大体积石质路基快速施工机械及工艺 |
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| 申请号 | CN202311520488.6 | 申请日 | 2023-11-15 | 公开(公告)号 | CN117802842A | 公开(公告)日 | 2024-04-02 |
| 申请人 | 中交第三航务工程局有限公司; 河南省泽畅高速公路有限公司; | 发明人 | 杨通全; 黄宇峰; 吴孟莳; 陈雅南; 郭盈; 于金法; 董谦; 李宇; 荣祥磊; 胡姜生; 高世豪; 吴青河; 宋明帅; | ||||
| 摘要 | 本 发明 属于大体积石质路基快速施工技术领域，具体涉及高速公路大体积石质路基快速施工机械及工艺；它包括 机架 ，机架上设置有固定转向机构、台阶开挖及钻孔机构，固定转向机构包括垂直设置于机架上的双面 齿条 ，固定圆 齿轮 与双面齿条的 外齿 相 啮合 ， 连接杆 的上端连接固定圆齿轮轴、中部设置有 离合器 、下端连接有固定筒；台阶开挖及钻孔机构包括设置于机架上的横向齿条，竖向连接杆上端连接上圆齿轮轴、下端连接纵向齿条，上圆齿轮与横向齿条相啮合，中圆齿轮与纵向齿条相啮合，上联结板连接有升降驱动机构，升降驱动机构连接有转换接头；本发明可有效辅助作业人员对高速公路半填半挖石质路基进行整体施工，提高施工效率，降低施工成本。 | ||||||
| 权利要求 | 1.大体积石质路基快速施工机械，它包括机架（19），其特征在于： |
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| 说明书全文 | 大体积石质路基快速施工机械及工艺技术领域[0001] 本发明属于大体积石质路基快速施工技术领域，具体涉及高速公路大体积石质路基快速施工机械及工艺。 背景技术[0002] 目前高速公路半填半挖石质挖方路基施工一般采用开山的方法，将开山的石料用于填方路基；石质山体开山一般采用炸山开采，带来许多安全隐患，开山的石料需要破碎、填筑、压实等诸多工序，由于填石路基压实困难，施工难度大，质量无法保证；为防止路基滑移在山区填方路段往往还需要增加挡墙或抗滑桩，费时成本又高，不用开山将挖方石体就地处理，直接整体移动应用到填方路基，这个工艺就是半填半挖石质路基整体式施工工艺；采用整体式施工工艺可有效解决上述问题，但是半填半挖石质路基整体式施工还没有成品的机械，所以，开发高速公路半填半挖石质路基整体式施工机械，有很高的应用价值和广阔的市场前景。 发明内容[0003] 本发明的目的是为了克服现有技术的不足，而提供一种可有效辅助作业人员对高速公路半填半挖石质路基进行整体施工，提高施工效率，降低施工成本的高速公路半填半挖石质路基整体式施工机械及工艺。 [0004] 本发明的目的是这样实现的：大体积石质路基快速施工机械及工艺，它包括机架，所述机架上设置有固定转向机构，所述固定转向机构包括垂直设置于所述机架上的双面齿条，固定圆齿轮设置于圆齿轮轴上并与所述双面齿条的外齿相啮合，L型的连接杆的上端连接所述固定圆齿轮轴、中部设置有离合器、下端连接有固定筒，所述固定筒为圆锥筒；所述双面齿条的下端连接有圆筒齿轮，转向圆齿轮设置于转向圆齿轮轴上并与所述圆筒齿轮相啮合，所述转向圆齿轮轴通过轴承设置于所述连接杆上；所述固定转向机构还包括有钻芯筒，所述钻芯筒可沿所述双面齿条的高度方向上下移动；所述机架上还设置有台阶开挖及钻孔机构，所述台阶开挖及钻孔机构包括设置于所述机架上的横向齿条，竖向连接杆上端连接上圆齿轮轴、下端连接纵向齿条，上圆齿轮设置于所述上圆齿轮轴上并与所述横向齿条相啮合，中圆齿轮设置于中圆齿轮轴上并与所述纵向齿条相啮合，所述中圆齿轮轴下端通过轴承与上联结板相连接，所述上联结板连接有升降驱动机构，所述升降驱动机构连接有转换接头，所述转换接头用于连接台阶开挖筒刀或者钻头，所述升降驱动机构用于驱动所述转换接头升降。 [0007] 所述固定转向机构还包括有与所述双面齿条的内齿相啮合的钻芯圆齿轮，横向连接杆一端连接钻芯圆齿轮轴，另一端通过轴承与钻芯轴相连接，所述钻芯圆齿轮转动设置于所述钻芯圆齿轮轴上，所述钻芯轴的下端与所述钻芯筒相连接。 [0008] 所述升降驱动机构包括立齿条，左、右两个所述立齿条与所述上联结板相连接，下圆齿轮设置于下圆齿轮轴上并与所述立齿条相啮合，两个所述下圆齿轮轴之间连接有下联结板，中轴上端通过轴承与所述下联结板相连接、下端与所述转换接头相连接。 [0009] 所述机架上设置有切割装置，所述切割装置包括设置于所述机架上的切割轴，所述切割轴连接有切割片，所述机架上设置有前后、左右及下部五套切割装置，分别进行背部、两边部及底部的切割。 [0010] 所述机架上设置有冷却装置，所述冷却装置包括设置于所述机架上的储水箱，所述储水箱连接有水泵，所述水泵连接有空气压缩机，所述空气压缩机连接有喷嘴，所述喷嘴设置于所述切割片附近以便于对其进行冷却。 [0012] 大体积石质路基快速施工工艺，它包括以下步骤：步骤1、根据路基顶设计标高，确定半填半挖石质路基的分界点； 步骤2、根据路基总宽度及山体的外形尺寸，计算出半填半挖石质路基填挖平衡点； 步骤3、根据半填半挖石质路基的分界点和填挖平衡点，划分要移动山体的施工范围，确定施工起始点；根据填方体和挖方体的具体参数，确定填方体和挖方体施工台阶的数量、宽度、高度和位置坐标； 步骤4、将高速公路半填半挖石质路基整体式施工机械开到预设的施工现场，打开钻芯按钮，开始取芯作业；取芯作业完成后，打开退钻芯按钮，钻芯筒上移到设定的位置；然后打开固定按钮，固定筒下降进入芯孔中，在摩擦力作用在被固定在芯孔，从而完成整机的固定； 步骤5、根据设计的台阶宽度、高度，确定开挖筒刀的数量、位置及深度，然后打开台阶开挖按钮，开挖筒刀按照设定的速度和方向进行台阶开挖； 步骤6、将钻头移到设定的位置，打开钻孔按钮，完成钻孔工作； 步骤7、调整切割片到设定的位置，打开切割按钮，完成挖方体切割； 步骤8、将导向固定管安装在台阶孔中； 步骤9、将钢丝绳穿过台阶孔并将其端部的螺栓接头连接到导向固定管的螺孔，然后伸出万向吊臂将吊勾勾住穿过台阶孔的钢丝绳，将挖方体吊运到填方体的上部，挖方体沿导向固定管在自重作用下下落到设定的位置，经橡胶阻尼块定位；从导向固定管去掉钢丝绳螺栓接头； 步骤10、导向固定管对准定位孔将固定钢板安放到挖方体上方，将螺栓安装到导向固定管上端的螺孔中，将加工好的挖方体和填方体固定为一体。 [0013] 本发明的有益效果：本发明的大体积石质路基快速施工机械，机架上的发动机、变速箱、分动箱、液压马达、液压泵组成本发明施工机械的动力系统，为其它各部分机构及装置提供动力；固定转向机构有固定和转向两个作用，固定转向机构的固定作用是使整机固定在石质路基上，以保证在完成开挖台阶、钻孔、吊装等工作的安全；固定转向机构的转向作用是当整机完成第一个作业面设定的工作内容后，由于在整机两端分别设置一套固定转向机构，前端的固定转向机构取消固定工作，后端的固定转向机构进行转向工作，使整机整体转动进入下一个作业面，此时第一个作业面前端成为第二个作业面的后端，第一个作业面的后端成为第二个作业面的前端，如此循环完成全部作业面的工作；台阶开挖及钻孔机构的作用是通过液压泵驱动中轴转动带动台阶开挖筒刀或钻头转动，在台阶开挖筒刀或钻头旋转运动的同时，还可进行左右、前后及上下运动，从而完成台阶开挖或钻孔作业；本发明的高速公路半填半挖石质路基整体式施工机械及工艺，可有效辅助作业人员对高速公路半填半挖石质路基进行整体施工，提高施工效率，降低施工成本。