CN104632208A - 截割装置和工程机械 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种截割装置和工程机械。所述截割装置包括：截割头；截割臂，其头端与所述截割头相连；回转机构，其包括回转部，固定部，以及驱动所述回转部相对于固定部转动的回转驱动部；所述回转部与所述截割臂的尾端相连。本发明提供的截割装置可以满足浅埋暗挖法的施工需求，可应用于浅埋暗挖的施工。相对于现有的人力挖掘，可以大大降低劳动强度，提高施工效率。

Description

截割装置和工程机械

技术领域

本发明涉及浅埋暗挖施工技术领域，特别涉及一种截割装置和工程机械。

背景技术

目前，在城市地铁施工中，大多采用浅埋暗挖法。浅埋暗挖法是距离地表较近的地下进行地下洞室暗挖施工的一种方法。由于该方法具有造价低、拆迁少、灵活多变、以及不干扰地面交通和周围环境等特点，在地下工程中，如地下通道，尤其是地铁施工中应用较为广泛。按照具体的施工方法，浅埋暗挖法又可分为全断面法、台阶法、中隔断法、交叉中隔墙法、双侧壁导抗法、洞桩法、中洞法和侧洞法等。其中，台阶法工期短、造价低，是最基本、应用最广泛的施工方法，并且，台阶法还是实现其他施工方法的重要手段。台阶法的施工工艺大致如下：开挖环形格栅槽-安装格栅-布置超前小导管-喷浆。由于传统的桩机、挖机等设备功能单一等原因，无法满足上述施工的需求。因此现有浅埋暗挖法主要依靠人工挖掘，劳动强度大，施工效率低下。

发明内容

有鉴于此，本发明提出一种浅埋暗挖工艺的截割装置和工程机械。为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一方面，本发明提供了一种截割装置，包括：截割头；截割臂，其头端与所述截割头相连；回转机构，其包括回转部，固定部，以及驱动所述回转部相对于固定部转动的回转驱动部；所述回转部与所述截割臂的尾端相连。

进一步地，所述截割头与竖直面和/或水平面之间夹角可调。

进一步地，所述截割臂包括：第一截割臂，其头端与所述截割头相连；第二截割臂，其头端与所述第一截割臂尾端铰接，其尾端与所述回转部相连；所述截割装置还包括：驱动所述第一截割臂摆动的第一驱动部。

进一步地，所述第二截割臂的尾端与所述回转部铰接；所述截割装置还包括驱动所述第二截割臂摆动的第二驱动部。

进一步地，所述第一截割臂为沿所述回转机构的轴向和/或径向可伸缩的结构，并且其伸缩端与所述截割头相连。

进一步地，所述第二截割臂为沿其轴线可转动结构，并且转动端与所述第一截割臂相连。

进一步地，所述截割臂为可伸缩结构，和/或沿其轴向可转动结构。

进一步地，所述截割装置还包括：安装于所述截割臂的打孔机构。

进一步地，所述截割装置还包括：安装于所述截割臂，用于支撑格栅的格栅支撑机构。

进一步地，所述截割装置还包括：用于检测所述回转机构的回转中心与巷道断面距离的第一距离传感器。

本发明还提供一种工程机械，其设置有上述任意一项所述的截割装置。

进一步地，所述工程机械设置有支撑座，其与所述截割装置的回转机构的固定部相连；并且，所述支撑座可沿所述工程机械的长度、宽度和高度中的一个或多个方向位置可调。

进一步地，所述工程机械还包括辅助臂，所述辅助臂安装有打孔机构、格栅支撑机构和喷浆机构中一种或多种机构。

进一步地，所述工程机械还包括扒料装置和运料装置，所述扒料装置用于将截割落料扒装至所述运料装置中。

本发明提供的截割装置设置有截割头、截割臂和回转机构。截割头通过截割臂与回转机构的回转部相连。其中，截割头用于破碎土层实现挖槽；截割臂一方面用于支撑截割头，另一方面，与回转部相连后，在随回转部的转动过程中带动截割头做回转运动，截割头做回转运动的同时做环形切割，由此实现了环形格栅槽的挖掘。因此，本发明提供的截割装置可以满足浅埋暗挖法的施工需求，可应用于浅埋暗挖的施工。相对于现有的人力挖掘，可以大大降低劳动强度，提高施工效率。

