CN1214160C - 挖掘窄沟渠并敷设带榫舌和槽口的预制构件的装置 - Google Patents

Abstract

本装置包括一个具有切割圆盘(2)的挖沟机，和一个匹配预制构件的输送机，而输送机又包括一个具有U形横截面的清扫框(32)，其前面被一倾斜面(34)封闭使没有泥土可掉落到其内，和用来推动匹配预制构件(33)的设施，该设施具有推动轮(7)可依靠摩擦传送纵向推力使各匹配预制构件在下降到清扫框(32)内时保持偶联。清扫框用作沟渠的临时模架，采用所述框使匹配预制构件的下降和放置到其内能自动地、可靠地在没有泥土的环境下进行，从而能得到完善的敷设。

Description

挖掘窄沟渠并敷设带榫舌和 槽口的预制构件的装置

本发明涉及一种装置用来挖掘窄沟渠并在其内敷设各种不同的预制管道，该管道由带有榫舌和槽口可连接在一起的短而直的刚性管段构成。沟渠的挖掘、管道的敷设、以及被挖材料的压实和最终光整都是以相当快的速率在一次操作内完成的。本发明的装置曾为敷设高速铁路的辅助管线而开发，但它也可用于建设区的电力电缆和通信电缆、以及灌溉沟渠等。

使用圆盘挖沟机的窄沟渠挖掘装置是人们所熟知的。本申请人的专利文件ES 8703560曾说明过一种特别适用于在密实地上挖掘窄沟渠的圆盘挖沟机，所使用的切割圆盘的周边是由许多可更换的坚硬金属钉齿制成的，由于其底盘通过高度可调节的车轮支承在地上，因此可以调节切割深度。

本申请人又一专利文件ES 2027503曾说明过一种装置，该装置曾根据前一专利文件说明的挖沟机将支承电缆卷筒和振动导引管的设施具体化可用来将电缆敷设在沟渠底面上而可使沟渠挖掘和电缆敷设同样不间断地进行。

但所有这些装置都是打算用来挖掘沟渠并随后敷设在卷筒上的电缆，它们并不适合用来敷设预制的、短而完全刚性的混凝土管段。

问题在于一旦沟渠挖成，必须采取措施以确保没有泥土会掉回到沟渠内，因为这会影响管道在沟渠底面上支承的一致性，更重要的是会影响每一管段与下一管段的正确配合和保持水平。

专利文件US 5,707,175曾说明一种由挖沟机和输送-装载机联合构成的装置，该装置适宜用来敷设带榫舌和槽口的管道。其目的是要使沟渠挖掘和管道敷设多少能连续进行。为此输送装载机含有一定数量垂直堆放的管段。有一机械保持器能及时释放在下面的管段，然后用一液压活塞将它配合到已被敷设在沟渠内的上一管段的、直径较大的槽口内。虽然这样便可将管段降落到沟渠底面上而不会弄破沟渠壁并可确保管线的连结和水密性，但也带来基本上被中断的操作，那就是在降落时和推动时，另外当需要调节挖沟机的前进速率和对准连续的管段时也会发生严重的困难。结果该装置易于破裂和中断操作。

对此问题，本发明的装置曾被设想要作出完全令人满意的答案。为此我们将圆盘挖沟机和能够找平和含有挖出泥土的设施特别是清扫框装在同一个车辆上，该清扫框被定位在挖沟机之后，并且当接续的管段受到推力被连接在一起、降落在其内部而形成连续的管线时能将泥土找平并被其外部含有。这样便能在任何一种形式的土地上，不管是密实的或松散的，都能挖掘出尺寸准确的沟渠，同时能防止在两侧的泥土掉落到沟槽的底面上从而引起管线支承上的问题；其时沟槽的底面挖掘得特别光整，构成刚性管段支承在泥土上的良好地基。另外，借助于一定的纵向推力，管段在其前端被锁住并被放置在清扫框内，其表现如同一个铰接的多角形在被倾斜时其小偏离的面上所表现的那样。

