专利名称：用于混凝土喷射且具有移动式回转支柱的臂架及操作方法
技术领域：
本发明涉及用于混凝土喷射的臂架，具体地说，是涉及用于混凝土喷射且具有移动式回转支柱的臂架；该臂架特别适应隧道台阶法施工。
背景技术：
喷射混凝土进行初期支护是隧道及地下工程施工中重要的一部分，主要有人工喷射和机械手喷射两种方式。人工手持喷嘴喷射的缺点是效率低、劳动强度大、对人体危害大、质量稳定性差，不能满足长大隧道的快速施工要求。为了克服这一不足，采用机械手替代传统的手工操作的办法，但现有的技术，只能满足在硬岩或围岩稳定性较好的条件下实现快速施工，对于隧道的全断面施工法比较适用，但与我国铁路隧道实际的施工条件并不匹配，对于软岩隧道、IV、V级围岩常采用的台阶法(特别是三台阶法)，适用性受到了一定限制。
发明内容
本发明的目的是提供一种既适合全断面施工、又能适合各种围岩隧道及台阶法施工的用于混凝土喷射且具有移动式回转支柱的臂架及操作方法。为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为用于混凝土喷射且具有移动式回转支柱的臂架，包括依次连接于台车的固定支撑、升降调平组件臂、一级平台、回转支柱、二节机械伸缩臂、喷头组件，还包括台车行走底盘，且所述固定支撑与台车行走底盘连接；所述回转支柱还连接有俯仰油缸，且所述俯仰油缸远离回转支柱的一端与二节机械伸缩臂连接。所述升降调平组件臂包括升降臂、调平臂、升降油缸、调平油缸，所述升降臂的两端分别铰接于固定支撑和一级平台，且所述升降油缸两端分别铰接于台车行走底盘和升降臂，所述调平臂两端分别铰接于调平油缸和一级平台，且所述调平油缸又铰接于台车行走底盘，且所述升降臂通过连接件与调平臂铰接。所述一级平台在升降调平组件臂的牵引力的作用下进行升降移动，其升降移动的位移为其升降移动的位移为3000mm。所述一级平台包括从动轮、主动轮和液压马达，主动齿轮与液压马达的转动轴固定连接，且所述主动轮与从动齿轮啮合，从动齿轮通过螺栓与回转支柱连接。所述回转支柱在从动齿轮的旋转下进行腰转运动，其回转支柱的腰转角度为 360°。所述回转支柱远离从动齿轮的一端与二节机械伸缩臂的一端连接。所述二节机械伸缩臂为内置有伸缩油缸的二节伸缩臂；二节机械伸缩臂包括第一节臂和第二节臂，所述伸缩油缸设置在第一节臂内并驱动第二节臂伸缩移动；所述第一节臂外壁与俯仰油缸铰接。所述喷头组件包括喷头、以及连接于喷头的摆动机构和旋转机构，所述摆动机构和旋转机构均与第二节臂远离第二节臂的一端连接，且喷头通过摆动机构绕转动轴线进行 180°上下摆动，喷头通过旋转机构可绕伸缩臂轴线进行360°旋转摆动。基于上述用于混凝土喷射且具有移动式回转支柱的臂架的操作方法，包括以下步骤
Al、调动升降调平组件臂的升降油缸对一级平台进行抬升或降低，将一级平台悬置在空中或放置在地面，同时启动调平油缸对一级平台进行调平；
Bi、启动液压马达依次带动主动齿轮、从动齿轮、回转支柱，使得回转支柱进行360°的腰转运动；
Cl、启动俯仰油缸，带动二节机械伸缩臂进行仰俯摆动，当仰俯摆动一定的位置后，启动伸缩油缸驱动第二节臂向前伸缩移动；
D1、通过控制上下摆机构和旋转机构操作喷头进行定向定点或者定面的喷射混泥土， 结合上下摆机构和旋转机构的运动进行画圆操作。上述操作步骤为当针对隧道全断面施工后的断面进行施工时，用于混凝土喷射且具有回转支柱的臂架进行的操作步骤。基于上述用于混凝土喷射且具有移动式回转支柱的臂架的操作方法，包括以下步骤
