双梯形土方挖进装置及方法与流程

本发明属于基础处理技术领域，涉及一种双梯形土方挖进装置及方法。

背景技术：

水电站建设过程中，涉及到各种基础开挖，其中涉及到一种双梯形结构的基础沟槽开挖，该双梯形结构包括第一层梯形沟槽和第二层梯形沟槽，沟槽的槽口宽度大于槽底宽度，第一层的宽度大于第二层的宽度，采用挖掘设备进行施工作业，目前开挖过程中遇到的问题是，在沟槽边坡开挖过程中，边坡开挖精度低，边坡土方容易塌落到沟槽内，开挖后需要再次进行排土作业，作业工期长，效率低。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种双梯形土方挖进装置及方法，结构简单，采用在收土斗的开口槽前端上方设置旋转切割机构和坡面切割机构，坡面切割刀位于旋转刀后，排土机构的进土口深入到收土斗内，排土管伸出到收土斗外，旋转切割机构的十字万向联轴器传递扭矩驱动旋转刀倾斜直线切割边坡土方，坡面切割机构的切割电机驱动坡面切割刀斜面直线切割边坡土方，收土斗收集切割后的土体，排土机构将土体排出沟槽外，开挖后沟槽边坡土方不易塌落，作业的同时排土，边坡开挖精度高，作业时间短，效率高，操作简单方便。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种双梯形土方挖进装置及方法，它包括收土斗、旋转切割机构、坡面切割机构和排土机构；所述坡面切割机构和旋转切割机构与收土斗的倾斜抹平板连接，旋转切割机构位于坡面切割机构之前，排土机构的进土口深入到收土斗内，排土管伸出到收土斗外；所述旋转切割机构的旋转刀位于收土斗的开口槽前端上方，坡面切割机构的坡面切割刀位于收土斗的开口槽内与其同一水平面。

所述收土斗包括与水平抹平板连接的倾斜抹平板，以及与水平抹平板和倾斜抹平板连接的挡土板。

所述倾斜抹平板为倾斜的平板，位于一端设置开口槽。

所述水平抹平板靠近开口槽的一端为三角形结构。

所述旋转切割机构包括与旋转轴两端配合的支板、位于旋转轴上的多个旋转刀，以及与旋转轴一端连接的十字万向联轴器；支板位于开口槽两侧与其连接。

所述旋转轴为倾斜结构，十字万向联轴器与较低的一端连接。

所述坡面切割机构包括与支架连接的切割电机，以及与切割电机输出轴连接的坡面切割刀。

所述支架为开口朝下的槽壁，与开口槽两侧连接，坡面切割刀呈倾斜状悬垂于支架下方。

所述排土机构包括与输土管一端连接的输土电机，以及位于输土管内与输土电机的输出轴连接的螺旋片，位于输土电机一端的输土管上设置排土管，输土管的另一端设置进土口。

所述输土电机的输出轴与输土管两端的封板配合；排土管的管口朝下，进土口的开口朝上。

如上所述的双梯形土方挖进装置的挖进方法，它包括如下步骤：

s1，第一层挖掘，采用挖掘机开挖第一层基坑，基坑底部平整；分别在基坑起始点和终点挖掘第一层起始边坡，当起始边坡的长度能够容纳收土斗后停止；

s2，安装，将挖进装置放置于基坑内，收土斗的倾斜抹平板与第一层起始边坡接触,水平抹平板与第一层基坑底部接触，开口槽朝向基坑的另一端；十字万向联轴器与挖掘机的车轮轴连接；挡土板与挖掘机的机架连接；此时，挖进装置位于挖掘机的一侧，开口槽与挖掘机前进的方向一致；切割电机和输土电机与挖掘机的电气控制系统电性连接；

s3，边坡掘进，挖掘机前进带十字万向联轴器驱动旋转刀切割第一层基坑边坡，收土斗随挖掘机一同前进；与此同时，闭合切割电机的电源，坡面切割刀旋转沿倾斜抹平板前进的方向切割第一层基坑边坡；