附图说明 [0014] 图1为大体积石质路基快速施工工艺技术的示意图。 [0015] 图2为本发明大体积石质路基快速施工机械的结构示意图。 [0016] 图3为本发明大体积石质路基快速施工机械竖固定转向机构的结构示意图。 [0017] 图4为本发明大体积石质路基快速施工机械台阶开挖及钻孔机构的结构示意图。 [0018] 图5为本发明大体积石质路基快速施工机械吊装装置结构及工作原理的示意图。实施方式 [0019] 下面结合附图对本发明做进一步的说明。 [0020] 大体积石质路基快速施工机械，它包括机架19，所述机架19上设置有固定转向机构25，所述固定转向机构25包括垂直设置于所述机架19上的双面齿条47，固定圆齿轮46设置于圆齿轮轴45上并与所述双面齿条47的外齿相啮合，固定圆齿轮滑套安装在双面齿条47上，固定圆齿轮46转动可带动固定圆齿轮轴45沿固定圆齿轮滑套上、下滑动，L型的连接杆40的上端连接所述固定圆齿轮轴45、中部设置有离合器44、下端连接有固定筒26，所述固定筒26为圆锥筒；所述双面齿条47的下端连接有圆筒齿轮42，转向圆齿轮43设置于转向圆齿轮轴41上并与所述圆筒齿轮42相啮合，所述转向圆齿轮轴41通过轴承设置于所述连接杆40上；所述固定转向机构25还包括有钻芯筒34，所述钻芯筒34可沿所述双面齿条47的高度方向上下移动； 所述固定转向机构25还包括有与所述双面齿条47的内齿相啮合的钻芯圆齿轮39，横向连接杆38一端连接钻芯圆齿轮轴35，另一端通过轴承与钻芯轴37相连接，所述钻芯圆齿轮39转动设置于所述钻芯圆齿轮轴35上，所述钻芯轴37的下端与所述钻芯筒34相连接。 [0021] 固定转向机构25的作用：固定转向机构25有固定和转向两个作用，固定转向机构25的固定作用是使整机固定在石质路基上，以保证在完成开挖台阶2、钻孔、吊装等工作的安全。固定转向机构25的转向作用是当整机完成第一个作业面设定的工作内容后，由于在整机两端分别设置一套固定转向机构25，前端的固定转向机构25取消固定工作，后端的固定转向机构25进行转向工作，使整机整体转动进入下一个作业面，此时第一个作业面前端成为第二个作业面的后端，第一个作业面的后端成为第二个作业面的前端；如此循环完成全部作业面的工作。 [0022] 固定转向机构25的固定工作原理是：液压泵11驱动钻芯轴37转动带动钻芯筒34转动进行取芯；同时液压泵11驱动钻芯圆齿轮轴35转动带动钻芯圆齿轮39转动，由于钻芯圆齿轮39与双面齿条47的内齿齿合，钻芯圆齿轮39在转动的同时还上、下运动，带动横向连接杆38和钻芯筒34上、下运动，完成进钻和退钻；钻芯结束后退钻。然后液压泵11驱动固定圆齿轮46转动，由于固定圆齿轮46与双面齿条47的外齿齿合，固定圆齿轮46转动带动固定圆齿轮轴45沿固定圆齿轮46滑套上、下滑动，固定圆齿轮轴45带动连接杆40上、下移动，连接杆40带动固定筒26上、下移动。由于固定筒26圆锥状，固定筒26下端进入芯孔中，在摩擦力作用在被固定在芯孔，从而完成整机的固定。 [0023] 固定转向机构25的转向工作原理是：在整机前、后两端分别设置一套固定转向机构25，当整机完成第一个作业面设定的工作内容后，液压泵11驱动前端固定转向机构25的固定圆齿轮46顺时针转动，带动固定筒26向上运动，取消前端的固定工作。