefore, the rotational speed cannot be increased while the diameter is reduced.
For this reason, the connecting portion of the conventional vibrating body has a larger diameter than the tip side. For example, in a φ28 mm vibrator having a conventional structure, the outer diameter of the connecting portion is φ32 mm, and cannot be inserted into a 30 mm gap.
モータからの回転動力を振動軸に伝達する連結部を従前のコイルスプリングからフレキシブルシャフトに変更することにより、連結部の外径を小径化することが可能となり、請求項３におけるように、振動体外筒の外径を先端部を除き全長に亘り同一径とすることが可能となる。 The outer diameter of the connecting portion can be reduced by changing the connecting portion that transmits the rotational power from the motor to the vibration shaft from a conventional coil spring to a flexible shaft. It is possible to make the outer diameter of the cylinder the same diameter over the entire length except for the tip.
図１に示すように、整流子モータ１１の出力軸に出力軸の回転を減速させるギアボックス１２が連結してあり、このギアボックス１２の出力軸にホース７に収納された駆動用フレキシブルシャフト８が連結してある。この駆動用フレキシブルシャフト８は振動体１の振動軸２に連結用フレキシブルシャフト６を介して連結してある。この連結用フレキシブルシャフト６は前記振動体１の基部外径（２８ミリ）と同じく外径２８ミリとした連結部５内に収納される大きさとしてある。 As shown in FIG. 1, a gear box 12 for reducing the rotation speed of the output shaft is connected to the output shaft of the commutator motor 11. Are connected. The driving flexible shaft 8 is connected to the vibration shaft 2 of the vibrating body 1 via a connecting flexible shaft 6. The connecting flexible shaft 6 is sized to be accommodated in the connecting portion 5 having an outer diameter of 28 mm, similar to the base outer diameter (28 mm) of the vibrator 1.
前記振動体１は振動軸２が遊星運動をすることによって振動を発生する構成としてある。
すなわち、振動軸２の基端は自動調心ベアリング４で支持してあり、他端は振動体１の先端部３の内面に当接している。前記自動調心ベアリング４は回転軸の揺動に伴って揺動可能としてありその内径ｄは振動軸２の外径とほぼ同等であり、振動軸２の他端を支持する振動体先端部の内径Ｄは振動軸２の外径よりも大きくしてある。
この構成により、振動軸２は振動体内部で角度θ傾斜し、振動軸２に外部より回転力を伝達するとＮ回転数で自転を開始するが、振動軸端部外筒と尖端内面の摩擦によりＶ回転数の公転運動が発生する。振動軸は角度θだけ振動体中心より傾斜しているため、振動軸の重心は振動体中心線に対し偏心が生じている。振動体内部で偏心したものが回転するため振動となりＶ回転数の振動が発生する。
The vibrating body 1 is configured to generate vibration when the vibration shaft 2 performs planetary motion.
That is, the base end of the vibration shaft 2 is supported by the self-aligning bearing 4, and the other end is in contact with the inner surface of the distal end portion 3 of the vibration body 1. The self-aligning bearing 4 can swing with the rotation of the rotating shaft, and its inner diameter d is substantially equal to the outer diameter of the vibration shaft 2. The inner diameter D is larger than the outer diameter of the vibration shaft 2.
With this configuration, the vibration shaft 2 is inclined at an angle θ inside the vibrating body, and when rotation force is transmitted to the vibration shaft 2 from the outside, rotation starts at N rotation speed, but due to friction between the vibration shaft end outer cylinder and the tip inner surface. Revolving motion of V rotation number occurs. Since the vibration axis is inclined from the center of the vibration body by an angle θ, the center of gravity of the vibration axis is eccentric with respect to the vibration body center line. Since an eccentric part inside the vibrating body rotates, it becomes a vibration and a vibration of V rotation speed is generated.
公転数Ｖと自転数Ｎの関係は、振動軸端部外筒径をｄ、尖端内面径をＤとすると次式の関係にある。
Ｖ＝Ｎ／（１−（Ｄ／ｄ））
コンクリートバイブレータとしては、振動力、耐久性、製造性の観点からＤ／ｄの値を０．２５程度から０．３３程度に設定することが好ましい。実施例においては、モータの出力回転数を２１，０００、減速比１／４．６５で減速し、ギアボックス１２の出力回転数すなわち振動軸の自転数を約４，６００としてある。
その理由は、Ｄ／ｄを小さくする、すなわち相対的にｄを大きくするほど高い振動数を得られるが、角度θが小さくなるため偏心量が減り、バイブレータの振動力が弱い。
逆にＤ／ｄを大きくする、すなわちｄを小さくすると、大きな偏心量が得られるが振動軸を細くしなければならないため、偏心質量が小さくなり結果として大きな振動力は得られず、また耐久性のないバイブレータとなってしまう。
そこで、上記値が好ましいこととなる。
The relationship between the revolution number V and the rotation number N is expressed by the following equation, where d is the outer cylinder diameter of the vibration shaft end and D is the tip inner surface diameter.
V = N / (1- (D / d))
As a concrete vibrator, it is preferable to set the value of D / d to about 0.25 to about 0.33 from a viewpoint of vibration force, durability, and manufacturability. In the embodiment, the output speed of the motor is reduced to 21,000 and the reduction ratio is 1 / 4.65, and the output speed of the gear box 12, that is, the rotation speed of the vibration shaft is set to about 4,600.
The reason is that, as D / d is reduced, that is, as d is relatively increased, a higher frequency can be obtained. However, since the angle θ is reduced, the amount of eccentricity is reduced and the vibration force of the vibrator is weak.