本发明的装置包括一辆牵引车，在其后面连结着一个圆盘挖沟机，其切割宽度略大于管段的宽度，其工作深度适宜为管段的高度。由于管段必须放置在土地的水平面上，该装置引用了一个支承轮供挖沟机的底盘停留在其上，而该底盘由于其高度可被调节，能保持所需的切割深度。

在圆盘挖沟机的后面水平地连结着辊子输送机的一端，输送机的另一端被支承在车轮上。管段被手工放置或借助于叉车或设有液压抓斗的挖掘装载机来放置。辊子输送机略微倾斜使管段能在水平于纵轴线的平面上移动一直到掉落在辊子推动机内为止。这个辊子推动机不仅在移动方向上对准，也略微倾斜，但倾斜程度逐渐减小到最小值，这时非常接近水平。

要被连接的管段被多个气动驱动轮堵住在辊子推动机上，这些驱动轮通过摩擦将力传送给管段使它们互相抵压，这样来迫使它们进入到沟渠内。驱动轮的转动速率可变，并可用设在驱使它们转动的驱动马达内的转速计来调节，这样它们的转动速率就可适合牵引车前进速率的需要。同时预计到在驱动轮和管段之间会有一些滑动，那就是说，气动轮应使管段以比装置在地面上移动的速率还要快的速率来移动，因为管段所能吸收的最大推力效果是受轮和管段之间的摩擦系数限制的。

清扫框在与地面相同的高度上两侧设有挡板，其作用是分配挖掘出来的材料使大部分材料离开到挖掘斜坡内，只是留下少量材料用来填充在管段和沟壁之间的侧槽。清扫框在其后部还包括两块找平刮板用来延伸挖出的材料和将它们填充到管段和沟壁之间的侧槽内，以及多个压实辊用来压实和弄平填充在侧槽内的挖出材料，将它们向下加压并抵压在管段的外壁上。

虽然刚才说明的装置与现有技术相比，曾使敷管速率增加到三倍，所需工人数减为一半，但曾检测到各种问题，这些问题会引起管段边缘的损坏以及敷设装置不规则地中断操作。

就这些问题而言，发生困难的第一个来源在于使用摆动的挡止器来水平地输送管段使它们进入到密集的群体内一直到第一个管段与辊子推动机接触为止。但这样第一管段在侧向上会被后续管段的重量堵住并受到数量足够大的摩擦阻力使其移动被阻止而不能到达第一推动轮。对于这个问题，建议的解决方案是用旋转的输送器来替代摆动的挡止器，该输送器的转动是步进式的，每次只能释放一个管段。

所发现的第二个问题为接续的管段由于侧边的对准欠佳会被堵住在辊子推动机内。曾经观察到如果在辊子推动机内管段有足够的自由可以横向移动，那么在端头的榫舌和槽口就不会重合，并且由于整个管段列受到强大的纵向推力，构成榫舌和槽口的突缘边缘就会受到某些损害。建议的解决方案为使驱动轮具有与管段的中央通道基本相同的宽度，这样就能确保管段完善地被导引，而接续管段的榫舌和槽口能顺畅地偶联在一起，不会有任何阻碍。

第三个检测到的问题为，当管段被本发明的装置推动而降落时，它们沿着一条笔直的轨道与地面成一微小的角度，但一旦它们被放置在沟渠的地面上，它们自然会在地面上作相同的对准，这样当它们离开装置时，接续的管段会在其上侧互相抵压，结果这个区域会有小量的破损，虽然并不影响管道的良好工作秩序，但会有损其外观。建议的解决方案为在各接触管段之间嵌入由某些软材料制成的隔离件以资吸收冲击并防止各个接续管段上部之间的直接接触。

