一种工程挖掘方法及工程挖掘设备与流程

1.本发明涉及工程挖掘技术，特别涉及一种工程挖掘方法及工程挖掘设备。


背景技术：

2.现在的挖土机，盾构机，挖掘设备，在挖掘时，几乎都要将大块石头、泥块弄碎，需要在一边挖掘的同时一边排土，这样浪费了大量能源、时间，成本高昂而且设备损耗极大。因此，目前的工程挖掘技术，特别是在工程挖土方法及设备方面，还存在许多不合理的地方，需要作出改进完善。


技术实现要素：

3.针对上述不足，本发明的目的在于，提供一种工程挖掘方法及工程挖掘设备，先通过旋转切入将石土掏成圆柱形，然后再将其截切断，最后将切断的圆柱形土石带出，效率高成本低，而且可以节省设备并大幅度降低设备的损耗。
4.本发明采用的技术方案为：一种工程挖掘方法，其特征在于，包括如下步骤：
5.1)设置环切机构，通过环切机构旋转挖掘推进，达到一定深度后，中部形成土柱；
6.2)设置截切机构，通过截切机构对步骤1)中环切机构旋转挖掘出的土柱进行截面切断，形成截面被切断的整块的土柱。
7.进一步，还包括如下步骤：
8.3)设置拉夹机构，通过拉夹机构将步骤2)中形成的土柱夹紧拉出。
9.优选地，步骤1)中，所述环切机构包括环切基座、旋转轮、推进切刀及旋转轮驱动装置，所述环切基座、旋转轮呈圆环状，所述旋转轮通过导轨与环切基座相互配合，从而可转动式地设置在环切基座，所述推进切刀设置在旋转轮的前端，所述旋转轮驱动装置与旋转轮相连接，驱动旋转轮转动，进而带动推进切刀进行挖土工作，在环切机构逐步推进的过程中，将土环切成圆桶形的土柱。
10.优选地，步骤2)中，所述截切机构包括截面切刀、第一截面切刀固定座、第二截面切刀固定座、截面切刀驱动装置及截面切刀切换构造，所述截面切刀为柔韧性切割线，切割线穿绕设置在第一、第二截面切刀固定座，切割线的两端分别与截面切刀驱动装置相连接，所述第一、第二截面切刀固定座与截面切刀切换构造相对应，使得截切机构在不需要切割时，第一、第二截面切刀固定座并拢设置在环切基座上，从而不会干扰环切机构的挖掘推进，使得截切机构在需要切割时，第一、第二截面切刀固定座展开设置在旋转轮上，在旋转轮旋转带动下，对环切机构旋转挖掘出的土柱进行截面切断。
11.优选地，所述截面切刀切换构造包括设置在旋转轮直径上的第一固定孔、第二固定孔，设置在环切基座上的相邻的第一安置位、第二安置位，以及第一切换驱动装置、第二切换驱动装置；所述第一截面切刀固定座设置在环切基座的第一安置位，所述第二截面切刀固定座设置在环切基座的第二安置位，所述第一切换驱动装置与第一截面切刀固定座相对应，所述第二切换驱动装置与第二截面切刀固定座相对应，需要进行截面切刀切换时，由
第一切换驱动装置先将第一截面切刀固定座从环切基座的第一安置位驱动推至旋转轮的第一固定孔，进行锁紧固定，然后旋转轮旋转，使得环切基座的第二安置位与旋转轮的第二固定孔对位，然后由第二切换驱动装置将第二截面切刀固定座从环切基座的第二安置位驱动推至旋转轮的第二固定孔，进行锁紧固定；截面切刀切换完成后，截面切刀驱动装置驱动截面切刀对土柱进行线切割，再配合旋转轮慢慢旋转的带动下，对环切机构旋转挖掘出的土柱进行截面切断。
12.优选地，所述拉夹机构包括c形夹环、夹环驱动装置及夹环提拉装置，所述夹环驱动装置与c形夹环相连接，驱动c形夹环对土柱进行夹紧或松开，所述夹环提拉装置与c形夹环相连接，驱动c形夹环将土柱外拉运输出来。