Conversely, if D / d is increased, that is, d is decreased, a large amount of eccentricity can be obtained, but the vibration axis must be made thin, so that the eccentric mass is reduced, resulting in a large vibration force not being obtained, and durability. It becomes a vibrator without.
Therefore, the above value is preferable.
以下の仕様のコンクリートバイブレータを用いて比較実験を行った。
１．本願の実施品
振動体の外径：２８ｍｍ、モータ出力軸回転数：４，６００（振動数：１６，６００）
２．従来型の遊星振動式２８ｍｍバイブレータ
振動体の外径：２８ｍｍ、モータ出力軸回転数：２，８５０（振動数：１０，３００）
３．モータ内蔵型の４０ｍｍバイブレータ
振動体の外径：４０mm、モータ回転数；１２，５００（＝振動数）
A comparative experiment was conducted using a concrete vibrator with the following specifications.
1. Product of the present application Vibrator outer diameter: 28 mm, motor output shaft rotation speed: 4,600 (vibration frequency: 16,600)
2. Conventional planetary vibration type 28 mm vibrator Vibrator outer diameter: 28 mm, motor output shaft speed: 2,850 (frequency: 10,300)
3. 40 mm vibrator with built-in motor Vibrator outer diameter: 40 mm, motor rotation speed: 12,500 (= vibration frequency)
普通コンクリート
スランプ１２ｃｍ
（配合条件）
水セメント比５５％、空気量４．５±１．５％、単位セメント量３００ｋｇ／ｍ３以下
上記のコンクリートを、供試体寸法が長さ１０００ｍｍ×幅３０ｍｍ×高さ２５０ｍｍなる、発砲スチロール製緩衝材を内張りした木製型枠内に充填し、埋め込んだ加速度センサーによって振動伝播を測定した。
加速度センサーは、バイブレータ尖端と水平ライン上で型枠底面より１２５ｍｍの高さに、バイブレータから１００ｍｍ間隔に配置した。
加振開始から４秒後の加速度の値を示したのが図５図である。
本願バイブレータは外径２８ｍｍの従来型を凌ぎ、外径４０ｍｍの加速度にかなり近い加速度が発生することが確認された。
Normal concrete slump 12cm
(Composition conditions)
Water cement ratio 55%, air volume 4.5 ± 1.5%, unit cement volume 300kg / m 3 or less
The above concrete was filled in a wooden formwork lined with a foamed polystyrene cushioning material having a specimen size of length 1000 mm × width 30 mm × height 250 mm, and vibration propagation was measured by an embedded acceleration sensor.
The acceleration sensor was arranged at a height of 125 mm from the bottom of the mold on the vibrator tip and the horizontal line, and at an interval of 100 mm from the vibrator.
FIG. 5 shows the acceleration value 4 seconds after the start of excitation.
It was confirmed that the vibrator of the present application surpassed the conventional type with an outer diameter of 28 mm, and an acceleration much closer to the acceleration with an outer diameter of 40 mm was generated.
この発明時よれば、以上のような構成としたため、小径の振動体によって従来構造の同径の振動体では得られない遠心力が得られ、小径であっても土木工事で要求される打設能力を得ることができる。
また、振動軸の連結にフレキシブルシャフトを用いたことにより、連結部の小径化が可能となると共に、高回転への適応が可能となり、遠心力の増大に耐えることができ、狭小スペースの打設にも対応することができる。
According to the present invention, since it is configured as described above, a centrifugal force that cannot be obtained by a vibration body having the same diameter as that of the conventional structure is obtained by the small diameter vibration body, and the placement required in civil engineering work even if the diameter is small. Ability can be gained.
In addition, by using a flexible shaft to connect the vibration shafts, it is possible to reduce the diameter of the connecting part, and to adapt to high rotation, can withstand the increase in centrifugal force, and install in a narrow space Can also respond.
１ 振動体
２ 振動軸
３ 尖端
４ 自動調心ベアリング
５ 連結部
６ 連結用フレキシブルシャフト
７ ホース
８ 駆動用フレキシブルシャフト
９ ジョイント
１０ カップリング
１１ 整流子モータ
１２ ギアボックス
１３ スイッチ
１４ 電源コード
１５ 連結部
１６ 連結用コイルスプリング
１７ インダクションモータ
１８ ホース
１９ フレキシブルシャフト
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Vibration body 2 Vibration axis | shaft 3 Point 4 Self-aligning bearing 5 Connecting part 6 Connecting flexible shaft 7 Hose 8 Driving flexible shaft 9 Joint 10 Coupling 11 Commutator motor 12 Gear box 13 Switch 14 Power cord 15 Connecting part 16 Connection Coil spring 17 induction motor 18 hose 19 flexible shaft
Claims (3)
振動体は、振動体外筒内に振動軸を片持ち状に装着し、振動軸が遊星運動をして振動を発生するものとし、
駆動用モータとして整流子モータを用い、その出力軸に所要回転に減速するためのギヤを接続したことを特徴とするコンクリートバイブレータ。 In an externally driven concrete vibrator,
The vibrating body has a vibrating shaft mounted in a cantilevered manner inside the vibrating body outer cylinder, and the vibrating shaft generates planetary motion to generate vibration.
A concrete vibrator characterized in that a commutator motor is used as a drive motor, and a gear for decelerating to a required rotation is connected to an output shaft thereof.
The concrete vibrator according to claim 1 or 2, wherein the outer diameter of the vibrating body outer cylinder is the same throughout the entire length except for the tip.
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