TWI523995B - 用於挖掘土壤的鉸刀頭，設有此鉸刀頭的鉸刀吸入式挖泥船及用於挖掘土壤之鉸刀頭的用法 - Google Patents

Description

用於挖掘土壤的鉸刀頭，設有此鉸刀頭的鉸刀吸入式挖泥船及用於挖掘土壤之鉸刀頭的用法

本發明是有關一種用於挖掘在水面下土壤的鉸刀頭，該鉸刀頭是適合用於被附接至一鉸刀吸入式挖泥船之梯斗，且是用於以其橫向掃刮運動而被移動通過該土壤。本發明亦是有關一種設有此鉸刀頭的鉸刀吸入式挖泥船，以及有關用於挖掘土壤，特別是相當堅硬土壤之鉸刀頭的用法。

在前言中所描述之種類的鉸刀頭例如是從專利NL-1031253中得知。習知鉸刀頭是一種可繞著一中心軸而旋轉之旋轉機體，且是由一底環和一轂部所形成，該轂部被安置成與該底環相隔一段距離和以同心方式被連接至該底環，一些具有切削工具的支承臂則是延伸於該底環與該轂部之間。該等習知切削工具是類似鑽錐，這意味著該等切削工具於其外側自由端處包含一扁平部份，連同其末端表面是能夠與土壤接觸超過一預設直線距離。為了良好的切削作用，於習知鉸刀頭之旋轉過程中，切削工具首先必須與土壤相接觸。於是，當從鉸刀頭的旋轉方向看過去，該等切削工具是被安置於該等支承臂之一前導部份上。

該鉸刀頭係結合一鉸刀吸入式挖泥船(亦被稱為鉸刀挖泥船)被應用。一鉸刀吸入式挖泥船包含一藉由所謂短柄鋤柱之作用而被固定至土壤的船身。由於此固定作用，在挖泥期間中，所產生之反作用力能夠被吸收和傳送到達土壤。一吸入導管被附接至該鉸刀吸入式挖泥船之梯斗，該吸入導管被連接至該鉸刀頭，挖出的土壤是沿著該吸入導管來移動。在挖泥期間中，該鉸刀頭被設定成為旋轉，且連同梯斗和吸入導管以一通常是傾斜之角度，往下降低進入水中，直到該鉸刀頭接觸到土壤為止。該鉸刀頭是經由使用絞車，交替地將該梯斗從左舷牽引至右舷而被拉動經過土壤。由於該鉸刀頭繞著該鉸刀頭之軸線(將底環和轂部之旋轉中心連接在一起的直線)而旋轉，在該鉸刀頭、梯斗和吸入導管之重量的影響下，該等切削工具的末端表面是以很大作用力來撞擊土壤。經由介於該等支承臂之間的通路開口，藉此成形之碎片將會被該吸入導管往上吸取和排出。藉由以一定時間，將該鉸刀吸入式挖泥船移動超過一預設距離，且重複以上所描述之掃刮運動，整個土壤表面能夠被挖出污泥。

該習知鉸刀頭所具有之缺失是就相當堅硬的土壞，例如是岩石，在本專利申請書內容中是界定成具有至少50MPa非限制抗壓強度(UCS)的土壤，此種土壤不是無法挖掘不然就是僅能夠以有限的效率挖掘。非限制抗壓強度(UCS)對於所屬技術領域中具有通常知識者是一種已知觀念，且代表著在壓縮期間側壁並未被支撐住的土壤質量的的抗壓強度。在本項專利申請書內容中所瞭解之效率，係表示每單位時間和單位動力所挖掘的土壤體積。

本項發明所具有之目的是提供一種用於一鉸刀吸入式挖泥船之鉸刀頭，除了其他的優點以外，該鉸刀頭能夠更有效率地挖掘土壤表面，且相較於該習知鉸刀頭，特別是能夠以增加的效率來挖掘相當堅硬種類的土壤。

