专利名称：套筒式反铲挖掘机械手及其在盾构机和顶管机中的应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种挖掘机械，特别涉及一种套筒式反铲挖掘机械手及其应用。
背景技术：
挖掘机械及其结构是工程施工机械的重要技术之一。当前，国内外广泛使用的挖掘机械为连杆式挖掘机，其挖掘铲斗的运动和动力传动机构主要为连杆机构。为了使铲斗的工作范围尽可能地扩大以满足挖掘工作的需要，作为传导运动的连杆机构就必须设计得十分庞大，不仅其本身的体积大，而且其工作时所需占用的空间也很大；此外，连杆机构传递动力主要是依靠杠杆原理，因此由于受到力臂空间的限制，连杆式挖掘机很难实现很大的挖掘力；同时过长的连杆以及其杆体自身重量的限制也大大降低了连杆机构的强度和刚度。综上所述，传统的连杆式挖掘机具有不可克服的占据空间大、结构强度和刚度较差、挖掘力较小的缺点，所以其应用范围仅适合于在地面上或在开放的大空间内进行挖掘施工，因而应用受到了很大限制，也很难用于地下作业。
目前在地下管道建筑工程，例如隧道、城市下水道工程的施工中通常都使用盾构掘进机或顶管掘进机。盾构掘进机主要用来建造地铁隧道、取排水隧道、电缆隧道等直径较大的隧道，而顶管掘进机主要用来建造市政工程中的下水道等直径小的隧道。虽然盾构掘进机和顶管掘进机的种类很多，但是它们的主要构造系统都类似，工作原理也大致相同。
盾构掘进机的主要构造和基本工作原理如下所述盾构掘进机的主要构件和系统包括盾构壳体、挖掘土体系统、出土输送系统、盾构推进系统、管片拼装机和帽檐支护系统。盾构壳体是整个盾构掘进机的保护性外壳，具有一定的强度和刚度，它是机内所有机械安装的基础，也是操作人员的工作场所。挖掘土体系统采用人工式、水力式或机械式进行挖掘土方工作。出土输送系统用来把采掘的土方岩石输送出去，一般采用皮带输送机或者螺旋输送机。盾构推进系统由足够数量的盾构千斤顶组成，它们均匀地布置在盾构壳体内的圆周上，千斤顶油缸的底部顶在盾构内的结构钢板上，千斤顶油缸的活塞杆外端顶在已拼装成环的管片的端面上，千斤顶油缸活塞杆不断伸出就可将盾构推向前进。在活塞杆伸出一定距离后管片拼装机开始工作，它通过轴向平移、回旋和径向伸缩运动，将管片安装到预定的位置；拼装工作是逐步完成的，首先部分千斤顶活塞杆回缩以拼装相应位置的管片，然后再回缩另外部分的千斤顶活塞杆以拼装另一块管片，这样一块一块地拼装，直至成环。帽檐支护系统位于盾构掘进机的前端，它可以前后伸缩，起着支护盾构掘进机前方可能坍方的土体的作用。隧道就是通过盾构掘进机挖掘—出土—推进—拼装管件这样周而复始地循环作业逐段筑成的。
顶管掘进机的工作过程与盾构掘进机的工作过程类似，不同的只是管体的形成和推进。顶管掘进机的主要构件和系统包括顶管壳体、挖掘土体系统、出土输送系统和铰接纠偏系统，顶管壳体与盾构壳体作用相似，挖掘土体系统、出土输送系统与盾构掘进机相应的系统相同，铰接纠偏系统是由数对纠偏千斤顶组成，起着方向纠偏的作用。当前方的土体被挖掘和输出后，由顶进系统将下到工作井内的整个管节用千斤顶向前推进，而后面的管节依次紧靠着前面的管节，从而使顶进系统将前方的整串管节以及最前方的顶管掘进机向前推进，依次逐节推进就完成了整个隧道的构筑。为了减少前进时的摩擦阻力，管节的外部都有泥浆套。
在盾构掘进机和顶管掘进机中都包括有挖掘土体系统，该系统通常具有人工、水力、机械等三种形式1、人工式—即用手工的方式进行开凿和挖掘土体。很明显，该种方式工人劳动强度高，工作面的环境条件恶劣，工作效率低下。
2、水力式—即操作人员用水枪冲刷土体，将泥土冲刷成泥水，再由水泵或其它扬升器抽送出去。也很显然，这种作业方式工人的劳动强度也相当高，效率十分低下，并且还仅适应于软土。
