CN1010701B - 挖沟机 - Google Patents

Abstract

挖沟机10，用以开挖深沟，在沟中可构筑地内混凝土挡土墙或基础墙。挖沟机10具有一履带台车11，其上有机架14，由销16铰接支承，故可由动力油缸17推动产生倾斜以维持平台面处于水平状态。为此目的并设置了自控系统64。机架14具有一对导轨18、、19，工作台21可沿其移动。工作台21支承一套24，挖沟臂可穿过该套下降至挖掘工作并在工作台21导轨被驱动同时开始挖沟。

Description

本发明涉及挖沟机和地内挡土墙的修建。

在修建地上建筑物时，通常需要修建地内挡土墙作为承载基础或作为被开挖现场四周的挖掘施工时的挡土设备。当在已有的建筑物附近开挖时，必须沿靠近建筑物的开挖线修建挡土墙以抵挡在邻近的建筑物之下已有的泥土压力。特别是这样的挡土墙必须设在适当位置以使得在进一步的开挖过程中邻近建筑物下的泥土不向外塌入开挖的沟中。也可以修建上述类型的墙用来切断地下水的流动。

可以采用多种方式来修建挡土墙，可以沿开挖线打入板桩来修建挡土墙，也可以开凿间距很小的一排孔然后在所有的引中浇铸钢筋混凝土柱来修建所要的挡土墙，用后一种方法修建挡土墙时，必须对这一排桩添加坚固的水平加固件以保持它们排列成直线。修建这样的墙来作为防渗截水墙也是很困难的。连续的钠筋混凝土墙可以提供很好的承重的挡土墙和/或截水墙。但至今尚无法作到经济地在地内修建钢筋混凝土墙。

连续开挖适于建筑这种挡土墙和/或截水墙的横截面的沟的技术是现有的。澳大利亚专利申请NO41139/85的主题是一种典型的机器，这种机器能沿开挖线连续挖掘较深的沟。然而如考虑机器本身的变形和自重，其开挖能力是有限的。当然它可以作为一种可挖出任何所要的沟的挖掘设备，但如进行常规的地内挡土墙沟的开挖，该机器的大小不实用。

而且这样的机器能与带有开挖用的挖掘齿的环状链条支承臂组合在一起，通常挖掘齿从链销起向外凸出一定的距离，因此作用在齿上的挖掘力沿链条线施加弯矩，当挖掘齿的挖掘深度难以控制地加大时，该弯矩可以使挖掘链条弯曲，使得挖掘齿、链条和挖沟机处于超负载状态。上述问题可以通过使用较大齿距的链条来得到缓解，但是如这样做就需采用相适应的较大的链轮。

这样的挖沟臂必须由向前推进的机器在开挖过程中对其配置的挖沟臂施加使其向前的力。随着挖掘深度的加大，使用这种技术将在挖沟臂及其支承结构上产生很大的弯矩，这是由于作用在挖掘齿上的法向力的合力与地平面上向前的推力在垂直方向 上相互偏移而造成的。这个问题可以用采用一种送进系统的方法来得到改善，该系统位于地面以下的挖沟臂中，当其欲推动挖沟臂向前时将平板贴合在沟壁上并相对于挖沟臂前进的方向向后推动平板以迫使挖沟臂前进。

本发明的目的是要减轻上述的及其它的不足之处，提出改善的挖沟机并建立在其运行中较可靠和有效地建筑挡土墙的方法，本发明的其它目的和优点将在下面叙述。

根据前述的及其它正在考虑的目的，本发明在某一方面总的来说属于一种挖沟机，包括有能在沿开挖线纵向移动的支承台车与在所述的支承台车上为安装工作台而设置的机架，工作台受上述机架限制相对于上述台车作轴向运动，而当上述的工作台相对于上述支承台车移动时被上述工作台支承的可操作的开沟臂沿开挖线挖出某种截面的沟。

再之，广义地属于一种挖沟机的本项发明具有沿开挖线纵向移动支承台车的能力，并有为装配可沿开挖线挖掘某种截面的沟的可操作的挖沟臂而在所述的支承台车上安装的机架，上述挖沟臂有相对于纵向轴转动的能力故可以相对于上述支承台车倾斜。