进一步地，通过调整调整截割头与竖直面和/或水平面的夹角，可以实现挖掘角度的灵活调节。通过在截割臂上设置打孔装置，可以实现为超前小导管打孔的功能。通过在截割臂上设置格栅支撑机构，可以方便格栅的运送，降低运送格栅的劳动强度，进一步提高施工效率。通过在设置检测回转机构的回转中心与巷道断面距离的第一距离传感器，可以实现截割位置的精确定位，保证断面形成质量。

附图说明

构成本发明的一部分的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。在附图中：

图1为本发明实施例一提供的截割装置的结构示意图；

图2为本发明实施例二提供的工程机械的结构示意图。

附图标记说明：

1     截割头                    2     截割臂

21    第一截割臂                22    第二截割臂

31    回转部                    32    固定部

41    第一驱动部                42    第二驱动部

5     打孔机构                  51    活动杆

52    打孔油缸                  53    打孔杆

54    第一支杆                  55    第二支杆

56    伸缩油缸                  6     格栅支撑机构

7     支撑座                    8     扒料装置

9     运料装置                  10    驾驶室

11    液压系统                  12    动力系统

13    后支撑                  14    行走机构

15    铲板

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面结合附图，对本发明的各优选实施例作进一步说明。

本发明实施例一提供一种截割装置，将该截割装置安装于可移动的工程机械，如掘进机后，可以作为浅埋暗挖工艺的施工设备。具体请参见图1，该图示出了本实施例提供的截割装置的结构。该截割装置包括：

截割头1；

截割臂2，其头端与截割头1相连；

回转机构，其包括回转部31，固定部32，以及驱动回转部31相对于固定部32转动的回转驱动部；该回转部31与截割臂2的尾端相连。

本实施例提供的截割装置中，截割头1用于破碎土层，实现挖槽。该截割头1具体可以包括截割刀具，和用于驱动截割刀具绕其轴线旋转的刀具驱动部，由此该截割头1可以实现旋转切割，切割效率较高。截割臂2连接于截割头1与回转机构之间。截割臂2用于支撑截割头1，此外还用于带动截割头1做回转运动。为了保证支撑强度，截割臂2的头端优选与截割头1为固定连接，例如焊接。截割臂2可以为可伸缩结构，和/或沿其轴向可转动结构。

回转机构用于实现上述回转运动。该回转机构包括有回转部31，固定部32和回转驱动部。其中，固定部32用于安装于固定机构上，例如，掘进机本体上的支撑座等。回转部31与截割臂2的尾端相连，回转部31可相对于固定部32转动，转动过程中带动截割臂2和截割头1做回转运动，截割头1回转运动的同时做环形切割，由此实现了环形格栅槽的挖掘。该回转机构的回转中心线优选沿整机的机身长度方向布置(通常也是巷道纵深方向)，由此该截割装置可实现沿整机行进方向掘进挖槽，下述实施例均以此种布置方式进行描述。当然，根据不同工况的需求，上述回转机构的回转中心线也可以沿与整机机身前后方向垂直的上下方向布置，或者沿其他方向布置。

上述固定部32和回转部31可以为回转支撑结构，具体而言，回转部31可以为回转支撑的内圈，固定部32可以为回转支撑的外圈。回转机构的回转驱动部则用于驱动回转部31转动，该回转驱动部包括但不限于：油缸、电机、马达、齿轮齿条结构、蜗轮蜗杆结构、缆绳等。

本实施例提供的截割装置中，截割头1通过截割臂2连接到回转机构的回转部31，回转部31转动过程中带动截割臂2及截割头1进行回转运动。截割头1回转过程中，实现对土层的环形切割，因此可以借助该装置实现浅埋暗挖工艺所需的环形格栅槽的挖掘，故可以满足浅埋暗挖工艺的施工需求。相对于现有的人力挖掘，可以大大降低劳动强度，提高施工效率。

进一步地，为了便于根据不同的工况调节截割头1的切削方向，本实施例提供的截割装置中，截割头1与竖直面和/或水平面之间夹角优选可调。作为一种实现方式，截割头1可以通过截割臂2调整其与竖直面和/或水平面夹角。

请参见图1，该图示出了本实施例中截割臂2的一种优选结构，该截割臂2为相铰接的分体结构，同时配以能够驱动分体截割臂摆动的机构，以实现截割臂摆动带动截割头运动而改变切割方向的功能。具体而言，该截割臂2可以包括：

