一种水利工程斜坡自动铺沙装置及其方法

技术领域

本发明涉及水利工程技术领域，具体是涉及一种水利工程斜坡自动铺沙装置及其方法。

背景技术

水利工程是指防洪、排涝、灌溉、水力发电、引(供)水、滩涂治理、水土保持、水资源保护等各类工程，而在斜坡上，为了避免水土流失，需要在其上建造砖层，在地砖铺设前，需要先在基面上铺设沙层，再在沙层上铺设地砖，其中，沙层铺设需要均匀，否则会造成地砖空鼓，但是，现有铺沙方法通常采用人工调整，造成铺沙效率低，铺沙质量无法保证。

为此，中国专利申请CN115467214A公开了一种铺沙装置及自动铺沙控制方法，其在铺沙时，当控制系统接收到工作指令，匀沙滚轴开启工作，导料斗内的沙子经出沙口向外排出，控制系统通过重力传感器能够实时监测导料斗内沙子重量X，并测算出经导料斗的出沙口向外排出的出沙重量ΔX，并根据该出沙重量ΔX的大小下发控制指令至第一举升机构的推杆向外伸出，其伸长量为ΔL,ΔX与ΔL正相关，从而改变导料斗与机架水平方向的投影面之间的夹角α，直至当控制系统监测到导料斗内沙子重量X≤G2，G2被定义为导料斗的临界盛沙量，此时控制系统下发控制指令第一举升机构，所述推杆停止向外伸出，并保持静止，使导料斗内的沙子依靠自身重力，继续经由匀沙滚轴从出沙口均匀分散至基面，经t时间后，控制系统下发控制指令至第一举升机构的推杆向内回缩至初始位置，并关停匀沙滚轴。

中国专利申请CN115467214A所述的铺沙装置虽然能够保持匀速出沙，但是，在一些路况较差的地面上，特别是在斜坡上，路面上会有凹凸不平的情况，此时若仍匀速出沙，凸起处的沙层会明显高于凹陷处的沙层，进而出现沙层铺设厚薄不均的情况。

发明内容

针对上述问题，提供一种水利工程斜坡自动铺沙装置及其方法，通过机架、感应装置和控制装置解决了传统铺沙装置无法适应起伏路面的问题。

为解决现有技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种水利工程斜坡自动铺沙装置，包括机架，机架上安装有至少两个出沙筒，每个出沙筒处均设置有感应装置，感应装置包括第一安装架、第一直线驱动器和检测轮；第一安装架上安装有支撑座，第一直线驱动器安装在支撑座上，第一直线驱动器的驱动端安装有滑块；第二安装架上安装有伸缩杆和第一弹性件，第二安装架通过伸缩杆与滑块连接，第一弹性件的两端分别与第二安装架和滑块连接，检测轮转动安装在第二安装架上；机架上安装有用于控制出沙量的控制机构，控制机构与第二安装架传动连接。

优选的，第一直线驱动器与支撑座滑动配合，第一直线驱动器的外壁上设置有凸块，支撑座上安装有第二弹性件，第二弹性件的两端分别与支撑座和凸块连接；自动铺沙装置还包括避障机构，避障机构包括伸缩架、用于固定第一直线驱动器的锁止组件和用于驱动第一直线驱动器复位的复位组件；伸缩架滑动安装在第二安装架上，伸缩架上转动安装有避障轮；锁止组件包括锁止耳和弧形卡块，锁止耳安装在第一直线驱动器的外壁上，弧形卡块滑动安装在支撑座上，弧形卡块通过压缩弹簧与支撑座连接，伸缩架与弧形卡块传动连接；复位组件安装在支撑座上且其用于驱动第一直线驱动器复位。