支承台车下可以具有滑轨以使挖沟机沿开挖线移动，也可以有可沿与开挖线并行的导轨移动的轮子，但最好是采用履带式的支承台车并带有驱动履带的装置。下述的结构也是很好的，即：机架是附有导轨的平台的形式，工作台可沿机架向所要的方向进行移动，故工作台的倾斜会造成挖沟臂的相应倾斜。当然如果需要，工作台能可滑动地安装在机架上，并使用独立的保持器来把工作台固定在机架上。

最好挖沟臂与工作台的连接是可转动的以使前者可以作对于横向上的实际的水平轴作回转，以便在运送机器的过程中可以使其转至水平位置。如果需要，可以采用液压动力油缸或类似装置来旋转上述挖沟臂，也可以用起重机来吊起挖沟臂以将其装在挖沟机上或与挖沟机分开。适当地还可以采用锁紧装置来将挖沟臂紧固在任一选定的位置上。

在彼此转动连结的挖沟臂与工作台之间还可以包括一个滑动装置，藉此挖沟臂的垂直操作位置相对于转动轴是可以调节的，因而可以变化挖沟臂的挖掘深度。

在工作台上可以装置将其沿平台推进的驱动装置。还有可以在远离挖沟臂与工作台的连接转轴处的挖沟臂下端设置送进装置，后者可与沟的侧壁挤紧并将挖沟臂下部沿开挖线向前送进。

采用下述措施也是很好的，即在挖沟臂处设置盾板，后者拖在上述挖沟臂后面并可以与两边的沟壁贴合以防止其崩坍上述盾板在沟内隔出一个空间以便放入加强物。盾板上也可支承混凝土卸料装置，后者将混凝土卸落在沟中的盾板后面。

更好的措施是挖沟机准备一个细长形的可在一个抬起运输位置和一个落下开挖位置间运动的挖沟臂，在处于前一个位置时挖沟臂通常水平地置于支承台车一侧以便于将机器在工地之间转运。当挖沟臂立起后即可向下运动进入土中直至所要的开挖深度，然后沿上述机架向前推进挖出某种断面的沟槽。通常所要的沟壁都以基本垂直的（带有预定的偏差）形状一直延伸至沟的端头。挖沟臂可装在可以倾斜的平台上并进行连续的调节使该臂保持在允许偏差范围内的垂直度。可以使用激光束来控制机器的方向。支承平台可以装在履带上方的可调动力油缸上以维持平台的水平度以控制挖沟臂的垂直度。

使用上述的机构就可以挖出（在某种程度上）允许装入钢筋加强件的沟，混凝土可以注入到挖沟臂后的一个空间以外的沟中的上述加强件中，构成地下钢筋混凝土墙。墙的一侧可以挖开，这样就产生了一个环绕开挖处的一个永久性的承载墙。对于具有高的矢高与低的矢高的建筑物，这种机器的典型用途是在建筑物刚修建地下室时开挖构成所要的挡土墙作为永久性的承载墙用以当建筑物在建筑时承受来自建筑物与周围土壤的压力，该机可还应用于桥墩、码头和运河边岸的修建。

为使挖沟臂可向前挤入被挖掘物，可以在挖沟臂的框架内装置可与沟的底边与侧臂挤紧的适当的机构用以提供向前的推力。该机构可以由通过连杆机构与侧平板相连的液压缸构成，当液压缸动作时即迫使侧平板贴向沟的侧壁，然后再产生一个推力向前推动挖沟臂使其进入待开挖的土中。

挖沟臂的顶端可以安装一个使挖掘臂可以进入地下或从地下移出的机构，该机构可以是一个齿轮-齿条机构。该机构可使挖掘臂向下降至任一预定位置并根据需要保持在该位置处。该机构也可以 与激光控制器相连接以保证挖沟臂保持始终一致的挖掘水平。该机构支承挖沟臂并可与挖沟臂共同回转使其水平横置以便机器的运输。为此可使用圆弧式齿条-齿轮装置，这样就可以从地下抽出挖掘臂并使其回转然后锁定在水平的运输位置。同样的机构也可以使挖沟臂无须考虑台车的状态即能保持垂直的工作位置。这样就可以采用充气轮胎底盘作为台车。

