拱架台车的制作方法

本公开涉及隧道拱架施工领域，具体地，涉及一种拱架台车。

背景技术：

在每一条隧道的开凿中，需要沿隧道的长度方向架设多个钢拱架(下文中简称为拱架)以防止隧道塌方。由于隧道的横截面较大，为了满足要求，每个拱架的长度也相应较大，而为了便于运输，通常情况下，每一个拱架可以拆分为多个拱架段。

技术实现要素：

本公开的目的是提供一种拱架台车，该拱架台车能够可靠地夹持拱架并且具有灵活调度的特点。

为了实现上述目的，本公开提供一种拱架台车，该拱架台车包括台车和作业单元，所述台车包括履带底盘，所述履带底盘上设置有用于为所述台车和所述作业单元提供动力的动力单元，所述作业单元包括两个可伸缩的工作臂，该工作臂的底端在左右方向上分别连接于所述履带底盘，所述工作臂的末端均设置有用于独立地夹持一个拱架段的机械手，该机械手包括夹持头和用于与所述工作臂的末端连接的连接结构，所述夹持头包括连接于所述连接结构的主体以及第一夹持件和第二夹持件，所述第一夹持件通过第一轴铰接于所述主体，所述第二夹持件通过第二轴铰接于所述主体，且所述第一夹持件与所述第二夹持件之间传动连接，所述机械手还包括第一驱动装置，用于驱动所述第一夹持件绕所述第一轴、所述第二夹持件绕所述第二轴转动以夹持或释放所述拱架段。

可选地，所述机械手包括固定件，该固定件包括轴线平行设置的第一轴套和第二轴套以及连接在第一轴套和第二轴套之间的连接筋，该连接筋上设置有用于固定所述第一夹持件的安装板，所述第一轴套套设于所述第一轴，所述第二轴套用于与所述第一驱动装置连接。

可选地，所述第一夹持件与所述第二夹持件通过传动机构实现上述传动连接，所述传动机构包括相互啮合的第一圆柱齿轮和第二圆柱齿轮、相互啮合的第一锥齿轮和第二锥齿轮，所述第一圆柱齿轮设置在所述第一轴套的外周面上，所述第二圆柱齿轮设置在与所述第一轴平行且与所述第二轴垂直的第三轴上，所述第一锥齿轮固设于所述第三轴，所述第二锥齿轮固设于所述第二轴，所述第二夹持件固设于所述第二轴且沿径向方向延伸。

可选地，所述第一夹持件包括朝向所述第二夹持件的夹持板，该夹持板通过三脚连接板连接于所述安装板，所述第二夹持件为块状，并且为两个，所述第二轴相应为两个，所述夹持板上对应地设置有两个夹块。

可选地，所述主体设置有用于界定所述拱架段的夹持位置的限位板。

可选地，所述主体通过所述第一轴铰接于所述连接结构，所述机械手还包括第二驱动装置，用于驱动所述夹持头绕所述第一轴转动。

可选地，所述连接结构包括第一连接结构、第二连接结构、第三连接结构和第四连接结构，所述夹持头与所述第一连接结构连接，所述第一连接结构与所述第二连接结构之间通过第一回转装置连接，该第一回转装置限定垂直于所述第一轴的第一回转轴线，所述二连接结构通过垂直于所述第一回转轴线的第四轴枢转地连接于所述第三连接结构，所述机械手还包括第三驱动装置，用于驱动所述夹持头、第一连接结构、第一回转装置以及第二连接结构绕所述第四轴旋转，所述第三连接结构和所述第四连接结构之间通过第二回转装置连接，该第二回转装置限定垂直于所述第四轴的第二回转轴线，所述第四连接结构通过与所述第二回转轴线垂直的第五轴枢转地连接于所述工作臂的末端，所述机械手还包括第四驱动装置，用于驱动所述机械手绕所述第五轴转动。

