本发明涉及一种悬挂式多钻头回转-冲击组合掘进式工程开槽机，属于开槽设备技术领域。
背景技术：
据发明人了解，在水利、交通、建筑等工程领域，需要在不同地质条件下修建各种地下连续的墙体。在实际施工过程中，若要在含有砾石、孤石、飘石的地层以及较坚硬岩层上开深槽修建各种地下连续的墙体，则是很棘手且有待解决的问题。现有的多头钻成槽机，其掘进机理是多钻头在压重下回转铣削，挖掘速度快，机械化程度高，但设备体积自重大且没有冲击作用，主要适用土层的掘进，不适用于卵石、漂石地层，更不能用于基岩的掘进。
发明人于2017年4月10日申请的中国实用新型及发明专利(专利号zl201720371264.7)，公布了一种水平单轴定向回冲击组合式工程开槽机，该专利的技术方案公开了一种水平单轴定向回转-冲击组合掘进式工程开槽机，包括带有卷扬设备和动力系统的行走装置，以及监控装置；卷扬设备牵引端悬挂有冲击铣削装置，冲击铣削装置包括竖向的导向框架、纠偏装置、具有铣削刀具的铣削轴以及冲击装置；铣削轴的轴线位于导向框架所处平面内，且水平或倾斜布置；铣削轴由横卧的液压马达驱动或竖向的液压马达通过换向装置驱动，铣削轴具有分段平衡反向旋转的定向转动铣削状态，冲击装置安置于导向框架内；分段铣削轴之间的联系横梁通过悬吊滑动装置挂接于导向框架底梁的下方，冲击装置的钎杆在液压驱动下冲击于联系横梁及铣削轴和定位钻头。该结构一方面采用铣削轴分段且反向旋转的方式，平衡铣削反力，避免掘削装置定向偏移；另一方面，在导向框架的底梁下方增设联系横梁，将包括铣削轴、定位钻头在内的掘削装置固定于联系横梁上，使冲击锤不经导向框架传递，而是经过钎杆直接冲击联系横梁，提高了掘削装置对岩土的冲击加速度，提高破碎岩石的效果，减小了冲击锤对导向框架及其中设备的冲击影响。
上述通过铣削轴分段反向旋转平衡的方案，实现了定向旋转平衡铣削反力，使操作更加稳定，固定的回转铣削方向，保证了铣削刀具有条件针对切削方向选择合理角度与外形从而大大提高掘进效率，减小刀齿磨耗；掘削装置(包括联系横梁、铣削轴和定位钻头)与底梁在垂直方向上滑动挂接，使冲击装置的钎杆直接冲击于掘削装置的联系横梁，而不是直接冲击在导向框架的底梁上，这样大大减小了直接受冲击体的重量，从而提高掘削装置对岩土的冲击的加速度，既提高破碎岩石的效果，又可以减小冲击装置对导向框架以及其中设备的冲击影响；导向框架的底梁与联系横梁之间有缓冲垫，掘进操作时卷扬设备下落，导向框架会座落在联系横梁上，利用导向框架的重量来保证刀齿对岩土的必要的钻压压力强度，导向框架及有关设备不直接承受冲击，大大提高安全可靠性；通过调整卷扬设备的起吊力量来调整钻压，因为针对不同地层，当以铣削为主掘进软地层时需要大的钻压，当以冲击为主掘进硬岩石时，钻压不能太大，通过这样的适时调整，可以大大提高掘进效率，减小刀齿的磨耗。
然而，发明人在进一步的实践研究中发现了几个问题：一，该开槽机特别针对开窄槽深槽，由于槽宽的限制，换向装置需严格控制尺寸，加工制造要求高；二，水平轴两端的径向轴承承受冲击荷载,传递冲击波，对轴承的强度和加工精度要求高，由此会增加设备造价；施工中更换轴承等配件成本较高，水平轴在土夹石和砾石层的掘进更具优势，但对除防渗要求之外对槽厚、槽形无严格限制的工程应用领域成本相对偏高。