机器的台面可以用铰链与支承台车靠挖沟臂的一侧的边缘相连，而台面的另一边可以装在液压缸上，这样该机器的台面就可保持水平。液压缸的调整动作可以是自动的。该台面还可用来复盖发动机、冷却系统、液压系统及任意形式的用来控制机器的微型信息处理机，故机器的操作已实现了最大可能的自动化。

另一方面，本发明也广义地属于一种构筑钢筋混凝土挡土墙的方法，该方法包括：连续地构筑一条沟，然后保持沟壁不致塌入在沟壁前端后面的一个可放入加强物的空间，在这个空间内放入加强物后，向该空间的后方泵入混凝土将沟充满，同时上述空间沿着开挖方向在沟中继续形成。

上述方法也可用于在基岩中挖沟，此时挡土墙的基脚楔入基岩并固定位置。

为使本发明易于理解与实施，可参见下面的附图，其中：

图1是本发明的挖沟机的某一推荐实施例的透视图。

图2是上述挖沟机的后视图。

图3是上述挖沟机的平面视图。

图4是图3沿4-4线的局剖剖面图。

图5是与机体分离的挖沟臂的侧视图。

图6是表示出切削齿的装配形式的挖沟链的局部侧视图。

图7是相应于图6的平面视图。

图8是挖沟悬臂的横截面图，其中表示出一种送进机构。

图9是一种用于挖沟链的运土活板及与之相联的清土装置;

图10是表示一种向沟内导入混凝土与加强物的方法的平面示意图。

图11与图12是表示另一种送进机构的示意图。

图13与图14是表示又一种送进机构的示意图。

图15与图16是表示又一种送进机构的示意图。

挖沟机10中包括有一履带台车11，其上承载有动力箱12与机架14，前者位于一边的履带上方，为该机的各液压动力油缸及马达提供动力，后者位于另一边的履带上方。机架与履带台车在16处铰接，故可以沿一纵向的轴线向履带15与动力油缸17的外侧倾斜。而动力油缸17的作用是根据需要来造成这种倾斜。机架上带有一对纵向延伸的导轨18与19，导轨具有上下导轨面，导轨面与固定在工作台上的轮20贴合，后者受到导轨的限制而只能沿履带15上方作纵向运动。

工作台21上装有一中央轴承22，后者支承一横向伸展的销管23，销管外伸超出履带台车11且与一套24固定连接，挖沟臂25即在其上作往复运动，中央轴承22使销管23可绕一横向水平轴转动，并允许销管作有限的轴向位多，故挖沟臂在使用时可相对于预定的开挖线产生轻微的转向，这种转向发生在挖掘过程中由于侧向力和作用而发生卡塞现象时可防止机器超载运行。

液压动力油缸26连于工作台21与套24之间，其作用是使后者转动，挖沟臂亦可随之在其基本垂直的开挖位置（如图所示）与其在随机行走时平卧于工作台一侧时的位置之间转动。参见图4，在销管23上装在一开槽轮27，爪28可以插入其上的槽内以控制挖沟臂使其处于开挖位置或提升后待移动时的位置。

泥土运送带无支承于工作台21上，该运送带在其与套24上的卸土口31贴近的较低端接受由挖土链35通过卸土口31倾倒出来的泥土。然后泥土随输送带向侧上方运动，越过动力箱后被卸落在所开挖的沟的一侧。

从图5与图8中可见挖沟臂包括有一挖沟臂框架32，后者的上方与下方分别安装有成对的链轮33与34，这些链轮被分节的挖沟链35所环绕并安装有支承滚轮36以在成对链轮33与34之间支撑上述挖沟链。切削齿37交错地安装在均匀排列的链37的节片上。下链轮34的配置使得挖土链从前下链轮绕至后下链轮后向后上方移动。而上链轮33被独立的液压马达43与44驱动。挖沟臂 框架32上装有一对有间隔的导轮38与39，后者与位于挖沟悬臂架最外侧面的导轨47相贴合。还有被驱动齿轮40与41，它们与挖沟臂框架32内面的齿条42相啮合，故挖沟臂框架可以在套24内往复移动以调节挖掘深度。

