一种具有欠挖处理功能的架拱机的制作方法

1.本实用新型涉及隧道施工设备技术领域，尤其涉及一种具有欠挖处理功能的架拱机。


背景技术：

2.我国山岭隧道施工方法以钻爆法为主，当围岩软弱破碎严重、自稳性差时，须及时采用钢拱架进行初期支护，以保证施工安全。在目前隧道施工过程中，拱架安装的机械化已成为趋势。施工时，先在洞外将多榀钢拱架进行组装，再通过多功能拱架拼装机运输到掌子面进行拼装支护。机械化作业过程中使用的是拼装的成型拱架，所以对开挖面的尺寸要求比较严格。若隧道欠挖(断面的周界开挖面尺寸小于设置尺寸)会导致拱架无法安装，或者安装后的尺寸达不到施工要求，出现施工效率低、施工质量差的问题。
3.有鉴于此，需要提出一种新的技术方案来解决上述技术问题。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于提供一种具有欠挖处理功能的架拱机，旨在解决隧道欠挖断面无法适配成型架拱机尺寸的技术问题。
5.为实现上述目的，本实用新型采用以下技术手段：
6.一种具有欠挖处理功能的架拱机，包括底盘、行走机构及工作臂，所述工作臂安装在底盘上，还包括安装在其中一个工作臂末端的欠挖组件；
7.所述欠挖组件包括依次连接的底座、后臂、前臂及破碎装置；
8.所述底座固定在工作臂的末端，所述后臂铰接于底座、并可相对铰接点作俯仰运动；所述前臂铰接于后臂前端部、并可相对铰接点作摆动；所述破碎装置安装于前臂的前端部；
9.工作时，所述欠挖组件用于在工作臂的带动下对隧道掌子面进行欠挖处理。
10.作为进一步的改进，所述后臂的后端铰接在底座的顶部，后臂的中部与底座的底部之间安装有第一驱动件，该第一驱动件用于驱动后臂相对底座上下俯仰。
11.作为进一步的改进，所述前臂的后端向一侧凸出形成延伸部，该延伸部铰接在所述后臂的前端，所述前臂的后端与所述后臂之间安装有第二驱动件，该第二驱动件用于驱动前臂相对后臂作前后摆动。
12.作为进一步的改进，所述前臂与后臂之间还设置有第一连杆及第二连杆，所述第一连杆与第二连杆的其中一端相互铰接，且第一连杆的另一端铰接在所述后臂前端，第二连杆的另一端铰接在所述前臂的后端，第一连杆与第二连杆的铰接轴与所述第二驱动件的活动端相铰接。
13.作为进一步的改进，所述第一连杆和第二连杆均呈弧形。
14.作为进一步的改进，所述底座与后臂之间设有第一回转驱动装置，该第一回转驱动装置用于驱动所述后臂相对底座做俯仰运动；所述后臂与前臂之间设有第二回转驱动装
置，该第二回转驱动装置用于驱动所述前臂相对后臂做前后摆动；
15.或者，所述破碎装置设置为可沿着前臂长度方向来回伸缩地连接在前臂内。
16.作为进一步的改进，所述工作臂包括旋转座及铰接在该旋转座上的伸缩臂，该伸缩臂的末端装有旋转台，该旋转台上装有工作平台；
17.所述欠挖组件的底座固定连接在工作平台上。
18.作为进一步的改进，所述伸缩臂的末端枢接一小臂，该小臂可沿着竖直轴在水平方向左右摆动；
19.所述旋转台设置在小臂的末端。
20.作为进一步的改进，所述小臂与伸缩臂之间还设有四连杆结构，该四连杆结构包括一前连接件、一后连接件、四根连杆及一第三驱动件；
21.所述后连接件连接在所述伸缩臂的前端，所述前连接件连接在所述小臂的后端；
22.四根连杆分为两组、一左一右地连接在前连接件和后连接件的外侧，同一组内的两根连杆与前连接件、后连接件一起形成一平行四边形；所述第三驱动件的两端分别铰接在前连接件与后连接件上，且位于所述平行四边形的对角线上。
23.作为进一步的改进，所述伸缩臂的末端设有一连接脚，该连接脚向所述伸缩臂的上前方倾斜凸出；
24.所述后连接件设有凸角，该凸角与所述连接脚枢接，且所述后连接件与伸缩臂的端部之间设有第四驱动件。
25.相比于现有技术，本实用新型带来以下技术效果：
26.本实用新型的架拱机，在其中一个工作臂的末端设置欠挖组件，该欠挖组件包括底座、后臂、前臂及破碎装置，在工作时，整个欠挖组件随着工作臂一起移动，其中后臂可上下俯仰运动、前臂可作前后摆动，因而该欠挖组件能够从不同角度对掌子面进行欠挖处理，使其满足架设拱架的条件，从而确保架拱作业的顺利、高效开展。
附图说明
27.为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
