CN110219333A - 快速反应式螺旋推进发掘机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种快速反应式螺旋推进发掘机，包括机体和行走驱动机构，其特征是：机体呈扁平式中空船体结构，所述行走驱动机构包括螺旋滚筒、支腿、液压杆和螺旋滚筒传动机构，在机体前方部位设置两只螺旋滚筒和其后方部位设置两只螺旋滚筒，螺旋滚筒通过支腿与机体连接，四组螺旋滚筒与行走驱动机构连接构成独立控制转向及转速的挖掘机调节机构，机体的连接耳铰接有液压缸套，液压杆前端与支腿下部的连接耳铰接，液压缸套与供油系统连接构成机体及支腿的角度调节机构。有益效果：本发明实现两栖作业功能。适用于复杂环境及地形，更高效、更智能的作业机械。

Description

快速反应式螺旋推进发掘机

技术领域

本发明属于工程机械技术领域，尤其涉及一种用于环保清淤的快速反应式螺旋推进发掘机。

背景技术

我国新型经济形态的发展对生态环境保护及治理提出了更高要求，而水资源生态治理和保护占较大比重。我国浅海、内河、湖泊、沼泽等分布广泛，地形多种多样。近几年工程船舶和疏浚设备已在环境改善及水资源保护方面发挥了重要作用，基本取代了原始的人工清淤和河流疏浚方式。例如专利文献公开号202193183U公开了一种用于环保清淤的海龟式泵送船。包括挖掘机上车、振动筛、化学制剂注料口、搅拌料斗、固体泵、动力包、推进器、输泥管、边浮箱、船体和化学制剂舱，所述船体的四角分别设有爬行支腿。专利文献公开号2017-07-21公开了一种环保清淤施工系统，包括淤泥挖掘设备、淤泥筛分设备、淤泥脱水机和多个输料泵；所述淤泥筛分设备的出料口与第一输料泵的进料口连接，所述第一输料泵的出料口通过第一淤泥输送管道与所述淤泥脱水机的进料口连接；或者，所述淤泥筛分设备的出料口与第二输料泵的进料口连接，所述第二输料泵的出料口与第二淤泥输送管道的一端连接，所述第二淤泥输送管道的另一端位于待填充的固堰区域内。

但是，现有设备大多都受到地形限制，只能在一定范围内或特定环境内使用。专利文献公开号202108065U公开了一种用于环保清淤的浮箱履带式挖掘机。包括挖掘机上车和下车，所述下车为浮箱履带式结构，所述浮箱外侧包裹有链条，所述链条上安装有履带瓦；所述浮箱内侧设有推进器，所述推进器为液压马达驱动螺旋桨；所述浮箱外侧设有支腿，所述支腿为液压油缸控制支腿；整机尾部设有驱动马达。其虽然能够满足两栖作业要求，但是两个空心浮箱体积较大且不具备调节功能，在转向、横向行驶等方面机动性较差，在一定程度上也影响了挖掘机的作业范围。另外，在适应较大坡度区域作业或跨越障碍等方面存在一定困难，即在适应全地形行驶和作业方面表现不够突出。浮箱外侧支腿主要提供支撑和固定作用，不具备提供航行浮力和地面行驶的主要驱动力。

面对国内近海区域及内河湖泊水资源污染问题和生态保护需求，环保清淤施工亟待研发一种能适用于复杂环境及地形，更高效、更智能的作业机械。

发明内容

本发明的目的在于克服上述技术的不足，而提供一种快速反应式螺旋推进发掘机，采用特种船体结构和独立螺旋式推进驱动结构的结合，可以适应多种复杂环境的河流疏浚和清淤工作。

