CN115262546A - 一种空间多自由度边坡刻槽装置及刻槽方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种空间多自由度边坡刻槽装置及刻槽方法，该刻槽装置包括铣钻组件、刻槽方向调节组件、刻槽位移组件以及倾角调节组件；所述刻槽方向调节组件包括连接座和可转动地设置在连接座上的主轴，所述主轴沿周向转动设置；所述刻槽位移组件包括第一机架，所述第一机架与主轴的端部铰接，所述第一机架上设有用于驱动铣钻组件沿直线移动的位移驱动机构；所述倾角调节组件包括第一油缸，所述第一油缸的一端与主轴铰接，另一端与第一机架铰接。该刻槽装置能够任意调整刻槽位置和刻槽方向，在空间上具有多自由度，能够避免出现槽底高低起伏不平、槽侧凹凸不平整等质量问题；能够大幅提高工作效率，可节省人工成本，促进护坡结构机械化施工发展。

Description

一种空间多自由度边坡刻槽装置及刻槽方法

技术领域

本发明涉及边坡防护技术领域，尤其涉及一种空间多自由度边坡刻槽装置及刻槽方法。

背景技术

边坡防护是指通过各类防护结构覆盖在所需防护斜坡或岩石上，以限制坡面岩石土体的风化剥落或破坏以及危岩崩塌，或将落石控制于一定范围内运动。锚杆和锚索格梁护坡结构是目前边坡防护工程中采用非常广泛的一种结构形式，其工艺方法相当成熟，且工程造价比较低，具有高防护强度，易铺展性，能够适应任何坡面地形。在施工过程中，需要精确定位锚孔位置，挖出竖梁、横梁肋轮廓，坡面必须刻槽，深度满足设计要求。刻槽时，需要在边坡上一段一段刻槽，然后连成整条槽，放置格梁。现有技术中，通常采用人工开挖的方式进行格梁基槽开挖。然而，在地形起伏较大的边坡，以及土质不均匀或土岩混合的边坡中，人工开挖的基槽常出现槽底高低起伏不平、槽侧凹凸不平整等质量问题；并且人工基槽开挖的施工周期长。

发明内容

有鉴于此，本发明一方面提出一种空间多自由度边坡刻槽装置，另一方面提出一种刻槽方法，可以至少在一定程度上解决上述问题之一。

本发明一方面的技术方案是这样实现的：

一种空间多自由度边坡刻槽装置，包括：

铣钻组件、刻槽方向调节组件、刻槽位移组件以及倾角调节组件；

所述刻槽方向调节组件包括连接座和可转动地设置在所述连接座上的主轴，所述主轴沿周向转动设置；

所述刻槽位移组件包括第一机架，所述第一机架与所述主轴的端部铰接，所述第一机架上设有用于驱动所述铣钻组件沿直线移动的位移驱动机构；

所述倾角调节组件包括第一油缸，所述第一油缸的一端与所述主轴铰接，另一端与所述第一机架铰接。

作为所述空间多自由度边坡刻槽装置的进一步可选方案，还包括槽深调节组件，所述槽深调节组件包括多个定位杆，所述定位杆为可伸缩结构。

作为所述空间多自由度边坡刻槽装置的进一步可选方案，所述定位杆通过第二油缸驱动伸缩。

作为所述空间多自由度边坡刻槽装置的进一步可选方案，所述铣钻组件包括第二机架、设置在所述第二机架上的一对螺旋钻头、用于驱动所述螺栓钻头自转的铣钻驱动器。

作为所述空间多自由度边坡刻槽装置的进一步可选方案，还包括槽宽调节组件，所述槽宽调节组件包括第三机架和槽宽调节驱动器；所述第三机架设置在所述第一机架上且由所述位移驱动机构驱动移动，所述第二机架设置在所述第三机架上，所述槽宽调节驱动器驱动所述铣钻组件绕一转轴转动，所述转轴平行于所述螺旋钻头的轴线且位于两螺栓钻头之间。

作为所述空间多自由度边坡刻槽装置的进一步可选方案，所述铣钻组件还包括设置在所述第二机架上的出土挡板，所述出土挡板位于该一对螺旋钻头的外侧。

作为所述空间多自由度边坡刻槽装置的进一步可选方案，所述位移驱动机构包括位移驱动器、主动链轮、从动链轮以及链条，所述位移驱动器驱动所述主动链轮转动，所述链条传动连接于所述主动链轮和从动链轮上。

