挖掘臂及地下隧道施工设备技术领域
本发明涉及地下施工机械技术领域，尤其涉及一种挖掘臂及地下
隧道施工设备。
背景技术
国内地铁建设时，对于站台的施工，盾构机无法完成，只能应用
较少的专用设备完成，目前现有的挖掘铣刨设备，虽然在一定程度上
代替了人工，但其挖掘效率不高。在地铁隧道施工中，挖设横向沟槽
和侧向沟槽时，挖掘臂的操作范围较小，灵活性差，工作效率低下。
发明内容
本发明的目的是提出一种挖掘臂及地下隧道施工设备，以解决现
有技术中的挖掘臂挖掘效率较低的问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种挖掘臂，包括主臂、斗杆臂、
伸缩臂和铲斗组件，其中所述主臂的一端与机架底座连接，所述主臂
的另一端与所述斗杆臂连接，所述伸缩臂与所述斗杆臂连接，所述铲
斗组件安装在所述伸缩臂上，所述伸缩臂能够相对于所述斗杆臂沿直
线伸出或缩回。
进一步地，所述斗杆臂内部设有伸缩油缸，所述伸缩油缸的缸杆
与所述伸缩臂连接，以驱动所述伸缩臂伸出或缩回。
进一步地，所述主臂包括动臂和过渡节，所述动臂的一端与所述
机架底座连接，所述动臂的另一端与所述过渡节连接，所述过渡节与
所述斗杆臂连接。
进一步地，还包括过渡节俯仰油缸，所述动臂的中部设有第一凸
起部，所述过渡节俯仰油缸的一端连接在所述第一凸起部上，另一端
连接在所述过渡节上，以驱动所述过渡节相对于所述动臂转动。
进一步地，还包括斗杆回转座、斗杆油缸和斗杆回转油缸，所述
斗杆回转座的一端通过所述斗杆回转油缸与所述过渡节连接，所述斗
杆回转座的另一端与所述斗杆臂连接，所述斗杆臂的中部设有第二凸
起部，所述斗杆油缸的一端连接在所述第二凸起部上，所述斗杆油缸
的另一端连接在所述斗杆回转座上。
进一步地，所述铲斗组件包括铲斗，所述铲斗的背面设有托举部，
所述托举部上设有能够容纳被托举件的凹槽。
进一步地，所述斗杆臂和所述伸缩臂之间设有导轨，以使所述伸
缩臂沿所述导轨伸出或缩回。
进一步地，还包括动臂回转座，所述动臂回转座的一端与所述机
架底座通过膨胀销轴组件铰接，所述动臂回转座的另一端与所述动臂
通过膨胀销轴组件铰接。
进一步地，还包括动臂油缸，所述动臂油缸的一端铰接在所述动
臂回转座上，另一端铰接在所述动臂上，以驱动所述动臂绕所述动臂
回转座转动。
为实现上述目的，本发明还提供了一种地下隧道施工设备，包括
上述挖掘臂。
基于上述技术方案，本发明通过在斗杆臂上增设伸缩臂，使得当
伸缩臂直线伸出时，挖掘臂的整体长度增加，挖掘臂前方可以深入到
更远的地方进行挖掘，提高了挖掘效率；同时当伸缩臂缩回时，挖掘
臂的整体长度不变化，不会占用更多的空间。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请
的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构
成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明挖掘臂一个实施例的结构示意图。
图中：1-机架底座，2-动臂回转座，3-动臂油缸，4-动臂，5-过渡
节，6-斗杆回转油缸，7-斗杆回转座，8-斗杆油缸，9-过渡节俯仰油缸，
10-斗杆臂，11-伸缩臂，12-翻斗油缸，13-连杆，14-铲斗，15-膨胀销
轴组件，16-托举部。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对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的一部分实
施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，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。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“横向”、