本发明为实现上述目的，采用以下技术方案：一种快速反应式螺旋推进发掘机，包括机体及安装在机体前部的操作室、机械臂和行走驱动机构，其特征是：所述机体呈扁平式中空船体结构，所述行走驱动机构包括螺旋滚筒、支腿、液压杆和螺旋滚筒传动机构，在机体前方部位设置两只螺旋滚筒和其后方部位设置两只螺旋滚筒，螺旋滚筒通过支腿与机体连接，每个螺旋滚筒前后各有一个支腿，所述支腿一端与机体的连接耳铰接，支腿另一端与螺旋滚筒的传动轴连接，传动轴通过轴承支撑在螺旋滚筒两侧的端盖上，四组螺旋滚筒与行走驱动机构连接构成独立控制转向及转速的挖掘机调节机构，机体的连接耳铰接有液压缸套，液压杆前端与支腿下部的连接耳铰接，液压缸套与供油系统连接构成机体及支腿的角度调节机构。

所述机体及支腿的角度调节机构的调整夹角为0°-90°。

所述螺旋滚筒采用中空结构，其两端头固接有端盖，端盖中心固接有轴承，轴承支撑传动轴，螺旋滚筒外圆周表面设有螺旋状肋片，同侧前后两个螺旋滚筒的螺旋状肋片的旋转方向相反，前端或后端的左右两侧螺旋滚筒的螺旋状肋片的旋转方向相反。

所述螺旋状肋片与螺旋滚筒轴线夹角为15°-40°。

所述行走驱动机构采用双向液压驱动马达或链条传动机构。

所述机体尾部平行固接有两套撑起机体高度的液压支撑装置，液压支撑装置包括支撑杆、固定套、调整支撑杆角度液压缸和调整支撑杆长度液压缸，所述固定套与机体尾部的支架铰接，支撑杆与固定套滑动连接，固定套连接耳上分别铰接有调整支撑杆角度液压缸和调整支撑杆长度液压缸，调整支撑杆角度液压缸的活塞杆前端与机体连接支架铰接，调整支撑杆长度液压缸的活塞杆前端与支撑杆上部连接耳铰接。

所述支撑杆通过法兰或螺纹接管连接有加长辅助接杆。

所述机体通过液压支撑装置的撑起高度为0-1米。

所述机体尾部选配的螺旋桨动力选用液压驱动马达，螺旋桨的方向调整选用液压杆控制。

所述操作室中安装有控制面板，所述控制面板分别与GNSS定位接收机、旋转传感器、MSS301、斗杆传感器、MSS306倾斜挖斗传感器或MSS300大臂传感器连接，实现挖掘机能够按照预设程序进行智能作业。

所述控制面板选用iCP41控制面板，所述控制面板与GNSS定位接收机、旋转传感器、MSS301、斗杆传感器、MSS306倾斜挖斗传感器或MSS300大臂传感器的一种或多种连接。

有益效果：与现有技术相比，本发明实现两栖作业功能。在螺旋推进器的推动下，快速反应式螺旋推进发掘机非常适合在雪地、沼泽地、沙滩、丛林等地行驶。在恶劣路面下，能够表现出更好的适应性和机动性。四个独立支腿式滚筒能够单独调节，能够适应凹凸不平和带坡度地面环境。运用滚筒和尾部支撑杆协同工作，机体能够稳定地漂浮在水面上，适应小于6米以下的水深区域作业。本发明除单纯的挖掘作业外，经过简单变装，还可以实现铰吸式清淤、河床(滩)加固和成为多种机械的载体的多种功能。

本发明作为适用于复杂环境及地形，更高效、更智能的作业机械，可以解决替代内河传统人工疏浚和清淤的作业方式，具有能够自由出入沼泽等松软地域，能够在水中浮航作业。具有机动性能好、作业稳定的优点。适用于沿海潮间带、沼泽、滩涂、内河、湖泊的挖掘作业，实现水陆两栖作业。

附图说明

图1是本发明的结构主视示意图；

图2是图1的俯视图；

图3是图1的侧视图；

图4是图1中滚筒的结构示意图；

图5是滚筒与机体连接方式的结构示意图；

图6是尾部支撑杆工作方式示意图；

图7a-图7c是机体通过支腿的角度调节机构的调整夹角示意图；

图8是尾部螺旋桨连接方式示意图。

图中：1、机体，2、操作室，3、机械臂，4、螺旋滚筒，4-1、螺旋状肋片，5、支腿，6、液压杆，7、双向液压驱动马达，8、传动轴，9、端盖，10、液压缸套，11、支撑杆，12、固定套，13、调整支撑杆角度液压缸，14、调整支撑杆长度液压缸，15、机体尾部的支架，16、机体连接支架，17、螺旋桨。

