用于山地丘陵地带塔基桩孔施工的便携式旋挖设备
技术领域
本发明涉及土建基础施工桩孔旋挖工程领域，更为具体的讲，涉及一种用于山地丘陵地带输电线路铁塔基础桩孔施工作业和风电杆塔基础桩孔施工作业的便携式旋挖设备。
技术背景
随着基础建设脚步的不断加快，机械化施工在各领域得到广泛应用，输电线路建设由于施工环境复杂，塔基分散，交通不便等诸多原因，机械化施工受到较大局限。传统施工方式存在施工效率低，劳动强度大等问题，已经难以适应输电线路的快速发展。近年来国家电网公司一直致力于，全过程机械化施工的研究工作，塔基建设作为输电线路的重要组成部分，机械化施工程度尤为重要。塔基基础施工主要由以下特点：
1、高压输电线路多经过山区，河谷，地形复杂，塔基基础位置都很偏僻，不利于大型机械化设备进场。
2、输电线路距离长，沿线的地质复杂多变，塔基地质条件复杂多变，且存在不可预见性，这就要求机械设备具备复杂地层的施工能力。
3、每个塔基基础一般由4根桩柱构成，塔基之间距离较远，且施工区域极为分散，机械设备频繁移位，难以发挥高效施工的优势。
目前输电线路塔基基础施工多采用冲击钻机、反循环钻机进行施工，在进场前先将设备拆解，再运输至施工地点进行组装，施工过程中机械化程度低，需要大量的人力，且设备成桩质量差，施工效率低。
为了克服冲击钻机和反循环钻机不足，工程机械领域开发出了一种模块化旋挖钻机，具有操作便捷、适应性强、安全可靠、节约高效的特点。旋挖钻机主要由行走装置、变幅机构、驾驶室、回转平台、动力系统、卷扬机构、配重、液压系统、电气系统、钻桅、钻杆钻具等组成，可拆解成10个部分。拆分后，任意部件的重量均少于5t，满足了在山区施工时索道运输不大于5t的要求。旋挖钻机底盘采用伸缩式履带，稳定性强，行走性能优越。旋挖钻机在钻孔作业时可实现行走锁定、回转保护、高度限位、工作幅度限位等功能，并具有油温报警、油位报警、倾角限位等装置。在路况复杂且危险的情况下，也可以采取遥控操作，保证了操作人员的安全。除此以外，旋挖钻机成孔更为简便，施工现场不需要太多的人员配合，还可以省去二次冲孔的步骤，产生的泥浆可以循环利用，只需要在基础灌注桩施工完毕后统一运走排放到指定地点即可，相比较传统的钻孔灌注桩而言，无论是人工、机械还是施工工艺上都更为节约高效。国内三一重工、徐工、中联重工和山河智能均有相关产品。然而现有技术的旋挖钻机具存在设备体积大，重量大，部件多，由于输电线路塔基分散，尤其是在丘陵山地施工，交通不便，施工材料设备需要人扛马驮，因此现有的旋挖工程机械很难胜任。因此尽快开发出便携式，模块化小型旋挖设备，适应丘陵和山地输电线路塔基和风电塔基基础施工是所述领域的科技工作者共同面临的重要课题。
发明内容
针对现有技术的塔基桩孔旋挖钻机重量大、搬运困难、不便于在山地丘陵地带施工作业等不足，本发明的目的旨在提供一种用于山地丘陵地带塔基桩孔施工的便携式旋挖设备，以满足陵和山地输电线路塔基和风电塔基基础施工需要。
本发明提供的用于山地丘陵地带塔基桩孔施工的便携式旋挖设备，其构成包括支架模块和旋挖集成模块，所述支架模块的构成包括固置在地面上由可拆卸桁架杆构成的支架和安置在支架上用于起吊旋挖集成模块的起吊装置；所述旋挖集成模块的构成包括定位调整模块、驱动模块和钻头模块，所述定位调整模块的构成包括第一机座，安装在第一机座上沿周向等间隔分布的抵紧桩孔壁用于定位调整模块的多副径向抵顶机构，以及沿竖直方向布置前端作用于驱动模块推动钻头进给和调整钻挖方向的多副轴向抵顶机构；所述驱动模块的构成包括第二机座、安装在第二机座上用于驱动钻头旋转的电机和固定在电机轴上的减速器；所述钻头模块的构成包括与所述第二机座连接用于容纳渣土的料筒、位于料筒内与所述减速器输出轴固定连接的钻杆和固定在钻杆上的螺旋叶片式钻头。