工作台21通过链驱动装置45与机架14相连，在装置45中有链48，后者从工作台绕过导向链轮（该链轮被装于靠近机器前方处的机架上的马达46驱动）与空转链轮49（装在机架靠近机器后侧处）延伸。所采用的液压马达46可以沿导轨18与19推动工作台21，也就是说可以在挖沟时向前推进挖沟臂。

挖沟臂25同时也装有在其长度方向上具有间隔的推进机构50与51，后者可以与所开挖的沟的侧壁贴合，故可推动挖沟臂25沿开挖表面向前进行切削。参见图8，每个推进机构50与51都包括有一对侧板53与54，它们由一对被液压动力油缸56驱动的连杆55所支撑，在上述油缸的作用下侧板53与54受到向外推动的力而与沟的侧边贴合。

上述侧板上有倒刺57，使其与沟的侧壁能可靠地贴合。内联牵引拉杆58的配置使液压动力油缸的最初伸长能使侧平板向两边分开直至其贴合在沟的侧壁上，然后油缸56的进一步伸长造成侧平板53与54和挖沟臂框架32之间产生纵向的相对位移使得挖沟臂开始对沟的前面进行切削。在侧平板53与54间装入弹簧59，以在上述侧板53与54和沟的侧壁间预加载荷。油缸56的回缩运动可将侧板53与54从沟的侧壁上拉开关向前移动。

如图9所示，套24前端的壁板具有开孔61，以便使挖出的土通过开孔进入卸土槽31再经运送带30卸落至挖沟机的另外一边。

土壤从沟的被掘面切下后落入沟两壁与挖沟链35间的运土叶片60上，该叶片间隔地连接在挖沟链上。挖沟链35上升的前面把这些运土叶片60向上举升并送出沟外。在套24中及其下方的滑槽与沟衔接以将运土活板60上的土送至运送带30上方的套24中的开孔61处并从那里经卸土口31落到运送带30上。残留在运土叶片或挖土链上的土被一排连接在套24上的清土弹簧62除去。所采用的这些清土弹簧62在正常工作位置时沿挖土链滑过而当它们与开挖齿或运土叶片接触时就向外弹开。

挖沟臂的横向倾斜度由装在开沟臂框架内的电子水平传感器63监控。该传感器的输出信号输入至一控制计算机64，后者将测得的倾斜度与所要的倾斜度加以比较，在必要时就启动平台摆动油缸17使挖沟臂回归至所要的倾斜度。类似的系统也用于控制挖沟臂绕销管23转动时的倾斜度。计算机还以输出信号控制工作台驱动机构与挖沟臂送进机构的相对速度以维持挖沟臂处于所要的倾斜度。为使挖沟机对准所要求的开挖线，在与开挖线平行的直线上设置有激光束传感器65用来进行监控，并监控光束截面上的各点与两个安装在机器前部与后部的两个激光探测器。用以驱动履带13与15的驱动马达68也由计算机64控制以纠正任何由该系统检出的动作失误，上述纠正可以在工作台走过机架的全长后与开挖下一段沟的操作开始前实现，故挖沟机10在挖沟时所走的路线可以是一条近似直线的之字形路线。或者可在开挖过程中对驱动马达68进行所要的操作来对挖掘方向进行频繁的小量调整。

参见图6与图7，开沟链70包括与平板72相连的循环链71，平板72上带有夹具73，其上装有可拆卸的切削刃74。斜撑75与带有夹具73的平板72成刚性连结并沿循环链71的方向向后延伸（从切削刃处）直至与被拖动平板76相接，后者位于平板72的后面，当链条平展时即与循环链相接触。斜撑75的形状应使其相对于切削刃74的尖端在绕过链的导向链轮时具有较小的旋转半径因而不致与沟的表面相接触。斜撑75与被拖动平板76彼此相对的一面是分离的，以使两者间仅能在被拖动平板76的后端发生接触。斜撑75上与被拖动平板76相对的边缘上具有倒角以减少被挖掘物在两者间积存的可能性。支承滚轮77靠紧链71转动并施力于切削刃74使其对沟壁78进行切削。