第一截割臂21，其头端与截割头1相连；

第二截割臂22，其头端与第一截割臂21尾端铰接，其尾端与回转部31相连；

截割装置还包括：驱动第一截割臂21摆动的第一驱动部41。

第一驱动部41驱动第一截割臂21绕着铰轴的方向摆动。如图所示，本实施例中第一截割臂21与第二截割臂22的铰轴方向沿水平面布置，则第一驱动部41可以驱动第一截割臂21沿竖直面摆动，进而带动改变截割头1与竖直面的夹角。由此，当需要调节截割头1与竖直面的夹角时，可以通过控制第一驱动部41带动第一截割臂21和截割头1摆动一定角度实现。又如：第一截割臂21与第二截割臂22的铰轴沿竖直方向布置时，第一驱动部41则可以驱动第一截割臂21和截割头1沿水平面摆动。上述第一驱动部41具体可以为第一驱动油缸，第一驱动油缸的固定端和自由端分别与第一截割臂21和第二截割臂22相连。

进一步地，上述第一截割臂21可以为沿回转机构的轴向和/或径向可伸缩的结构，其伸缩端可以与截割头1相连。当第一截割臂21为沿回转机构的轴向可伸缩结构时，可以调节截割头1与巷道断面的距离。当第一截割臂21为沿回转机构的径向可伸缩的结构时，可以通过调节第一截割臂21的伸缩量调节截割半径，进而实现不同形状的弧形格栅槽的切割，以及连续变径的格栅槽的切割(例如椭圆状格栅槽的切割)。

进一步地，第二截割臂22的尾端可以与回转部31铰接；该截割装置还包括驱动第二截割臂22摆动的第二驱动部42。如此设置的优点在于：通过第二截割臂22的摆动可以实现环形格栅槽的半径的调节。如图1所示的状态，第二截割臂22向上摆动，环形格栅槽半径增大；反之，环形格栅槽半径减小。该结构具有调节方式灵活简便的优点，能够对多种工况都具有适配性。上述第二截割臂22可以通过铰接座与回转部31铰接。上述第二驱动部42具体可以为第二驱动油缸，第二驱动油缸的自由端和固定端分别与第二截割臂22和铰接座相连。更优选的，该第二截割臂22为沿其轴线可转动结构，并且转动端与第一截割臂21相连。由此使得割头1既可与竖直面的夹角可调，又可与水平面的夹角可调。具体而言：该截割臂1包括上述结构的第一截割臂21和第二截割臂22，并且第二截割臂22包括外截割臂、内截割臂和驱动内截割臂转动的第三驱动部；内截割臂的头端与第一截割臂21的尾端铰接，外截割臂的尾端与回转部31铰接。第一驱动油缸的固定端和固定端分别与第二截割臂22的内截割臂和第一截割臂21相连，第二驱动油缸的自由端与第二截割臂22的外截割臂相连。

需要说明的是，在其他实施例中，根据截割头1的截割功能需求，截割臂还可以多种实现方式。例如，本实施例中截割臂2为两节节臂的结构，本领域技术人员可以理解，截割臂也可以为多于两节的节臂结构，本领域技术人员可以根据具体工况进行选择。例如，该截割臂可以包括：顺次铰接的多节截割臂，位于头端的一节截割臂与截割头1铰接，位于尾端的一节截割臂与回转部31相连。当然，该截割装置还包括多个驱动机构，每一驱动机构用于驱动相应的截割臂沿竖直方向摆动。除此之外，截割臂还可以采用连杆机构，例如该截割臂包括平行设置的两个截割臂，所述两个截割臂的头端均与截割头1铰接，尾端均与回转部31铰接，形成一个四连杆结构，该截割装置还相应设置驱动上述一个或两个截割臂摆动的驱动机构。

另外，为了便于及时获取截割头1的截割角度，本实施例提供的截割装置还优选包括有用于检测截割头1与竖直面夹角的第一角度传感器，和/或用于检测截割头1与水平面夹角的第二角度传感器。为了便于及时获取截割头1的截割半径，该截割装置还优选包括有用于检测截割头到回转中心的垂直距离的第二距离传感器。

为了保证断面形成质量，本实施例提供的截割装置还优选包括有用于检测回转机构的回转中心与巷道断面距离的第一距离传感器。施工时，可以预先设定截割位置，即回转中心到断面的距离。整机行进过程中，第一距离传感器获得回转中心到断面的实时距离，当获得的距离达到预设值时，提示操作人员，由此操作人员便可停止行进，进行截割操作，由此实现了截割位置的可控性。