A2、调动升降调平组件臂的升降油缸对一级平台进行抬升或降低，将一级平台悬置在空中，当一级平台抬升到第一级台阶高度后，同时启动调平油缸对一级平台进行调平，调平后，启动台车向前移动，使得一级平台停靠在第一级台阶上；
B2、启动液压马达依次带动主动齿轮、从动齿轮、回转支柱，使得回转支柱进行360°的腰转运动；
C2、启动俯仰油缸，带动二节机械伸缩臂进行仰俯摆动，当仰俯摆动一定的位置后，启动伸缩油缸驱动第二节臂向前伸缩移动；
D2、通过控制上下摆机构和旋转机构操作喷头进行定向定点或者定面的喷射混泥土， 结合上下摆机构和旋转机构的运动进行画圆操作；
E2、当上述操作均完成且喷射混泥土操作完成后，需要在第二级台阶进行操作时，调动升降调平组件臂的升降油缸对一级平台进行抬升或降低，将一级平台悬置在空中或置于二级平台上，当一级平台抬升到第二级台阶高度后，同时启动调平油缸对一级平台进行调平， 调平后，启动台车向前移动，使得一级平台停靠在第二级台阶上；后面操作如上述B2、C2、 D2，直到施工完成。上述操作步骤为当针对隧道台阶法施工后的断面进行施工时，用于混凝土喷射且具有回转支柱的臂架进行的操作步骤。基于上述内容，本发明的设计原理为本发明为实用全断面施工和台阶法施工，利用逐级升降设计原理，设计了包括固定支撑、升降调平组件臂、一级平台、回转支柱、二节机械伸缩臂、喷头组件，其中固定支撑、升降调平组件臂均连接在台车行走底盘上。一级平台通过升降油缸实现升举；一级平台通过调平油缸进行调平；一级平台升举调平后送到台阶上以实现台阶法施工。所述的回转支柱通过安装在一级平台内的液压马达实现回转，从而带动连接其上的二节机械伸缩臂旋转，实现全断面施工，二节机械伸缩臂由内置伸缩油缸实现臂的伸缩，从面扩大施工断面面积。
二节机械伸缩臂的俯仰运动由连接其上和回转支柱上的俯仰油缸实现。本台车行走到隧道需要初期支护的隧道某位置后，在台车行走底盘控制室内操作相关装置，在各种油缸的作用下，可进行一下动作一级平台3的举升、调平，回转支柱4的腰转，腰转角度为360°，二节机械伸缩臂5的俯仰、伸缩，喷头组件6的360°转动、180° 摆动，喷嘴划圆。当需要完成台阶法施工时，由升降臂将一级平台升至台阶高度并置于平台上，就可以重复完成以上动作，从而实现台阶法施工。为了解决台阶法施工时，各种复杂操作，本发明中最大的特点在于本发明设计有可升降调平地一级平台，能满足台阶法施工的复杂环境。 与前述现有同类产品相比，本发明的优点是。1、除能满足在硬岩或围岩稳定性较好的条件下实现快速施工外，对软岩隧道也能正常快速施工。2、解决了 IV、V级围岩台阶法、特别是三台阶法快速机械化施工方法，实现边开挖，边支护，提高了工效，有效地防止了围岩坍塌，保护施工人员的安全。3、本发明结构更精简，在施工中不需要支腿，快速进场与撤场，降低了制造成本和使用成本。
图1是本发明的结构示意图。图2是一级平台结构示意图。图3是回转支柱主视示意图。图4是回转支柱侧视示意图。图5是二节机械伸缩臂结构示意图。图6是台车整体结构图。图7是最低施工点位置示意图。图8是是最高施工点位置示意图。图9是本发明机构原理及台阶法施工示意图。图中的标号分别表示为1、固定支撑；2、升降调平组件臂；3、一级平台；4、回转支柱；5、二节机械伸缩臂；6、喷头组件；7、台车行走底盘；8、俯仰油缸；9、从动齿轮；10、主动齿轮；11、液压马达；12、伸缩油缸；13、台车；14、第一级台阶；15、第二级台阶；21、升降臂；22、调平臂；23、升降油缸；24、调平油缸；51、第一节臂；52、第二节臂。