另外，本申报的发明人以往曾发明的一种悬挂式回旋震冲工程开槽机(专利号201410326904.3)，技术方案中“所述各传动轴穿过震冲锤，所述震冲锤沿各传动轴垂向移动”和“震冲锤起落于或置于框架定位横梁上端面”，因横向震冲锤分布于整个框架底梁上端面。多个钻头的传动轴穿过整体一个震冲锤，这样的震冲锤实施困难，如果将其分段则各段又很难做到同步冲击，各自不同步冲击则力量分散，并造成摆动。震冲锤冲击于框架，其中设备承受较大冲击，同时受冲击体质量大，对岩石冲击的加速度和碎岩效率受到影响。
因此，发明人针对以往技术方案的问题，提出了一种新的技术方案来克服上述存在的技术问题和技术难点。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的缺点，提供一种结构设计更加合理、加工方便、掘进效率高且设备制造成本相对较低的悬挂式多钻头回转-冲击组合掘进式工程开槽机。
为了解决以上技术问题，本发明提供一种悬挂式多钻头回转-冲击组合掘进式工程开槽机，包括带有卷扬设备和动力系统的行走装置及监控装置；所述卷扬设备牵引端悬挂冲击铣削装置，所述冲击铣削装置包括竖向的导向框架、纠偏装置、分组设置的钻头及其对应设置的竖向高频冲击装置。
每组内的钻头传动轴之间经设置于导向框架底梁或中横梁的动力分动箱联结，且由同一个动力驱动装置驱动回转；所述高频冲击装置的钎杆在缓冲装置或柱塞油缸的推动下抵压在单个钻头传动轴顶部，或抵压在连结一组钻头传动轴的联系横梁顶面；所述连结一组钻头传动轴的联系横梁和导向框架底梁之间通过一组悬吊滑动装置活动连接。
当高频冲击装置在液压或气动动力驱动下上下冲击时，将冲击能量传递给动力驱动装置驱动旋转的钻头。
当钻头工作时，相邻两组的钻头具有相对旋转平衡铣削反力、定向转动的铣削状态。
本发明进一步限定的技术方案为：所述高频冲击装置包括设置在导向框架上的竖向撑柱滑槽和安装于撑住滑槽内的冲击锤，所述液压或气动动力为缓冲装置或柱塞油缸；所述缓冲装置或柱塞油缸设置在冲击锤的顶部。
进一步的，所述导向框架的底梁为箱形底梁；每组为两个钻头，两个钻头的传动轴由安装在所述箱形底梁上的同一个液压马达通过直齿齿轮减速箱联结驱动回转，且相邻两组钻头的回转方向相反；所述直齿齿轮减速箱设置在箱形底梁内；当所述高频冲击装置工作时，所述冲击锤的竖向钎杆在缓冲装置或柱塞油缸的推动下抵压在钻头传动轴的顶部并适时冲击。
进一步的，还包括套设在钻头传动轴上的单向推力球轴承；单向推力球轴承位于箱形底梁的箱体底部和直齿齿轮减速箱之间。
进一步的，每组钻头包括安装于同一个联系横梁上的中心钻头和位于中心钻头两侧的边钻头；每组内的钻头传动轴之间经设置于导向框架箱形底梁内的直齿齿轮减速箱联结，且由同一个液压马达驱动回转；所述高频冲击装置的钎杆在缓冲装置或柱塞油缸的推动下抵压在中心钻头传动轴的顶部。
进一步的，所述冲击锤的钎杆置于直齿齿轮中心轴的顶部，中心钻头传动轴通过花键与齿轮中心轴相连；所述中心轴上设直齿齿轮，与所述直齿齿轮减速箱传动联结，由所述液压马达驱动回转，且相邻两组钻头之间旋转方向相反。
