自動(dòng)土質(zhì)邊坡排水溝削坡開(kāi)挖器的優(yōu)化設(shè)計(jì)

劉斯春 婁永超

(1.宜昌三大工程建設(shè)項(xiàng)目管理有限責(zé)任公司，湖北 宜昌 443002;2.中國(guó)水利水電第十二工程局有限公司，浙江 杭州 310000)

1 概述

土質(zhì)邊坡排水溝設(shè)計(jì)尺寸相對(duì)較小。在平緩地段，一般采用小型挖掘機(jī)配合測(cè)量先挖出中部矩形槽，然后采用人工輔助開(kāi)挖斜坡面。這種方法導(dǎo)致超欠挖現(xiàn)象嚴(yán)重，且坡面平整度較難控制，人工成本也較大。在地形復(fù)雜地段一般采用人工開(kāi)挖，施工質(zhì)量差、施工效率低。本論文針對(duì)以上不足，設(shè)計(jì)出一款新型土質(zhì)邊坡排水溝削坡開(kāi)挖器，設(shè)計(jì)的初衷就是能夠采用機(jī)械施工，減少人工成本的投入。在適應(yīng)不同地形、地貌進(jìn)行自動(dòng)削坡施工的基礎(chǔ)上，配合少量人工及小型挖掘機(jī)輔助出渣，能夠大大的提高施工的效力，并保證開(kāi)挖外觀樣貌。

2 機(jī)器組成

為保證機(jī)器能在不同的地形條件下平穩(wěn)施工，對(duì)機(jī)器進(jìn)行了系統(tǒng)性設(shè)計(jì)。該設(shè)備由四大部分組成，第一部分是柔性軌道，特點(diǎn)是能夠抓地且能適應(yīng)蜿蜒起伏的地形；第二部分是操作承臺(tái)，起到支撐上部電機(jī)及柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的作用；第三部分是動(dòng)力源——電機(jī)，其主要功能是為機(jī)械手臂的削坡及機(jī)器行走提供動(dòng)力，第四部分是輔助鋼板，其功能是輔助邊坡定型開(kāi)挖。

2.1 柔性軌道

底部柔性軌道由三部分組成，第一部分是采用“凸”字設(shè)計(jì)的厚橡膠底座，該橡膠軌道采用分段式設(shè)計(jì)，每段軌道長(zhǎng)度4 m，可以通過(guò)三段軌道連續(xù)拆分與拼裝，完成整段排水溝施工軌道施工布置。第二部分為承重鋼軌，并在底座上進(jìn)行分塊安裝，鋼軌在橡膠底座采用固定螺栓連接。第三部分是頂撐，結(jié)構(gòu)穿過(guò)“凸”字型橡膠底座并作用于坡面，用于軌道在垂直軸線方向的軌道調(diào)整與固定。頂撐與坡面的接觸面采用鋼板與半圓形法蘭盤(pán)焊接，T形圓管連接法蘭盤(pán)預(yù)留孔可自由旋轉(zhuǎn)，能與不同坡度的坡面進(jìn)行貼合。具體結(jié)構(gòu)示意詳見(jiàn)圖1。

2.2 操作承臺(tái)

操作承臺(tái)的作用是配合軌道彎曲和適應(yīng)起伏地形承重，采用分段式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。獨(dú)立結(jié)構(gòu)由三部分組成，第一部分為在軌道上行駛的滾輪。第二部分為支承受力的主體鋼結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)頂部由一塊10 mm厚的鋼板與承力鋼結(jié)構(gòu)焊接構(gòu)成。第三部分為自動(dòng)調(diào)節(jié)滑輪，用于輔助承臺(tái)適應(yīng)軌道起伏彎曲。承臺(tái)之間采用鉸鏈連接的連接方式，使承臺(tái)貼合軌道運(yùn)動(dòng)。具體結(jié)構(gòu)示意詳見(jiàn)圖2。

2.3 動(dòng)力源——電機(jī)

機(jī)械與土體接觸部分采用兩塊斜接式切割刀片，刀片內(nèi)側(cè)是小型電機(jī)帶動(dòng)的旋轉(zhuǎn)刀頭，在前方刀片按照設(shè)定坡比插入土體時(shí)，對(duì)刀片內(nèi)側(cè)待消除土體進(jìn)行肢解破碎。刀片依附于輔助鋼板在軸線方向來(lái)回伸縮，配合機(jī)械的行走對(duì)土體進(jìn)行削坡處理。刀片后方連接固定支架和傳動(dòng)軸。傳動(dòng)軸連接的是曲柄連桿，通過(guò)曲柄連桿的旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)傳動(dòng)軸在軸線的伸縮運(yùn)動(dòng)，曲柄連桿由電機(jī)通過(guò)萬(wàn)向軸的連接驅(qū)動(dòng)。電機(jī)由小型柴油發(fā)動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力。輔助動(dòng)力由兩種方式進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，第一種是通過(guò)卷?yè)P(yáng)機(jī)提供牽引，主要用于坡比較大的地段提供動(dòng)力。第二種是電機(jī)驅(qū)動(dòng)輪胎的抓地摩擦力，主要用于坡比平緩的地段提供動(dòng)力。具體結(jié)構(gòu)布置示意詳見(jiàn)圖3。

2.4 輔助鋼板

鋼板根據(jù)不同的地形及削坡坡比進(jìn)行設(shè)計(jì)。鋼板內(nèi)側(cè)焊接有固定槽鋼軌道，用于限制刀片傳動(dòng)軸精準(zhǔn)在固定方向和范圍內(nèi)運(yùn)動(dòng)。槽鋼軌道上設(shè)置有卡扣，用于來(lái)限制土體切割刀片的進(jìn)深尺寸以適應(yīng)不同弧度的彎道及直線段短進(jìn)尺的開(kāi)挖需求。具體結(jié)構(gòu)布置示意詳見(jiàn)圖4。

3 結(jié)語(yǔ)

本論文通過(guò)設(shè)計(jì)土質(zhì)排水溝削坡開(kāi)挖器配合小型挖掘機(jī)，采用機(jī)械削坡代替?zhèn)鹘y(tǒng)挖掘機(jī)開(kāi)挖溝槽、人工修整溝槽的方法，避免了超挖、欠挖現(xiàn)象的發(fā)生，保證了排水溝的一次性開(kāi)挖質(zhì)量，顯著減少了人工成本，并能夠高效的完成土質(zhì)邊坡的開(kāi)挖工作。該機(jī)器能夠適應(yīng)不同的地形布置，減少陡峭邊坡人工作業(yè)的危險(xiǎn)，保證施工人員的安全。