具体实施例方式下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明实施方式不限于此。实施例1
如图1、2、3、4、5、6、7、8所示，用于混凝土喷射且具有移动式回转支柱的臂架，包括依次连接于台车13的固定支撑1、升降调平组件臂2、一级平台3、回转支柱4、二节机械伸缩臂5、喷头组件6，还包括连接台车13的台车行走底盘7，且所述固定支撑1与台车行走底盘 7连接；所述回转支柱4还连接有俯仰油缸8，且所述俯仰油缸8远离回转支柱4的一端与二节机械伸缩臂5连接。升降调平组件臂2包括升降臂21、调平臂22、升降油缸23、调平油缸24，所述升降臂21的两端分别铰接于固定支撑1和一级平台3，且所述升降油缸23两端分别铰接于台车行走底盘7和升降臂21，所述调平臂22两端分别铰接于调平油缸24和一级平台3，且所述调平油缸24又铰接于台车行走底盘7，且所述升降臂21通过连接件与调平臂22铰接。一级平台3在升降调平组件臂2的牵引力的作用下进行升降移动，其升降移动的位移为3000mm。一级平台3包括从动齿轮9、主动齿轮10和液压马达11，主动齿轮10与液压马达 11的转动轴固定连接，且所述主动齿轮10与从动齿轮9啮合，从动齿轮9通过螺栓与回转支柱4连接。回转支柱4在从动齿轮9的旋转下进行腰转运动，其回转支柱4的腰转角度为 360°。回转支柱4远离从动齿轮9的一端与二节机械伸缩臂5的一端连接。二节机械伸缩臂5为内置有伸缩油缸12的二节伸缩臂；二节机械伸缩臂5包括第一节臂51和第二节臂52，所述伸缩油缸12设置在第一节臂51内并驱动第二节臂52伸缩移动；所述第一节臂51外壁与俯仰油缸8铰接。喷头组件6包括喷头、以及连接于喷头的摆动机构和旋转机构，所述摆动机构和旋转机构均与第二节臂52远离第二节臂52的一端连接，且喷头通过摆动机构绕转动轴线进行180°上下摆动，喷头通过旋转机构可绕伸缩臂轴线进行360°旋转摆动。基于上述用于混凝土喷射且具有移动式回转支柱的臂架的操作方法为 当针对隧道全断面施工后的断面进行施工时，
如图7所示，图7是最低施工点位置示意图。最低施工点位是通过调动升降调平组件臂2的升降油缸23对一级平台3进行降低，将一级平台3放置在地面，同时启动调平油缸 24对一级平台3进行调平；
启动俯仰油缸8，带动二节机械伸缩臂5进行下俯摆动，当下摆动到最低点后停止下摆，启动伸缩油缸12驱动第二节臂52向后收缩移动；
通过控制摆动机构和旋转机构操作喷头进行定向定点或者定面的喷射混凝土，结合摆动机构和旋转机构的运动进行画圆操作；在此操作下可得到如图7所示的最低点工位。如图8所示，图8是是最高施工点位置示意图。最高施工点位是通过调动升降调平组件臂2的升降油缸23对一级平台3进行台升，将一级平台3悬置在最高点的空中，同时启动调平油缸24对一级平台3进行调平；
启动俯仰油缸8，带动二节机械伸缩臂5进行上仰摆动，当上仰到最高点后停止上仰， 启动伸缩油缸12驱动第二节臂52向前移动；
通过控制摆动机构和旋转机构操作喷头进行定向定点或者定面的喷射混凝土，结合摆机构和旋转机构的运动进行画圆操作；在此操作下可得到如图8所示的最高点工位。实施例2
本实施例与实施例1的区别在于如图9所示，本操作方法为如图9所示的台阶法施工。当针对隧道台阶法施工后的断面进行施工时，用于混凝土喷射且具有移动式回转支柱的臂架进行如下操作步骤