进一步的，每组包括两个安装于同一个联系横梁上的钻头且每个钻头的传动轴为空心传动杆；所述空心传动杆的底部周向设有台肩；所述空心传动杆从下至上依次穿过联系横梁、箱形底梁以及导向框架中横梁后通过连接接头与排渣总管活动连接，所述台肩位于联系横梁下方；每组钻头的传动轴由安装在导向框架中横梁上的竖向液压马达和直齿齿轮减速箱驱动回转，且相邻两组钻头的回转方向相反；
所述高频冲击装置位于两个钻头中间；当所述高频冲击装置工作时，所述冲击锤的竖向钎杆在缓冲装置或柱塞油缸的推动下抵压在联系横梁上方中间位置。
进一步的，悬吊滑动装置包括悬吊轴、第一轴套以及第二轴套；第一轴套嵌入设于箱形底梁下方的凹槽中，第二轴套嵌入设于联系横梁上方的凹槽；悬吊轴的上端部活动安装在第一轴套中且可沿第一轴套上下滑动，下端部固定安装于第二轴套中。
进一步的，悬吊滑动装置还包括第一销轴和第二销轴；悬吊轴的上部沿径向开设有贯穿直径的长圆孔，下部沿径向开设有贯穿直径的圆孔；第一轴套的侧壁上与悬吊轴的长圆孔两端对应处设有第一安装圆孔；第二轴套的侧壁上与圆孔两端对应处设有第二安装圆孔；悬吊轴的上部通过穿过长圆孔和第一安装圆孔的第一销轴活动连接于导向框架箱形底梁上，悬吊轴的下部通过穿过圆孔和第二安装圆孔的第二销轴固定连接于联系横梁上；第一销轴和第二销轴的两端均设有封盖，当悬吊轴沿第一轴套上下滑动时，长圆孔相对于第一销轴上下移动。
进一步的，相邻两组钻头的联系横梁之间通过限位滑动装置连接；所述限位滑动装置包括与第一组钻头的联系横梁固定连接的槽板和与相邻第二组钻头的联系横梁固定连接的滑块；所述滑块卡插在所述槽板的滑槽内并可沿滑槽竖直方向滑动。可以减小直接受冲击体质量，利于提高冲击加速度，从而提高掘进效率。
进一步的，联系横梁底部安装有用于将钻头破碎的残留部分进行破碎的刀具；刀具安装于钻头在联系横梁底部投影之外的边缘结构上。
本发明的有益效果是：能够高效率、低成本地完成包括土层、岩层、砾石、孤石等各种复杂地层的开槽作业，效果良好。实现了多钻头高频冲击与旋转铣削相结合的掘进成槽机制，且槽壁周边岩层完整低损伤。一次性完成矩形槽并能够在正反循排渣系统等辅助设备的配合下及时完成地下连续墙的浇筑。
附图说明
图1为本发明整装结构的实施示意图。
图2为本发明实施例1的结构示意图，其中图2-1为本发明实施例1的冲击铣削装置结构示意图；图2-2为图2-1的侧视图。
图3为本发明实施例2的结构示意图，其中图3-1本发明实施例2的冲击铣削装置结构示意图；图3-2为图3-1的侧视图。
图4为本发明实施例3的冲击铣削装置结构示意图。
图5为实施例2和实施例3中的悬吊滑动装置结构示意图。
图6为实施例2和实施例3中悬吊滑动装置的纵向剖视图。
图7为实施例2和实施例3中限位滑动装置结构俯视图。
其中：卷扬设备1、排渣管1-1、行走装置2、导向框架3、底梁顶3-1、底梁底3-2、撑柱滑道3-3、纠偏装置4、冲击锤5、钎杆5-1、钻头6、凸台肩6-1、空心传动杆6-2、活动接头6-3、排渣总管6-4、柱塞油缸7、液压马达8、减速箱9、单项推力球轴承10、滑动轴承11、密封装置12、联系横梁13、左联系横梁13-2、右联系横梁13-1、悬吊滑动装置14、悬吊轴14-1、第一轴套14-2、第二轴套14-3、第一销轴14-4、第二销轴14-5、封盖14-6、长圆孔14-7、圆孔14-8、花键15、轴套16、限位滑动装置17、槽板17-1、滑槽17-2、滑板17-3。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的说明。
