一种地面矩形坑成型自平衡切割系统的制作方法

本发明属于岩土工程施工领域，具体涉及一种地面矩形坑成型自平衡切割系统。

背景技术：

在我国东北地区以及西北地区，每年冬天降雪都比较多，而且气温很低，这些地区的积雪可能常年不化。在这些地区，冻土是各类土石方施工中经常遇见的一种土壤，而且与其它土壤相比，冻土粘性较高，而且极其难于挖掘和破碎。冬季时间漫长的地区，有效施工期比较短，因此冻土挖掘和破碎是长期困扰各类岩土施工领域的技术难题。另外，在地面硬土或软岩上形成矩形坑同样十分困难。在长期开挖冻土、硬土或软岩矩形坑工程中，大多通过人工挖掘方法、爆破方法及机械方法(落锤击碎冻土，挖掘机挖掘)等传统施工方法，但这些方法都是对整个坑内的土石破碎并挖出，有较大的缺陷，例如：人工开挖法每小时开挖进尺约为0.1m～0.15m。爆破法和机械法适用于3m左右。不仅浪费了大量的人力财力，而且施工效率低下。地下挖掘成坑的最好办法是只破碎坑边缘的土石，中间的土石块直接从坑中取出并移开即可。

另外，我国与蒙古国、俄罗斯、朝鲜、印度等国接壤的某些边防区域，可能常年是冻土，国防工程施工一直比较困难。

因此，现有技术当中急需要一种新的设备系统来解决这一问题。

技术实现要素：

本发明的目的就是针对背景技术中所述的问题和不足，提供一种地面矩形坑成型自平衡切割系统，使用切割链条持续切割土体，大幅减少工人劳动强度。切割完成后还可直接将还未被破坏的中间土体取出，从而在原地形成矩形凹坑；由于只切割坑的五个面土体，故能够极大地缩短施工时间，提高施工效率，从而节约施工成本。

本发明为实现上述目的采用的技术方案是：一种地面矩形坑成型自平衡切割系统，其特征在于：该自平衡切割系统由矩形线切割组件、地面平行面自平衡给进组件、地面垂直面加压组件以及支撑行走支架组成，

所述支撑行走支架包括支架主体、伸缩支撑杆、行走轮及行走轮支座，支架主体包括矩形板和立杆，立杆与矩形板的底面呈垂直设置，立杆的数量为四个，四个立杆分别固定在矩形板底面的四个角上；伸缩支撑杆的数量为四个，四个伸缩支撑杆分别安装在支架主体底面的四个角上，伸缩支撑杆与支架主体底面呈垂直设置；行走轮的数量为四个，四个行走轮分别通过行走轮支座安装在四个立杆远离矩形板的一端上；

所述矩形线切割组件包括切割支架、链条驱动齿轮、链条传动齿轮、链条驱动电机及切割链条，切割支架的数量为两个，两个切割支架对称布置，两个切割支架均包括切割支架主体、承载板及承托架，切割支架主体为矩形框架，承载板及承托架均设置在切割支架主体上，承载板上设置有用于容纳链条驱动电机的凹槽及供丝杠穿过并与其螺纹配合的螺纹孔，且凹槽和螺纹孔的数量均为两个，两个所述螺纹孔孔壁上的螺纹方向相反；切割链条绕设在切割支架主体外周上，切割链条上设置有切割齿，切割齿包括侧切齿和底切齿，侧切齿设置在切割链条的两个侧面上，两个所述侧面与切割链条和切割支架主体的接触面垂直；底切齿均匀设置在切割链条远离切割支架主体的一侧面上；每个切割支架主体的四个角上均设置有一组链条传动齿轮，每组链条传动齿轮由两个同轴设置的链条传动齿轮构成；链条驱动电机的输出轴上设置有与其同轴连接的链条驱动齿轮，且链条驱动齿轮和与其接触的链条传动齿轮啮合连接；

所述地面垂直面加压组件包括丝杠、丝杆驱动齿轮、丝杆传动齿轮、丝杠轴承、丝杠驱动电机、齿轮挡板及承托挡板，丝杠的数量为两根，两根丝杠相互反向平行，两根丝杠上均对称设置有两段螺纹，并且两段螺纹的螺距相同，螺旋方向相反；丝杆驱动齿轮的数量为两个，两个丝杆驱动齿轮分别安装在两根丝杠的中间位置，两个丝杆驱动齿轮相互啮合连接，且其中一个丝杆驱动齿轮的下方设置有与之啮合的丝杆传动齿轮；丝杆传动齿轮与丝杠驱动电机的输出轴同轴连接；丝杠轴承的数量为两个，两个丝杠轴承分别套设在两个丝杠的中间位置处，丝杠轴承和丝杠驱动电机固定在齿轮挡板上；承托挡板位于齿轮挡板下方，承托挡板设置在两个切割支架之间，承托挡板的两端搭设在两个切割支架的承托架上；

