一种仿蚁狮掘进抛沙机理的掘进机构

技术领域

本发明涉及掘进机构技术领域，特别是涉及一种仿蚁狮掘进抛沙机理的掘进机构。

背景技术

随着社会经济发展，城市地下空间的探测与利用离不开高效的地下掘进机构，同时掘进机是农田水利、建筑工程、矿山采掘、交通建设以及现代化军事工程等领域重要的施工机械，其挖掘阻力以及掘进装置的磨损，关系着机械寿命与施工作业效率。目前，用于地下施工的暗挖设备多采用旋钻方式掘进，存在行进过程掘进装置磨损严重、掘进效率低、震动和噪声较大等问题。

仿生学研究表明，蚁狮在掘进过程中主要是通过腹部、尾部的运动带动蚁狮进入土壤，再通过头部与颚部的运动将沙土抛开。同时，蚁狮的头部、颚部、腹部和尾部均分布有非光滑表面形态，因此，仿蚁狮的非光滑表面设计掘进机构的触土部位，并设计仿蚁狮运动特性的掘进机构的执行机构，从仿生学角度提升挖掘技术，实现灵活性强、掘进效率高的掘进工作，在科学研究、工程应用、军事领域均具有广泛的应用前景和实际工程意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种仿蚁狮掘进抛沙机理的掘进机构，以解决上述现有技术存在的问题，结构简单，功能实用，掘进阻力小且具有抗磨损能力。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种仿蚁狮掘进抛沙机理的掘进机构，包括工作台、液压缸支撑座、液压缸、钻筒、铲斗、法兰盘、轴承座和轴承座支撑座，所述钻筒固定在所述工作台上，所述钻筒的两侧对称设置有所述液压缸支撑座、液压缸、法兰盘、轴承座和轴承座支撑座；所述液压缸支撑座固定在所述工作台上，所述液压缸的缸座安装在所述液压缸支撑座上，液压缸的伸缩端与所述铲斗的一端相铰接；所述铲斗的外侧面安装有所述法兰盘，所述法兰盘通过轴承安装在所述轴承座上，所述轴承座固定在所述工作台顶面的轴承座支撑座上；所述钻筒内设置有一可伸缩的钻杆，通过液压系统控制所述钻杆伸缩。

优选地，所述液压缸支撑座与工作台通过螺钉进行定位。

优选地，所述液压缸支撑座与液压缸的缸座通过圆柱销连接，所述液压缸的伸缩杆通过铰链与所述铲斗的一端相铰接。

优选地，所述铲斗的外侧面与法兰盘通过12个螺钉进行固定。

优选地，所述轴承座支撑座的顶面通过两个螺钉与轴承座进行安装定位，并在轴承座支撑座的侧面通过两个紧定螺钉进行再次固定；所述轴承座支撑座通过螺钉安装在所述工作台的顶面。

优选地，所述铲斗的齿部采用非光滑表面设计。

优选地，所述钻杆通过液压油泵进行动力输出；掘进机构工作时钻杆伸出，不工作时钻杆收回。

优选地，所述钻杆的钻头表面采用非光滑表面。

本发明相对于现有技术取得了以下有益技术效果：

1)本发明有别于传统的大型掘进机构，有利于实施小型掘进作业。

2)本发明相比于传统的掘进机构，能够实现掘进和抛沙的一体化功能特性。

3)本发明采用仿生学原理，基于蚁狮关键触土以及运动部位的表面结构，引入仿蚁狮非光滑表面，减少该掘进机构入土及工作时的工作阻力，提高工作效率和使用寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为仿蚁狮掘进抛沙机理的掘进机构的结构示意图；

图2为掘进机构的俯视图中液压缸支撑座、液压缸和轴承座支撑座的零件分布位置图；

图3为掘进机构的俯视图中圆柱销和螺钉的零件分布位置图；

图4为掘进机构的俯视图中铰链、圆柱销和紧定螺钉的零件分布位置图；

图5为掘进机构的俯视图中螺钉、法兰盘和轴承座的零件分布位置图；

图6为铲斗的结构组成图；

图7为钻杆的结构组成图；

其中，1工作台、2液压缸支撑座、2-Ⅰ液压缸支撑座、2-Ⅱ液压缸支撑座、3圆柱销、3-Ⅰ圆柱销、3-Ⅱ圆柱销、4液压缸、4-Ⅰ液压缸、4-Ⅱ液压缸、5钻筒、6钻杆、6-Ⅱ钻头、7铰链、8圆柱销、8-Ⅰ圆柱销、8-Ⅱ圆柱销、9法兰盘、9-Ⅰ法兰盘、9-Ⅱ法兰盘、10螺钉、11铲斗、12紧定螺钉、12-Ⅰ紧定螺钉、12-Ⅱ紧定螺钉、12-Ⅲ紧定螺钉、12-Ⅳ紧定螺钉、13螺钉、13-Ⅰ螺钉、13-Ⅱ螺钉、13-Ⅲ螺钉、13-Ⅳ螺钉、14轴承座、14-Ⅰ轴承座、14-Ⅱ轴承座、15轴承座支撑座、15-Ⅰ轴承座支撑座、15-Ⅱ轴承座支撑座。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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。

