CN100548102C - 一种土壤作业方法及设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种土壤作业方法，包括以下步骤：通过支承装置将悬挂在至少一根支承缆绳上的土壤作业装置下放到土地中，然后利用支承缆绳将土壤作业装置从土地上升起，除了支承装置之外还设有保持框架，支承缆绳连接在所述保持框架上。本发明还涉及一种土壤作业设备。

Description

一种土壤作业方法及设备

技术领域

本发明涉及一种土壤作业方法，包括以下步骤：通过支承装置将悬挂在至少一根支承缆绳上的土壤作业装置下降到土地中，然后利用支承缆绳将土壤作业装置从土地升起。本发明还涉及一种带有土壤作业装置，如切割器，的土壤作业设备，所述土壤作业装置可通过支承装置上的至少一根支承缆绳放入土地中，清除土壤。

背景技术

所讨论类型的方法和设备可从德国专利41 19 212A1了解。该文献介绍了一种设计成沟壁切割器的土壤作业装置，所述沟壁切割器利用支承缆绳悬挂在车辆起重臂上。通过所述支承缆绳将沟壁切割器下降到土地中，同时形成切割沟槽，然后将沟壁切割器从产生的沟槽中升起。

德国专利41 41 629C2公开了另一种沟壁切割方法。在这种所谓的单相方法中，切割器沉降时切割沟槽由一种自硬化悬浮液支承，当切割器升起后悬浮液凝固到沟壁上。这种单相方法中，如果当切割器沉降时发生了不希望的延迟情况，悬浮液就有可能在沟壁切割器仍处于沟槽的时候产生局部硬化。于是必须施加相当高的拉力来提起沟壁切割器。这种沟壁切割器的支承装置必须具有比较复杂的结构。

德国专利39 05 453A1公开了另一种形成沟壁的方法。根据这种已知的方法，沟壁切割器首先切割出沟槽。在到达所要求的最终深度之后，通过分开其切割轮来增大沟壁切割器的切割宽度。然后升高沟壁切割器，同时切割沟槽侧壁。在这种已知的方法中，也必须施加较高的外力来提起沟壁切割器。因此，支承沟壁切割器的支承装置必须具有比较复杂的结构。

发明内容

本发明的目的是要提供一种土壤作业方法和带有土壤作业装置的设备，使得土壤作业装置的支承装置能够具有较为简单、经济的构造。

具体而言，本发明的第一方面提供一种进行土壤作业的方法，包括以下步骤：通过支承装置将悬挂在至少一根支承缆绳上的土壤作业装置下降到土地中，和然后利用所述支承缆绳将所述土壤作业装置从土地上升起，其中，除了所述支承装置之外还设有保持框架，所述支承缆绳连接在所述保持框架上，在下降和/或升起所述土壤作业装置时，缆绳张力的一部分通过所述保持框架传递到土地，土壤作业装置的张力被细分于支承装置和保持框架上，和当所述土壤作业装置下降时，所述保持框架放置到土地上，而当所述土壤作业装置从土地升起时，所述保持框架承载在所述土壤作业装置上并随其一起升高。

本发明的第二方面提供一种根据上述第一方面所述的方法对土壤进行作业的设备，其包括：土壤作业装置，所述土壤作业装置可通过支承装置上的至少一根支承缆绳下降到土地中，清除土壤，其中，除了所述支承装置之外还设有保持框架，且所述支承缆绳连接在所述保持框架上，因此至少在升起所述土壤作业装置时，所述张力的一部分通过所述保持框架传递到土壤，和所述土壤作业装置设有驱动装置，用来在升高所述土壤作业装置离开土地时驱动所述保持框架。

根据本发明的土壤作业方法的特征在于，除了支承装置之外还设有保持框架，支承缆绳连接在保持框架上，而且在下降和/或升高土壤作业装置时，缆绳张力的一部分通过保持框架传递到土壤中。

本发明的基本思想是，土壤作业装置不仅仅悬挂在支承装置上，而且还悬挂在额外设置的保持框架上。结果，土壤作业装置的张力支撑于支承装置和额外的保持框架上，从而减轻支承装置的负担。因此，能够以十分简单、经济的方式构建支承装置。