具体实施方式

下面结合较佳实施例详细说明本发明的具体实施方式。

详见附图1-6，本实施例提供了一种快速反应式螺旋推进发掘机，包括机体1及安装在机体前部的操作室2、机械臂3和行走驱动机构，所述机体呈扁平式中空船体结构，所述行走驱动机构包括螺旋滚筒4、支腿5、液压杆6和螺旋滚筒传动机构，所述行走驱动机构采用双向液压驱动马达或链条传动机构。本实施例采用双向液压驱动马达7。在机体前方部位设置两只螺旋滚筒和其后方部位设置两只螺旋滚筒，螺旋滚筒通过支腿与机体连接，所述支腿一端与机体的连接耳铰接，支腿另一端与螺旋滚筒的传动轴8连接，传动轴通过轴承支撑在螺旋滚筒两侧的端盖9上，四组螺旋滚筒与行走驱动机构连接构成独立控制转向及转速的挖掘机调节机构，机体的连接耳铰接有液压缸套10，液压杆前端与支腿下部的连接耳铰接，液压缸套通过进出油嘴与供油系统连接构成机体及支腿的角度调节机构。

本实施例的优选方案是，所述机体及支腿的角度调节机构的调整夹角螺旋滚筒采用中空设计，能够提供整机的浮力，使其能够实现两栖作业；为0°-90°。

本实施例的优选方案是，所述螺旋滚筒采用中空结构，其两端头固接有端盖，端盖中心固接有轴承，轴承支撑传动轴，螺旋滚筒外圆周表面设有螺旋状肋片4-1，同侧前后两个螺旋滚筒的螺旋状肋片的旋转方向相反，前端或后端的左右两侧螺旋滚筒的螺旋状肋片的旋转方向相反。所述螺旋状肋片与螺旋滚筒轴线夹角为15°-40°。

本实施例的优选方案是，所述机体尾部平行固接有两套撑起机体高度的液压支撑装置，液压支撑装置包括支撑杆11、固定套12、调整支撑杆角度液压缸13和调整支撑杆长度液压缸14，所述固定套与机体尾部的支架15铰接，支撑杆与固定套滑动连接，固定套连接耳上分别铰接有调整支撑杆角度液压缸的活塞杆和调整支撑杆长度液压缸，调整支撑杆角度液压缸与机体连接支架16铰接，调整支撑杆长度液压缸的活塞杆前端与支撑杆上部连接耳铰接。所述支撑杆通过法兰或螺纹接管连接有加长辅助接杆(图中未示)。所述机体通过液压支撑装置的撑起高度为0-1米。通过增加的加长辅助接杆可以适应更深水域和其他工作内容。

所述机体尾部选配的螺旋桨动力选用液压驱动马达18，螺旋桨17的方向调整选用液压杆控制。

本实施例的优选方案是，所述操作室中安装有控制面板，所述控制面板分别与GNSS定位接收机、旋转传感器、MSS301、斗杆传感器、MSS306倾斜挖斗传感器或MSS300大臂传感器连接，实现挖掘机能够按照预设程序进行智能作业。所述控制面板选用iCP41控制面板，所述控制面板与GNSS定位接收机、旋转传感器、MSS301、斗杆传感器、MSS306倾斜挖斗传感器或MSS300大臂传感器的一种或多种连接。

工作原理和过程

螺旋推进式挖掘机结构包含两个部分。第一部分为机体部分：机体部分由扁平式中空船体结构和挖掘机转盘、操作室、机械臂、尾部支撑杆等组成；机体采用扁平式结构，增大与水面的接触面积提高机械臂作业时的稳定性。转盘与机械臂布置在机体的前部，一是能增大作业面积；二是在机械行走过程中能提供辅助功能。机体尾部设置两个液压控制的尾部支撑杆，既能满足行走辅助，又能作为作业时的支腿。第二部分为螺旋推进器：推进器由4个独立的螺旋筒组成，螺旋筒用支腿的方式与机体相连接，并由液压杆进行调节角度。螺旋筒采用中空设计，减轻整机总量的同时，能增加水中作业时的浮力和整机的平稳性。液压杆通过调节支腿与机体的角度，来满足对不同环境的适应。滚筒独立设置可更好地适应复杂环境，比如带坡度的作业面或凹凸不平的地理环境等。推进器选用四个液压马达分别驱动各螺旋筒，提供整机前进的动力。由于螺旋筒在水中亦能提供前进动力，螺旋桨可以不设置或作为备用选装。

