本发明属于路基边坡施工设备领域，更具体地说，涉及一种路基防护施工设备及其使用方法。
背景技术：
路基边坡是常见的路基病害易发部位，坡面防护是路基边坡防护的重要组成部分，应予以重视。为了保证路基边坡稳定，防止坡面滑塌和坡面冲蚀、碎落，需要采取合理适宜的工程措施对坡体进行防护；其中，拱形骨架防护是边坡防护中最常见的一种防护形式。目前的拱形骨架护坡，骨架内部的平面尺寸较大，当坡面坡度较陡时，骨架内土体容易出现骨架内边缘的脱离，随着时间的推移，甚至是生蠕变形而最终失稳，形成整体或局部剪切破坏，进一步影响整个坡体的稳定性。为了解决上述问题，中国专利号为201720342523.3的中国专利文件公开了一种护坡拱形骨架，其包括主骨架和主骨架内的分隔条；主骨架整体呈倒u形，上部为半圆拱，两侧为直壁；分隔条水平设置于主骨架半圆拱和直壁的交接处；主骨架半圆拱和两侧直壁的交接处均设置有凹槽，分隔条两端卡嵌于凹槽中。但是也存在很大的问题，对于骨架内分隔条以下的土体却没有进行保护措施，尤其对于一些土质沙化严重，降水强度比较大的地区，骨架内土体发生破坏的可能性更大，除此之外，由于增设了分隔条，对施工成本和进程也有所影响。
由于当前的骨架结构尺寸设计基本采用经验类比法，缺乏理论依据，导致在实际生产活动中会产生很多安全隐患；鉴此，温晓鹏在《路基边坡拱形骨架护坡设计计算探讨》一文中对骨架结构尺寸进行了深度探讨，我们可以从中得出：为了减少风蚀、冲刷以及边坡表层的溜塌等产生的破坏，拱形骨架的横向间距和纵向间距的设计应该考虑到当地的地质和降雨强度以及路基的坡率带来的影响。
出发点很好，但是在实际施工中，路基边坡防护工程多采用传统的施工工艺进行施工，均利用人工进行开挖坑槽，采用小块组合模板进行端头及上部构造模板的支撑加固和拆除，采取施工完成一段，拆除后进行下一段的方法进行施工，此方法施工工序繁杂，施工较为困难且人工开挖沟槽施工效率低，且施工完成后，混凝土结构设计尺寸及施工质量要求难以得到保证，从而导致边坡混凝土防护结构整体线形效果差，施工时难以达到现场文明施工的要求，施工效果不理想，尤其是尺寸无法控制。
为了解决上述施工问题，中国专利号为201610789261.5的中国专利公开了一种用于边坡混凝土防护的一体设备，其包括主骨架系统、操作室、动力系统、行走系统、开挖系统、模板系统、混凝土布料、振捣系统、养护系统、监测系统、液压系统及自动化控制系统，能够将边坡混凝土防护的开挖坑槽、模板的安装和校核、混凝土浇筑成型及模板拆除融为一体进行，能一次性将路基边坡混凝土防护同时浇筑成型，构造简单、运行安全可靠、施工方便，提高了生产效率，降低了施工成本，有效的达到了混凝土施工质量要求。但是也存在以下问题：在进行拱形骨架开挖坑槽作业时，如果开挖系统需要与行走系统统一配合，对于一般施工场所，路面比较崎岖，难以保证行走精度，进而影响开挖精度，造成模板安装比较困难，混凝土结构设计尺寸及施工质量要求难以得到保证，从而导致边坡混凝土防护结构整体线形效果差；如果使用轨道式开挖，将会导致拱形骨架坑槽尺寸单一，通用性比较低，；此外，也不能保证坑槽内的碎土清除干净，难以满足实际使用需求，而且开挖的坑槽形状不统一，误差大，依然存在安全隐患。
技术实现要素：
1.要解决的问题
针对现有路基防护施工设备技术存在的开挖精度不高、通用性差、误差大、可靠性低以及难以满足实际使用需求的问题，本发明提供一种路基防护施工设备及其使用方法，其具有通用性好、开挖精度高、施工效率高、可靠性高等优点，能够满足不同的施工需求。
2.技术方案
为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：
