本發(fā)明屬于山嶺隧道工程施工專用機(jī)械設(shè)備領(lǐng)域，具體涉及一種隧道用兩臂兩籃鋼拱架安裝機(jī)及鋼拱架施工方法。

背景技術(shù)：

我國(guó)目前在隧道施工中，當(dāng)圍巖軟弱破碎嚴(yán)重時(shí)，需及時(shí)安裝鋼拱架作為初期支護(hù)，以控制圍巖變形，防止坍塌。鋼拱架一般采用型鋼拱架和格柵鋼架兩種結(jié)構(gòu)，并與拉筋、網(wǎng)片、鎖腳錨桿和噴射混凝土構(gòu)成聯(lián)合支護(hù)。

鋼拱架安裝主要采用人工安裝方式，即借助簡(jiǎn)易臺(tái)架或裝載機(jī)，依靠人力將拱架安裝到位。這種安裝方式施工人員多、勞動(dòng)強(qiáng)度大、作業(yè)效率低，并且安裝質(zhì)量不高、施工危險(xiǎn)性較大。目前國(guó)內(nèi)已有研發(fā)的單臂拱架安裝機(jī)、三臂拱架安裝機(jī)（帶工作籃）等設(shè)備用于滿足山嶺隧道鋼拱架的安裝工作。單臂拱架安裝機(jī)工作效率低，三臂拱架安裝機(jī)工作效率高，但成本高，工作籃和夾具頭相連，使用不方便。國(guó)外也有研發(fā)的兩臂兩籃鋼拱架安裝機(jī)，但這些機(jī)械主要根據(jù)國(guó)外施工情況而研制，不適合國(guó)內(nèi)施工情況。

根據(jù)這些情況，本發(fā)明主要結(jié)合國(guó)內(nèi)隧道施工實(shí)際情況，設(shè)計(jì)成本低、使用方便、性能可靠的兩臂兩籃鋼拱架安裝機(jī)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對(duì)上述存在的問(wèn)題和不足，提供一種隧道用兩臂兩籃鋼拱架安裝機(jī)及鋼拱架施工方法，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，對(duì)施工人員的安全起到了至關(guān)重要的作用，同時(shí)，其工作效率高、人性化便捷操作、性能可靠，能夠有效的保障施工速度。

為達(dá)到上述目的，所采取的技術(shù)方案是：

一種隧道用兩臂兩籃鋼拱架安裝機(jī)，包括底盤(pán)、設(shè)置在底盤(pán)上的駕駛室、動(dòng)力系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，還包括：滑移架，所述底盤(pán)上并排設(shè)置有兩滑移架；吊籃臂，所述兩滑移架上均匹配滑動(dòng)設(shè)置有滑移支撐座，各所述滑移支撐座上均設(shè)置有吊籃臂，所述吊籃臂能夠沿長(zhǎng)度方向伸縮調(diào)節(jié)，且吊籃臂能夠相對(duì)于滑移支撐座進(jìn)行左右回轉(zhuǎn)和上下俯仰動(dòng)作；吊籃，所述吊籃設(shè)置在吊籃臂的端部，所述吊籃與吊籃臂之間設(shè)置有自平衡系統(tǒng)，所述自平衡系統(tǒng)能夠使得吊籃始終處于水平狀態(tài)；工作臂，在所述兩滑移架上、或在與所述兩滑移架對(duì)應(yīng)的底盤(pán)上均設(shè)置有固定支撐座，各所述固定支撐座上均設(shè)置有工作臂，所述工作臂能夠沿長(zhǎng)度方向伸縮調(diào)節(jié)，且工作臂能夠相對(duì)于固定支撐座進(jìn)行左右回轉(zhuǎn)和上下俯仰動(dòng)作；和夾具頭，所述夾具頭設(shè)置在工作臂的端部，所述夾具頭與工作臂之間設(shè)置有自平衡系統(tǒng)，該自平衡系統(tǒng)能夠使得夾具頭能夠始終處于水平狀態(tài)。

所述夾具頭包括回轉(zhuǎn)底座、回轉(zhuǎn)臺(tái)、樞接設(shè)置在回轉(zhuǎn)臺(tái)上的夾持頭、和設(shè)置在回轉(zhuǎn)臺(tái)與夾持頭之間的夾持頭俯仰油缸。

所述吊籃臂與滑移支撐座之間、工作臂與固定支撐座之間均樞接設(shè)置有中撐座，中撐座與滑移支撐座和固定支撐座之間均設(shè)置有回轉(zhuǎn)油缸，中撐座與吊籃臂和工作臂之間均設(shè)置有臂梁俯仰油缸。

