本发明涉及混凝土工程机械领域，具体地，涉及一种混凝土喷射台车及其伸缩臂架系统。
背景技术：
混凝土喷射台车是铁路隧道、公路隧道、水电隧道、地下厂房、地铁工程、岩石工程、地下工程等领域内进行支护施工的一种常用混凝土喷射设备。其中，顶端机械手部分是混凝土喷射台车的重要工作部件，顶端机械手部分在实际工作中呈现为一个动态过程，要求具有伸缩、俯仰、回转、喷头摆动、回转、喷嘴摆动等多种复合动作，以实现灵活操作，能够及时准确地喷射混凝土。因此，安装在顶端机械手部分上的喷头总成在多种复合动作中也具有不同的姿态，工作载荷呈多种方向。
因为混凝土喷射台车的施工环境复杂，为使设备具有较强的环境适应性，顶端机械手部分的臂架广泛采用伸缩臂形式。如图1所示，伸缩臂3可伸缩地连接在多级臂架的末节臂架4上，喷头1和喷头总成2可枢转地安装在伸缩臂3的末端，首尾顺次铰接的多级臂架中的首节臂架枢接在车身上。这样，伸缩臂3的伸缩运动、喷头总成2的枢转运动以及多级臂架的枢转运动的三者结合，形成了灵活多样的各种工作姿态。图1示出了其中的若干个典型工作状态，其中的箭头代表了伸缩臂3的伸缩移动方向。
在伸缩方式上，早期的伸缩臂采用螺杆传动。随着液压技术的发展，现有技术的伸缩臂架系统主要由伸缩臂3、末节臂架4、伸缩油缸等组成。伸缩臂3的截面结构主要有箱形(或方形)结构，也可采用三角形、五边形、U形等其它截面结构。与其他截面形式相比，箱形截面伸缩臂具有良好的抗弯和抗扭刚度，同时其制造工艺相对简单，只需由上、下两盖板和左、右两腹板焊接即可，因此箱形截面是目前伸缩臂中使用最多的一种截面形式。
由于伸缩臂架系统为凝土喷射台车的主要承载部件，伸缩臂3的伸缩可靠性和工况适应性直接影响着整机性能。而箱形结构的伸缩臂3和末节臂架4等需由上、下两盖板和左、右两腹板焊接，焊接结构不可避免的存在不确定的焊接热变形，导致伸缩臂箱形截面的形状会发生形变，变形的箱形截面形状对伸缩臂的工作性能和伸缩可靠性有一定影响，从而影响设备使用性能。箱形臂的焊接操作虽然简单，但焊缝多，焊接裂纹扩散后影响载荷分布，严重时会发生焊缝开裂甚至断臂故障。而且，由于焊接变形以及减少伸缩摩擦等原因，伸缩臂3与末节臂架4之间存在较大间隙，小则1～2mm，大则10mm，凝土喷射台车又经常工作在布满灰尘且存在大量回弹混凝土料的恶劣工作环境中，间隙裸漏，回弹混凝土料容易进入伸缩臂3与末节臂架4之间的间隙，导致产生卡滞，严重影响伸缩臂3的工作性能。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种伸缩臂架系统以及具有该伸缩臂架系统的混凝土喷射台车，该伸缩臂架系统的稳定性高，整体性能更好。
为实现上述目的，本发明提供了一种伸缩臂架系统，包括伸缩臂和首尾顺次铰接的多级臂架，所述伸缩臂连接于所述多级臂架中的末节臂架，所述末节臂架内形成有圆柱孔形状的伸缩容纳腔，所述伸缩臂的端部形成为圆筒形的缸筒部，该缸筒部可伸缩移动地容纳于所述伸缩容纳腔中并向外穿出，所述缸筒部的筒腔内设有活塞和活塞杆，所述活塞将所述筒腔分为有杆腔和无杆腔，所述活塞杆的一端连接所述活塞，另一端伸入所述伸缩容纳腔内并连接所述末节臂架，所述活塞杆上还设有分别与所述无杆腔和有杆腔对应连通的无杆腔油口和有杆腔油口。
优选地，所述缸筒部的外周壁上形成有旋转限位平台，所述末节臂架的端部安装有旋转限位滑块，该旋转限位滑块能够抵靠在所述旋转限位平台上以限制所述缸筒部旋转。
优选地，所述缸筒部包括伸入所述伸缩容纳腔中的活塞端和从所述伸缩容纳腔向外伸出的伸出端，所述限位平台径向向内地形成在所述伸出端的外圆周壁上并与所述活塞端之间形成有用于伸缩限位的台阶部。
优选地，所述末节臂架的端部还安装有环绕所述缸筒部的外周壁的防尘挡圈。
