矩形掩護式挖掘機的制作方法

專利名稱：矩形掩護式挖掘機的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于構筑具有四邊形斷面的隧道，孔洞、溝渠或類似結構的矩形掩護式挖掘機。
日本專利公開號No.1-310089中公開了一種用于挖掘具有四邊形斷面的隧道的矩形掩護式挖掘機，它包括多個以一定間隔安裝在四邊形管狀掩護體前部以使其能沿垂直于掩護體軸線方向做線性往復運動的支撐桿和安裝在每一支撐桿上的多個切削刀頭。
在這種挖掘機中，掩護體的內部通過一道隔墻分成維持高壓的前部區域和維持大氣壓力的后部區域，而支撐桿可移動地安裝在位于前部區域與隔墻平行的支撐板上。這種挖掘機通過作線性往復運動的支撐桿上的切削刀頭的線性往復運動來挖掘-挖掘表面。
日本專利公開號No.2-66295中公開了另一種矩形掩護式挖掘機，它使用的挖掘裝置包括一個位于四邊形管狀掩護體的前部以使其能繞掩護體軸線轉動的鼓形物和大量安裝在鼓形物的外圓周表面上的切削刀頭。這種挖掘機通過作圓周運動的鼓形物上的切削刀頭的圓周運動而對一挖掘表面進行挖掘。
然而，由于上述兩種已知的挖掘機都不能排出挖掘物中包含的大的石子，因此，對于包含大的石子的地面就不能使用這種挖掘機來進行挖掘。
本發明的一個目的是提供一種能在含有大的石子的地方挖掘具有四邊形斷面的隧道、孔洞、溝渠或類似結構的矩形掩護式挖掘機。
根據本發明的一種矩形掩護式挖掘機，它包括一在其前端具有一用以接收被挖掘物的空間的四邊形管狀掩護體，一安裝在空間中并可繞沿與掩護體的一對外邊緣部分垂直方向延伸的軸線、以一定角度前后轉動的轉子，安裝在掩護體上的挖掘裝置，以及使轉子繞軸線以一定角度前后轉動和驅動挖掘裝置的驅動裝置。
挖掘機接受由推動挖掘機向前運動的推力發生裝置所產生的推力。當挖掘機被推進時，挖掘裝置受驅動裝置的驅動以對挖掘面進行挖掘。挖掘物被裝入掩護體中空間內。裝在空間中的挖掘物隨著挖掘裝置的推進穿過空間被移送到后部，并最終被排出裝置排到掩護體的外側。在挖掘過程中，轉子在驅動裝置的作用下繞軸線以一定角度前后轉動。
根據本發明，由于大的砂石通過置于轉子和構成轉子作往復轉動運動的空間的構件之間而被壓碎，因此可在含有大的砂石的地方挖掘具有四邊形截面的隧道。
挖掘機最好還包括將挖掘物從碎屑腔排到掩護體后部的裝置。
轉子最好相對于軸線向前偏心。因而，由于轉子在挖掘過程中做偏心運動，可確保挖掘物中的大的砂石在置于轉子和形成空間的構件之間時被壓碎。
該空間具有這樣的形狀，即它垂直于軸線方向的尺寸由前向后逐漸減小。此外，轉子的外表面可具有截面為多邊形的形狀。
最好在轉子的外表面部上設有許多凸起物，該凸起物被移向構成轉子作往復轉動運動的空間的構件的內表面。因而，可確保挖掘物中的大的砂石被置于轉子和構成轉子作往復轉動的空間的構件之間。
如果在上述構成所述空間的構件的內表面上形成大量凸起物，就可更加確保大的砂石被置于轉子和構件之間。
挖掘裝置最好為一具有沿軸線方向延伸的挖掘部分的切削頭，并裝在轉子上，以隨著轉子的往復運動而繞軸線作扇形往復運動。
因此，由于挖掘物隨著挖掘機的推進可確保被穿過掩護體空間而移送到后部，可排出的挖掘物越多，挖掘效率就越高。此外，由于挖掘部分的往復運動的范圍能加寬，從而一定能夠挖掘含有大的砂石的地面。
切削頭可通過一托臂被軸支撐著，并沿縱向延伸，支撐桿安裝在托臂前端并沿軸線方向延伸，在支撐桿上沿軸線方向相互間隔一段距離安裝有許多切削刀片。