实施例1
本实施例提供的一种悬挂式多钻头回转-冲击组合掘进式工程开槽机，如图1-2所示：包括带有卷扬机设备1和动力系统的行走装置2。卷扬机设备1牵引端悬挂冲击铣削装置，冲击铣削装置包括竖向的导向框架3、纠偏装置4、两组钻头和与每组钻头对应设置的高频冲击装置。
行走装置2具有两平行的行走履带；所述导向框架位于两行走履带之间、且导向框架所处竖直平面与两行走履带平行，或者，所述导向框架位于两行走履带前端外侧、且导向框架所处竖直平面与两行走履带垂直。
纠偏装置4包括重力纠偏器、推板纠偏器以及旋转纠偏器；导向框架3设置有垂直度传感装置；导向框架3的顶部分布有破碎岩土的刀具。当槽孔发生意外坍塌、埋钻时可在冲击装置震动的同时引拔钢丝绳，将导向框架提出地面。
高频冲击装置包括设置在导向框架上的竖向撑柱滑槽3-3和安装于撑柱滑槽内的冲击锤5，冲击锤的顶部设有柱塞油缸7；减速箱设置于导向框架3的箱式底梁内部，钻头传动轴贯穿底梁顶3-1、底梁底3-2。
本实施例的两组钻头中，每组设置有两个钻头6，本实施例中钻头的钻杆为长度可调整结构，一般通过液压调节或人工更换，在特硬地层中可以调整部分钻头传动轴的长度，实现槽断面局部集中冲击回转掘进，以集中扭矩和冲击能应对孤石等特硬地层。
所有钻头的传动轴轴线均位于导向框架3所处的平面内；两个钻头传动轴之间由安装在底梁顶3-1上的同一个竖向液压马达8通过直齿齿轮减速箱9驱动回转，直齿齿轮减速箱9设置在箱式底梁内。冲击锤的钎杆5-1在柱塞油缸7的推动下抵压在单个钻头的传动轴顶部。柱塞油缸的推动有三方面的意义：其一可以利用框架的重量对钻头施加一定的静压力，使钻头产生必要的钻压，当冲击锤在动力驱动下冲击时，其冲击荷载和上述静压荷载相结合，提高了碎岩效率；其二，可以防止冲击锤未抵及钻头的传动轴顶部时冲击产生空打，因为这样容易会使冲击锤及有关设备损坏；其三，对冲击锤冲击岩石产生的向上的反力起到缓冲作用，对导向框架上的设备起到缓冲保护作用。
当钻头6工作时，两组的钻头回转方向相反，具有相对旋转平衡铣削反力、定向转动的铣削状态。
本发明还包括套设在钻头传动轴上的单向推力球轴承10；单向推力球轴承10位于底梁底3-2和直齿齿轮减速箱9之间。单向推力轴承在钻头正常抵及槽底钻削时是与齿轮脱开的，只有当一次冲击产生大的岩石变形下沉时才起保护作用。钻头传动轴穿过底梁的安装通孔，钻头传动轴和安装通孔之间设有滑动轴承11和密封装置12。
当高频冲击装置在液压或气动驱动下冲击时，将冲击能量直接传递给单个由液压马达等动力驱动旋转的钻头。相对整个框架，直接受冲击体的质量小，有利于提高冲击加速度，从而提高掘进效率。