依照本發明，一種鉸刀頭是提供用於以上目的，其包含一可沿著一中心軸而旋轉且是由一底環和一被安置成與該底環相隔一段距離之轂部所形成之旋轉機體，一些具有切削工具的支承臂則是延伸於該底環與該轂部之間，其中該等切削工具至少是於其外側自由端處是軸對稱的，且以是沿著其全部長度保持軸對稱為較適宜，於是，容許沿著該等切削工具之縱軸來自由旋轉。已發現到藉由提供特別是具有於其土壤接觸側邊處保持軸對稱之切削工具的鉸刀頭支承臂，相較於該習知鉸刀頭，特別是相當堅硬土壤，例如是岩石，本發明之鉸刀頭能夠以增加的效率來進行挖掘。該等切削工具的對稱性已知是對於土壤，且特別是相當堅硬土壤之破壞具有有利的效果。

該等習知切削工具於其外側自由端處是相當寬闊，用以於挖掘期間，能夠承受施加於其上的很大的作用力。該鉸刀吸入式挖泥船之水面下元件的重量終究是被分配於在該等切削工具與土壤之間的接觸表面區域上。藉由提供一相當寬闊的外側自由端予該習知切削工具，該接觸表面區域則是相當大，於是，傳送至土壤的作用力被分配於一相當大接觸表面區域上。因此，在該接觸表面上的平均壓力保持受到限制，於是，避免該等切削工具受到損壞。

由於依照本發明之切削工具至少於其外側自由端處是保持軸對稱，且是以此部份與土壞相接觸，該等切削工具已能夠以相當小的作用力來穿入土壤。此外，局部施加於土壤上的壓力則是相當高，於是，土壤，且特別是相當堅硬土壤被有效地加以壓碎。

該鉸刀頭之一項較佳實施例所具有的特色是該等切削工具為具旋轉對稱性，且以是圓錐形式為較佳。相較於習知切削工具，此種幾何形狀容許較高的平均壓力被傳送到達土壤。依照本發明之切削工具，且特別是圓錐形之較佳變化型式的另外一項優點是由於其本身之形狀，相較於習知切削工具，其所佔用的空間較小。於是，大量的切削工具可以提供予該鉸刀頭，且對於該鉸刀頭的挖掘效率來說，以上結果已知是有利的。為了相同的理由，相較於在習知鉸刀頭內之應用實例中，存在於該等鉸刀頭支承臂之間且挖掘出來之土壤係沿著其而被排出的通路開口可以是同樣地較小。此乃由於依照本發明之該等切削工具較少佔有該通路。於是，支承臂的數目亦可增加。

依照本發明另外一項較佳實施例，該等切削工具包含一大致上圓柱形的桿身部份，相較於一圓錐形頂端部份，該桿身部份具有縮小的直徑。依照該實施例之切削工具被配置成連同其圓柱形桿身部份在聯結機構內，該聯結機構則是位於該鉸刀頭之臂狀物上。該聯結機構較佳地包含一閉塞套筒，該閉塞套筒具有一中央內孔，該圓柱形桿身部份被嵌入至該中央內孔中，用以方便旋轉。在該實施例中，該圓錐形部份將突出閉塞套筒之外側超過一有效長度，相較於該切削工具之全長，該有效長度則是相當短。該實施例所具有之優點是可以抵抗比先前技術之切削齒部還要大很多的作用力。此外，閉塞套筒能夠有效地支撐切削工具以承受彎曲變形。在較佳實施例中，該等切削工具所帶有之突出至其夾持具外側的長度係介於10毫米與500毫米之間，較佳是介於20毫米與250毫米之間，且最佳是介於50毫米與150毫米之間。

在一項特別較佳之實施例中，切削工具較佳是被配置於其套筒內，使得該切削工具能夠自由旋轉或是至少方便繞著其旋轉對稱軸來旋轉。由於該等切削工具係保有旋轉對稱性之事實，以上結果是可以得到。在操作之過程中，容許該等工具產生自由旋轉或方便旋轉降低了該等工具被損壞的危險，且亦減少需要將該等切削工具之土壤接觸尖端因為與土壤接觸須加以磨利的可能性。於是，該等切削工具的使用壽命得以被延長，且因為毋須經常更換損壞或變鈍的切削工具，亦節省了寶貴的維修時間。