3、机械式—即采用挖掘机械进行开凿和挖掘土体。在地下掘进工程中所采用的挖掘机大多数是反铲式的，由于在隧道挖掘工程中地下作业面的狭窄，作业操作空间有限，因此挖掘机械的应用受到了极大的局限，特别是适应地面作业的连杆式挖掘机就很难于在隧道掘进工程中施展身手，目前国内尚无在隧道掘进施工中应用反铲挖掘机的先例。
德国卡尔赛夫有限公司及两合机械厂在先申请的中国发明专利《液压挖掘机》(专利号ZL 94117565.0)公开了一种用于地下掘进设备，例如隧道掩护式支架的挖掘机，它有一个悬臂，其前端直接连接有挖掘工具，该悬臂借助于一个连杆系统悬挂在可绕固定在掘进设备上支承构件上的转动支座回转的悬臂板上，该连杆系统由一个可借助液压缸摆动的摇臂和一个用来改变悬臂斜度的连杆缸组成，连杆缸通过改变长度可调整为与摇臂平行的连杆。该液压挖掘机既可以有较大的作用范围，又可以方便地将剥离的物料送到下部的纵向输送机上。
从该发明所披露的内容可以看出，该发明实现挖掘工具较大工作范围的主要传动机构仍然是连杆机构，只不过在部分连杆杆件上使用了液压缸，因此该发明的技术方案仍然不可避免地具有与连杆式挖掘机相类似的占据空间大、挖掘力小、结构强度和刚度较低的缺点。
发明内容
本发明的一个目的在于克服连杆式反铲挖掘机由于本身结构的弱点而难以适应地下掘进作业的不足，提供一种占据空间小、结构强度和刚度较高、挖掘力大的套筒式反铲挖掘机械手，此外通过更换铲斗体为冲击钻，该套筒式反铲挖掘机械手还能破碎岩石以适应更多类型的土层。
本发明的另一个目的在于弥补隧道施工中盾构掘进机和顶管掘进机选用挖掘机械范围过窄的不足，提供一种将本发明所述的套筒式反铲挖掘机械手应用于盾构掘进机和顶管掘进机中的方法，使上述两种掘进机在挖掘土体工作中能适应各种土层、降低工人劳动强度、提高施工效率，从而节约施工成本和降低工程造价。
为了达到上述目的，本发明解决其技术问题所采取的技术方案是一种套筒式反铲挖掘机械手由转动支座、伸缩套筒、铲斗装置、动臂油缸、斗杆油缸、铲斗油缸和转动油缸组成；所述转动支座包括有上端的固定部件和下端的转动部件，该转动部件可在固定部件中转动，该固定部件安装固定在主体设备的支承构件上；所述伸缩套筒设置在转动支座的下方，包括有外套筒、内套筒和套筒后座，该内套筒套合在外套筒的内腔中且能沿轴向相对移动，套筒后座固定在外套筒的后端，外套筒的后部上侧与转动支座的转动部件相铰接以使整个伸缩套筒可绕铰轴上下摆动；所述铲斗装置位于伸缩套筒的前方，包括有铲斗支座、铲斗体、上连杆和下连杆，该铲斗支座固定在上述伸缩套筒的内套筒的前端，铲斗体的下端铰接在铲斗支座上，其上端与上连杆的一端相铰接，下连杆的一端铰接在铲斗支座上；所述铲斗油缸的一端铰接在铲斗装置的铲斗支座上，另一端同时与上连杆和下连杆的另一端相铰接以推动铲斗体翻转；所述斗杆油缸设置在伸缩套筒的内腔中，其一端铰接于外套筒内腔的后部，另一端铰接于上述铲斗装置的铲斗支座上，从而带动伸缩套筒前后伸缩以实现铲斗装置的前后运动；所述动臂油缸位于伸缩套筒的后方，其一端与伸缩套筒的套筒后座相铰接，另一端与转动支座的转动部件相铰接，该动臂油缸的伸缩带动伸缩套筒上下摆动从而实现铲斗装置的上下运动；所述转动油缸的一端与转动支座的转动部件的侧面相铰接，另一端固定于主体设备的支承构件上，其伸缩推动转动支座带动伸缩套筒转动以实现铲斗装置的左右运动。