本发明的目的是提供一种仿蚁狮掘进抛沙机理的掘进机构，以解决上述现有技术存在的问题，结构简单，功能实用，掘进阻力小且具有抗磨损能力。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1-图7所示，本实施例提供一种仿蚁狮掘进抛沙机理的小型掘进机构，包括足式行走平台的工作台1、液压缸支撑座2、圆柱销3、液压缸4、钻筒5、钻杆6、铰链7、圆柱销8、法兰盘9、螺钉10、铲斗11、紧定螺钉12、螺钉13、轴承座14、轴承座支撑座15。液压缸支撑座2与工作台1通过螺钉进行定位。液压缸支撑座2与液压缸4通过圆柱销3连接，上述液压缸4通过铰链7与铲斗11铰接，并通过圆柱销8进行定位。同时铲斗11与一对法兰盘9在每一侧通过12个螺钉10进行固定，以便于法兰盘9旋转时带动铲斗11进行抛沙动作。法兰盘9与轴承座14通过轴承进行连接。轴承座14与轴承座支撑座15通过两个螺钉13进行定位，并在两侧通过两个紧定螺钉12进行进一步固定。同时，轴承座支撑座15通过螺钉与工作台1进行定位。钻筒5与工作台1也通过螺钉进行定位。钻筒5内有一可伸缩的钻杆6，通过液压系统控制钻杆6的伸缩。

进一步地，如图2-图5所示，一对液压缸支撑座2分别为位于工作台1两侧进行对称设计及定位的液压缸支撑座2-Ⅰ和液压缸支撑座2-Ⅱ，一对液压缸4分别为位于工作台1两侧进行对称设计及定位的液压缸4-Ⅰ、液压缸4-Ⅱ，一对轴承座支撑座15分别为位于工作台1两侧进行对称设计及定位的轴承座支撑座15-Ⅰ，轴承座支撑座15-Ⅱ。

位于工作台1两侧进行对称设计及定位的一对圆柱销3分别为圆柱销3-Ⅰ、圆柱销3-Ⅱ，一对液压缸支撑座2中液压缸支撑座2-Ⅰ、液压缸支撑座2-Ⅱ分别与与液压缸4-Ⅰ、液压缸4-Ⅱ进行定位。螺钉13-Ⅰ、螺钉13-Ⅱ、螺钉13-Ⅲ、螺钉13-Ⅳ分别对轴承座14-Ⅰ、轴承座14-Ⅱ与轴承座支撑座15-Ⅰ、轴承座支撑座15-Ⅱ进行定位。两对紧定螺钉12-Ⅰ、紧定螺钉12-Ⅱ、紧定螺钉12-Ⅲ、紧定螺钉12-Ⅳ分别对轴承座14-Ⅰ、轴承座14-Ⅱ与轴承座支撑座15-Ⅰ、轴承座支撑座15-Ⅱ进行进一步地固定。一对铰链7-Ⅰ、铰链7-Ⅱ通过圆柱销8-Ⅰ、圆柱销8-Ⅱ与铲斗11进行铰接。一对法兰盘9-Ⅰ、法兰盘9-Ⅱ与铲斗11一侧通过12个螺钉进行固定。同时法兰盘9-Ⅰ、法兰盘9-Ⅱ与轴承座14-Ⅰ、轴承座14-Ⅱ通过轴承进行连接。

参阅图6，基于蚁狮的头部、颚部的非光滑表面形态，对铲斗11的齿部11-Ⅱ采用仿蚁狮非光滑表面设计，具有减粘脱附性能，耐磨损性强，效率高，是一种新型的耐磨损的高效铲斗。

参阅图7，可伸缩的钻杆6通过液压油泵进行动力输出，工作时伸出，不工作时收回，同时基于蚁狮掘进时腹部、尾部的生物学非光滑表面特征，基于蚁狮掘进时腹部、尾部的生物学非光滑表面特征，钻杆6的钻头6-Ⅱ表面采用非光滑表面，阻力小。

本发明的工作过程如下：

液压油泵带动钻筒5内部控制钻杆6伸缩的液压缸，完成钻杆6伸出与收入钻筒5的动作。在设备就位后，液压油泵带动钻筒5内部控制钻杆6伸缩的液压缸，完成钻杆6伸出动作，开始作业。在钻杆6完成沙土破碎作业后，收入钻筒5。同时，工作台1可以进行多方位的移动，使得旋钻面积变大，有利于向地下多方位、多角度的掘进，这种运动模式有利于减小整机的体积，提升其在狭小空间内作业的能力。同时，基于蚁狮掘进时腹部、尾部的生物学非光滑表面特征，钻杆6的钻头6-Ⅱ表面采用非光滑表面，阻力小。

对液压油泵驱动液压缸4进行动力输入，在法兰盘9和轴承座14的支撑下，通过铰链7和圆柱销8带动铲斗11做相应的往复上下行运动，完成取抛沙运动。当液压油泵驱动液压缸4做伸长运动时，铲斗11向下摆动完成取沙动作。当液压油泵驱动液压缸4做缩短运动时，铲斗11向上摆动完成抛沙动作。这种运动模式，有利于将已向下掘进过程中产生的碎土通过铲斗向外抛去，进一步强化掘进功能。同时，基于蚁狮抛沙关键部位头部、颚部的非光滑表面形态，对铲斗11的齿部采用仿蚁狮非光滑表面设计，具有减黏脱附性能，耐磨损性强，效率高等优势。

这种机构设计有利于减少掘进阻力、降低磨损、提高效率，能够实现掘进与抛沙的一体化。

需要说明的是，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。