s4，抹平，在收土斗前进时，倾斜抹平板对第一层基坑边坡抹平，水平抹平板对第一层基坑底部抹平；

s5，土体收集，在收土斗前进时，第一层基坑边坡被旋转切割机构和坡面切割机构分切成多个土块，土块受到自重及切割电机轴体前进时的推动塌落到第一层基坑底部，水平抹平板前进时推动土块向后移动被挡土板阻挡在收土斗内；

s6，排土，收土斗内的土块埋没排土机构的进土口时，闭合输土电机的电源；输土电机驱动螺旋片旋转，土块从进土口沿输土管运动从排土管排出到地面层；

s7，当挖掘机前进到第一层的终点时，挖掘机在此处掉头，收土斗的倾斜抹平板与第一层另一侧的终点边坡接触；重复s3~s6；

s8,第二层挖掘，重复s1开挖第二层基坑；再重复s2~s7完成第二层的边坡掘进、抹平、排土。

一种双梯形土方挖进装置及方法，它包括收土斗、旋转切割机构、坡面切割机构和排土机构；所述坡面切割机构和旋转切割机构与收土斗的倾斜抹平板连接，旋转切割机构位于坡面切割机构之前，排土机构的进土口深入到收土斗内，排土管伸出到收土斗外；所述旋转切割机构的旋转刀位于收土斗的开口槽前端上方，坡面切割机构的坡面切割刀位于收土斗的开口槽内与其同一水平面。结构简单，通过在收土斗的开口槽前端上方设置旋转切割机构和坡面切割机构，坡面切割刀位于旋转刀后，排土机构的进土口深入到收土斗内，排土管伸出到收土斗外，通过旋转切割机构的十字万向联轴器传递扭矩驱动旋转刀倾斜直线切割边坡土方，通过坡面切割机构的切割电机驱动坡面切割刀斜面直线切割边坡土方，通过收土斗收集切割后的土体，通过排土机构将土体排出沟槽外，开挖后沟槽边坡土方不易塌落，作业的同时排土，边坡开挖精度高，作业时间短，效率高，操作简单方便。

在优选的方案中，所述收土斗包括与水平抹平板连接的倾斜抹平板，以及与水平抹平板和倾斜抹平板连接的挡土板。结构简单，使用时，在挖掘设备前进时带动收土斗向前移动，收土斗向前移动时，水平抹平板对沟槽内的水平土体进行抹平，倾斜抹平板对沟槽边坡进行倾斜抹平，与此同时，收土斗前进的同时收集开挖的土体，开挖时沟槽土方不易塌落，同时排土，效率高，作业时间短。

在优选的方案中，所述倾斜抹平板为倾斜的平板，位于一端设置开口槽。结构简单，使用时，位于开口槽前端的旋转切割机构对基础沟槽边坡土方倾斜直线切割，位于开口槽内的坡面切割机构对已切割的土方进行斜面直线切割，斜面直线切割的切割面与倾斜抹平板同一面，在收土斗前进时，由倾斜抹平板抹平，抹平的同时边坡受力压紧，不易塌落。

在优选的方案中，所述水平抹平板靠近开口槽的一端为三角形结构。结构简单，使用时，在旋转切割机构和坡面切割机构对边坡进行切割后，将边坡土体分解成多个土块，土块塌落后掉落到沟槽内，在收土斗前进的同时由水平抹平板推动土体向后运动被挡土板阻挡，与此同时水平抹平板对基础沟槽底部进行抹平，前端为三角形结构的水平抹平板阻力小。

在优选的方案中，所述旋转切割机构包括与旋转轴两端配合的支板、位于旋转轴上的多个旋转刀，以及与旋转轴一端连接的十字万向联轴器；支板位于开口槽两侧与其连接。结构简单，使用时，十字万向联轴器将扭矩传递给旋转轴，旋转轴带动旋转刀旋转切割坡面土方。

在优选的方案中，所述旋转轴为倾斜结构，十字万向联轴器与较低的一端连接。结构简单，使用时，十字万向联轴器与车轮轴连接与旋转轴形成夹角，在车轮行走时即便发生颠簸也能将扭矩传递给旋转轴。

