液压抓斗及地下连续墙施工设备

摘要

本发明涉及一种液压抓斗及地下连续墙施工设备，其中液压抓斗包括机体、滑动机构、连杆和抓斗体，其中滑动机构安装在机体上，并能够相对于机体沿竖直方向上下运动，抓斗体通过连杆与滑动机构连接，以组成曲柄-滑块结构，抓斗体能够在滑动机构的带动下绕抓斗体与机体的固定点转动，还包括主动微幅驱动机构，主动微幅驱动机构能够对抓斗体施加驱动力，以使抓斗体产生主动的微幅振动或摆动。本发明通过设置主动微幅驱动机构，使得抓斗体能够通过主动微幅驱动机构的作用产生主动的微幅振动或摆动，在抓斗体准备侵入作业介质时，处于微幅振动或摆动状态的抓斗体会将位于抓斗体左右侧面的作业介质拨离，增加侵入深度，提高抓取作业效率。

权利要求

1.一种液压抓斗，包括机体(1)、滑动机构(3)、连杆(4、10)和抓斗体(6、7)，其中所述滑动机构(3)安装在所述机体(1)上，并能够相对于所述机体(1)沿竖直方向上下运动，所述抓斗体(6、7)通过所述连杆(4、10)与所述滑动机构(3)连接，以组成曲柄-滑块(32)结构，所述抓斗体(6、7)能够在所述滑动机构(3)的带动下绕所述抓斗体(6、7)与所述机体(1)的固定点转动，其特征在于，还包括主动微幅驱动机构(2)，所述主动微幅驱动机构(2)能够对所述抓斗体(6、7)施加驱动力，以使所述抓斗体(6、7)产生主动的微幅振动或摆动。

2.根据权利要求1所述的液压抓斗，其特征在于，所述主动微幅驱动机构(2)为振动装置，所述振动装置安装于所述机体(1)上，且与所述滑动机构(3)连接，所述振动装置用于驱动所述滑动机构(3)运动，所述振动装置具有振动模式和非振动模式，在所述抓斗体(6、7)准备侵入作业介质时，所述振动模式开启，所述振动装置通过使所述滑动机构(3)产生振动而带动所述连杆(4、10)和所述抓斗体(6、7)产生微幅摆动。

3.根据权利要求2所述的液压抓斗，其特征在于，所述振动装置为振动液压缸。

4.根据权利要求1所述的液压抓斗，其特征在于，还包括抓斗支座(9)，所述抓斗体(6、

7)铰接在所述抓斗支座(9)上，所述主动微幅驱动机构(2)包括运动件和驱动机构，所述运动件和所述驱动机构设置于所述抓斗支座(9)上，所述运动件的外边缘与所述抓斗体(6、7)相互抵靠，并在所述驱动机构的作用下对所述抓斗体(6、7)产生挤压，以驱动所述抓斗体(6、7)微幅摆动。

5.根据权利要求4所述的液压抓斗，其特征在于，所述运动件为凸轮(34)，所述驱动机构为液压马达，所述凸轮(34)的外边缘与所述抓斗体(6、7)相互抵靠，并在所述液压马达的驱动作用下旋转。

6.根据权利要求4所述的液压抓斗，其特征在于，所述运动件为滑块(32)，所述驱动机构为液压缸(33)，所述滑块(32)的外边缘与所述抓斗体(6、7)相互抵靠，并在所述液压缸(33)的驱动作用下运动。

7.根据权利要求6所述的液压抓斗，其特征在于，所述抓斗支座(9)上设有凹槽(31)，所述滑块(32)安装在所述凹槽(31)内，并沿所述凹槽(31)的长度方向运动。

8.根据权利要求7所述的液压抓斗，其特征在于，所述凹槽(31)的长度方向为竖直方向。

9.根据权利要求6所述的液压抓斗，其特征在于，所述滑块(32)为圆形滑块。

10.一种地下连续墙施工设备，其特征在于，包括如权利要求1～9任一项所述的液压抓斗。

说明书

液压抓斗及地下连续墙施工设备

技术领域

[0001] 本发明涉及地下施工机械技术领域，尤其涉及一种液压抓斗及地下连续墙施工设备。

背景技术

[0002] 连续墙液压抓斗工作装置属于典型的曲柄-滑块机构，它利用液压缸推动滑块沿着机体上下滑动，并通过连杆机构的传力作用，最终实现曲柄机构(抓斗体)的张开与闭合
运动，以此完成散体介质的抓取作业。根据抓斗体运动过程中各自特征不同，可分为三个阶
段：自重侵入阶段、液压闭斗阶段和张斗卸料阶段。