可选地，所述工作单元还包括工作台，该工作台连接于所述第三连接结构。

可选地，每个工作臂对应设置有安装结构，每个所述工作臂的末端分别通过第一主轴枢转地连接于相应的所述安装结构，所述拱架台车包括第一主驱动装置，用于驱动相应的所述工作臂及其末端的机械手绕所述第一主轴转动；每个所述安装结构分别通过沿竖直方向延伸的第二主轴枢转地连接于所述履带底盘，所述拱架台车包括第二主驱动装置，用于驱动相应的所述安装结构和所述工作臂及其末端的机械手绕所述第二主轴转动，其中，所述第一主轴垂直于所述第二主轴。

可选地，所述驱动装置均为液压油缸。

通过上述技术方案，对应设置在两个工作臂末端的机械手能够同时夹持不同的拱架段，通过操纵相应的工作臂和机械手，能够将所夹持的拱架段调整并举升到所需的安装位置，因此，在拱架的安装过程中使用本公开提供的拱架台车，能够同一时间作用于多个拱架段，显著地提高了拱架的安装效率，进而提高隧道施工作业的效率。其中，由于机械手的第一夹持件和第二夹持件是联动的，并且两者之间的距离可以连续改变，因此，可以夹持具有不同尺寸(例如横向尺寸较大或较小的拱架段均可夹持)的拱架段，并且对拱架段的夹持具有较高的可靠性。另外，由于拱架台车只有连个工作臂，因此其体积尺寸相对较小，具有灵活调度的特点。

本公开的其他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公开的进一步理解，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公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：

图1是根据本公开的第一方面提供的拱架台车的一种具体实施方式的主视图；

图2是根据本公开的第一方面提供的拱架台车的一种具体实施方式的俯视图；

图3是根据本公开的第一方面提供的拱架台车中的机械手的一种具体实施方式的立体图；

图4是图3中所示的机械手的主视图；

图5是图3中所示的机械手的部分立体图，其中，为了便于看清夹持头，去掉了第一连接结构的一部分；

图6是图3中所示的机械手中的夹持头的立体图；

图7至图11是根据本公开的第二方面提供的隧道拱架的施工方法的步骤示意图。

附图标记说明

1拱架台车；11履带底盘；12动力单元；13液压支腿；14驾驶室；

2工作臂；20末端；21安装结构；

3机械手；30主体；31第一夹持件；311夹持板；312三角连接板；313夹块；32第二夹持件；33限位板；34工作台；

4第一主驱动装置；41第一驱动装置；42第二驱动装置；43第三驱动装置；44第四驱动装置；

51固定件；511第一轴套；512第二轴套；513连接筋；514安装板；

61第一圆柱齿轮；62第二圆柱齿轮；63第一锥齿轮；64第二锥齿轮；

71第一连接结构；72第二连接结构；73第三连接结构；74第四连接结构；

8第二主驱动装置；81第一回转装置；82第二回转装置；

9拱架；91拱架段；

A第一轴；B第二轴；C第三轴；D第四轴；E第五轴；M第一主轴；N第二主轴；G地面。

具体实施方式

以下结合附图对本公开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公开，并不用于限制本公开。

在本公开中，在未作相反说明的情况下，以台车为基准定义前、后、左、右、上、下六个方位，其中，前、后、左、右方向限定水平面，上下方向限定竖直方向；此外，为了便于描述，工作臂的最前方定义为末端，最后方定义为底端。上述方位名词仅用于解释和说明本公开，并不应当理解为对本公开的限制。

根据本公开的第一方面，提供一种拱架台车，图1和图2示出了该拱架台车的一种实施方式。其中，该拱架台车包括台车1和作业单元，所述台车1包括履带底盘11，所述履带底盘11上设置有用于为所述台车1和所述作业单元提供动力的动力单元12，所述作业单元包括两个可伸缩的工作臂2，该工作臂2的底端在左右方向上分别连接于所述履带底盘11，所述工作臂2的末端均20设置有用于独立地夹持一个拱架段91的机械手3，该机械手3包括夹持头和用于与所述工作臂2的末端20连接的连接结构，所述夹持头包括连接于所述连接结构的主体30以及第一夹持件31和第二夹持件32，所述第一夹持件31通过第一轴A铰接于所述主体30，所述第二夹持件32通过第二轴B铰接于所述主体30，且所述第一夹持件31与所述第二夹持件32之间传动连接，所述机械手3还包括第一驱动装置41，用于驱动所述第一夹持件31绕所述第一轴A、所述第二夹持件32绕所述第二轴B转动以夹持或释放所述拱架段91。