在优选的方案中，所述坡面切割机构包括与支架连接的切割电机，以及与切割电机输出轴连接的坡面切割刀。结构简单，使用时，切割电机驱动坡面切割刀旋转，坡面切割刀对旋转切割机构已切割的土方进行再次切割，使边坡土方分解成多个土块。

在优选的方案中，所述支架为开口朝下的槽壁，与开口槽两侧连接，坡面切割刀呈倾斜状悬垂于支架下方。结构简单，使用时，支架支撑切割电机，与切割电机输出轴连接的坡面切割刀处于倾斜悬垂状态，使坡面切割刀旋转时不与旋转切割机构的旋转刀发生干涉。

在优选的方案中，所述排土机构包括与输土管一端连接的输土电机，以及位于输土管内与输土电机的输出轴连接的螺旋片，位于输土电机一端的输土管上设置排土管，输土管的另一端设置进土口。结构简单，使用时，边坡切割后的土体逐步塌落进入到收土斗内，进土口被土体埋没，输土电机驱动螺旋片旋转将土体沿输土管向上输送至排土管排出。

在优选的方案中，所述输土电机的输出轴与输土管两端的封板配合；排土管的管口朝下，进土口的开口朝上。结构简单，使用时，当进土口的开口朝上被土体埋没，螺旋片旋转时进入输土管内，土体输送至输土管上端从开口朝下的排土管排出，排出的土体落到基础沟槽外，使沟槽边坡开挖的同时排出土体。

在优选的方案中，如上所述的双梯形土方挖进装置的挖进方法，它包括如下步骤：

s1，第一层挖掘，采用挖掘机开挖第一层基坑，基坑底部平整；分别在基坑起始点和终点挖掘第一层起始边坡，当起始边坡的长度能够容纳收土斗后停止；

s2，安装，将挖进装置放置于基坑内，收土斗的倾斜抹平板与第一层起始边坡接触,水平抹平板与第一层基坑底部接触，开口槽朝向基坑的另一端；十字万向联轴器与挖掘机的车轮轴连接；挡土板与挖掘机的机架连接；此时，挖进装置位于挖掘机的一侧，开口槽与挖掘机前进的方向一致；切割电机和输土电机与挖掘机的电气控制系统电性连接；

s3，边坡掘进，挖掘机前进带十字万向联轴器驱动旋转刀切割第一层基坑边坡，收土斗随挖掘机一同前进；与此同时，闭合切割电机的电源，坡面切割刀旋转沿倾斜抹平板前进的方向切割第一层基坑边坡；

s4，抹平，在收土斗前进时，倾斜抹平板对第一层基坑边坡抹平，水平抹平板对第一层基坑底部抹平；

s5，土体收集，在收土斗前进时，第一层基坑边坡被旋转切割机构和坡面切割机构分切成多个土块，土块受到自重及切割电机轴体前进时的推动塌落到第一层基坑底部，水平抹平板前进时推动土块向后移动被挡土板阻挡在收土斗内；

s6，排土，收土斗内的土块埋没排土机构的进土口时，闭合输土电机的电源；输土电机驱动螺旋片旋转，土块从进土口沿输土管运动从排土管排出到地面层；

s7，当挖掘机前进到第一层的终点时，挖掘机在此处掉头，收土斗的倾斜抹平板与第一层另一侧的终点边坡接触；重复s3~s6；

s8,第二层挖掘，重复s1开挖第二层基坑；再重复s2~s7完成第二层的边坡掘进、抹平、排土。该方法边坡开挖精度高，作业工期短，效率高。

一种双梯形土方挖进装置及方法，它包括收土斗、旋转切割机构、坡面切割机构和排土机构，通过在收土斗的开口槽前端上方设置旋转切割机构和坡面切割机构，坡面切割刀位于旋转刀后，排土机构的进土口深入到收土斗内，排土管伸出到收土斗外，通过旋转切割机构的十字万向联轴器传递扭矩驱动旋转刀倾斜直线切割边坡土方，通过坡面切割机构的切割电机驱动坡面切割刀斜面直线切割边坡土方，通过收土斗收集切割后的土体，通过排土机构将土体排出沟槽外。本发明克服了原水电站压力管道基础沟槽边坡开挖时土方容易塌落到基槽内，需要再次采用挖机进行排土作业，边坡开挖精度高，作业工期长，效率低的问题，具有结构简单，开挖后沟槽边坡土方不易塌落，作业的同时排土，作业时间短，效率高，操作简单方便的特点。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