为了使本发明能更好地被理解，下面结合附图对较优实施例详细说明，但这只是为了引导的目的，决不能限制本发明。在附图中：

图1示出本发明的装置的侧视图。

图2示出本发明的装置的平面图。

图3示出从管段前端之上看去的透视图。

图4示出管段的榫舌和槽口偶联的概略的平面图。

图5示出辊子输送机及其挡止器的侧视图。

图6示出辊子推动机的概略的纵向侧视图。

图7概略地示出挖出的泥土的连续处理的平面图。

图8示出用于改进装置内的步进式旋转输送机的概略的侧视图。

图9示出改进装置的平面图。

图10示出当嵌入隔离件时管段敷设的概略的纵向侧视图，用破折线示出的部分为管线从辊子推动机进入到沟渠地面上的状态。

在这些附图中，各个标号分别代表下列零部件和构件：

1.牵引车

2.切割圆盘

3.支承轮

4.输送辊

5.挡止器

6.推动辊

7.驱动轮

8.驱动马达

9.驱动链

10.导引挡板

11.找平刮板

12.压实辊

13.偏转器

14.底盘

15.动力输出轴

16.小斜齿轮

17.钉齿

18.支承叉

19.支承活塞

20.轮叉

21.轮旋转头

22.轮轴

23.推力弹簧

24.调节器螺帽

25.无头螺钉

26.辊子推动机组合件

27.挡止器轴

28.挡止器杠杆

29.握手

30.锁紧装置

31.固定掣子

32.清扫框

33.预制的带有榫舌和槽口元件的管段

33′.中间管段

33″.与中间管段邻近的管段

34.倾斜面

35.板和压实辊的旋转头

36.压实辊的轴线

38.侧槽

39.初始挖掘

40.找平挖掘

41.压实挖掘

42.盖的突起边沿

43.突缘

44.突缘槽

51.旋转的步进输送器

52.旋转输送器盘

53.旋转输送器的中心轴线

54.蜂窝板臂

55.带齿的棘轮

56.螺栓销

57.气动驱动器

58.开关

59.感知器

60.隔离件

61.带榫舌和槽口的管段

如图1和2所示，本发明的装置包括一辆具有大牵引功率的牵引车(1)，其后连结着一个底盘(14)，底盘上装有切割圆盘(2)，其旋转运动的方向与车辆前进的方向相反，来自牵引车(1)动力输出轴(15)的动力通过传统的小斜齿轮驱使切割圆盘(2)转动，而在切割圆盘周围装有多个碳化钨钉齿。底盘(14)搁置在一支承轮(3)上，该支承轮装在一个可旋转地装在底盘(14)上的支承叉(18)上，其相对于底盘(14)的安装位置可用液压支承活塞(19)来调节。在底盘(14)的后面，在切割圆盘(2)之后，布置有多个输送辊(4)，其排列方向与牵引车的前进方向垂直，从输送辊出来可来到多个推动辊(6)形成的排列的一端，这些推动辊位在切割圆盘(2)的延伸方向上并略微向后倾斜。在其每一侧的侧边支架(26)上装有在各该轮的摆动头(21)上倾侧的轮叉(20)，在两侧的轮叉(20)之间配装着轮轴(22)，其上装有气动驱动轮(7)。驱动轮(7)由于其相关的推力弹簧(23)在轮叉(20)和一调节器螺帽(20)之间被压缩而将显然为垂直的力施加到推动辊(6)上，该螺帽(20)装在无头螺钉(25)上，而该螺钉用摆动头连接到推动辊(6)的侧边支架(26)上。有一驱动马达(8)将其运动用驱动链传送到驱动轮(7)上。

在输送辊(4)的上方有一形式为垂直金属片的挡止器(5)与一个一端有一握手(29)的挡止器杠杆(28)连结成一体装在一条挡止器轴线(27)上。在这握手下面装有一把锁(30)，该锁由两个铰接杆构成，其中较短的一臂可插入到一固定的掣子(31)内，见图5。

在推动辊(6)的下面并连接到其侧边支架上装有一个由薄金属板制成的清扫框(32)，其横截面为U字形，清扫框(32)的前面用一倾斜面(32)封闭，其作用为在正常敷设管段(33)时防止未被圆盘切刀(2)赶到沟渠外的挖出的泥土发生干扰。

在侧边支架(26)的后部借助于旋转头(35)固定着一组压实辊(12)可自由地环绕其轴线(35)旋转滚压过地面，还有一组找平刮板(11)，可在地面之上一个设定的高度移动。

