专利名称：用于挖掘井洞的对开式抓斗的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种在地面上挖掘井洞用的对开式抓斗，例如在大去除量的基础桩孔的施工中，或连续排列的，所谓的可解体或可截断的桩墙的施工中，或井孔的掘进以及类似的工程中都有应用。
这类公知的对开式抓斗，例如按DT-OS 20 09 597，是由下落和戳击式的抓斗装备的。其中设计为挖铲的抓斗在下落时压入地面，抓斗闭合并挖起松土。
在相同的土质条件下，对抓斗效果起决定作用的是抓斗的挖取效率。其挖取效率自然主要取决于土质的抗剪性，粘性以及含沙量和粗碎石量。在这种情况下，尤其是在高地下水位情况下挖取水下土质时会出现这种情形，由于在抓斗的铲斗中间夹有石块而不能闭合，抓取物通过缝隙全部或至少一部分又漏出去。挖取效率也取决于抓斗回转轴承的结构和位置，因为其决定了铲斗的闭合曲线呈镊子形还是抓斗形。经验表明，当带有外置的挖斗回转轴承的铲斗及简易的剪刀形杠杆传动时，对粘性土质至直径1.3米仍可高效率工作。
铲斗的挖取效率的前提是铲斗足够深的挖入地下。对此所需要的一定的冲击能取决于土质的抗剪和抗压力，冲击能由质量和速度平方的乘积求得(m·v22).]]>这个值的大小在所有公知的抓斗标准中已存在，冲击能和抓斗挖入深度按土质条件已被确定。另外当孔洞位于水下或其它流体下时，挖入地中还会受到很强阻碍。
对具有提升和闭合两根钢丝绳的钢丝绳抓斗，为达到最佳的装满系数，冲击和闭合过程可能被连续多次的重复。这对单根钢丝绳抓斗是不可能的；在冲击到底闭合后没有再抓的可能性。
对于2～3米的大井孔，为了将孔芯分裂和破碎，强大的抓斗闭合力矩是必需的。而镊子形的抓斗闭合运动在这里是绝对不适合的。
所需的闭合力矩只有通过大重量的抓斗才可能实现。这意味着钢丝绳抓斗对挖掘机卷筒有一个大的拉力，同时需要很大的挖掘功率。这种挖掘机是很少使用和昂贵的。
与此相反，这种情况对液压驱动的抓斗则是另样的。抓斗的提升运动和闭合运动出自两个不同的驱动形式。这样通过插入一个动轮就可能使挖掘机提升钢丝绳的拉力降低和由此选择一种较小，功率较低的传统尺寸的挖掘机。在这种情况下抓斗必须特别沉，即当因液压管回路的原因而缺少铲掘作用的时候。
按照GB-PS 10 49 456和DE 23 34 591 C2人们试图由此来改善抓斗的充满系数，即设置能在垂直轴径向撑紧在井孔壁上的周边开口的压力片以减少来自液压闭合油缸的垂直力。这个建议涉及到一个纯液压抓斗，它要求有灵敏的控制机械和特别的控制机构，这种机构在土壤中和脏水中是很易出现控制故障的。这就会带来这样的结果，即抓斗不再能张开而被视为徒劳。
由于这种现状，本发明的目的在于提供这样一种装置，它可以适合上述的各种不同的条件，可与各种不同的低功率挖掘机相匹配，并首先保证在上述特殊土质情况下也能有最佳的挖取装满系数。
用一种公知的在抓斗机架下端，铰接在挖斗回转轴承上的挖斗通过拉压杆可打开和闭合来挖掘井孔时，按照本发明建议的设计方案采用A.一个由一个机架底座，四根机架柱和一根机架横梁组成的抗弯曲的抓斗机架，B.一个装在机架柱上的可移动滑块，其上铰接用于抓斗动作的拉压杆，C.在与机架柱可拆卸连接的机架底座上安装挖斗回转轴承，D.在与机架柱可拆卸连接的机架横梁上安装抓斗机架与挖掘机钢丝绳的连接装置，E.在机架柱上设置至少两个相对置铰接的带有与井孔半径相应的外形轮廓的盘状支撑滑道。
带有这些特征的本发明抓斗既可以作为液压抓斗也可以作为钢丝绳抓斗。做为液压抓斗本装置只可钻进或从很低的高度下落。为了达到高装满度，垂直安放的抓斗挖铲在很高的压力下被推进地面，为此要求抓斗本身自重很沉或可增加附重，同时还需要液压控制抓斗的振摆闭合运动与重复钻进相结合。
