组合机械臂及多功能台车的制作方法

1.本发明涉及隧道装备领域，尤其涉及组合机械臂及多功能台车。


背景技术：

2.目前隧道施工中，初期支护工序大多还是人工作业，人工作业存在人员数量多，工人劳动强度大，作业效率不高，安全隐患大等问题。随着技术发展和安全规范要求，拱架安装台车代替人工作业趋势越加明显，但现有拱架安装台车功能单一，不能实现初期工序全机械化作业，锚杆作业仍需人工配合。
3.近年来，针对隧道初期支护机械化施工难题，出现了多功能拱锚台车，例如公开号为cn216894470u的中国专利公开了一种双凿岩拱锚台车，该专利方案的左右臂将凿岩组件和立拱组件集成在一个臂架上，凿岩组件和立拱组件相互接替操作，使机械臂能够先进行拱架放置、安装等工作，再切换至凿岩组件进行凿岩钻孔、安装锚杆等工序，缩短设备进出及准备时间。该方案虽然实现了凿岩组件与立拱组件集成，但是并未进一步考虑组件相互之间的施工干涉问题，如图1所示，其立拱组件虽然可以通过横梁和竖梁上的回转装置260进行一定幅度的偏转，但是立拱组件200始终位于臂架100的前方，因此立拱组件的收纳效果不佳，凿岩施工时，立拱组件不能有效回避，对凿岩组件300造成一定的施工干涉，比如cn216894470u中竖梁的存在，左右臂进行打底板孔时易受立拱组件的影响(其中的竖梁容易剐蹭底板)以及凿岩组件本身的姿态调整限制，难以对隧洞掌子面的底部进行打孔。并且在cn216894470u中，凿岩作业机构只能进行两个维度的旋转，打孔时的凿岩机的自由度有限，很难对隧洞掌子面的底部边缘的区域打孔。