13.一种实施所述方法的工程挖掘设备，其特征在于，包括环切机构及截切机构；所述环切机构包括环切基座、旋转轮、推进切刀及旋转轮驱动装置，所述环切基座、旋转轮呈圆环状，所述旋转轮通过导轨与环切基座相互配合，从而可转动式地设置在环切基座，所述推进切刀设置在旋转轮的前端，所述旋转轮驱动装置与旋转轮相连接，驱动旋转轮转动，进而带动推进切刀进行挖土工作，在环切机构逐步推进的过程中，将土环切成圆桶形的土柱；所述截切机构包括截面切刀、第一截面切刀固定座、第二截面切刀固定座、截面切刀驱动装置及截面切刀切换构造，所述截面切刀为柔韧性切割线，切割线穿绕设置在第一、第二截面切刀固定座，切割线的两端分别与截面切刀驱动装置相连接，所述第一、第二截面切刀固定座与截面切刀切换构造相对应，使得截切机构在不需要切割时，第一、第二截面切刀固定座并拢设置在环切基座上，从而不会干扰环切机构的挖掘推进，使得截切机构在需要切割时，第一、第二截面切刀固定座展开设置在旋转轮上，在旋转轮旋转带动下，对环切机构旋转挖掘出的土柱进行截面切断。
14.优选地，所述推进切刀呈圆锥形，包括若干把，均匀分布在旋转轮的前端，在推进切割时，可同时对土石进行内压、外压；所述推进切刀设置有独立的切刀旋转驱动装置，在旋转轮带动推进切刀进行环形旋转的同时，推进切刀可独立旋转；其中，所述旋转轮驱动装置包括环形齿轮、驱动齿轮、驱动转轴及驱动电机，所述环形齿轮设置在旋转轮，所述驱动齿轮与环形齿轮相配合，所述驱动电机通过驱动转轴与驱动齿轮相连接，进而驱动环形齿轮带动旋转轮转动。
15.优选地，所述截面切刀切换构造包括设置在旋转轮直径上的第一固定孔、第二固定孔，设置在环切基座上的相邻的第一安置位、第二安置位，以及第一切换驱动装置、第二切换驱动装置；所述第一截面切刀固定座设置在环切基座的第一安置位，所述第二截面切刀固定座设置在环切基座的第二安置位，所述第一切换驱动装置与第一截面切刀固定座相对应，所述第二切换驱动装置与第二截面切刀固定座相对应。
16.优选地，还包括拉夹机构，所述拉夹机构包括c形夹环、夹环驱动装置及夹环提拉装置，所述夹环驱动装置与c形夹环相连接，驱动c 形夹环对土柱进行夹紧或松开，所述夹环提拉装置与c形夹环相连接，驱动c形夹环将土柱外拉运输出来；其中，所述夹环驱动装置与夹环提拉装置为综合式设置，包括呈x状设置的连杆、拉线及拉线电机，所述拉线电机收紧或释放拉线，从而驱动连杆带动夹环的夹紧或松开，同时实现驱动c形夹环将土柱外拉运输出来。
17.优选地，还包括分割机构，所述分割机构包括分割切刀，所述分割切刀对应拉夹机
构进行设置，将挖出来的土柱，切割成块，便于运输。
18.本发明具有以下优点：通过环切机构与截切机构相互配合，先有环切机构挖掘推进，打出土柱，然后再由截切机构将土柱的截切断，形成一个整块的土柱，便于后续夹紧带出。整个过程无需像传统的挖掘设备一样边挖掘边排土，所以切断土石面积少，大大节省能够，以及节省工程时间，降低设备的损耗。
19.下面结合附图说明与具体实施方式，对本发明作进一步说明。
附图说明
20.图1为工程挖掘设备的整体结构示意图；
21.图2为图1的拆分结构示意图；
22.图3为图1的局部放大结构示意图；
23.图4为环切基座、旋转轮与推进切刀的配合结构示意图；
24.图5为旋转轮与推进切刀的配合结构示意图；
25.图6为环切基座的结构示意图；
26.图7为旋转轮驱动装置、截切机构的结构示意图；
27.图8为图7的局部放大结构示意图；
28.图9为截面切刀在旋转轮上展开时的结构示意图；
29.图10为截面切刀固定座在旋转轮上锁紧固定的结构示意图；
