一种多功能隧道施工作业车的制作方法

本发明涉及一种多功能隧道施工作业车。

背景技术：

为了提高隧道施工的安全系数，保障施工的高效完成，需要在隧道开挖的过程中及时进行支护，特别是针对Ⅳ级及以上的软弱围岩，更要进行多种工序的支护，包括超前支护、初期支护、二次衬砌等。其中初喷混凝土、打入锚杆、挂钢筋网、立钢拱架、再次喷射混凝土等步骤是初期支护中的重要措施，由于这些初期支护具有较大的刚度，因此也将作为隧道承重结构中的永久性承重部分。

当下我国铁路、公路隧道施工的技术水平和发达国家相比仍有一定的差距，还处于机械化施工的初期阶段，在实际施工过程中自动化与机械化的应用程度仍有一定的不足，专业施工设备品种较少、质量较差、故障率较高、机械性能难以满足施工需求等短板往往会导致施工工期拖长，施工中的安全风险增加。特别是软弱围岩及土质隧道的施工过程中普遍还是以人工作业为主，而大量的人工作业施工效率较低、安全隐患较多、实施支护的难度也较大。

初期支护是整个隧道施工过程中非常关键的一环，其中锚杆、钢筋网、钢拱架的安装及混凝土的喷射是初期支护的主要措施，而现有的隧道施工设备大多功能单一，稳定性较差，结构不合理，施工成本高、难度大，操作繁琐，安全系数低。

而传统的隧道施工工艺较为落后，主要施工环节仍然依赖人工作业，虽然目前市场上已经出现了少量进口和国产的隧道施工设备，但这些设备与现实施工环境的匹配度不高，兼容性不强，且相应的施工成本较高，因此在实际隧道施工中应用较少。

针对初期支护中难度较大，重要程度较高的立钢拱架的环节，传统技术多用人工作业，而少数机械施工也难达到预期的效果，钢拱架一般通过升降装置举升到掌子面上待安装位置，然后再通过人力扛举支撑完成焊接(这一过程安全隐患和劳动强度都非常大，人员受伤时常发生)，或者由带有抓取机构的设备来完成拱架安装方位的调整并固定和支撑，但一般的施工设备功能单一、性能较差，这就影响了钢拱架的安装精度和效率。

另外，目前市场上的隧道施工设备并没有将打锚杆、立钢拱架、喷射混凝土等功能结合起来形成整套的解决方案，因此应用及普及范围有限，而这些功能的整合能够很大程度地降低成本、能耗，提高效率，减小安全隐患。

本发明的技术目的主要是针对当前市场上相关隧道施工设备的短板和缺陷，研发出一种功能齐全、对不同工况适应性强、性能稳定安全，能够提高施工效率、降低安全隐患、减少施工成本的多功能隧道施工作业车。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术存在的不足提供一种适应性强，能提高工作效率的多功能隧道施工作业车。

本发明所采用的技术方案为：一种多功能隧道施工作业车，其特征在于：包括行走装置，在行走装置上设有回转台，在回转台上设有臂架装置，所述臂架装置包括主机械臂和安设在主机械臂两侧的两辅机械臂，各机械臂为伸缩式机械臂，所述回转台为三个独立的回转台，各机械臂分别与对应的回转台相铰接，各回转台分别通过回转机构驱动，实现各机械臂摆转，所述回转机构安设在行走装置上，各机械臂分别通过对应的俯仰驱动机构驱动，实现各机械臂的俯仰动作，所述俯仰驱动机构安设在回转台上，在主机械臂、两辅机械臂的前端分别设有操作平台，在各机械臂的前端配置有多功能机械手，在多功能机械手上设有夹取机构。

按上述技术方案，所述行走装置包括车体，所述车体通过前后驱动桥驱动，在车体上配置有液压支腿。

按上述技术方案，在行走装置上的两端分别配置有前司机室和后司机室。

按上述技术方案，所述俯仰驱动机构为液压油缸式驱动机构，其包括俯仰油缸，所述俯仰油缸的两端分别与对应的机械臂和回转台相连。

按上述技术方案，所述俯仰驱动机构还包括辅助油缸，所述辅助油缸的两端分别与对应的机械臂和回转台相连。

按上述技术方案，各机械臂至少为两级伸缩，分别通过液压油缸驱动。

按上述技术方案，所述回转机构为液压油缸式驱动机构，其包括摆转油缸，所述摆转油缸的两端分别与与对应的回转台和行走装置相连。

按上述技术方案，在各机械臂的前端设有连接板，所述操作平台的一端与对应的连接板相铰接，另一端与伸缩缸相铰接，所述伸缩缸的另一端与连接板相连。

按上述技术方案，在两辅机械臂的操作平台上安装有隧道施工集成模块，该集成模块可根据隧道施工的具体需求来变更功能及相应的装置，包括卷扬机、混凝土喷射头、液压焊机及凿岩装置。

本发明所取得的有益效果为：本发明可以极大减少人工完成立拱的过程，缩短立拱时间，而且大幅提高安全性和立拱的精准性，并且可以同时完成拱架之间拉筋和网片的焊接、拱架安装前定位基准的测量放线、初期排险等工作，一机多用，实用性强。