优选的，复位组件包括第二直线驱动器和压块；第二直线驱动器安装在支撑座上，第二直线驱动器的驱动端与压块连接，压块位于凸块的正上方。

优选的，自动铺沙装置还包括用于传动连接伸缩架和弧形卡块的传动机构，传动机构包括控制组件，控制组件包括连接杆、安装座、滑动架、连接件、第一导轨和第二导轨；连接杆安装在伸缩架上和，连接杆与滑动架滑动连接且其与滑动架插接配合；安装座和连接件安装在机架上，滑动架滑动安装在安装座上；连接件包括固定轴和联动杆，固定轴安装在第二安装架上，联动杆套接在固定轴上；联动杆的两端分别与第一导轨和第二导轨滑动配合；第一导轨安装在支撑座上，第二导轨与弧形卡块连接。

优选的，传动机构还包括同步传动组件，滑动架设有两个，两个滑动架之间通过同步传动组件传动连接，同步传动组件包括第一齿条、第一旋转轴和第一旋转齿轮；第一齿条设置有两个，两个第一齿条分别安装在两个滑动架上；第一旋转轴转动安装在第二安装架上，第一旋转齿轮套接在第一旋转轴上，第一旋转齿轮与两个第一齿条均传动连接。

优选的，控制机构包括闸板、螺杆和用于传动连接螺杆和第二安装架的传动组件；闸板滑动安装在机架上且其与出沙筒滑动配合；螺杆转动安装在机架上且其与闸板螺纹连接。

优选的，传动组件包括第二旋转轴、第二旋转齿轮和第二齿条；第二旋转轴转动安装在机架上且其与螺杆传动连接；第二旋转齿轮套接在第二旋转轴上；第二齿条安装在第二安装架上，第二齿条与第二旋转齿轮传动连接。

优选的，机架上安装有第三旋转轴、刮板和旋转驱动器；第三旋转轴转动安装在机架上，刮板套接在第三旋转轴上，旋转驱动器的驱动端与第三旋转轴连接。

优选的，刮板上设置有用于拦截沙子限位条。

一种水利工程斜坡自动铺沙方法，包括以下步骤：S1，启动自动铺沙装置；S2，检测轮伸出，控制机构实时调节出沙筒的出沙速度；S3，完成沙层的铺设，关闭自动铺沙装置。

本发明相比较于现有技术的有益效果是：

1、本发明通过机架、感应装置和控制机构实现了实时感应路面凹凸情况的功能；达到根据地面起伏变化实时调节出沙速度的效果，继而降低地面凹凸变化对铺沙厚度的影响，解决了传统铺沙装置无法适应起伏路面的问题。