该装置的功能如下：管段(33)按照输送辊(4)上的斜度、一个挨一个地被排列在横向的位置上，并且会沿着箭头的方向移动，一直到它们被挡止器(5)挡住。工人扳动锁紧装置(30)使挡止器脱离接合，这时挡止器框杆(28)可能向上摆动而被松开，这样挡止器(5)就被举起，从而各管段(33)就可沿着倾斜排列的输送辊(4)下滑，一直到抵达推动辊(6)为止，在那里它们被侧边支架(26)保持着。

图6详细示出辊子推动机的构造。各管段(33)由于输送辊的倾斜放置会向图中的左边移动，一直到它们被驱动轮(7)卡住为止。该驱动轮(7)由于受到由驱动马达(8)提供并由驱动链(9)传送的旋转运动，在箭头所示方向施加推力。驱动轮(7)将管段(33)卡住在推动辊(6)上的力可用调节器螺帽(24)作用在驱动弹簧(23)的预加载荷上来调节。为了迫使管段组插入到圆盘切刀(2)新挖出的沟渠内需要在管段组上施加的最大驱动力取决于驱动弹簧的阻抗及在驱动轮(7)和管段(33)表面之间的摩擦系数。驱动马达(8)的尺寸应能产生比摩擦阻力所能传递的最大功率还要大的功率。

结果由于各管段前端的L形突缘(43)会插入到邻近管段的相应的突缘槽口(44)内(见图3和4)，各管段会互锁在一起而互相挤压。

自身互锁的管段列在压力下被插入并抵压到已被放置到沟渠内的管段上，这样就可防止在相邻管段之间的任何相对运动，不管是垂直的、横向的或纵向的。

这样，当各管段终止被支承在推动辊(6)上时，各管段就不会粗暴地掉落在清扫框(32)内，而清扫框由于其前面被一倾斜面(34)封闭，其内可无零星泥土。

事实上每一管段会被其后跟随的管段暂时悬挂起来，这样就解决了多个管段作为一个整件敷设在沟渠内的问题，作为一个整件那就是说作为一列管段，当从推动辊(6)上的倾斜状态转变为确定的水平位置时只受到极小的扭转。

在用这个较优的实施例说明的装置中采用的是两个驱动轮(7)，因为人们发现在敷设特定大小的管段例如高速铁路辅助服务所用那些管段时，两个是最佳的数目。

对于较小的管段，只要一个驱动轮(7)就足够了，而对于大尺寸的管段，驱动轮(7)的数目需要增加。

在图7中概略地示出在沟渠的挖掘和填充中起到一部分作用的各个不同的元件。沟渠是用挖沟机的圆盘切刀(2)挖掘出来的，圆盘切刀将挖出的材料赶向前方和上方，为的是用定位在圆盘切刀(2)前面的偏转件(13)将上述材料导向沟渠的两侧。偏转件(13)为Y形，其两臂具有不同的长度并且偏离圆盘切刀(2)的中心，使较多的挖出材料(39)被导向两侧中的一侧，在本例中为导向运动方向的右侧。导引挡板(10)的任务是将在该侧初始被挖出而在接近沟渠处被积聚成小量的材料(39)分散开来，使与在沟渠另一侧被偏转件(13)放置成另一数量的材料相似，而合适地将大部分初始挖出的材料从沟渠移走到侧向任何远的距离，这个移走的挖出材料为挖掘的废料。

找平刮板(11)以恒定的高度在地面之上移动，因为它们被连结到底盘上而在同一底盘上支承着沿着地面滚压的压实辊(12)。

其功能是将留在沟渠两侧的小量初始挖出材料转变成占有较大宽度的、找平的挖出材料(40)，这样就可填充到在沟渠在管段(33)外部(33)和沟渠壁之间留出的侧边间隙内。最后，压实辊(12)将找平的挖出材料(40)弄光和压实使它们成为压实的挖出材料(41)。

在一个较优实施例中曾示出一种普遍用于高速铁路辅助管线的管段(33)。如图3和4所示，所述管段由混凝土制成，横截面为U字形，顶部开启，其上每侧各有一槽供盖(42)使用，使管段(33)及其内含物可被一个未示出的盖覆盖。这方面的专家当能知道本发明目的物的装置也可适用于任何其他型式的预制刚性管道在沟渠内的敷设，例如构成空心管道的、具有矩形外周、以后可放入电力电缆或通信电缆的空心管，不管是否全部埋入土内，都可用此装置敷设。

