CN103993546B - 路牙石铺设机 - Google Patents

Abstract

一种路牙石铺设机，主要由车体机构、吊装机构、激光制导机构和刮灰机构组成，车体的前桥为龙门跷结构距地面0.4米，后桥半轴差速传动；吊装机构安装在车体的一侧，由三维平台和吊装钳组成，激光制导机构由激光放线仪与激光接收器组成，激光接收器为光靶式结构，激光靶安装在吊装钳侧面与吊装钳一起移动。刮灰机由直流电机驱动。本发明采用激光放线，整机蓄电池供电，与现代筑路工程机械相配套，精准快速铺设，低噪声，无污染。

Description

路牙石铺设机

技术领域

本发明涉及一种道路施工机械，特别是涉及一种路牙石铺设机。

背景技术

现代化筑路工程机械加快了城乡道路的改观，筑路速度是半机械化生产的几十倍，平整度和承载能力大大提高。道路分界牙石以前是长0.5米的水泥构件，随着道路规格的提升，现代路牙石广泛采用长1米；宽0.2米；高0.3米切割岩石石料作为路牙石。目前这种岩石路牙石只是挂线人工铺设，通常一块长1米，宽0.2米，高0.3米花岗路牙石重约180公斤左右，铺设时需两人各持两把铁钩，钩在路牙石底面共同将其搬起，放在铺垫的灰土上，用挂线找平、照直。如铺垫的灰土高度不合适，还要将路牙石搬下重新调整灰土厚度。每铺砌一块路牙石要搬动两三次才能合适，但施工过程中有的施工人员图省力，灰土尽量少铺，甚至只垫两头，低了就将路牙石翘起，局部塞垫一点，这样虽然上面儿暂时平了，但灰土未能附着整个路牙石底面，时间长了路牙石就会出现下沉或歪斜。还有在铺设时，灰土铺高了为省事就用大铁锤直接往下砸路牙石，结果使路牙石破损甚至断裂。

可见人工铺设路牙石，其施工质量差，劳动强度高，铺设速度慢，生产效率低，安全性差，人工铺设由于铺灰高低不平导致石基松软，灰土与路牙石粘合面积不足、牢固性差、破损率高，由于传统挂线找平照直，视差较大，挂线本身有一定垂度，另外挂线受风的影响很大，因此平直度很难保证，4级以上的风力无法正常施工。

发明内容

本发明的发明目的在于针对人工铺设路牙石，其施工质量差，劳动强度大，铺设速度慢，生产效率低，安全性差等不足，提供一种采用激光放线，整机蓄电池供电，与现代筑路工程机械相配套，精准快速铺设的路牙石铺设机。

实现上述目的采用以下技术方案：

一种路牙石铺设机，包括车体机构、吊装机构、激光制导机构和刮灰机构，其特征在于：

a.车体结构：车体底盘用方管焊接而成，车体上配备可调节座椅和遮阳棚，车体的前部设置有盘式四联杆转向机构，车体的前桥为龙门跷结构距地面0.4米，后桥半轴差速传动；

b.吊装机构：吊装机构安装在车体的一侧，由三维平台和吊装钳组成，实现三维调整的三维平台主要由横向轨道、吊轮、丝杠、步进电机、纵向导轨、涡轮蜗杆电机、卷筒、钢丝绳、吊装钳组成，其中吊装钳采用拉剪式自夹紧结构，钳体采用钢板叠置销轴联结，钳口内侧粘敷防滑材料，钳口张开锁定由电磁控制；

c.激光制导机构由激光放线仪与激光接收器组成，激光放线仪采用激光强度500mW，波长650nm的红色半导体激光器，有效距离约100m；

d激光接收器为光靶式结构，激光靶安装在吊装钳侧面与吊装钳一起移动，激光靶面外层是正方形滤光片，滤光片的里边是4块等腰梯形非晶硅感光片组成的平面接收器，和4块矩形非晶硅感光片组成的筒式接收器，平面接收器镶嵌在靶体的表面，方筒接收器镶嵌在靶体的靶心位置并与方孔对正，靶体通过支架与吊装钳固定联结。