带有这些特征的本抓斗还具有下面的优点，它仅需更换较少的部件就可由液压抓斗改为钢丝绳抓斗或相反。另一重要特征是为与挖掘机连接，一个带有钢丝绳回转滚筒的钢丝绳牵引装置或钢丝绳轮固定在横梁上。此外，与传动滑块相连的驱动油缸连接在横梁上。或者一个导向轮组设置在用钢丝绳连接的滑块上，并与一个插入的与机架底座可拆卸连接的钢丝绳动滑轮组相连接。
通过将驱动液压缸更换为导向轮组，该导向轮组在钢丝绳动滑轮组的传动滑块上，钢丝绳动滑轮组与机架底座相连，并相应地引入连接到控制机的钢索，这样即可实现基本部件的更换。
依据本发明更换机架横梁可用两种方法完成，无论是钢丝绳抓斗还是液压抓斗其工作方式都特别的优越，也就是对液压传动通过一个钢索导轮连到挖掘机钢丝绳引绳以及通过连接装置到液压缸，对钢丝绳传动通过一个钢丝绳回转滚筒和闭合及提升钢丝绳牵引装置实现。
另一个特征是机架底座与机架柱也采用可拆式连接。当抓斗直接与机架底座联结时，本方法有其优越性。抓斗轴承也可用本方法实现抓斗轴承座与机架底座的可拆式连接。
为了提高装置自重，按照本发明可在机架底座上连接一个特殊的附重。
另一个重要特征涉及到支撑滑道及运动功能。首先在是在两个相对面处安装两个支撑滑道，对大直径井孔也可安装四个。如果是非扩井孔，则支撑滑道在此以很小的缝隙挨着孔壁为抓斗提供滑行导轨。
依照本发明在钻井孔扩孔时支撑滑道可以短时间的通过抓斗在水平方向顶住井孔而固定。在此每个支撑滑道都被支撑滚轮固定在传动滑块的支撑上，在弹力的影响下静止的支撑滑轨被支靠住，其铰接在支撑滑道内侧。支撑滑道可通过支撑滚轮及传动滑块靠在支撑滑轨上的运动而被紧压在井壁上。
钢丝绳抓斗的工作方式由此在技术上实现其意义深远的功能改善，支撑滑轨用其底端铰接在支撑滑道的下边，其上端由所属的支撑滑道上的弹簧力而被弹性地固定，支撑滚轮设置在一个凹槽内。支撑滑轨凹槽在抓斗打开时固定住支撑滚轮及传动滑块，尽管钢丝绳是松垂的，当打开的抓斗在上方由假如5米高下落时，两根钢丝绳被卷着自由松开。当碰到井孔底部以及抓斗闭合开始时，支撑滚轮由支撑滑轨凹槽里顶出，并施加与弹簧力相反的朝外的压力，该力做为压力而由支撑滑道承受，这个在抓斗挖入土壤内时的短时间的压力压向井壁，这样抓斗只有超过摩擦自锁才可能被朝上顶回。一旦传动滑块从其起点开始向下运动，这个压力立刻自动产生作用，将立刻通过抓斗与井底的强力碰撞和闭合钢丝绳运动而产生。
按照本发明的另一特征，当拉压杆通过一个轴向滑动轴承与传动滑块将抓斗锁住时，抓斗在传动滑动的初始运动阶段可滞留在其打开位置。这样传动滑块可能克服连锁返回一小段，使支撑滑道压向钻井壁，此时未向拉压杆施力。此后由于传动滑块继续向下进行力的传递运动在拉紧作用下开始抓斗闭合过程。
可以通过支撑滑轨的特殊形式及与传动滑块连在一起的支撑轮的垂直的力的传递运动来控制拉紧效果。
例如可能这样产生效果，当抓斗闭合运动开始时摩擦阻力最大，但在当抓斗转入闭合阶段的继续闭合过程中会减小。
由抓斗的受力图可以了解到，闭合过程开始时垂直方向的剪力随着闭合路程的增长而弯曲趋于几乎水平。由此得出，由本身自重和来自本专利的附加摩擦力所构成的反作用力肯定是在开始时最大。
附图中
图1为本发明的液压结构抓斗；图2为图1所示抓斗的机架；图3为图1所示抓斗的挖斗；
图4为图1所示抓斗的机架横梁；图5为图2机架的A-A截面；图6为图1中的附重；图7所示为本发明的钢丝绳抓斗在非扩井孔时打开的挖斗和连锁的传动滑块；图8为图7所示抓斗的闭合挖斗及解除连锁的传动滑块；图9为图7所示抓斗的一个单件带传动滑块和钢丝绳滑轮组的钢丝绳；图10为图7所示抓斗的局部视图，带连锁传动的滑块在扩孔的钻井中；图11为图7或图1所示的抓斗在扩孔的钻井时的解除连锁的传动滑块及通过支撑滑道拉紧；图12为图11所示抓斗在挖斗闭合阶段带有解除拉紧返回的支撑滑道。