2、本发明通过伸缩架、锁止组件和复位组件实现了自动避障功能，达到在遇障后自动将第二安装架抬起的效果，避免伸缩杆直接与障碍物撞击而受损的情况。

3、本发明通过连接杆、安装座、滑动架、连接件、第一导轨和第二导轨实现了通过避障轮控制锁止组件的功能，达到避障轮受到撞击时自动解除锁止组件锁定的效果。

附图说明

图1是一种水利工程斜坡自动铺沙装置的立体示意图一；

图2是一种水利工程斜坡自动铺沙装置的立体示意图二；

图3是一种水利工程斜坡自动铺沙装置中感应装置、控制机构、避障机构和传动机构的立体示意图；

图4是一种水利工程斜坡自动铺沙装置中感应装置、控制机构、避障机构和传动机构在检测轮升起后的立体示意图；

图5是一种水利工程斜坡自动铺沙装置中感应装置、控制机构、避障机构和传动机构在检测轮升起后的侧视图；

图6是一种水利工程斜坡自动铺沙装置中感应装置和避障机构的立体示意图；

图7是一种水利工程斜坡自动铺沙装置中锁止组件和第一安装架的立体分解示意图；

图8是一种水利工程斜坡自动铺沙装置中传动机构的立体示意图；

图9是一种水利工程斜坡自动铺沙装置中控制机构立体示意图；

图10是图9中A处的局部放大示意图。

图中标号为：

1-机架；

11-出沙筒；

12-第三旋转轴；

13-刮板；131-限位条；

14-旋转驱动器；

15-挂钩；

2-感应装置；

21-第一安装架；211-支撑座；

22-第一直线驱动器；221-滑块；222-凸块；223-第二弹性件；

23-第二安装架；231-伸缩杆；232-第一弹性件；233-检测轮；

3-控制机构；

31-闸板；

32-螺杆；

33-传动组件；331-第二旋转轴；332-第二旋转齿轮；333-第二齿条；

34-连接组件；341-支架；342-传动轴；343-锥齿轮；344-蜗轮；345-蜗杆；346-套筒；347-同步带；

4-避障机构；

41-伸缩架；411-避障轮；

42-锁止组件；421-锁止耳；422-弧形卡块；423-封板；

43-复位组件；431-第二直线驱动器；432-压块；

5-传动机构；

51-控制组件；511-连接杆；512-第一安装座；513-滑动架；514-连接件；5141-固定轴；5142-联动杆；515-第一导轨；516-第二导轨；517-铰接座；

52-同步传动组件；521-第一齿条；522-第一旋转轴；523-第一旋转齿轮。

实施方式

为能进一步了解本发明的特征、技术手段以及所达到的具体目的、功能，下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

参照图1-图6：一种水利工程斜坡自动铺沙装置，包括机架1，机架1上安装有至少两个出沙筒11，每个出沙筒11处均设置有感应装置2，感应装置2包括第一安装架21、第一直线驱动器22和检测轮233；第一安装架21上安装有支撑座211，第一直线驱动器22安装在支撑座211上，第一直线驱动器22的驱动端安装有滑块221；第二安装架23上安装有伸缩杆231和第一弹性件232，第二安装架23通过伸缩杆231与滑块221连接，第一弹性件232的两端分别与第二安装架23和滑块221连接，检测轮233转动安装在第二安装架23上；机架1上安装有用于控制出沙量的控制机构3，控制机构3与第二安装架23传动连接。

本发明通过机架1、感应装置2和控制机构3实现了实时感应路面凹凸情况的功能；达到根据地面起伏变化实时调节出沙速度的效果，继而降低地面凹凸变化对铺沙厚度的影响，解决了传统铺沙装置无法适应起伏路面的问题。第一直线驱动器22优选为液压杆，液压杆与控制器电连接；机架1上安装有挂钩15，操作人员通过挂钩15将机架1与行走装置连接，并通过行走装置来移动自动铺沙装置，行走装置优选为履带车，履带车在图中未示出，第二安装架23在第一弹性件232的弹力作用下伸长，继而使得检测轮233与地面抵紧接触，随着自动铺沙装置的移动，检测轮233沿地面滚动，同时，随着地面的起伏，第一弹性件232受力压缩，伸缩杆231收缩，第二安装架23移动，进而通过控制机构3实时调节出沙筒11的出沙速度；同时在感应轮遇到地面起伏变化较大时，为了避免伸缩杆231与障碍物发生碰撞，操作人员能够通过控制器发送信号给第一直线驱动器22，第一直线驱动器22驱动滑块221向上移动，进而使得检测轮233能够与地面顺利接触，避免伸缩杆231与地面直接发生碰撞；本申请通过感应装置2实时感应地面起起伏变化，进而实时调节出沙速度，使得铺沙装置适应地面的起伏变化。

参照图1-图8：第一直线驱动器22与支撑座211滑动配合，第一直线驱动器22的外壁上设置有凸块222，支撑座211上安装有第二弹性件223，第二弹性件223的两端分别与支撑座211和凸块222连接；自动铺沙装置还包括避障机构4，避障机构4包括伸缩架41、用于固定第一直线驱动器22的锁止组件42和用于驱动第一直线驱动器22复位的复位组件43；伸缩架41滑动安装在第二安装架23上，伸缩架41上转动安装有避障轮411；锁止组件42包括锁止耳421和弧形卡块422，锁止耳421安装在第一直线驱动器22的外壁上，弧形卡块422滑动安装在支撑座211上，弧形卡块422通过压缩弹簧与支撑座211连接，伸缩架41与弧形卡块422传动连接；复位组件43安装在支撑座211上且其用于驱动第一直线驱动器22复位。