同样，这方面的专家知道还有其他形式的实施例可适用于这种具有预制的榫舌和槽口而要求放置在沟渠内的管段。例如在敷设圆筒形管段时水平的推动辊组可方便地用两组互成角度的辊子或三组互成120度的驱动轮(7)来替代。

图8和9示出改进的装置，该装置具有一个装在输送辊组(4)之上的旋转的步进输送机(51)。该输送机由两个被一中央轴(53)连结的圆盘(52)构成，在每个圆盘上钎焊着多个半圆形的蜂窝板(54)，数目最好为六个，它们均匀地分布在圆盘的周围，能起到步进的作用，在释放一个管段时能够截留下一个管段。在其中至少一个圆盘(52)上装有一个带齿的棘轮(52)，并有一个可被气动驱动器(57)驱动的栓销(56)与它合作。另外，有一设有感知器(59)的开关(58)，该感知器可以检测是否有一管段(33)停留在推动辊(6)的敞开部上。

这个改进装置的工作情况如下。

一组放置在输送辊(4)上的管段(33)被第一管段保持着，因为旋转的步进输送机(51)的蜂窝板(54)被插入到第一管段的中心通道内，同时栓销(56)阻挡着带齿棘轮，从而阻挡着旋转步进输送机(51)的转动。当放置在推动辊(6)上的上一管段被驱动轮(7)移走时，推动辊(6)的敞开部出现空缺，这个情况被装在管段(33)侧向上的开关(58)的感知器(59)检测到，栓销(56)的气动开关(57)在一个短时间内就被驱动使它与带齿棘轮(55)脱离接合，这样带齿棘轮就允许旋转步进输送机转动六分之一周，因为棘轮齿的数目与蜂窝板(54)的数目相同，由于这个转动，第一管段便从输送辊(4)移动到推动辊(6)上，同时后随的各个管段被旋转的步进输送机(51)保持着。其时可将隔离件60放置在每一对接续管段之间的顶部上，这些接续管段然后被驱动轮(7)堵住、导引并推动如上所述。这样停留在推动辊(6)上的接续管段便开始下降到沟渠的地面上，这时在推动辊(6)到头的区域内，由于离开沟渠地面有一些高度，总有一个中间管段(33′)悬在空中而被邻近管段(33″)的榫舌和槽口(61)的接合支承着。

在这改进的实施例中，驱动轮(7)的横向轮廓必须尽可能地圆浑以便与管段(33)的中心通道几乎无缝地偶合，为了使驱动轮(7)居中并离开清扫框(32)的垂直壁(32)，必须允许管段可在侧向上移动。

就隔离件(60)而言，采用泡沫聚苯乙烯曾得到良好的效果，因为这种材料特别便宜，在敷设管段时即使受到永久变形也不在乎。这方面的专家都知道，在敷设带有预制的榫舌和槽口的管子时为了得到水密的管道可使用弹性体材料如橡胶作为隔离件，这种材料可预先放置在管子的榫舌和槽口上。

Claims (11)

1.用来挖掘窄沟渠并敷设带榫舌和槽口的预制构件的装置，该装置由切割圆盘(2)和带榫舌和槽口的预制构件的输送机构成，其特征为，带榫舌和槽口的预制构件输送机包括：

一个横截面为U形的清扫框(32)，其前面被一倾斜面封闭，并被这样安装使挖出的泥土不能掉落到其内；

用来推动带榫舌和槽口的预制构件(33)的设施，该设施具有多个驱动轮(7)能通过摩擦接合将纵向推力传递给这些构件，当这些构件被放置在清扫框内时可用来使这些构件保持偶联在一起。

2.如权利要求1所述的用来挖掘窄沟渠并敷设带榫舌和槽口的预制构件的装置，其特征为，切割圆盘(2)环绕其周边配装有多个可更换的钉齿，并且由于安装切割圆盘(2)的底盘是用支承轮(3)停留在地上，其位置可用液压支承活塞(19)来调节，因此切割深度可被调节。