详见附图4、5，挖掘机采用双螺旋推进方式进行行走和航行，通过两侧螺旋滚筒的速度差能够实现转向功能。通过调整滚筒的旋转方向可实现原地转向、多角度斜向移动、垂直与水平方向平移等功能。

推进器四个滚筒同侧前后两个滚筒的螺旋肋片旋转方向相反，同端(前端或后端)左右两侧滚筒的螺旋肋片的旋转方向相反。四个推进器滚筒独立设计，可单独进行转向、转速的调节控制。螺旋滚筒可提供陆地、软滩、水域的前进动力。滚筒螺旋肋片与滚筒轴线夹角可根据动力输出功率和整机重量情况进行匹配，夹角可选用15°-40°范围。螺旋推进器的四个滚筒，分别用两个支腿形式和铰链方式与机体相连，支腿与机体的角度由液压杆进行调节控制。支腿与机体之间夹角在0°-90°之间调整，将机体撑起高度在0-1米之间范围。能够满足正常行走，上、下车，漂浮航行等需求。四组支腿为独立设置，使整机可在由坡度，或某组支腿下方有局部凹坑或凸起时保持水平。螺旋推进器的四个滚筒中空设计，能够提供整个机体的漂浮浮力。通过调整滚筒支腿与机体的角度，能够调整机体主体的的吃水深度。作业时可提高整机的稳定性。

螺旋推进器动力马达为双向液压驱动马达。液压马达数量为四个，分别控制一个螺旋滚筒。机体尾部选配的螺旋桨动力选用液压驱动马达，螺旋桨的方向调整选用液压杆控制。

详见附图6，尾部支撑杆数量为两个。尾部支撑杆通过铰链与机体连接，并由液压杆进行调节角度。液压杆分为固定套和滑动杆。固定套和滑动杆通过滑销方式进行连接，由液压杆控制相对位置来实现支撑杆的长度调节。支撑杆可作为撑起机体的液压支腿，也可作为工作状态下的锚固点插入泥土中来稳定整机。本发明能够与先进的探测器和电子操作系统融合。控制面板选用iCP41控制面板、GNSS定位接收机、旋转传感器、MSS301含有激光接收器的斗杆传感器、MSS306倾斜挖斗传感器、MSS300大臂传感器等。使挖掘机能够根据预设的程序进行智能作业。

与其他形式疏浚设备相比，本机械能实现两栖作业功能。在螺旋推进器的推动下，本机械非常适合在雪地、沼泽地、沙滩、丛林等地行驶。在恶劣路面下，能够表现出更好的适应性和机动性。四个独立支腿式滚筒能够单独调节，能够适应凹凸不平和带坡度地面环境。运用滚筒和尾部支撑杆辅助机体，能够稳定地漂浮在水面上作业。正常能够适应0-6米水深区域作业，通过增加附加杆来增加尾部支撑杆的长度和更换机械臂的工作触手，能适应更深水域和其他工作内容。

上、下车及运输的实施：在螺旋推进器的推动下，本发明非常适合在雪地、沼泽地、沙滩、丛林等地行驶。但长途运输或需在公路移动时，选择运输板车托运。四个支腿(连同液压杆、螺旋滚筒、滚筒驱动马达)能够与机体拆分运输，拆分时仅需将机体连接支架16的螺栓和液压杆6的油管解除即可实现。拆解过程中，机械臂可作为吊装机械辅助拆解，无需借助其他机械。两侧支腿5与机体1夹角成90°时，两侧滚筒之间的距离不足以使运输板车驶入下方。此时，通过液压杆调整支腿与机体之间的角度，使左、右侧螺旋滚筒间的距离满足板车驶入条件。板车驶入后，继续用液压杆条件支腿与机体之间的角度，是整机重量全部落在运输板车上。随后，拆除支腿完成上车。下车时，顺序相反，不再赘述。