从图1至图6所示的液压抓斗的结构实例可得出本发明的基本特征。GR表示抓斗机架体，它的一部分作为机架1在图2，4，5中标出。2为机架底座，3为机架柱，4为机架横梁，它们组合在一起构成机架体。如图3所示，机架底座上固定有挖斗轴承座26及挖斗5的挖斗回转轴承31。在挖斗轴承座26有一个与机架底座2相配合的孔，中心轴20精确固定在里面，该轴通过连接螺栓21来定位。27为轴承孔，用于连接挖斗5上的拉压杆15，在这里孔位是由挖斗回转轴承31确定的，当挖斗打开时其挖齿43垂直朝下。
如图4所示，机架横梁4可通过松开螺栓连接(见孔23)向上拆下，换上图7至图12所示的固定钢丝绳46用的机架横梁6。驱动液压缸13通过地脚螺栓25固定在孔内，并通过轴承销24与传动滑块12连结，拉压杆15与传动滑块上的支承点28连接。传动滑块沿机架柱3长度方向滑动。液压驱动油缸13与蓄能器44可靠连接，在输送过程中抓斗保持压力负荷封闭。
此外在机架横梁4上有一个连接装置，它将抓斗机架和挖掘机之间的钢丝绳轮18通过一个带压力轴承17的铰节(Drehwirbel)连接起来。接头16用于液压管的连接。
图5用截面图来清楚的表明机架柱3与机架底座2的关系。
图6表明附重14通过可拆卸螺栓19与两个机架柱3之间的轴承板22连接。
11是两个对置的支撑滑道，它们采用非紧贴的在径向可调整的方法固定在机架柱3上。
如前所述，一些基本功能元件可通过较简便的方法与机架连接，以构成积木式系统。通过这种抓斗结构可以迅速的将液压驱动变换为钢丝绳驱动。这种可能性在许多情况下节省了由钢丝绳到液压抓斗的准备期，因为需要根据地质情况和井孔直径来确定使用这种或那种抓斗形式更有利。
图7至图12涉及到按照本发明的钢丝绳抓斗在扩孔和非扩孔情况下其部件是如何构成的。
如图7和8所示，传动滑块12对挖斗的操纵是通过拉压杆15经滑轮组实现的。其结构由图9来表示。这个滑轮组由传动滑块上的导向滑轮组7，轴承板22上的动滑轮组8，闭合钢丝绳9和提升钢丝绳10所组成，通过郁金香花形结构的钢丝绳导引件46牵引。
按图7和图8的结构形式，支撑滑道11对非扩孔井孔是不可移动地固定在机架柱3上的。支撑滑轨“A”34通过轴承35固定在支撑滑道11上，通过固定在可调支座37上的压簧36柔和的顶住传动滑块12上的支撑滚轮29。在图7所示的传动滑块12的位置，其支撑滚轮29锁紧在支撑滑轨“A”34的凹槽47内，通过这种闭锁，使带有拉压杆15的传动滑块12在抓斗下落至井底时固定在其位置，当钢丝绳松劲时挖斗也可靠的保持在打开位置。当抓斗撞到井底以及闭合过程开始的时候，支撑滚轮29在短的向下运动中向外压迫支撑滑轨“A”，并在传动滑块12的继续向下运动中挤出凹槽47，以至沿着滑动面48至49下滑。
图10至图12给出在扩孔情况下按照本发明的钢丝或液压抓斗的结构和工作方式。在图10给出的位置，传动滑块12的支撑滚轮29锁定在支撑滑轨“B”40的凹槽47中，由此传动滑块12在其上端起始位置固定，万一钢丝绳松劲，挖斗5也保持在打开状态。一旦在井底进入传动滑块12的闭合运动，支撑滚轮29脱离凹槽47的锁紧，并在支撑滑轨40的滑动平面50上将支撑滑道向井孔方向顶压，由此施加一个短时间的顶入力，并在抓斗停留位置超过摩擦自锁而拉紧，以至抓斗在挖斗铲入土壤中时获得一个较大的反作用力。
通过这些装置也可改善挖斗的装满系数，特别是当最后所述过程被反复重复的时候。
权利要求
