CN105888678A - 一种智能化挖掘顶管机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种智能化挖掘顶管机，包括挖掘臂总成、防塌方筒体总成、输送机构和控制系统；所述挖掘臂总成包括挖掘臂、旋转单元和摆动单元；所述防塌方筒体总成包括前筒体和后筒体；所述输送机构包括输送带和输送车，所述输送带设置在所述挖掘臂总成的下方，所述输送带和输送车用于输送挖掘出的泥土；所述控制系统包括主控制单元、挖掘臂控制单元、筒体控制单元和输送控制单元，所述主控制单元与所述挖掘臂控制单元、筒体控制单元和输送控制单元信号连接，所述主控制单元用于控制所述挖掘臂控制单元、筒体控制单元和输送控制单元，所述挖掘臂控制单元、筒体控制单元和输送控制单元分别用于控制所述挖掘臂总成、防塌方筒体总成和输送机构的自动工作。
Description
技术领域
本发明涉及挖掘机械领域，具体涉及一种智能化挖掘顶管机。
背景技术
顶管施工就是非开挖施工方法，是一种不开挖或者少开挖的管道埋设施工技术。顶管法施工就是在工作坑内借助于顶进设备产生的顶力，克服管道与周围土壤的摩擦力，将管道按设计的坡度顶入土中，并将土方运走。一节管子完成顶入土层之后，再下第二节管子继续顶进。其原理是借助于主顶油缸及管道间、中继间等推力，把工具管或顶管机从工作坑内穿过土层一直推进到接收坑内吊起。管道紧随工具管或顶管掘进机后，埋设在两坑之间。
顶管机是顶管法施工使用的机械设备。挖掘臂组件是顶管机的重要组成部分，通常挖掘臂组件包括挖掘臂、挖斗和挖斗油缸，挖斗油缸带动挖斗做挖掘动作。
现有的挖掘臂组件只能对单一方向进行挖掘动作，挖斗只能沿一个方向做反复的挖掘动作，其他方向例如位于挖斗侧面的物料则不能被挖掘到。现有的顶管机在挖掘土层软松的地方时，经常会出现上方塌方的情况，挖掘工作就不得不被迫中止，严重影响生产效率，严重的还会直接威胁人员和设备的安全，因此，市场上越来越需要一种设置在顶管机前端的防塌方装置。
另外，由于现有的顶管机自动化水平不高，依然需要使用人工进行人工操作或现场监工，这种操作方法一是生产效率低下，二是对人有一定的安全风险，因此，市场上越来越需要一种智能化操作的挖掘顶管机。
发明内容
本发明是鉴于现有技术存在的上述问题提出的，本发明提供了一种智能化挖掘顶管机。
本发明是通过以下技术方案实现的：一种智能化挖掘顶管机，包括挖掘臂总成、防塌方筒体总成、输送机构和控制系统；
所述挖掘臂总成设置在所述防塌方筒体总成内；
所述挖掘臂总成包括挖掘臂、旋转单元和摆动单元，所述旋转单元用于带动所述挖掘臂作自由转动，所述摆动单元用于带动所述挖掘臂作上下、左右摆动；
所述防塌方筒体总成包括前筒体和后筒体，所述前筒体和所述后筒体通过纠偏油缸铰连接，所述前筒体可沿后筒体向前伸出以防止土层塌方，所述纠偏油缸用于带动所述前筒体进行纠偏以使挖掘沿直线进行；
所述输送机构包括输送带和输送车，所述输送带设置在所述挖掘臂总成的下方，所述输送带和输送车用于输送挖掘出的泥土；
所述控制系统包括主控制单元、挖掘臂控制单元、筒体控制单元和输送控制单元，所述主控制单元与所述挖掘臂控制单元、筒体控制单元和输送控制单元信号连接，所述主控制单元用于控制所述挖掘臂控制单元、筒体控制单元和输送控制单元，所述挖掘臂控制单元、筒体控制单元和输送控制单元分别用于控制所述挖掘臂总成、防塌方筒体总成和输送机构的自动工作。
优选地，所述旋转单元包括旋转油缸，所述旋转油缸的输出端与所述挖掘臂的尾端固定连接，所述旋转油缸用于带动所述挖掘臂作自由旋转；所述挖掘臂总成还包括伸缩单元，所述伸缩单元包括伸缩臂、伸缩油缸和大臂，所述伸缩油缸用于带动所述伸缩臂在所述大臂上前后伸缩；所述旋转单元的旋转油缸的缸体固定在所述伸缩臂上。