优选地，所述伸缩容纳腔的内壁面上设有滑环安装槽，所述滑环安装槽中设有滑环，所述缸筒部穿过所述滑环向外伸出。
优选地，所述滑环为铜环或尼龙环。
优选地，所述伸缩容纳腔的内壁面上还形成有油脂储存槽，所述末节臂架的外壁上设有连通所述油脂储存槽的注油口。
优选地，所述伸缩容纳腔的内壁面上至少形成有轴向间隔的两个所述滑环安装槽，所述油脂储存槽设置在两个所述滑环安装槽之间。
优选地，所述缸筒部的外圆周面与所述伸缩容纳腔的内壁面之间形成的圆周间隙不大于0.1mm。
在此基础上，本发明还提供了一种混凝土喷射台车，该混凝土喷射台车包括车体、喷头总成和上述的伸缩臂架系统，该伸缩臂架系统安装在所述车体上，所述喷头总成安装在所述伸缩臂上。
根据上述技术方案，在本发明的伸缩臂架系统中，伸缩臂不再采用通常的箱型臂或其它多边形臂架，而是采用了加工精度高的圆筒臂架，伸缩臂的缸筒部可伸缩地插入末节臂架的圆柱孔形状的伸缩容纳腔中，形成筒腔配合，二者均可精加工，不会因为焊接等造成结构变形。同时，伸缩臂的缸筒部可作为油缸的缸筒，油缸的活塞杆伸入伸缩容纳腔中并连接末节臂架，在通过活塞杆的油口通入压力油时，能够较好地控制伸缩臂从伸缩容纳腔中伸出或缩回，工作时的稳定性高，整体性能更好。而且由于圆筒臂架和圆柱孔形状的伸缩容纳腔易于精加工，使得二者之间的环形间隙小，在施工时能够有效防止回弹混凝土料的进入，避免造成卡阻。
本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为混凝土喷射台车的伸缩臂架系统在作业过程中的臂架动作过程示意图，其中显示了伸缩臂架系统的多个枢转位置以及喷头总成的多个旋转位置；
图2为现有技术中的一种伸缩臂架系统的末端结构示意图，其中伸缩油缸处于全缩回状态；
图3与图2类似，不同的是，伸缩油缸处于全伸出状态；
图4为图2中的K-K剖视图；
图5为图2中的L-L剖视图；
图6为根据本发明的优选实施方式的伸缩臂架系统的末端结构示意图；
图7为图6中的圈起部分的局部放大示意图；
图8为图6中的伸缩臂架系统的旋转限位滑块的结构示意图；
图9为图6中的M-M剖视图；
图10为图6中的N-N剖视图。
附图标记说明
1喷头2喷头总成
3伸缩臂4末节臂架
5伸缩容纳腔6筒腔
7活塞8活塞杆
9旋转限位平台10旋转限位滑块
11活塞端12伸出端
13台阶部14滑环
15油脂储存槽16注油口
20伸缩油缸21活塞杆端饺耳
30销轴40滑块
A无杆腔油口B有杆腔油口
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、左、右”通常是指参考附图所示的上、下、左、右；“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内、外。
图2至图5显示了现有技术中的一种伸缩臂架系统的末端结构示意图。其中，伸缩臂3、多级臂架中的末节臂架4均釆用箱形臂结构，伸缩油缸20的左端通过缸底铰耳与末节臂架4相连，伸缩油缸20的右端通过活塞杆端铰耳21、销轴30与伸缩臂3铰接。具体地，参见图4，销轴30穿过伸缩油缸20的活塞杆端铰耳21以及伸缩臂3的端部销孔，从而将伸缩油缸20与伸缩臂3铰接。
在伸缩油缸20的驱动下，插入于末节臂架4内的伸缩臂3能够实现伸缩动作，图2示出了伸缩油缸20处于全缩回的状态，图3显示了伸缩油缸20处于全伸出的状态。其中，由于喷嘴1安装在喷头总成2上，喷头总成2安装在伸缩臂3的末端，喷头总成2得以跟随伸缩臂3实现伸缩动作，以满足设备施工的需要。