土壤作业装置原则上可以是任意一种改变土壤特性的装置，下降到土地中的沟渠或沟槽，然后又从那里提起。举例来说，土壤作业装置可以是一种切割装置、钻孔装置或悬浮液互换板，悬浮液互换板可以放入沟槽进行不同类型悬浮液的互换。支承装置可以是起重机或施工车辆。

根据本发明，土壤作业装置通过支承缆绳抗拉地连接至支承装置和保持框架。因此支承缆绳在土壤作业装置上沿沟槽至土壤表面延伸至少两次。与已知的将土壤作业装置直接悬挂在支承缆绳上的方式不同，在这种双线穿索方法中，支承装置只承载一半拉力，其余拉力通过保持框架由土地支承。拉力主要由土壤作业装置的重量以及土壤作业工具在土壤中的进给力，尤其是切割轮的周向力形成。如果土壤作业在土壤作业装置升高时进行，即在升高过程中必须施加土壤作业工具进给力时，本发明的方法尤其适用。在这种情况下，进给力叠加到切割器重力上，而不是只由重力施提供拉力。除了双线穿索方法之外，本发明的支承缆绳还可以采用多线穿索方法。

为了减轻支承装置的负担，保持框架与所述支承装置适当地隔开，即保持框架与土壤作业装置之间的连接仅仅由支承缆绳以及可选的控制线和供应管线承担。支承装置上还可以设有沉降装置，用于将保持框架放置到地面上。保持框架与支承装置连接，所述连接最好是柔性的，即非刚性的，因此所述连接不会传递土壤作业装置的任何拉力。

为了能够有效地通过保持框架将力传递到土壤中，保持框架最好直接放置在土壤或土地表面上，并可以选择性地使用土壤锚定器。力的传递可以进一步改进，若将保持框架放置在凝固的硬化基体上，比如放置在硬化的主面，即沟壁的主薄层上。保持框架也可以称作沉降、辅助和/或储备框架，最好位于沟渠或沟槽的上缘附近，并且最好完全围绕土地沟槽的开口。辅助框架还可以用来引导土壤作业装置，尤其是在土壤作业装置放到土地上时。

原则上，支承缆绳可以不同的方式连接到保持框架。因此，在保持框架上可以设有至少一个引导支承缆绳的导向轮。在这种情况下，支承缆绳以可移动的方式即自由方式连接到保持框架。如果支承缆绳设有三个或多个土壤作业装置的挤出夹带件，这将是十分有利的。然后最好能够将支承缆绳的端部以抗拉方式固定到土壤作业装置。然而，将支承缆绳的端部以抗拉方式固定到保持框架更为有利。为此，支承缆绳的末端可以设有环圈，用于套在保持框架的销栓上。或者，支承缆绳还可以卷绕到设于保持框架的缆绳卷筒上。缆绳端部与保持框架的固定还可以结合土壤作业装置的双线穿索方法，这样能够大大降低生产成本。

根据本发明，支承缆绳在土壤作业装置上可自由引导，因此只需一个绞盘机构就能够下降和升起土壤作业装置，该绞盘机构具体设置在支承装置上。为了减少支承缆绳的磨损，土壤作业装置最好通过至少一个位于装置上的导向轮悬挂于支承缆绳。土壤作业装置还可以设有若干个导向轮，用于引导多根支承缆绳。

根据本发明方法的一个显著改进方面，当土壤作业装置下降时保持框架放置到土壤表面上，而当土壤作业装置从土地上升高时，保持框架随所述土壤作业装置一起升高。因此，若土壤作业装置处于土地以外的升起状态下，保持框架与土壤作业装置直接相连。然后可以通过支承装置使保持框架与土壤作业装置一起移动和定位，因此保持框架无需额外的支承装置。然而，当土壤作业装置下降时，其上的保持框架放置到土地表面上，如果土壤作业装置在土地中进一步下沉，保持框架留在那里。以后当土壤作业装置从土地上升高时，保持框架又承载在所述装置上随其一起移动。为了实现这个实施例，土壤作业装置最好具有驱动装置，在拉动土壤作业装置经过保持框架时，保持框架固定在土壤作业装置上。由于在这一实施例中保持框架不需要有单独的支承装置，所以能够进一步降低成本。