所述地面垂直面加压组件包括电动推杆、轴承加力板及推力轴承，电动推杆数量为两个，两个电动推杆对称设置，两个电动推杆均固定在支撑行走支架上；轴承加力板数量为两个，两个轴承加力板分别设置在两个电动推杆的下方，两个轴承加力板上均开设有供两个丝杠穿过的过孔，并在过孔内安装有与丝杠过盈配合的推力轴承。

进一步，所述侧切齿的长度大于沿侧切齿长度方向切割支架主体的厚度，同时侧切齿的长度大于链条传动齿轮的齿顶圆直径。

进一步，相邻的两个所述侧切齿之间距离大于链条传动齿轮的齿顶圆直径。

进一步，所述齿轮挡板的顶部所在平面低于切割支架上方的侧切齿的下端所在平面。

通过上述设计方案，本发明可以带来如下有益效果：本发明提出的一种地面矩形坑成型自平衡切割系统，其由矩形线切割组件、地面平行面自平衡给进组件、地面垂直面加压组件以及支撑行走支架四部分共同组成。本发明通过切割链条对土体进行五个面的持续切割，大大减少了破土体积，减轻了工人劳动强度；通过两根正反丝杠回转方向相反，来自于丝杠驱动矩形线切割组件产生的两个大小相等方向相反的扭矩，实现了自身扭矩的平衡，切割的稳定性得到保证；到达预定切割深度后，通过丝杠与两侧的切割支架之间的配合实现向内切割土体。切割完成后，将还未被破坏的中间矩形土体块全部取出，方便快捷，大大提高工作效率，节省能耗。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明示意性实施例及其说明用于理解本发明，并不构成本发明的不当限定，在附图中：

图1是本发明提出的地面矩形坑成型自平衡切割系统的正面示意图。

图2是本发明提出的地面矩形坑成型自平衡切割系统的侧面示意图。

图3是本发明提出的地面矩形坑成型自平衡切割系统的剖面示意图。

图4是本发明提出的地面矩形坑成型自平衡切割系统的局部放大图。

图5是本发明提出的地面矩形坑成型自平衡切割系统中切割链条局部示意图。

图6是本发明提出的地面矩形坑成型自平衡切割系统中丝杠示意图。

图7是本发明提出的地面矩形坑成型自平衡切割系统中切割支架示意图。

图8是本发明提出的地面矩形坑成型自平衡切割系统的整体示意图。

图中各标记如下：1-支架主体、2-电动推杆、3-轴承加力板、4-切割支架、5-丝杠、6-链条驱动齿轮、7-丝杆驱动齿轮、8-丝杆传动齿轮、9-切割齿、10-链条传动齿轮、11-链条驱动电机、12-推力轴承、13-丝杠驱动电机、14-切割链条、15-齿轮挡板、16-承托挡板、17-行走轮支座、18-行走轮、19-伸缩支撑杆、20-丝杠轴承、401-切割支架主体、402-承载板、403-承托架、901-侧切齿、902-底切齿。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。本领域技术人员应当理解。下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。

一种地面矩形坑成型自平衡切割系统，如图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7及图8所示，该自平衡切割系统由矩形线切割组件、地面平行面自平衡给进组件、地面垂直面加压组件以及支撑行走支架组成，

所述支撑行走支架包括支架主体1、伸缩支撑杆19、行走轮18及行走轮支座17，支架主体1包括矩形板和立杆，立杆与矩形板的底面呈垂直设置，立杆的数量为四个，四个立杆分别固定在矩形板底面的四个角上；伸缩支撑杆19的数量为四个，四个伸缩支撑杆19分别安装在支架主体1底面的四个角上，伸缩支撑杆19与支架主体1底面呈垂直设置；行走轮18的数量为四个，四个行走轮18分别通过行走轮支座17安装在四个立杆远离矩形板的一端上；工作时将伸缩支撑杆19伸出并固定在地面上，工作完成后将伸缩支撑杆19收回，靠行走轮18移动支撑行走支架。

