自動土質邊坡排水溝削坡開挖器的優化設計

劉斯春 婁永超

(1.宜昌三大工程建設項目管理有限責任公司，湖北 宜昌 443002;2.中國水利水電第十二工程局有限公司，浙江 杭州 310000)

1 概述

土質邊坡排水溝設計尺寸相對較小。在平緩地段，一般采用小型挖掘機配合測量先挖出中部矩形槽，然后采用人工輔助開挖斜坡面。這種方法導致超欠挖現象嚴重，且坡面平整度較難控制，人工成本也較大。在地形復雜地段一般采用人工開挖，施工質量差、施工效率低。本論文針對以上不足，設計出一款新型土質邊坡排水溝削坡開挖器，設計的初衷就是能夠采用機械施工，減少人工成本的投入。在適應不同地形、地貌進行自動削坡施工的基礎上，配合少量人工及小型挖掘機輔助出渣，能夠大大的提高施工的效力，并保證開挖外觀樣貌。

2 機器組成

為保證機器能在不同的地形條件下平穩施工，對機器進行了系統性設計。該設備由四大部分組成，第一部分是柔性軌道，特點是能夠抓地且能適應蜿蜒起伏的地形；第二部分是操作承臺，起到支撐上部電機及柴油發動機的作用；第三部分是動力源——電機，其主要功能是為機械手臂的削坡及機器行走提供動力，第四部分是輔助鋼板，其功能是輔助邊坡定型開挖。

2.1 柔性軌道

底部柔性軌道由三部分組成，第一部分是采用“凸”字設計的厚橡膠底座，該橡膠軌道采用分段式設計，每段軌道長度4 m，可以通過三段軌道連續拆分與拼裝，完成整段排水溝施工軌道施工布置。第二部分為承重鋼軌，并在底座上進行分塊安裝，鋼軌在橡膠底座采用固定螺栓連接。第三部分是頂撐，結構穿過“凸”字型橡膠底座并作用于坡面，用于軌道在垂直軸線方向的軌道調整與固定。頂撐與坡面的接觸面采用鋼板與半圓形法蘭盤焊接，T形圓管連接法蘭盤預留孔可自由旋轉，能與不同坡度的坡面進行貼合。具體結構示意詳見圖1。

2.2 操作承臺

操作承臺的作用是配合軌道彎曲和適應起伏地形承重，采用分段式結構設計。獨立結構由三部分組成，第一部分為在軌道上行駛的滾輪。第二部分為支承受力的主體鋼結構，該結構頂部由一塊10 mm厚的鋼板與承力鋼結構焊接構成。第三部分為自動調節滑輪，用于輔助承臺適應軌道起伏彎曲。承臺之間采用鉸鏈連接的連接方式，使承臺貼合軌道運動。具體結構示意詳見圖2。

2.3 動力源——電機

機械與土體接觸部分采用兩塊斜接式切割刀片，刀片內側是小型電機帶動的旋轉刀頭，在前方刀片按照設定坡比插入土體時，對刀片內側待消除土體進行肢解破碎。刀片依附于輔助鋼板在軸線方向來回伸縮，配合機械的行走對土體進行削坡處理。刀片后方連接固定支架和傳動軸。傳動軸連接的是曲柄連桿，通過曲柄連桿的旋轉帶動傳動軸在軸線的伸縮運動，曲柄連桿由電機通過萬向軸的連接驅動。電機由小型柴油發動機提供動力。輔助動力由兩種方式進行驅動，第一種是通過卷揚機提供牽引，主要用于坡比較大的地段提供動力。第二種是電機驅動輪胎的抓地摩擦力，主要用于坡比平緩的地段提供動力。具體結構布置示意詳見圖3。

2.4 輔助鋼板

鋼板根據不同的地形及削坡坡比進行設計。鋼板內側焊接有固定槽鋼軌道，用于限制刀片傳動軸精準在固定方向和范圍內運動。槽鋼軌道上設置有卡扣，用于來限制土體切割刀片的進深尺寸以適應不同弧度的彎道及直線段短進尺的開挖需求。具體結構布置示意詳見圖4。

3 結語

本論文通過設計土質排水溝削坡開挖器配合小型挖掘機，采用機械削坡代替傳統挖掘機開挖溝槽、人工修整溝槽的方法，避免了超挖、欠挖現象的發生，保證了排水溝的一次性開挖質量，顯著減少了人工成本，并能夠高效的完成土質邊坡的開挖工作。該機器能夠適應不同的地形布置，減少陡峭邊坡人工作業的危險，保證施工人員的安全。