本发明还包括将所述套筒式反铲挖掘机械手应用于盾构或顶管掘进机的方法，其被安装在盾构或顶管掘进机的盾构壳体或顶管壳体内部的顶壁上，其垂直轴线与盾构壳体或顶管壳体的铅垂对称轴线相重合，安装时首先将转动支座中的支座底板固定在盾构壳体或顶管壳体内部的顶壁上，然后通过螺栓将支座筒与上述支座底板连接在一起，随后将转动支座的转动油缸的一端安装固定在盾构壳体或顶管壳体内的侧壁上，从而将整个套筒式反铲挖掘机械手安装固定在盾构或顶管掘进机上；安装后当伸缩套筒收缩时，整个所述套筒式反铲挖掘机械手应在盾构壳体或顶管壳体内，以确保受到盾构壳体或顶管壳体的保护，当伸缩套筒伸出时，所述套筒式反铲挖掘机械手可实现上下左右运动以达到挖掘土体的目的。
本发明所述的套筒式反铲挖掘机械手上铲斗装置的铲斗体可替换为冲击钻，该冲击钻通过过渡接头安装固定在铲斗支座上，该过渡接头一侧的上端与上连杆的一端相铰接，下端铰接在铲斗支座上，其另一侧通过螺栓与冲击钻相连接。
与传统的连杆式挖掘机相比较，本发明所述的套筒式反铲挖掘机械手在结构上主要用液压传动装置替代了连杆机构，其挖掘装置的上下左右运动也主要是由油缸的伸缩来驱动实现的，因此与机械传动相比液压传动所具有的相同功率下结构紧凑、重量轻的特长，使得本发明所述的套筒式反铲挖掘机械手具备了占据空间小、结构强度和刚度较高及挖掘力大的优点。本发明在盾构掘进机和顶管掘进机中的应用解决了两种掘进机在隧道工程中选用合适挖掘机械的困难，不仅克服了手工挖掘劳动强度大和水力挖掘适应土层范围小的缺点，而且大大提高了施工效率，从而节约了施工成本和降低了隧道工程的造价；与上述掘进机采用传统的挖掘方式，包括采用连杆式挖掘机的方式相比，收到了意想之外的效果。此外，冲击钻在本发明中的应用也大大拓宽了采用所述套筒式反铲挖掘机械手的盾构掘进机和顶管掘进机在隧道施工工程中对所挖掘的土质类型的适应范围。当盾构掘进机和顶管掘进机采用机械挖掘方式时，本发明所述的套筒式反铲挖掘机械手是最合适的选择。
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明的结构示意侧视图。
图3是本发明的转动支座结构示意图。
图4是本发明的伸缩套筒和斗杆油缸结构示意图。
图5是本发明的铲斗装置和铲斗油缸结构示意图。
图6是本发明以冲击钻替代铲斗体的另一实施例的结构示意图。
图7是本发明在盾构掘进机中的应用示意图。
图8是本发明另一实施例在盾构掘进机中的应用示意图。
图9是本发明在顶管掘进机中的应用示意图。
图10是本发明另一实施例在顶管掘进机中的应用示意图。
具体实施例方式现结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
首先参阅图1和图2本发明的结构示意图。图示套筒式反铲挖掘机械手由转动支座1、伸缩套筒2、铲斗装置3、动臂油缸4、斗杆油缸5、铲斗油缸6和转动油缸7组成，转动支座1、伸缩套筒2和铲斗装置3分别为组合构件，转动支座1的上端可安装在主体设备，如掘进设备的支承构件01上。下面分别叙述本发明装置中的各构件具体结构。
首先参阅图3转动支座示意图，图示转动支座1包括有上端的固定部件和下端的转动部件，该转动部件可在固定部件中转动，该固定部件的上端安装固定在主体设备的支承构件，如掘进机的壳体上。上述固定部件包括有支座底板101和支座筒102；该支座底板101为一结构底板，固定在主体设备的支承构件上，其四周有螺孔，通过螺栓113与支座筒102连接在一起；所述支座筒102为一筒形焊接结构件，其上方开有一装配工艺孔，该支座筒102内筒壁的上部和下部分别为经过机加工的上轴承座孔和下轴承座孔，上下轴承座孔之间为一贯通的柱形筒腔，支座筒102的后侧开有一通孔114，通入内部柱形筒腔；该支座筒102上端的四周设有螺栓孔，支座筒102通过螺栓113轴向垂直地固定连接在上述支座底板101上；上述支座筒102内筒壁上的上下轴承座孔分别装有上轴承103和下轴承104，它们为一对向心推力轴承，上轴承103孔径大于下轴承104以便装配。