另外，为确保伸缩自如，摩擦阻力小，箱形的伸缩臂3与箱形的末节臂架4之间存在间隙，如图4或图5所示。同时，由于伸缩臂架系统在工作时的伸缩动作较为频繁，如果伸缩臂3的外方形面与末节臂架4的内方形面之间直接接触，则伸缩移动时，接触面之间必然存在挤压刮擦，导致局部结构变形，同时方形面的接触面积较大，摩擦阻力也大，这都极大地影响伸缩臂的伸缩可靠性。因此，为减少伸缩作用而发生的挤压变形，同时为减少臂架接触面积，如图5所示，通常在伸缩臂3与末节臂架4之间设置长条形的滑块40，还可在滑块40的接触面上抹润滑脂等，以减小摩擦系数，避免滑块40的接触面因过热而出现变形，从而减少伸缩臂3与末节臂架4之间的挤压和摩擦阻力，提高伸缩臂架系统的伸缩可靠性。
由于需要增设滑块40，需进一步加大间隙尺寸，即间隙尺寸在原有臂架间隙的基础上增加滑块40的厚度尺寸，因此伸缩臂3与末节臂架4之间的间隙更为扩大。这样，当凝土喷射台车工作时从喷头1喷射出的混凝土料到达喷涂工作面后，通常有10％以上的混凝土料会在工作面发生反弹而掉落，部分反弹的混凝土料则会进入伸缩臂3与末节臂架4之间的间隙中，从而可能会产生卡滞，大粒径颗粒甚至会造成楔形卡死，影响伸缩臂架系统的伸缩可靠性。尤其是在喷头1仰喷时，反弹料极易落入伸缩臂3与末节臂架4之间的间隙中，导致故障发生的机率更大。
此外，箱形的伸缩臂3中通常应设置具有润滑或耐磨功能的材料来作为滑块40，以减少摩擦阻力，但这将导致箱形伸缩臂结构更复杂。为简化制造工艺，滑块40一般采用与臂架同种材质的钢板，直接焊接于内壁上，滑块40的表面为钢板原始毛坯面，摩擦阻力大，接触面易发生形变，影响伸缩臂3的伸缩性能。
有鉴于此，本发明根据混凝土喷射台车对伸缩臂架系统的性能要求，将混凝土喷射台车的施工环境、施工工况与设备结构进行综合考虑，对伸缩臂架系统进行系统改进，提高伸缩臂架系统的工况适应性和可靠性，保证凝土喷射台车的装备整机性能。
参见图6至图10，本发明的伸缩臂架系统包括伸缩臂3和首尾顺次铰接的多级臂架，伸缩臂3连接于多级臂架中的末节臂架4，末节臂架4内形成有圆柱孔形状的伸缩容纳腔5，伸缩臂3的端部形成为圆筒形的缸筒部，该缸筒部可伸缩移动地容纳于伸缩容纳腔5中并向外穿出，缸筒部的筒腔6内设有活塞7和活塞杆8，活塞7将筒腔6分为有杆腔和无杆腔，活塞杆8的一端连接活塞7，另一端伸入伸缩容纳腔5内并连接末节臂架4，活塞杆8上还设有例如分别通过活塞杆8的内部油路与无杆腔和有杆腔对应连通的无杆腔油口A和有杆腔油口B。
可见，本发明的伸缩臂架系统中，不再采用图4或图5所示的箱型臂或其它多边形臂架，伸缩臂3采用了圆筒形臂架，可加工精度高，能够与圆柱孔形状的伸缩容纳腔5形成高精度的筒腔伸缩配合，二者之间的环形间隙可极小化。在现有加工工艺的基础上，缸筒部的外圆周面与伸缩容纳腔5的内壁面之间形成的圆周间隙一般可做到不大于0.1mm，相较于图4或图5所示的伸缩臂3与末节臂架4之间存在的小则1～2mm、大则10mm的大间隙，已然大大减小。这样，极小间隙既可减小伸缩臂结构的振动与噪声，提高稳定性和整体性能，反弹的混凝土料还很难进入伸缩臂3与末节臂架4之间的间隙中，大颗粒物料更难进入，可避免造成卡阻，从而使用该伸缩臂架系统的混凝土喷射台车更适应恶劣的工作环境。进一步地，末节臂架4的端部还可安装有环绕缸筒部的外周壁的防尘挡圈，例如防尘挡圈可安装在末节臂架4的端面上或者直接连接在图9所示的旋转限位滑块10上，防尘挡圈的内边缘贴附在伸缩臂3的外周面上，防止外界物体进入。