图1为本发明基础土方开挖截面的结构示意图。

图2为本发明收土斗位于基础沟槽内的示意图。

图3为本发明的结构示意图。

图4为图3的主视示意图。

图5为图4的左视示意图。

图6为图4的俯视示意图。

图7为图6的a-a处剖视示意图。

图8为本发明收土斗的结构示意图。

图9为图8的俯视示意图。

图中：收土斗1，水平抹平板11，倾斜抹平板12，挡土板13，开口槽14，旋转切割机构2，旋转轴21，支板22，旋转刀23，十字万向联轴器24，坡面切割机构3，支架31，切割电机32，坡面切割刀33，排土机构4，输土管41，输土电机42，螺旋片43，排土管44，进土口45。

具体实施方式

如图1~图9中，一种双梯形土方挖进装置及方法，它包括收土斗1、旋转切割机构2、坡面切割机构3和排土机构4；所述坡面切割机构3和旋转切割机构2与收土斗1的倾斜抹平板12连接，旋转切割机构2位于坡面切割机构3之前，排土机构4的进土口45深入到收土斗1内，排土管44伸出到收土斗1外；所述旋转切割机构2的旋转刀23位于收土斗1的开口槽14前端上方，坡面切割机构3的坡面切割刀33位于收土斗1的开口槽14内与其同一水平面。结构简单，通过在收土斗1的开口槽14前端上方设置旋转切割机构2和坡面切割机构3，坡面切割刀33位于旋转刀23后，排土机构4的进土口45深入到收土斗1内，排土管44伸出到收土斗1外，通过旋转切割机构2的十字万向联轴器24传递扭矩驱动旋转刀23倾斜直线切割边坡土方，通过坡面切割机构3的切割电机32驱动坡面切割刀33斜面直线切割边坡土方，通过收土斗1收集切割后的土体，通过排土机构4将土体排出沟槽外，开挖后沟槽边坡土方不易塌落，作业的同时排土，边坡开挖精度高，作业时间短，效率高，操作简单方便。

在优选的方案中，所述收土斗1包括与水平抹平板11连接的倾斜抹平板12，以及与水平抹平板11和倾斜抹平板12连接的挡土板13。结构简单，使用时，在挖掘设备前进时带动收土斗1向前移动，收土斗1向前移动时，水平抹平板11对沟槽内的水平土体进行抹平，倾斜抹平板12对沟槽边坡进行倾斜抹平，与此同时，收土斗1前进的同时收集开挖的土体，开挖时沟槽土方不易塌落，同时排土，效率高，作业时间短。

优选地，倾斜抹平板12与基础沟槽设计的坡度一致，水平抹平板11与基础沟槽设计的水平度一致。

优选地，安装时，挡土板13与沟槽内的挖掘设备连接固定，使收土斗1随挖掘设备一同前进。

在优选的方案中，所述倾斜抹平板12为倾斜的平板，位于一端设置开口槽14。结构简单，使用时，位于开口槽14前端的旋转切割机构2对基础沟槽边坡土方倾斜直线切割，位于开口槽14内的坡面切割机构3对已切割的土方进行斜面直线切割，斜面直线切割的切割面与倾斜抹平板12同一面，在收土斗1前进时，由倾斜抹平板12抹平，抹平的同时边坡受力压紧，不易塌落。

在优选的方案中，所述水平抹平板11靠近开口槽14的一端为三角形结构。结构简单，使用时，在旋转切割机构2和坡面切割机构3对边坡进行切割后，将边坡土体分解成多个土块，土块塌落后掉落到沟槽内，在收土斗1前进的同时由水平抹平板11推动土体向后运动被挡土板13阻挡，与此同时水平抹平板11对基础沟槽底部进行抹平，前端为三角形结构的水平抹平板11阻力小。