所述转动支座1的转动部件包括有支座轴105、动臂支座106和支座转动臂111；支座轴105安装于上轴承103和下轴承104上，从而被支承在支座筒102的内腔中央并可在其中转动，装配时通过挡环109和圆螺母110对支座轴105进行轴向定位，一中心带有通孔的透盖108抵压住下轴承104的外圈并通过螺栓固定在支座筒102的下端，透盖108既对下轴承104起到轴向定位的作用又对支座筒102起到密封作用；所述动臂支座106通过销轴107固定于支座轴105上，从而能随支座轴105一起转动，该动臂支座106的一端由后方穿过并伸出支座筒102后侧的通孔114，该端部设有铰轴孔，该通孔114的四周装设有密封件115围罩住伸出的动臂支座106端部的周围，以对支座筒102起封闭作用；所述支座转动臂111固定于支座轴105的下端，其转动可带动支座轴105旋转并进而带动动臂支座106作摆动。所述转动支座1的筒腔内填充有润滑油脂，以减小机械运动的阻力。
再参阅图4伸缩套筒和斗杆油缸的示意图。图示伸缩套筒2设置在转动支座1的下方(见图1)，它包括有外套筒201、内套筒202和套筒后座203，均为焊接结构件；所述内套筒202套合在外套筒201的内腔中且能沿轴向相对移动，其前端有一法兰与铲斗装置3连接，该内套筒202与外套筒201之间设有支承减磨系统208；所述外套筒201的两端各设有一法兰，其后部的上侧设有一纵向双耳攀，耳攀上开有横向的铰轴孔205，孔内穿有铰轴204，通过铰轴204将伸缩套筒2的外套筒201与转动支座1转动部件的支座轴105的下端连接起来，从而使整个伸缩套筒201可绕铰轴204上下摆动，外套筒201内腔的后部底端设有铰轴座207；所述套筒后座203前端为一法兰，通过螺栓与外套筒201的后端连接起来，该套筒后座203的后部设有铰孔210和铰轴209，用以铰接动臂油缸4。图4所示斗杆油缸5设置在伸缩套筒2的内腔中，其一端通过铰轴206铰接于外套筒201内腔后部底端的铰轴座207上，另一端铰接于铲斗装置3中的铲斗支座301上，从而使斗杠油缸5能带动伸缩套筒2前后伸缩以实现铲斗装置3的前后运动。
现再请参阅图1，图示动臂油缸4位于伸缩套筒2的后方，其一端通过铰轴209与伸缩套筒2上套筒后座203后部的铰轴孔210相铰接，另一端与转动支座1上伸出支座筒102后侧通孔114的动臂支座106的端部相铰接，该动臂油缸4的伸缩带动伸缩套筒2上下摆动从而实现铲斗装置3的上下运动。
再参阅图2，图示转动油缸7的一端与转动支座1下部的支座转动臂111的侧面相铰接，另一端固定于主体设备的支承构件如掘进机的壳体上，其伸缩推动转动支座1带动伸缩套筒2转动以实现铲斗装置3的左右运动，该转动油缸7行程的大小决定了转动支座1转动角度的大小，也进而决定了铲斗装置3的左右工作范围。
现请参阅图5铲斗装置和铲斗油缸示意图。图示铲斗装置3位于伸缩套筒2的前方(见图1)，其包括有铲斗支座301、铲斗体302、上连杆303和下连杆304；铲斗支座301为一焊接结构件，其后部有一法兰，通过螺栓与伸缩套筒2的内套筒202的前端固定连接起来，该铲斗支座301的中部设有铰孔，通过铰轴310与斗杆油缸5的一端铰接起来；所述铲斗体302为一焊接结构件，具有强度高且耐磨的斗齿，是与土体直接接触的挖掘机具，该铲斗体302的下端通过铰轴306铰支于铲斗支座301的前下部，其上端通过铰轴305与上连杆303相连接；铲斗支座301的上部为一槽形结构，槽形结构的后部设有铰孔，所述铲斗油缸6设置在槽形结构内，其后端通过铰轴309铰接在上述铲斗支座301槽形结构后部的铰孔上，其前端通过铰轴307同时与上连杆303和下连杆304的一端同轴连接起来；该上连杆303和下连杆304均为结构件，它们的后端如上述同时铰接于铲斗油缸6的前端，上连杆303的前端通过铰轴305与铲斗体302铰接起来，下连杆304的前端通过铰轴308铰接在铲斗支座301的前上部；通过上述结构，铲斗体302可借助于铲斗油缸6的伸缩而上下翻转，从而实现反铲式挖掘功能。