1.用于挖掘井洞的对开式抓斗，在该抓斗机架(GR)下端，铰接在挖斗回转轴承座(26)上的挖斗(5)通过拉压杆(15)可打开和闭合，其特征在于A.一个由机架底座(2)，四根机架柱(3)和机架横梁(4，6)构成的抗弯抓斗机架(GR)，B.一个沿机架柱(3)滑动的传动滑块(12)，在其上铰接用于挖斗(5)运动的拉压杆(15)，C.在与机架柱(3)连接的机架底座(2)上装有可拆卸的挖斗回转轴承(31)，D.在与机架柱(3)可拆卸连接的横梁(4，6)上装置抓斗机架(GR)与挖掘机之间的连接装置(18，30)，E.在机架柱(3)上装有至少两个相对置铰接的盘状支撑滑道(11)其外部轮廓与钻井孔半径基本一致。
2.根据权利要求1所述的抓斗，其特征在于一个导向轮(18)或回转滚筒(30)设置在机架横梁(6)上以便与挖掘机连接。
3.根据权利要求1所述的抓斗，其特征在于在传动滑块(12)上固定一个与横梁(4)相连的驱动液压缸(13)。
4.根据权利要求1所述的抓斗，其特征在于在用连接钢丝绳(9)连接的传动滑块(12)上设置一个导向轮组(7)，该导向轮组通过一个插入的与机架底座(2)可拆卸连接的钢丝绳动滑轮组(8)相连接。
5.根据权利要求1所述的抓斗，其特征在于带提升导向轮(18)的机架横梁(4)和连接件(25)用于驱动油缸(13)。
6.根据权利要求1所述的抓斗，其特征在于带一个钢丝回转滚筒(30)的机架横梁(6)和用于钢丝绳引入的钢丝引绳(46)。
7.根据权利要求1所述的抓斗，其特征在于机架底座(2)与机架柱(3)采用可拆卸式连接。
8.根据权利要求1所述的抓斗，其特征在于挖斗轴承(26)与机架底座(2)采用可拆卸式连接。
9.根据权利要求1所述的抓斗，其特征在于在机架底座(2)上可连接附重(14)。
10.根据权利要求1所述的抓斗，其特征在于每个支撑滑道(11)在传动滑块(12)上配备有支撑滚轮(29)，在支撑滑道上放置由弹簧支撑的支撑滑轨(34，40)，它们铰接在支撑滑道(11)的内侧。
11.根据权利要求10所述的抓斗，其特征在于支撑滑轨(34，40)的下端与支撑滑道(11)的下部铰接，支撑滑轨上部与支撑滑道(11)相对的地方弹性地承受一个弹簧力，还有一个与支撑滑轮(29)相适应的凹槽(47)。
12.根据权利要求11所述的抓斗，其特征在于支撑滑轨(40)上凹槽(47)旁连接有一段用于支撑滚轮(29)的滑动面(48)，支撑滚轮(29)在与其相配合的凹槽(47)内基本平行于机架柱(3)滑动，其紧接着的下一段滑动面(49)向着支撑滑道方向倾斜。
13.根据权利要求11所述的抓斗，其特征在于支撑滑轨(34)上有一个挨着凹槽(47)的用于支撑滚轮(29)的向支撑滑道(11)倾斜的滑动面50，并连接另一个与机架柱(3)基本平行的滑动面(51)。
14.根据权利要求1所述的抓斗，其特征在于拉压杆(15)的上端通过一个可垂直移动的支座(41)与传动滑块(12)连接。
全文摘要
在土壤中挖掘井洞用的对开式抓斗，在其抓斗机架下端，铰接在挖斗回转轴承上的抓斗借助拉压杆可打开和闭合，该抓斗具有一个由机架底座(2)，四根机架柱(3)和机架横梁(4，6)构成的抗弯抓斗机架；一个可在机架柱(3)上滑动的传动滑块(12)，在其上铰接用于挖斗(5)运动的拉压杆(15)，在与机架柱(3)连接的机架底座(2)上装有可拆卸的挖斗回转轴承(31)，在与机架柱(3)可拆卸连接的横梁(4，6)上设置抓斗机架与挖掘机之间的连接装置(18，30)。此外在机架柱(3)上装有至少两个相对置铰接的盘状支撑滑道(11)，其外部轮廓与钻井孔半径基本一致。
文档编号E21B17/10GK1119884SQ9419155
公开日1996年4月3日 申请日期1994年3月19日 优先权日1993年3月23日
发明者西奥·弗罗姆 申请人:鲍维尔特殊地下工程公司