[0003] 在自重侵入阶段，对称的左、右抓斗体在液压系统作用下张开至最大角度，并在液压抓斗自身重力以及较小的下落冲击力作用下侵入到作业介质中；在液压闭斗阶段，左、右
抓斗体在液压驱动作用下实现闭斗运动，并完成作业介质的抓取动作；在张斗卸料阶段，装
满散体介质的抓斗体被提升至地面，抓斗体在液压系统作用下张开至最大并实现卸料。

[0004] 由以上介绍可知，连续墙液压抓斗依靠自身重力及较小冲击力侵入作业介质内部。整个侵入过程中，介质反作用力越来越大、抓斗体下落速度逐渐减小；当介质的反作用
力与其自身重力相等时，斗体停止向下运动，侵入过程终止。在整个侵入过程中，由于缺乏
一种促使相互作用力动态减小的机制，所以侵入深度较浅，进而导致后续的抓取作业效率
不高。

[0005] 针对连续墙液压抓斗施工效率提升问题，现有技术中存在如下改进方案：

[0006] 1)增加重量：在抓斗体的空腔内添加重物，以在保持设备体积不变前提下增加抓斗重量，实现液压抓斗施工作业效率提升。

[0007] 2)微幅弹性振动抓取技术：如图1所示，通过在机架中增加弹性装置而形成微幅弹性振动系统，利用抓斗体的微幅摆动改善斗齿的受力状态，从而增加侵入的深度，进而提高
设备的施工作业效率。

[0008] 但是，采取增加重量的方式，成本高，效果不显著；采用增加弹性装置的微幅弹性振动抓取技术，实质上是一种被动微振动抓取技术，其微振动的频率、幅值以及持续时间都
较小，抓取效率提高不显著。

发明内容

[0009] 本发明的目的是提出一种液压抓斗及地下连续墙施工设备，以提高液压抓斗的抓取效率。

[0010] 为实现上述目的，本发明提供了一种液压抓斗，包括机体、滑动机构、连杆和抓斗体，其中所述滑动机构安装在所述机体上，并能够相对于所述机体沿竖直方向上下运动，所
述抓斗体通过所述连杆与所述滑动机构连接，以组成曲柄-滑块结构，所述抓斗体能够在所
述滑动机构的带动下绕所述抓斗体与所述机体的固定点转动，还包括主动微幅驱动机构，
所述主动微幅驱动机构能够对所述抓斗体施加驱动力，以使所述抓斗体产生主动的微幅振
动或摆动。

[0011] 进一步地，所述主动微幅驱动机构为振动装置，所述振动装置安装于所述机体上，且与所述滑动机构连接，所述振动装置用于驱动所述滑动机构运动，所述振动装置具有振
动模式和非振动模式，在所述抓斗体准备侵入作业介质时，所述振动模式开启，所述振动装
置通过使所述滑动机构产生振动而带动所述连杆和所述抓斗体产生微幅摆动。

[0012] 进一步地，所述振动装置为振动液压缸。

[0013] 进一步地，还包括抓斗支座，所述抓斗体铰接在所述抓斗支座上，所述主动微幅驱动机构包括运动件和驱动机构，所述运动件和所述驱动机构设置于所述抓斗支座上，所述
运动件的外边缘与所述抓斗体相互抵靠，并在所述驱动机构的作用下对所述抓斗体产生挤
压，以驱动所述抓斗体微幅摆动。