通过上述技术方案，对应设置在两个工作臂2末端的机械手3能够同时夹持不同的拱架段91，通过操纵相应的工作臂2和机械手3，能够将所夹持的拱架段91调整并举升到所需的安装位置(可以参照本公开的第二方面挺的隧道拱架的安装方法)，因此，在拱架9(由多个拱架段91依次对接而成)的安装过程中使用根据本公开的第一方面提供的拱架台车，能够同一时间作用于多个拱架段91，显著地提高了拱架9的安装效率，进而提高隧道施工作业的效率。其中，由于机械手的第一夹持件31和第二夹持件32是联动的，并且两者之间的距离可以连续改变，因此，可以夹持具有不同尺寸(例如横向尺寸较大或较小的拱架段91均可夹持)的拱架段91，并且对拱架段91的夹持具有较高的可靠性。另外，由于拱架台车只有连个工作臂，因此其体积尺寸相对较小，具有灵活调度的特点。此外，由于根据本公开的第一方面提供的拱架台车中采用履带底盘11，因此，能够较大程度地保持施工过程中的安全性和拱架台车的稳定性。

下面将参考图3至图6中所示详细描述其中的机械手3的结构。

在本公开提供的拱架台车中，第一夹持件31可以有多种设置方式。例如，参考图5和图6中所示，所述机械手3包括固定件51，该固定件51包括轴线平行设置的第一轴套511和第二轴套512以及连接在第一轴套511和第二轴套512之间的连接筋513，该连接筋513上设置有用于固定所述第一夹持件31的安装板514，所述第一轴套511套设于所述第一轴A，所述第二轴套512用于与所述第一驱动装置41连接。

其中，所述第一夹持件31与所述第二夹持件32可以通过传动机构实现上述传动连接。具体参考图6中所示，所述传动机构包括相互啮合的第一圆柱齿轮61和第二圆柱齿轮62、相互啮合的第一锥齿轮63和第二锥齿轮64，所述第一圆柱齿轮61设置在所述第一轴套511的外周面上，所述第二圆柱齿轮62设置在与所述第一轴A平行且与所述第二轴B垂直的第三轴C上，所述第一锥齿轮63固设于所述第三轴C，所述第二锥齿轮64固设于所述第二轴B，所述第二夹持件32固设于所述第二轴B且沿径向方向延伸。

通过第一驱动装置41驱动第一夹持件31绕第一轴A沿例如第一方向转动，第一夹持件31靠近第二夹持件32，同时，第一夹持件31的转动通过传动机构的传递，使得第二夹持件32绕第二轴B转动，靠近第一夹持件31，由此，能够将拱架段91“挤”在两者之间，从而实现对拱架段91的夹持。当通过第一驱动装置41驱动第一夹持件31绕第一轴A沿与第一方向相反的第二方向转动时，第一夹持件31与第二夹持件32相互远离，从而实现对拱架段91的释放。

在本公开提供的具体实施方式中，第一夹持件31和第二夹持件32可以有多种构造。例如图5和图6中所示，所述第一夹持件31包括朝向所述第二夹持件的夹持板311，该夹持板311通过三脚连接板312连接于所述安装板514，所述第二夹持件32为块状，并且为两个，所述第二轴B相应为两个，所述夹持板311上对应地设置有两个夹块313。

在夹持的过程中为了便于拱架段91找准位置，所述主体30可以设置有用于界定所述拱架段91的夹持位置的限位板33。当拱架段91与限位板33接触时，可以驱动第一夹持件31绕第一轴A沿第一方向转动，以夹持拱架段91。

在本公开提供的具体实施方式中，当通过夹持头夹持拱架段91之后，需要调整拱架段91的姿态，以便于与相邻的拱架段91连接。

其中，所述主体30可以通过所述第一轴A铰接于所述连接结构(具体为下文中所示的第一连接结构71)，所述机械手3还包括第二驱动装置42，用于驱动所述夹持头绕所述第一轴A转动。在施工过程中，通过第二驱动装置42，能够使得夹持头发生轻微的“点头”、“抬头”动作，从而调整拱架段91在竖直方向上的位置和姿态。