然后后端离合器44断开，将后端连接杆40上、下一分为二，从而使后端固定筒26与整机脱离，液压泵11驱动后端固定转向机构25的转向圆齿轮轴41转动，带动转向圆齿轮43转动，转向圆齿轮43转动带动圆筒齿轮42转动，带动双面齿条47转动，双面齿条47转动带动机架19转动，从而带动整机转动；使整机整体转动进入下一个作业面，此时第一个作业面前端成为第二个作业面的后端，第一个作业面的后端成为第二个作业面的前端；第二个作业面的后端进行固定工作后开始进行第二个作业面的工作。 [0024] 所述机架19上还设置有台阶开挖及钻孔机构12，所述台阶开挖及钻孔机构12包括设置于所述机架19上的横向齿条33，竖向连接杆48上端连接上圆齿轮轴49、下端连接纵向齿条20，上圆齿轮21设置于所述上圆齿轮轴49上并与所述横向齿条33相啮合，中圆齿轮13设置于中圆齿轮轴57上并与所述纵向齿条20相啮合，中圆齿轮轴滑套安装在纵向齿条20上，中圆齿轮轴57可沿中圆齿轮轴滑套前、后滑动；所述中圆齿轮轴57下端通过轴承与上联结板56相连接，所述上联结板56连接有升降驱动机构，所述升降驱动机构连接有转换接头50，所述转换接头50用于连接台阶开挖筒刀或者钻头，所述升降驱动机构用于驱动所述转换接头50升降。 [0025] 所述升降驱动机构包括立齿条55，左、右两个所述立齿条55与所述上联结板56相连接，下圆齿轮53设置于下圆齿轮轴52上并与所述立齿条55相啮合，两个所述下圆齿轮轴52之间连接有下联结板51，中轴54上端通过轴承与所述下联结板51相连接、下端与所述转换接头50相连接。 [0026] 台阶开挖及钻孔机构12的作用及工作原理是：液压泵11驱动中轴54转动带动台阶开挖筒刀或钻头转动，在台阶开挖筒刀或钻头旋转运动的同时，还可进行左右、前后及上下运动，从而完成台阶2开挖或钻孔作业。 [0027] 台阶开挖及钻孔机构12左、右运动的工作原理：液压泵11驱动上圆齿轮21转动，由于上圆齿轮21与横向齿条33齿合，上圆齿轮21转动带动上圆齿轮轴49左、右运动，上圆齿轮轴49左、右运动带动竖向连接杆48左、右运动，竖向连接杆48左、右运动带动纵向齿条20与中圆齿轮13、中圆齿轮轴57左、右运动，纵向齿条20与中圆齿轮13、中圆齿轮轴57左、右运动带动上联结板56和立齿条55左、右运动，上联结板56和立齿条55左、右运动带动下联结板51左、右运动，下联结板51左、右运动带动中轴54左、右运动，中轴54左、右运动带动开挖筒刀或钻头左、右运动。 [0028] 台阶开挖及钻孔机构12前、后运动的工作原理：液压泵11驱动中圆齿轮轴57转动，由于中圆齿轮13与纵向齿条20齿合，中圆齿轮轴57在转动的同时又沿中圆齿轮轴滑套前、后运动，中圆齿轮轴57前、后运动带动上联结板56和立齿条55前、后运动，上联结板56和立齿条55前、后运动带动下联结板51前、后运动，下联结板51前、后运动带动中轴54前、后运动，中轴54前、后运动带动开挖筒刀或钻头前、后运动。 [0029] 台阶开挖及钻孔机构12上、下运动的工作原理：液压泵11驱动下圆齿轮轴52转动，由于下圆齿轮53与立齿条55齿合，下圆齿轮轴52在转动的同时又可上、下运动，下圆齿轮轴52上、下运动带动下联结板51上、下运动，下联结板51上、下运动带动中轴54上、下运动，中轴54上、下运动带动开挖筒刀或钻头上、下运动。 [0030] 台阶施工宽度调整原理：由于台阶开挖及钻孔机构12设置多个开挖筒刀，通过台阶2设计宽度和开挖筒刀的直径计算开挖筒刀的数量，多个开挖筒刀直径的总和要大于台阶2设计宽度，多个开挖筒刀前后设置，通过调整开挖筒刀左、右重叠一部分，可使台阶2开挖施工宽度为台阶2设计宽度。 [0031] 台阶2施工高度调整原理：由于多个台阶2设计高度不同，可通过调整开挖筒刀的高度实现台阶2施工高度调整。 [0032] 台阶2钻孔位置、深度的调整：通过钻头左右、前后移动找到钻孔位置，通过钻头上、下运动实现进钻和施工深度的调整。 [0033] 所述机架19上设置有发动机29，所述发动机29连接有变速箱30、分动箱31、液压马达10和液压泵11，它们构成本发明施工机械的动力系统，为其它各机构及装置提供动力，其中，液压马达10、液压泵11、液压缸、液压管、液压阀等组成液压系统。 [0034] 所述机架19上还设置有行走装置32，所述行走装置32包括有轮轴、轮毂、轮胎，轮轴设置于所述机架19上，并由所述液压泵11驱动，轮轴转动带动轮毂、轮胎转动实现整机的行走，通过液压泵11调整轮轴的转速可实现整机的行进速度。 [0035] 所述机架19上设置有切割装置，所述切割装置包括设置于所述机架19上的切割轴14，所述切割轴14连接有切割片15，所述机架19上设置有前后、左右及下部五套切割装置，分别进行背部、两边部及底部的切割。 [0036] 所述机架19上设置有冷却装置，所述冷却装置包括设置于所述机架19上的储水箱28，所述储水箱28连接有水泵27，所述水泵27连接有空气压缩机24，所述空气压缩机24连接有喷嘴23，所述喷嘴23设置于所述切割片15附近以便于对其进行冷却。 [0037] 所述机架19上设置有吊装装置，所述吊装装置18包括设置于所述机架19上的万向吊臂16，所述万向吊臂16上设置有吊勾17和钢丝绳18。 [0038] 吊装装置工作原理是：先将钢丝绳18穿过台阶孔3并通过螺栓接头58连接到导向固定管8的螺孔，然后伸出万向吊臂16将吊勾17勾住穿过台阶孔3的钢丝绳18，将挖方体5吊运到填方体6的上部，挖方体5在自重作用下下落到设定的位置，经导向固定管8的橡胶阻尼块7定位。 [0039] 机架19上还设置有由控制元件、控制软件、操作开关等组成的控制系统22，通过控制系统22可以控制钻芯的速度、固定筒26的下沉量及下沉速度，整机的旋转速度、旋转量，台阶2开挖的位置或钻孔位置及孔深，台阶2开挖、钻孔的速度，台阶2开挖工作方向，台阶2的宽度、高度，吊装的速度、高度、位置等。 [0040] 高速公路半填半挖石质路基整体式施工技术就是施工前先根据路基顶设计标高，找到半填半挖石质路基的分界点，然后根据分界点的位置确定施工方案。如果分界点正好在路基中线附近，这是最佳的结果，可以将挖方石体整体移动到填方路基，恰好填挖平衡。如果分界点偏向填方，此时填方体积小，挖方体积大，可根据填方体积确定整体移动的挖方体积，剩余的挖方体积采用其它方式开采后加工成石料，用于防排水、护栏混凝土工程及其它填挖不平衡的地方。如果分界点偏向挖方，此时填方体积大，挖方体积小，应先找到填挖平衡点（填挖平衡点在分界点的下方），在填挖平衡点处，将挖方石体整体移动到填方路基； 由于填挖平衡点在分界点的下方，整体移动后的路基顶未达到设计的高度，缺少的部分用多余的挖方石料填筑。 [0041] 具体的设计方案为，先找到半填半挖石质路基的分界点和填挖平衡点，划分要移动山体的施工范围，确定施工方案及施工起始点。根据填方体6和挖方体5的具体参数，确定填方体6和挖方体5施工台阶2的数量、宽度、高度和位置坐标，保证施工后的挖方体5正好移动到填方体6内（如附图1所示，4为山体表面）。