该第一距离传感器可以为激光距离传感器、雷达距离传感器、声波距离传感器等电子距离传感器，也可以为机械距离传感器。为了保证所测距离的精确性，该第一距离传感器可以为两个，分别设置于回转机构的沿截割装置宽度方向两侧，该两个第一距离传感器优选对称设置。

为了便于对截割装置一些动作的自动控制，本实施例提供的截割装置还优选包括有辅助控制系统，该辅助控制系统包括控制器，该控制器可以具有以下功能中的一个或多个：控制截割头1与竖直面的夹角，控制截割头1与水平面的夹角，控制截割半径，控制截割位置。具体而言：

该控制器可以与上述第一角度传感器和第一驱动部41相连，用于根据预设的第一角度值(截割头1与竖直面的预设夹角)控制第一驱动部41动作直至第一角度传感器检测到的夹角信息达到上述第一角度值。

该控制器还可以与上述第二角度传感器和第三驱动部相连，用于根据预设的第二角度值(截割头1与水平面的预设夹角)控制第三驱动部动作直至第二角度传感器检测到的夹角信息达到上述第二角度值。

该控制器还可以与上述第二距离传感器和第二驱动部相连，用于根据预设的截割半径值控制第二驱动部动作直至第二距离传感器检测到的距离信息达到上述预设半径值。

该控制器还可以与上述第一距离传感器相连，用于该第一距离传感器获取的距离信息与预设的第一距离值(回转中心到断面的预设距离值)做比较，当二者相等时发送停止行进信号，或者控制整机停止行进。

进一步地，为了便于超前小导管的布置，上述截割装置还优选包括：安装于截割臂2的打孔机构5。请参见图1，该打孔机构5具体可以包括：活动杆51、打孔油缸52、打孔杆53、第一支杆54、第二支杆55及伸缩油缸56。该活动杆51上开设有收容腔及位于该收容腔前方的滑槽，该打孔油缸52设置于该收容腔中，该打孔杆53可滑动地设置于该滑槽中并与该打孔油缸52相连接。该打孔油缸52的伸缩可驱动该打孔杆53从该活动杆51中伸出或回缩，从而可控制该打孔杆53进行打孔。该第一支杆54一端铰接在该活动杆51上形成第一交接点，另一端铰接在截割臂2上。该第二支杆55的一端铰接在该活动杆51上形成第二铰接点，另一端铰接在上述截割臂2上。该伸缩油缸56一端铰接在该截割臂2，另一端铰接在该第一铰接点或第二铰接点上。该伸缩油缸56可驱动该第一支杆54或该第二支杆55相对该截割臂2前后摆动以增加该打孔杆53向前伸出的行程。优选地，该第二支杆55的长度大于该第一支杆54的长度，当该伸缩油缸56处于回缩状态时，该打孔杆53处于与该截割臂2相平行的位置，通过该伸缩油缸56的驱动可使该打孔杆53沿着该截割臂2延伸的方向伸缩；当该伸缩油缸56处于伸出状态时，该打孔杆53一端的与该截割臂2之间形成锐角，然后再通过该伸缩油缸56的驱动可使该打孔杆53以与该截割臂2形成锐角的方向伸缩，从而扩展该打孔装置5的打孔角度。上述第一支杆54、第二支杆55和伸缩油缸56均可铰接于上述第二截割臂22。

环形格栅槽开挖完毕需要安装格栅，以起到支护作用。为了便于运送格栅，降低人工运送的劳动强度，提高施工效率，本实施例提供的截割装置还优选包括安装于截割臂2，用于支撑格栅的格栅支撑机构6。该格栅支撑机构6用于支撑格栅，其可随整机前后移动，还可随着截割臂2的上摆或下落相应上升或下降，由此实现格栅前后方向，以及上下方向的运送。如图1所示的截割装置结构中，该格栅支撑机构6可以具体安装于第一截割臂21。

综上所述，本发明实施例提供的截割装置具有截割头、截割臂和回转机构。截割头通过截割臂与回转机构的回转部相连。其中，截割头用于破碎土层实现挖槽；截割臂一方面用于支撑截割头，另一方面，与回转部相连后，在随回转部的转动过程中带动截割头做回转运动，截割头做回转运动的同时做环形切割，由此实现了环形格栅槽的挖掘。因此，本发明实施例提供的截割装置可以满足浅埋暗挖法的施工需求，可应用于浅埋暗挖的施工。相对于现有的人力挖掘，可以大大降低劳动强度，提高施工效率。