刮灰机构：刮灰机由直流电机驱动，主要由刮灰机机体、滚轮滑块、齿轮、齿条、压灰轮、刮灰板、拉毛刮板组成,刮灰机构中的齿条与吊装钳固定联结作为刮灰机的齿条导槽，刮灰机中直流电机与刮灰机机体固定联接，电机的输出轴与齿轮键联结，齿轮与固定的齿条啮合，滚轮滑块的轴与刮灰机机体固定联结。

作为优选方案

所述的三维平台由横向导轨、纵向导轨及垂直提升机构组成，横向导轨设置为两条，横向导轨由步进电机驱动，步进电机固定联结在各自横向导轨内部，丝杠与步进电机的输出轴联结。

所述的激光靶外层是边长为150㎜的正方形定波长的滤光片，滤光片的里边是4块短边为1.5㎜，长边为150㎜的等腰梯形和4块1.5*50mm矩形非晶硅感光片组成的筒式接收器所构成的。

所述的激光放线仪放置在车体的后部，激光靶安装在吊装钳侧面与吊装钳一起移动。

所述的齿条导槽一端为圆弧形，以实现刮灰机的转向。

采用上述技术方案，与现有技术相比，路牙机底盘为方向盘式四轮双桥机型，前桥较高，以方便前桥跨过待镶嵌的路牙石，前双轮转向，后桥可差速驱动，路牙机行走时速可达35公里/小时，无极调速，整机电力由4块12V/120Ah蓄电池20供给，一次充电可铺设20公里，也可以由电源供电进行铺设。

铺设作业时路牙机的吊装钳，将一字排列的路牙石夹住吊起，激光接收器拾取到放线仪激光束，三维平台自动调整路牙石，使之精准对位，随后刮灰机构沿路牙石底面平行刮去多余灰土并压实，拉毛，实施快速精准铺设。本发明的显著效果在于：采用激光放线，准确无误，整机蓄电池供电，一次充电可铺设20公里，与现代筑路工程机械相配套，精准快速铺设，此产品轻量化设计，可全天候施工,零排放，低噪声，无污染。

附图说明

图1、图2、图4是本发明车体结构示意图。

图3是本发明上下吊轮的安装示意图，是图2的D向剖视图。

图5是本发明刮灰机构结构示意图。

图6是本发明激光靶示意图。

图7是本发明中控台操作面板显示的操作流程示意图（用于解释本发明的工作原理）。

图中标记：车棚1，棚柱2，转向机构3，中控台4，主体车架5，制动踏,6，调速踏板7，车轮8，预铺路牙石9，干镶水泥砂灰10，铺设中路牙石11，横向导轨Ⅰ锁定手柄12，可调驾驶座椅13，拨叉挡杆14,横向导轨Ⅱ锁定手柄15，拨叉拉杆16，拨叉17，纵向导轨18，激光靶19，蓄电池20，已铺设路牙石21，激光束22，激光放线仪23，横向导轨Ⅱ步进电机24，横向导轨Ⅱ25，横向导轨Ⅱ丝杠26，横向导轨Ⅱ吊轮27，横向导轨Ⅱ吊轮支架28，纵向导轨吊轮支架29，提升电机30，卷筒31，钢丝绳32，吊装钳吊环33，衔铁34，电磁铁35，吊装钳36，防滑垫37，齿条38，齿轮39,刮灰电机40，拉毛板41，前桥42，驱动电机43，后桥44，横向导轨Ⅱ丝杠母45,中心轴46,纵向导轨从动吊轮47，横向导轨Ⅰ吊轮48,横向导轨Ⅰ步进电机49，横向导轨Ⅰ50,横向导轨Ⅰ吊轮支架51，横向导轨Ⅰ丝杠母52，横向导轨Ⅰ丝杠53,压力轴承54，中心轴55，纵轨吊轮架56，,纵轨丝杠母57，纵轨丝杠58，联轴器59，纵向导轨步进电机60，纵向导轨主吊轮61，滑块62，刮灰机体63，压灰轮64，刮灰板65，平面接收器66，滤光片67，筒形接收器68，靶体69，激光靶支架70。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的描述。

