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一种挖掘机和一种采沙船
    【技术领域】

    本发明一种挖掘机和一种采沙船涉及水下开采沙砾料，行业称“船采工艺”，也有称“水采”。

    背景技术

    《河道采砂与管理》一书(中国水利水电出版社2006年9月第一版，王金生编著，第62页至第65页)对河道采砂及机械设备有如下的叙述。编著者认为，河道砂石是构成河床的基本物质，在河道中采砂可出于诸如整修堤防进行的吹填固基、整治河道和航道及取排水口、取土造地、经营建筑用砂石料、淘取金属或非金属物质等目的。按采砂作业是否涉水可分为水采和旱采。水采通常是指使用有动力装置的行驶能力的采砂船或在无行驶能力的囤船上安装抓斗等起吊设备，采挖水下砂石。而采砂船(也有称挖泥船)，一般具有破土、挖掘、提升、输送等功能，是集土方挖掘、施工各个工艺环节于一身的土方施工机械。根据其工作原理和输送方式，可将其分为机械式和水力式两大类。机械式采砂船可分为抓斗式、链斗式、铲斗式等形式，其特点是利用泥斗在水下直接挖泥砂、提升，完成水下挖泥砂过程。链斗式挖泥船的典型结构是有一条由泥斗(也称沙斗)和链节(也称链板)组成的斗链，斗链缠绕在斗桥的上下导轮之间，上导轮(也称主动轮)与驱动系统相连，下导轮(也称转向轮)用铰车通过缆索悬吊，控制斗链下端的高度以控制开挖深度。挖泥作业时斗链在上导轮的动力驱动下，在水下连续完成切土、装泥、提升工艺过程。泥斗在转过斗桥上导轮转而向下时，斗中的泥沙因自重而卸入斗桥上导轮下方的皮带输送机上，继而被送入泥驳或被直接抛到岸上的卸泥地点。对此，中国发明专利申请(申请号99118793.8)公开说明书中，提出名为潜水型挖泥龙的水下挖泥机。其技术方案是：该机是圆筒状多节联接的封闭式固体输送机械，各节构造相同，仅第一节前面接插一个钻花式的挖泥龙头，其作用是将河床上沉积的泥沙挖松和水挤入输送管，管中的螺旋片转动，将泥沙一节接一节地从挖取处送到放置处(指岸边堤上)，其目的是修建大堤。其挖泥龙头和螺旋片的动力是由第一节中的电机提供，并且通过齿轮传动还带动节外的蠕动轮，使龙头机身向前蠕动。该方案中未采用液压装置，另外若碰到砾石之类似乎会出卡住的技术问题。另外，再返回到链斗式挖沙机去分析，链斗式挖沙机其挖沙和输送过程由同一动力源驱动，远距离的力传递不得不加大驱动动力与沙斗、链板的强度和重量。链斗式挖沙机的结构特点和工作原理决定了有3项缺点：1、沙斗挖沙时，作用力由主动轮经链块传递到水下沙面，距离远、功率损耗大；2、沙斗容量小；3、链块和沙斗自重大，转速慢，生产效率低。

    【发明内容】

    针对潜水型挖泥龙和链斗式挖沙船的缺点，本发明公开一种挖掘机和一种采沙船，其目的是为了避免过多的机械传动和远距离的动力传递，增强挖沙功率，加大输送容量和提高输送速度，实现提高生产效率。本发明的技术方案是：不用沙斗，把现有技术沙斗具有的挖沙和运沙二项功能分别由本发明一种挖掘机即挖沙摆轮和输送链带所替代。挖沙摆轮安装在输送链带的前端，输送链带紧接在挖沙摆轮之后，另一端安装在船体机架上。挖沙摆轮圆筒状壳体内装有摆动式液压缸驱动，摆动式液压缸其传动轴为正反回转并输出转矩，带动挖沙摆轮壳体及挖沙板作顺反向扇形摆动，把沙石挖松掏空，使高处沙石倒塌滑落，输送链带接住倒塌的沙石不断地向水面上输送。输送链带可选择带附件的滚子链，其上铺有条形刚性面板以承运沙石，链条缠绕啮合于主动轮和转向轮间，在有挡墙的输送架槽中转动，实现采沙全过程。为有助于输送链带承运更多的砂砾料，在挖沙摆轮上方的输送架上安装有一个上料轮，其数个轮片经液压传动可以向输送方向旋转。在挖沙摆轮的后方，输送架的下方两边各设置有一个调角油缸，其伸缩可调整挖沙摆轮的挖沙角度。本发明相比现有链斗式挖沙船技术具有如下优点：1、挖沙与输送有分工，解决了挖沙动力远距离传递问题，克服了功率损耗大的缺点。挖沙摆轮由液压缸直接驱动功率大、动力强劲。2、由于采用了带附件的滚子链做输送链带和具有挡墙的槽形输送承载设计，所以输送链带具有承载空间大、调速范围广、输送能力强的优点。3、本发明的应用改变了现有链斗式挖沙船由表及里、由浅入深的挖沙原理，实现了挖沙摆轮钻入沙石深层，把底下沙石挖松掏空，高处沙石坍塌滑落，输送链带承载输送的“地龙式”的挖沙原理，极大地提高了生产效率。在相同功率的前提下，与现有链斗式挖沙船相比可提高生产效率5-10倍。4、采用了液压技术，整机结构简单、紧凑，可实现无级变速，操作更加方便，便于实现自动化控制。