优选地，所述摆动单元包括上下变幅油缸，所述上下变幅油缸的活塞杆与所述大臂连接，所述上下变幅油缸的活塞杆用于带动所述挖掘臂作上下摆动；所述上下变幅油缸的缸体固定在一转动架上，所述大臂的尾端枢接在所述转动架上；所述摆动单元还包括左右变幅油缸及回转支承固定座，所述转动架通过一回转支承固定在所述回转支承固定座上，所述左右变幅油缸的活塞杆用于带动所述转动架绕所述回转支承作左右摆动；所述回转支承固定座和左右变幅油缸的缸体设置在所述后筒体上。
优选地，所述主控制单元包括主控制器和显示器，所述主控制器与所述挖掘臂控制单元、筒体控制单元和输送控制单元信号连接，所述主控制器用于控制所述挖掘臂总成、防塌方筒体总成和输送机构的工作，所述显示器用于实时显示所述挖掘臂总成、防塌方筒体总成和输送机构的工作过程。
优选地，所述挖掘臂控制单元包括上下摆动传感器和左右摆动传感器，所述上下摆动传感器和左右摆动传感器均设置在所述后筒体内，所述上下摆动传感器和左右摆动传感器均与所述主控制单元的主控制器信号连接，所述上下摆动传感器和左右摆动传感器分别用于检测所述挖掘臂上下、左右摆动幅度并将检测信号传送至所述主控制器，所述主控制器通过所述挖掘臂控制单元控制所述挖掘臂总成的摆动单元的动作以防止所述挖掘臂与所述防塌方筒体总成发生碰撞。
优选地，所述筒体控制单元包括筒体纠偏传感器，所述筒体纠偏传感器设置在所述后筒体内，所述筒体纠偏传感器与所述主控制单元的主控制器信号连接，所述筒体纠偏传感器用于检测所述前筒体的偏转情况并将检测信号传送至所述主控制器，所述主控制器通过所述筒体控制单元控制所述纠偏油缸的动作以使挖掘沿直线进行。
优选地，所述输送控制单元包括输送带调速器，所述输送带调速器设置在所述输送带一侧，所述输送带调速器与所述主控制单元的主控制器信号连接，所述输送带调速器用于接收所述主控制器通过所述输送控制单元发送的指令并对所述输送带进行速度控制。
优选地，还包括影像系统，所述影像系统与所述主控制单元的显示器信号连接，所述影像系统包括照明灯和摄像头，所述照明灯和摄像头均设置于所述后筒体的上方，所述照明灯用于提供光照，所述摄像头用于实时拍摄所述后筒体内的工作情况并将影像传送至所述显示器。
优选地，还包括挖斗总成，所述挖斗总成设置在所述挖掘臂的前部，所述挖斗总成包括挖斗和挖斗油缸，所述挖斗枢接在所述挖掘臂的前端上，所述挖斗油缸固定在所述挖掘臂上并用于带动所述挖斗做挖掘动作。
优选地，所述纠偏油缸的缸体固定在所述后筒体上，所述纠偏油缸的活塞杆用于推动所述前筒体沿后筒体滑动，所述纠偏油缸用于带动所述前筒体进行纠偏以使挖掘沿直线进行。
与现有技术相比，本发明的智能化挖掘顶管机通过设置控制系统的主控制单元、挖掘臂控制单元、筒体控制单元和输送控制单元，实现对挖掘臂总成、防塌方筒体总成和输送机构的工作控制，不需要人工进行操作或现场监工，通过影像系统将现场工作画面实时传送到显示器，实现了对挖掘顶管机的全自动化操作，其智能化和集约化水平很高；其实现挖掘臂的自由转动及上下、左右自由摆动，使挖掘臂上的挖斗可移动至顶管机外壳边缘上任一点，实现工作时无死角挖掘；防塌方筒体总成通过设置前筒体、后筒体和纠偏油缸，利用纠偏油缸带动前筒体沿后筒体向前伸出，以挖掘解决土层松软地方易塌方的问题，纠偏油缸还可以带动前筒体进行纠偏以使挖掘沿直线进行；本发明的自动挖掘顶管机具有很强的实用性。
为了更好地理解和实施，下面结合附图详细说明本发明。
附图说明
图1是本发明的智能化挖掘顶管机结构示意图。
图2是防塌方筒体总成的前筒体伸出时的示意图。
图3是控制系统和影像系统的框图。
具体实施方式
请参阅图1-图3。
本发明的一种智能化挖掘顶管机，包括挖掘臂总成10、防塌方筒体总成20、挖斗总成