30.图11为截面切刀在环切基座上并拢时的结构示意图；
31.图12为图11的放大结构示意图；
32.图13为带分割机构的工程挖掘设备的整体结构示意图；
33.图14为拉夹机构与分割机构的配合结构示意图；
34.图15为增加一个截面切刀切割位工程挖掘设备的整体结构示意图；
35.图16为增加的截面切刀切割位的结构示意图；
36.图中：环切基座1；旋转轮2；推进切刀3；导轨4；环形齿轮5；驱动齿轮6；驱动转轴7；驱动电机8；截面切刀9；第一截面切刀固定座10；第二截面切刀固定座11；截面切刀驱动装置12；第一固定孔13；第二固定孔14；第一安置位15；第二安置位16；弹簧固定销17；c形夹环18；x状设置的连杆19；拉线20；分割切刀21；增加的截切机构 22。
具体实施方式
37.下面将结合附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
38.需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后、顶、底、内、外、垂向、横向、纵向，逆时针、顺时针、周向、径向、轴向
……
)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态 (如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
39.另外，若本发明实施例中有涉及“第一”或者“第二”等的描述，则该“第一”或者“第
二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
40.实施例一
41.参见图1至12，本实施例所提供的工程挖掘方法，包括如下步骤：
42.1)设置环切机构，通过环切机构旋转挖掘推进，达到一定深度后，中部形成土柱；
43.2)设置截切机构，通过截切机构对步骤1)中环切机构旋转挖掘出的土柱进行截面切断，形成截面被切断的整块的土柱；
44.3)设置拉夹机构，通过拉夹机构将步骤2)中形成的土柱夹紧拉出。
45.主要有两种挖掘方式：垂直挖掘和横向挖掘。
46.所谓的垂直挖掘，主要方式是打墩。向前的力(也就是向下的力)，可以依靠设备本身的重量。
47.所谓的横向挖掘，主要是打隧道，向前的力，类似于现在的盾构机，可以依靠油缸推进。
48.其工作原理大致如下：环切机构通过推进切刀对土石的作用，将土推进切成圆桶形(也就是土柱)，推进到一定深度后，截切机构通过截面切刀切换构造将第一、第二截面切刀固定座从环切基座切换固定到旋转轮上，截面切刀动力机构驱动(切割线进行线切割)，配合旋转轮慢慢转动，切断截面，形成截面被切断的整块的土柱，然后再由拉夹机构夹紧带出。当然，这过程中涉及到环切机构、截切机构以及拉夹机构的具体构造设计，以及相互之间的动作流程配合，在后面将详细叙述。
49.具体地，步骤1)中，所述环切机构包括环切基座1、旋转轮2、推进切刀3及旋转轮驱动装置，所述环切基座1、旋转轮2呈圆环状，所述旋转轮2通过导轨4与环切基座1相互配合，从而可转动式地设置在环切基座1，所述推进切刀3设置在旋转轮2的前端，所述旋转轮驱动装置与旋转轮2相连接，驱动旋转轮转动，进而带动推进切刀3进行挖土工作，在环切机构逐步推进的过程中，将土环切成圆桶形的土柱。