本发明公开了一种路牙石铺设机，该机是机光电一体化产品，由车体机构、吊装机构、激光制导机构和刮灰机构等组成。

车体结构见图1-2，它的底盘为龙门骨架形式，主体车架5的材料采用80*80mm壁厚4mm的方管及40×40方管焊接而成，主体车架5上配备可调节座椅13，车体机身长2.4米，宽1.3米，高1.25米。车体机身上安装遮阳棚1，遮阳棚1用棚柱2支撑，遮阳棚布用防雨帆布缝制，长1.8米，宽1.4米。棚柱2为直径32毫米圆管棚顶距地面1.9米。车体的左侧安装有蓄电池组20，车体的前部设置有盘式四联杆转向机构3和中控台4。制动踏板6、调速踏板7，安装在驾驶台脚控位置与底盘相连接。前桥42为龙门跷结构，距地面0.4米。四车轮8为4.50-14充气轮胎，前轮转向后轮驱动，用直流无刷60V/1200W驱动电机43驱动。后桥44半轴差速传动，铺设施工中，踩压制动踏板6实施制动，按中控台4驻车按钮可实现电子驻车，踩压加速踏板7可释放电子驻车及加速。

吊装机构：见图2、图3，安装在车体的一侧，由三维平台和吊装钳体组成，

实现三维调整的三维平台由横向导轨25、50，吊轮27、47、48、61，丝杠26、53、58，横向导轨,步进电机49、24，纵向导轨18、提升电机30、卷筒31、钢丝绳32、吊装钳36组成，横向导轨设置为两条，分为横向导轨Ⅰ50和横向导轨Ⅱ25，可实现三维调整。吊轮27、47、48、61分别用吊轮支架支撑，各吊轮与吊轮支架通过压力轴承、中心轴对称转动联结。其中横向导轨Ⅰ吊轮支架51通过中心轴55及压力轴承54与纵向导轨吊轮支架转动联结，横向导轨Ⅰ、Ⅱ50、25所挂接的吊轮组，吊挂纵向导轨18，纵向导轨18的主动吊轮支架56固定装有丝杠母57，纵向导轨18安装步进电机60，通过步进电机60、丝杠58、丝杠母57及吊轮61，推动纵向导轨18移动。

吊装钳36采用拉剪式自夹紧结构，钳体采用4mm厚钢板叠置，销轴联结，钳口内侧粘敷防滑垫37，钳口张开锁定由电磁铁35与衔铁34电磁控制。吊装钳36的钳体上安装钳体吊环33，钢丝绳32一端穿过钳体吊环33并固定，另一端与卷筒31缠绕。

激光制导机构：由激光放线仪23、激光接收器19、三维平台组成，激光放线仪23采用激光强度500mW，波长650nm的红色半导体激光器，有效距离约100m。施工时激光放线仪23放置在车体的后部，架设在路牙石铺设的起点，调好方位，设立警示标志及警戒线，开启激光放线仪23，激光放线仪便发出一条直径在0.5mm可见红色激光束22。

见图1、图2、图4和图6，激光接收器为光靶式结构，可形象称之为激光靶，激光靶19安装在吊装钳36侧面与吊装钳一起移动，激光靶面外层是一块边长150mm的正方形定波长滤光片67，滤光片67的里边是四块短边为1.5mm长边为150mm的等腰梯形的非晶硅感光片66所组成150×150正方形的平面接收器66和四块1.5×50mm的矩形非晶硅感光片组成的1.5×1.5mm长50mm的方筒式接收器68。平面接收器66镶嵌在靶体69表面，方筒式接收器68镶嵌于靶体69的靶心位置并与平面接收器方孔对正，靶体69通过支架70与吊装钳36固定联结。铺设时，先手动控制三维平台使吊装钳36将路牙石吊起，系统可自动将路牙石向铺设大致方位移动，当激光束22击中光靶靶面66的任何部位，系统将光靶接收到的光电信息处理后，由PLC控制三维平台做出调整，从而使联结在吊装钳上的光靶19上下左右快速调整，最终使激光束22从光靶靶心方筒式接收器68中穿过，当激光束22从靶心穿过，此时调整结束，这标志路牙石已在镶嵌位置的上方精准对位，此过程是以激光制导的方式使路牙石精准对位。

