[实用新型]一种冻土施工挖掘装置

说明书

本实用新型公开了一种冻土施工挖掘装置，包括铲斗斗齿，铲斗斗齿活动安装在挖掘铲斗的前端，铲斗动臂及动臂油缸均设置在挖掘铲斗的后端，铲斗动臂的一端与挖掘铲斗转动连接，铲斗动臂的另一端与动臂油缸的一端转动连接，动臂油缸的另一端与挖掘铲斗转动连接；超声振动换能器安装在铲斗斗齿中，超声振动换能器与电源连接；本实用新型通过设置超声振动换能器，将液压机械与超声相结合，确保了在冻土切削方向保持足够大的振动功率，超声波在传播过程中与媒介相互作用会产生的热作用、机械作用、空化作用，可以极大降低土壤挖掘阻力；采用该挖掘装置挖掘时，土壤热融层面小，不会造成热融坍塌，且超声振动与机械挖掘同时进行，效率高，施工成本低。

技术领域

本实用新型属于土方挖掘设备技术领域，特别涉及一种冻土施工挖掘装置。

背景技术

冻土是指温度在0℃或0℃以下，并含有冰的各种岩石和土壤；冻土区别于常规融土的最本质的特征是冰的存在，即通常情况下融土是三相体系，而冻土是四相体系(气，液，土石，冰)。在我国青藏高原、西北高山和东北北部的大、小兴安岭及松嫩平原等地区分布着大片的多年冻土，而贺兰山至哀牢山一线以西的广大地区，以及此线以东，秦岭－淮河线以北地区是季节冻土区。

研究表明，在一定的温度范围内，冻土的快剪强度随着负温的降低而近似地成正比增大，因此在工程施工中，冻土对挖掘会产生极大的挖掘阻力：冻土层厚度小于0.25m时，推土机或中等动力的普通挖掘机可进行挖掘；冻土层厚度在0.3米以内，可以用拖拉机牵引的专用松土机破碎冻土层；冻土层厚度在0.4m内时，可以用大马力挖土机(斗容量≥1m³)；冻土层大于0.4m时，就需要用打桩机或炸药爆破进行破碎，或使用烟火烘烤、蒸汽融化或电热法融化冻土。

隧道开挖时，升温开挖极易导致热融坍塌，施工时需搭设保温棚减少太阳热辐射，耗用大量能源，施工费用高；冻土融化后要分段分层开挖，每段的大小应根据当天挖土的工程量划分，以免因间歇而使地基土重新冻结，施工时还需对洞温保持监测，工程量大，效率低。高原地区爆破开挖施工，需要在采用防水抗冻爆破器材及其他有关爆破器材(硝铵炸药、雷管、导爆索等)的同时保证爆破的准爆率，即需选定合适的一次爆破规模；爆破作业仍需要进行钻孔以进行装药，爆破作业后需要立即开挖施工防止热融后再次冻结，爆破工地周围有通讯、电力线路，输油管道，公路或其他应保护设施时，设计爆破需考虑爆破个别飞散物，爆破空气冲击波，爆破震动对这些设施和施工人员的安全影响；多年冻土地区的生态环境极其脆弱，一经破坏，难以恢复，有时甚至是不可逆的；70年代在风火山进行的试验工程中，由于缺乏经验，在钻爆作业前，试验路堑的地表草皮事先用推土机推除，造成了严重的融沉并形成泥流河，在坍滑位移和推挤作用下，部分地表鼓起成弹性波浪状，加上在大气降水(雨、雪、雹)的融、冻交替作用下，不仅施工困难，也破坏了原有生态环境。

实用新型内容

针对现有技术中存在的技术问题，本实用新型提供了一种冻土施工挖掘装置，以解决现有技术中冻土开挖难度较大的技术问题。

为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案为：

本实用新型提供了一种冻土施工挖掘装置，包括挖掘铲斗、铲斗斗齿、超声振动换能器、电源、铲斗动臂及动臂油缸；铲斗斗齿活动安装在挖掘铲斗的前端，铲斗动臂及动臂油缸均设置在挖掘铲斗的后端，铲斗动臂的一端与挖掘铲斗转动连接，铲斗动臂的另一端与动臂油缸的一端转动连接，动臂油缸的另一端与挖掘铲斗转动连接；超声振动换能器安装在铲斗斗齿中，超声振动换能器通过电缆线与电源连接。

进一步的，还包括压力传感器、主控电路及电源/超声波控制箱；压力传感器设置在铲斗斗齿上，压力传感器的输出端与主控电路的输入端连接，主控电路的输出端与电源/超声波控制箱的输入端连接，电源/超声波控制箱设置在电源与超声振动换能器之间。

进一步的，铲斗斗齿包括斗齿齿尖及斗齿本体，斗齿齿尖安装在斗齿本体的前端，斗齿本体的后端与挖掘铲斗的前端连接，超声振动换能器可拆卸安装在斗齿本体内，超声振动换能器的输出端与斗齿齿尖连接。