隧道用两臂两篮钢拱架安装机及钢拱架施工方法与流程

本发明属于山岭隧道工程施工专用机械设备领域，具体涉及一种隧道用两臂两篮钢拱架安装机及钢拱架施工方法。

背景技术：

我国目前在隧道施工中，当围岩软弱破碎严重时，需及时安装钢拱架作为初期支护，以控制围岩变形，防止坍塌。钢拱架一般采用型钢拱架和格栅钢架两种结构，并与拉筋、网片、锁脚锚杆和喷射混凝土构成联合支护。

钢拱架安装主要采用人工安装方式，即借助简易台架或装载机，依靠人力将拱架安装到位。这种安装方式施工人员多、劳动强度大、作业效率低，并且安装质量不高、施工危险性较大。目前国内已有研发的单臂拱架安装机、三臂拱架安装机（带工作篮）等设备用于满足山岭隧道钢拱架的安装工作。单臂拱架安装机工作效率低，三臂拱架安装机工作效率高，但成本高，工作篮和夹具头相连，使用不方便。国外也有研发的两臂两篮钢拱架安装机，但这些机械主要根据国外施工情况而研制，不适合国内施工情况。

根据这些情况，本发明主要结合国内隧道施工实际情况，设计成本低、使用方便、性能可靠的两臂两篮钢拱架安装机。

技术实现要素：

本发明的目的是针对上述存在的问题和不足，提供一种隧道用两臂两篮钢拱架安装机及钢拱架施工方法，其结构设计合理，对施工人员的安全起到了至关重要的作用，同时，其工作效率高、人性化便捷操作、性能可靠，能够有效的保障施工速度。

为达到上述目的，所采取的技术方案是：

一种隧道用两臂两篮钢拱架安装机，包括底盘、设置在底盘上的驾驶室、动力系统和控制系统，还包括：滑移架，所述底盘上并排设置有两滑移架；吊篮臂，所述两滑移架上均匹配滑动设置有滑移支撑座，各所述滑移支撑座上均设置有吊篮臂，所述吊篮臂能够沿长度方向伸缩调节，且吊篮臂能够相对于滑移支撑座进行左右回转和上下俯仰动作；吊篮，所述吊篮设置在吊篮臂的端部，所述吊篮与吊篮臂之间设置有自平衡系统，所述自平衡系统能够使得吊篮始终处于水平状态；工作臂，在所述两滑移架上、或在与所述两滑移架对应的底盘上均设置有固定支撑座，各所述固定支撑座上均设置有工作臂，所述工作臂能够沿长度方向伸缩调节，且工作臂能够相对于固定支撑座进行左右回转和上下俯仰动作；和夹具头，所述夹具头设置在工作臂的端部，所述夹具头与工作臂之间设置有自平衡系统，该自平衡系统能够使得夹具头能够始终处于水平状态。

所述夹具头包括回转底座、回转台、枢接设置在回转台上的夹持头、和设置在回转台与夹持头之间的夹持头俯仰油缸。

所述吊篮臂与滑移支撑座之间、工作臂与固定支撑座之间均枢接设置有中撑座，中撑座与滑移支撑座和固定支撑座之间均设置有回转油缸，中撑座与吊篮臂和工作臂之间均设置有臂梁俯仰油缸。

所述吊篮与吊篮臂之间、夹具头与工作臂之间均设置有调平油缸，所述自平衡系统为对应的臂梁俯仰油缸和调平油缸的并行联动，当臂梁俯仰油缸进行伸缩动作时，对应的调平油缸同步伸缩动作，使得吊篮或夹具头保持水平状态。