土壤作业装置在土地中的土壤作业截面最好可改变，尤其是在所述装置升起之前。为此，切割轮或其它土壤作业工具能够在土壤作业装置上移动。在此实施例中，最好只是在升高土壤作业装置时对土壤进行作业如进行切割。由于土壤作业装置悬挂在支承装置和保持框架上，所以在本发明的方法中，这一实施例所产生的拉力能够被很好地吸收。通过适当地选择土壤作业截面，能够将土壤作业装置初始下放到已经形成的沟渠中，不对土壤进行作业。

将土壤作业装置构造成切割器也是十分有利的，比如可以切割土地沟槽的侧壁。可以在整个宽度或只是所述宽度的一部分上，进行侧壁切割并成形。根据本发明，这使得土地中的沟槽能够具有各种形状。

根据所述方法的另一优选实施例，土壤作业装置可放入二次沟槽中，二次沟槽靠近至少一个硬化的主面，比如靠近两个硬化的主面，且主面被部分切割，比如由土壤作业装置进行的成形。根据这一实施例，在第一次作业时首先在土壤中形成主沟槽并加入可硬化的悬浮液，悬浮液硬化后形成主面，也可以被称作沟壁薄层。然后在土壤中形成二次沟槽，其靠近主面，如位于两个硬化的主面之间。为了形成连续的沟壁，二次沟槽中也可以加入可硬化的悬浮液并进行硬化。由于本发明在形成二次沟槽时对主面进行部分切割，所以主面的接触面上存在的悬浮液结块、粘土和/或其它不均匀物质能够被除去，因而可以形成十分密实的沟壁。在形成二次沟槽时，可以在至少一个最好两个主面中进行切割，因此提高了主面与二次沟槽中所要形成的次面之间的连接密封性。根据这一优选实施例，对主面和次面之间的连接区进行了作业，所以这种方法也可以称作接合切割法，而所使用的土壤作业装置可以称作接合切割器。土壤作业装置放入其中的二次沟槽可以用现有的土壤作业装置或另一个沟壁作业装置形成。

本发明设备的一个基本思想是，除了支承装置之外还设有保持框架，且支承缆绳连接在保持框架上，因此至少在土壤作业装置升起时，一部分拉力通过保持框架传递到土壤中。本发明的设备尤其适合于实施本发明的方法，从而上面结合所述方法介绍的各项优点得以实现。

原则上可以将支承缆绳的端部直接固定于保持框架。为此，可以在缆绳端部设置圆环，用于套在保持框架的挂钩或销栓上。在这种情况下，支承缆绳相对保持框架的长度是固定的，自由缆绳长度只由支承装置上的绞盘机构确定。然而，保持框架最好具有至少一个从动缆绳卷筒，以卷绕支承缆绳。在这种情况下，通过转动保持框架上的缆绳卷筒能够改变自由缆绳长度。这一实施例对于土壤作业装置要下降到很深位置的情况尤其有利。当土壤作业装置升起时，支承缆绳可以由保持框架上的缆绳卷筒和支承装置上的绞盘机构接纳，因此能够使用接纳容量较为有限的绞盘机构以降低成本。通过保持框架上的缆绳卷筒以及绞盘机构的同时工作，可以产生很高的拉力。如果设有缆绳卷筒，可以将支承缆绳的端部适当固定在所述卷筒上。

本发明设备的一个尤其有用的改进之处涉及土壤作业装置上设有驱动装置，用于土壤作业装置从土地上升起时驱动保持框架。结果，如结合上述方法所介绍的，当土壤作业装置下降时保持框架放置到土壤表面，而当土壤作业装置从土地上升起时保持框架承载在所述装置上并随其一起升高。该驱动装置可以包含至少一个挡块，对应于保持框架的相应挡块。

根据本发明，保持框架具有开口，以接收和/或引导土壤作业装置。土壤作业装置从土地上升起时穿过该开口，而当进一步升高时带起保持框架。在将土壤作业装置与保持框架一起放置在土地上之后，该开口在土壤作业装置进一步下沉时能够引导土壤作业装置。为此，开口的内截面最好大致对应于土壤作业装置尤其是其切割框架的外截面。