附图说明

图1-图3为本发明在不同状态下的立体图。

图4为本发明的伸缩式机械臂的结构示意图。

图5为本发明的操作平台及机械臂的结构示意图。

图6为本发明的行走装置上的前后驱动桥的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1-6所示，本实施例提供了一种多功能隧道施工作业车，包括行走装置1，在行走装置上设有三个回转台4，三个回转台相互独立，并与行走装置通过轴承连接，在回转台4上设有臂架装置9，所述臂架装置9包括主机械臂10和安设在主机械臂两侧的两辅机械臂11，各机械臂分别与对应的回转台4相铰接，各机械臂为伸缩式机械臂，各回转台分别通过回转机构驱动，实现各机械臂摆转，各机械臂分别通过对应的俯仰驱动机构驱动，实现各机械臂的俯仰动作，所述俯仰驱动机构安设在回转台4上，在主机械臂10、两辅机械臂11的前端分别设有操作平台12，在各机械臂的前端配置有多功能机械手14，在多功能机械手14上设有夹取机构15，另外在回转台上还配置有动力系统8。

本实施例中，所述行走装置1包括车体，所述车体通过前后驱动桥29、30驱动，前后驱动桥29、30驱动四个轮胎19前后行走及转向功能，在车体上配置有提供行车动力的传动系统20(也即整车发动机系统)提供作业过程中整机稳定的四个液压油缸支腿18、提供机械臂架及回转系统动力的主泵21，及一些控制阀组和行车制动、驻车制动系统，其中2个前支腿油缸可横向伸缩，以满足作业时整车的稳定性。在车体上的两端分别配置有前司机室7和后司机室17，可供双向驾驶，防止倒车出隧道时不必要的事故发生，其中后驾驶室17可垂直升降，作业视野范围更广阔，无死角。

所述回转机构为液压油缸式驱动机构，其包括摆转油缸2，共设有3个摆转油缸2，臂架装置9的各个机械臂通过铰接与回转台4连接，所述摆转油缸2的两端分别与对应的机械臂和车体相连。三个摆转油缸2供三个机械臂左右摆动，以满足操作平台上人员及设备的施工。

臂架装置9由三个机械臂组成，主机械臂10在中间，两个辅机械臂11在两侧，每根机械臂为三节箱形伸缩式机械臂形式，俯仰角度为-15°～40°，主机械臂摆转幅度为-5°～5°，辅机械臂摆转角度为0～45°。三个机械臂相互独立操作，互不影响，操作平台有安全确认开关以保证三个机械臂作业时不干涉。各机械臂分别通过液压油缸(即组合油缸31、32)驱动，组合油缸31、32可供两级内机械臂伸缩，以满足隧道掌子面施工的高度。其中，俯仰驱动机构为液压油缸式驱动机构，其包括俯仰油缸5，所述俯仰油缸5的两端分别与对应的机械臂和回转台4相连。所述俯仰驱动机构还包括辅助油缸6，所述辅助油缸6的两端分别与对应的机械臂和回转台相连。俯仰油缸5主要提供机械臂的俯仰，辅助油缸6随俯仰油缸5自动调整，确保操作平台12始终处于水平状态。各机械臂前端安装有多功能机械手14、夹取机构15，油缸24供机械手14的俯仰，以调整合适角度来夹取钢拱架，油缸23的伸缩供夹取机构15放松与夹紧。两侧辅机械臂前端护栏上安装有隧道施工集成模块13，该集成模块可根据隧道施工的具体需求来变更功能及相应的装置，包括但不仅限于卷扬机、混凝土喷射头、液压焊机及凿岩装置。

动力系统8提供了臂架伸缩的动力并控制臂架的伸缩，由电缆卷筒3外接高压电，来提供整车隧道内作业的动力，电力驱动较柴油发动机驱动清洁无污染，很好的改善了隧道内施工环境。紧急状态下，若外接电源断电，本车可利用行车的发动机系统完成各机械臂和支腿油缸收回，顺利离开作业场地。

每个伸缩机械臂上的操作平台12都可以安装液压焊机，从液压系统引2根导管至平台上，并形成回路。

在各机械臂的前端设有连接板，所述操作平台12的一端与对应的连接板相铰接，另一端与伸缩缸16相铰接，所述伸缩缸16的另一端与连接板相连，以实现各操作平台的升降。

当多功能台车实现钢拱架的安装功能时，辅机械臂上的隧道施工集成模块13切换为卷扬吊装机构用来吊装拱架段，拱架的过程为：主机械臂10俯至合适角度，通过俯仰油缸5放下，在地面辅助人员的协助下，通过机械手14夹取中段的一片拱架。夹取后通过俯仰油缸5将拱架翻转90度。再通过主机械臂俯仰等动作将拱架调整到大致位置。提升各拱架到就位高度后，通过主机械臂10的伸缩、俯仰、摆转等动作将拱架大致对正，再通过操作平台12上的机械手14将拱架精准对位，完成三片拱架的安装。安装过程如图6所示。

当多功能台车实现凿岩及混凝土喷射功能时，辅机械臂上的隧道施工集成模块13切换为凿岩机构和混凝土喷射机构。

图5中的两桥底盘可提供四种转向模式，使台车的作业就位高效精准，并且其轻量化的钢结构设计及轮胎驱动给台车的倒运和走形提高了效率和稳定性。

并且本多功能隧道施工台车的主要动作可手动操作，也可采用无线遥控，用于特殊情况下的上车工作装置展开和收存。