所述吊籃與吊籃臂之間、夾具頭與工作臂之間均設(shè)置有調(diào)平油缸，所述自平衡系統(tǒng)為對(duì)應(yīng)的臂梁俯仰油缸和調(diào)平油缸的并行聯(lián)動(dòng)，當(dāng)臂梁俯仰油缸進(jìn)行伸縮動(dòng)作時(shí)，對(duì)應(yīng)的調(diào)平油缸同步伸縮動(dòng)作，使得吊籃或夾具頭保持水平狀態(tài)。

其各油缸上均設(shè)置有液壓鎖和溢流閥。

所述底盤(pán)為輪式底盤(pán)，所述底盤(pán)的前端設(shè)置有至少一組前液壓平衡支腿。

所述控制系統(tǒng)包括液壓控制系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)，所述的動(dòng)力系統(tǒng)為柴電雙動(dòng)力系統(tǒng)；所述控制系統(tǒng)和動(dòng)力系統(tǒng)均設(shè)置在底盤(pán)的后端。

所述吊籃臂和工作臂均為三節(jié)伸縮臂，所述伸縮臂為箱型結(jié)構(gòu)，伸縮臂由高強(qiáng)度鋼板焊接而成；在三節(jié)伸縮臂之間設(shè)置有伸縮液壓油缸和鋼絲繩滑輪繞組。

所述滑移架的兩側(cè)設(shè)置有滑移槽，所述滑移支撐座底部?jī)蓚?cè)設(shè)置有匹配滑動(dòng)卡設(shè)在滑移槽內(nèi)的支撐滾輪和導(dǎo)向滾輪。

一種隧道鋼拱架施工方法，所述的隧道鋼拱架施工方法為利用上述的隧道用兩臂兩籃鋼拱架安裝機(jī)進(jìn)行鋼拱架的安裝拼裝方法。

采用上述技術(shù)方案，所取得的有益效果是：

本發(fā)明有效地解決了隧道成套化施工中鋼拱架安裝拼接工作的機(jī)械化，大大提高了隧道施工的效率，加快隧道施工進(jìn)度，縮短施工工期，節(jié)約成本，大大加強(qiáng)了隧道施工的安全性，減少人員勞動(dòng)強(qiáng)度，優(yōu)化施工工藝中操作的便捷性，促進(jìn)隧道施工機(jī)械化、成套化、信息化的發(fā)展進(jìn)程。

本申請(qǐng)中的兩臂兩籃能夠同時(shí)工作，工作臂用于抓舉拱架（h或工字鋼拱、花拱）吊籃用于完成拱架間拉筋與網(wǎng)片焊接作業(yè)；此外，工作臂和吊籃臂上的液壓油缸具有夾持自鎖的功能，保障了工作的安全性和穩(wěn)定性，同時(shí)夾具頭和吊籃具有重力自適應(yīng)的特點(diǎn)，能夠保障在俯仰舉升過(guò)程中夾具頭和吊籃始終處于水平穩(wěn)定狀態(tài)。

本申請(qǐng)中的工作范圍大，吊籃具有前后滑移功能，增大隧洞縱向工作范圍。工作臂與吊籃臂均帶有回轉(zhuǎn)、兩級(jí)伸縮、仰俯，吊籃和夾具頭均具有自平衡功能等，夾具頭還具有回轉(zhuǎn)、擺動(dòng)、俯仰三個(gè)操作動(dòng)作，更加靈活，進(jìn)行鋼拱架的拼裝作業(yè)過(guò)程中，更加靈活，從而能夠提高施工效率和施工的準(zhǔn)確性，大大降低了勞動(dòng)強(qiáng)度。

本申請(qǐng)中的底盤(pán)采用輪胎式底盤(pán)，機(jī)動(dòng)性好、速度快、成本低，且本申請(qǐng)采用全液壓設(shè)計(jì)、比例控制，可控性高，沖擊??；其動(dòng)力系統(tǒng)均為柴電雙動(dòng)力系統(tǒng)，采用電動(dòng)機(jī)作業(yè)零排放、無(wú)污染、噪音低，柴油機(jī)輔助動(dòng)力；在行駛時(shí)，工作臂處于全縮狀態(tài)，吊籃臂縮回最短，并通過(guò)滑移架將臂收回車內(nèi)。行駛穩(wěn)定性高，且底盤(pán)前部設(shè)置有前液壓平衡支腿，在支護(hù)工作時(shí)前液壓平衡支腿展開(kāi)，工作穩(wěn)定性好。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為圖1的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為吊籃臂和吊籃的安裝結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為工作臂和夾具頭的安裝結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5為工作臂和吊籃臂的工作范圍圖。