一种路基防护施工设备，包括坡顶行走装置和坡底行走装置，以及连接在坡顶行走装置和坡底行走装置之间的主骨架，所述的主骨架的下方设有开挖装置，所述的开挖装置包括固定架；所述的固定架包括第一固定板、第二固定板、导柱、第一丝杆和活动座；所述的第一固定板、活动座和第二固定板平行布置；所述的导柱和第一丝杆各有一端垂直连接在第一固定板；另一端穿过活动座后垂直连接在第二固定板上；所述的活动座底部滑动连接有滑动板；所述的滑动板的一端的底部设有横向开挖机构；所述的滑动板底部设有第三丝杆；所述的第三丝杆上设有不同螺距的阶梯螺纹，所述的第三丝杆上的每种阶梯螺纹部位处均套接接有活动块；所述活动块底部也设有横向开挖机构。
优选地，第三丝杆上套接有n个活动块；所述的活动块以第三丝杆上靠近滑动板上横向开挖机构最近的一端开始，每个活动块的螺距分别为h1、h2....hn，他们的大小关系满足h1:h2:h3....h(n-1):hn＝1:2:3...(n-1):n。
优选地，横向开挖机构包括伸缩杆和开挖镐头；所述的伸缩杆的顶部与活动块或滑动板连接，所述的开挖镐头连接在伸缩杆的底部；所述的伸缩杆为空心结构，且内部设有螺旋输料杆；所述的伸缩杆的侧面设有出料口。
工作时，所述的出料口位于伸缩杆相对于所要挖坑的边坡的另一侧。
优选地，第一固定板的底部滑动连接有纵向开挖机构；所述的纵向开挖机构用于开挖纵向上的坑槽。
优选地，活动座的前侧设有控制机构；所述的控制机构用于控制滑动板在垂直于导柱的方向上进行位移运动。
一种用于以上所述的路基防护施工设备的控制机构，其包括第二丝杆、活动齿轮和空心偏心轮；所述的第二丝杆的一端垂直连接在第一固定板上，另一端穿过活动座垂直连接在第二固定板上；所述的活动齿轮转动连接在活动座的前侧，且套接在第二丝杆上；所述的空心偏心轮转动连接在活动座的前侧，且内部设有与活动齿轮上齿轮相啮合的齿牙结构，所述的滑动板的前侧设有推板；所述的活动座的前侧还设有凸块；所述的推板的一侧与空心偏心轮的外侧相接触，另一侧通过导向柱插接在凸块上；所述的导向柱的外侧设有复位弹簧。
优选地，空心偏心轮的内齿轮结构的半径r大于活动齿轮的半径r，他们的大小关系满足:r:r＝(2～4):1。
一种路基防护施工设备的使用方法，其步骤为：
a.使用以上所述的路基防护施工设备，使用前，根据边坡的实际情况，需要对拱形骨架的纵向间距进行限定，需要横向开挖机构进行调整；
b.使用动力装置带动第三丝杆转动，活动块进行纵向移动，所述的滑动板的一端连接有横向开挖机构，以靠近滑动板连接有横向开挖机构的一端为原点，由近到远，活动块移动的距离比例为1:2:3...(n-1):n，在调整过程中，横向开挖机构的纵向间距始终保持相等。
一种路基防护施工设备的使用方法，其步骤为：
a.结合使用以上所述的路基防护施工设备和控制机构，使用前，根据边坡的实际情况，需要对拱形骨架的横向间距进行限定；
b.使用动力装置分别带动第一丝杆和第二丝杆转动，其中，第一丝杆的转速恒定，活动座(2)进行恒速横向移动；增大第二丝杆的转速，开挖的拱形骨架坑槽的横向间距变大；减小第二丝杆的转速，开挖的拱形骨架坑槽的横向间距变小。
3.有益效果
相比于现有技术，本发明的有益效果为：
(1)本发明采用的特殊的开挖装置，能够在路基边坡生产中克服原来不能同时开挖出不同横向间距和纵向间距拱形骨架的坑槽的缺陷，满足实际工作中不同的生产需求，其具有通用性好、开挖精度高、施工效率高、可靠性高等优点；
(2)本发明专门设有特殊结构的第三丝杆，其侧面上设有不同螺距的阶梯螺纹，通过对其螺距进行限定，当第三丝杆转动时，以靠近滑动板连接有横向开挖机构的一端为原点，由近到远，活动块移动的距离比例为1:2:3...(n-1):n，使相邻的活动块之间的距离始终保持相等，进而能够开挖出对应不同纵向间距的拱形骨架建设需求的坑槽，即确保每一批拱形骨架的坑槽的纵向间距相同，其结构简单，操作方便，且开挖精度高，施工效率高；