其各油缸上均设置有液压锁和溢流阀。

所述底盘为轮式底盘，所述底盘的前端设置有至少一组前液压平衡支腿。

所述控制系统包括液压控制系统和电气控制系统，所述的动力系统为柴电双动力系统；所述控制系统和动力系统均设置在底盘的后端。

所述吊篮臂和工作臂均为三节伸缩臂，所述伸缩臂为箱型结构，伸缩臂由高强度钢板焊接而成；在三节伸缩臂之间设置有伸缩液压油缸和钢丝绳滑轮绕组。

所述滑移架的两侧设置有滑移槽，所述滑移支撑座底部两侧设置有匹配滑动卡设在滑移槽内的支撑滚轮和导向滚轮。

一种隧道钢拱架施工方法，所述的隧道钢拱架施工方法为利用上述的隧道用两臂两篮钢拱架安装机进行钢拱架的安装拼装方法。

采用上述技术方案，所取得的有益效果是：

本发明有效地解决了隧道成套化施工中钢拱架安装拼接工作的机械化，大大提高了隧道施工的效率，加快隧道施工进度，缩短施工工期，节约成本，大大加强了隧道施工的安全性，减少人员劳动强度，优化施工工艺中操作的便捷性，促进隧道施工机械化、成套化、信息化的发展进程。

本申请中的两臂两篮能够同时工作，工作臂用于抓举拱架（h或工字钢拱、花拱）吊篮用于完成拱架间拉筋与网片焊接作业；此外，工作臂和吊篮臂上的液压油缸具有夹持自锁的功能，保障了工作的安全性和稳定性，同时夹具头和吊篮具有重力自适应的特点，能够保障在俯仰举升过程中夹具头和吊篮始终处于水平稳定状态。

本申请中的工作范围大，吊篮具有前后滑移功能，增大隧洞纵向工作范围。工作臂与吊篮臂均带有回转、两级伸缩、仰俯，吊篮和夹具头均具有自平衡功能等，夹具头还具有回转、摆动、俯仰三个操作动作，更加灵活，进行钢拱架的拼装作业过程中，更加灵活，从而能够提高施工效率和施工的准确性，大大降低了劳动强度。

本申请中的底盘采用轮胎式底盘，机动性好、速度快、成本低，且本申请采用全液压设计、比例控制，可控性高，冲击小；其动力系统均为柴电双动力系统，采用电动机作业零排放、无污染、噪音低，柴油机辅助动力；在行驶时，工作臂处于全缩状态，吊篮臂缩回最短，并通过滑移架将臂收回车内。行驶稳定性高，且底盘前部设置有前液压平衡支腿，在支护工作时前液压平衡支腿展开，工作稳定性好。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为图1的俯视结构示意图。

图3为吊篮臂和吊篮的安装结构示意图。

图4为工作臂和夹具头的安装结构示意图。

图5为工作臂和吊篮臂的工作范围图。

图中序号：10为底盘、110为滑移架、111为滑移槽、112为支撑滚轮、113为导向滚轮、120为滑移支撑座、130为固定支撑座、140为前液压平衡支腿、150为中撑座、160为臂梁俯仰油缸、170为回转油缸、180为辅助油缸、20为驾驶室、30为动力系统、40为控制系统、401为液压控制系统、402为电气控制系统、50为吊篮臂、501为伸缩臂、502为伸缩液压油缸、60为工作臂、70为吊篮、701为调平油缸、80为夹具头、801为回转底座、802为回转台、803为夹持头、804夹持头俯仰油缸。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式做详细说明。

参见图1-图5，一种隧道用两臂两篮钢拱架安装机，包括底盘10、设置在底盘上的驾驶室20、动力系统30和控制系统40；在底盘10上并排设置有两滑移架110，两滑移架110上均匹配滑动设置有滑移支撑座120，滑移架110的两侧设置有滑移槽111，所述滑移支撑座120底部两侧设置有匹配滑动卡设在滑移槽111内的支撑滚轮112和导向滚轮113。

各所述滑移支撑座120上均设置有吊篮臂50，吊篮臂50能够沿长度方向伸缩调节，且吊篮臂50能够相对于滑移支撑座120进行左右回转和上下俯仰动作；在吊篮臂的端部设置有吊篮70，吊篮70与吊篮臂50之间设置有自平衡系统，该自平衡系统能够使得吊篮始终处于水平状态；在两滑移架110上、或在与所述两滑移架110对应的底盘10上均设置有固定支撑座130，各固定支撑座130上均设置有工作臂60，工作臂60能够沿长度方向伸缩调节，且工作臂60能够相对于固定支撑座130进行左右回转和上下俯仰动作；在工作臂60的端部设置有夹具头80，夹具头80与工作臂60之间设置有自平衡系统，该自平衡系统能够使得夹具头80能够始终处于水平状态。