作为所述空间多自由度边坡刻槽装置的进一步可选方案，所述连接座上设有槽向调节驱动器，所述槽向调节驱动器通过蜗轮蜗杆机构驱动所述主轴转动。

该刻槽装置的有益效果有：可以利用所述刻槽方向调节组件调节所述铣钻组件的移动方向，可以利用所述倾角调节组件调节所述铣钻组件所刻的基槽的倾斜角度，可以利用槽宽调节组件调整所述铣钻组件所刻的基槽的宽度，可以利用所述槽深调节组件提供定位稳固的作用并且能够调节刻槽的深度；该刻槽装置能够任意调整刻槽位置和刻槽方向，在空间上具有多自由度，能够避免出现槽底高低起伏不平、槽侧凹凸不平整等质量问题；能够大幅提高工作效率。

本发明另一方面的技术方案是这样实现的：

一种刻槽方法，利用上述的刻槽装置进行边坡刻槽，包括如下步骤：

将该刻槽装置安装至挖掘机的机械臂上；

利用挖掘机的机械臂将该刻槽装置边坡上需要刻槽的位置附近；

根据边坡上需要刻的基槽的走向，利用所述刻槽方向调节组件调节所述第一机架，使得所述铣钻组件的移动方向与基槽的走向相同；

根据边坡的倾斜度，利用所述倾角调节组件调节所述第一机架的倾斜角度，使得所述铣钻组件的移动路径与边坡的外部趋向保持平行；

根据边坡上需要刻的基槽的宽度，利用所述槽宽调节组件调整所述铣钻组件在移动时的宽度；

将该刻槽装置设置在边坡上，利用所述槽深调节组件上的定位杆进行固定，通过调节所述定位杆的伸缩量从而调整刻槽深度；

启动所述铣钻组件，利用所述位移驱动机构驱动所述铣钻组件移动从而进行刻槽；在刻槽的过程中，所述铣钻组件来回移动，且所述定位杆逐渐伸长从而加大槽深量，所述铣钻组件一层一层铣刻直至达到预设槽深。

该刻槽方法的有益效果有：利用刻槽装置进行格梁基槽开挖，可解决人工开挖基槽存在的一些问题，如在地形起伏较大的边坡，以及土质不均匀或土岩混合的边坡中人工开挖的基槽常出现槽底高低起伏不平、槽侧凹凸不平整等质量问题；具有适用范围广、可灵活调节、开挖速度快等特点，可有效提高格梁整体质量，并大幅提高工作效率，节省人工成本，促进护坡结构机械化施工发展。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为一种空间多自由度边坡刻槽装置的原理示意图；

图2为一种空间多自由度边坡刻槽装置的结构示意图；

图3为所述铣钻组件调节刻槽宽度的示意图；

图4为该刻槽装置连接挖掘机机械臂的示意图；

图5为一种空间多自由度边坡刻槽装置的控制逻辑示意图。

图中：1、铣钻组件；11、第二机架；12、螺旋钻头；13、出土挡板；

2、刻槽方向调节组件；21、连接座；22、主轴；

3、刻槽位移组件；31、第一机架；32、位移驱动机构；321、位移驱动器；322、主动链轮；323、从动链轮；324、链条；

4、倾角调节组件；41、第一油缸；

5、槽深调节组件；51、定位杆；52、第二油缸；

6、槽宽调节组件；61、第三机架；

7、机械臂。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

参考图1，示出了一种空间多自由度边坡刻槽装置，包括铣钻组件1、刻槽方向调节组件2、刻槽位移组件3以及倾角调节组件4；所述刻槽方向调节组件2包括连接座21和可转动地设置在所述连接座21上的主轴22，所述主轴22沿周向转动设置；所述刻槽位移组件3包括第一机架31，所述第一机架31与所述主轴22的端部铰接，所述第一机架31上设有用于驱动所述铣钻组件1沿直线移动的位移驱动机构32；所述倾角调节组件4包括第一油缸41，所述第一油缸41的一端与所述主轴22铰接，另一端与所述第一机架31铰接。本实施例中，通过转动所述主轴22，从而令所述第一机架31转动，相当于调整所述铣钻组件1的移动方向，即利用所述刻槽方向调节组件2调节所述铣钻组件1的刻槽方向；通过所述第一油缸41拉动所述第一机架31，调节第一机架31相对于所述主轴22的角度，从而调节所述铣钻组件1所刻的基槽的倾斜角度。

在一些具体的实施方式中，参考图1，还包括槽深调节组件5，所述槽深调节组件5包括多个定位杆51，所述定位杆51为可伸缩结构。本实施例中，进一步增加了槽深调节组件5，所述第一机架31可以通过所述定位杆51与边坡构成接触，使得所述第一机架31在刻槽时能够稳定姿态，所述定位杆51可以与边坡锚接；另外可以通过第二油缸52驱动所述定位杆51伸缩，从而调节所述第一机架31与边坡之前的距离，也调节了所述铣钻组件1在刻槽时的槽深。

