专利名称：高离心场机械手方坑挖坑工具头的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种高离心场机械手挖坑工具头，尤其涉及一种高离心场机械手方坑挖坑工具头。
背景技术：
在现代土工研究中，将缩小n倍的模型置于土工离心机中，使其离心场达到nG (G为离心场单位，一个G表示一个重力加速度)，模型的自重应力水平就可与原型一致，这样离心模型试验就能重现其原型性态。而提高实验离心场G值，可以有效缩小模型规模。土木工程中，需要挖坑的地方很多，如打井、埋桩基础等。挖坑前需要了解施工现场不同的施工参数与加固方式对软土基坑开挖周边土体沉降的影响，便于选用更安全合理的施工方案。由于土体非弹线性的特性，这些信息无法通过理论计算获得。利用土工离心 动态试验模拟基坑开挖，根据相似理论可以很好的解决此类工程问题。土工离心场下实现坑洞开挖比较困难，主要是缺少既能满足结构限制又能适应高离心场的合理开挖工作头。土工试验中坑洞开挖多采用将与土体密度相当的某种液体预先装入需要开坑的空间，试验过程中利用阀控进行液体排放而模拟实现坑洞开挖。这种方法只能是尽可能实现坑洞出现，与实际的开挖存在较大区别。挖坑工具头是安装在机械手上，用于完成土石方开挖(方坑开挖和圆坑开挖)动态离心模拟的专用工具。目前中国国内只有香港科技大学离心机机械手配有圆坑挖坑工具头，而用于土工离心机的机械手方坑挖坑工具头，则没有任何实际应用的实例以及文献报道，制约了土木工程方坑开挖行业的发展。
实用新型内容本实用新型的目的就在于为了解决上述问题而提供一种高离心场机械手方坑挖坑工具头。为了达到上述目的，本实用新型采用了以下技术方案本实用新型包括支架、挖斗油缸、连杆和挖斗，所述支架的上端与高离心场机械手油缸的活塞杆连接，所述挖斗油缸安装于所述支架上，所述挖斗油缸的活塞杆向下，所述连杆为两根，所述挖斗为两个并分别与所述连杆对应连接，所述挖斗油缸的活塞杆的下端分别与两根所述连杆的上端通过旋转连接装置连接，每一根所述连杆的下端与对应的所述挖斗的上端通过旋转连接装置连接。使用时，挖斗油缸的活塞杆的上、下运动，通过连杆带动挖斗运动，完成方坑开挖动作。作为最佳方案，以靠近所述挖斗油缸的活塞杆的方向为向内的方向，所述挖斗的上端包括一个内连接部位和一个外连接部位，所述内连接部位通过所述旋转连接装置与所述连杆连接，所述外连接部位通过所述旋转连接装置与所述支架的下端连接；所述挖斗的下段包括一个矩形外平面和两个三角形端平面，两个所述三角形端平面分别位于所述矩形外平面的两端并与所述矩形外平面垂直；两个所述挖斗的位置满足以下条件所述挖斗油缸的活塞杆下行到位后，所述矩形外平面处于垂直方向，所述挖斗油缸的活塞杆上行到位后，两个所述挖斗的对应三角形端平面的内边紧密接触并处于垂直方向。上述挖斗结构不但能满足方坑开挖的要求，而且通过液压实现挖斗的启闭，其控制精确并能满足高离心场条件下的方坑开挖要求。根据实际应用环境，挖斗也可以为其它具体结构，比如采用一个带有内腔的挖斗和一个平板型挖斗，或者采用其它多边形端平面的挖斗，等等，具体根据实际情况来选择。作为优选，所述旋转连接装置为铰链。本实用新型的有益效果在于本实用新型既能满足土工离心机的结构限制，又能适应高离心场的合理开挖工作，可用于土工离心模型试验模拟方坑开挖过程，可采用重复动作进行坑体扩张，具有开挖尺寸大、便于调节的优点，增加了土工中的方坑开挖过程的真实性，填补了中国国内土工离心机机械手挖坑功能的空白。·
图I是本实用新型高离心场机械手方坑挖坑工具头的主视结构示意图；图2是本实用新型高离心场机械手方坑挖坑工具头的俯视结构示意图；图3是本实用新型高离心场机械手方坑挖坑工具头的局剖左视结构示意图；图4是本实用新型高离心场机械手方坑挖坑工具头使用时的方坑开挖过程示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步具体描述如图I-图3所示，本实用新型包括支架3、挖斗油缸4、连杆8和挖斗9，支架3的上端与高离心场机械手油缸的活塞杆I连接，挖斗油缸4安装于支架3上，挖斗油缸4的活塞杆5向下，连杆8为两根，挖斗9为两个并分别与连杆8对应连接，挖斗油缸4的活塞杆5的下端分别与两根连杆8的上端通过铰链6连接，每一根连杆8的下端与对应的挖斗9的上端通过铰链6连接。