本实施例中进一步优化的是：液压马达8采用低转速大功率多曲线液压马达，液压马达通过直齿齿轮与钻头的垂直传动轴连接，直齿齿轮间的滑动可使冲击对液压马达的影响较小。用于起吊导向框架3的所述卷扬设备1设有钢丝绳拉力传感器。掘进过程中，导向框架3在悬吊钢丝绳适度的张力下叠压在所述钻头传动轴顶部，利用导向框架的重量来保证刀齿对岩土的必要的钻压压力强度。
本例也可以由二个液压马达联动，驱动直齿齿轮箱带动三个钻头。
实施例2
本实施例提供的一种悬挂式多钻头回转-冲击组合掘进式工程开槽机，如图3、图5-图7所示，同时包括图1中的带有卷扬机设备1和动力系统的行走装置2；卷扬机设备1牵引端悬挂冲击铣削装置，冲击铣削装置包括竖向的导向框架3、纠偏装置4以及与每组钻头对应设置的冲击装置。冲击装置包括设置在导向框架上的竖向撑柱滑槽3-3和安装于撑柱滑槽内的冲击锤5，高频冲击锤5的顶部设有柱塞油缸7。
本实施例包含两组钻头，每组钻头包括三个钻头6，每组钻头包括中心钻头和位于中心钻头两侧的边钻头。
每组钻头的传动轴通过轴承安装于同一个联系横梁13下方；导向框架3的底部设置有箱形底梁，联系横梁13和底梁顶3-1之间通过一组悬吊滑动装置14活动连接。
本实施例中的悬吊滑动装置14包括悬吊轴14-1、第一轴套14-2、第二轴套14-3、第一销轴14-4以及第二销轴14-5。悬吊轴14-1的上部沿径向开设有贯穿直径的长圆孔14-7，下部沿径向开设有贯穿直径的圆孔14-8。第一轴套14-2的侧壁上与悬吊轴的长圆孔两端对应处设有第一安装圆孔；第二轴套14-2的侧壁上与圆孔两端对应处设有第二安装圆孔。
第一轴套14-2嵌入设于底梁顶3-1下方的凹槽中，第二轴套14-3嵌入设于联系横梁13上方的凹槽；悬吊轴14-1的上部通过穿过长圆孔和第一安装圆孔的第一销轴14-4活动连接于上底梁3-1上，悬吊轴14-1的下部通过穿过圆孔和第二安装圆孔的第二销轴14-5固定连接于联系横梁13上；第一销轴14-4和第二销轴14-5的两端均设有封盖14-6，当悬吊轴沿第一轴套上下滑动时，长圆孔相对于第一销轴上下移动。
本实施例中的冲击锤5的钎杆5-1置于直齿齿轮中心轴16的顶部，中心钻头传动轴通过花键15与齿轮中心轴16相连；钻头6由液压马达8和直齿齿轮减速箱9驱动回转，且相邻两组钻头之间旋转方向相反；本实施例中的中心钻头传动轴的长度为可调节结构。
本实施例中的相邻两组钻头的联系横梁13之间通过限位滑动装置17连接。限位滑动装置17包括与第一组钻头的联系横梁13-2固定连接的槽板17-1和与相邻第二组钻头的联系横梁13-1固定连接的滑块17-3；槽板17-1的两侧边缘向内延伸折弯构成滑槽17-2；滑块17-3卡插在所述槽板的滑槽17-2内，并可沿滑槽竖直方向滑动。在联系横梁13底部设置刀具，用于冲击破碎矩形成槽断面上钻头铣削冲击不到的残留月牙部分。
在本实施例采取各钻头组通过悬挂滑动装置挂在框架底梁下方，垂直方向可以相互滑动，左右相互抵接，并采用竖向冲击锤各自冲击相应的钻削装置，因而冲击锤无需同步，因为与横向冲击锤相比，竖向冲击锤的冲击波平缓、作用时间长，有利于刀齿切入岩石，提高碎岩效率，解决了原技术方案的难题。