[0014] 进一步地，所述运动件为凸轮，所述驱动机构为液压马达，所述凸轮的外边缘与所述抓斗体相互抵靠，并在所述液压马达的驱动作用下旋转。

[0015] 进一步地，所述运动件为滑块，所述驱动机构为液压缸，所述滑块的外边缘与所述抓斗体相互抵靠，并在所述液压缸的驱动作用下运动。

[0016] 进一步地，所述抓斗支座上设有凹槽，所述滑块安装在所述凹槽内，并沿所述凹槽的长度方向运动。

[0017] 进一步地，所述凹槽的长度方向为竖直方向。

[0018] 进一步地，所述滑块为圆形滑块。

[0019] 为实现上述目的，本发明还提供了一种地下连续墙施工设备，包括上述的液压抓斗。

[0020] 基于上述技术方案，本发明通过设置主动微幅驱动机构，使得抓斗体能够通过主动微幅驱动机构的作用产生主动的微幅振动或摆动，在抓斗体准备侵入作业介质时，处于
微幅振动或摆动状态的抓斗体会将位于抓斗体左、右侧面的作业介质拨离，使得抓斗体的
受力最大点始终保持在抓斗体的齿尖处，现有结构的受力面积为抓斗体的斗齿左、右侧面
以及齿尖，本发明中抓斗体的受力面积只为齿尖，因此受力面积急剧减小，液压抓斗会在原
来侵入深度的基础上继续向下侵入，通过以上的受力对比可知，引入主动微幅驱动机构后，
可以大大改善抓斗体的斗齿处的受力状态，大幅增加液压抓斗在自重侵入阶段的侵入深
度，进而提高整个系统的抓取作业效率。

附图说明

[0021] 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，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

[0022] 图1为现有技术中采用弹性装置的液压抓斗的结构示意图。

[0023] 图2为本发明液压抓斗一个实施例的结构示意图。

[0024] 图3为本发明液压抓斗一个实施例中抓斗体的结构示意图。

[0025] 图4为本发明液压抓斗一个实施例中凹槽的结构示意图。

[0026] 图5为本发明液压抓斗另一个实施例的结构示意图。

[0027] 图6为本发明液压抓斗再一个实施例的结构示意图。

[0028] 图中：a1-机体，a2-液压油缸，a3-滑动机构，a4、a10-连杆，a5、a8-限位块，a6、a7-抓斗体，a9-抓斗支座，a11-弹性装置；

[0029] 1-机体，2-主动微幅驱动机构，3-滑动机构，4、10-连杆，5、8-限位块，6、7-抓斗体，9-抓斗支座；

[0030] 61-弧形板，62-中底板，63-前底板，64-侧板，65-斗齿，66-边板，67-限位板，68、69-铰接孔；

[0031] 31-凹槽，32-滑块，33-液压缸，34-凸轮。

具体实施方式

[0032] 下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发
明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施
例，都属于本发明保护的范围。

[0033] 在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“横向”、“纵向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对
本发明保护范围的限制。

[0034] 如背景技术中所描述的那样，现有技术中有一种微幅弹性振动抓取技术，该技术所形成的结构如图1所示，本文先结合图1对这种微幅弹性振动抓取技术进行详细的说明和
分析。

[0035] 该连续墙抓斗包括：机体a1、液压油缸a2、滑动机构a3、抓斗支座a9和抓斗体a6、a7，滑动机构a3设于机体a1的内部空间，并相对于机体a1能够在竖直方向上滑动，抓斗体
a6、a7铰接在抓斗支座a9上，并通过连杆a4、a10与滑动机构a3连接，滑动机构a3由液压油缸
a2进行驱动，抓斗体a6、a7、滑动机构a3和连杆a4、a10形成等效的曲柄－滑块机构，机体a1
与抓斗支座a9之间还设有弹性装置a11，机体a1、弹性装置a11和抓斗支座a9共同构成一微
幅弹性振动系统，使抓斗体a6、a7在连续墙抓斗施工时微幅摆动。另外，抓斗体a6、a7上还分
别设有限制抓斗体最大张开角度的限位块a5、a8。

[0036] 该连续墙抓斗主要通过在机架中增加弹性装置而形成微幅弹性振动系统，通过弹性装置产生微小幅度的周期性变化，进而引起抓斗体产生微小幅度的摆动，这种摆动实质
上是被动式的，并且其微振动的频率、幅值以及持续时间都很小，抓取效率虽然较未增加弹
性装置的结构有所提高，但是效果并不显著。另外，该连续墙抓斗中虽然提及弹性装置也可
以是至少一个主动弹性控制机构，例如电磁振荡器等，但是这只是提供了一种设想，具体地
如何在工程实践中应用并未涉及，也未形成工程中可实施的方案。