为了能够十分简单地切割沟槽侧壁，尤其是切割相邻的主面，土壤作业装置最好具有至少两个以旋转方式安装的切割轮，而且带有能够调节两个切割轮的旋转轴线间距的调节装置。两个切割轮旋转轴线的方向至少应大致平行。调节装置可以包括肘节连杆机构。

土壤作业装置和/或保持框架最好相对支承缆绳导向[件具有镜面对称的结构，其对称平面最好大致上平行于切割轮的旋转轴线。最好有两根支承缆绳，以同样的方式在土壤作业装置和保持框架上引导。然而，也可以只有单根支承缆绳，其两端在土壤作业装置和/或保持框架上，而缆绳中心位于支承装置上。所述至少一根支承缆绳最好在对称平面外延伸。

附图说明

下面将参照优选实施例和示意性附图更加详细地介绍本发明，附图中：

图1是根据第一个实施例的土壤作业设备的前视图，带有升高的设置成切割器的土壤作业装置；

图2是图1设备的侧视图；

图3是图1设备的保持框架的前视图，其中切割器已下降；

图4是图1设备的切割器的前视图；

图5是图1设备的切割器的侧视图；

图6是根据第二实施例的土壤作业设备的前视图，带有升高的设置成切割器的土壤作业装置；

图7是图6的设备的侧视图；

图8是图6设备的保持框架的前视图，其中切割器已下降；

图9是图6的切割器的前视图；

图10是图6的设备的平面图；

图11至14示出了实施土壤作业方法的不同阶段；和

图15和16示出了设置成切割器的不同土壤作业装置的切割截面。

附图中，作用相同的部件用相同的标号表示。

具体实施方式

图1至5示出了土壤作业设备的第一个实施例。这种设备包括支承装置70，切割器20形式的土壤作业装置用两根支承缆绳4、4′悬挂在支承装置70上。支承装置具有起重臂72，其可枢轴转动地安装在施工车辆73上。为了操作支承缆绳4、4′，支承车辆载有绞盘机构，包括两个缆绳绞盘74、74′，其中缆绳绞盘74′只是以虚线形式示出。沿起重臂72将支承缆绳4、4′从缆绳绞盘74、74′引导至位于起重臂72顶端的导向轮76。支承缆绳4、4′绕过导向轮76沿起重臂72延伸至切割器20。绞盘机构的支承缆绳4、4′连接在支承装置70。

切割器20具有切割框架22，在其下部的同一高度安装有两个旋转轴线相互平行的导向轮24、24′。基本沿竖直方向从支承装置70的导向轮76向下延伸的支承缆绳4、4′绕过所述导向轮24、24′。支承缆绳4、4′在切割框架22的导向轮24、24′上向上返回到保持框架10，并将末端固定。为此，支承缆绳4、4′的端部设有环圈54，用于套在保持框架10上部的螺栓55上。

从图1和2可以看出，当切割器20的切割框架22从土地升起时保持框架10随其一起升高。为此，切割器20在切割框架22的下部设有驱动装置，带有与保持框架10上的挡块对应的挡块。然而，在切割器20下沉时，如果以图3所示的方式将切割器20下降到土地的沟槽80中，保持框架10会支承在土壤表面，保留在沟槽80上缘附近的土地上。由于支承缆绳4、4′固定在支承装置70和保持框架10上，所以一旦保持框架10位于土地上，切割器20的拉力大约有一半被保持框架10吸收。结果切割器20下降和上升时，支承缆绳4、4′中的张力以及支承装置70，尤其是缆绳绞盘74、74′，的负载减小。

保持框架10是笼形的并在中心设有开口11，以接纳切割框架22。切割框架22和开口11都具有矩形截面。保持框架10具有独立的网格支撑件58，包围处于抽出状态的切割器20。此外，保持框架10上侧有两个凸块59，设有固定支承缆绳4、4′的螺栓55。为了防止穿过开口11的支承缆绳4、4′在沟槽80侧壁上产生摩擦，带有螺栓55的凸块59突出到沟槽80的截面中。

