CN112302081A - 一种岩石基础掏挖的自动化设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种岩石基础掏挖的自动化设备，其能够机械化的完成岩石层上的基坑掏挖的工作，大大减轻了人工作业强度，提升了基坑掏挖的安全性和效率。本发明包含固定在基坑顶部的设备固定架，设备固定架中心为中心固定架；中心固定架通过垂直连杆连接风镐设备；还包含为风镐设备提供压缩空气的空压机、为风镐设备提供电力的发电机；所述垂直连杆上安装有导向组件；所述导向组件包含安装在垂直连杆上的位置调节器，位置调节器的表面均布至少两组导向轮；每组导向轮均通过可伸缩内壁支架与位置调节器连接；可伸缩内壁支架上安装有减震弹簧；所述导向轮与基坑的内壁接触。

Description

一种岩石基础掏挖的自动化设备

技术领域

本发明涉及一种岩石基础掏挖设备，具体用于岩石层上的基坑掏挖。

背景技术

近年来，我国电力行业发展迅速，特别是特高压交、直流输电技术的应用，更是远超他国。其中高压输电线路中的高压输电铁塔更是遍布中国大陆各地，并默默地推动着我国能源格局的快速发展，为千家万户送去光明与温暖。

高压输电铁塔实质是架空线路的支撑点，对倾斜变形非常敏感，对地基不均匀沉降要求也很高。输电铁塔常用的基础形式有独立基础、扩大基础和桩基础等。基坑开挖作为输电线路工程建设过程中的最初工序，其工期的滞后对于整个工程的工期影响无疑是严重的，因此，为保证基坑工序的的按期完成，提高施工工作效率是非常必要的。

而在地质为岩石居多的山区，地里位置较为险峻的地段，无法调用大型机械，只能进行人工开挖作业，为减少施工难度以及开挖方量，铁塔基础形式往往设计成桩基础，桩基础的设计虽然减小了开挖断面，但为保证铁塔后期运行的安全以及抗倒受力能力，其开挖深度将大幅增加，这无形中增加了开挖时遇到大岩石的几率，增加了施工难度以及加大开挖成本。

目前岩石破碎的方法有爆炸破碎、机械破碎、水射流破碎、热力破碎，对于输电线路工程建设长达几十公里的线路中，地质情况复杂多变，其开挖方式将根据现场实际情况灵活配合应用。对于整体式大岩石掏挖式基础，例如35千伏杆塔掏挖式基础设计要求其成型尺寸是直径为80cm，深度为6m的圆柱形坑，基坑的内壁误差将影响钢筋笼的放置以及水泥浇筑的方量，因此对其成型尺寸的精度要求较高，以上各方式的应用时较为局限。

爆炸破碎，利用炸药或其他爆炸物瞬间释放的巨大能量破碎岩石，应用最广也最有效，但其爆炸范围、爆炸量难以控制，在作业面较小的山脊上使用较为局限，精细化微爆炸虽能起到一定作用，但需要人工配合，其效率将大幅下降。精细化微爆炸技术要求较高，成本也较高，在部分火药严控的地方，该方式审批流程也较为严格，时效也较低，无形中增加时间以及经济成本。

机械破碎，分切削、冲凿、碾压、研磨四种方式。破岩时,破岩工具进入岩石，在工具移动前方的岩体内，出现密实核。在密实核周围产生较大块的崩碎体。机械破碎在硬岩中应用不广的主要原因是工具磨损严重。其磨损程度主要取决于岩石内硬矿物(主要是石英)的含量和颗粒大小，在硬矿物的含量较高和颗粒较大的岩石层进行掏挖，机械破碎无疑是非常困难的。

水射流破碎，分低压大流量和高压小流量两种。前者压力不超过2×107Pa，多用于水力采矿或采煤；后者压力可达几亿帕(Pa)以上，用来切割岩石。此外还有脉冲式射流技术，可有效地破碎坚固岩石而无需很大功率。最高的瞬间压力，已达5.6GPa。高压水射流破碎岩石的能耗高，机械构造较复杂，多作为掘进机和露天牙轮钻机破碎岩石的辅助手段，对于作业面较小，掏挖要求较高的基坑，其难以适用。