进一步地，通过调整调整截割头与竖直面和/或水平面的夹角，可以实现挖掘角度的灵活调节。通过在截割臂上设置打孔装置，可以实现为超前小导管打孔的功能。通过在截割臂上设置格栅支撑机构，可以方便格栅的运送，降低运送格栅的劳动强度，进一步提高施工效率。通过在设置检测回转机构的回转中心与巷道断面距离的第一距离传感器，可以实现截割位置的精确定位，保证断面形成质量。

请参见图2，本发明实施例二还提供一种工程机械，具体可以为掘进机。该工程机械可以作为浅埋暗挖设备，其设置有实施例一提供的截割装置。具体而言，该工程机械可以设置有支撑座7，截割装置的回转机构的固定部32安装于该支撑座7。作为优选方案，该支撑座7可沿工程机械的长度、宽度和高度中的一个或多个方向位置可调，进而方便调整截割装置在上述维度上的位置。另外，该工程机械还优选包括辅助臂，该辅助臂安装有打孔机构、格栅支撑机构和喷浆机构中一种或多种机构。进一步地，该辅助臂可以沿竖直面和/或水平面摆动，进而方便携带上述机构到达工作位置。

进一步地，该工程机械还优选设置有扒料装置8和运料装置9，扒料装置8用于将截割落料扒装至该运料装置9中。而后运输系统将物料运送至设备后方。此外，该工程机械还可以包括有驾驶室10、液压系统11、动力系统12、后支撑13、行走机构14、铲板15。其中，铲板15和后支撑13可撑起设备，调整设备沿巷道纵深方向角度。

由于上述截割装置具有上述技术效果，因此，设有该截割装置的工程机械也应具备相应的技术效果，其具体实施过程与上述实施例类似，兹不赘述。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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。

Claims (14)

1.一种截割装置，其特征在于，包括：

截割头(1)；

截割臂(2)，其头端与所述截割头(1)相连；

回转机构，其包括回转部(31)，固定部(32)，以及驱动所述回转部(31)相对于固定部(32)转动的回转驱动部；所述回转部(31)与所述截割臂(2)的尾端相连。

2.根据权利要求1所述的截割装置，其特征在于，所述截割头(1)与竖直面和/或水平面之间夹角可调。

3.根据权利要求1所述的截割装置，其特征在于，所述截割臂(2)包括：

第一截割臂(21)，其头端与所述截割头(1)相连；

第二截割臂(22)，其头端与所述第一截割臂(21)尾端铰接，其尾端与所述回转部(31)相连；

所述截割装置还包括：驱动所述第一截割臂(21)摆动的第一驱动部(41)。

4.根据权利要求3所述的截割装置，其特征在于，所述第二截割臂(22)的尾端与所述回转部(31)铰接；所述截割装置还包括驱动所述第二截割臂(22)摆动的第二驱动部(42)。

5.根据权利要求3所述的截割装置，其特征在于，所述第一截割臂(21)为沿所述回转机构的轴向和/或径向可伸缩的结构，并且其伸缩端与所述截割头(1)相连。

6.根据权利要求3所述的截割装置，其特征在于，所述第二截割臂(22)为沿其轴线可转动结构，并且转动端与所述第一截割臂(21)相连。

7.根据权利要求1所述的截割装置，其特征在于，所述截割臂(2)为可伸缩结构，和/或沿其轴向可转动结构。

8.根据权利要求1所述的截割装置，其特征在于，还包括：安装于所述截割臂(2)的打孔机构(5)。

9.根据权利要求1所述的截割装置，其特征在于，还包括：安装于所述截割臂(2)，用于支撑格栅的格栅支撑机构(6)。

10.根据权利要求1所述的截割装置，其特征在于，还包括：用于检测所述回转机构的回转中心与巷道断面距离的第一距离传感器。

11.一种工程机械，其特征在于，其设置有权利要求1至10任意一项所述的截割装置。

12.根据权利要求11所述的工程机械，其特征在于，所述工程机械设置有支撑座，其与所述截割装置的回转机构的固定部(31)相连；并且，所述支撑座可沿所述工程机械的长度、宽度和高度中的一个或多个方向位置可调。

13.根据权利要求11所述的工程机械，其特征在于，还包括辅助臂，所述辅助臂安装有打孔机构、格栅支撑机构和喷浆机构中一种或多种机构。

14.所述权利要求11所述的工程机械，其特征在于，还包括扒料装置(8)和运料装置(9)，所述扒料装置(8)用于将截割落料扒装至所述运料装置(9)中。