本发明所述套筒式反铲挖掘机械手通过上述结构可以实现下述一系列机械运动一端固定于主体设备支承构件上的转动油缸7推动转动支座1和伸缩套筒2转动以实现铲斗装置3的左右运动，伸缩套筒2后方的动臂油缸4的伸缩带动伸缩套筒2上下摆动从而实现铲斗装置3的上下运动，伸缩套筒2内腔中的斗杠油缸5带动伸缩套筒2前后伸缩以实现铲斗装置3的前后运动，铰接在铲斗装置3上的铲斗油缸6的伸缩推动铲斗体302进行翻转以实现反铲式挖掘动作。综上所述，本发明是通过一整套液压机构来实现所述套筒式反铲挖掘机械手的挖掘功能和控制其挖掘范围的。
为了扩大功能以适应更广泛的工作范围，本发明还可将铲斗体替换为冲击钻以实现破碎功能。请参阅图6，本发明另一实施例的结构基本上与图1所示的第一种实施例一样，区别只是在于将铲斗装置3上的铲斗体302替换为冲击钻，更替后铲斗装置的具体结构示意图见图6。图示冲击钻302-2通过过渡接头302-1安装固定在铲斗支座301上，该过渡接头302-1一侧的上端与上连杆303的一端通过铰轴305相铰接，其下端通过铰轴306铰接于铲斗支座301的前下部，该过渡接头302-1另一侧通过螺栓与冲击钻302-2相固定连接。经过替换为冲击钻，本发明所述的套筒式反铲挖掘机械手还可以在相同的作业空间范围内完成破碎土体和岩石的工作，以适应更多类型的土质地层的挖掘工作。
由于本发明所述的套筒式反铲挖掘机械手的基本结构采用了液压传动机构，所以它具备了连杆式挖掘机所没有的优点，即占据空间小、结构强度和刚度较高、挖掘力大，此外通过使用冲击钻替代铲斗体，使其增加了破碎土体和岩石的功能，更进一步扩大了它的工作适应范围。因此本发明所述的套筒式反铲挖掘机械手不仅能安装于各类地面采掘机设备上，广泛地应用于地面挖掘作业，而且还能应用于地下管道挖掘机械中，例如盾构掘进机或顶管掘进机，从而更好地适应地下作业面狭窄，操作空间有限和地层土质情况多变的恶劣作业环境，发挥其性能优势。
图7表示了将所述套筒式反铲挖掘机械手应用于盾构掘进机上的安装方法。图示盾构掘进机001装置在隧道中并向左方掘进，它的挖掘土体系统采用本发明所述的套筒式反铲挖掘机械手0012，此外它还包括有盾构壳体0011、出土输送系统0013、盾构推进系统0014、管片拼装机0015和帽檐支护系统0016；在本实施例中，出土输送系统0013采用了螺旋输送机，它也可以采用皮带输送机。该套筒式反铲挖掘机械手0012的铲斗装置3具有反铲式铲斗体(即图1所示的本发明第一种实施例的结构)，用以完成隧道的土体挖掘工作。图示套筒式反铲挖掘机械手0012被安装在盾构掘进机001的盾构壳体0011内部靠近前端的顶壁上，其垂直轴线与盾构壳体0011的铅垂对称轴线相重合，安装的方法是首先将转动支座1中的支座底板101固定(例如焊接)在盾构壳体0011内部靠近前端的顶壁上，然后通过螺栓将支座筒102与上述支座底板101连接在一起，随后将转动支座1的转动油缸7的一端安装固定(焊接或螺钉连接)在盾构壳体0011内的侧壁上，从而将整个套筒式反铲挖掘机械手0012安装固定在盾构掘进机001上。安装后的前后位置应当达到，当伸缩套筒2收缩时，整个套筒式反铲挖掘机械手0012应在盾构壳体0011内，以确保受到盾构壳体0011的保护，当伸缩套筒2伸出时，该套筒式反铲挖掘机械手0012可实现铲斗装置3的上下左右运动以达到挖掘前方土体的目的。