热力破碎，在岩体内形成高的温度梯度，并利用岩石各组分的热胀系数不同，形成热应力，使岩体剥落或酥碎。含石英较多的岩石使用此法效果较好。现代加热方法有铝热剂、火焰喷射、等离子焰、微波、红外线照射、高能电子束、强大的击穿电流、激光等。但除火焰喷射法(火钻)外，其他均处于试验阶段。对于深基坑的开挖，火焰喷射法的操作需要配合人工操作以及人工破碎，同时深基坑施工过程中火焰的使用无疑增大施工的安全隐患，无形中降低工效、增加安全隐患以及施工成本。

基于上述原因，本发明致力于发明一种应用于大岩石基础掏挖用、安全系数较高、效率较高、能减少人力作业、自动化程度较高的机械设备。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种岩石基础掏挖的自动化设备，其能够机械化的完成岩石层上的基坑掏挖的工作，大大减轻了人工作业强度，提升了基坑掏挖的安全性和效率。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种岩石基础掏挖的自动化设备，用于为岩石层掏挖出圆柱体形状的基坑，包含固定在基坑顶部的设备固定架，设备固定架中心为中心固定架；中心固定架通过垂直连杆连接风镐设备；

还包含为风镐设备提供压缩空气的空压机、为风镐设备提供电力的发电机；

所述垂直连杆上安装有导向组件；

所述导向组件包含安装在垂直连杆上的位置调节器，位置调节器的表面均布至少两组导向轮；每组导向轮均通过可伸缩内壁支架与位置调节器连接；可伸缩内壁支架上安装有减震弹簧；所述导向轮与基坑的内壁接触。

作为本发明的一种优选实施方式：上述垂直连杆的底部安装水平方向360度旋转的360度舵机，360度舵机的旋转轴向下连接180度舵机的壳体，180度舵机的旋转输出轴位于侧面且固定连接所述风镐设备的顶端；所述180度舵机的旋转输出轴垂直于360度舵机的旋转轴。

作为本发明的一种优选实施方式：上述中心固定架为气缸驱动的升降架或者为电机驱动的剪叉式升降架。

作为本发明的一种优选实施方式：上述垂直连杆的顶部通过异径联轴器连接螺杆，螺杆顶部啮合穿过螺母副；螺母副为固定安装在中心固定架上的螺母；所述异径联轴器的横截面为正多边形结构。

作为本发明的一种优选实施方式：上述垂直连杆至少包含两根可以螺纹连接拆装的垂直连杆单元；所述位置调节器包含滑动套装在所述垂直连杆表面的滑套和用于滑套及垂直连杆的锁紧螺钉。

作为本发明的一种优选实施方式：还包含控制器，控制器连接发电机、空压机；控制器还控制连接所述180度舵机、360度舵机和风镐设备。

作为本发明的一种优选实施方式：上述空压机通过耐压管线与所述风镐设备的进气口连接；所述设备固定架通过地脚螺栓与岩石层表面连接。

作为本发明的一种优选实施方式：上述风镐设备中，压缩空气由管状分配阀轮流分配于风镐设备的缸体两端，使得风镐设备的锤体进行往复冲击运动，冲击风镐设备的安装在锤体远端的镐钎。

作为本发明的一种优选实施方式：上述控制器包含总电源开关、发电机开关、空压机开关、风镐设备开关和用于控制180度舵机、360舵机的速度控制器。

本发明有益效果是：

本发明公开的一种岩石基础掏挖的自动化设备，包含固定在基坑顶部的设备固定架，设备固定架中心为中心固定架；中心固定架通过垂直连杆连接风镐设备；本发明结构相比大型破碎机械，占地面积大大减小，适应的工况也大大增加了；同时相比人工掏挖，大大降低了人工掏挖的强度，使得掏挖基坑的安全性和效率都得到了提升。