本发明上述便携式旋挖设备，需要由人工挖掘出桩孔口后进行旋挖作业。如果桩孔全部采用本发明所述设备进行旋挖作业，还需另外设计一在地面上对定位调整模块进行导向的装置，用于推动钻头进给和调整钻挖方向。所述地面导向装置可由导向架和导向杆构成，导向架通过设置在支架上的导向杆安装在支架上，导向架通过滑动连接副安装导向杆上，导向架设计有抱持夹紧所述定位调整模块第一机座上连接结构的抱持夹爪，实现装置在桩孔初始开挖时进行定位，推动钻头进给和调整钻挖方向。在桩孔内旋挖时则不需要其进行定位、轴向进给和垂直度调整，而是依靠旋挖集成模块中的定位调整模块进行定位、推动钻头进给和调整钻挖方向。地面导向装置也可设计成其他结构形式。
本发明还可进一步采取以下技术措施，以下各项技术措施可以单独实施，也可组合实施，甚至一并实施。
在本发明的上述技术方案中，进一步地：所述支架为等边三角型结构的支架，由上下两个三角形平面架和三根立杆构成，三根立杆分别与上下两个三角形平面架连接；构成地面导向装置的三根导向杆优先考虑分别设置在形成三个近似小三角形底边的桁架杆中间位置上；连接导向架与导向杆的滑动连接结构优先考虑采用由直线轴承构成的滑动连接结构；所述起吊装置优先采用由滑轮和电葫芦构成的起吊装置。共同构成支架模块。
在本发明的上述技术方案中，进一步地：所述径向抵顶机构可由抵顶桩孔壁的顶块和作用于顶块的油压活塞缸驱动机构、气压活塞缸驱动机构或螺杆螺母驱动机构组成，油压活塞缸驱动机构、气压活塞缸驱动机构或螺杆螺母驱动机构的作动件与顶块连接；优先考虑选用油压或气压活塞缸。沿周向等间隔分布的径向抵顶机构可呈一层设置，也可呈多层设置，具体设置为几层视桩孔深度与地质情况而定；进一步地，每层优先布置3副径向抵顶机构，成120°等间隔分布。
在本发明的上述技术方案中，所述轴向抵顶机构可为油压活塞缸驱动机构、气压活塞缸驱动机构和螺杆螺母驱动机构，驱动机构的作动件前端与第二机座作用连接，推动钻头进给和调整钻挖方向；优先选用油压或气压活塞缸驱动机构。进一步地，轴向抵顶机构优先采用3副或4副，当为三副时，在平面成120°等半径对称分布；当为四副时，在平面成90°等半径轴对称布置，以便调整钻挖方向。
在本发明的上述技术方案中，所述第一机座顶部上设计有与导向架上的抱持夹紧匹配构成抱持夹紧机构的连接轴，所形成的抱持夹紧机构，当导向架与第一机座顶部块顶部上的连接轴接触后由抱持夹紧爪抱紧连接轴，带动旋挖集成模块沿导向杆上下移动。进一步地，可考虑在构成抱持夹紧机构的一方上设计触动传感器，在导向架与第一机座顶部块顶部上的连接轴接触后自动抱紧，以提高设备的工作效率。
在本发明的上述技术方案中，所述螺旋叶片式钻头，可为整体结构，整体都采用硬质合金材质加工制作；也可设计成由渣土运送部和旋挖部组成；为了降低设备生产成本，优先采用后一种结构形式，用于运送渣土的运送部可由一般钢材制作，用于旋挖土壤、砂石、岩石的旋挖部由耐磨性、强度较好的硬质合金材质加工制作；或者全部都由硬质合金材质制作，但运送渣土部的螺旋叶片厚度可小一些，旋挖部的螺旋叶片厚度可大一些，以增强螺旋叶片的强度。
在本发明的上述技术方案中，所述旋挖集成模块中的定位调整模块与驱动模块的连接方式，可以是接触作用连接，也可以是松动连接；当为接触作用连接时，支架模块与旋挖集成模块之间的连接是通过所述驱动模块与起吊装置的缆索连接；当为松动连接，支架模块与旋挖集成模块之间的连接是通过所述定位调整模块与起吊装置的缆索连接。
本发明提供的用于山地丘陵地带塔基桩孔施工的便携式旋挖设备，各模块之间和主要部件之间为可拆装连接。
本发明提供的用于山地丘陵地带塔基桩孔施工的便携式旋挖设备，为了能够在山地、丘陵地带施工，采用了仿生学设计，借鉴了传统工人乘坐吊桶开挖桩孔的方式，利用定位调整模块的多个径向抵顶机构将钻头固定在桩孔的任意位置，利用定位调整模块的多个可轴向可伸缩的轴向抵顶机构推动钻头在轴向进给，通过控制不同轴向抵顶机构的伸缩量调整钻头的钻进方向，修正桩孔垂直度；螺旋叶片式的钻头，其承担运送渣土的运送部和负责旋挖土壤和岩石的旋挖部采用不同的材质和厚度，以降低钻头重量和成本，便于分模块运输；钻头每进给规定深度后，利用固定在支架上方的电葫芦将钻头拉出桩孔进行卸土。重复多次将完成桩孔施工。