該切削工具之圓錐形部份較佳地具有一位於外側末端處的硬化尖端，其與土壤相接觸。該尖端例如是可以由碳化物所製成。

在另一項較佳實施例中，依照本發明之鉸刀頭所具有的特徵為該圓錐形切削工具之頂端部份的曲率半徑最大值為500毫米，較佳是350毫米之最大值，更佳是100毫米之最大值，且最佳是50毫米之最大值。另外一種較佳變化型式包含圓錐形切削工具，該圓錐形切削工具之頂端部份所具有的曲率半徑是介於1毫米到100毫米之間，且較佳是介於5毫米到80毫米之間。在另外一項較佳之變化型式中，該等切削工具包含一用以將一圓錐形堅硬金屬嵌入物接收於其內之夾持具。

依照本發明之鉸刀頭的一項較佳實施例所具有之特色是該鉸刀頭包含至少5個支承臂，較佳是至少10個支承臂，且最佳是至少15個支承臂。該鉸刀頭甚至是可以包含一具有存在於該底環與該轂部之間之通路開口的旋轉表面。該旋轉表面之介於該等開口之間的部份因此形成了鉸刀頭之「支承臂」。另外一種選項是將以軸向運轉的支承臂提供予該鉸刀頭，在周邊方向上運轉之橫向臂則是被安裝於該等支承臂上。

切削工具的數目可以在較大之限制內改變，其中切削工具的數目以是儘量多為較有利。在較佳實施例中，依照本發明之鉸刀頭包含至少50個切削工具，以是至少100個切削工具為較適宜，以是至少140個切削工具為更加適宜，且以是至少180個切削工具為最適宜。該等切削工具在此是可以被規律地、但亦可以是不規則地分配至該鉸刀頭之旋轉表面上。每一個支承臂的切削工具數目以是包含至少10個切削工具為較適宜，以是至少20個切削工具為更加適宜，且以是至少25個切削工具為最適宜。

依照本發明之鉸刀頭基本上是以不同於該習知鉸刀頭之方式來切削土壤。習知鉸刀頭是以強大作用力來撞擊出大型的土壤碎片。依照本發明之鉸刀頭則是將土壤破壞成為許多小型碎片。此外，由於許多大量的切削工具是在該鉸刀頭之旋轉方向上，土壤則是以更加快速的連續性被切削。此種操作方式已知可產生更高的效率，特別是在較堅硬的土壤內。

另外，更進一步得知以下益處，針對該等支承臂，從該鉸刀頭之旋轉方向看過去，該等支承臂包含位於一前導部份上之第一系列切削工具，且至少一支承臂包含位於轉向遠離中心軸之部份上的第二系列切削工具。雖然不常將切削工具提供予面朝向從該中心軸離開之支承臂的部份，但是其效率將有所改善。已知切削工具到達轉向遠離中心軸之支承臂的該部份之連接方式是足夠強健，用以將該等切削工具撞擊至特別堅硬土壤，例如是岩石所產生之作用力傳送到該支承臂。相較於依照先前技術的內容，更多的切削工具可以採用相同方式來被安置於單一支承臂上。此項結果則提供有利之處，特別是用於挖掘相當堅硬的土壤。

在一項有利的實施例中，位於一支承臂上的第一系列切削工具是相對於該第二系列切削工具保持偏移。此項結果則更進一步增加挖掘程序的效率。由於該等切削工具保持偏移，該等切削工具的工作區域得以增加。此乃因為第二系列切削工具並未被第一系列切削工具阻礙到。

在另外一項較佳實施例中，該等支承臂具有一長度，且該等切削工具是沿著該支承臂長度之80%的最大值而被安置於該等支承臂中間的任一側邊上。靠近該等支承臂之外側末端處並未存在有切削工具並不會影響到該鉸刀頭的效率，同時，由於此種配置方式，鉸刀的構造則變成更加簡單和因此更加便宜。另一方面，靠近鉸刀頭之轂部處存在有切削工具則是有利於該鉸刀頭之前進。