锁止组件42还包括封板423，封板423固定安装在支撑座211，所述压缩弹簧的两端分别与封板423和弧形卡块422。

本发明通过伸缩架41、锁止组件42和复位组件43实现了自动避障功能，达到在遇障后自动将第二安装架23抬起的效果，避免伸缩杆231直接与障碍物撞击而受损的情况；在铺沙装置启动后，随着机架1的移动，检测轮233随着地面的起伏而不断伸缩，进而通过控制机构3实时调节出沙筒11的出沙速度；而第二安装架23在遇到地面起伏变化较大或遇到障碍物时，避障轮411会先与障碍物接触，接着挤压避障轮411，使得伸缩架41沿连接件514滑动，伸缩架41克服压缩弹簧的弹力带动与其传动连接的弧形卡块422滑动进而使得弧形卡块422与锁止耳421分离，锁止组件42取消对第一直线驱动器22的移动限制，第一直线驱动器22在第二弹性件223的弹力作用下迅速向上移动，第一直线驱动器22带动滑块221和第二安装架23移动，第二安装架23带动检测轮233同步移动，避障轮411沿障碍物表面滚动，进而避免伸缩杆231与障碍物发生剧烈碰撞，提高自动铺沙装置的工作稳定性。

参照图3和图4：复位组件43包括第二直线驱动器431和压块432；第二直线驱动器431安装在支撑座211上，第二直线驱动器431的驱动端与压块432连接，压块432位于凸块222的正上方。

本发明通过第二直线驱动器431和压块432实现了驱动第一直线驱动器22复位的功能。第二安装架23在移动过程中遇到障碍物时，在避障轮411与障碍物接触后，锁止组件42取消对第一直线驱动器22的移动限制，在自动铺沙装置越过障碍物后，第二直线驱动器431驱动压块432下降，压块432在与凸块222接触后，将凸块222下压，凸块222带动第一直线驱动器22和安装在第一直线驱动器22上的锁止耳421下降，在锁止耳421与弧形卡块422接触后，挤压弧形卡块422的弧面，克服压缩弹簧的弹力驱动弧形卡块422收缩，且锁止耳421在越过弧形卡块422后，弧形卡块422在压缩弹簧的弹力作用下弹出，接着第二直线驱动器431驱动压块432复位，此时锁止耳421在弧形卡块422的抵接下被限制向上的移动，而此时第二弹性件223的弹力作用在第一直线驱动器22的凸块222上，将第一直线驱动器22向上顶起，对第一直线驱动器22施加竖直向上的预紧力，使得锁止耳421与弧形卡块422抵紧配合。

参照图1、图3、图4、图5、图7和图8：自动铺沙装置还包括用于传动连接伸缩架41和弧形卡块422的传动机构5，传动机构5包括控制组件51，控制组件51包括连接杆511、安装座、滑动架513、连接件514、第一导轨515和第二导轨516；连接杆511安装在伸缩架41上和，连接杆511与滑动架513滑动连接且其与滑动架513插接配合；安装座和连接件514安装在机架1上，滑动架513滑动安装在安装座上；连接件514包括固定轴5141和联动杆5142，固定轴5141安装在第二安装架23上，联动杆5142套接在固定轴5141上；联动杆5142的两端分别与第一导轨515和第二导轨516滑动配合；第一导轨515安装在支撑座211上，第二导轨516与弧形卡块422连接。