与此同时，各钻头组联系梁通过悬挂滑动装置与框架分开，垂直方向可以相互滑动，左右相互抵接，并采用竖向冲击锤各自冲击相应组别的钻削装置，这样，与冲击整个框架相比，大大减小了直接受冲击体重量，利于提高冲击加速度，从而有效地提高了破碎岩石的效率。同时又减少了冲击对导向框架及框架中有关部件的影响，提高了设备的安全性。
掘进操作时，卷扬设备让导向框架座落在分组钻头联系横梁上，利用导向框架的重量来保证刀齿对岩土的必要的钻压压力强度，而导向框架及其中的有关设备不直接承受冲击，提高了设备安全可靠性；通过调整卷扬设备的起吊力量来调整钻压，针对不同地层，当以铣削为主掘进软地层时需要大的钻压，当以冲击为主掘进硬岩石时，钻压需适度减少，通过这样的适时调整掘进方式，可以大大提高掘进效率，减小刀齿的磨耗。
本实例的纠偏装置4包括重力纠偏器、推板纠偏器、旋转纠偏器；导向框架3设有垂直度传感器；掘进装置联系横梁顶面设有压力传感器，起吊导向框架的所述卷扬设备设有钢丝绳拉力传感器。掘进过程中，导向框架在悬吊钢丝绳适度的张力下叠压在中心钻头传动轴顶部，利用导向框架的重量来保证刀齿对岩土的必要的钻压压力强度。
导向框架的顶部分布有破碎岩土的刀具。当槽孔发生意外坍塌、埋钻时可在冲击装置震动的同时引拔钢丝绳，将导向框架提出地面。
本实例行走装置具有两平行的行走履带；所述导向框架位于两行走履带之间、且导向框架所处竖直平面与两行走履带平行，或者，所述导向框架位于两行走履带前端外侧、且导向框架所处竖直平面与两行走履带垂直。
为采用泥浆护壁及时出渣、及时冷却润滑，导向框架内具有相互连通的正反循环通道和排渣管1-1，所述排渣管设置在钻头旁边，钻头6上有一定数量的水口和水槽，从而形成岩渣吸上的通道,钻头顶部有排渣流道进口。采用泥浆护壁及反循环出渣系统等辅助设备配合，在成槽的同时能够适时完成时地下连续墙的浇筑。
本例也可以由二个液压马达联动，驱动直齿齿轮箱带动三个钻头。
其顶部有排渣流道进口。采用泥浆护壁及反循环出渣系统等辅助设备配合，在成槽的同时适时完成时地下连续墙的浇筑。
实施例3
本实施例中的结构与实施例2在原理上相似，不同在于,如图4所示：本实施例每组包括两个安装于同一个联系横梁13上的钻头且每个钻头的传动轴为空心传动杆6-2；空心传动杆6-2的底部周向设有凸台肩6-1；空心传动杆从下至上依次穿过联系横梁13、箱形底梁以及设置于导向框架3的中横梁3-4顶的直齿齿轮减速箱后，通过活动接头6-3与排渣总管6-4活动连接。凸台肩6-1位于联系横梁13下方,台肩与联系横梁之间设轴承及密封；每组钻头的空心传动杆由安装在导向框架中横梁上的竖向液压马达8和直齿齿轮减速箱9驱动回转，且相邻两组钻头的回转方向相反。直齿齿轮间的滑动可使冲击对液压马达的影响较小。
高频冲击装置位于两个钻头中间；当高频冲击装置工作时，冲击锤的竖向钎杆在缓冲装置或柱塞油缸的推动下抵压在联系横梁上方中间位置。
反循环排渣泥浆从空心传动杆6-2的管体内通过，向上经活动接头6-3引入设置于框架内的固定的排渣总管6-4，继而经框架顶部的接头汇入框架上方的排渣软管。
同样的，钻头联系横梁通过悬吊滑动装置挂在导向框架底梁下，通过限位滑动装置相互抵接。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。