HJXK-1型超长边坡渠道削坡开槽机的研制与应用技术

关键词：南水北调 渠道 超长边坡 削坡开槽机

中图分类号：S688文献标识码： A

摘要：南水北调中线工程渠道断面大、边坡长，两岸渠坡为水泥改性土换填，通过对hjxk-1型超长边坡渠道削坡开槽机的研制，提高了在水泥土上开槽、削坡的工作效率，加快了施工进度、保证了施工质量, 比以往人工配合开挖设备施工的方式极大的节约了施工成本。

我国南水北调工程通过跨流域的水资源合理配置，大大缓解北方水资源严重短缺问题，促进南北方经济、社会与人口、资源、环境的协调发展。中线一期工程引水主体为明挖渠道，渠道结构层由底至过水面为水泥改性土、排水系统、反滤层、保温板、复合土工膜、混凝土面板等，其中渠道“排水系统”需要在削坡好的换填水泥改性土上进行沟槽开挖，由于“换填水泥改性土”强度高，质地坚硬，人工配合开挖设备施工的方式已经无法满足现行施工进度、质量要求，而且随着人工费大幅上涨，人工费也将是一笔巨大支出。

1.研制背景

南水北调潮河六标，有4.536KM渠道全断面采用水泥改性土换填，按照南水北调的技术要求，渠道混凝土衬砌的土质基础面平整度应不大于20mm/2m。传统的削坡方式是人工配合机械（加焊刮板的220型、360型挖掘机）进行施工，沟槽开挖则是人工配合挖掘机（改装小斗的220型、360型挖掘机）在坡面上进行开槽，此种施工方法需要投入较多人力且施工进度缓慢，施工精度也无法保证。

本标段经换填后的水泥改性土坡面土质强度较高，采用人工配合挖掘机削坡、开槽效率极低，加上当前人、材、机等各项费用的上涨，仅削坡、开槽所需费用就会造成施工成本的巨大增加。鉴于以上情况，项目部与公司有关部门联合研制加工了HJXK-1型超长边坡渠道削坡开槽机。

2.结构装置及作业原理

2.1主要结构部件简介

2.1.1桁架

本机器桁架采用模块化组合，截面为：130cm×130cm。能够根据渠道不同坡长的需要进行组合，从而满足不同坡长对桁架的要求，本机桁架长度可适合22.88m、24.61m、26.87m、31.13m、33.34m五种不同坡长的需要，框架之间采用法兰连接，铰制孔螺栓固定，有效保证了连接的可靠性与互换性。

设计过程中，机器桁架使用3D3S结构软件进行建模验算，简化为简支梁结构模型，不考虑地震影响，机器长度按34m计算、重量取300KN（即30t）,经计算，各项数值均满足水平刚度和稳定性的要求。本机器机架，可通过调整桁架上部个别模块间的间距，实现机架挠度的调整，从而更加保证了桁架底部的水平，使削坡精度大大提高。

2.1.2 大车行走机构

大车的运行机构通过电机、立式减速器进行驱动。在行走轮的外端设有挡轨板。大车驱动采用连续变频控制，通过模拟输入能够实现无极调速功能，从而减少了大车行走时的冲击，保证了行走的平稳及行走精度，同时增加了大车行走电子纠偏装置，确保大车行走的同步性，保证了开槽的精度。

2.1.3 边坡调整系统

边坡调整系统主要由四个安装在大车行走梁上的电动丝杆升降机组成，通过电气控制可进行单个分动、单侧联动、整体联动等功能，单个分动能够进行桁架的调平，单侧联动能够实现变坡，整体联动能够实现桁架整体的起落，进行切削深度的调整。

2.1.4切削行走系统

切削行走系统采用钢丝绳牵引式，通过固定在桁架上卷筒的旋转来实现钢丝绳的收放，从而实现对切削机座的牵引。切削行走机构的行走轮采用双轮沿机构，行走轨道采用10cm×10cm矩形钢。共四个车轮，在切削行走机构的外端设有清轨板和缓冲器。在坡顶侧和坡底侧分别装有换向限位开关，从而实现切削行走机构的自动换向，实现了自动控制，减少了劳动强度，提高了工作效率。同时该机通过更换齿轮实现不同速度（0.25～2.5m/min），既能满足削坡高速的需求，又能满足开槽低速的要求。

2.1.5切削装置

切削装置主要由：机座、回转盘、电动机、减速器、切削刀具等组成。切削刀具可根据不同的工作环境进行更换，刀头转速亦可通过变频装置控制（13～130r/min），从而更好的满足施工要求。

2.2 电器控制系统

2.2.1 概述

本机器底部设置操作间，用以控制机器横向移动、切削系统的上下移动及机器移动速度。本机器电气系统采用三相380V交流电源，控制柜采用室外防雨型，布置在削坡机的一端，在控制柜上设有电源控制、大车行走控制、坡度调整控制、小车行走控制、切削系统控制的按钮及旋钮，同时还设有电压、电流以及各系统动作的相关指示仪表和指示灯，操作简单，同时为了操作的人性化，本机还设置部分遥控操作装置，使得现场操作人员的操作更加符合实际需要，提高了劳动效率，减少了操作人员。

2.2.2特点

本机器行走系统采用了变频控制，使得设备运行非常平稳，有效的减小了机械冲击。切削行走装置采用自动往复控制，当操作人员启动运行按钮后，切削行走装置会自行运转，到达运行拐点后，自动停止且换向运行，各系统均设有零位保护、失压保护、过压保护、过流保护等保护功能。

本机器控制柜为了适应现场工作环境恶劣的特点，采用内外门结构，一方面能够防止非操作人员的失误操作，同时还能够有效防止电气元件野外早期劳损。本机器采用适合恶劣环境使用的PLC控制系统，减少了布线，提高了设备自动化程度，维修简单，故障率低。

2.3控制装置及作业流程

在削坡开槽机上设控制系统，用以控制设备横向移动、切削刀头行走、坡度调整等。作业流程：打开电源开关――行走至作业面――调整设备坡度――启动刀头旋转――刀头行走进行横断面上的削坡――移动大车至下一断面。

3.主要技术创新点

1．该机械由桁架、行走系统、牵引系统、控制系统、削坡开槽系统等组成，达到了削坡开槽一机两用的目的，保证了施工质量，提高了作业效率。

2．通过调整桁架各模块上部法兰片的间距调节整体挠度，避免了因跨度过大而造成的桁架中部向下弯曲,从而影响施工质量的问题，保证了成型后坡面的平直。

3．通过设置电动丝杆升降机，替代常用的液压升降系统，用于调节坡度、深度、水平度，保障了施工作业的稳定性和可靠性。

4．自主研制的密集型铣刨刀具，加装合金刀头，适用于强度较高的水泥改性土，延长了刀具的使用期、避免了施工中坡面的整体扰动和剥落，坡面、沟槽成型后平整顺直。

5．采用变频控制系统，操作方便，保障了施工作业的安全性。

4.结论

HJXK-1型超长边坡渠道削坡开槽机的研制应用，相比人工削坡、开槽加快了施工进度、确保了施工质量、极大的节约了施工成本，在类似的工程中达到了国内先进水平，实际施工中取得了业主、监理的一致好评，并取得了良好的经济效益。随着削坡开槽机改进和施工技术的成熟，可以在其它类似项目中进一步推广应用。

图：HJXK-1型超长边坡渠道削坡开槽机