见图1图2、图3，三维平台由横向导轨25、50，纵向导轨18及垂直提升机构30组成，横向导轨设置为两条，两条横向导轨Ⅰ、Ⅱ上分别设有横向导轨锁柄12、15，横向导轨及吊轮由步进电机驱动，步进电机固定联结在各自的横向导轨内部。横向导轨Ⅰ的丝杠53与步进电机49的输出轴联结，丝杠母52与吊轮支架51固定联结，丝杠母52套装丝杠53，丝杠53与步进电机49的输出轴联结，横向导轨Ⅱ轨丝杠母45与横向导轨Ⅱ吊轮支架28固定联结，纵向导轨吊轮支架29与中心轴46连接，丝杠母45套装丝杠26，丝杠26与步进电机24的输出轴联结，横向导轨Ⅰ吊轮支架51与纵向导轨吊轮支架56，通过压力轴承54，中心轴55对称转动联结，吊轮47、61吊挂纵轨，纵向导轨的左右移动由ⅠⅡ横轨步进电机驱动，纵向导轨步进电机60与纵轨18一端固定联结，电机轴与丝杠通过联轴器59联结，丝杠母57与吊轮支架56固定联结，丝杠母57套装丝杠58，因此纵轨18的纵向移动由步进电机60驱动。

刮灰机构：刮灰机构是实现路牙石铺设平直度与牢固性重要环节，刮灰机构的刮灰机由直流电机40驱动，刮灰机由刮灰机体63，滚轮滑块62、齿轮39、压灰轮64、刮灰板65、拉毛刮板41组成,刮灰机构中的齿条与吊装钳36固定联结作为刮灰机的齿条导槽，为实现刮灰机的平动和转向，齿条导槽的一端为圆弧形。刮灰机的直流电机40与刮灰机机体63固定联接，齿条导槽38一端为圆弧形，以实现刮灰机的转向，齿条导槽38固定安装在吊装钳36上，刮灰机与齿条导槽滑动配合，直流电机40的输出轴与齿轮39键联结，齿轮39与固定的齿条38啮合，滚轮滑块62的轴与刮灰机63固定联结。当直流电机40转动时齿轮39与齿条38啮合传动，刮灰机沿齿条38水平移动，移动的过程中刮灰板65将高低不平的干镶水泥砂灰刮平，但略高，随后压灰轮64又将略高部分的灰土压实，紧接着锯齿形拉毛刮板41又将压实的灰土表面刮成毛絮状，实现干镶水泥砂灰夯实刮平的技术要求。刮灰机沿齿条平行刮至尽头再沿齿条圆弧段转向扬起完成刮灰。

本发明的工作原理见附图7：

铺设作业时两条横向导轨悬于路牙机右侧，横向导轨25、50的移动也是由横向导轨中步进电机驱动，因横向导轨25、50与导轨内吊轮是相对运动，受力也是相对的，因此当电机转动时锁定丝杠母，横向导轨25、50便朝相反方向移动，因此移动横向导轨25、50可通过锁定纵向导轨18来实现。用拨叉挡杆14、17实现锁定纵向导轨18。移动横向导轨25、50前，先将锁定横向导轨Ⅰ、Ⅱ的锁柄12和15松开，向前推拨叉档杆14，拨叉档杆14下端为拨叉，另一拨叉17通过拉杆16及销轴与之联动以实现锁定纵向导轨18；纵向导轨锁定后，操作中控台横向导轨Ⅰ+Ⅱ轨同步十字手柄开关向左，这时横向导轨Ⅰ和横向导轨Ⅱ中的步进电机49、24带动丝杠一起转动，通过丝杠螺母机构使得固定联结丝杠母的吊轮沿丝杠轴线移动，由于上下吊轮支架通过轴承、中心轴转动联结，纵向导轨18与吊轮47、61吊挂，锁定纵向导轨18，横向导轨Ⅰ、Ⅱ轨便向右推出。横向导轨25、50到位后，松开中控台Ⅰ+Ⅱ横向轨同步十字手柄开关，拉回拨叉档杆14，再将锁定横向导轨Ⅰ、Ⅱ的锁柄12和15锁紧。横向导轨Ⅰ、Ⅱ中的步进电机，及所属的传动机构既能推动横向导轨25、50左右移动，又能推动纵向导轨18左右移动，纵向导轨横向移动距离1000mm。操作中控台横向导轨Ⅰ或横向导轨Ⅱ的十字手柄开关可单独控制纵向导轨水平位置，操作横向导轨Ⅰ+Ⅱ轨同步十字手柄开关可同时将纵向导轨18左右平行移动。由于纵向导轨18右侧吊轮61支架56与丝杠母57固定联接，步进电机60与纵向导轨18固定联结，丝杠58与步进电机60输出轴通过联轴器59联结，丝杠母57套装丝杠58，因此纵向导轨18由步进电机60驱动，通过中控台纵轨水平十字手柄开关前后操作使纵向导轨18纵向移动（既前后移动），移动范围100mm。纵向导轨18侧面固定安装两台涡轮蜗杆步进电机30作为提升动力，图2所示各涡轮轴与各自卷筒键连接，钢丝绳32一端与卷筒31固定并缠绕，另一端与吊装钳钳体吊环33联结，吊装钳可通过涡轮蜗杆步进电机提升，操作中控台吊装钳Ⅰ或吊装钳Ⅱ的十字手柄开关升、降，使吊装钳垂直上下移动。综上简述三维平台可使吊装钳上、下、左、右、前、后三维运动实现对预铺路牙石9起吊后位置调整。