該等切削工具可以與鉸刀頭之支承臂一體地成形。另外一種方法是直接將該等切削工具連接至該等支承臂，例如是將大致上體現於鋼材之切削工具加以熔接，用以支撐大致上是以鋼材來製造之支承臂，這產生了一種堅固的連接方式。切削工具特別是可以經由聯結機構而被特別地連接至支承臂。因此，切削工具能夠容易被更換，更換的動作本身則是該等切削工具產生磨耗或損壞後的必須結果。在此的有利之處是例如是藉由使用一種熔接之連接方式將聯結機構本身與支承臂一體地連接。

在依照本發明之鉸刀頭的較佳實施例中，該鉸刀頭之支承臂具有導件，該聯結機構和/或該等切削工具是以可移動之方式被安裝至該等導件上。一種適宜的導件包含例如是一導軌，該聯結機構和/或該等切削工具能夠於該導軌上滑動。現有較佳變化型式所具有的優點是該聯結機構和/或該等切削工具能夠容易被移動。因此，依據土壤性質，且特別是土壤硬度，介於該等切削工具之間的中間距離能夠採用簡單方式來加以調整。

本發明亦是有關依照本發明之鉸刀頭的用法，其用於切削進入土壤部份，該土壤具有介於50MPa與200MPa之間，較佳是介於60MPa與150MPa之間且最佳是介於80MPa與100MPa之間的非限制抗壓強度(UCS)。針對該鉸刀頭之使用益處可參考依照本發明之鉸刀頭的以上所描述優點。

本發明亦是有關一種具有依照本發明之鉸刀頭的鉸刀吸入式挖泥船。藉由使用一種具有依照本發明之鉸刀頭的鉸刀吸入式挖泥船，土壤，且特別是相當堅硬土壤，亦即是具有超過50MPa非限制抗壓強度之土壤是能夠以改善的效率而被加以挖掘。

圖1表示一鉸刀吸入式挖泥船1，一梯斗2是繞著一水平軸3而以可樞轉之方式被安裝至該鉸刀吸入式挖泥船上。梯斗2具有一吸入管4，該吸入管可以將挖鬆的土壤碎片往上吸至一水面100上方的高度，在此之後挖鬆的土壤碎片被排出。梯斗2被拖過土壤表面9，用以藉由一絞車5之作用來挖掘或破壞土壤，該絞車被配置於鉸刀吸入式挖泥船1之甲板上且具有一些吊盤絞車(未表示於圖中)和梯斗絞車纜索8。依照本發明之鉸刀頭10是被提供於梯斗2的外側末端上。鉸刀頭10是藉由梯斗絞車纜索8之作用而能夠被下降至水面下，且在使用期間是以一種從鉸刀吸入式挖泥船1之左舷到其右舷和往後的往復、掃刮運動而被移動通過土壤表面9。為了要能夠吸收在此於該土壤表面上所產生之作用力，鉸刀吸入式挖泥船1是藉由一短柄鋤柱101之作用而被錨固至土壤內。圖1表示出左手邊(右舷)短柄鋤柱是在未被錨固位置處，且右手邊(左舷)短柄鋤柱是在已錨固位置處。

參考圖2，依照本發明之鉸刀頭10包含一旋轉機體11，藉由驅動機構(未表示於圖中)之作用，該旋轉機體可以被設定成繞著其旋轉軸12而旋轉。旋轉軸12在此是與鉸刀頭10之中心軸一致。在所示之實施例中，從船橋看過去，旋轉機體11被設定成以順時針方向R旋轉。支承臂15是以螺旋之方式延伸於一底環13與一轂部14之間，該轂部則被安置成與該底環13相隔一段距離，該等支承臂15被連接至底環13和轂部14。支承臂15在此為拱形，其中外凸側邊被係指向旋轉方向R。底環13、轂部14和支承臂15大致上是以鋼材製造。此項結果不儘是造成鉸刀頭10更加堅固，亦提供相當的重量予鉸刀頭10，於是，在挖掘期間，該鉸刀頭10被推動至土壤的方向，用以在重力之作動下來產生挖掘作用。支承臂15在此是被規律地安置於鉸刀頭10之周邊部位的周圍。通路開口16被安置於支承臂15之間。大致上是由鋼材所製造之聯結機構17被熔接至支承臂15與鉸刀頭10之旋轉方向相對應的一前導邊緣15a，用以將第一系列切削工具連接至支承臂15。同樣地，大致上是由鋼材所製造之聯結機構17被熔接至支承臂15面朝遠離鉸刀頭10之中心軸的邊緣15b，用以將第二系列切削工具20連接至支承臂15。聯結機構17被定位成使得第一系列切削工具和第二系列切削工具20之前方側邊或衝擊側邊能夠指向旋轉方向R。