本发明的风镐设备通过外部的空压机和发电机提供压缩空气以及电力；外部的空压机等组件可以置于移动平台上，便于整个装置的移动的收纳。

本发明在所述垂直连杆上安装有导向组件；导向组件可以再基坑深度增加后起到可靠的定位限位的作用，是的掏挖过程的可靠性和精确到提升。

本发明的导向组件包含安装在垂直连杆上的位置调节器，位置调节器的表面均布至少两组导向轮；每组导向轮均通过可伸缩内壁支架与位置调节器连接；可伸缩内壁支架上安装有减震弹簧；所述导向轮与基坑的内壁接触。位置调节器可以便捷的调整导向组件的位置，根据基坑深度的不同以及垂直连杆的设置可以可靠便捷的将导向组件通过位置调节器设置固定在均匀的受力位置。

附图说明

图1为本发明的一种具体实施方式的安装位置示意图；

图2为本发明的导向组件的一种具体实施方式的结构示意图；

图3为图1的A处放大结构示意图；

图4为本发明的螺杆传动副组件的一种优选实施方式的结构示意图。

附图标记说明：

1-岩石层，2-风镐设备，3-导向轮，4-减震压簧，5-可伸缩内壁支撑杆，6-位置调节器，7-垂直连杆，8-设备固定架，9-异径联轴器，10-螺杆，12-螺母副，13-耐压管线，14-控制及通电线缆，15-控制器，16-空压机，17-发电机，18：180度舵机，19：360度舵机，20-中心固定架，21-基坑。

具体实施方式

下面结合附图及实施例描述本发明具体实施方式：

如图1～4所示，其示出了本发明的具体实施方式，如图所示，本发明公开的一种岩石基础掏挖的自动化设备，用于为岩石层掏挖出圆柱体形状的基坑21，包含固定在基坑21顶部的设备固定架8，设备固定架8中心为中心固定架20；中心固定架20通过垂直连杆7连接风镐设备2；

还包含为风镐设备2提供压缩空气的空压机16、为风镐设备2提供电力的发电机17；

所述垂直连杆7上安装有导向组件；

所述导向组件包含安装在垂直连杆7上的位置调节器6，位置调节器的表面均布至少两组导向轮3；每组导向轮3均通过可伸缩内壁支架5与位置调节器6连接；可伸缩内壁支架5上安装有减震弹簧4；所述导向轮3与基坑21的内壁接触。

优选的，如图1和图3所示：所述垂直连杆7的底部安装水平方向360度旋转的360度舵机11，360度舵机11的旋转轴向下连接180度舵机18的壳体，180度舵机18的旋转输出轴位于侧面且固定连接所述风镐设备2的顶端；所述180度舵机18的旋转输出轴垂直于360度舵机11的旋转轴。本优选实施例为风镐设备设计了舵机结构，360度舵机驱动180度舵机整体可以再水平面360度旋转，180度舵机驱动风镐设备在180度范围内摆动，最终风镐设备可以通过360度的水平旋转和180度的摆动实现类似“南半球”的掏挖轨迹，实现可靠掏挖。具体的，舵机是一种位置(角度)伺服的驱动器，适用于那些需要角度不断变化并可以保持的控制系统。舵机是提供大扭矩动力的，一般转速较慢，舵机的旋转角度是可以选择的；通过舵机使得风镐设备的作用空间为“南半球”，满足基坑开挖作用面的要求。

优选的，如图所示：所述中心固定架20为气缸驱动的升降架或者为电机驱动的剪叉式升降架。本优选实施例考虑到基坑开挖过程中的深度自动深入，创新性的设计了可以电控的升降架，因此可以边开挖，边向下驱动垂直连杆进而驱动风镐设备朝向更深的距离开挖。