50.其中，所述旋转轮驱动装置包括环形齿轮5、驱动齿轮6、驱动转轴7及驱动电机8，所述环形齿轮5设置在旋转轮2，所述驱动齿轮6 与环形齿轮5相配合，所述驱动电机8通过驱动转轴7与驱动齿轮6相连接，进而驱动环形齿轮5带动旋转轮2转动。所述推进切刀3呈圆锥形，包括若干把，均匀分布在旋转轮2的前端，在推进切割时，可同时对土石进行内压、外压；所述推进切刀3设置有独立的切刀旋转驱动装置，在旋转轮2带动推进切刀3进行环形旋转的同时，推进切刀3可独立旋转。另外，推进切刀3通过可拆卸式的方式设置在旋转轮；如此一来，松土可更换直径大的切刀，这样两边都可以压紧；硬石多可以换直径小的切刀，便于推进速度。当然，虽然推进切刀3优选是采用若干把圆锥形切刀均匀分布的形式，这样会产生推进切割时可同时对土石进行内压、外压的效果。但并不排除其他形式也可以适用，例如，采用其他形状的切刀，或者只采用一把特制的切刀，又或者采用不均匀分布的若干把切刀，也都是可以的。
51.具体地，步骤2)中，所述截切机构包括截面切刀9、第一截面切刀固定座10、第二截
面切刀固定座11、截面切刀驱动装置12及截面切刀切换构造，所述截面切刀9为柔韧性切割线，切割线穿绕设置在第一、第二截面切刀固定座10、11(可通过线轮绕设)，切割线的两端分别与截面切刀驱动装置12相连接，所述第一、第二截面切刀固定座10、11 与截面切刀切换构造相对应，使得截切机构在不需要切割时，第一、第二截面切刀固定座10、11并拢设置在环切基座1上，从而不会干扰环切机构的挖掘推进，使得截切机构在需要切割时，第一、第二截面切刀固定座10、11展开设置在旋转轮2上，在旋转轮2慢慢旋转带动下，对环切机构旋转挖掘出的土柱进行截面切断。
52.更具体地，所述截面切刀切换构造包括设置在旋转轮2直径上的第一固定孔13、第二固定孔14，设置在环切基座1上的相邻的第一安置位15、第二安置位16(安置位可以设置在定位座上)，以及第一切换驱动装置、第二切换驱动装置(附图中未视出，但可以采用气缸伸缩推顶的方式进行驱动切换)；截面切刀不工作的情况下，所述第一截面切刀固定座10设置在环切基座1的第一安置位15，所述第二截面切刀固定座11设置在环切基座1的第二安置位16，所述第一切换驱动装置与第一截面切刀固定座10相对应，所述第二切换驱动装置与第二截面切刀固定座11相对应，需要进行截面切刀切换时，由第一切换驱动装置先将第一截面切刀固定座10从环切基座的第一安置位15驱动推至旋转轮2的第一固定孔13，进行锁紧固定(通过气动弹簧固定销17等结构进行锁紧固定)，然后旋转轮2旋转，使得环切基座1的第二安置位16 与旋转轮2的第二固定孔14对位，然后由第二切换驱动装置将第二截面切刀固定座11从环切基座1的第二安置位16驱动推至旋转轮2的第二固定孔14，进行锁紧固定；截面切刀9切换完成后，截面切刀驱动装置12(可采用电机带动收放线轮进行驱动)驱动截面切刀9对土柱进行线切割，再配合旋转轮慢慢旋转的带动下，对环切机构旋转挖掘出的土柱进行截面切断。
53.在此，有必要详述一下“截面切刀切换”的原理及作用。截面切刀切换的主要作用，需要进行截面切割时，将截面切刀固定座安装到旋转轮上(也就是旋转轮的固定孔上)。不需要进行截面切割，但要进行推进挖掘时，在推进切刀在挖掘切割的过程中，截面切刀固定座安装回到定位机构(也即是环切基座的安置位)上，避免截面切刀对推进切刀挖掘切割时产生干扰。运作原理：推进切刀切割到一定深度后，停止推进，截面切刀切换，将第一截面切刀固定座放到旋转轮的第一固定孔内，自动锁住后，转轮旋转，将第二截面切刀固定座放到旋转轮的第二固定孔内自动锁住，至此，完成截面切刀切换。当截面切断后，旋转轮旋转，将截面切刀固定座转到设定位置，通过截面切刀切换构造，相应的气缸顶起解锁，相应的气缸将截面切刀固定座放回环切基座的安置位。同样，推进切刀继续推进，重复以上动作。