A2、调动升降调平组件臂2的升降油缸23对一级平台3进行抬升或降低，将一级平台 3悬置在空中(或置于台阶上)，当一级平台3抬升到第一级台阶14高度后，同时启动调平油缸24对一级平台3进行调平，调平后，启动台车13向前移动，使得一级平台3停靠在第一级台阶14上；
B2、启动液压马达11依次带动主动齿轮10、从动齿轮9、回转支柱4，使得回转支柱4进行360°的腰转运动；
C2、启动俯仰油缸8，带动二节机械伸缩臂5进行仰俯摆动，当仰俯摆动一定的位置后， 启动伸缩油缸12驱动第二节臂52向前伸缩移动；
D2、通过控制摆动机构和旋转机构操作喷头进行定向定点或者定面的喷射混泥土，结合上下摆机构和旋转机构的运动进行画圆操作；
E2、当上述操作均完成且喷射混泥土操作完成后，需要在第二级台阶15进行操作时， 调动升降调平组件臂2的升降油缸23对一级平台3进行抬升或降低，将一级平台3悬置在空中，当一级平台3抬升到第二级台阶15高度后，同时启动调平油缸24对一级平台3进行调平，调平后，启动台车13向前移动，使得一级平台3停靠在第二级台阶15上；后面操作如上述B2、C2、D2，直到施工完成。
如上所述便可较好实现本发明。
权利要求
1.用于混凝土喷射且具有移动式回转支柱的臂架，其特征在于包括依次连接于台车 (13)的固定支撑(1)、升降调平组件臂(2)、一级平台(3)、回转支柱(4)、二节机械伸缩臂 (5)、喷头组件(6)，还包括连接与台车(13)的台车行走底盘(7)，且所述固定支撑(1)与台车行走底盘(7)连接；所述回转支柱(4)还连接有俯仰油缸(8)，且所述俯仰油缸(8)远离回转支柱(4)的一端与二节机械伸缩臂(5)连接。
2.根据权利要求1所述的用于混凝土喷射且具有移动式回转支柱的臂架，其特征在于所述升降调平组件臂(2)包括升降臂(21)、调平臂(22)、升降油缸(23)、调平油缸 (24)，所述升降臂(21)的两端分别铰接于固定支撑(1)和一级平台(3)，且所述升降油缸 (23)两端分别铰接于台车行走底盘(7)和升降臂(21)，所述调平臂(22)两端分别铰接于调平油缸(24)和一级平台(3)，且所述调平油缸(24)又铰接于台车行走底盘(7)，且所述升降臂(21)通过连接件与调平臂(22 )铰接。
3.根据权利要求2所述的用于混凝土喷射且具有移动式回转支柱的臂架，其特征在于所述一级平台(3)在升降调平组件臂(2)的牵引力的作用下进行升降移动，其升降移动的位移为3000mm。
4.根据权利要求1所述的用于混凝土喷射且具有移动式回转支柱的臂架，其特征在于所述一级平台(3)包括从动轮(9)、主动轮(10)和液压马达(11)，主动齿轮(10)与液压马达(11)的转动轴固定连接，且所述主动轮(10)与从动齿轮(9)啮合，从动齿轮(9)通过螺栓与回转支柱(4)连接。
5.根据权利要求4所述的用于混凝土喷射且具有移动式回转支柱的臂架，其特征在于所述回转支柱(4)在从动齿轮(9)的旋转下进行腰转运动，其回转支柱(4)的腰转角度为 360° 。
6.根据权利要求4或5所述的用于混凝土喷射且具有移动式回转支柱的臂架，其特征在于所述回转支柱(4)远离从动齿轮(9)的一端与二节机械伸缩臂(5)的一端连接。
7.根据权利要求1-5中任意一项所述的用于混凝土喷射且具有移动式回转支柱的臂架，其特征在于所述二节机械伸缩臂(5)为内置有伸缩油缸(12)的二节伸缩臂；二节机械伸缩臂(5)包括第一节臂(51)和第二节臂(52)，所述伸缩油缸(12)设置在第一节臂(51) 内并驱动第二节臂(52)伸缩移动；所述第一节臂(51)外壁与俯仰油缸(8)铰接。