參考圖3，切削工具20的一項實施例被表示出來。所示之切削工具20帶有全長27，其包含一具有直徑25之大致上圓柱形部份22，以及一圓錐形第二部份23。例如是藉由一活扣接頭220之作用，切削工具20可以被配置成圓柱形部份22係位於以上所描述鉸刀頭10之聯結機構17之中。亦可以採用一種永久性連接方式，或是其他型式的可釋放式連接方式。在切削工具20被配置於聯結機構17內的狀況之下，圓錐形部份23將突出至該聯結機構或支持具17之外側，超過一有效長度26。切削工具2之圓錐形部份23於外側末端處設有一與土壤相接觸之硬化尖端28。其了其他因素，切削工具20之頂端的適宜曲率半徑係依據土壤性質和依據該鉸刀頭的特別設計，該曲率半徑以是介於1毫米與100毫米之間為較適宜。一切削工具20的適宜全長27以是介於20毫米與400毫米之間為較佳。適宜的橫向尺寸25以是介於10毫米與100毫米之間為較佳。在一項較佳實施例中，該等切削工具20突出至夾持具17之外側的長度26是介於10毫米與500毫米之間，以是介於20毫米與250毫米之間為更加適宜，且以是介於50毫米與150毫米之間為最適宜。

如圖4和圖5所示，該切削工具20以是經由聯結機構17而被連接至該等支承臂15為較適宜，該聯結機構17的型式是一具有一中央內孔170之閉塞套筒，一切削工具20之圓柱形桿身部份22可嵌入至該中央內孔170中，用以方便旋轉。在圖4之實施例中，具有該硬化尖端28的圓錐形部份23突出至該閉塞套筒之外側，超過一有效長度，相較於該切削工具20的全長，該有效長度則是相當短。該閉塞套筒17將該切削工具20支撐住以抵抗產生彎曲變形，且容許沿著該切削工具20之軸向方向171來傳送較大的抗壓作用力。該切削工具20是從左手邊來嵌入至該中央內孔170內，直到該活扣接頭220接合至在該套筒內之相對應環狀溝槽221為止。在已完成接合之狀態下，由於該切削工具20為保持旋轉對稱之事實，該切削工具20能夠沿著在該中央內孔170內之軸心171而自由旋轉。此種旋轉動作可能會稍微受到介於該桿身部份22之外側表面與該中央內孔170之內側表面中間，或是介於套筒與圓錐形部份23之接觸表面中間的摩擦力之阻礙，但是其基本上是一種自由旋轉。

在圖5中所示之另一實施例係使用一具有一細縫173之分開固定環172，使得藉由將該固定環壓縮，該固定環可以變小。一旦該固定環172接合至一相對應環狀溝槽221(如圖4所示之實施例)，該固定環將會伸展，且離開該桿身部份22之外側表面使其能夠自由旋轉。藉由將切削工具20之後側部份222接合抵住該孔環172，該切削工具20得以被鎖定在軸向方向171中。