技术实现要素：

4.本发明目的在于：针对上述问题，提供一种组合机械臂及多功能台车，用以减少立拱组件与凿岩组件之间施工干涉的问题。
5.本发明是通过下述方案来实现的：
6.一方面本发明公开了一种组合机械臂，包括臂架，所述臂架的端部设置有立拱组件和凿岩组件，所述立拱组件包括翻转机构和立拱作业机构，所述翻转机构的一端铰接于所述臂架的前端和侧端，另一端连接所述立拱作业机构，并驱动所述立拱作业机构横向翻转。
7.在一些实施方式中，所述翻转机构可包括翻转驱动组件和l形横梁，所述翻转驱动组件的后端与所述臂架的侧端铰接，所述翻转驱动组件的前端与所述l形横梁铰接，所述l形横梁的后端与所述臂架的前端铰接，所述l形横梁的前端连接所述立拱作业机构。
8.进一步的，所述翻转驱动组件可包括翻转油缸和四连杆组件，所述四连杆组件包括第一弧形连杆和第二弧形连杆，所述第一弧形连杆的前端与所述l形横梁的中部铰接，所述第一弧形连杆的后端与所述第二弧形连杆的前端铰接，所述第二弧形连杆的后端依次铰接所述翻转油缸的伸缩杆、所述臂架的侧端，所述翻转油缸的缸筒与所述臂架铰接。
9.进一步的，所述立拱组件还可包括调平机构和回转平台，所述调平机构的一端连接所述l形横梁的前端，所述回转平台的转轴纵向设置，且所述回转平台的下端连接所述调平机构的另一端，所述回转平台的上端连接所述立拱作业机构。
10.在一些实施方式中，所述凿岩组件可包括凿岩作业机构以及多级转台，所述多级转台连接于所述臂架与所述凿岩作业机构之间。
11.优选的，所述多级转台为三级转台，依次包括第一级转台、第二级转台和第三级转台。根据实施例的设置方式，所述第一级转台的转轴纵向设置，第二级转台的转动中心线与所述第一级转台的转动中心线相交，所述第三级转台的转动中心线与第二级转台的转动中心线位于不同平面，且第二级转台的转动中心线与第三级转台的转动中心线相互垂直。
12.进一步的，在多级转台之间设置有俯仰机构。
13.进一步的，所述俯仰机构设置在所述第一级转台与所述第二级转台之间。
14.另一方面本发明公开了一种多功能台车，多功能台车，包括台车底盘和多个机械臂，并且多个机械臂中至少有一个机械臂为上述的组合机械臂，所述组合机械臂设置在台车的外侧。
15.综上所述，采用了上述技术方案后，本发明的有益效果是：
16.1、由于本发明的立拱组件设置了翻转机构，通过翻转机构可驱动立拱作业机构横向翻转，当需要立拱施工时可将立拱作业机构翻转至臂架的前方，而凿岩施工时，可将立拱作业机构翻转至臂架的侧方，为凿岩施工提供更大的施工空间，既方便使用，也避免了相互干涉。
17.2、相比于cn216894470u的方案，本发明中由翻转驱动组件和l形横梁组成的翻转机构，基本上不会占用臂架的底面区域，使得立拱组件底部基本上与臂架的底面齐平，打底板孔时本发明不易受立拱组件的影响，便于凿岩作业机构在施工面上的底部进行钻孔作业以及安装锚杆。
18.3、本发明相比于cn216894470u的方案，在凿岩组件中多了一级转台(即图2中第二级转台)，凿岩作业机构的活动自由度更高，凿岩打孔时可以将推进梁和凿岩机调整至横向并排的状态，这有利于组合机械臂打边缘孔。并且，三级转台再配合俯仰机构，可进一步的解决底部边缘打孔的问题。
附图说明
19.图1是现有组合机械臂的结构示意图；
20.图2是组合机械臂在立拱状态时的结构示意图；
21.图3-图5是组合机械臂由立拱状态切换至凿岩状态时的中间状态的结构示意图；
22.图6是组合机械臂在凿岩状态时的结构示意图；
23.图7是组合机械臂未设置俯仰机构模拟底部边缘打孔的施工场景示意图；
24.图8是组合机械臂设置俯仰机构后模拟底部边缘打孔的施工场景示意图。
25.附图说明：100、臂架；211、翻转油缸；212-1、第一弧形连杆；212-2、第二弧形连杆；220、l形横梁；230、调平机构；240、回转平台；251、吊篮；252、拱架抓手；253、破碎锤；260、回转装置；311、第一级转台；312、第二级转台；313、第三级转台；320、俯仰机构；331、推进梁；332、凿岩机。
具体实施方式
26.本发明中的组合机械臂可适用于拱锚、拱锚喷等三臂多功能台车，在机械臂布置时可将本发明所述的组合机械臂分布在台车两侧，这样结构设计简单，对整机布置影响小；施工操作相对简单，凿岩时直接把吊篮翻转至臂架的侧面展开凿岩组件即可，凿岩组件不会与中间臂干涉。以下以三臂拱锚台车为例，对本发明的方案做进一步说明。
27.需要说明的是，本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
28.本说明书(包括任何附加权利要求、摘要)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
29.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
30.此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或隐含地包括一个或多个该特征。
31.本发明中，三臂拱锚台车的底盘上依次设置了左、中、右三个机械臂，其中，左、右臂为拱锚形式的组合机械臂，中间臂为单一的拱架臂；如图2，在所述组合机械臂上，臂架100的端部设置了立拱组件和凿岩组件，立拱组件具有立拱作业机构，实施例中立拱作业机构为吊篮251、拱架抓手252、抓手摆动油缸、破碎锤253等部件的统称，凿岩组件具有凿岩作业机构，凿岩作业机构为推进梁331、推进油缸、凿岩机332等部件的统称，立拱作业机构和凿岩作业机构的具体结构形式可采用常规的方式，例如cn216894470u公开的形式，这里不再赘述。