30、输送机构40、控制系统和影像系统50。所述挖掘臂总成10设置在所述防塌方筒体总成20内；所述挖掘臂总成10包括挖掘臂11、旋转单元12和摆动单元13，所述旋转单元12用于带动所述挖掘臂11作自由转动，所述摆动单元13用于带动所述挖掘臂11作上下、左右摆动；所述防塌方筒体总成20包括前筒体21和后筒体22，所述前筒体21和所述后筒体22通过纠偏油缸23铰连接，所述前筒体21可沿后筒体22向前伸出以防止土层塌方，所述纠偏油缸用于带动所述前筒体进行纠偏以使挖掘沿直线进行。所述输送机构40包括输送带41和输送车42，所述输送带41设置在所述挖掘臂总成10的下方，所述输送带41和输送车42用于输送挖掘出的泥土。
所述控制系统包括主控制单元、挖掘臂控制单元、筒体控制单元和输送控制单元，所述主控制单元与所述挖掘臂控制单元、筒体控制单元和输送控制单元信号连接，所述主控制单元用于控制所述挖掘臂控制单元、筒体控制单元和输送控制单元，所述挖掘臂控制单元、筒体控制单元和输送控制单元分别用于控制所述挖掘臂总成10、防塌方筒体总成20和输送机构40的自动工作。所述影像系统50与所述主控制单元的显示器信号连接，所述影像系统50包括照明灯51和摄像头52，所述照明灯51和摄像头52均设置于所述后筒体22的上方，所述照明灯51用于提供光照，所述摄像头52用于实时拍摄所述后筒体22内的工作情况并将影像传送至所述显示器。
所述旋转单元12包括旋转油缸121，所述旋转油缸121的输出端与所述挖掘臂11的尾端固定连接，所述旋转油缸121用于带动所述挖掘臂11作自由旋转。旋转油缸121带动挖掘臂11作360度自由转动，真正实现无死角挖掘。本实施例的所述挖掘臂总成还优选地包括伸缩单元14，所述伸缩单元14包括伸缩臂141、伸缩油缸142和大臂143，所述伸缩油缸142用于带动所述伸缩臂143在所述大臂141上前后伸缩；所述旋转单元12的旋转油缸121的缸体固定在所述伸缩臂143上。所述旋转单元12的旋转油缸121的缸体固定在所述伸缩臂143上。
所述摆动单元13包括上下变幅油缸131，所述上下变幅油缸131的活塞杆与所述大臂14连接，所述上下变幅油缸131的活塞杆带动所述挖掘臂11作上下摆动。所述上下变幅油缸131的缸体固定在一转动架135上，所述大臂14的尾端枢接在所述转动架135上。所述摆动单元13还包括左右变幅油缸132及回转支承固定座133，所述转动架135通过一回转支承134固定在所述回转支承固定座133上，所述左右变幅油缸132的活塞杆用于带动所述转动架135绕所述回转支承134作左右摆动。所述回转支承固定座133和左右变幅油缸132的缸体设置在所述后筒体22上。所述纠偏油缸23的缸体固定在所述后筒体22上，所述纠偏油缸23的活塞杆用于推动所述前筒体21沿后筒体22滑动。纠偏油缸23的缸体固定在所述后筒体上，所述纠偏油缸23的活塞杆用于推动所述前筒体21沿后筒体22滑动，所述纠偏油缸23用于带动所述前筒体21进行纠偏以使挖掘沿直线进行。
所述挖斗总成30设置在所述挖掘臂11的前部，所述挖斗总成30包括挖斗31和挖斗油缸32，所述挖斗31枢接在所述挖掘臂11的前端上，所述挖斗油缸32固定在所述挖掘臂11上并用于带动所述挖斗31做挖掘动作。
所述主控制单元包括主控制器和显示器，所述主控制器与所述挖掘臂控制单元、筒体控制单元和输送控制单元信号连接，所述主控制器用于控制所述挖掘臂总成10、防塌方筒体总成20和输送机构40的工作，所述显示器用于实时显示所述挖掘臂总成10、防塌方筒体总成20和输送机构40的工作过程。
所述挖掘臂控制单元包括上下摆动传感器和左右摆动传感器，所述上下摆动传感器和左右摆动传感器均设置在所述后筒体22内，所述上下摆动传感器和左右摆动传感器均与所述主控制单元的主控制器信号连接，所述上下摆动传感器和左右摆动传感器分别用于检测所述挖掘臂11上下、左右摆动幅度并将检测信号传送至所述主控制器，所述主控制器通过所述挖掘臂控制单元控制所述挖掘臂总成10的摆动单元13的动作以防止所述挖掘臂11与所述防塌方筒体总成20发生碰撞。