挖方体5和填方体6上均设置圆孔，导向固定管8安装在填方体6台阶2的圆孔中，导向固定管8的管体上设置有橡胶阻尼块7，阻尼块的作用是降低挖方体5安装时的下落速度，并对挖方体5进行位置固定。导向固定管8上端开有螺孔，固定钢板1上开有定位孔，螺栓9穿过定位孔连接导向固定管8，通过固定钢板1、导向固定管8、螺栓9将加工好的挖方体5和填方体6固定为一体。 [0042] 具体的施工方案为，使用本发明的机械开挖台阶2、钻孔，切割挖方体5，安装导向固定管8，将加工好的挖方体5移动到加工好的填方体6内，最后用固定钢板1、导向固定管8、螺栓9将加工好的挖方体5和填方体6固定为一体。 [0043] 高速公路半填半挖石质路基整体式施工工艺，它包括以下步骤：步骤1、根据路基顶设计标高，确定半填半挖石质路基的分界点； 步骤2、根据路基总宽度及山体的外形尺寸，计算出半填半挖石质路基填挖平衡点； 步骤3、根据半填半挖石质路基的分界点和填挖平衡点，划分要移动山体的施工范围，确定施工起始点；根据填方体6和挖方体5的具体参数，确定填方体6和挖方体5施工台阶 2的数量、宽度、高度和位置坐标； 步骤4、将高速公路半填半挖石质路基整体式施工机械开到预设的施工现场，打开钻芯按钮，开始取芯作业；取芯作业完成后，打开退钻芯按钮，钻芯筒34上移到设定的位置； 然后打开固定按钮，固定筒26下降进入芯孔中，在摩擦力作用在被固定在芯孔，从而完成整机的固定； 步骤5、根据设计的台阶2宽度、高度，确定开挖筒刀的数量、位置及深度，然后打开台阶2开挖按钮，开挖筒刀按照设定的速度和方向进行台阶2开挖； 步骤6、将钻头移到设定的位置，打开钻孔按钮，完成钻孔工作； 步骤7、调整切割片15到设定的位置，打开切割按钮，完成挖方体5切割； 步骤8、将导向固定管8安装在台阶孔3中； 步骤9、将钢丝绳18穿过台阶孔3并将其端部的螺栓接头58连接到导向固定管8的螺孔，然后伸出万向吊臂16将吊勾17勾住穿过台阶孔3的钢丝绳18，将挖方体5吊运到填方体6的上部，挖方体5沿导向固定管8在自重作用下下落到设定的位置，经橡胶阻尼块7定位； 从导向固定管8去掉钢丝绳18螺栓接头58； 步骤10、导向固定管8对准定位孔将固定钢板1安放到挖方体5上方，将螺栓9安装到导向固定管8上端的螺孔中，将加工好的挖方体5和填方体6固定为一体。 [0044] 本发明的高速公路半填半挖石质路基整体式施工机械，机架19上的发动机29、变速箱30、分动箱31、液压马达10、液压泵11组成本发明施工机械的动力系统，为其它各部分机构及装置提供动力；固定转向机构25有固定和转向两个作用，固定转向机构25的固定作用是使整机固定在石质路基上，以保证在完成开挖台阶2、钻孔、吊装等工作的安全；固定转向机构25的转向作用是当整机完成第一个作业面设定的工作内容后，由于在整机两端分别设置一套固定转向机构25，前端的固定转向机构25取消固定工作，后端的固定转向机构25进行转向工作，使整机整体转动进入下一个作业面，此时第一个作业面前端成为第二个作业面的后端，第一个作业面的后端成为第二个作业面的前端，如此循环完成全部作业面的工作；台阶开挖及钻孔机构12的作用是通过液压泵11驱动中轴54转动带动台阶开挖筒刀或钻头转动，在台阶开挖筒刀或钻头旋转运动的同时，还可进行左右、前后及上下运动，从而完成台阶2开挖或钻孔作业；本发明的大体积石质路基快速施工机械及工艺，可有效辅助作业人员对高速公路半填半挖石质路基进行整体施工，提高施工效率，降低施工成本。 |
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