28.图1示出了本实用新型在隧道内施工时的状态示意图；
29.图2示出了本实用新型一种具有欠挖处理功能的架拱机的结构图；
30.图3示出了图2中a处的局部放大图；
31.图4示出了本实用新型欠挖组件第一种工作状态的结构示意图；
32.图5示出了本实用新型欠挖组件第二种工作状态的结构示意图；
33.图6示出了本实用新型欠挖组件第三种工作状态的结构示意图；
34.图7示出了本实用新型采用电机驱动的欠挖组件的结构示意图。
35.附图标号说明：
36.底盘-1；行走机构-2；欠挖组件-3；底座-31；后臂-32；隆起部-321；前臂-33；延伸部-331；破碎装置-34；第一驱动油缸-35；第二驱动油缸-36；第一连杆-37；第二连杆-38；第
一回转驱动装置-391；第二回转驱动装置-392；主臂-41；辅臂-42；伸缩臂-43；连接脚-431；折叠臂-44；装夹托盘-45；工作平台-46；拖曳机构-47；旋转台-48；小臂-49；四连杆结构-50；前连接件-51；后连接件-52；凸角-521；连杆-53；第三驱动油缸-54；第四驱动油缸-55。
具体实施方式
37.下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
38.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
39.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
40.实施例一
41.请参照图1-2，本实用新型提供了一种具有欠挖处理功能的架拱机，其包括底盘1、行走机构2、工作臂及欠挖组件3。
42.具体在本实施例中，工作臂包括两种：主臂41和辅臂42，主臂41设有一个、位于底盘1的中部位置；辅臂42设有两个，分别位于主臂41的两侧。工作臂均包括旋转座及连接在旋转座上的伸缩臂43。其中，主臂41还设有折叠臂44，该折叠臂44连接在回转座上，折叠臂44能够相对底盘1在0-90
°
角度俯仰，主臂41的伸缩臂43连接折叠臂44的末端，从而使主臂41能够获得更大、更灵活的工作空间。值得一提的是，伸缩臂43与回转座之间设置俯仰油缸，该俯仰油缸驱动伸缩臂43实现俯仰运动，该设置无需赘述；回转座能够带动整个工作臂实现回转，回转座的结构及安装均属于现有技术，本实施例也不再赘述。
43.具体在进行拱架安装的过程中，主臂41负责架设隧道顶部的拱架、辅臂42负责架设隧道两侧的拱架，因此，主臂41的末端还设有装夹托盘45，该装夹托盘45用于将拱架从下往上举顶至隧道顶部预设位置；辅臂42的末端设有工作平台46，工作平台46上设置拖曳机构47，该拖曳机构47用于将拱架吊至隧道两侧预设位置，操作员站在工作平台46上施工，协助主臂41与辅臂42进行架拱作业。
44.请参阅4-6，在本实施例中，欠挖组件3安装在工作平台46上，具体的，该欠挖组件3包括底座31、后臂32、前臂33及破碎装置34。
45.底座31固定在工作平台46上，并能够随着工作平台46一起运动；后臂32铰接于底座31、并可相对铰接点作上下俯仰运动；前臂33铰接于后臂32前端部、并可相对铰接点作前后摆动；破碎装置34安装于前臂33的前端部，破碎装置34采用现有的破碎锤或破碎镐，其是成熟产品，本实施例对此不再赘述。
46.破碎装置34是本欠挖组件3的主要作业部件，从局部来看，破碎装置34在前臂33、后臂32的带动下能够实现一个自由度上的位置移动。
47.进一步的，本实施例的工作平台46与辅臂42末端之间还装有旋转台48，因而工作平台46连同欠挖组件3一起均可绕着旋转台48的轴线转动，从而为破碎装置34又增加一个活动自由度。
48.同时，欠挖组件3及工作平台46均安装在辅臂42的末端，因而还能随着辅臂42一起移动，由于辅臂42能够进行整体回转及伸缩，因而为破碎装置34又增加一个活动自由度。