圖中序號(hào)：10為底盤(pán)、110為滑移架、111為滑移槽、112為支撐滾輪、113為導(dǎo)向滾輪、120為滑移支撐座、130為固定支撐座、140為前液壓平衡支腿、150為中撐座、160為臂梁俯仰油缸、170為回轉(zhuǎn)油缸、180為輔助油缸、20為駕駛室、30為動(dòng)力系統(tǒng)、40為控制系統(tǒng)、401為液壓控制系統(tǒng)、402為電氣控制系統(tǒng)、50為吊籃臂、501為伸縮臂、502為伸縮液壓油缸、60為工作臂、70為吊籃、701為調(diào)平油缸、80為夾具頭、801為回轉(zhuǎn)底座、802為回轉(zhuǎn)臺(tái)、803為夾持頭、804夾持頭俯仰油缸。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式做詳細(xì)說(shuō)明。

參見(jiàn)圖1-圖5，一種隧道用兩臂兩籃鋼拱架安裝機(jī)，包括底盤(pán)10、設(shè)置在底盤(pán)上的駕駛室20、動(dòng)力系統(tǒng)30和控制系統(tǒng)40；在底盤(pán)10上并排設(shè)置有兩滑移架110，兩滑移架110上均匹配滑動(dòng)設(shè)置有滑移支撐座120，滑移架110的兩側(cè)設(shè)置有滑移槽111，所述滑移支撐座120底部?jī)蓚?cè)設(shè)置有匹配滑動(dòng)卡設(shè)在滑移槽111內(nèi)的支撐滾輪112和導(dǎo)向滾輪113。

各所述滑移支撐座120上均設(shè)置有吊籃臂50，吊籃臂50能夠沿長(zhǎng)度方向伸縮調(diào)節(jié)，且吊籃臂50能夠相對(duì)于滑移支撐座120進(jìn)行左右回轉(zhuǎn)和上下俯仰動(dòng)作；在吊籃臂的端部設(shè)置有吊籃70，吊籃70與吊籃臂50之間設(shè)置有自平衡系統(tǒng)，該自平衡系統(tǒng)能夠使得吊籃始終處于水平狀態(tài)；在兩滑移架110上、或在與所述兩滑移架110對(duì)應(yīng)的底盤(pán)10上均設(shè)置有固定支撐座130，各固定支撐座130上均設(shè)置有工作臂60，工作臂60能夠沿長(zhǎng)度方向伸縮調(diào)節(jié)，且工作臂60能夠相對(duì)于固定支撐座130進(jìn)行左右回轉(zhuǎn)和上下俯仰動(dòng)作；在工作臂60的端部設(shè)置有夾具頭80，夾具頭80與工作臂60之間設(shè)置有自平衡系統(tǒng)，該自平衡系統(tǒng)能夠使得夾具頭80能夠始終處于水平狀態(tài)。

在本實(shí)施例中，夾具頭80包括回轉(zhuǎn)底座801、回轉(zhuǎn)臺(tái)802、樞接設(shè)置在回轉(zhuǎn)臺(tái)802上的夾持頭803、和設(shè)置在回轉(zhuǎn)臺(tái)802與夾持頭803之間的夾持頭俯仰油缸804，從而使得夾具頭能夠?qū)崿F(xiàn)回轉(zhuǎn)和俯仰動(dòng)作，滿足在鋼拱梁的施工過(guò)程中的抓取和舉升動(dòng)作，靈活度高。

進(jìn)一步的，本實(shí)施例中的吊籃臂50和工作臂60均為三節(jié)伸縮臂501滑動(dòng)套設(shè)而成，所述伸縮臂501為箱型結(jié)構(gòu)，伸縮臂501由高強(qiáng)度鋼板焊接而成；在三節(jié)伸縮臂之間設(shè)置有伸縮液壓油缸502和鋼絲繩滑輪繞組（圖中未示出），本申請(qǐng)通過(guò)鋼絲繩滑輪繞組實(shí)現(xiàn)三節(jié)伸縮臂的聯(lián)動(dòng)，并有效降低液壓缸的行程，進(jìn)而通過(guò)伸縮液壓油缸的動(dòng)作實(shí)現(xiàn)伸縮動(dòng)作。

為了提高吊籃臂和工作臂的工作范圍，在吊籃臂50與滑移支撐座120之間、工作臂60與固定支撐座130之間均樞接設(shè)置有中撐座150，中撐座150與滑移支撐座120和固定支撐座130之間均設(shè)置有回轉(zhuǎn)油缸170，中撐座150與吊籃臂50和工作臂60之間均設(shè)置有臂梁俯仰油缸160，通過(guò)回轉(zhuǎn)油缸能夠使得工作臂或吊籃臂實(shí)現(xiàn)在左右回轉(zhuǎn)擺動(dòng)，通過(guò)臂梁俯仰油缸的動(dòng)作能夠使得工作臂和吊籃臂實(shí)現(xiàn)俯仰舉升動(dòng)作，且二者的動(dòng)作相互獨(dú)立互不影響，為了保障工作臂和吊籃臂在俯仰動(dòng)作時(shí)的穩(wěn)定性，還可在中撐座與工作臂和吊籃臂之間設(shè)置輔助油缸。