动力传输的实施：四个螺旋滚筒转动分别选用一台液压马达进行驱动，此时仅通过几根液压油管路即可实现螺旋推进系统与机体间的动力传输。支腿角度调节液压杆、尾部支撑杆角度调节液压杆、长度调节液压杆均通过油管路及可完成动力传输。这样，机体减少了较为笨重的传动轴、齿轮、链条等部件，减少的整机的重量，使其已较小体积漂浮在水面上得以实施。动力机械由一台内燃柴油机驱动液压油泵即可提供整机的工作动力。

正常行驶及转向的实施：本发明正常行驶时，四个螺旋滚筒4同时转动工作。推进器四个滚筒同侧前后两个滚筒的螺旋肋片旋转方向相反，同端(前端或后端)左右两侧滚筒的螺旋肋片的旋转方向相反。向前行进时，四滚筒旋转方向(站机前方观察)分别为：左前顺时针，左后逆时针，右前逆时针，右后顺时针；后退行进时，所述相反。向左转向时，左侧两滚筒转动降低速度或停止，右侧动力明显强于左侧，能够完成向左转向。此时左侧滚筒向反方向旋转，可实现机体向左原地转向。如果四滚筒调整为同向旋转，可实现机体的横向移动。如果前侧两个滚筒高速同向转动，后侧两个滚筒低速同向转动，可实现横向扇面行驶来满足特殊区域的作业要求。

带坡度地形和局部凹(凸)环境的适应性：支腿与机体之间的角度可以通过液压杆来进行调节，从而实现机体与地面的高度调节。支腿与机体垂直时是陆地行走的典型状态，支腿与机体平行时是水面行驶的典型状态。支腿的角度可根据环境的不同进行调整，调整前端或后端的两组支腿可实现沿坡面作业，调整左侧或右侧两组支腿可实现垂直于坡面作业。当某组支腿下方为凹坑或凸起时，可单独调整某个支腿使整机更为稳定。

水面作业的实施：机体为中空设计，内部有加固肋板以保证整体强度要求。为减小整机体积和重量，主体排水量无需满足整机重量，大于除推进器系统以外的重量即可。既能保证将推进器连接支腿和滚筒等系统拆除后独立在水面上作业要求。此时，只需添加重量较小的辅助螺旋桨即可。四个螺旋滚筒内部为中空设计，减轻整体质量的同时，能够提供漂浮力使整机工作更稳定。四个滚筒的排水量大于整机重量，能够不依靠机体浮力提供整机的漂浮力。通过调整支腿的角度，可控制滚筒在水平行驶(作业)时的吃水深度，从而调整机体本体的吃水深度，可将机体完全抬起，使机体本体脱离水面。作业时将支腿完全展开，五个与水面的接触点，大大增加了机体的稳定性。螺旋推进挖掘机具备两栖作业，可直接由浅滩驶入河流。四滚筒可旋转可提供整机的航行动力。

支撑杆的实施：尾部支撑杆通过角度调节液压杆和长度调节液压杆，能够实现支撑杆不同角度和不同深度的支撑作用。能够向前和向上推动机体，这样可也辅助行走。作业时，支撑杆可以作为锚固点将支撑杆插入松软的泥土中来固定机体，提高工作时的稳定性。当在较深水域作业时，支撑杆下端可添置辅助加长杆来保证支撑杆能够深入河底。支撑杆设计强度能满足配合挖掘机机械臂或推进器支腿支撑整机的要求。支撑杆、机械臂、推进器支腿相互配合基本能满足全地形行走。

智能作业的实施：本发明上的GNSS定位设备可以在无明显参照物的情况下，通过坐标准确地找到作业地点。作业前进行试挖掘，可以探知清淤的深度，同时挖掘机上装配的电脑系统进行各机械部件运动时的传感器数据进行记录，即记录转盘、挖斗、机械臂等部件的动作幅度。探挖完成后，可以在电脑输入程序，后续可完成自动作业。输入程序包含位置范围信息和各传感器数据来控制机械臂和转盘等部件的动作幅度来完成自动作业内容。