在一些具体的实施方式中，参考图2，所述铣钻组件1包括第二机架11、设置在所述第二机架11上的一对螺旋钻头12、用于驱动所述螺栓钻头自转的铣钻驱动器(未图示)。所述铣钻驱动器可以采用液压马达，所述螺旋钻头12的外侧具有螺旋叶片，而螺旋叶片上镶嵌有高强合金牙刀，从而能够防止螺旋叶片容易被岩石磨损。

优选的，本实施例进一步增加槽宽调节组件6，所述槽宽调节组件6包括第三机架61和槽宽调节驱动器；参考图2，所述第三机架61设置在所述第一机架31上且由所述位移驱动机构32驱动移动，所述第二机架11设置在所述第三机架61上，所述槽宽调节驱动器(未图示)驱动所述铣钻组件1绕一转轴(图未标记)转动，所述转轴的轴线平行于所述螺旋钻头12的轴线且位于两螺栓钻头之间。参考图3，当所述槽宽调节驱动器驱动所述铣钻组件1转动时，两个螺旋钻头12绕所述转轴公转，使得两个螺旋钻头12的轴线在移动方向上的投影之间距离得到改变，从而使得槽宽得到调节。

优选的，参考图2和图3，所述铣钻组件1还包括设置在所述第二机架11上的出土挡板13，所述出土挡板13位于该一对螺旋钻头12的外侧。如此，通过所述出土挡板13将泥土导向两侧。

上述方案中，参考图1和图2，所述位移驱动机构32包括位移驱动器321、主动链轮322、从动链轮323以及链条324，所述位移驱动器321驱动所述主动链轮322转动，所述链条324传动连接于所述主动链轮322和从动链轮323上。本实施例中，所述第三机架61由所述链条324带动移动，所述位移驱动机构32采用链传动的结构，其传递功率大，过载能力强，能够在泥土灰尘飞扬的恶劣环境中稳定工作。本实施例中，所述位移驱动器321采用液压马达。

上述方案中，所述连接座21上设有槽向调节驱动器(未图示)，所述槽向调节驱动器通过蜗轮蜗杆机构(图未标记)驱动所述主轴22转动。本实施例中，所述槽向调节驱动器采用液压马达，在蜗轮蜗杆机构的传动下，所述槽向调节驱动器的输出轴可以与所述主轴22交错设置。

在一些具体的实施方式中，可利用传感器对各运动姿态进行检测；例如，利用角度传感器检测所述第一机架31绕所述主轴22的轴线转动的角度，从而确定刻槽方向；利用位移传感器检测所述铣钻组件1的移动距离，从而确定刻槽距离；利用角度传感器检测所述第一机架31的倾角，从而确定所刻的基槽的倾角；利用距离传感器检测所述第一机架31与地面之间的距离，从而确定槽深；利用角度传感器检测所述铣钻组件1绕转轴转动的角度，从而确定槽宽。其中，各传感器的具体连接结构和工作原理均为现有技术，故不再赘述。

在一些具体的实施方式中，为便于控制，所述槽向调节驱动器、位移驱动器321、槽宽调节驱动器和铣钻驱动器均采用液压马达，使得所述槽向调节驱动器、位移驱动器321、槽宽调节驱动器、铣钻驱动器、第一油缸41和第二油缸52均为液压动力构件；通过液压动力系统即可完成各动作的驱动。参考图5，示出了本实施例中该刻槽装置的控制逻辑。

提供一种刻槽方法，利用上述的刻槽装置进行边坡刻槽，包括如下步骤：

参考图4，将该刻槽装置安装至挖掘机的机械臂7上，利用所述连接座21与机械臂7连接；

利用挖掘机的机械臂7将该刻槽装置边坡上需要刻槽的位置附近；

根据边坡上需要刻的基槽的走向，利用所述刻槽方向调节组件2调节所述第一机架31，使得所述铣钻组件1的移动方向与基槽的走向相同；

根据边坡的倾斜度，利用所述倾角调节组件4调节所述第一机架31的倾斜角度，使得所述铣钻组件1的移动路径与边坡的外部趋向保持平行；

根据边坡上需要刻的基槽的宽度，利用所述槽宽调节组件6调整所述铣钻组件1在移动时的宽度；

将该刻槽装置设置在边坡上，利用所述槽深调节组件5上的定位杆51进行固定，通过调节所述定位杆51的伸缩量从而调整刻槽深度；

启动所述铣钻组件1，利用所述位移驱动机构32驱动所述铣钻组件1移动从而进行刻槽；在刻槽的过程中，所述铣钻组件1来回移动，且所述定位杆51逐渐伸长从而加大槽深量，所述铣钻组件1一层一层铣刻直至达到预设槽深。能够避免所述铣钻组件1受到太大助力，避免铣钻组件1在负载大的情况下发生抖动、振动，从而避免刻槽质量不佳的问题。