驅動裝置包括一沿軸線方向延伸、可繞軸線轉動并支撐轉子的軸以及一使軸以一定角度繞軸線前后轉動的驅動機構。
驅動機構最好從軸的兩端給軸提供動力，以使其繞軸線以一定角度前后轉動。因此，與只給軸的一端提供動力相比，可給軸傳遞較大的動力。
所述空間被分為用于接受挖掘物的碎屑腔和用于接受從碎屑腔中來的挖掘物的泥水腔，而裝在泥水腔中的挖掘物可通過泥水型的排出裝置排出。泥水通過第一管道供給泥水腔，挖掘物和泥水一起通過第二管道被排出。
此外，挖掘機最好還包括用于探測挖掘裝置的往復轉動運動的行程的裝置。因而，挖掘裝置的中斷時間可以調節。
本發明的前述和其它目的及特征通過下面結合附圖對本發明優選實施例的描述將變得更為明顯。其中

圖1為根據本發明的一個實施例的矩形掩護式挖掘機的截面圖;
圖2為沿圖1中線2-2所截取的放大的視圖;
圖3為沿圖2中線3-3所截取的斷面圖;
圖4為沿圖3中線4-4所截取的斷面圖;
圖5為一與圖3相似的截面圖，但挖掘機處于挖掘狀態;
圖6為一由另一推力產生裝置推動的挖掘機的截面圖;
圖7為一顯示探測挖掘行程的裝置的截面圖;
圖8為圖7中沿線8-8所截取的視圖;
圖9為沿圖7中線9-9所截取的斷面圖;
圖10和圖9類似，但挖掘機處于挖掘行程中;
圖11為使用另一種驅動裝置的挖掘機的一個實施例的截面圖;
圖12為使用又一種驅動裝置的挖掘機的一個實施例的截面圖;
圖13為沿圖12中線13-13所截取的截面圖。
根據圖1至圖5，一矩形掩護式挖掘機10包括一四邊形管狀掩護體12。掩護體12由第一和第二四邊形管狀掩護體部件14、16組成，它們相互對接并如圖1中所示由多個螺栓18連接起來。
上述實施例中，通過多個四邊形管20由一例如基本推動裝置(圖中未示)的推力產生裝置產生的推力將掩護體12向前推進一由挖掘機10挖掘的地方?？墒侵劣谕屏Ξa生裝置，它由帶有許多千斤頂24的裝置組成，千斤頂24是利用被挖掘機10挖掘過的地方中的襯管22作為反推物，如圖6所示。
第一掩護體部件14具有一個用于接收挖掘物的碎屑腔26，一與碎屑腔后部連接的泥水腔28和一與第二掩護體部件16的內部連通的大氣壓力腔30。碎屑腔26和泥水腔28通過安裝在掩護體12上的隔墻元件32與大氣壓力腔30隔開，并且該隔墻構成一切削刃和一與隔墻元件相連的箱體34。箱體34通過一系列肋條36由第一掩護體部件14支撐。
碎屑腔26具有四邊形的類似金字塔的形狀，這樣與掩護體12的一對相對外邊緣部分垂直的第一方向的尺寸和與擋板體12的另一對相對外邊緣部分垂直的第二方向的尺寸由前向后逐漸減小。另一方面，泥水腔28具有梯形斷面，這樣在上述第一方向的尺寸從前到后逐漸減小，而在上述第二方向的尺寸則幾乎相同。
沿第一方向延伸的軸38位于碎屑腔26和泥水腔28之間的邊界部分。如圖3中所示，軸38的兩端穿過箱體34。用以支持軸38繞軸線40轉動的軸承42位于安裝在箱體34的凸臺44上的軸承箱46中。
軸38由與該軸兩端連接的一對驅動機構48驅動，以一定角度繞軸線40作向前和向后的旋轉運動。在上述實施例中，每一驅動機構48包括一由壓力流體，例如壓縮空氣，壓力水和液壓操縱的雙向作用的柱塞缸50，一用于將柱塞缸的缸體與安裝在第一掩護體部件14的后端上的矩形端板52連接起來的托架54和一用于將柱塞缸50的活塞桿與軸38的端部連接起來的連接部件56。
托架54用螺栓或類似的裝置安裝在端板52上，連接部件56用螺栓或類似的裝置安裝在軸38的端部。不僅每一托架54和柱塞缸50是樞軸聯連，而且每一連接部件56和柱塞缸50也是樞軸聯接。兩個連接部件56繞軸38互成一定的角度設置。