图10所示的是一种在挖沟臂25后面导入加强物与混凝土的一种方法。为此在挖沟臂后方带有一对经拖动连接器160与挖沟臂相连的盾板161与162，盾板与两侧的沟壁贴合而其间的空间可以放入加强物163与164。加强物通过滚子165与166和导向件167与168（在盾板的尾端）被送入沟中。当加强物在滚子与导向件间被送入沟中时， 新的一段加强物又落到两块盾板之间。混凝土则由适当的混凝土泵送入混凝土滑槽169连续地流入沟中的加强物周围。在滚子165与166和导向件167与168间的小的缝隙只允许小量的混凝土渗过故放进加强物的上述空间可保证其非常清洁。

在使用时开沟机驶至现场，同时挖沟臂25对准开挖线，然后开动挖沟臂对地面进行竖直挖掘直至所要的深度（可达8米）。工作台21的起始位置安排在导轨18的最后端，在挖沟机定位后工作台21沿导轨运动直至导轨的最前端，挖沟臂框架上的送进机构50与51也同时动作。然后履带13与15开始动作，履带台车即沿开挖线向前运动，而工作台则后退至导轨18与19的尾端。上述步骤连续不断的重复进行直至所要的沟挖成为止。当然，在台车每次移动时都要对刚挖成的沟段的偏移量进行校正。而且液压动力油缸17也可以动作以调整挖沟臂的相对于台车的倾斜度以保证挖沟臂的竖直状态或使其保持预定的倾斜度。可以安装自控装置来保证对挖沟臂进行预定的控制，并在工作台21上适当地设置一司机室170以便操作人员可以对挖沟过程进行近距离的目视检查。

当机器挖掘时链71沿所要切削的壁面78平行的方向被驱动并受到来自支承滚轮77的推力切入壁面78。上述推力使切削刃74受到一个力矩作用，夹具73亦随之向后转动使链71弯曲。上述力矩将受到抵抗，即链节71的转动由于斜撑75与被拖动链板76的接触而受到阻止。如图9与图10所示：往复平板送进装置包括与销块92相连的平板91，销块92以销94与滑块93铰接。滑块93可在横梁96的槽95中自由地横向滑动。而横梁96可以在装在挖沟臂框架98上的导轨97上纵向自由滑动。横梁96通过上液压往复运动油缸99与下液压往复运动油缸100与挖沟臂框架98连接。一液压管101与上液压往复运动油缸99中活塞大面积一侧连通，而另一液压管102与下液压往复运动油缸100中具连杆的一侧相连。上液压往复运动油缸99中连杆一侧则与下液压往复运动油缸100中活塞大面积的一侧以管103相连通。上液压往复运动油缸99与下液压往复运动油缸100在尺寸上的相对关系是：当上液压往复运动油缸99伸长时从其具连杆的一端排出的液体进入下液压往复运动油缸100的活塞大面积一侧使得两个油缸伸长的距离相等。推板91的横向伸缩是由液压往复运动油缸104通过连接销106与连接板105作用于推板而实现的。

松土送进系统110（参见图13与14）位于框架111中而后者固定在挖沟臂内。滑板112可沿滑道113在框架111内纵向滑动。平板114可以在滑板112内横向滑动。平板114与横向液压往复运动油缸115相连，故可以伸缩。滑板112借助纵向往复运动油缸116与框架111相连。平板114受限位销117（固定在托架112上并与平板114上的狭槽相啮合）限制，不会发生超量的侧向位移。

如图15与16所示，循环链送进系统130包括框架131（固定于挖沟臂中），由横向液压往复运动油缸132将框架131与机架133连接起来。机架133上装有轴承134，轴135在其中转动。轴135带动与循环链137啮合的链轮136。板条138与循环链137相连。压板139与机架133相连且位于循环链137内侧。由一个或多个旋转油缸进行驱动，上述油缸通过连接板141安装于机架133上且通过连轴节142与轴135相连。