第一导轨515和第二导轨516均沿竖直方向延伸，联动杆5142的两端设置有轴体，两个轴体分别滑动安装在第一导轨515和第二导轨516上，因此，联动杆5142沿固定轴5141转动时，两个轴体分别沿第一导轨515和第二导轨516滑动，并推动第一导轨515和第二导轨516沿相反的方向移动，弧形卡块422的底部设置有铰接座517，且其与铰接座517铰接，铰接座517滑动安装在支撑座211上，第二导轨516与铰接座517连接。

本发明通过连接杆511、安装座、滑动架513、连接件514、第一导轨515和第二导轨516实现了通过避障轮411控制锁止组件42的功能，达到避障轮411受到撞击时自动解除锁止组件42锁定的效果。在避障轮411与障碍物接触时，避障轮411带动伸缩架41滑动，伸缩架41通过连接杆511带动滑动架513滑动，滑动架513带动第一导轨515移动，而第一导轨515与联动杆5142的一端滑动配合，在第一导轨515移动时，会拉动联动杆5142，使得联动杆5142沿固定轴5141旋转，进而通过联动杆5142推动第二导轨516，第二导轨516带动弧形卡块422移动，进而解除对第一直线驱动器22的移动限制，使得第一直线驱动器22在第二弹性件223的弹力作用下迅速上升，第一直线驱动器22带动第二安装架23迅速上升，避障轮411沿障碍物表面滚动，进而避免感应装置2受损。

参照图1、图4和图8：传动机构5还包括同步传动组件52，滑动架513设有两个，两个滑动架513之间通过同步传动组件52传动连接，同步传动组件52包括第一齿条521、第一旋转轴522和第一旋转齿轮523；第一齿条521设置有两个，两个第一齿条521分别安装在两个滑动架513上；第一旋转轴522转动安装在第二安装架23上，第一旋转齿轮523套接在第一旋转轴522上，第一旋转齿轮523与两个第一齿条521均传动连接。

本发明通过第一齿条521、第一旋转轴522和第一旋转齿轮523实现了同步且反向移动两个滑动架513的功能。由于避障轮411需安装在检测轮233的前方，从而先一步与障碍物接触，为此，仅设置有一个检测轮233，而第一直线驱动器22若仅通过一个凸块222和锁止组件42配合，会出现限制不稳定的情况，导致凸块222长时间受压过大而容易受损，为此，设置了两个凸块222，并通过两个锁止组件42与其配合，而避障轮411仅设有一个，为此，设置了同步传动组件52来实现对两个锁止组件42的同步控制，在避障轮411遇障后，避障轮411带动伸缩架41滑动，伸缩架41通过连接杆511带动其中一个滑动架513滑动，从而带动第一齿条521移动，第一齿条521移动时，会驱动与其传动连接的第一旋转齿轮523旋转，第一旋转齿轮523驱动与其传动连接的另一个第一齿条521移动，继而带动另一个滑动架513移动，并通过滑动架513、连接件514的配合驱动弧形卡块422移动，解除对两个凸块222移动的限制，第一直线驱动器22在第二弹性件223的弹力驱动下迅速上升，实现对感应装置2的保护效果。

参照图1、图3和图4：控制机构3包括闸板31、螺杆32和用于传动连接螺杆32和第二安装架23的传动组件33；闸板31滑动安装在机架1上且其与出沙筒11滑动配合；螺杆32转动安装在机架1上且其与闸板31螺纹连接。

本发明通过闸板31、螺杆32和传动组件33实现了控制出沙筒11出沙速度的功能。自动铺沙装置启动后，第二安装架23在第一弹性件232的弹力作用下向下伸出，继而使得检测轮233与地面抵紧接触，随着自动铺沙装置的移动，检测轮233沿地面滚动，同时，随着地面的起伏，第一弹性件232受力压缩，伸缩杆231收缩，第二安装架23沿竖直方向移动，并通过传动组件33的传动驱动螺杆32旋转，螺杆32驱动与其螺纹连接的闸板31移动，继而通过闸板31遮挡出沙筒11的部分通道，调整出沙筒11的出沙速度，提高斜坡沙层的平整度。