由于吊籃和夾具頭在整個(gè)作業(yè)過(guò)程中要保障其姿態(tài)穩(wěn)定，始終處于水平狀態(tài)，因此吊籃70與吊籃臂50之間、夾具頭80與工作臂60之間均設(shè)置有調(diào)平油缸701，本實(shí)施例中，之前提及的自平衡系統(tǒng)為對(duì)應(yīng)的臂梁俯仰油缸160和調(diào)平油缸701的并行聯(lián)動(dòng)，即臂梁俯仰油缸160的無(wú)桿腔與調(diào)平油缸701的有桿腔連通，調(diào)平油缸701的無(wú)桿腔與臂梁俯仰油缸160的有桿腔連通，從而能夠使得當(dāng)臂梁俯仰油缸進(jìn)行伸縮動(dòng)作時(shí)，對(duì)應(yīng)的調(diào)平油缸同步伸縮動(dòng)作，使得吊籃或夾具頭保持水平狀態(tài)。

基于整個(gè)設(shè)備的安全性能和施工環(huán)境，在各油缸上均設(shè)置有液壓鎖和溢流閥，從而能夠?qū)崿F(xiàn)工作臂、吊籃臂、夾具頭等各部件的自鎖，提高設(shè)備的穩(wěn)定性。

進(jìn)一步的，為了優(yōu)化整個(gè)設(shè)備的穩(wěn)定性和環(huán)境適應(yīng)能力，其底盤(pán)10為輪式底盤(pán)，機(jī)動(dòng)性好、速度快、成本低，在底盤(pán)10的前端設(shè)置有至少一組前液壓平衡支腿140，當(dāng)進(jìn)行支護(hù)作業(yè)時(shí)，前液壓平衡支腿下放支撐地面，從而提高整個(gè)設(shè)備的穩(wěn)定性。

本實(shí)施例中的控制系統(tǒng)40包括液壓控制系統(tǒng)401和電氣控制系統(tǒng)402，動(dòng)力系統(tǒng)30為柴電雙動(dòng)力系統(tǒng)；所述控制系統(tǒng)40和動(dòng)力系統(tǒng)30均設(shè)置在底盤(pán)10的后端，在特殊情況下，為了提高設(shè)備的穩(wěn)定性，還能夠在底盤(pán)的相應(yīng)位置設(shè)置配重塊，從而保障在工作臂和吊籃臂作業(yè)過(guò)程中的穩(wěn)定性；通過(guò)本申請(qǐng)采用的全液壓設(shè)計(jì)、比例控制，可控性高，沖擊小；其動(dòng)力系統(tǒng)均為柴電雙動(dòng)力系統(tǒng)，采用電動(dòng)機(jī)作業(yè)零排放、無(wú)污染、噪音低，柴油機(jī)輔助動(dòng)力。

本申請(qǐng)還公開(kāi)了一種隧道鋼拱架施工方法，該隧道鋼拱架施工方法為利用上述實(shí)施例中的隧道用兩臂兩籃鋼拱架安裝機(jī)進(jìn)行鋼拱架的安裝拼裝方法，其能夠滿足目前國(guó)內(nèi)隧道施工對(duì)人員安全性的要求，使得隧道施工逐步由機(jī)械設(shè)備代替人工操作。實(shí)現(xiàn)隧道施工設(shè)備成套化配置，用于滿足隧道施工“更快，更好，更安全”的要求。隧道施工設(shè)備機(jī)械化包括鉆爆設(shè)備——三臂鑿巖臺(tái)車、支護(hù)設(shè)備——濕噴機(jī)+拱架安裝機(jī)、二襯設(shè)備——模板臺(tái)車等一系列機(jī)械化配套設(shè)備成了施工單位的首選。采用本申請(qǐng)的拱架安裝機(jī)為支護(hù)掌子面穩(wěn)定性提供了性能穩(wěn)定的重要的技術(shù)創(chuàng)新，對(duì)施工人員的安全起到了至關(guān)重要的作用，也對(duì)整個(gè)施工效率和施工整體進(jìn)度提供了有效的保障。

以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說(shuō)明書(shū)中描述的只是本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明的范圍內(nèi)。本發(fā)明要求的保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書(shū)及其等同物界定。