32.为了减少组合机械臂上立拱组件对凿岩组件造成的施工干涉问题，本发明在立拱组件设置了翻转机构，并让翻转机构的一端铰接于臂架的前端和侧端，另一端连接所述立拱作业机构，从而翻转机构动作时可驱动立拱作业机构横向翻转，当需要立拱施工时可将立拱作业机构翻转至臂架100的前方，而凿岩钻孔时可将立拱作业机构翻转至臂架100的侧方，为凿岩提供更大的施工空间，既方便使用，也避免了相互干涉。
33.为了更好的理解本发明，如图2所示，所述翻转机构具体可包括翻转驱动组件和l形横梁220，其中，翻转驱动组件的后端与臂架100的侧端铰接，翻转驱动组件的前端与所述l形横梁220铰接，l形横梁220横向放置，且l形横梁220的后端与臂架100的前端铰接，l形横梁220的前端连接所述立拱作业机构。如图2-图6所示，翻转驱动组件带动l形横梁220，并以l形横梁220的后端与臂架100的前端之间的铰接点转动，实现立拱作业机构在臂架前方/后方的位置切换。
34.作为一种具体的结构示例，如图2所示，翻转驱动组件可包括翻转油211缸和四连杆组件，四连杆组件包括两个第一弧形连杆212-1和两个第二弧形连杆212-2，第一弧形连杆212-1的前端与l形横梁220的中部铰接，第一弧形连杆212-1的后端与第二弧形连杆212-2的前端铰接，第二弧形连杆212-2的后端依次铰接翻转油缸210的伸缩杆、所述臂架100的
侧端，翻转油缸210的缸筒与所述臂架100铰接。本发明中，第一弧形连杆212-1和两个第二弧形连杆可以保证四连杆组件展开后成弧形，可以很好的契合了l形横梁的转动特点，确保l形横梁能够将立拱作业机构翻转到预定位置。
35.可以理解的是，本发明中的翻转油缸210可以是液压伸缩缸、电动伸缩缸、气动伸缩缸中的任一种。
36.为了更好的实施本发明，满足立拱作业时的调平和回转需求，如图2所示，立拱组件还可包括调平机构230和回转平台240，调平机构230的一端连接l形横梁220的前端，回转平台240的转轴纵向设置，且回转平台240的下端转座连接调平机构230的另一端，回转平台230的上端转轴连接立拱作业机构。
37.为了增加凿岩作业机构的活动自由度，如图2所示，本发明在凿岩组件还设置了多级转台，并将多级转台连接于所述臂架100与凿岩作业机构之间。通过多级转台本发明可以从多个维度转动凿岩机使得凿岩作业机构上的凿岩机可以多维调整打孔角度，增加了凿岩组件施工的灵活度。可以理解的是，在多级转台内部，每一级的转台都应具有转座和转轴，其中转轴可以相对转座转动，各级转台的转台也应与下一级的转座相连。
38.作为一种较佳的方式，如图2所示，上述的多级转台为三级转台，依次包括了第一级转台311、第二级转台312和第三级转台313，三级转台转动时为了最大限度的避免凿岩组件运动时与臂架100干涉，具体的设置方式可以为：第一级转台311的转轴纵向设置，且第一级转台311的转座连接臂架100的前端，第一级转台311的转轴连接第二级转台312的转座，且第二级转台(312)的转动中心线与所述第一级转台(311)的转动中心线相交，第二级转台312的转轴连接第三级转台313的转座，且需第三级转台(313)的转动中心线与第二级转台(312)的转动中心线位于不同平面，同时第二级转台(312)的转动中心线与第三级转台(313)的转动中心线相互垂直，第三级转台313的转轴连接所述所述凿岩作业机构。这样设置之后，第一级转台311可从整体上横向旋转整个凿岩组件，再配合第二级转台312与第三级转台313动作，可用于切换凿岩作业机构的工位状态(即控制凿岩组件伸出/收回)，凿岩施工时，第二级转台312与第三级转台313可用来二维调整凿岩机打孔角度。
39.需要说的是，本发明中组合机械臂上的立拱组件和凿岩组件在切换工位时，需要立拱组件和凿岩组件相互之间运动配合，例如将图2所示的立拱状态切换至图6所示的凿岩状态时，立拱组件和凿岩组件并非一步到位，而是按照以下步骤进行的：
40.1、通过第三级转台313将推进梁和凿岩机上下翻转，为了避免立拱组件干涉，翻转后的推进梁并不水平，而是像图3那样有一定的仰角；
41.2、然后通过第二级转台312将推进梁旋转90
°
，旋转过程中可以通过第三级转台313调整推进梁俯仰角度，旋转后的效果如图4所示；
42.3、通过翻转机构将整个立拱组件翻转90
°
，并在翻转过程中通过各级转台将凿岩组件伸出，最终达到图5所示的效果；
43.4、通过翻转机构将整个立拱组件继续翻转至180
°
，到达凿岩组件之前收纳的位置，并通过各级转台调整推进梁和凿岩机，最终呈图6所示的状态。
44.为了便于凿岩机进行隧洞掌子面底部边缘打孔，本发明在多级转台之间还设置了俯仰机构320。如图2所示，本发明的一种较佳的方式为，将俯仰机构320设置在第一级转台311与第二级转台312之间，即俯仰机构320的后端连接第一级转台311的转轴，俯仰机构320
的前端连接第二级转台312的转座。在进行隧洞掌子面底部边缘打孔时，推进梁和凿岩机需调整成横向并排的状态，如图7所示，如果没有设置俯仰机构，此时只通过三级转台的动作是无法调平推进梁331和凿岩机332的，而设置俯仰机构320之后，可以通过俯仰机构320调平，使得推进梁331和凿岩机332与隧道底面平行，确保凿岩机332能够完成水平打孔，本发明模拟隧洞掌子面底部边缘打孔的施工场景可参考图8所示。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。