轉子58安裝在軸38上，并通過多個銷座60使它們不能相對移動。如圖5所示，轉子58具有多邊形的外表面(圖中為14邊形)，并相對于軸線40偏心以使轉子58的中心位于軸線40前方并相距e。轉子58的外圓周表面上以及與轉子外圓周表面對應的箱體34的內表面上形成有凸起物62。
如圖3中所示，沿軸線40的方向，在轉子58的兩個端部和相對于轉子兩端的軸承箱46之間分別裝有機械密封裝置64。
兩套切削頭66固定在轉子58上。兩套切削頭繞軸線40成一定角度間距設置。每一切削頭具有一對從轉子58的外表面部位向外伸出并沿軸線40方向相互相隔一定距離的托臂68，將托臂的前端相互連接起來的支持桿70以及沿軸線40方向相互間隔一定距離安裝在支持桿70上的許多切削刀頭72，以便形成與軸線40平行延伸的挖掘部分。
在上述實施例中，挖掘機用了一種泥水型的排出裝置。這種排出裝置具有向泥水腔28提供泥水的供水管74和將泥水以及挖掘物一起從泥水腔28中排出的排水管76。水管74、76分別通過用多個螺栓78安裝在箱體34上的連接凸臺80上而連接到箱體34上。
當進行挖掘時，兩個柱塞缸50在移動180°相位角的操作下使挖掘機重復進行伸出和縮回的運動。即，兩個柱塞缸50重復進行如圖4中所示的當一個柱塞缸50伸出的同時，另一柱塞缸50縮回的過程和如圖5中所示的當一個柱塞缸50縮回的同時，另一柱塞缸50伸出的過程。
因此，由于連接部件56和軸38繞軸線40作一定角度的向前和向后轉動，轉子58亦繞軸線40作一定角度的向前和向后轉動，因此，切削頭66繞軸線40作扇形搖擺。因此，切削刀頭72在挖掘部分即切削刀頭的切削部分壓在切削面上的條件下繞軸線40沿一弧線做往復運動，因而，切削面被切削部分挖掘。
在挖掘過程中，碎屑腔26的壓力由如圖2和圖3中所示的壓力傳感器82探測，它維持一預定壓力以防止挖掘面的倒坍。碎屑腔26中的壓力可通過泥水腔28中的壓力和挖掘速度或其它因素加以調節。泥水腔28中的壓力可由向泥水腔供應的泥水量和從泥水腔中排出的泥水量或其它因素調節。因此，泥水腔28中的壓力最好也通過壓力表進行測量(圖中未示)。
挖掘物被裝到碎屑腔26中，穿過碎屑腔移動到碎屑腔26的內部，然后穿過轉子58和箱體34之間的空間到達泥水腔28，最后通過排出管76排出掩護體12的外面。挖掘物之所以能在碎屑腔26中移動，主要由于挖掘機10在對挖掘面進行挖掘時向前伸出。
由于挖掘機10的向前運動和切削頭66的來回搖擺運動，被裝入切削頭66之間的挖掘物被移送到位于托臂68之間的空間84(見圖3)和位于托臂68和隔墻元件32之間的空間86(見圖3)中。
在挖掘機10中，轉子58在其軸心位于軸線40前方并相距距離為e的情況下，以一定角度繞軸線40前后轉動。因而，假定圖4和圖5中的短邊方向為垂直方向，當轉子58從圖5中所示狀態移動列圖4中所示狀態時，轉子58通過如圖4中所示的下部將挖掘物從碎屑腔26送到泥水腔28中。
此時，如圖4中所示轉子58的上部的移動將使泥水腔28中的挖掘物向碎屑腔26中倒流，而此時，轉子58的上部設置于距箱體34有較大距離的位置，因此可防止泥水腔28中的挖掘物通過轉子58的上部位置向碎屑腔26中回流。
同樣，當轉子58從圖4中所示狀態移動到圖5中所示狀態時，轉子58通過如圖5中所示的上部將挖掘物從碎屑腔26中送到泥水腔28中。同時，由于轉子58的下部設置于距箱體34有較大距離的位置，因此可防止泥水腔28中的挖掘物通過轉子58的下部位置向裝巖腔26中回流。