间隙调整及刮灰：路牙石在镶嵌位置上方以激光制导方式精准对位后，程序将执行间隙调整此时纵向导轨步进电机转动，纵向导轨、吊装钳及路牙石一起沿激光束纵向移动到指定位置（即间隔为10mm），由接近开关控制实现。间隙调整结束后，程序发出刮灰指令，刮灰机形同一台小型压路机如附图5所示，刮灰机通过电机、齿轮、齿条等沿路牙石底面平行将铺垫不规则的干镶水泥砂灰10从后往前刮平随后压实并拉毛，行至尽头，刮灰机通过齿条的圆弧部分转体，使之上扬后停止，经刮平、压实、拉毛，干镶水泥砂灰10与路牙石11底面结合成度可达100﹪，可确保路牙石11铺设精准、牢固。

本发明的操作过程：

路牙机铺砌作业时第一步操作中控台4见附图7（为了描述清晰，附图7采用文字流程描述），打开钥匙电源开关，扳动中控台前进、后退档位开关置前进挡，适量踩压加速踏板7，开动路牙机，路牙机行进到铺设区域，踩制动踏板6停稳后按中控台驻车按钮，实施驻车后，将前进档位开关置中间空档。按以下步骤操作相应手柄，首先松开附图1中，横向导轨锁柄12和15，向前推动拨叉档杆14，操作中控台Ⅰ+Ⅱ横向轨同步十字手柄开关向左，吊装机构自动将两个横向导轨向右推出，到位后锁紧两个横向导轨，拉回拨叉档杆14，操作中控台横向导轨Ⅰ、横向导轨Ⅱ十字开关左右方向，使纵轨及吊装钳左右移动到预铺路牙石正上方，再将两十字开关置吊装钳Ⅰ、Ⅱ开关置下降方向，当吊装钳跨架在路牙石并与钳体内上部接触时，按中控台起吊按钮电磁铁断电，Ⅰ轨、Ⅱ轨十字手柄开关置提升吊装钳，吊装钳随提升加紧路牙石并平稳起吊，如按中控台起吊按钮5秒钟以上进入自动程序，电磁铁断电，拉剪式自夹紧结构的吊装钳36随提升自动将路牙石夹紧，路牙石平稳吊起，路牙石底面距地面200mm左右起吊自动停止，两横向导轨中电机工作，纵向导轨、吊装钳、路牙石一起向右运行，同时刮灰机启动，刮灰机从上扬位置沿圆弧转至路牙石的底面，在沿底面运行到刮灰的启点，吊装钳由于固定安装激光接收器，当光靶接收到激光放线仪发出的激光束，吊装机构进入激光制导阶段，经三维平台精确调整使路牙石精准对位，精准对位完成进入间隙调整阶段，纵向导轨18前后移动使路牙石间隔为10mm。间隙调整结束进入刮灰阶段，刮灰机从路牙石底面的后端向前运行直至刮灰机转体完成刮灰，吊装机构将路牙石垂直放下完成整个铺设，自动运行中操作控制台任何手柄都可结束自动，方便手动与自动的转换。