(3)本发明借助不同零件的巧妙结合，例如采用的第一丝杆、第二丝杆和活动齿轮的有机结合，第一丝杆带动活动座运动，由于活动座带动活动齿轮一起运动，活动齿轮在第二丝杆的作用下会发生转动，而第二丝杆转动，会降低活动齿轮的转速；工作时，第一丝杆的恒定转速转动，活动座和活动齿轮移动，由于第二丝杆的作用，活动齿轮转动，带动空心偏心轮转动，进而推动推板直线往复运动，与活动座的运动相结合，进而开挖出拱形骨架所需的圆拱形坑槽，且能够通过对第二丝杆的转速进行调整，可以开挖的不同横向间距的拱形骨架的坑槽，为了确保拱形骨架的上部为半圆拱，可以更换与第二丝杆转速对应尺寸的空心偏心轮，更换过程也很方便，进而满足不同的生产需求，结构巧妙，可靠性高；
(4)本发明采用的空心偏心轮的内齿轮结构的半径r大于活动齿轮的半径r的设计，使得其能够通过减速传动过程来减弱第二丝杆由于加工误差带来的影响，降低加工成本；其中，r:r＝(2～4):1，当r过大时，需要降低第二丝杆的转速，第二丝杆的转速过低，会影响第二丝杆的使用寿命，当r过小时，第二丝杆由于加工误差带来的不利影响会增大，给施工带来不便；
(5)本发明采用的横向开挖机构，采用伸缩杆为空心的结构，且内部设有螺旋输料杆；螺旋输料杆能够将开挖坑槽产生的碎土运输至上部，通过伸缩杆的侧面设有的出料口排出，工作时，出料口位于伸缩杆远离边坡的一侧，确使排出的碎土落在位于所挖坑槽偏下侧的边坡上，防止碎土再次进入坑槽。
附图说明
图1为本发明使用状态示意图；
图2为本发明开挖装置的的结构示意图；
图3为本发明开挖装置的的俯视图；
图4为本发明开挖装置图3中a-a的的剖视图；
图5为本发明中第三丝杆和活动块的的连接示意图；
图6为本发明横向开挖机构的的结构示意图。
图中：1、固定架；101、第一固定板；102、第二固定板；103、导柱；104、第一丝杆；105、第二丝杆；106、纵向开挖机构；
2、活动座；201、滑动板；202、第三丝杆；203、活动块；21、横向开挖机构；211、伸缩杆；212、螺旋输料杆；213、出料口；
3控制机构；301、活动齿轮；302、空心偏心轮；303、推板；304、凸块。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进一步进行描述。
实施例1
由于拱形骨架的横向间距和纵向间距的设计应该考虑到当地的地质和降雨强度以及路基的坡率带来的影响，因此，对于不同地区的路基边坡防护，需要根据实际情况，对拱形骨架的横向间距和纵向间距进行调整；并且，由于路基边坡防护工程施工方法工序繁杂，施工较为困难且人工开挖沟槽施工效率低，施工完成后，混凝土结构设计尺寸及施工质量要求难以得到保证，从而导致边坡混凝土防护结构整体线形效果差；因此，为了解决上述难题，本发明提出了一种路基防护施工设备，具有通用性好、开挖精度高、施工效率高、可靠性高等优点，能够满足不同的施工需求；如图1～4所示，其包括坡顶行走装置和坡底行走装置，以及连接在坡顶行走装置和坡底行走装置之间的主骨架，所述的主骨架的下方设有开挖装置，所述的开挖装置包括固定架1；所述的固定架1包括第一固定板101、第二固定板102、导柱103、第一丝杆104和活动座2；所述的第一固定板101、活动座2和第二固定板102平行布置；所述的导柱103和第一丝杆104各有一端垂直连接在第一固定板101；另一端穿过活动座2后垂直连接在第二固定板102上；所述的活动座2底部滑动连接有滑动板201；所述的滑动板201的一端的底部设有横向开挖机构21；所述的滑动板201底部设有第三丝杆202；所述的第三丝杆202上设有不同螺距的阶梯螺纹，所述的第三丝杆202上的每种阶梯螺纹部位处均套接接有活动块203；所述活动块203底部也设有横向开挖机构21。