所述筒体控制单元包括筒体纠偏传感器，所述筒体纠偏传感器设置在所述后筒体22内，所述筒体纠偏传感器与所述主控制单元的主控制器信号连接，所述筒体纠偏传感器用于检测所述前筒体21的偏转情况并将检测信号传送至所述主控制器，所述主控制器通过所述筒体控制单元控制所述纠偏油缸23的动作以使挖掘沿直线进行。
所述输送控制单元包括输送带调速器，所述输送带调速器设置在所述输送带一侧，所述输送带调速器与所述主控制单元的主控制器信号连接，所述输送带调速器用于接收所述主控制器通过所述输送控制单元发送的指令并对所述输送带41进行速度控制。
工作时，旋转单元12的旋转油缸121带动挖掘臂11和挖斗总成30旋转至某一角度，挖斗总成30的挖斗油缸32带动挖斗31做挖掘动作，当其他角度需要挖掘时，旋转油缸31带动挖掘臂11和挖斗总成30的挖斗31旋转至该角度，挖斗31再开始挖掘。伸缩单元14的伸缩油缸142可以带动伸缩臂143前后伸缩，从而带动挖掘臂11前后移动。左右变幅油缸132带动转动架135绕回转支承134作左右摆动，从而带动挖掘臂11作左右摆动，同时，上下变幅油缸131也可同时带动挖掘臂11作上下摆动，以使挖掘臂11顶部的挖斗31能到达任意一点，实现360度无死角挖掘。在挖掘土层软松的地方时，使用纠偏油缸23将前筒体21沿后筒体22向前伸出，防止土层发生塌方，以保障人员和顶管机等设备的安全。通过所述控制系统的主控制单元控制所述挖掘臂总成10、防塌方筒体总成20和输送机构40的工作，主控制器控通过挖掘臂控制单元控制挖掘臂总成10的摆动单元13的动作以防止所述挖掘臂11与所述防塌方筒体总成20发生碰撞；主控制器通过所述筒体控制单元控制所述纠偏油缸23的动作以使挖掘沿直线进行；输送带调速器接收所述主控制器通过所述输送控制单元发送的指令并对所述输送带41进行速度控制。
与现有技术相比，本发明的智能化挖掘顶管机通过设置控制系统的主控制单元、挖掘臂控制单元、筒体控制单元和输送控制单元，实现对挖掘臂总成、防塌方筒体总成和输送机构的工作控制，不需要人工进行操作或现场监工，通过影像系统将现场工作画面实时传送到显示器，实现了对挖掘顶管机的全自动化操作，其智能化和集约化水平很高；其实现挖掘臂的自由转动及上下、左右自由摆动，使挖掘臂上的挖斗可移动至顶管机外壳边缘上任一点，实现工作时无死角挖掘；防塌方筒体总成通过设置前筒体、后筒体和纠偏油缸，利用纠偏油缸带动前筒体沿后筒体向前伸出，以挖掘解决土层松软地方易塌方的问题，纠偏油缸还可以带动前筒体进行纠偏以使挖掘沿直线进行；本发明的智能化挖掘顶管机具有很强的实用性。
本发明并不局限于上述实施方式，如果对本发明的各种改动或变形不脱离本发明的精神和范围，倘若这些改动和变形属于本发明的权利要求和等同技术范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变形。
Claims (10)
1.一种智能化挖掘顶管机，其特征在于：包括挖掘臂总成、防塌方筒体总成、输送机构和控制系统；
所述挖掘臂总成设置在所述防塌方筒体总成内；
所述挖掘臂总成包括挖掘臂、旋转单元和摆动单元，所述旋转单元用于带动所述挖掘臂作自由转动，所述摆动单元用于带动所述挖掘臂作上下、左右摆动；
所述防塌方筒体总成包括前筒体和后筒体，所述前筒体和所述后筒体通过纠偏油缸铰连接，所述前筒体可沿后筒体向前伸出以防止土层塌方，所述纠偏油缸用于带动所述前筒体进行纠偏以使挖掘沿直线进行；
所述输送机构包括输送带和输送车，所述输送带设置在所述挖掘臂总成的下方，所述输送带和输送车用于输送挖掘出的泥土；