为了实现当夹持头夹持拱架段91时对拱架段91的多角度、多方位的调整，所述连接结构可以包括第一连接结构71、第二连接结构72、第三连接结构73和第四连接结构74，所述夹持头与所述第一连接结构71连接，所述第一连接结构71与所述第二连接结构72之间通过第一回转装置81连接，该第一回转装置81限定垂直于所述第一轴A的第一回转轴线，由此可以调整所夹持的拱架段91在前后和左右方向上的位置和姿态。所述二连接结构72通过垂直于所述第一回转轴线的第四轴D枢转地连接于所述第三连接结构73，所述机械手还包括第三驱动装置43，用于驱动所述夹持头、第一连接结构(71)、第一回转装置(81)以及第二连接结构(72)绕所述第四轴D旋转，在施工过程中，通过第三驱动装置43，能够使得夹持头发生“点头”、“抬头”动作，从而调整拱架段91在竖直方向上的位置和姿态，辅助调平。所述第三连接结构73和所述第四连接结构74之间通过第二回转装置82连接，该第二回转装置82限定垂直于所述第四轴D的第二回转轴线，以使得夹持头能够左右摆动，辅助调平。所述第四连接结构74通过与所述第二回转轴线垂直的第五轴E枢转地连接于所述工作臂2的末端，所述机械手3还包括第四驱动装置44，用于驱动所述机械手3绕所述第五轴E转动，能够使得夹持头发生较大幅度的“点头”、“抬头”动作，从而调整拱架段91在竖直方向上的位置。

另外，为了便于近距离观察拱架段91并进行相应的操作，所述工作单元还包括工作台34，该工作台34连接于所述第三连接结构73。

在本公开提供的具体实施方式中，具体参考图1中所示，为了实现工作臂2的装配，每个工作臂2对应设置有安装结构21，每个所述工作臂2的末端分别通过第一主轴M枢转地连接于相应的所述安装结构21，所述拱架台车包括第一主驱动装置4，用于驱动相应的所述工作臂2及其末端的机械手3绕所述第一主轴M转动；每个所述安装结构21分别通过沿竖直方向延伸的第二主轴N枢转地连接于所述履带底盘11，所述拱架台车包括第二主驱动装置8，用于驱动相应的所述安装结构21和所述工作臂2及其末端的机械手3绕所述第二主轴N转动，其中，所述第一主轴M垂直于所述第二主轴N。通过驱动第一主驱动装置4，能够驱动工作臂21及其末端的机械手3在竖直方向上位置的改变，通过驱动第二主驱动装置8，能够驱动工作臂21及其末端的机械手3在水平方向上位置的改变。。

另外，在本公开提供的具体方式中，所述驱动装置均为液压油缸(由动力单元12提供液压油)，以提供平稳且可靠的驱动。

另外，在本公开提供的具体实施方式中，为了保证施工过程中拱架台车的稳定性，履带底盘11的四个角上分别可以设置有液压支腿13，在施工之前将液压支腿13打开，能够保证施工过程中的安全。此外，台车1包括设置在履带底盘11上的驾驶室14，用于驾驶拱架台车。

根据本公开的第二方面，提供一种隧道拱架的安装方法，其中，该安装方法包括以下步骤：

S1：使用运输装置将多个拱架段91运送至隧道中的预定位置，如图7中所示；

S2：提供拱架台车，使用该拱架台车夹持并举升多个所述拱架段91以将多个所述拱架段91连接成拱架9，

其中，所述拱架台车包括台车1和作业单元，所述台车1包括履带底盘11，所述履带底盘11上设置有用于为所述台车1和所述作业单元提供动力的动力单元12，所述作业单元包括两个可伸缩的工作臂2，该工作臂2的底端在左右方向上分别连接于所述履带底盘11，所述工作臂2的末端均设置有用于独立地可释放地夹持一个拱架段91的机械手。其中，机械手3可以有多种具体的实施方式，例如，可以实施为本公开的第一方面中的机械手3，也可以实施为申请人在申请号为201710014250.4中的夹具机构或在申请号为201710014591.1中的抓手机构。对此，本公开不作具体限制，只要能够实现对拱架段91的可释放夹持即可。在下文中，仅以将机械手实施为本公开的第一方面中的机械手3为例，参考图7至图11详细描述本公开的第二方面提供的隧道拱架的安装方法。