49.综上，本架拱机在其中一个工作臂的末端设置欠挖组件3，该欠挖组件3包括底座31、后臂32、前臂33及破碎装置34，在工作时，其中后臂32可上下俯仰运动、前臂33可作前后摆动，整个欠挖组件3还可随着工作臂一起移动，因而破碎装置34能够从不同角度对掌子面进行欠挖处理，使其满足架设拱架的条件，从而确保架拱作业的顺利、高效开展。此种架拱机在以钻爆法为主的隧道施工场合尤其适用，因此种情况下的隧道开挖断面存在欠挖的现象极为普遍，如果以现有技术的方法来进行欠挖处理，则需要用到额外的欠挖工程机械，不仅提高了施工成本，而且隧道内的狭小空间也不便于两台机械同时施展作业，只能轮流作业，势必拖慢工期。本架拱机的欠挖组件3是一个相对独立的结构模块，在原有架拱机不作过多改动前提下，可快速实现欠挖组件3的装配并实现欠挖处理功能。
50.具体在本实施例中，所述后臂32具有长条形结构，后臂32的后端铰接在底座31的顶部，后臂32的中部与底座31的底部之间安装有第一驱动油缸35，该第一驱动油缸35作伸缩运动，从而可驱动后臂32相对底座31上下俯仰。
51.在本实施例中，所述前臂33的后端向一侧凸出形成延伸部331，该延伸部331铰接在后臂32的前端，前臂33的后端与后臂32之间安装有第二驱动油缸36，该第二驱动油缸36作伸缩运动，从而可驱动前臂33相对后臂32作前后摆动。优选的，延伸部331的中线与前臂33主体中线的夹角呈钝角，该形状设置，可使前臂33在第二驱动油缸36的驱动下摆动更加顺畅。
52.更优的，前臂33与后臂32之间还设置有第一连杆37及第二连杆38，第一连杆37与第二连杆38的其中一端相互铰接，且第一连杆37的另一端铰接在后臂32前端，第二连杆38的另一端铰接在前臂33的后端，第一连杆37与第二连杆38的铰接轴与所述第二驱动油缸36的活动端相铰接。增设该第一连杆37及第二连杆38，可使前臂33获得更大的摆动幅度，进而有利于破碎装置34更加灵活地对开挖断面进行欠挖处理。更优的，第一连杆37和第二连杆38均呈弧形，该设置可进一步增加前臂33的摆动幅度。
53.作为一种优选的方案，所述后臂32的中部向上凸出形成隆起部321，第二驱动油缸36的固定端铰接于该隆起部321，该设置可增大第二驱动油缸36对前臂33的驱动力矩，使前臂33活动更加敏捷、且更省油。
54.以工作平台46为基准点，对欠挖组件3的三个典型的工作状态描述如下：
55.请参阅图4，第一种工作状态为欠挖组件3向前完全展开的状态，此时，第一驱动油缸35和第二驱动油缸36均系收缩到最短极限位置，则前臂33连同破碎装置34在向前的方向能够获得最大张角，可用于对正前方的开挖断面进行欠挖处理。
56.请参阅图5，第二种工作状态为欠挖组件3向上完全展开的状态，此时，第一驱动油缸35收缩到极限位置、第二驱动油缸36伸长到极限位置，则前臂33和破碎装置34能够在向
上的方向获得最大张角，可用于对顶部的开挖断面进行欠挖处理。
57.请参阅图6，第三种工作状态为欠挖组件3闲置时的状态，此时，第一驱动油缸35和第二驱动油缸36均处于伸长的极限位置，则后臂32折叠至工作平台的侧面内，同时前臂33收折贴合于后臂32外侧，整个欠挖组件3收纳于工作平台46侧面内。
58.当然，实际工作时，欠挖组件3的工作状态还可以处于上述三种状态之间的任意一个位置，以适应欠挖处理的需求。
59.另外，本实施例的破碎装置34是固定安装在前臂33内部的，因此其沿着前臂33的长度方向的位置是固定不动的，在其它一些实施例中，还可以将破碎装置34设置为可沿着前臂33长度方向来回伸缩地连接在前臂33内。例如在破碎装置34与前臂33之间设置滑轨、滑槽，二者可相对滑动；再增加一驱动装置推动破碎装置34沿着长度方向来回移动，从而可进一步扩大该欠挖组件3可适用的工况范围。
60.实施例二
61.实施例一是采用驱动油缸来驱动前臂、后臂运动，油缸属于直线驱动装置，而根据本实用新型的主旨，还可以采用具有回转驱动功能的装置来作为驱动元件。
62.请参阅图7，其示出了本实施例一种采用回转驱动装置进行驱动的欠挖组件的结构示意图。
63.具体在本实施例中，该欠挖组件3仍然是包括底座31、后臂32、前臂33及破碎装置34，但在具体的形状构造上，本实施例相较于实施例一得到极大地简化。如图7所示，底座31、后臂32及前臂33均可简化为仅由一个板材制得。底座31与后臂32之间设有第一回转驱动装置391，该第一回转驱动装置391用于驱动后臂32绕着驱动轴旋转、进而使后臂32相对底座31做俯仰运动；后臂32与前臂33之间设有第二回转驱动装置392，该第二回转驱动装置392用于驱动前臂33绕着驱动轴旋转、进而相对后臂32做前后摆动。回转驱动装置的转轴垂直两个臂的活动平面，破碎装置34固定安装在前臂33一侧。