切割框架22具有倒转的U形外框36，其支臂由水平撑38、39以及斜撑37支撑。切割框架22在斜撑37的底部具有水平支承件25，其端部安装有两个导向轮24、24′。在外框36的支臂外侧以及切割框架22的前面设有平直导向件34，它们沿切割框架22竖直延伸并将切割框架22支承在沟槽80的侧壁上。

切割器20具有两个切割轮组41、41′，以旋转方式安装在平行的旋转轴43、43′上。切割轮组41、41′具有成对的切割轮的结构，每个切割轮组包括两个独立的切割轮48、49。切割轮组41′的独立切割轮48、49安装在其间的托架46′上。类似地，切割轮组41的独立切割轮设置在托架46上。为了旋转驱动切割轮组41、41′，托架46、46′分别设有液压驱动装置47。利用所述液压驱动装置47，最好使切割轮41、41′沿相反的旋转方向D、D′转动，且在前视图中左侧切割轮41沿顺时针方向旋转，右侧切割轮41′沿反时针方向旋转。然而，旋转方向倒过来也是可以的。

托架46、46′可枢轴转动地安装在切割框架22的下水平撑39上。两个托架46、46′的枢轴至少大致上是平行的。枢轴还至少大致上平行于切割轮组41、41′的旋转轴43、43′以及导向轮24、24′的旋转轴。借助于调节装置，切割器20上带有切割轮组41、41′的托架46、46′可枢轴转动即展开，因此切割轮组41、41′的切割截面是可以变化的。具体地，切割轮组41、41′能够展开，突出到切割框架22的导向件34以外，因此当升高时切割器可作用在与导向件34接合的沟槽80侧壁上。

调节装置包含肘节连杆机构，带有两个同样长度的连杆28、28′。连杆28的一端可枢轴转动地安装在托架46上，其枢轴至少大致上平行于切割框架22托架46的枢轴。连杆28′的一端以同样方式安装在托架46′上。连杆28、28′的另一端在接头29处相互连接。所述接头29的轴线至少大致上平行于切割框架22托架46、46′的枢轴。

所述调节装置还包括沿竖直方向设置的液压缸26，其一侧安装在切割框架22的撑杆39，而另一侧安装在接头29上。如果所述液压缸26工作并伸长，那么接头29向下运动而托架46、46′通过连杆28、28′展开或扩大。

切割器20和保持框架10基本上以镜面对称方式构造，其对称平面31竖直延伸并垂直于图1的图纸平面。为了向液压驱动装置47、液压缸26以及可选设置在切割器20上的其它液压工作装置提供动力，土壤作业设备具有从起重臂72的顶端延伸至切割器20的供应管线77。

土壤作业设备的另一个实施例在图6-10中示出。所示实施例与图1至5中的实施例不同之处在于，支承缆绳4、4′不是直接固定在保持框架10上。相反地，图6至10的保持框架10的上侧具有第一缆绳卷筒14和第二缆绳卷筒14′，分别卷绕支承缆绳4或4′。缆绳卷筒14、14′的旋转轴至少大致上平行于导向轮24、24′的旋转轴。每个缆绳卷筒14、14′包括未在图中示出的驱动马达。如果在很深的沟槽中作业必须使用很长的支承缆绳4、4′时，缆绳卷筒14、14′尤其有用。

此外，图6所示实施例的土壤作业设备与上文中介绍的实施例不同，因为切割框架22设有液压进给缸23，使得支承缆绳4、4′的两个导向轮24、24′能够在切割框架22上沿竖直方向移动。通过操作所述液压进给缸23，可以改变切割器20上的导向轮24、24′的竖直位置，因此即使在固定的支承缆绳4、4′的情况下，也可以改变切割轮41、41′的切割深度。

为了移动导向轮24、24′，液压进给缸23的端部设有三角形支承件63，上面安装有导向轮24、24′。为了保护液压给进缸23，两个可伸缩的套管64包围液压缸，其中一个套管安装在三角形支承件63，另一个套管安装在切割框架22上。