为送进挖沟臂还在其上安装有往复平板送进系统，后者由横向液压往复运动油缸104提供动力使平板91从沟壁107缩回，同时纵向液压往复运动油缸99与100把滑架96与滑板93与平板91相对于框架97向前拉动。然后横向往复运动油缸104伸长将平板91推向并压往沟壁，纵向往复运动油缸99与100则将挖沟臂相对于平板91（已坚固地贴紧在沟壁上）。纵向往复运动油缸的串联布置及其活塞面积的相互关系保证了两缸的伸长量是相同的，故滑架96在滑板99中不会倾斜或卡住。

为送进挖沟臂还安装有松土推进系统，其中用纵向液压往复运动油缸将滑板112与缩回的横向往复运动油缸115（该油缸已将平板114收回至框架111的范围之内）拉向框架111。然后横向液压往复运动油缸115伸长，将平板114推向沟壁118。当平板114进入沟壁118的距离足够时，即产生足以阻止平板114相对于沟壁118作纵向运动的阻力，纵向液压往复运动油缸则推动框架111使挖沟臂在沟中送进。当纵向往复运动油缸伸长后，横向往复运动油缸115缩回并将平板114从 沟壁118上抽回，上述循环将不断地重复。

为送进挖沟臂，循环链送进系统将从挖沟臂框架向前伸展（在横向往复运动油缸的作用下），直到外环上的板条138在平板139的推力压向沟壁143，转动油缸140转动链轮136使链137与板条138相对框架131后退以送进挖沟臂。

显然，虽然在上面结合附图给出了本发明的实施例，但所有的对这些或其它的实施例的改良与变更凡属本专业的普通技术人员所容易想到的，都将落入本发明的广泛的保护范围，如同在后面所附的权利要求中所限定的那样。

Claims (9)

1、一种挖沟机，它包括可沿开挖线纵向移动的支承台车；在上述支承台车上的用以安装工作台的机架；上述工作台支承一个可操作的挖沟臂，当上述工作台相对于上述支承台车移动时挖沟臂即沿开挖线挖出具有某种断面的沟；其特征在于，上述工作台受到上述机架的限制仅能相对上述支承台车作纵向运动；上述挖沟臂可绕一纵向轴线回转使其相对于上述台车倾斜一个角度；上述机架包括一个具有纵向延伸的导轨的平台，上述工作台可在驱动装置的驱动下沿上述导轨移动；上述平台与上述支承台车铰接并可以绕一纵向摆动轴线回转，并有一倾斜机构用来控制上述平台绕上述摆动轴线的转动。

2、按权利要求1所述的挖沟机，其特征在于，上述工作台上装有置于上述导轨上的支承轮。

3、按权利要求1所述的挖沟机，其特征在于，上述挖沟臂包括一用以导引线于其上的挖土链的挖沟臂框架以及驱动上述链的链驱动装置。

4、按权利要求3所述的挖沟机，其特征在于，上述挖沟臂框架可调节地安装在一个支承于上述工作台上的滑板上以变化挖掘深度，并有深度调控装置以对上述挖沟臂框架与上述滑板的相对位置进行选定。

5、按权利要求4所述的挖沟机，其特征在于，上述挖沟臂与上述工作台铰接以在下降的与上升的两种挖沟位置间移动。

6、按权利要求5所述的挖沟机，其特征在于，上述挖沟臂框架装有彼此相对的沟壁贴合部件，上述贴合部件可在受向外的力时分别与两侧的沟壁相贴合，而与上述部件相联的送进装置将挖沟臂框架向前推进。

7、按权利要求6所述的挖沟机，其特征在于，上述滑板与上述工作台铰接故可绕一横向回转轴回转。

8、按权利要求3所述的挖沟机，其特征在于，上述挖沟臂框架所支承的挖沟臂送进装置远离上述滑板并可与沟的侧壁贴合并将挖沟臂向前送进。

9、按权利要求1所述的挖沟机，其中具有与上述挖沟臂相连的盾板，后者承受开挖后的沟壁处的土壤压力，上述盾板提供了一个沟中的空间用以放入加强物，还有混凝土倾卸装置与上述盾板相联并用以向盾板后方的沟中倾卸混凝土。

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