支架3的上段和下端通过法兰2连接。如图I-图2所示，以靠近挖斗油缸4的活塞杆5的方向为向内的方向，挖斗9的上端包括一个内连接部位，即图中左边挖斗9的右上部位，右边挖斗9的左上部位和一个外连接部位，即图中左边挖斗9的左上部位，右边挖斗9的右上部位，内连接部位通过铰链6与连杆8连接，外连接部位通过铰链与支架3的下端连接；挖斗9的下段包括一个矩形外平面(见图2)和两个三角形端平面(见图1)，两个三角形端平面分别位于矩形外平面的两端并与矩形外平面垂直，两个三角形端平面和一个矩形外平面共同形成一个三角形内腔，类似于生活中撮箕的形状；两个挖斗9的位置满足以下条件挖斗油缸4的活塞杆5下行到位后，矩形外平面处于垂直方向，挖斗油缸4的活塞杆5上行到位后，两个挖斗9的对应三角形端平面的内边紧密接触并处于垂直方向。上述挖斗9的结构只是一种优选结构，根据实际情况还可以有其它变化。结合图I-图4，应用时，本实用新型通过支架3与高离心场机械手油缸的活塞杆I连接，高离心场机械手油缸的活塞杆I可以通过工作人员进行手动控制或自动控制，其运动轨迹为垂直方向的上下运动。利用本实用新型进行方坑开挖的过程如下(I)工作头定位，确定工作头与挖坑位置相对应，见图4的a所示；(2)操作高离心场机械手油缸使活塞杆I下行，活塞杆I通过支架3带动挖斗9切入土体10中，见图4的b所示；(3)操作挖斗油缸4使活塞杆5上行，活塞杆5通过连杆8带动两个挖斗9合拢，此时将土固定于两个挖斗9共同形成的腔体内，见图4的c所示；(4)操作高离心场机械手油缸使活塞杆I上行，活塞杆I通过支架3带动挖斗9将土取出模型面即土体10的表面，见图4的d所示；(5)操作高离心场机械手将工作头移开，然后操作挖斗油缸4使活塞杆5下行，活 塞杆5通过连杆8带动两个挖斗9分开，挖斗9内的土在重力作用下落下，完成卸土过程，见图4的e所示。上述过程为一次装、卸土的过程，重复上述过程，即可完成方坑开挖工作。
权利要求1.一种高离心场机械手方坑挖坑工具头，其特征在于包括支架、挖斗油缸、连杆和挖斗，所述支架的上端与高离心场机械手油缸的活塞杆连接，所述挖斗油缸安装于所述支架上，所述挖斗油缸的活塞杆向下，所述连杆为两根，所述挖斗为两个并分别与所述连杆对应连接，所述挖斗油缸的活塞杆的下端分别与两根所述连杆的上端通过旋转连接装置连接，每一根所述连杆的下端与对应的所述挖斗的上端通过旋转连接装置连接。
2.根据权利要求I所述的高离心场机械手方坑挖坑工具头，其特征在于以靠近所述挖斗油缸的活塞杆的方向为向内的方向，所述挖斗的上端包括一个内连接部位和一个外连接部位，所述内连接部位通过所述旋转连接装置与所述连杆连接，所述外连接部位通过所述旋转连接装置与所述支架的下端连接；所述挖斗的下段包括一个矩形外平面和两个三角形端平面，两个所述三角形端平面分别位于所述矩形外平面的两端并与所述矩形外平面垂直。
3.根据权利要求I或2所述的高离心场机械手方坑挖坑工具头，其特征在于所述旋转连接装置为铰链。
专利摘要本实用新型公开了一种高离心场机械手方坑挖坑工具头，包括支架、挖斗油缸、连杆和挖斗，所述支架的上端与高离心场机械手油缸的活塞杆连接，所述挖斗油缸安装于所述支架上，所述挖斗油缸的活塞杆向下，所述连杆为两根，所述挖斗为两个并分别与所述连杆对应连接，所述挖斗油缸的活塞杆的下端分别与两根所述连杆的上端通过旋转连接装置连接，每一根所述连杆的下端与对应的所述挖斗的上端通过旋转连接装置连接。使用时，挖斗油缸的活塞杆的上、下运动，通过连杆带动挖斗运动，完成方坑开挖动作；本实用新型可用于土工离心模型试验模拟方坑开挖过程，增加了土工中的方坑开挖过程的真实性，填补了国内土工离心机机械手挖坑功能的空白。
文档编号E02F5/16GK202577414SQ20122016339
公开日2012年12月5日 申请日期2012年4月17日 优先权日2012年4月17日
发明者杨永生, 陈磊, 冯英伟, 刘小刚, 宋琼, 胡绍全, 林明, 张宁萍 申请人:中国工程物理研究院总体工程研究所