[0037] 基于以上问题，本发明提出一种可以使得抓斗体产生主动式的微幅振动或摆动的方案。如图2所示，为本发明液压抓斗一个实施例的结构示意图。该液压抓斗包括机体1、滑
动机构3、连杆4、10和抓斗体6、7，其中所述滑动机构3安装在所述机体1上，并能够相对于所
述机体1沿竖直方向上下运动，所述抓斗体6、7通过所述连杆4、10与所述滑动机构3连接，以
组成曲柄-滑块32结构，所述抓斗体6、7能够在所述滑动机构3的带动下绕所述抓斗体6、7与
所述机体1的固定点转动。该液压抓斗还包括主动微幅驱动机构2，所述主动微幅驱动机构2
能够对所述抓斗体6、7施加驱动力，以使所述抓斗体6、7产生主动的微幅振动或摆动。

[0038] 上述实施例通过设置主动微幅驱动机构，使得抓斗体能够通过主动微幅驱动机构的作用产生主动的微幅振动或摆动，在抓斗体准备侵入作业介质时，处于微幅振动或摆动
状态的抓斗体会将位于抓斗体左、右侧面的作业介质拨离，使得抓斗体的受力最大点始终
保持在抓斗体的齿尖处，现有结构的受力面积为抓斗体的斗齿左、右侧面以及齿尖，本发明
中抓斗体的受力面积只为齿尖，因此受力面积急剧减小，液压抓斗会在原来侵入深度的基
础上继续向下侵入，通过以上的受力对比可知，引入主动微幅驱动机构后，可以大大改善抓
斗体的斗齿处的受力状态，大幅增加液压抓斗在自重侵入阶段的侵入深度，进而提高整个
系统的抓取作业效率。通过主动微幅驱动机构使抓斗体产生主动式振动或摆动的方式，其
振动频率和幅值可以更大，持续时间可以更长，抓取效率提高显著。

[0039] 抓斗体6、7的具体结构如图3所示，具体包括构成斗身的弧形板61、中底板62、前底板63和相互平行的两个侧板64，在中底板62和前底板63上固接有多个斗齿65，在两个侧板
64上对应于前底板63的垂直方向的位置还可以分别固接两个边板66，还可以在两个侧板64
之间设置圆钢(图中未示出)，可以起到加强抓斗体强度的作用。两个侧板64上还可以分别
设有限制抓斗体最大张开角度的限位板67，限位板67可以和图2中的限位块5、8一起限制抓
斗体的最大张开角度，并且在卸料过程中实现磕料的作用。在抓斗体与抓斗支座的铰接孔
68(销轴孔)上还可以设置轴套和环板，用来加强销轴孔的强度，在抓斗体与连杆的铰接孔
69(销轴孔)上也可以设置轴套和环板，用来加强销轴孔的强度。

[0040] 在本发明的第一实施例中，如图2所示，所述主动微幅驱动机构2为振动装置，所述振动装置安装于所述机体1上，且与所述滑动机构3连接，所述振动装置用于驱动所述滑动
机构3运动，所述振动装置具有振动模式和非振动模式，在所述抓斗体6、7准备侵入作业介
质时，所述振动模式开启，所述振动装置通过使所述滑动机构3产生振动而带动所述连杆4、
10和所述抓斗体6、7产生微幅摆动。

[0041] 对于振动装置的控制，可根据实际需要进行灵活选择。比如，可以在抓斗体6、7准备侵入作业介质时，人为地将振动装置调节为振动模式；也可以设置控制器，在系统检测到
抓斗体6、7准备侵入作业介质时，控制振动装置自动进入振动模式等。对于设置有控制器的
方案，还可以在控制器中设置多种具有不同振动频率、振幅或持续时间的振动模式，以根据
实际需要进行选择，增强液压抓斗的适用性。