本发明提供的用于山地丘陵地带塔基桩孔施工的便携式旋挖设备，为模块化设计，结构紧凑简单，拆装方便，体积小，重量轻，单模块重量不超过100Kg，便于丘陵山地运输，通过更换不同规格钻头，可适合不同地质的直径0.9-1.4米、深度8-15米的塔基桩孔的开挖作业。而且还具备垂直度自动纠偏功能，保证桩孔垂直度满足铁塔基础桩孔施工要求。本发明的公开，为在山地丘陵地带开挖塔基桩孔作业提供了一种非常实用的设备
附图说明
附图1是本发明所述便携式桩孔旋挖设备结构示意图。
附图2-1是所述便携式桩孔旋挖装置支架模块的主视结构示意图。
附图2-2是所述便携式桩孔旋挖装置支架模块的俯视结构示意图。
附图3-1是便携式桩孔旋挖装置定位调整模块的主视结构示意图。
附图3-2是便携式桩孔旋挖装置定位调整模块的俯视结构示意图。
在上述附图中，各图示标号所标识的对象为：1-地层；2-护壁；3-渣土运送部；4-径向抵顶机构；5-直线轴承；6-导向架；7-缆索；8-导向杆；9-支架；10–滑轮；11-电葫芦；12-运土小车；13-轴向抵顶机构；14-驱动模块；15-料筒；16-螺旋叶片式钻头；17-车轮；18-运土车导轨；19-顶块；20-连接轴。
具体实施方式
下面结合附图说明给出本发明的一个实施例，通过实施例对本发明作进一步的说明。需要特别指出的是，本发明的具体实施方式不限于实施例所描述的形式。
本实施例用于山地丘陵地带塔基桩孔施工的便携式旋挖设备，其结构如附图1至附图3-2所示，由支架模块和旋挖集成模块构成。
所述支架模块的结构如附图1、附图2-1和附图2-2所示，由固置在地面上的支架9、安置在支架上的导向装置和安置在支架上用于起吊旋挖集成模块的起吊装置构成；所述支架为等边三角型结构的支架，由可拆卸的桁架杆构成的上下两个三角形平面架和立杆构成；所述导向装置由导向架6、三根导向杆8构成，导向架通过设置在支架上的导向杆安装在支架上，导向架通过直线轴承5构成的滑动连接副安装导向杆上，导向架设计有构成抱持副的抱持夹爪；三根导向杆分别设置在形成三个近似小三角形底边的桁架杆中间位置上；所述起吊装置由设置在支架上的滑轮10和电葫芦11构成，通过缆索7与旋挖集成模块中的定位调整模块连接。
所述旋挖集成模块由定位调整模块、驱动模块(14)和钻头模块构成，如附图1、附图3-1和附图3-2所示。所述定位调整模块由第一机座，安装在第一机座上沿周向等间隔分布的抵紧桩孔壁用于固定定位调整模块的三副径向抵顶机构4，以及沿竖直方向布置前端作用于驱动模块推动钻头进给和调整钻挖方向的四副轴向抵顶机构13构成；所述径向抵顶机构由油压活塞缸驱动机构和与其活塞杆连接的顶块19构成，三副径向抵顶机构相互间隔1200布置；所述轴向抵顶机构为油压活塞缸驱动机构，四副油压活塞缸在平面呈90°等半径轴对称布置，其活塞杆与构成驱动模块的第二基座铰连接；所述第一机座顶部上设计有连接轴20，与所述支架模块中的导向架上的抱持夹爪构成抱持夹紧机构，与所述支架模块中起吊装置的缆索连接，用于起吊整个旋挖集成模块。
所述驱动模块由第二机座、安装在第二机座上用于驱动钻头旋转的电机和固定在电机轴上的减速器构成，第二机座与定位调整模块中作为轴向抵顶机构油压活塞缸中的活塞杆铰连接。
所述钻头模块由与所述第二机座连接用于容纳渣土的料筒15、位于料筒内与所述减速器输出轴固定连接的钻杆和固定在钻杆圆周上的螺旋叶片式钻头16；所述螺旋叶片式钻头由渣土运送部3和旋挖部组成，用于运送渣土的运送部由一般钢材制作，用于旋挖土壤、砂石、岩石的旋挖部由耐磨性、强度较好的硬质合金材质加工制作，以降低制作成本，提高螺旋叶片式钻头的寿命和工作效率。
本发明所述便携式旋挖设备，可根据不同的地质情况更换不同结构的螺旋叶片式钻头。