图11至14示出了土壤作业方法的步骤。在图11所示第一个步骤中，切割器20放入两个硬化的沟壁主面81、81′之间的沟槽80中。现有沟槽80可以由切割器20或另一个沟壁作业装置形成。当切割器20放入沟槽80中时，保持框架10留在沟槽80上缘附近的地面上。支承缆绳4、4′分别以双线形式穿过切割器20，且其一端安装在保持框架10，因此所述保持框架10吸纳切割器20的一半拉力。为了避免过于复杂，保持框架10未在图12至14中示出。

切割器20在沟槽80中下降时，切割轮组41、41′处于缩进状态。在缩进状态下，切割轮组41、41′的切割截面位于沟槽80和切割框架22的截面之内。因此，在切割器20下降时，切割轮组41、41′不会从沟槽80侧壁上清除材料。

切割器20已经下降到沟槽80底部之后，通过带有肘节连杆机构的调节装置使切割轮41、41′转动沿相反方向展开。结果，切割轮组41、41′进入沟槽80的两个端壁79中。该状态在图12中示出。

如图13所示，切割器20此时升高，自下而上切割沟槽80的端壁79。展开的切割轮组41、41′升高所产生的较高拉力一部分由保持框架10吸收。为了形成不透水的沟壁，切割轮41、41′切割部分的主面81、81′。

切割时产生的土壤物质由于重力作用落到切割器20下面的沟槽80底部。其后可以用抓斗将土壤清除。在这种情况下，切割下的土壤物质不必吸走或抽走。因此，对于切割下的土壤物质，切割器20不设泵送机构。

如果只需在沟槽80总深度的一部分过度切割端壁，按照图14中所示的方式，切割轮41、41′可以在狭槽80内重新靠拢，然后可以升高切割器20而不会对沟槽80的侧壁产生任何作用。

图15和16示出了可以在土壤作业方法使用的不同切割截面。为了形成不透水的沟壁，可以只对沟槽80的端壁79总宽度的一部分进行切割并成形。为此，切割轮41、41′最好设置成其宽度小于端壁79的宽度。

Claims (12)

1.一种进行土壤作业的方法，包括以下步骤：

通过支承装置将悬挂在至少一根支承缆绳上的土壤作业装置下降到土地中，和

然后利用所述支承缆绳将所述土壤作业装置从土地上升起，

其中，

除了所述支承装置之外还设有保持框架，

所述支承缆绳连接在所述保持框架上，

在下降和/或升起所述土壤作业装置时，缆绳张力的一部分通过所述保持框架传递到土地，

土壤作业装置的张力被细分于支承装置和保持框架上，和

当所述土壤作业装置下降时，所述保持框架放置到土地上，而当所述土壤作业装置从土地升起时，所述保持框架承载在所述土壤作业装置上并随其一起升高。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述支承缆绳的端部以抗拉方式固定到所述保持框架。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述土壤作业装置通过至少一个位于所述土壤作业装置上的导向轮悬挂于所述支承缆绳。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述土壤作业装置升起之前，所述土壤作业装置在土地中的土壤作业截面可以改变。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述土壤作业装置设置成切割器，用来切割土地沟槽的侧壁。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述土壤作业装置放入二次沟槽中，所述二次沟槽靠近至少一个硬化的主面，其中所述主面被所述土壤作业装置部分地切割成形。

7.一种根据权利要求1所述的方法对土壤进行作业的设备，包括有：

土壤作业装置，所述土壤作业装置可通过支承装置上的至少一根支承缆绳下降到土地中，清除土壤，

其中，除了所述支承装置之外还设有保持框架，且

所述支承缆绳连接在所述保持框架上，因此至少在升起所述土壤作业装置时，所述张力的一部分通过所述保持框架传递到土壤，和

所述土壤作业装置设有驱动装置，用来在升高所述土壤作业装置离开土地时驱动所述保持框架。

8.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，所述土壤作业装置为一切割器。

9.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，所述保持框架具有至少一个从动缆绳卷筒，用来缠绕所述支承缆绳。

10.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，所述保持框架设有开口，可接收和/或引导所述土壤作业装置。

11.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，所述土壤作业装置具有至少两个以可旋转方式安装的切割轮，以及调节两个切割轮的转轴间距的调节装置。

12.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，所述土壤作业装置或所述保持框架相对支承缆绳导向件以镜面对称方式设置，其对称平面平行于所述切割轮的旋转轴线延伸。

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