参照图1、图3、图4、图9和图10：传动组件33包括第二旋转轴331、第二旋转齿轮332和第二齿条333；第二旋转轴331转动安装在机架1上且其与螺杆32传动连接；第二旋转齿轮332套接在第二旋转轴331上；第二齿条333安装在第二安装架23上，第二齿条333与第二旋转齿轮332传动连接。

控制机构3还包括连接组件34，连接组件34还包括支架341、传动轴342、锥齿轮343、蜗轮344、蜗杆345、套筒346和同步带347，支架341安装在机架1上，传动轴342转动安装在支架341上，锥齿轮343设有两个，两个锥齿轮343分别套接在螺杆32和传动轴342上，两个锥齿轮343传动连接，蜗轮344套接在传动轴342上，蜗杆345转动安装在支架341上，蜗杆345与蜗轮344传动连接，套筒346设有两个，两个套筒346分别套接在蜗杆345和第二旋转轴331上，同步带347的两端分别套接在两个套筒346上。

本发明通过第二旋转齿轮332和第二齿条333实现了传动连接螺杆32和第二安装架23的功能，自动铺沙装置启动后，第二安装架23在第一弹性件232的弹力作用下向下伸出，继而使得检测轮233与地面抵紧接触，随着自动铺沙装置的移动，检测轮233沿地面滚动，同时，随着地面的起伏，第一弹性件232受力压缩，伸缩杆231收缩，第二安装架23沿竖直方向移动，进而带动第二齿条333移动，第二齿条333驱动与其传动连接的第二旋转齿轮332旋转，第二旋转齿轮332带动第二旋转轴331转动，第二旋转轴331通过套筒346和同步带347驱动蜗杆345转动，蜗杆345驱动与其传动连接的蜗轮344旋转，蜗轮344带动传动轴342旋转，传动轴342通过两个锥齿轮343的传动驱动螺杆32旋转，螺杆32驱动与其螺纹连接的闸板31移动，继而通过闸板31遮挡出沙筒11的部分通道，调整出沙筒11的出沙速度，提高斜坡沙层的平整度。

参照图1和图2：机架1上安装有第三旋转轴12、刮板13和旋转驱动器14；第三旋转轴12转动安装在机架1上，刮板13套接在第三旋转轴12上，旋转驱动器14的驱动端与第三旋转轴12连接。

本发明通过第三旋转轴12、刮板13和旋转驱动器14实现了刮平沙层的功能。旋转驱动器14优选为伺服电机，伺服电机与控制器电连接；操作人员在启动自动铺沙装置后，通过出沙筒11注沙，接着再通过控制器发送信号给旋转驱动器14，旋转驱动器14驱动第三旋转轴12旋转，第三旋转轴12带动刮板13转动，调整刮板13的角度，并通过刮板13将沙层刮平，提高沙层的平整度；通过将刮板13倾斜能够使将多余的沙层推至指定方向，进而控制多余沙子的堆积位置。

参照图2：刮板13上设置有用于拦截沙子限位条131。

本发明通过限位条131实现了避免沙子从一端溢出的功能。操作人员在启动自动铺沙装置后，通过出沙筒11进行出沙，同时通过刮板13将沙层刮平，而刮板13按照沙层的铺设方向倾斜设置，使得多余的沙子往未铺沙的方向溢出，并通过限位条131，避免沙子往已经铺沙完成的道路上溢出，进一步提高整体铺沙质量。

参照图1-图10：一种水利工程斜坡自动铺沙方法，包括以下步骤：S1，启动自动铺沙装置；S2，检测轮233伸出，控制机构3实时调节出沙筒11的出沙速度；S3，完成沙层的铺设，关闭自动铺沙装置。

以上实施例仅表达了本发明的一种或几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。