自动土质边坡排水沟削坡开挖器的优化设计

刘斯春 娄永超

(1.宜昌三大工程建设项目管理有限责任公司，湖北 宜昌 443002;2.中国水利水电第十二工程局有限公司，浙江 杭州 310000)

1 概述

土质边坡排水沟设计尺寸相对较小。在平缓地段，一般采用小型挖掘机配合测量先挖出中部矩形槽，然后采用人工辅助开挖斜坡面。这种方法导致超欠挖现象严重，且坡面平整度较难控制，人工成本也较大。在地形复杂地段一般采用人工开挖，施工质量差、施工效率低。本论文针对以上不足，设计出一款新型土质边坡排水沟削坡开挖器，设计的初衷就是能够采用机械施工，减少人工成本的投入。在适应不同地形、地貌进行自动削坡施工的基础上，配合少量人工及小型挖掘机辅助出渣，能够大大的提高施工的效力，并保证开挖外观样貌。

2 机器组成

为保证机器能在不同的地形条件下平稳施工，对机器进行了系统性设计。该设备由四大部分组成，第一部分是柔性轨道，特点是能够抓地且能适应蜿蜒起伏的地形；第二部分是操作承台，起到支撑上部电机及柴油发动机的作用；第三部分是动力源——电机，其主要功能是为机械手臂的削坡及机器行走提供动力，第四部分是辅助钢板，其功能是辅助边坡定型开挖。

2.1 柔性轨道

底部柔性轨道由三部分组成，第一部分是采用“凸”字设计的厚橡胶底座，该橡胶轨道采用分段式设计，每段轨道长度4 m，可以通过三段轨道连续拆分与拼装，完成整段排水沟施工轨道施工布置。第二部分为承重钢轨，并在底座上进行分块安装，钢轨在橡胶底座采用固定螺栓连接。第三部分是顶撑，结构穿过“凸”字型橡胶底座并作用于坡面，用于轨道在垂直轴线方向的轨道调整与固定。顶撑与坡面的接触面采用钢板与半圆形法兰盘焊接，T形圆管连接法兰盘预留孔可自由旋转，能与不同坡度的坡面进行贴合。具体结构示意详见图1。

2.2 操作承台

操作承台的作用是配合轨道弯曲和适应起伏地形承重，采用分段式结构设计。独立结构由三部分组成，第一部分为在轨道上行驶的滚轮。第二部分为支承受力的主体钢结构，该结构顶部由一块10 mm厚的钢板与承力钢结构焊接构成。第三部分为自动调节滑轮，用于辅助承台适应轨道起伏弯曲。承台之间采用铰链连接的连接方式，使承台贴合轨道运动。具体结构示意详见图2。

2.3 动力源——电机

机械与土体接触部分采用两块斜接式切割刀片，刀片内侧是小型电机带动的旋转刀头，在前方刀片按照设定坡比插入土体时，对刀片内侧待消除土体进行肢解破碎。刀片依附于辅助钢板在轴线方向来回伸缩，配合机械的行走对土体进行削坡处理。刀片后方连接固定支架和传动轴。传动轴连接的是曲柄连杆，通过曲柄连杆的旋转带动传动轴在轴线的伸缩运动，曲柄连杆由电机通过万向轴的连接驱动。电机由小型柴油发动机提供动力。辅助动力由两种方式进行驱动，第一种是通过卷扬机提供牵引，主要用于坡比较大的地段提供动力。第二种是电机驱动轮胎的抓地摩擦力，主要用于坡比平缓的地段提供动力。具体结构布置示意详见图3。

2.4 辅助钢板

钢板根据不同的地形及削坡坡比进行设计。钢板内侧焊接有固定槽钢轨道，用于限制刀片传动轴精准在固定方向和范围内运动。槽钢轨道上设置有卡扣，用于来限制土体切割刀片的进深尺寸以适应不同弧度的弯道及直线段短进尺的开挖需求。具体结构布置示意详见图4。

3 结语

本论文通过设计土质排水沟削坡开挖器配合小型挖掘机，采用机械削坡代替传统挖掘机开挖沟槽、人工修整沟槽的方法，避免了超挖、欠挖现象的发生，保证了排水沟的一次性开挖质量，显著减少了人工成本，并能够高效的完成土质边坡的开挖工作。该机器能够适应不同的地形布置，减少陡峭边坡人工作业的危险，保证施工人员的安全。