路牙石铺设机特点，路牙机底盘为方向盘式四轮桥机型，前桥较高，以方便前桥跨过待镶嵌的路牙石，前双轮转向，后桥双轮可差速驱动，路牙机行走时速可达35公里/小时，无极调速，整机电力由4块12V/120Ah蓄电池20供给，一次充电可铺设20公里，也可以由电源供电进行铺设。

铺设前先将干镶水泥砂灰10大致铺垫在铺设位置，预铺路牙石11摆放在距灰土500～800mm之间一字排列。铺设作业时路牙机的吊装钳36，将一字排列的路牙石夹住吊起，激光接收器，拾取到激光放线仪激光束22，三维平台自动调整路牙石，使之精准对位，随后刮灰机构沿已铺设路牙石21底面平行刮去多余灰土并压实，实施快速精准铺设。

上述实施例仅表达了本发明的一种实施方式，但并不能因此而理解为对本发明范围的限制。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种路牙石铺设机，包括车体机构、吊装机构、激光制导机构和刮灰机构，其特征在于：

a.车体结构：车体底盘用方管焊接而成，车体上配备可调节座椅和遮阳棚，车体的前部设置有盘式四联杆转向机构，车体的前桥为龙门跷结构距地面0.4米，后桥半轴差速传动；

b.吊装机构：吊装机构安装在车体的一侧，由三维平台和吊装钳组成，实现三维调整的三维平台主要由横向轨道、吊轮、丝杠、步进电机、纵向导轨、涡轮蜗杆步进电机、卷筒、钢丝绳、吊装钳组成，三维平台由横向导轨、纵向导轨及垂直提升机构组成，横向导轨设置为两条，横向导轨由步进电机驱动，步进电机固定联结在各自横向导轨内部；横向导轨挂接吊轮组，吊挂纵向导轨，纵向导轨侧面固定安装两台涡轮蜗杆步进电机作为提升动力，通过步进电机及吊轮，推动纵向导轨移动；

钢丝绳一端与卷筒固定并缠绕，另一端与吊装钳钳体吊环联结，吊装钳通过涡轮蜗杆步进电机提升，所述的吊装钳采用拉剪式自夹紧结构，钳体采用钢板叠置销轴联结，钳口内侧粘敷防滑材料，钳口张开锁定由电磁铁与衔铁电磁控制；

c.激光制导机构由激光放线仪与激光接收器组成，激光放线仪采用激光强度500mW，波长650nm的红色半导体激光器，有效距离100m；

d激光接收器为光靶式结构，激光靶安装在吊装钳侧面与吊装钳一起移动，激光靶面外层是正方形定波长的滤光片，滤光片的里边是四块等腰梯形非晶硅感光片组成的平面接收器，和四块矩形非晶硅感光片组成筒式接收器，平面接收器镶嵌在靶体的表面，筒式接收器镶嵌在靶体的靶心位置，靶体通过支架与吊装钳固定联结；

e刮灰机构：刮灰机构由直流电机驱动，主要由刮灰机机体、滚轮滑块、齿轮、压灰轮、刮灰板、拉毛刮板组成,刮灰机构中的齿条与吊装钳固定联结作为刮灰机的齿条导槽，直流电机与刮灰机机体固定联接，直流电机的输出轴与齿轮键联结，齿轮与固定的齿条啮合，滚轮滑块的轴与刮灰机机体固定联结。

2.根据权利要求1所述的路牙石铺设机，其特征在于，激光靶面外层是边长为150㎜的正方形滤光片，滤光片的里边是4块短边为1.5㎜，长边为150㎜的等腰梯形结构的非晶硅感光片，和4块1.5×50mm非晶硅感光片。

3.根据权利要求1所述的路牙石铺设机，其特征在于，所述的激光放线仪放置在车体的后部。

4.根据权利要求1所述的路牙石铺设机，其特征在于，所述的齿条导槽一端为圆弧形，以实现刮灰机的转向。