54.也就是说，在环切机构通过推进切刀进行挖掘推进的过程中，是可以通过截切机构将土柱切成若干段的。当然，只切成一段也是可以的。
55.具体地，所述拉夹机构包括c形夹环18、夹环驱动装置及夹环提拉装置，所述夹环驱动装置与c形夹环18相连接，驱动c形夹环对土柱进行夹紧或松开，所述夹环提拉装置与c形夹环18相连接，驱动c 形夹环将土柱外拉运输出来。更具体地，所述夹环驱动装置与夹环提拉装置为综合式设置，包括呈x状设置的连杆19、拉线20及拉线电机，所述拉线电机收紧或释放拉线20，从而驱动连杆带动夹环的夹紧或松开，同时实现驱动c形夹环将土柱外拉运输出来。拉夹机构主要是起到将土柱压紧带出的作用，当然也不排除可以采用其他方式将土柱运输出来。另外，c形夹环18的后侧还配置了相应的筒状件，以对形成的土柱进行扶持，
增加土柱被围覆的面积，避免土柱的松散。
56.对于挖掘切割后的土石的运输，在此需要进行说明的是，通过拉夹机构夹紧并拉出时较佳的选择，但并不代表不用采用其他方式将挖掘后的土石运输出来。根据实际工程情况，挖掘场地的土石特点，土柱成柱的稳定性等，也不排除可以选择建造相应的输送带将土石运输出来。
57.实施所述方法的工程挖掘设备，包括环切机构、截切机构及拉夹机构。对于环切机构、截切机构及拉夹机构的具体构造与配合方式，在工程挖掘方法已经详细叙述，在此不做重复赘述。在此需要具体强调的是：“旋转轮通过导轨(如附图所示，可采用环扣式的导轨)可转动式地设置在环切基座”与“旋转轮驱动装置”是相互配合、相辅相成的构造设计，是推进切刀可以挖掘切割出土柱的基础。环形齿轮的驱动方式，可以圆周均匀配备多组的“驱动齿轮、驱动转轴及驱动电机”，保证驱动的强度以及平稳性，提高推进效率。
58.实施例二
59.本实施例与实施例一基本相同，其不同之处在于：
60.参见图13、14，还包括分割机构，所述分割机构包括分割切刀21，所述分割切刀21对应拉夹机构进行设置，将挖出来的土柱，切割成块，便于运输。在打隧道时(也就是横向挖掘)，可以配备分割切刀，可以将挖出来的土石柱，切割成多块，便于运输。
61.实施例三
62.本实施例与实施例一基本相同，其不同之处在于：
63.参见图15、16，在打隧道时(也就是横向挖掘)，截切机构的截面切刀可以增加一个切割位)。增加的截切机构22，也就是增加一组截面切刀固定座，固定设置在环切基座上，并处于展开状态，在横向挖掘的过程中，伴随着环切机构的推进切刀的挖掘切割的同时，对土柱进行分割，将土柱分割成块。因为横向挖掘，可以不需要将整根土柱夹紧带出，通过分割成块运输出来也是可以的。
64.最后需要说明的是，上述实施例若有未能详尽之处，例如设备的主机架、推进架构等等，其并非本技术所要求保护范畴，因此在本技术中不做赘述。但本领域技术人员应该清楚，一台完整的工程设备，必然还会包括主机架(可预先装配也可临时搭建，以便于各种机构的安装)，推进架构(上述的垂直挖掘可以依靠设备本身的重量以及横向挖掘可以依靠油缸推进也可以算作推进架构的一部分)，其他辅助性的机构(例如各种参数的传感监测)，等等，可以采用相应的现有的常规的技术。
65.本发明并不限于上述实施方式，采用与本发明上述实施例相同或近似的技术特征，而得到的其他一种工程挖掘方法及工程挖掘设备，均在本发明的保护范围之内。