在优选的方案中，所述旋转切割机构2包括与旋转轴21两端配合的支板22、位于旋转轴21上的多个旋转刀23，以及与旋转轴21一端连接的十字万向联轴器24；支板22位于开口槽14两侧与其连接。结构简单，使用时，十字万向联轴器24将扭矩传递给旋转轴21，旋转轴21带动旋转刀23旋转切割坡面土方。

优选地，十字万向联轴器24与挖掘设备的车轮轴端连接，在车轮滚动时带动十字万向联轴器24旋转将扭矩传递给旋转轴21。

优选地，旋转刀23为圆盘形切割刀，圆盘形切割刀的刀口垂直于倾斜抹平板12。

在优选的方案中，所述旋转轴21为倾斜结构，十字万向联轴器24与较低的一端连接。结构简单，使用时，十字万向联轴器24与车轮轴连接与旋转轴21形成夹角，在车轮行走时即便发生颠簸也能将扭矩传递给旋转轴21。

优选地，旋转轴21的倾斜度与倾斜抹平板12的倾斜度一致。

在优选的方案中，所述坡面切割机构3包括与支架31连接的切割电机32，以及与切割电机32输出轴连接的坡面切割刀33。结构简单，使用时，切割电机32驱动坡面切割刀33旋转，坡面切割刀33对旋转切割机构2已切割的土方进行再次切割，使边坡土方分解成多个土块。

优选地，坡面切割刀33的切割面与旋转切割机构2的切割面相互垂直。

优选地，坡面切割刀33为圆盘形切割刀。

优选地，切割电机32的电源从挖掘设备的供电系统引入。

在优选的方案中，所述支架31为开口朝下的槽壁，与开口槽14两侧连接，坡面切割刀33呈倾斜状悬垂于支架31下方。结构简单，使用时，支架31支撑切割电机32，与切割电机32输出轴连接的坡面切割刀33处于倾斜悬垂状态，使坡面切割刀33旋转时不与旋转切割机构2的旋转刀23发生干涉。

在优选的方案中，所述排土机构4包括与输土管41一端连接的输土电机42，以及位于输土管41内与输土电机42的输出轴连接的螺旋片43，位于输土电机42一端的输土管41上设置排土管44，输土管41的另一端设置进土口45。结构简单，使用时，边坡切割后的土体逐步塌落进入到收土斗1内，进土口45被土体埋没，输土电机42驱动螺旋片43旋转将土体沿输土管41向上输送至排土管44排出。

在优选的方案中，所述输土电机42的输出轴与输土管41两端的封板配合；排土管44的管口朝下，进土口45的开口朝上。结构简单，使用时，当进土口45的开口朝上被土体埋没，螺旋片43旋转时进入输土管41内，土体输送至输土管41上端从开口朝下的排土管44排出，排出的土体落到基础沟槽外，使沟槽边坡开挖的同时排出土体。

在优选的方案中，如上所述的双梯形土方挖进装置的挖进方法，它包括如下步骤：

s1，第一层挖掘，采用挖掘机开挖第一层基坑，基坑底部平整；分别在基坑起始点和终点挖掘第一层起始边坡，当起始边坡的长度能够容纳收土斗1后停止；

s2，安装，将挖进装置放置于基坑内，收土斗1的倾斜抹平板12与第一层起始边坡接触,水平抹平板11与第一层基坑底部接触，开口槽14朝向基坑的另一端；十字万向联轴器24与挖掘机的车轮轴连接；挡土板13与挖掘机的机架连接；此时，挖进装置位于挖掘机的一侧，开口槽14与挖掘机前进的方向一致；切割电机32和输土电机42与挖掘机的电气控制系统电性连接；

s3，边坡掘进，挖掘机前进带十字万向联轴器24驱动旋转刀23切割第一层基坑边坡，收土斗1随挖掘机一同前进；与此同时，闭合切割电机32的电源，坡面切割刀33旋转沿倾斜抹平板12前进的方向切割第一层基坑边坡；