同样，上述套筒式反铲挖掘机械手0012也可安装使用在顶管掘进机中，其安装方法如图9所示。图示顶管掘进机002装置在隧道中并向左方掘进，其组成包括有顶管壳体0021、出土输送系统0023(本实施例中采用螺旋输送机)、铰接纠编系统0024，它的挖掘土体系统仍然采用与图1所示实施例相同的套筒式反铲挖掘机械手0012。该套筒式反铲挖掘机械手0012被安装在顶管掘进机002的顶管壳体0021内部靠近前端的顶壁上，其垂直轴线与顶管壳体0021的铅垂对称轴线相重合，安装的方法是首先将转动支座1中的支座底板101固定(如焊接或螺钉连接)在顶管壳体0021内部靠近前端的顶壁上，然后通过螺栓将支座筒102与上述支座底板101连接在一起，随后将转动支座1的转动油缸7的一端安装固定(焊接或螺钉连接)在顶管壳体0021内的侧壁上，从而将整个套筒式反铲挖掘机械手0012安装固定在顶管掘进机002上。安装的前后位置应当达到，当伸缩套筒2收缩时，整个套筒式反铲挖掘机械手0012应该在顶管壳体0021内，以确保受到顶管壳体0021的保护，当伸缩套筒2伸出时，该套筒式反铲挖掘机械手0012可实现铲斗装置3的上下左右运动以达到挖掘前方土体的目的。
图6所示的本发明所述套筒式反铲挖掘机械手的第二种实施例，即用冲击钻替代铲斗体的结构，同样可以安装应用于隧道工程施工的盾构掘进机和顶管掘进机上，带有冲击钻的套筒式反铲挖掘机械手具备了破碎功能，这就使应用该套筒式反铲挖掘机械手的盾构掘进机或顶管掘进机不但能在粘土、砂土、砂砾石土、砾石土等地层中掘进施工，还能在岩石地层中掘进施工，从而扩大了掘进机适应土质的范围。图8和图10表示了上述两种应用的安装方法，其与图7和图9所示的方法相同。先参阅图8，图示带有冲击钻3-1的套筒式反铲挖掘机械手0022被安装在盾构掘进机001的盾构壳体0011内部的顶壁上，其垂直轴线与盾构壳体0011的铅垂对称轴线相重合，其安装方法是首先将转动支座1中的支座底板101固定在盾构壳体0011内部的顶壁上，然后通过螺栓将支座筒102与上述支座底板101连接在一起，随后将转动支座1的转动油缸7的一端安装固定在盾构壳体0011内的侧壁上，从而将整个套筒式反铲挖掘机械手0022安装固定在盾构掘进机001上。安装的前后位置应当达到，当伸缩套筒2收缩时，整个套筒式反铲挖掘机械手应该在盾构壳体0011内，以确保受到盾构壳体0011的保护，当伸缩套筒2伸出时，所述套筒式反铲挖掘机械手0022可实现冲击钻3-1的上下左右运动以达到破碎前方土体的目的。
再参阅图10，图示带有冲击钻3-1的套筒式反铲挖掘机械手0022被安装在顶管掘进机002的顶管壳体0021内部的顶壁上，其垂直轴线与顶管壳体0021的铅垂对称轴线相重合，安装的方法是首先将转动支座1中的支座底板101固定在顶管壳体0021内部的顶壁上，然后通过螺栓将支座筒102与上述支座底板101连接在一起，随后将转动支座1的转动油缸7的一端安装固定在顶管壳体0021内的侧壁上，从而将整个套筒式反铲挖掘机械手0022安装固定在顶管掘进机002上。安装的前后位置应当达到，当伸缩套筒2收缩时，整个套筒式反铲挖掘机械手0022应该在顶管壳体0021内，以确保受到顶管壳体0021的保护，当伸缩套筒2伸出时，所述套筒式反铲挖掘机械手可实现冲击钻3-1的上下左右运动以达到破碎前方土体的目的。
权利要求