所述矩形线切割组件包括切割支架4、链条驱动齿轮6、链条传动齿轮10、链条驱动电机11及切割链条14，切割支架4作为支撑骨架，切割支架4的数量为两个，两个切割支架4对称布置，两个切割支架4均包括切割支架主体401、承载板402及承托架403，切割支架主体401为矩形框架，承载板402和承托架403均设置在切割支架主体401上，承载板402上设置有用于容纳链条驱动电机11的凹槽及供丝杠5穿过并与其螺纹配合的螺纹孔，且凹槽和螺纹孔的数量均为两个，两个所述螺纹孔孔壁上的螺纹方向相反；切割链条14绕设在切割支架主体401外周上，切割链条14上设置有切割齿9，切割齿9包括侧切齿901和底切齿902，侧切齿901设置在切割链条14的两个侧面上，两个所述侧面与切割链条14和切割支架主体401的接触面垂直，侧切齿901的长度大于沿侧切齿901长度方向切割支架主体401的厚度，同时侧切齿901的长度大于链条传动齿轮10的齿顶圆直径，以保证两个切割支架4互相靠近时，侧切齿901能将切割支架4和链条传动齿轮10正前方的土体切除，为了避免侧切齿901在链条传动齿轮10处旋转时与其发生碰撞，相邻的两个侧切齿901之间距离大于链条传动齿轮10的齿顶圆直径；底切齿902均匀设置在切割链条14远离切割支架主体401的一侧面上；每个切割支架主体401的四个角上均设置有一组链条传动齿轮10，每组链条传动齿轮10由两个同轴设置的链条传动齿轮10构成，为切割链条14绕切割支架主体401旋转提供导向作用，同时位于上方的两组链条传动齿轮10还起着传递动力的作用；链条驱动电机11的输出轴上设置有与其同轴连接的链条驱动齿轮6，链条驱动齿轮6与链条驱动电机11的输出轴过盈配合，且链条驱动齿轮6和与其接触的链条传动齿轮10啮合连接，以保证动力传递。

所述地面垂直面加压组件包括丝杠5、丝杆驱动齿轮7、丝杆传动齿轮8、丝杠轴承20、丝杠驱动电机13、齿轮挡板15及承托挡板16，丝杠5的数量为两根，两根丝杠5相互反向平行，两根丝杠5上均对称设置有两段螺纹，并且两段螺纹的螺距相同，螺旋方向相反；丝杆驱动齿轮7的数量为两个，两个丝杆驱动齿轮7分别安装在两根丝杠5的中间位置，两个丝杆驱动齿轮7相互啮合连接，且其中一个丝杆驱动齿轮7的下方设置有与之啮合的丝杆传动齿轮8；丝杆传动齿轮8与丝杠驱动电机13的输出轴同轴连接，丝杆传动齿轮8由丝杠驱动电机13为其提供动力；丝杠轴承20的数量为两个，两个丝杠轴承20分别套设在两个丝杠5的中间位置处，丝杠轴承20和丝杠驱动电机13固定在齿轮挡板15上，丝杠轴承20在丝杠5旋转的过程中可保持内圈转动外圈不动的状态，从而将丝杠5和齿轮挡板15的运动隔离；齿轮挡板15的顶部所在平面低于切割支架4上方的侧切齿901的下端所在平面，保证两个切割支架4相互靠近过程中不会发生干涉；承托挡板16位于齿轮挡板15下方，承托挡板16设置在两个切割支架4之间，承托挡板16的两端搭设在两个切割支架4的承托架403上，在不工作或下切土体时承担压在丝杠5上的各个零件，防止丝杠5因长时间处于中间段受拉状态产生变形。当丝杠5旋转时，丝杠5与切割支架4上的螺纹孔配合使两个切割支架4相互靠近或远离，同时螺纹配合产生的扭矩因大小相等，方向相反而互相抵消，提高了整体的稳定性。

所述地面垂直面加压组件包括电动推杆2、轴承加力板3及推力轴承12，电动推杆2数量为两个，两个电动推杆2对称设置，两个电动推杆2均固定在支撑行走支架上；轴承加力板3数量为两个，两个轴承加力板3分别设置在两个电动推杆2的下方，两个轴承加力板3上均开设有供两个丝杠5穿过的过孔，并在过孔内安装有与丝杠5过盈配合的推力轴承12，电动推杆2用于在垂直方向上施加力。

本发明的工作原理和过程：

1、地面垂直面切割过程：本发明提出的自平衡切割系统对地面土体切割时，先将支撑行走支架移动到待切割的土体范围外部并固定，使切割支架4对准待切割的土体部分；然后给切割支架4上的链条驱动电机11供电，使链条驱动齿轮6转动并带动切割支架4上方的与之啮合的链条传动齿轮10转动，进而带动切割链条14绕切割支架4转动；然后启动电动推杆2，推动轴承加力板3，因为有两个推力轴承12，所以轴承加力板3可以很好的固定并传递竖直方向上的力。待切割支架4下入土体至切割支架4的承托架403位置时，关闭电动推杆2，抽出承托挡板16。

2、地面平行面切割过程：然后启动固定在齿轮挡板15上的丝杠驱动电机13，使丝杠驱动电机13带动丝杆传动齿轮8回转，通过齿轮啮合带动丝杆驱动齿轮7回转，再带动丝杠5转动，两根丝杠5旋转方向相反。最后通过螺纹配合使切割支架4相互靠近，此时靠切割链条14的切割齿9实现向内切割土体。当切割完成后，切割支架4还可作为承托结构将土体提出。