依照本發明之鉸刀頭是特別適合用於破壞相當堅硬的土壤，該鉸刀頭是自銳式和具有延長的使用壽命。

15b‧‧‧邊緣/部份

16‧‧‧通路開口

17‧‧‧聯結機構/夾持具/閉塞套筒

20‧‧‧切削工具

22‧‧‧圓柱形部份/桿身部份

23‧‧‧圓錐形第二部份

25‧‧‧直徑/橫向尺寸

26‧‧‧有效長度

27‧‧‧全長

28‧‧‧硬化尖端

100‧‧‧水面

101‧‧‧短柄鋤柱

170‧‧‧中央內孔

171‧‧‧軸向方向/軸心

172‧‧‧分開固定環/孔環

173‧‧‧細縫

220‧‧‧活扣接頭

221‧‧‧環狀溝槽

222‧‧‧後側部份

R‧‧‧旋轉方向

參考隨附圖形和較佳實施例之描述內容，本發明將在此被更進一步加以說明，但是本發明並未因此而受限。該等圖形則毋須依照比例來繪製。在圖中：

圖1為鉸刀吸入式挖泥船之一部份的概略視圖，該鉸刀吸入式挖泥船具有一被附接至其上之梯斗和設有依照本發明之鉸刀頭；

圖2為依照本發明之鉸刀頭的立體視圖；

圖3為依照本發明之切削工具的詳細側視圖；

圖4為依照本發明另一實施例之切削工具的詳細側視圖；以及

圖5為依照本發明另一實施例之切削工具的詳細側視圖。

Claims (13)

1. 一種用於挖掘在水面下土壤的鉸刀頭(10)，其包含一可繞著一中心軸而旋轉且是由一底環和一被安置成與該底環相隔一段距離之轂部(14)所形成的旋轉機體(11)，設有切削工具(20)的一些支承臂(15)則是延伸於該底環與該轂部之間，用於將挖出土壤排出的通路開口(16)係存在於該等支承臂(15)之間，其中該鉸刀頭包含至少50個切削工具，該等切削工具(20)至少於其為土壤接觸側邊之外側自由端處繞著該等切削工具的縱軸為軸對稱的。
2. 如申請專利範圍第1項之鉸刀頭(10)，其特徵為該等切削工具(20)被配置於該等支承臂(15)上，使得該等切削工具能夠繞著其旋轉對稱軸而自由旋轉。
3. 如申請專利範圍第1項或第2項之鉸刀頭(10)，其特徵為該等切削工具(20)是圓錐形的。
4. 如申請專利範圍第1項或第2項之鉸刀頭(10)，其特徵為該等圓錐形切削工具(20)的頂端部份於外側自由端處具有最大值為50毫米之曲率半徑。
5. 如申請專利範圍第1項或第2項之鉸刀頭(10)，其特徵為該鉸刀頭(10)包含至少10個支承臂(15)。
6. 如申請專利範圍第1項或第2項之鉸刀頭(10)，其特徵為一支承臂(15)包含至少20個切削工具(20)。
7. 如申請專利範圍第1項或第2項之鉸刀頭(10)，其特徵為該等切削工具(20)是相對於該等支承臂(15)來 加以定位，使得在該鉸刀頭旋轉經過土壤之過程中，該等切削工具能夠大致上垂直地衝擊土壤表面。
8. 如申請專利範圍第1項或第2項之鉸刀頭(10)，其特徵為從該鉸刀頭(10)之旋轉方向看過去，一支承臂(15)包含位於該支承臂之一前導部份(15a)上的第一系列切削工具(20)，以及該支承臂(15)包含位於轉向離開該中心軸之部份(15b)上的第二系列切削工具(20)。
9. 如申請專利範圍第8項之鉸刀頭(10)，其特徵為在相同的支承臂(15)上，該第一系列切削工具(20)被配置成相對於該第二系列切削工具(20)保持偏移。
10. 如申請專利範圍第1項或第2項之鉸刀頭(10)，其特徵為該等切削工具(20)是經由聯結機構(17)而被連接至該等支承臂(15)。
11. 如申請專利範圍第10項之鉸刀頭(10)，其特徵為該鉸刀頭之該等支承臂(15)設有導件，該聯結機構(17)和/或該等切削工具(20)是以可移動之方式被安裝至該等導件上。
12. 一種使用如申請專利範圍第1至11項中任一項之鉸刀頭(10)來挖掘土壤的用法，該土壤具有至少是50MPa，較佳是至少60MPa且最佳是至少80MPa之非限制抗壓強度(UCS)。
13. 一種鉸刀吸入式挖泥船(1)，其設有如申請專利範圍第1項到第11項中任一項之鉸刀頭(10)。