[0042] 优选地，所述振动装置为振动液压缸。该振动液压缸与滑动机构3连接，当抓斗体6、7准备侵入作业介质时，振动模式开启，振动液压缸可以使得由抓斗体6、7、滑动机构3和
连杆4、10所组成的曲柄－滑块机构也产生微幅振动，拨离位于抓斗体6、7侧面的作业介质，
使得抓斗体6、7的受力最大点始终保持在抓斗体6、7的齿尖处，增大液压抓斗的侵入深度，
提高液压抓斗在闭斗阶段的抓取量；当侵入阶段结束后，振动液压缸的工作模式可以由振
动模式更换为非振动模式，振动液压缸可以驱动滑动机构3沿竖直方向上下滑动，进而通过
连杆4、10带动抓斗体6、7绕其与机体1的连接固定点摆动，使抓斗体6、7完成闭斗动作，进而
完成介质的抓取作业。

[0043] 在本发明的第二实施例中，液压抓斗还包括抓斗支座9，所述抓斗体6、7铰接在所述抓斗支座9上，所述主动微幅驱动机构2包括运动件和驱动机构，所述运动件和所述驱动
机构设置于所述抓斗支座9上，所述运动件的外边缘与所述抓斗体6、7相互抵靠，并在所述
驱动机构的作用下对所述抓斗体6、7产生挤压，以驱动所述抓斗体6、7微幅摆动。

[0044] 该实施例中，通过运动件相对于抓斗体6、7的往复运动，使运动件对抓斗体6、7的挤压作用不断变化，进而使抓斗体6、7的张开角度微幅的增大或缩小，该过程可以使抓斗体
6、7将位于抓斗体6、7左、右侧面的作业介质拨离，使得抓斗体6、7的受力最大点始终保持在
抓斗体6、7的齿尖处，受力面积急剧减小，液压抓斗可以在原来侵入深度的基础上继续向下
侵入。

[0045] 在本实施例中，限位块5、8可以省略，运动件和驱动机构在实现抓斗体微幅摆动的同时，还可以替代限位块5、8的作用，节省了零件，减轻了自身重量，降低了制造成本。

[0046] 除了上述两种主动微幅驱动机构以外，其他凡是涉及到引入主动振动或摆动增加侵入深度进而提高抓取效率的方案均在本发明的保护范围内。

[0047] 运动件与驱动机构的具体运动方式可以有多种选择，只要运动件的运动能够使得抓斗体6、7的摆动角度产生微幅的变化即可。

[0048] 在一个具体的实施例中，如图6所示，所述运动件为凸轮34，所述驱动机构为液压马达，所述凸轮34的外边缘与所述抓斗体6、7相互抵靠，并在所述液压马达的驱动作用下旋
转。

[0049] 在另一个具体的实施例中，如图5所示，所述运动件为滑块32，所述驱动机构为液压缸33，所述滑块32的外边缘与所述抓斗体6、7相互抵靠，并在所述液压缸33的驱动作用下
运动。

[0050] 如图4所示，所述抓斗支座9上设有凹槽31，所述滑块32安装在所述凹槽31内，并沿所述凹槽31的长度方向运动。

[0051] 凹槽31的长度方向可以根据实际情况进行设置，比如所述凹槽31的长度方向为竖直方向，滑块32在所述凹槽31内沿竖直方向上下运动，如图5所示，当滑块32向下运动时，滑
块32对抓斗体6、7的挤压作用增大，抓斗体6、7相向运动，张开角度减小；当滑块32向上运动
时，滑块32对抓斗体6、7的挤压作用减小，抓斗体6、7反向运动，张开角度增大。当然，凹槽31也可以沿其他方向进行布置，然后通过转换机构将滑块32沿凹槽31长度方向的运动转换为
能够使得抓斗体6、7张开角度改变的方向即可。

[0052] 优选地，所述滑块32为圆形滑块，圆形滑块便于制造，由于圆形结构的对称性，也便于对抓斗体6、7张开角度大小的控制。

[0053] 以上各实施例中的液压抓斗可以应用于地下连续墙施工设备中。

[0054] 通过对本发明液压抓斗及地下连续墙施工设备的多个实施例的说明，可以看到本发明液压抓斗及地下连续墙施工设备实施例通过引入主动驱动机制，在自重侵入阶段，在
主动微幅驱动机构驱动下抓斗体产生微幅振动或摆动，可以改善斗齿受力状态，使得斗齿
的受力由原来主要集中于斗齿侧面而优化为主要集中于斗齿齿尖处，大大提升了液压抓斗
的初始侵入深度，进而提高了设备的抓取效率。

[0055] 最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然
可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发
明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。