1.一种套筒式反铲挖掘机械手，其特征在于它由转动支座(1)、伸缩套筒(2)、铲斗装置(3)、动臂油缸(4)、斗杆油缸(5)、铲斗油缸(6)和转动油缸(7)组成；所述转动支座(1)包括有上端的固定部件和下端的转动部件，该转动部件可在固定部件中转动，该固定部件安装固定在主体设备的支承构件上；所述伸缩套筒(2)设置在转动支座(1)的下方，包括有外套筒(201)、内套筒(202)和套筒后座(203)，该内套筒(202)套合在外套筒(201)的内腔中且能沿轴向相对移动，套筒后座(203)固定在外套筒(201)的后端，外套筒(201)的后部上侧与转动支座(1)的转动部件相铰接以使整个伸缩套筒(2)可绕铰轴上下摆动；所述铲斗装置(3)位于伸缩套筒(2)的前方，包括有铲斗支座(301)、铲斗体(302)、上连杆(303)和下连杆(304)，该铲斗支座(301)固定在上述伸缩套筒(2)的内套筒(202)的前端，铲斗体(302)的下端铰接在铲斗支座(301)上，其上端与上连杆(303)的一端相铰接，下连杆(304)的一端铰接在铲斗支座(301)上；所述铲斗油缸(6)的一端铰接在铲斗装置(3)的铲斗支座(301)上，另一端同时与上连杆(303)和下连杆(304)的另一端相铰接以推动铲斗体(302)翻转；所述斗杆油缸(5)设置在伸缩套筒(2)的内腔中，其一端铰接于外套筒(201)内腔的后部，另一端铰接于上述铲斗装置(3)的铲斗支座(301)上，从而带动伸缩套筒(2)前后伸缩以实现铲斗装置(3)的前后运动；所述动臂油缸(4)位于伸缩套筒(2)的后方，其一端与伸缩套筒(2)的套筒后座(203)相铰接，另一端与转动支座(1)的转动部件相铰接，该动臂油缸(4)的伸缩带动伸缩套筒(2)上下摆动从而实现铲斗装置(3)的上下运动；所述转动油缸(7)的一端与转动支座(1)的转动部件的侧面相铰接，另一端固定于主体设备的支承构件上，其伸缩推动转动支座(1)带动伸缩套筒(2)转动以实现铲斗装置(3)的左右运动。
2.根据权利要求1所述的套筒式反铲挖掘机械手，其特征在于所述转动支座(1)的固定部件包括有支座底板(101)和支座筒(102)，支座筒(102)为一筒形构件且轴向垂直地固定在支座底板(101)上，其后侧开有一通孔(114)，支座底板(101)安装固定在主体设备的支承构件上；所述转动支座(1)的转动部件包括有支座轴(105)、动臂支座(106)和支座转动臂(111)，支座轴(105)通过位于上下两端的滚动轴承(103、104)支承于上述支座筒(102)的内腔中央并可在其中转动，其下端与所述伸缩套筒(2)的外套筒(201)相铰接，动臂支座(106)销固于支座轴(105)上且能随之转动，其一端伸出上述支座筒(102)后侧的通孔(114)并与所述动臂油缸(4)一端相铰接，支座转动臂(111)固定于支座轴(105)的下端，其一侧与所述转动油缸(7)的一端相铰接。
3.一种将权利要求1或2所述的套筒式反铲挖掘机械手应用于盾构掘进机的方法，其特征是所述套筒式反铲挖掘机械手被安装在盾构掘进机的盾构壳体(0011)内部的顶壁上，其垂直轴线与盾构壳体(0011)的铅垂对称轴线相重合，安装时首先将转动支座(1)中的支座底板(101)固定在盾构壳体(0011)内部的顶壁上，然后通过螺栓将支座筒(102)与上述支座底板(101)连接在一起，随后将转动支座(1)的转动油缸(7)的一端安装固定在盾构壳体(0011)内的侧壁上，从而将整个套筒式反铲挖掘机械手安装固定在盾构掘进机上；安装后当伸缩套筒(2)收缩时，整个所述套筒式反铲挖掘机械手应在盾构壳体(0011)内，以确保受到盾构壳体(0011)的保护，当伸缩套筒(2)伸出时，所述套筒式反铲挖掘机械手可实现铲斗装置(3)的上下左右运动以达到挖掘前方土体的目的。
