拉槽法的原理及应用探析

LC系列拉槽机建槽原理包括三个部分：加力原理、切削原理和机械给进与电脑控制原理。

（1）加力原理。加力的目的是给刀具以辅助外荷，解决刀具切入土层的正压力不足。如以30m的刀杆长度计，国内设备的刀刃所获得的正压力仅为1kg/cm，这么小的正压力，对于复杂地层（如老粘土、砂砾石层等）的切削是无法实现的。为了实现各类堤防复杂水文工程地质条件下的防渗墙槽孔施工，必须解决刀具的加力问题。

1）加力形式。

①基本要求。加力的过程要求实现：既要刀具在切削过程中加力，又要刀具在回刀过程中不加力。

图2.7　加力原理图

根据刀具的运动分析，在刀具的切削过程中，其加力值是时间的函数，依次为加力（逐渐）→最大（逐渐）→不加力→回刀。这种加力过程对加力方式的选择提出了特殊的要求，一般的力学机构，很难在连续的动作中改变值的大小；即使液压机构能够实现这要求，那么也要增加一整套结构和液压系统，使整体设备复杂化。

②加力形式。拉槽机采用无源平行四边形加力机构（见图2.7）。

油缸产生的动力，主要用于带动刀具进行切削，这是整机的主动力，能够产生30t（max）切削力。该结构具有如下特点：

ⓐ加力值随时间变化而变化，即

ⓑ加力的方向始终垂直于切削面，即

2）运动分析。

如图2.7所示，设计摆角θ＝15°，摆臂长L。对每个刀刃而言，其运动轨迹是一段小圆弧，圆弧的弦长(www.xing528.com)

很显然，刀具切削土层的微观轨迹是一系列等距的圆弧，而宏观轨迹是一条直线，即圆弧的包络线是一条直线。刀具的运动行程

当由给进系统对刀具系统施加一个拉力后，土层相对刀具形成一组等距的圆弧和一组平行的直线，达到了切削的目的。

（2）切削原理。老粘土和砂砾石层的切削困难，表现在单位长度刀刃切入土层的压力偏小，甚至无法切入（如砾石层），其次是老粘土对刀刃的“糊刀”，造成刀刃上、刀刃之间的粘糊，形成“板块”，从而使刀刃的切削失效。

1）刀具结构。根据钻探原理，刀刃切削土层的效果随地层的性质而具有不同的刀具结构。设计思路是根据钻探和先导孔施工所揭示的地层性质，针对不同的地层设置不同形式的刀刃。①不同的前倾角；②不同的合金片；③不同的排列；④不同的刀架。

刀刃和刀架组合成一体，以螺栓与刀杆固定在一起。

2）射流辅助切削。高速水流对土层切削具有如下作用：①射流切削。射流原理是将高压水流（压力能），转化为切削机械能。对老粘土而言，可以起分散粘粒的作用；对于砾石层则可以冲蚀砾石之间的充填物。②清洁刀刃。在清洁过程中，高速水流可以对粘贴在刀刃/刀架上的粘土，具有冲洗、扩散作用，从而减轻或免除“糊刀”现象。

（3）机械给进与电脑控制原理。

1）给进机构。

作用：①对刀具施加正压力；②实现主机的正、反向移动。

要求：①能够无级调速（调压）；②具有夹紧固定动作；③实现独立运行；④系统实现数控操作。

该机构设计参数为：控制压力10MPa，行程1000mm。

2）电脑监控。以汇编语言编写的程序，结合各类传感器，能够实现如下的功能：①刀具的运动频率显示与调整；②刀具的给进力显示与调整；③系统运动顺序的逻辑判断；④刀具给进行程的显示与调整；⑤各类控制元件的自动化控制。

（4）LC—2 型全自动监控式拉槽机成槽机理。该机刀具驱动采用机械传动方式，由摆线针轮减速器、驱动曲柄滑块机构使刀具获得上下往复运动，同时，刀具随主机在液压作用下，沿施工轴线产生水平移动（进给），此时，刀具获得一个复合机械运动。另外，在刀具的排渣管上装有气举反循环系统，在进行气举反循环时，需向槽孔内注入高压气流，这样，刀具在上述复合机械运动和高压气流作用下，连续切削和剥蚀土体而形成槽孔。