优选的，如图1和图4所示：所述垂直连杆7的顶部通过异径联轴器9连接螺杆10，螺杆10顶部啮合穿过螺母副12；螺母副12为固定安装在中心固定架上的螺母；所述异径联轴器9的横截面为正多边形结构。

本实施例设计了手动的垂直连杆升降结构，可以人工的根据现场掏挖工况通过工具转动异径联轴器进而带动螺杆转动来调整垂直连杆的升降，如此一来，升降的深度掏挖可以同手动控制。需要说明的是，本实施例设计手动调整螺杆升降来带动垂直连杆升降的过程目的是使得本发明装置的适应性更好，因为本发明用于复杂工况的岩石层工况时，一般的大型机械设备完全无法使用，人工掏挖危险过大，因此必须采用本发明的方案来实现，这样为了保障复杂恶劣工况的可靠掏挖，需要设计本实施例的手动结构来根据具体开挖情况来调整进一步的开挖深度；如果要设计电控的升降结构可以采用上述的升降架的实施例也可以为本实施例的螺母副增加驱动结构，因为本发明的螺杆和螺母副设计为一套滚珠丝杠结构，可以采用现有滚珠丝杠结构的电机驱动方式来实现电控。本优选实施例根据手动控制的目的设计了异径联轴器且为异径联轴器的表面设计了正多边形的结构，便于扳手等工具的紧固。

优选的，如图1和图2所示：所述垂直连杆7至少包含两根可以螺纹连接拆装的垂直连杆单元；所述位置调节器6包含滑动套装在所述垂直连杆表面的滑套和用于滑套及垂直连杆的锁紧螺钉。本实施例具体公开了位置调节器的优选实施结构，滑套能够便捷的调节高度位置，锁紧螺钉能够使得滑套固定或放松，来实现调整以及调整以后的固定。垂直连杆设计为便于拼接的单元能够便捷的加长。

优选的，如图1所示：还包含控制器15，控制器15连接发电机17、空压机16；控制器16还控制连接所述180度舵机、360度舵机和风镐设备。本实施例进一步公开了控制器结构，通过控制器的控制来提升设备运行的自动化能力，提升自动掏挖效率，减少人工操控带来的安全隐患。

优选的，如图1和图4所示：所述空压机16通过耐压管线13与所述风镐设备2的进气口连接；所述设备固定架20通过地脚螺栓与岩石层表面连接。设备固定架为整个设备的固定支点，固定以后可以使得整个设备的工作过程更加稳定。

优选的，如图1和图3所示：所述风镐设备2中，压缩空气由管状分配阀轮流分配于风镐设备的缸体两端，使得风镐设备2的锤体进行往复冲击运动，冲击风镐设备2的安装在锤体远端的镐钎。风镐设备的开挖过程可靠高效。

优选的，如图1和图3所示：所述控制器15包含总电源开关、发电机开关、空压机开关、风镐设备开关和用于控制180度舵机18、360舵机19的速度控制器。控制器还可以进一步的包含自动化的控制程序，配合可全自动工作的开挖结构，能够实现固定深度的自动开挖。

本发明的实质是利用自动化技术使风镐能够自动对岩石基坑中的岩石进行自动化破碎，减轻人为操作时，设备对操作工人的影响，最大限度在提高基坑开挖效率的同时减轻设备对人的影响。本发明可利用传感器以及控制器，提高现有风镐的自动化作业水平，减轻人力，提高工作效率。该装置占地面积小，工作面要求较低，最大限度减少了自然倾斜地面的降方量，节约机械以及人工降方的成本。该装置相比于大型破碎机械，体积较小，能耗较低，其掏挖直径可调，掏挖深度可通过增加垂直连杆进行调节。掏挖直径的调节可以同更换不同规格的风镐设备来实现，此时可以适应性的调整导向组件的可伸缩内壁支撑杆的尺寸为配合掏挖直径的改变。