所述控制系统包括主控制单元、挖掘臂控制单元、筒体控制单元和输送控制单元，所述主控制单元与所述挖掘臂控制单元、筒体控制单元和输送控制单元信号连接，所述主控制单元用于控制所述挖掘臂控制单元、筒体控制单元和输送控制单元，所述挖掘臂控制单元、筒体控制单元和输送控制单元分别用于控制所述挖掘臂总成、防塌方筒体总成和输送机构的自动工作。
2.根据权利要求1所述的智能化挖掘顶管机，其特征在于：所述旋转单元包括旋转油缸，所述旋转油缸的输出端与所述挖掘臂的尾端固定连接，所述旋转油缸用于带动所述挖掘臂作自由旋转；所述挖掘臂总成还包括伸缩单元，所述伸缩单元包括伸缩臂、伸缩油缸和大臂，所述伸缩油缸用于带动所述伸缩臂在所述大臂上前后伸缩；所述旋转单元的旋转油缸的缸体固定在所述伸缩臂上。
3.根据权利要求2所述的智能化挖掘顶管机，其特征在于：所述摆动单元包括上下变幅油缸，所述上下变幅油缸的活塞杆与所述大臂连接，所述上下变幅油缸的活塞杆用于带动所述挖掘臂作上下摆动；所述上下变幅油缸的缸体固定在一转动架上，所述大臂的尾端枢接在所述转动架上；所述摆动单元还包括左右变幅油缸及回转支承固定座，所述转动架通过一回转支承固定在所述回转支承固定座上，所述左右变幅油缸的活塞杆用于带动所述转动架绕所述回转支承作左右摆动；所述回转支承固定座和左右变幅油缸的缸体设置在所述后筒体上。
4.根据权利要求1所述的智能化挖掘顶管机，其特征在于：所述主控制单元包括主控制器和显示器，所述主控制器与所述挖掘臂控制单元、筒体控制单元和输送控制单元信号连接，所述主控制器用于控制所述挖掘臂总成、防塌方筒体总成和输送机构的工作，所述显示器用于实时显示所述挖掘臂总成、防塌方筒体总成和输送机构的工作过程。
5.根据权利要求4所述的智能化挖掘顶管机，其特征在于：所述挖掘臂控制单元包括上下摆动传感器和左右摆动传感器，所述上下摆动传感器和左右摆动传感器均设置在所述后筒体内，所述上下摆动传感器和左右摆动传感器均与所述主控制单元的主控制器信号连接，所述上下摆动传感器和左右摆动传感器分别用于检测所述挖掘臂上下、左右摆动幅度并将检测信号传送至所述主控制器，所述主控制器通过所述挖掘臂控制单元控制所述挖掘臂总成的摆动单元的动作以防止所述挖掘臂与所述防塌方筒体总成发生碰撞。
6.根据权利要求4所述的智能化挖掘顶管机，其特征在于：所述筒体控制单元包括筒体纠偏传感器，所述筒体纠偏传感器设置在所述后筒体内，所述筒体纠偏传感器与所述主控制单元的主控制器信号连接，所述筒体纠偏传感器用于检测所述前筒体的偏转情况并将检测信号传送至所述主控制器，所述主控制器通过所述筒体控制单元控制所述纠偏油缸的动作以使挖掘沿直线进行。
7.根据权利要求4所述的智能化挖掘顶管机，其特征在于：所述输送控制单元包括输送带调速器，所述输送带调速器设置在所述输送带一侧，所述输送带调速器与所述主控制单元的主控制器信号连接，所述输送带调速器用于接收所述主控制器通过所述输送控制单元发送的指令并对所述输送带进行速度控制。
8.根据权利要求4所述的智能化挖掘顶管机，其特征在于：还包括影像系统，所述影像系统与所述主控制单元的显示器信号连接，所述影像系统包括照明灯和摄像头，所述照明灯和摄像头均设置于所述后筒体的上方，所述照明灯用于提供光照，所述摄像头用于实时拍摄所述后筒体内的工作情况并将影像传送至所述显示器。
9.根据权利要求1所述的智能化挖掘顶管机，其特征在于：还包括挖斗总成，所述挖斗总成设置在所述挖掘臂的前部，所述挖斗总成包括挖斗和挖斗油缸，所述挖斗枢接在所述挖掘臂的前端上，所述挖斗油缸固定在所述挖掘臂上并用于带动所述挖斗做挖掘动作。
10.根据权利要求1所述的智能化挖掘顶管机，其特征在于：所述纠偏油缸的缸体固定在所述后筒体上，所述纠偏油缸的活塞杆用于推动所述前筒体沿后筒体滑动，所述纠偏油缸用于带动所述前筒体进行纠偏以使挖掘沿直线进行。
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