其他作业内容的实施：螺旋推进挖掘机除单纯的挖掘作业外，能够经过简单变装实现其他功能。例如，将机械臂铲斗更换为铰吸头，可实现铰吸式清淤；铲斗跟换为压力注浆工作头，可变为河床(滩)加固机械。螺旋推进挖掘机的扁平式船体结构和螺旋推进器组合可成为多种机械的载体。将挖掘机从转盘处与本体解离后，可组合安装混凝土输送泵装置，成为螺旋推进混凝土输送泵车；组合安装打桩设备后，成为打桩机等等。

上述参照实施例对该一种快速反应式螺旋推进发掘机进行的详细描述，是说明性的而不是限定性的，可按照所限定范围列举出若干个实施例，因此在不脱离本发明总体构思下的变化和修改，应属本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种快速反应式螺旋推进发掘机，包括机体及安装在机体前部的操作室、机械臂和行走驱动机构，其特征是：所述机体呈扁平式中空船体结构，所述行走驱动机构包括螺旋滚筒、支腿、液压杆和螺旋滚筒传动机构，在机体前方部位设置两只螺旋滚筒和其后方部位设置两只螺旋滚筒，螺旋滚筒通过支腿与机体连接，所述支腿一端与机体的连接耳铰接，支腿另一端与螺旋滚筒的传动轴连接，传动轴通过轴承支撑在螺旋滚筒两侧的端盖上，四组螺旋滚筒与行走驱动机构连接构成独立控制转向及转速的挖掘机调节机构，机体的连接耳铰接有液压缸套，液压杆前端与支腿下部的连接耳铰接，液压缸套与供油系统连接构成机体及支腿的角度调节机构。

2.根据权利要求1所述的快速反应式螺旋推进发掘机，其特征是：所述机体及支腿的角度调节机构的调整夹角为0°-90°。

3.根据权利要求1所述的快速反应式螺旋推进发掘机，其特征是：所述螺旋滚筒采用中空结构，其两端头固接有端盖，端盖中心固接有轴承，轴承支撑传动轴，螺旋滚筒外圆周表面设有螺旋状肋片，同侧前后两个螺旋滚筒的螺旋状肋片的旋转方向相反，前端或后端的左右两侧螺旋滚筒的螺旋状肋片的旋转方向相反。

4.根据权利要求1所述的快速反应式螺旋推进发掘机，其特征是：所述机体尾部平行固接有两套撑起机体高度的液压支撑装置，液压支撑装置包括支撑杆、固定套、调整支撑杆角度液压缸和调整支撑杆长度液压缸，所述固定套与机体尾部的支架铰接，支撑杆与固定套滑动连接，固定套连接耳上分别铰接有调整支撑杆角度液压缸和调整支撑杆长度液压缸，调整支撑杆角度液压缸的活塞杆前端与机体连接支架铰接，调整支撑杆长度液压缸的活塞杆前端与支撑杆上部连接耳铰接。

5.根据权利要求4所述的快速反应式螺旋推进发掘机，其特征是：所述支撑杆通过法兰或螺纹接管连接有加长辅助接杆。

6.根据权利要求1所述的快速反应式螺旋推进发掘机，其特征是：所述机体通过液压支撑装置的撑起高度为0-1米。

7.根据权利要求1所述的快速反应式螺旋推进发掘机，其特征是：所述操作室中安装有控制面板，所述控制面板分别与GNSS定位接收机、旋转传感器、MSS301、斗杆传感器、MSS306倾斜挖斗传感器或MSS300大臂传感器连接，实现挖掘机能够按照预设程序进行智能作业。

8.根据权利要求7所述的快速反应式螺旋推进发掘机，其特征是：所述控制面板选用iCP41控制面板，所述控制面板与GNSS定位接收机、旋转传感器、MSS301、斗杆传感器、MSS306倾斜挖斗传感器或MSS300大臂传感器的一种或多种连接。