    【附图说明】

    图1为本发明一种采沙船的结构图。

    图2为图1“本发明一种采沙船的结构图”中A-A处输送链带的剖视图。

    图3为本发明一种挖掘机即挖沙摆轮的构造图。其中C-C为挖沙摆轮的正视图，B-B为挖沙摆轮的左视剖视图。

    图4为本发明一种挖掘机即挖沙摆轮的工作原理图。其中(a)为挖沙摆轮在开挖前初始状态图；(b)为挖沙摆轮挖沙板打开30°状态图；(c)为挖沙摆轮挖沙板打开75°状态图；(d)为挖沙摆轮旋转210°后到达终点位置状态图。

    【具体实施方式】

    下面结合附图进一步展开说明。首先从图1、图2可以看出本发明一种采沙船的基本结构。输送架8左右两边各一根大槽钢作主干，二根小槽钢紧贴焊接在大槽钢上面，用于加大主干强度和作为输送挡墙，输送架上下各有一组(二片)链轮，上端固定在船体14机架13上的为主动轮12，下端为转向轮7。链条9是采用带附件的滚子链，在附件上铺上条状刚性面板10用于承载沙石，链条啮合于两组链轮间，在挡墙11中间运转，使输送链带成槽状，具有较大的承载空间。挖沙摆轮4安装在输送架的下端，由轴梢2将摆轮架3与输送架连接。输送架下面摆轮架的后部左右分别装有一调角油缸1，调角油缸伸缩可调整摆轮架的垂直角度，控制挖沙深度。在挖沙摆轮上方安装了一个上料轮5，由上料轮架6固定在输送架前端，用于辅助向输送链带上料。再从图3可以看出挖沙摆轮的详细结构构造。摆轮壳体23形似圆筒体，圆筒体上有一扇形凹槽，这是挖沙板在收拢状态下放置的位置。二只摆动式液压缸22安装在摆轮壳体内两端，摆动式液压缸的壳体紧固在摆轮架3上，经传动轴21输出转矩。二组凸轮26与凹轮27同在传动轴上，凸轮与传动轴键配合，凹轮紧固在摆轮壳体上，与传动轴动配合，凸轮与凹轮有30°的离合空隙。在摆轮壳体扇形凹槽的内壁上同轴均布有五块偏心块29，其中二块经连杆24与凸轮连接的为主动偏心块，主动偏心块与连杆连接的梢孔是一个45°的扇形长孔，连杆梢25在长孔中可自如滑动。挖沙板28是镶有若干扒齿的直钢板，用螺钉紧固在五块偏心块上。现在结合附图4进一步说明挖沙摆轮的工作原理：a)初始位置，凸轮与凹轮30°的空隙在旋转方向前面，为受力面分离状态，连杆梢在偏心块45°扇形长孔内旋转方向的前方处受力状态，挖沙板收拢在扇形长槽中；b)传动轴带动凸轮按顺时针方向旋转30°，连杆拉动偏心块向相反方向旋转，挖沙板也打开30°，凸轮与凹轮受力面接触；c)转动轴继续按顺时针方向旋转，凸轮推动凹轮及摆轮壳体同方向旋转，挖沙板受到沙石的阻力，偏心块在跟随摆动壳体转动的同时，继续向相反方向旋转，连杆梢滑向偏心块45°扇形长孔的后方，挖沙板背面顶上摆轮壳体上的挡铁30，挖沙板完全打开；d)传动轴带动挖沙摆轮继续按顺时针方向旋转至210°处，摆动式液压缸换向输出转矩，挖沙板收拢至扇形长槽中，挖沙摆轮按相反方向回到初始位置，一个挖沙动作完成。