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土方连续切削与输送的新构想

   日期:2017-09-07    
在通常意义上所指的铲土运输及挖掘机械中,能够完成土方装运的设备主要包括铲运机、装载机、挖掘机等。虽然装运方式各有不同,但它们都属于断续性施工机械,其工作方式限制了进一步提高工作效率的改进空间。
  中国实用新型专利(ZL:200320123134.X)提出了一种新颖的铲土机械方案。该方案实现了土壤的连续铲装和输送,可以高效的进行各种规模的土方施工作业。
  1 工作原理
  提高铲土运输机械施工效率的一个直接手段就是实现铲装及输送过程的连续化,前提是需要解决以下几个方面的问题:
  (1)采用何种方式实现连续铲土;
  (2)铲切的土壤如何收集;
  (3)已收集的土壤如何连续输送出去;
  目前使用较普遍的铲土方式有铲切式、旋切式等,通过对采用上述工作模式的机械设备进行分析,得出部分数据见下表:
表1 几种铲土方式功效对比

  铲切工作模式具有铲切阻力小、铲切的土壤可连续收集以及结构简单、成本低廉等优点,应作为首选。通过对常用铲土运输机械工作原理特别是铲运机工作原理的分析,可以认为在一般土质工况下通过采用合理的结构完全可以实现土壤的连续铲装。对于Ⅰ-Ⅲ级土壤可直接铲装,Ⅲ级以上土壤及冻土可同步松土②,减小铲装阻力。
  土壤的铲装和收集完成后,进一步要解决的是土壤的连续输送问题。由于铲刀位置与自卸车装土高度有较大的落差,因此应将输送过程分段进行。第一步对土壤进行提升,随后再将提升后的土壤送出车外,整个过程是连续完成的。
  土壤的提升选用了刮板式输送机。这种形式的输送机承载能力大,工作效率较高,基本可满足连续提升的要求。土壤的外送可采用带式输送机进行。
  为保证输送的连续性以及降低对自卸车的要求,可在土壤提升与外送的衔接过程中加入集料斗来储存适量的土壤。
  工作装置设于车体的后部,这种方式受力状态好,便于机器的总体布置,同时可避免工作时挖出的平底坑影响本机的正常行驶。
  我们暂且将这种土方连续输送机械称之为“铲装机”。根据述各分部件工作方式的确认,以及缩比模型的验证,得出土方连续施工机械理想的结构如图1所示。
图1 总体结构示意图

1.切土铲 2. 物料提升装置 3. 盖板 4. 升降机构 5. 集料斗 6. 转台
7. 输送机 8. 基础车 9. 推土铲

  下面我们参照附图对方案进行介绍:
  该方案的基础车采用了履带式底盘,切土铲通过升降机构安装在基础车的后部,物料提升装置与切土铲连接在一起;基础车上部装有转台和集料斗,输送机安装在转台上;切土铲为一箱型结构,在箱体的前端和后部上方分别开有进料口和出料口,后挡板为外凸的弧形曲面;物料提升装置采用刮板式输送机,其下端深入切土铲的出料口一定距离,外侧装有盖板;输送机安装在转台上,可以随转台的转动而改变方向,还可以在俯仰机构的控制下调整俯仰角度。物料提升装置和输送机分别由基础车的动力驱动和控制。
  工作时基础车前进,此时物料提升装置和输送机也开始运转。操纵升降机构使切土铲下降逐渐切入土壤中,由于车辆的前进而使土壤进入切土铲,一部分被刮板式输送机直接取走,另一部分沿切土铲上的后挡板的弧形曲面上移最终也进入物料提升装置,并被送入集料斗中,再经输送机送至车外。作业时可根据需要通过俯仰机构对输送机俯仰角进行调整,还可以通过转台来改变输送机的送料方向。
  当车辆在III级以上土壤以及冻土上作业时,可使用如图2所示的松土器进行同步松土,便于减少切土阻力,提高工作效率。松土器的另一个作用是可以提前清除土壤中的坚硬物体,避免对工作装置造成损坏。松土器安装在车体的后下部,可采用折叠式结构。示意图中没有详细描述其工作原理,这里面有一些设计技巧,有兴趣的读者可以进行尝试,但可以肯定这种工作方式能够实现。
图2 松土器结构示意图

  1. 切土铲 2. 升降油缸 3. 松土器 4. 基础车

  在另一实用新型专利中(专利号:200520019561.2),切土铲的下方安装了辅助输送装置,如图3所示。使用它可以有效减少进斗土壤在切土铲内的堆积现象,在完成平整土地作业时效果更加明显。
图3 辅助输送装置示意图

  1. 辅助输送装置 2. 物料提升装置

  基础车前部装有推土铲,可对施工场地进行预先平整,必要时整机也可作为推土机进行使用。
  在方案的另一结构中,基础车采用了轮式底盘。使用这种底盘的车辆行驶速度快,对路面的损坏小,但附着力小于履带式底盘。
  单机作业时可配备多台自卸车,而且在某些特定条件下可以独立完成施工,例如构筑技术兵器掩体;宽度及深度适当的沟渠与河道的开挖等。
  该方案由于采用了连续作业方式,因此效率较高。而且结构简单,适用范围较广,尤其在大、中型土方工程以及军事工程领域作用更为明显。
  2 结构特点
  (1) 该方案的基本型采用履带式底盘,牵引力大,通过性能好。根据不同工况也可选用轮式底盘。
  (2) 工作装置后置,受力状态好,便于机器的总体布置,工作时挖出的平底坑不影响本机的正常行驶。
  (3) 设计时

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