更重要的是，圆筒形臂架与圆柱孔腔之间的伸缩配合精度高，加工精度高，接触面均为光整的机械精加工面，而非箱形结构的粗糙的钢板原始毛坯面，相较于箱型臂形式的伸缩臂3，加工过程中也不会因为焊接等造成局部结构变形，因而伸缩臂3的伸缩动作的稳定性高，整体性能更好。圆筒形臂架的伸缩臂3形同活塞杆，在圆柱孔腔内伸缩移动，同时，伸缩臂3的缸筒部可作为油缸的缸筒，油缸的活塞杆8伸入伸缩容纳腔5中并连接末节臂架4，在通过活塞杆8的无杆腔油口A或有杆腔油口B通入压力油时，能够精确、稳定、可靠地控制伸缩臂3从伸缩容纳腔5中伸出或缩回。当压力油从无杆腔油口A进入缸筒部内的无杆腔时，无杆腔的油液体积增加，有杆腔的油液通过有杆腔油口B回油，则伸缩臂3从末节臂架4的伸缩容纳腔5内伸出；反之，如果压力油从有杆腔油口B进入有杆腔，则伸缩臂3向伸缩容纳腔5内回缩。
由于喷头总成2安装在伸缩臂3的末端，该末端的工作载荷呈多种方向，因而必须限制伸缩臂3在伸缩运动的同时因载荷倾斜而发生转动。为此，为限制伸缩臂3在伸缩运动过程中发生转动，在伸缩臂3的缸筒部的外周壁上设置旋转限位平台9，同时在末节臂架4的端部安装旋转限位滑块10，当伸缩臂3旋转时，该旋转限位滑块10可抵靠在旋转限位平台9上以限制缸筒部旋转。旋转限位平台9可以是缸筒部外周面上设置的凸台，但更方便地，可在缸筒部的外周壁上直接加工出该旋转限位平台9。如图7所示，缸筒部包括伸入伸缩容纳腔5中的活塞端11和从伸缩容纳腔5向外伸出的伸出端12，限位平台9径向向内地形成在伸出端12的外圆周壁上并与活塞端11之间形成有用于伸缩限位的台阶部13。换言之，可将伸缩臂3的部分外圆壁通过车削、铣削等方式加工成扁方形，参见图10。图8所示形状的旋转限位滑块10可通过环绕成圈的多个紧固件紧固安装在末节臂架4的右端面上，如图9所示。伸缩臂3从末节臂架4内伸出或缩回时，因旋转限位滑块10与旋转限位平台9抵靠接触，限制了伸缩臂3在伸缩运动时发生转动，并得以将工作载荷传递至末节臂架4。参见图7，在伸缩臂3伸出至行程极限时，台阶部13与旋转限位滑块10接触，还可对伸缩臂3的伸出行程进行限位。因此，旋转限位平台9的设置位置可根据行程规划进行具体计算与设计。
此外，伸缩容纳腔5的内壁面上还可设置滑环安装槽，滑环安装槽中设置滑环14，缸筒部穿过滑环14向外伸出。滑环14采用耐磨材料经精加工制成，滑环安装槽的设置减小了伸缩臂3与末节臂架4之间的接触面积，滑环14减小了摩擦系数，摩擦阻力更小，提高了伸缩臂3的伸缩性能。其中优选采用常见的耐磨材料，例如滑环14为铜环或尼龙环。在此基础上，伸缩容纳腔5的内壁面上还可设有油脂储存槽15，末节臂架4的外壁上设有连通油脂储存槽15的注油口16，从而可通过注油口16往油脂储存槽15内注入润滑油脂等。在伸缩臂3的每次伸缩行程中，油脂储存槽15中的润滑油脂可在伸缩臂3的外表面涂有油脂润滑层，因而进一步减小摩擦阻力，确保伸缩臂3伸缩自如，进而保证伸缩臂架系统的工作可靠性。具体地，如图7所示，伸缩容纳腔5的内壁面上可至少形成有轴向间隔的两个滑环安装槽，油脂储存槽15可设置在两个滑环安装槽之间。油脂储存槽15的润滑油脂可通过油道或柱面间隙进入两侧的滑环安装槽中，以润滑其中的滑环14。可对比地，现有技术中的箱形结构伸缩臂架系统中，臂间滑动的润滑环境裸漏，润滑环境恶劣，润滑油脂消耗大，润滑油脂易粘附杂质而受到污染，失去有效的润滑。
在以上的伸缩臂架系统的基础上，本发明还提供了一种混凝土喷射台车，参见图1，该混凝土喷射台车包括车体、喷头总成2和上述的伸缩臂架系统，该伸缩臂架系统通过首节臂架可枢转地安装在车体上，喷头总成2安装在伸缩臂3上。其中，由于对混凝土喷射台车的伸缩臂架系统进行了上述改进，伸缩臂架系统可适应混凝土喷射台车的各种工况和恶劣工作环境，提高了伸缩可靠性、耐久性和工况适应性，从而大大提升了混凝土喷射台车的整机性能。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。