s4，抹平，在收土斗1前进时，倾斜抹平板12对第一层基坑边坡抹平，水平抹平板11对第一层基坑底部抹平；

s5，土体收集，在收土斗1前进时，第一层基坑边坡被旋转切割机构2和坡面切割机构3分切成多个土块，土块受到自重及切割电机32轴体前进时的推动塌落到第一层基坑底部，水平抹平板11前进时推动土块向后移动被挡土板13阻挡在收土斗1内；

s6，排土，收土斗1内的土块埋没排土机构4的进土口45时，闭合输土电机42的电源；输土电机42驱动螺旋片43旋转，土块从进土口45沿输土管41运动从排土管44排出到地面层；

s7，当挖掘机前进到第一层的终点时，挖掘机在此处掉头，收土斗1的倾斜抹平板12与第一层另一侧的终点边坡接触；重复s3~s6；

s8,第二层挖掘，重复s1开挖第二层基坑；再重复s2~s7完成第二层的边坡掘进、抹平、排土。该方法边坡开挖精度高，作业工期短，效率高。

如上所述的双梯形土方挖进装置及方法，安装使用时，在收土斗1的开口槽14前端上方设置旋转切割机构2和坡面切割机构3，坡面切割刀33位于旋转刀23后，排土机构4的进土口45深入到收土斗1内，排土管44伸出到收土斗1外，旋转切割机构2的十字万向联轴器24传递扭矩驱动旋转刀23倾斜直线切割边坡土方，通过坡面切割机构3的切割电机32驱动坡面切割刀33斜面直线切割边坡土方，收土斗1收集切割后的土体，排土机构4将土体排出沟槽外，开挖后沟槽边坡土方不易塌落，作业的同时排土，边坡开挖精度高，作业时间短，效率高，操作简单方便。

使用时，在挖掘设备前进时带动收土斗1向前移动，收土斗1向前移动时，水平抹平板11对沟槽内的水平土体进行抹平，倾斜抹平板12对沟槽边坡进行倾斜抹平，与此同时，收土斗1前进的同时收集开挖的土体，开挖时沟槽土方不易塌落，同时排土，效率高，作业时间短。

使用时，位于开口槽14前端的旋转切割机构2对基础沟槽边坡土方倾斜直线切割，位于开口槽14内的坡面切割机构3对已切割的土方进行斜面直线切割，斜面直线切割的切割面与倾斜抹平板12同一面，在收土斗1前进时，由倾斜抹平板12抹平，抹平的同时边坡受力压紧，不易塌落。

使用时，在旋转切割机构2和坡面切割机构3对边坡进行切割后，将边坡土体分解成多个土块，土块塌落后掉落到沟槽内，在收土斗1前进的同时由水平抹平板11推动土体向后运动被挡土板13阻挡，与此同时水平抹平板11对基础沟槽底部进行抹平，前端为三角形结构的水平抹平板11阻力小。

使用时，十字万向联轴器24将扭矩传递给旋转轴21，旋转轴21带动旋转刀23旋转切割坡面土方。

使用时，十字万向联轴器24与车轮轴连接与旋转轴21形成夹角，在车轮行走时即便发生颠簸也能将扭矩传递给旋转轴21。

使用时，切割电机32驱动坡面切割刀33旋转，坡面切割刀33对旋转切割机构2已切割的土方进行再次切割，使边坡土方分解成多个土块。

使用时，支架31支撑切割电机32，与切割电机32输出轴连接的坡面切割刀33处于倾斜悬垂状态，使坡面切割刀33旋转时不与旋转切割机构2的旋转刀23发生干涉。

使用时，边坡切割后的土体逐步塌落进入到收土斗1内，进土口45被土体埋没，输土电机42驱动螺旋片43旋转将土体沿输土管41向上输送至排土管44排出。

使用时，当进土口45的开口朝上被土体埋没，螺旋片43旋转时进入输土管41内，土体输送至输土管41上端从开口朝下的排土管44排出，排出的土体落到基础沟槽外，使沟槽边坡开挖的同时排出土体。

上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本申请中的实施例及实施例中的特征在不冲突的情况下，可以相互任意组合。本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。

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