本发明的实质是利用自动化技术使风镐能够自动对岩石基坑中的岩石进行自动化破碎，以到达减少人力、提高工作效率。风镐设备2、180度舵机、垂直连杆7、异径联轴器9、螺杆10、360度舵机、螺母副12构成破碎机构，导向轮3、减震压簧4、可伸缩内壁支撑杆5、位置调节器6构成导向减震模块，内部控制及通电线缆14、控制模块15、空压机16、发电机17构成、耐压管线13、空压机16电源、动力及控制模块。作业时，发电机17为控制模块以及空压机提供电源，空压机为风镐设备2提供空气压力，风镐设备2连续敲击作用于岩石层1，使其破碎脱落，风镐设备2、180度舵机为风镐设备提供垂直面180度的运动，360度舵机11为风镐设备提供水平360度的运动，由此风镐设备的作用空间为“南半球”，满足基坑开挖作用面的要求。

上面结合附图对本发明优选实施方式作了详细说明，但是本发明不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化，这些变化涉及本领域技术人员所熟知的相关技术，这些都落入本发明专利的保护范围。

不脱离本发明的构思和范围可以做出许多其他改变和改型。应当理解，本发明不限于特定的实施方式，本发明的范围由所附权利要求限定。

Claims (9)

1.一种岩石基础掏挖的自动化设备，用于为岩石层掏挖出圆柱体形状的基坑，其特征在于：包含固定在基坑顶部的设备固定架，设备固定架中心为中心固定架；中心固定架通过垂直连杆连接风镐设备；

还包含为风镐设备提供压缩空气的空压机、为风镐设备提供电力的发电机；

所述垂直连杆上安装有导向组件；

所述导向组件包含安装在垂直连杆上的位置调节器，位置调节器的表面均布至少两组导向轮；每组导向轮均通过可伸缩内壁支架与位置调节器连接；可伸缩内壁支架上安装有减震弹簧；所述导向轮与基坑的内壁接触。

2.如权利要求1所述的一种岩石基础掏挖的自动化设备，其特征在于：所述垂直连杆的底部安装水平方向360度旋转的360度舵机，360度舵机的旋转轴向下连接180度舵机的壳体，180度舵机的旋转输出轴位于侧面且固定连接所述风镐设备的顶端；所述180度舵机的旋转输出轴垂直于360度舵机的旋转轴。

3.如权利要求2所述的一种岩石基础掏挖的自动化设备，其特征在于：所述中心固定架为气缸驱动的升降架或者为电机驱动的剪叉式升降架。

4.如权利要求2所述的一种岩石基础掏挖的自动化设备，其特征在于：所述垂直连杆的顶部通过异径联轴器连接螺杆，螺杆顶部啮合穿过螺母副；螺母副为固定安装在中心固定架上的螺母；所述异径联轴器的横截面为正多边形结构。

5.如权利要求4所述的一种岩石基础掏挖的自动化设备，其特征在于：所述垂直连杆至少包含两根可以螺纹连接拆装的垂直连杆单元；所述位置调节器包含滑动套装在所述垂直连杆表面的滑套和用于滑套及垂直连杆的锁紧螺钉。

6.如权利要求4所述的一种岩石基础掏挖的自动化设备，其特征在于：还包含控制器，控制器连接发电机、空压机；控制器还控制连接所述180度舵机、360度舵机和风镐设备。

7.如权利要求4所述的一种岩石基础掏挖的自动化设备，其特征在于：所述空压机通过耐压管线与所述风镐设备的进气口连接；所述设备固定架通过地脚螺栓与岩石层表面连接。

8.如权利要求1所述的一种岩石基础掏挖的自动化设备，其特征在于：所述风镐设备中，压缩空气由管状分配阀轮流分配于风镐设备的缸体两端，使得风镐设备的锤体进行往复冲击运动，冲击风镐设备的安装在锤体远端的镐钎。

9.如权利要求6所述的一种岩石基础掏挖的自动化设备，其特征在于：所述控制器包含总电源开关、发电机开关、空压机开关、风镐设备开关和用于控制180度舵机、360舵机的速度控制器。

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