包含在挖掘物中的大砂石，如圖4和圖5中所示，在通過轉子58的外表面和箱體34的內表面之間時，由于轉子58的偏心運動而被碾碎。
當轉子58上的凸起物62用來將碎屑腔26中的挖掘物送入泥水腔28中時，每一凸起物62除了具有將挖掘物從碎屑腔26中送入泥水腔28中的功能外，還具有通過與位于箱體34上的凸起物62共同作用下將砂石置于轉子58和箱體34之間的作用。
切削頭66搖擺方向的挖掘區域可通過切削頭66的搖擺范圍來調節。
因此，如圖7至圖10中所示，挖掘機10還包括一對限位開關88，它與連接部件56相對設置以探測切削頭66的搖擺運動的范圍，和一用于支撐相對的限位開關的托架90。每一托架90通過一系列螺栓92安裝在箱體34上，并具有一沿連接部件56的搖擺方向延伸的槽口94。
每一限位開關88通過夾具96安裝在托架90上，該夾具包括一穿過槽94的螺栓和一擰緊在其上的螺母以使夾具可沿連接部件56搖擺方向改變位置。每一連接部件56上有一突臺98以在連接部件56的搖擺運動過程中打開和關閉相對的限位開關88。
挖掘過程中，當柱塞缸50伸出或縮回時，連接部件56繞軸線40作扇形運動，因此，每一個限制開關88當相應的連接部件56的突臺98與觸發器接觸時就產生一電信號。這個電信號被用作一個改變柱塞缸50的伸出和縮回運動的時間信號。
當每一限位開關88位置設置如圖9中所示時，切削頭66的搖擺運動的范圍很小，而當每一限位開關88位置設置如圖10中所示時，切削頭的搖擺范圍就比較大。因此，切削頭66的搖擺運動和中斷范圍可通過改變限位開關88相對于托架90的安裝位置而加以改變。
軸38的轉動動力可通過軸38的一端傳遞。然而，在上述實施例中，如果軸38的轉動動力通過軸38的兩端傳遞，同將動力傳遞到軸的一端的情況相比由柱塞缸產生的驅動力將傳遞比較大的轉動動力。
上述挖掘機10中的一系列切削頭66可被圖11中所示的挖掘機100中的一個切削頭66所代替。此外，也可采用其它的使切削頭66作搖擺運動的驅動機構。
圖11中所示挖掘機100中的驅動機構102包括一安裝在軸38端部的齒輪104，一與齒輪104嚙合的扇形輪106和一對使扇形輪106作往復轉動運動的雙向作用的柱塞缸108。扇形輪106以銷子110為樞軸裝在第一掩護體14上。柱塞缸108的缸體通過托架112可轉動地連接在端板52上，一活塞桿106可轉動地連接于扇形輪106的一端。
當進行挖掘時，兩個柱塞缸108在它們移動180°相位角時重復進行伸出和縮回運動。因此，由于扇形輪106繞銷110擺動，齒輪104繞齒輪軸線以一定角度來回轉動。其結果是，軸38和轉子58繞軸38的軸線以一定角度來回轉動，因而，切削頭66繞軸38的軸線作搖擺運動。
在如圖12和圖13中所示的挖掘機120中，兩個沿軸38軸線方向相距一定間距的驅動機構122和軸38的一端相連。
與圖1中所示驅動機構48相似，每一驅動機構122具有一由壓力流體操縱的雙向作用的柱塞缸124，一將柱塞缸124和端板52相連的托架126和一用于連接柱塞缸124的活塞桿和軸38的端部的連接部件128。
兩個連接部件128互成一定角度繞軸38的軸線設置。一軸環130設置于兩個連接部件128之間。兩個柱塞缸128通過移動180°相位而被操縱。
此外，除了可用一臺挖掘機10，100或120來構筑一個隧道、孔洞或溝渠外，大的隧道可通過使用多個按矩陣排列的挖掘機10、100或120并使這些挖掘機同時進行挖掘而構筑。