“纵向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“竖
直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或
位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发
明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的
方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围
的限制。
在地下隧道施工过程中，挖掘机存在挖掘效率不高的问题，发明
人经过长期观察、摸索和分析，发现现有挖装机挖掘效率不高的原因
主要在于挖掘臂的长度较短，但是若只是简单地增加挖掘臂的长度，
又会带来很多的其他问题，比如，挖设侧方土或侧沟槽时，较长的挖
掘臂会受到作业空间狭小的限制，挖掘难度大；挖掘臂收回时，占用
空间大等等。
基于以上分析，发明人发明了一种挖掘臂，如图1所示，该挖掘
臂包括主臂、斗杆臂10、伸缩臂11和铲斗组件，其中所述主臂的一
端与机架底座1连接，所述主臂的另一端与所述斗杆臂10连接，所述
伸缩臂11与所述斗杆臂10连接，所述铲斗组件安装在所述伸缩臂11
上，所述伸缩臂11能够相对于所述斗杆臂10沿直线伸出或缩回。
通过在斗杆臂上增设伸缩臂，使得当伸缩臂直线伸出时，挖掘臂
的整体长度增加，挖掘臂前方可以深入到更远的地方进行挖掘，提高
了挖掘效率；同时当伸缩臂缩回时，挖掘臂的整体长度不变化，不会
占用更多的空间。
另外，伸缩臂11沿直线伸出或缩回可以避免由于横向空间有限
而无法正常伸出或缩回的情况，只要斗杆臂10的前方具有足够长度，
伸缩臂11即可正常伸出，而不受其他方向空间有限的限制。
对于伸缩臂11与斗杆臂10之间的具体连接结构可以有较为灵活
的选择，比如可以采用油缸进行连接和驱动，也可以采用电机或者其
他动力机构。在一个实施例中，所述斗杆臂10内部设有伸缩油缸，所
述伸缩油缸的缸杆与所述伸缩臂11连接，以驱动所述伸缩臂11伸出
或缩回。这样使得伸缩臂11有更大的灵活性，可以根据实际需要调整
伸缩臂11的伸出长度，满足不同工况的需求。
所述主臂包括动臂4和过渡节5，所述动臂4的一端与所述机架
底座1连接，所述动臂4的另一端与所述过渡节5连接，所述过渡节
5与所述斗杆臂10连接。过渡节5增加了挖掘臂整体的灵活性。
挖掘臂还可以包括过渡节俯仰油缸9，所述动臂4的中部设有第
一凸起部，所述过渡节俯仰油缸9的一端连接在所述第一凸起部上，
另一端连接在所述过渡节5上，以驱动所述过渡节5相对于所述动臂
4转动。过渡节俯仰油缸9可以使过渡节5相对于动臂4转动，增加
了动臂4的自由度。
其中，过渡节俯仰油缸9铰接在位于动臂4中部的第一凸起部上，
主要是基于油缸有效行程的考虑，这样可以减小过渡节俯仰油缸9的
体积，减轻过渡节俯仰油缸9的重量，进而减轻挖掘臂的整体重量，
增加灵活性。
进一步地，挖掘臂还可以包括斗杆回转座7、斗杆油缸8和斗杆
回转油缸6，所述斗杆回转座7的一端通过所述斗杆回转油缸6与所
述过渡节5连接，所述斗杆回转座7的另一端与所述斗杆臂10连接，
所述斗杆臂10的中部设有第二凸起部，所述斗杆油缸8的一端连接在
所述第二凸起部上，所述斗杆油缸8的另一端连接在所述斗杆回转座
7上。
其中，斗杆油缸8铰接在位于斗杆臂10中部的第二凸起部上，
主要是基于油缸有效行程的考虑，这样可以减小斗杆油缸8的体积，
减轻斗杆油缸8的重量，进而减轻挖掘臂的整体重量，增加灵活性。
另外，斗杆回转油缸6可以通过膨胀销轴组件连接在斗杆回转座