利用刻槽装置进行格梁基槽开挖，可解决人工开挖基槽存在的一些问题，如在地形起伏较大的边坡，以及土质不均匀或土岩混合的边坡中人工开挖的基槽常出现槽底高低起伏不平、槽侧凹凸不平整等质量问题；具有适用范围广、可灵活调节、开挖速度快等特点，可有效提高格梁整体质量，并大幅提高工作效率，节省人工成本，促进护坡结构机械化施工发展。

以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，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 (9)

1.一种空间多自由度边坡刻槽装置，其特征在于，包括：

铣钻组件、刻槽方向调节组件、刻槽位移组件以及倾角调节组件；

所述刻槽方向调节组件包括连接座和可转动地设置在所述连接座上的主轴，所述主轴沿周向转动设置；

所述刻槽位移组件包括第一机架，所述第一机架与所述主轴的端部铰接，所述第一机架上设有用于驱动所述铣钻组件沿直线移动的位移驱动机构；

所述倾角调节组件包括第一油缸，所述第一油缸的一端与所述主轴铰接，另一端与所述第一机架铰接。

2.根据权利要求1所述的空间多自由度边坡刻槽装置，其特征在于，还包括槽深调节组件，所述槽深调节组件包括多个定位杆，所述定位杆为可伸缩结构。

3.根据权利要求2所述的空间多自由度边坡刻槽装置，其特征在于，所述定位杆通过第二油缸驱动伸缩。

4.根据权利要求2或3所述的空间多自由度边坡刻槽装置，其特征在于，所述铣钻组件包括第二机架、设置在所述第二机架上的一对螺旋钻头、用于驱动所述螺栓钻头自转的铣钻驱动器。

5.根据权利要求4所述的空间多自由度边坡刻槽装置，其特征在于，还包括槽宽调节组件，所述槽宽调节组件包括第三机架和槽宽调节驱动器；所述第三机架设置在所述第一机架上且由所述位移驱动机构驱动移动，所述第二机架设置在所述第三机架上，所述槽宽调节驱动器驱动所述铣钻组件绕一转轴转动，所述转轴的轴线平行于所述螺旋钻头的轴线且位于两螺栓钻头之间。

6.根据权利要求4所述的空间多自由度边坡刻槽装置，其特征在于，所述铣钻组件还包括设置在所述第二机架上的出土挡板，所述出土挡板位于该一对螺旋钻头的外侧。

7.根据权利要求1所述的空间多自由度边坡刻槽装置，其特征在于，所述位移驱动机构包括位移驱动器、主动链轮、从动链轮以及链条，所述位移驱动器驱动所述主动链轮转动，所述链条传动连接于所述主动链轮和从动链轮上。

8.根据权利要求1所述的空间多自由度边坡刻槽装置，其特征在于，所述连接座上设有槽向调节驱动器，所述槽向调节驱动器通过蜗轮蜗杆机构驱动所述主轴转动。

9.一种刻槽方法，其特征在于，利用权利要求5的刻槽装置进行边坡刻槽，包括如下步骤：

将该刻槽装置安装至挖掘机的机械臂上；

利用挖掘机的机械臂将该刻槽装置边坡上需要刻槽的位置附近；

根据边坡上需要刻的基槽的走向，利用所述刻槽方向调节组件调节所述第一机架，使得所述铣钻组件的移动方向与基槽的走向相同；

根据边坡的倾斜度，利用所述倾角调节组件调节所述第一机架的倾斜角度，使得所述铣钻组件的移动路径与边坡的外部趋向保持平行；

根据边坡上需要刻的基槽的宽度，利用所述槽宽调节组件调整所述铣钻组件在移动时的宽度；

将该刻槽装置设置在边坡上，利用所述槽深调节组件上的定位杆进行固定，通过调节所述定位杆的伸缩量从而调整刻槽深度；

启动所述铣钻组件，利用所述位移驱动机构驱动所述铣钻组件移动从而进行刻槽；在刻槽的过程中，所述铣钻组件来回移动，且所述定位杆逐渐伸长从而加大槽深量，所述铣钻组件一层一层铣刻直至达到预设槽深。

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