如图5所示，所述的第三丝杆202上套接有n个活动块203；所述的活动块203以第三丝杆202上靠近滑动板201上横向开挖机构21最近的一端开始，每个活动块203的螺距分别为h1、h2....hn，他们的大小关系满足h1:h2:h3....h(n-1):hn＝1:2:3...(n-1):n；采用的第三丝杆202侧面上设有不同螺距的阶梯螺纹，通过对其螺距进行限定，当第三丝杆202转动时，以靠近滑动板201连接有横向开挖机构21的一端为原点，由近到远，活动块203移动的距离比例为1:2:3...(n-1):n，使相邻的活动块203之间的距离始终保持相等，进而能够开挖出对应不同纵向间距的拱形骨架建设需求的坑槽，即确保每一批拱形骨架的坑槽的纵向间距相同，其结构简单，操作方便，且开挖精度高，施工效率高。
如图6所示，所述的横向开挖机构21包括伸缩杆211和开挖镐头；所述的伸缩杆211的顶部与活动块203或滑动板201连接，所述的开挖镐头连接在伸缩杆211的底部；所述的伸缩杆211为空心结构，且内部设有螺旋输料杆212；所述的伸缩杆211的侧面设有出料口213。
工作时，所述的出料口213位于伸缩杆211相对于所要挖坑的边坡的另一侧；采用的横向开挖机构21，伸缩杆211为空心结构，且内部设有螺旋输料杆212；螺旋输料杆212能够将开挖坑槽产生的碎土运输至上部，通过伸缩杆211的侧面设有的出料口213排出，工作时，出料口213位于伸缩杆211远离边坡的一侧，确使排出的碎土落在位于所挖坑槽偏下侧的边坡上，防止碎土再次进入坑槽。
所述的第一固定板101的底部滑动连接有纵向开挖机构106；工作时，纵向开挖机构106开挖纵向上的坑槽，横向开挖机构21，开挖横向上的坑槽，两者相互配合，完成拱形骨架坑槽的开挖工作，继而方便完成够后面的施工。
所述的活动座2的前侧设有控制机构3；所述的控制机构3用于控制滑动板201在垂直于导柱103的方向上进行位移运动；在活动座2进行横向移动时，控制机构3能够控制滑动板201进行垂纵方向上的有规律的相对直线移动，与活动座2的横向移动相结合，进而开挖出满足拱形骨架施工的坑槽。
实施例2
如图2和4所示，一种用于实施例1中所述的路基防护施工设备的控制机构，其包括第二丝杆105、活动齿轮301和空心偏心轮302；所述的第二丝杆105的一端垂直连接在第一固定板101上，另一端穿过活动座2垂直连接在第二固定板102上；其中，第二丝杆105的转动不会影响活动座2的运动，所述的活动齿轮301转动连接在活动座2的一侧，且套接在第二丝杆105上；以活动齿轮301位于活动座2的一侧为前侧，所述的空心偏心轮302转动连接在活动座2的前侧，且内部设有与活动齿轮301上齿轮相啮合的齿牙结构，所述的滑动板201的前侧设有推板303；所述的活动座2的前侧还设有凸块304；所述的推板303的一侧与空心偏心轮302的外侧相接触，另一侧通过导向柱插接在凸块304上；所述的导向柱的外侧设有复位弹簧；采用的第一丝杆104、第二丝杆105和活动齿轮301的有机结合，第一丝杆104带动活动座2运动，由于活动座2带动活动齿轮301一起运动，活动齿轮301在第二丝杆105的作用下会发生转动，而第二丝杆105转动，会降低活动齿轮301的转速；工作时，第一丝杆104的恒定转速转动，活动座2和活动齿轮301移动，由于第二丝杆105的作用，活动齿轮301转动，带动空心偏心轮302转动，进而推动推板303直线往复运动，与活动座2的运动相结合，进而开挖出拱形骨架所需的圆拱形坑槽，且能够通过对第二丝杆105的转速进行调整，可以开挖的不同横向间距的拱形骨架的坑槽，为了确保拱形骨架的上部为半圆拱，可以更换与第二丝杆转速对应尺寸的空心偏心轮，更换过程也很方便，进而满足不同的生产需求，结构巧妙，可靠性高。
所述的空心偏心轮302的内齿轮结构的半径r大于活动齿轮301的半径r，空心偏心轮302的内齿轮结构的半径r大于活动齿轮301的半径r，能够通过减速传动过程来减弱第二丝杆105由于加工误差带来的影响，降低加工成本；他们的关系满足：r:r＝(2～4):1，当r过大时，需要降低第二丝杆105的转速，第二丝杆的转速过低，会影响第二丝杆的使用寿命，当r过小时，第二丝杆105由于加工误差带来的不利影响会增大，会给施工带来诸多不便。