7上，膨胀销轴组件包括相互垂直的两个销轴，两个销轴分别与斗杆
回转油缸6和斗杆回转座7铰接，从而使得斗杆臂10通过斗杆回转座
7和斗杆回转油缸6的共同作用实现180度的回转。
如图1所示，所述铲斗组件包括铲斗14，所述铲斗14的背面设
有托举部16，所述托举部16上设有能够容纳被托举件的凹槽。其中
被托举件可以为钢筋格栅，相比于在铲斗14上设置吊耳，然后再通过
钢丝绳对格栅进行提、运、架的方式，这种在铲斗14的背部设置具有
凹槽的托举部的方案，能够更加平稳地对格栅进行提、运、架。
另外，所述铲斗组件还包括翻斗油缸12和连杆13，所述翻斗油
缸12的一端铰接在所述伸缩臂11上，所述翻斗油缸12的另一端通过
所述连杆13与所述铲斗14连接，以控制所述铲斗14的动作。
为了对伸缩臂11的伸出和缩回过程进行导向，所述斗杆臂10和
所述伸缩臂11之间设有导轨，以使所述伸缩臂11沿所述导轨伸出或
缩回，避免伸缩臂11的伸出轨迹出现歪斜。
挖掘臂还可以包括动臂回转座2，所述动臂回转座2的一端与所
述机架底座1通过膨胀销轴组件15铰接，所述动臂回转座2的另一端
与所述动臂4通过膨胀销轴组件15铰接。
机架底座1与动臂回转座2之间、动臂回转座2与动臂油缸3之
间、动臂回转座2与动臂4之间、第一凸起部与过渡节俯仰油缸9之
间、动臂4与过渡节5之间以及过渡节5与斗杆回转座7之间均可以
采用膨胀销轴组件15进行铰接。膨胀销轴组件15的两端设有开槽锥
形端盖，中间用螺栓及螺母连接，膨胀销轴在安装完成后与轴孔之间
始终为过盈配合，可以有效消除各组件间的间隙，防止组件间的窜动，
增强操作的灵活性。
另外，挖掘臂还包括动臂油缸3，所述动臂油缸3的一端铰接在
所述动臂回转座2上，另一端铰接在所述动臂4上，以驱动所述动臂
4绕所述动臂回转座2转动。
基于以上各实施例中的挖掘臂，本发明还提出一种地下隧道施工
设备，包括上述挖掘臂。
下面对本发明挖掘臂及地下隧道施工设备的一个实施例的工作
过程进行说明：
如图1所示，该挖掘臂由机架底座1、动臂回转座2、动臂油缸3、
动臂4、过渡节5、斗杆回转油缸6、斗杆回转座7、斗杆油缸8、过
渡节俯仰油缸9、斗杆臂10、伸缩臂11、翻斗油缸12、连杆13、铲
斗14和膨胀销轴组件15组成。在挖掘作业时，动臂油缸3、过渡节
俯仰缸9和翻斗油缸12联动，可实现挖掘功能；同时，为了实现横向
沟槽的挖掘，可以控制斗杆回转油缸6的位置，以调整斗杆臂10在横
向空间的位置；当需要托举钢筋格栅或者较大范围的操作时，可以控
制斗杆臂10内部的伸缩油缸，以实现伸缩臂11的伸缩，最终调整铲
斗14的位置变化。
通过对本发明挖掘臂及地下隧道施工设备的多个实施例的说明，
可以看到本发明挖掘臂及地下隧道施工设备实施例至少具有以下一种
或多种优点：
1、挖掘臂带有伸缩功能，结构灵活，可实现挖料、装料、行走、
转弯、铣槽、打孔、辅助喷浆、辅助安装支架等功能；
2、可实现全断面开挖，在设备不移动的情况下，在6×6米的地
铁隧道中，可以比较灵活地实现全断面的侧方土、上方土、横向沟槽、
侧向沟槽、钢筋格栅托举等功能；
3、可以有效消除组件间的间隙，增强操作的灵活性；
4、挖掘臂可实现180°回转。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而
非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属
领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进
行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案
的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。