3.如权利要求2所述的用来挖掘窄沟渠并敷设带榫舌和槽口的预制构件的装置，其特征为，切割圆盘(2)连接到与牵引车(1)的动力输出轴(15)相接合的小斜齿轮(16)。

4.如权利要求1所述的用来挖开窄沟渠并敷设带榫舌和槽口的预制构件的装置，其特征为，推动带榫舌和槽口的预制构件的设施包括多个推动辊(6)用来承载所述多个带榫舌和槽口的预制构件(33)，这些构件受到多个气动驱动轮(7)施加在其上的向下力而被挤压在一起，所述驱动轮(7)装在一个轮轴(22)上，在该轮轴上还装有一个轮叉(20)，轮叉的一端铰接在一个摆动轮(21)，因此轮叉可上下摆动而倾侧，轮叉的另一端与一弹簧(23)连结，弹簧(23)设在轮叉(20)和装在无头螺钉(25)上的调节器螺帽(24)之间，摆动轮(21)和无头螺钉(25)都可转动地装在支承推动辊的侧边支架(26)上，当弹簧(23)被压缩而弹回时便可向下推动轮叉(20)；另外，驱动轮(7)通过驱动链(9)接受来自驱动马达(8)的旋转运动，结果，它们通过摩擦接合可将纵向推力传送到带榫舌和槽口的预制构件(33)上。

5.如权利要求4所述的用来挖掘窄沟渠并敷设带榫舌和槽口的预制构件的装置，其特征为，在切割圆盘(2)和推动辊(6)之间设有为带榫舌和槽口的预制构件(33)使用的多个输送辊(4)，形成一条对装置的前进方向成横向而且是倾斜的输送轨道。

6.如权利要求5所述的用来挖掘窄沟渠并敷设带榫舌和槽口的预制构件的装置，其特征为，在输送辊组之上接近其下部的地方装有一个挡止器(5)，它能将由于重力而沿着输送辊(4)下滑的带榫舌和槽口的预制构件挡止使这些构件停留在输送辊(4)上。

7.如权利要求6所述的用来挖掘窄沟渠并敷设带榫舌和槽口的预制构件的装置，其特征为，挡止器(5)和挡止器杠杆(28)成为一体装在挡止器轴(27)上，挡止器杠杆(28)的一端有一握手(29)，在该握手之下设有一个由两根铰接杠杆构成的锁紧装置(30)，其中较短的一臂能够插入到固定掣子(31)内使挡止器杠杆(28)不再能动，这样带榫舌和槽口的预制构件就可被挡止器(5)保持；而当一旦锁紧装置(30)从固定掣子(31)上脱开，挡止器杠杆(28)可自由转动时，挡止器(5)便可允许带榫舌和槽口的预制构件(33)进入到第一推动辊(6)上，在那里它们被侧边支架(26)保持着。

8.如权利要求5所述的用来挖掘窄沟渠并敷设带榫舌和槽口的预制构件的装置，其特征为，在输送辊组(4)之上接近其下部的地方装有一个旋转的步进输送机(51)，每一次它只能送出一个带榫舌和槽口的预制构件使这种构件能被陆续释放。

9.如权利要求8所述的用来挖掘窄沟渠并敷设带榫舌和槽口的预制构件的装置，其特征为，当这种预制构件(33)为具有U形横截面的管段时，旋转的步进输送机(51)可由两个被中心轴连接的圆盘构成，在圆盘上固定着多个蜂窝板(54)，这些蜂窝板均匀地分布在圆盘的周边上，并且至少有一带齿棘轮(55)能被栓销(56)制止，而栓销(56)能被气动驱动器(57)移动，驱动器(57)又可被一设有感知器(59)的开关控制。

10.如权利要求9所述的用来挖掘窄沟渠并敷设带榫舌和槽口的预制构件的装置，其特征为，驱动轮(7)为气动的并具有与带榫舌和槽口的预制构件的中央通道相同的宽度。

11.如权利要求1所述的用来挖掘窄沟渠并敷设带榫舌和槽口的预制构件的装置，其特征为，在各带榫舌和槽口的预制构件之间都各插有由硬度较低的材料制成的隔离件(60)以防止预制构件的直接接触。

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