通过上述技术方案，对于隧道横截面尺寸较小的施工现场来说，由于两臂式拱架台车自身的体积和尺寸相对较小，因此，使用两臂式拱架台车进行作业能够灵活地完成多个拱架段91的拼装。另外，使用这种两臂式拱架台车的另一优点是，两个工作臂2能够相对独立地作业，这在很大程度上缩短了拱架安装所需的总时间，有效地提高了施工效率。

在实际施工过程中，步骤S2可以有多种具体施工步骤，例如：

其中一种：所述步骤S2包括以下步骤：

S21：控制位于左侧或右侧的所述工作臂2末端的所述机械手3夹持对应于所述拱架9最左端或最右端的所述拱架段91，控制所述工作臂2举升并控制所述机械手3调整所述拱架段91的姿态，直到所述拱架段91到达待安装位置，如图8a中所示；

S22：控制位于右侧或左侧的所述工作臂2末端的所述机械手3夹持下一段所述拱架段91，并且控制所述工作臂2举升并控制所述机械手3调整该拱架段91的姿态，直到该拱架段91到达能够与上一段所述拱架段91对接的位置，并使用紧固件连接相邻的所述拱架段91以形成拱架段连接体，如图8b中所示；

S23：控制位于左侧或右侧的所述工作臂2末端的所述机械手3释放所夹持的所述拱架段91并在之后夹持在所述拱架段连接体的中间位置，控制位于右侧或左侧的所述工作臂2末端的所述机械手3释放所夹持的所述拱架段91，可以参考图8c；

S24：重复上述步骤S22和步骤S23至所有拱架段91连接为所述拱架9。

在另外一种具体的施工步骤中，所述步骤S2包括位于所述步骤S21至步骤S24之前的以下步骤：

S20：在地面上将相邻的拱架段91两两相连为连接段；

其中，在所述步骤S21至所述步骤S24中，将所述连接段视为其中的所述拱架段91，当所述拱架段91为奇数个时，将最后一段的所述拱架段91视为连接段，可以参考图9a至图9d中所示。

在上述两种具体步骤中，为了减轻拱架台车的负荷，在所述步骤S21中，可以使得最先安装的所述拱架段91或所述连接段的对应于所述拱架9的末端的端部支撑在地面G上。

另外，当所述拱架段91的数量不大于五时，也就是说，需要施工的隧道横截面较小的情况下，所述步骤S2可以具体实施为以下步骤：

S20：在地面上使用紧固件依次将相邻的所述拱架段91连接在一起以形成拱架9，如图10a中所示；

S21：控制两个所述工作臂2末端的所述机械手3夹持所述拱架9，并控制两个工作臂2将拱架9举起，如图10b中所示；

S22：控制两个所述工作臂2及其末端的所述机械手3将所述拱架9调整为立直，如图10c中所示。

其中，为了使得两个工作臂2的负荷均匀，两个所述机械手3在拱架9上所夹持的位置关于所述拱架9的中心对称轴线对称。

之后，所述安装方法还包括步骤：

S3：控制所述工作臂2将所述拱架9立于地面G上。

之后，所述安装方法还包括步骤：

S4：控制所述机械手3释放所述拱架9，之后调整所述工作臂2收回到闲置位置，如图11中所示。

之后，所述安装方法还包括步骤：

S5：将所述拱架台车从所述隧道中驶出；

S6：重复上述步骤S1-S5。

为了，所述安装方法还包括步骤：

S7：在相邻的两个所述拱架9之间拉设钢筋和钢丝网，以加固和支护所述拱架9。

在此需要说明的是，保险起见，可以在最新的一个拱架9安装完成之后随即执行上述步骤S7。

以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。

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，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。