8.根据权利要求7所述的用于混凝土喷射且具有移动式回转支柱的臂架，其特征在于所述喷头组件(6)包括喷头、以及连接于喷头的摆动机构和旋转机构，所述摆动机构和旋转机构均与第二节臂(52)远离第二节臂(52)的一端连接，且喷头通过摆动机构可绕转动轴线进行180°上下摆动，喷头通过旋转机构可绕伸缩臂轴线进行360°旋转摆动。
9.基于上述用于混凝土喷射且具有移动式回转支柱的臂架的操作方法，其特征在于 包括以下操作步骤Al、调动升降调平组件臂(2)的升降油缸(23)对一级平台(3)进行抬升或降低，将一级平台(3)悬置在空中或放置在地面，同时启动调平油缸(24)对一级平台(3)进行调平；Bi、启动液压马达(11)依次带动主动齿轮(10)、从动齿轮(9)、回转支柱(4)，使得回转支柱(4)进行360°的腰转运动；Cl、启动俯仰油缸(8)，带动二节机械伸缩臂(5)进行仰俯摆动，当仰俯摆动一定的位置后，启动伸缩油缸(12)驱动第二节臂(52)向前伸缩移动；D1、通过控制摆动机构和旋转机构，操作喷头进行定向定点或者定面的喷射混凝土，结合摆动机构和旋转机构的运动进行画圆操作。
10.基于上述用于混凝土喷射且具有移动式回转支柱的臂架的操作方法，其特征在于 包括以下操作步骤A2、调动升降调平组件臂(2)的升降油缸(23)对一级平台(3)进行抬升或降低，将一级平台(3)悬置在空中，当一级平台(3)抬升到第一级台阶(14)高度后，同时启动调平油缸 (24)对一级平台(3)进行调平，调平后，启动台车(13)向前移动，使得一级平台(3)停靠在第一级台阶(14)上；B2、启动液压马达(11)依次带动主动齿轮(10)、从动齿轮(9)、回转支柱(4)，使得回转支柱(4)进行360°的腰转运动；C2、启动俯仰油缸(8)，带动二节机械伸缩臂(5)进行仰俯摆动，当仰俯摆动一定的位置后，启动伸缩油缸(12)驱动第二节臂(52)向前伸缩移动；D2、通过控制摆动机构和旋转机构，操作喷头进行定向定点或者定面的喷射混凝土，结合上下摆机构和旋转机构的运动进行画圆操作；E2、当上述操作均完成，需要在第二级台阶(15)进行操作时，调动升降调平组件臂(2) 的升降油缸(23)对一级平台(3)进行抬升，将一级平台(3)悬置在空中(或置于二级平台上)，当一级平台(3)抬升到第二级台阶(15)高度后，同时启动调平油缸(24)对一级平台 (3)进行调平，调平后，启动台车(13)向前移动，使得一级平台(3)停靠在第二级台阶(15) 上；后面操作如上述B2、C2、D2，直到施工完成。
全文摘要
本发明公开了用于混凝土喷射且具有移动式回转支柱的臂架，包括依次连接于台车的固定支撑、升降调平组件臂、一级平台、回转支柱、二节机械伸缩臂、喷头组件，还包括与台车相连的台车行走底盘。与前述现有同类产品相比，本发明的优点是1、除能满足在硬岩或围岩稳定性较好的条件下实现快速施工外，对软岩隧道也能正常快速施工；2、解决了IV、V级围岩台阶法、特别是三台阶法快速机械化施工方法，实现边开挖，边支护，提高了工效，有效地防止了围岩坍塌，保护施工人员的安全。3、本发明结构更精简，在施工中不需要支腿，快速进场与撤场，降低了制造成本和使用成本。
文档编号E21D11/10GK102383809SQ201110349118
公开日2012年3月21日 申请日期2011年11月8日 优先权日2011年11月8日
发明者罗朝廷, 郑朝保 申请人:中铁岩锋成都科技有限公司