4.一种将权利要求1或2所述的套筒式反铲挖掘机械手应用于顶管掘进机的方法，其特征是所述套筒式反铲挖掘机械手被安装在顶管掘进机的顶管壳体(0021)内部的顶壁上，其垂直轴线与顶管壳体(0021)的铅垂对称轴线相重合，安装时首先将转动支座(1)中的支座底板(101)固定在顶管壳体(0021)内部的顶壁上，然后通过螺栓将支座筒(102)与上述支座底板(101)连接在一起，随后将转动支座(1)的转动油缸(7)的一端安装固定在顶管壳体(0021)内的侧壁上，从而将整个套筒式反铲挖掘机械手安装固定在顶管掘进机上；安装后当伸缩套筒(2)收缩时，整个所述套筒式反铲挖掘机械手应在顶管壳体(0021)内，以确保受到顶管壳体(0021)的保护，当伸缩套筒(2)伸出时，所述套筒式反铲挖掘机械手可实现铲斗装置(3)的上下左右运动以达到挖掘前方土体的目的。
5.根据权利要求1或2所述的套筒式反铲挖掘机械手，其特征在于所述铲斗装置(3)的铲斗体(302)替换为冲击钻(302-2)，该冲击钻(302-2)通过过渡接头(302-1)安装固定在铲斗支座(301)上，该过渡接头(302-1)一侧的上端与上连杆(303)的一端相铰接，下端铰接在铲斗支座(301)上，其另一侧通过螺栓与冲击钻(302-2)相连接。
6.一种将权利要求5所述的套筒式反铲挖掘机械手应用于盾构掘进机的方法，其特征是所述套筒式反铲挖掘机械手被安装在盾构掘进机的盾构壳体(0011)内部的顶壁上，其垂直轴线与盾构壳体(0011)的铅垂对称轴线相重合，安装时首先将转动支座(1)中的支座底板(101)固定在盾构壳体(0011)内部的顶壁上，然后通过螺栓将支座筒(102)与上述支座底板(101)连接在一起，随后将转动支座(1)的转动油缸(7)的一端安装固定在盾构壳体(0011)内的侧壁上，从而将整个套筒式反铲挖掘机械手安装固定在盾构掘进机上；安装后当伸缩套筒(2)收缩时，整个所述套筒式反铲挖掘机械手应在盾构壳体(0011)内，以确保受到盾构壳体(0011)的保护，当伸缩套筒(2)伸出时，所述套筒式反铲挖掘机械手可实现冲击钻(302-2)的上下左右运动以达到破碎前方土体的目的。
7.一种将权利要求5所述的套筒式反铲挖掘机械手应用于顶管掘进机的方法，其特征是所述套筒式反铲挖掘机械手被安装在顶管掘进机的顶管壳体(0021)内部的顶壁上，其垂直轴线与顶管壳体(0021)的铅垂对称轴线相重合，安装时首先将转动支座(1)中的支座底板(101)固定在顶管壳体(0021)内部的顶壁上，然后通过螺栓将支座筒(102)与上述支座底板(101)连接在一起，随后将转动支座(1)的转动油缸(7)的一端安装固定在顶管壳体(0021)内的侧壁上，从而将整个套筒式反铲挖掘机械手安装固定在顶管掘进机上；安装后当伸缩套筒(2)收缩时，整个所述套筒式反铲挖掘机械手应在顶管壳体(0021)内，以确保受到顶管壳体(0021)的保护，当伸缩套筒(2)伸出时，所述套筒式反铲挖掘机械手可实现冲击钻(302-2)的上下左右运动以达到破碎前方土体的目的。
全文摘要
本发明公开了一种套筒式反铲挖掘机械手及其在盾构机和顶管机中的应用，本发明在结构上主要用液压传动装置替代了传统挖掘机中的连杆机构，由转动支座、伸缩套筒、铲斗装置，动臂油缸、斗杆油缸、铲斗油缸和转动油缸组成，其挖掘装置的运动也主要是由油缸的伸缩来驱动实现的，因此所述套筒式反铲挖掘机械手具备了占据空间小、结构强度和刚度较高及挖掘力大的优点；此外可更换的冲击钻使本发明又具有了破碎功能，可适应更多土质的挖掘。本发明为盾构掘进机和顶管掘进机在隧道施工中提供了更为适用的挖掘机械，从而使该掘进机能够适应各种土层、降低工人劳动强度、提高施工效率。
文档编号E02F3/32GK1687538SQ200510025328
公开日2005年10月26日 申请日期2005年4月22日 优先权日2005年4月22日
发明者戴龙森, 王鹤林 申请人:上海隧道工程股份有限公司