除了使用泥水型的排出裝置外，還可使用諸如螺旋輸送帶的其它排出裝置。此外，碎屑腔中的部分挖掘物或整個挖掘物可通過轉子或類似裝置的成一定角度的往復運動和旋轉運動被排到掩護體的周圍，特別是挖掘機的旁邊。
至于挖掘裝置，除了上述切削頭66外，還可使用一種安裝在四邊形管狀掩護體前部的鼓型裝置，它可繞沿掩護體軸線方向延伸的軸線旋轉，并在鼓形裝置的外圓周表面上裝上大量的切削刀片。
權利要求
1.一種矩形掩護式挖掘機，它包括-在其前端具有一接收挖掘物的空間并具有一對相對外邊緣部分的四邊形管狀掩護體；-安裝在上述空間中以使其能以一定角度繞與上述掩護體的一對外邊緣垂直方向延伸的軸線前后旋轉的轉子；-按裝在上述掩護體上的挖掘裝置；以及使轉子繞上述軸線以一定角度前后轉動和驅動上述挖掘裝置的驅動裝置。
2.根據權利要求1的一種矩形掩護式挖掘機，它還包括將碎屑腔中的挖掘物排到上述掩護體后部的裝置。
3.根據權利要求1的一種矩形掩護式挖掘機，其中，所述轉子相對于上述軸線向前偏心。
4.根據權利要求1的一種矩形掩護式挖掘機，其中，上述轉子的外表面的斷面為多邊形。
5.根據權利要求1的一種矩形掩護式挖掘機，其中，在上述轉子的與形成轉子在其中作往復轉動運動的空間的構件的內表面相對移動的外表面上有許多凸起物。
6.根據權利要求5的一種矩形掩護式挖掘機，其中，在上述內表面上有許多凸起物。
7.根據權利要求1的一種矩形掩護式挖掘機，其中，上述空間具有這樣一種形狀，即它在與上述軸線垂直方向的尺寸從前到后逐步減小。
8.根據權利要求2的一種矩形掩護式挖掘機，其中，上述空間中有一用于接收挖掘物的碎屑腔和一用于接收從碎屑腔中來的挖掘物的泥水腔，上述排出裝置包括一向泥水腔中提供泥水的第一管道和將泥水腔中的挖掘物和泥水一起抽出的第二管道。
9.根據權利要求1的一種矩形掩護式挖掘機，其中，挖掘裝置包括一在其上具有沿軸線方向延伸的切削部分的切削頭，該切削頭安裝在轉子上以使其隨著上述轉子的往復轉動而繞上述軸線作扇形往復運動。
10.根據權利要求9的一種矩形掩護式挖掘機，其中，所述切削頭具有一由轉子支撐并沿長度方向延伸的托臂，在托臂的前端裝有一沿軸線方向延伸的支持桿，在支持桿上沿軸線方向分布著許多相距一定距離的切削刀片。
11.根據權利要求8的一種矩形掩護式挖掘機，其中，驅動裝置包括一沿所述軸線方向延伸的軸，它位于掩護體內，可繞軸線轉動并支撐著所述轉子，和一使軸繞所述軸線以一定角度往復轉動的驅動機構。
12.根據權利要求11的一種矩形掩護式挖掘機，其中，驅動機構從軸的兩端給軸提供動力，使其繞軸線以一定角度作往復轉動。
13.根據權利要求1的一種矩形掩護式挖掘機，它還包括一種用于探測所述挖掘裝置的往復運動的行程的裝置。
全文摘要
一種矩形掩護式挖掘機，它包括一在其前端具有接受挖掘物的空間的四邊形管狀掩護體，一安裝在該空間中，并可繞一沿與掩護體的一對外邊緣垂直方向延伸的軸線以一定角度前后轉動的轉子，以及安裝在掩護體上的挖掘裝置，使轉子繞軸線以一定角度前后轉動和驅動挖掘裝置的驅動裝置。包含在挖掘物中的大砂石在被置于轉子和構成轉子在其中可作往復轉動運動的空間的構件之間時被壓碎。
文檔編號E21D9/12GK1063335SQ9210024
公開日1992年8月5日 申請日期1992年1月14日 優先權日1991年1月14日
發明者明坂登始夫, 濱田和人 申請人:株式會社伊薩基開發工機, 五洋建設株式會社