在本实施例中，夹具头80包括回转底座801、回转台802、枢接设置在回转台802上的夹持头803、和设置在回转台802与夹持头803之间的夹持头俯仰油缸804，从而使得夹具头能够实现回转和俯仰动作，满足在钢拱梁的施工过程中的抓取和举升动作，灵活度高。

进一步的，本实施例中的吊篮臂50和工作臂60均为三节伸缩臂501滑动套设而成，所述伸缩臂501为箱型结构，伸缩臂501由高强度钢板焊接而成；在三节伸缩臂之间设置有伸缩液压油缸502和钢丝绳滑轮绕组（图中未示出），本申请通过钢丝绳滑轮绕组实现三节伸缩臂的联动，并有效降低液压缸的行程，进而通过伸缩液压油缸的动作实现伸缩动作。

为了提高吊篮臂和工作臂的工作范围，在吊篮臂50与滑移支撑座120之间、工作臂60与固定支撑座130之间均枢接设置有中撑座150，中撑座150与滑移支撑座120和固定支撑座130之间均设置有回转油缸170，中撑座150与吊篮臂50和工作臂60之间均设置有臂梁俯仰油缸160，通过回转油缸能够使得工作臂或吊篮臂实现在左右回转摆动，通过臂梁俯仰油缸的动作能够使得工作臂和吊篮臂实现俯仰举升动作，且二者的动作相互独立互不影响，为了保障工作臂和吊篮臂在俯仰动作时的稳定性，还可在中撑座与工作臂和吊篮臂之间设置辅助油缸。

由于吊篮和夹具头在整个作业过程中要保障其姿态稳定，始终处于水平状态，因此吊篮70与吊篮臂50之间、夹具头80与工作臂60之间均设置有调平油缸701，本实施例中，之前提及的自平衡系统为对应的臂梁俯仰油缸160和调平油缸701的并行联动，即臂梁俯仰油缸160的无杆腔与调平油缸701的有杆腔连通，调平油缸701的无杆腔与臂梁俯仰油缸160的有杆腔连通，从而能够使得当臂梁俯仰油缸进行伸缩动作时，对应的调平油缸同步伸缩动作，使得吊篮或夹具头保持水平状态。

基于整个设备的安全性能和施工环境，在各油缸上均设置有液压锁和溢流阀，从而能够实现工作臂、吊篮臂、夹具头等各部件的自锁，提高设备的稳定性。

进一步的，为了优化整个设备的稳定性和环境适应能力，其底盘10为轮式底盘，机动性好、速度快、成本低，在底盘10的前端设置有至少一组前液压平衡支腿140，当进行支护作业时，前液压平衡支腿下放支撑地面，从而提高整个设备的稳定性。

本实施例中的控制系统40包括液压控制系统401和电气控制系统402，动力系统30为柴电双动力系统；所述控制系统40和动力系统30均设置在底盘10的后端，在特殊情况下，为了提高设备的稳定性，还能够在底盘的相应位置设置配重块，从而保障在工作臂和吊篮臂作业过程中的稳定性；通过本申请采用的全液压设计、比例控制，可控性高，冲击小；其动力系统均为柴电双动力系统，采用电动机作业零排放、无污染、噪音低，柴油机辅助动力。

本申请还公开了一种隧道钢拱架施工方法，该隧道钢拱架施工方法为利用上述实施例中的隧道用两臂两篮钢拱架安装机进行钢拱架的安装拼装方法，其能够满足目前国内隧道施工对人员安全性的要求，使得隧道施工逐步由机械设备代替人工操作。实现隧道施工设备成套化配置，用于满足隧道施工“更快，更好，更安全”的要求。隧道施工设备机械化包括钻爆设备——三臂凿岩台车、支护设备——湿喷机+拱架安装机、二衬设备——模板台车等一系列机械化配套设备成了施工单位的首选。采用本申请的拱架安装机为支护掌子面稳定性提供了性能稳定的重要的技术创新，对施工人员的安全起到了至关重要的作用，也对整个施工效率和施工整体进度提供了有效的保障。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。