64.工作时，第一回转驱动装置391运行，则可驱动后臂32相对底座31做上下俯仰运动；第二回转驱动装置392运行时，则可驱动前臂33相对后臂32做摆动。两个回转驱动协同工作，则可实现该欠挖组件3的多种工作姿态，进而让破碎装置34从不同角度对欠挖断面进行施工。
65.需要说明的是，底座31可以安装在任一个工作臂的末端，例如安装在辅臂42的末端；如果辅臂42末端装有工作平台46，则该欠挖组件3的底座31可固定在工作平台46上。所述的回转驱动装置可采用电机、回转液压缸等。
66.另外，本实施例的破碎装置34也可设置为沿着前臂33长度方向来回伸缩。
67.实施例三
68.请结合参阅图3，在实施例一的基础上，本实施例的辅臂42还设有一小臂49。
69.具体的，小臂49枢接在伸缩臂43的末端，且该小臂49可沿着竖直轴在水平方向左右摆动。
70.而小臂49的末端设置有上述旋转台48，工作平台46及欠挖组件3均安装在旋转台48上。因而，当小臂49进行左右摆动时，可带动工作平台46及欠挖组件3一起左右摆动，进而在该自由度上调整破碎装置34的施力角度，提升欠挖处理的能力。
71.需要说明的是，本实施例中提供的具体技术方案是在实施例一的基础上完成，由
于其具有对应实施例的区别技术特征，因此将产生对应的有益效果，在此不再赘述。本实施例的小臂49通过电机或回转液压缸等具有回转驱动功能的装置进行驱动。
72.实施例四
73.请结合参阅图3，在实施例三的基础上，本实施例的辅臂42还设有一四连杆结构50。
74.具体的，该四连杆结构50设置在小臂49与伸缩臂43之间，包括一前连接件51、一后连接件52、四根连杆53及一第三驱动油缸54；后连接件52连接在伸缩臂43的前端，前连接件51连接在小臂49的后端；四根连杆53分为两组、一左一右地连接在前连接件51和后连接件52的外侧，同一组内的两根连杆53与前连接件51、后连接件52一起形成一平行四边形；第三驱动油缸54的两端分别铰接在前连接件51与后连接件52上，且位于所述平行四边形的对角线上。
75.该四连杆53结构在运动过程中，四条边始终处于平行关系，通过预设小臂49的初始位置为水平状态，则可借助平行四边形的特性使小臂49在随着连杆运动过程中始终保持水平，进而确保工作平台46始终处于水平，保障施工人员站立稳定。
76.在其中一个优选的方案中，伸缩臂43的末端设有一连接脚431，该连接脚431向伸缩臂43的上前方倾斜凸出；后连接件52设有凸角521，该凸角521与连接脚431枢接，且后连接件52与伸缩臂43的端部之间设有第四驱动油缸55。工作时，伸缩臂43每移动一次位置，该第四驱动油缸55则同时协同运动，从而确保工作平台46始终保持水平，此后，伸缩臂43定位在该姿态、不作俯仰移动，工作平台46在四连杆结构50的带动下依然能够实现小幅度的俯仰移动，同时能保持工作平台46水平。
77.需要说明的是，本实施例中提供的具体技术方案是在实施例二的基础上完成，而在其它一些实施例中，其还可以结合实施例一的特征，由于其具有对应实施例的区别技术特征，因此将产生对应的有益效果，在此不再赘述。
78.以上实施例中，欠挖组件3是安装在工作平台46上、而工作平台46安装在辅臂42上，而按照本实用新型的宗旨，欠挖组件3还可以安装在主臂41上，或者工作平台46也可以安装在主臂41上，由于欠挖组件3的装卸均较为便捷，使用者可根据隧道施工现场情况进行灵活设置，凡此种种不脱离本实用新型的方案，均应落入本实用新型的保护范围内。
79.上述第一驱动油缸35、第二驱动油缸36、第三驱动油缸54及第四驱动油缸55，均系用于提供动力的驱动件，在其它一些实施例中，条件合适的情况下，例如驱动力大小合适的情况下，还可以替换为液压缸、气缸等驱动件。
80.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
81.尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围
内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。