CN105626082B - 一种地下隧道施工设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种地下隧道施工设备，包括车架、至少两个操作臂、履带行走机构和底盘，其中所述底盘与所述车架连接，所述履带行走机构安装在所述底盘的两侧，所述至少两个操作臂连接在所述车架上，所述至少两个操作臂分工实现暗挖施工工艺的多个工艺动作。本发明提出的地下隧道施工设备通过设置至少两个操作臂，可以完成暗挖施工工艺的多个工艺动作，代替人力的主要工作，人力只作辅助工作，可以解放劳动力，提高生产力、作业效率和安全性，增强了施工人员的安全及健康保障，降低了施工成本。

Description

一种地下隧道施工设备

技术领域

本发明涉及工程机械技术领域，尤其涉及一种地下隧道施工设备。

背景技术

随着城市建设的快速发展，便利的交通是标志着城市进入快速发展的重要因素之一。地铁建设更是与时俱进，地铁施工工艺也随之不断进步和提高。经过多年的发展，我国地铁修建方法已由最初单一的明挖法发展到现在的明挖、暗挖、盾构等多种方法并存，施工技术不断发展和提高。

明挖法是指挖开地面，由上向下开挖土石方至设计标高后，自基底由下向上施工，完成隧道的主体结构，最后回填基坑或恢复地面的施工方法。明挖法施工属于深基坑工程技术，只适合在浅埋地铁车站和区间隧道采用，并且采用明挖法进行施工会较长时间地阻断交通，产生的噪声与震动等也会对人们的生活环境造成很大影响，所以在市内人口密集的地方一般不采用明挖法。

盾构是一种机械化程度很高的地铁施工法，但由于其灵活性差，只能开挖标准断面，弯度较大的通道无法完成，以及占用场地大，因此，其应用受到一定的限制。

目前最常用的地铁施工工艺是暗挖法，暗挖法是在特定条件下，不挖开地面，全部在地下进行开挖和修筑衬砌结构的隧道施工方法。在地铁换乘车站、车站出入口、换乘通道和市内站区间较短的地铁隧道大多采用暗挖施工工艺，大概占总施工比例的45％。该施工工艺很成熟，但机械化程度很低，暗挖施工工艺的每一个工序基本上都是靠人力来完成，没有什么设备，挖土、开槽用的工具是铁锹、镐，支护钢架靠人力托举，打锚杆用风镐，喷浆是人工抱着一个喷头进行喷射，很像消防员。暗挖施工人员的安全性较差，身心健康得不到保障，施工效率低，成本高。

发明内容

本发明的目的是提出一种地下隧道施工设备，解决现有技术中只能靠人力来完成暗挖施工工艺的工艺动作的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种地下隧道施工设备，包括车架、至少两个操作臂、履带行走机构和底盘，其中所述底盘与所述车架连接，所述履带行走机构安装在所述底盘的两侧，所述至少两个操作臂连接在所述车架上，所述至少两个操作臂分工实现暗挖施工工艺的多个工艺动作。

进一步地，所述至少两个操作臂为两个，分别为第一操作臂和第二操作臂，所述第一操作臂能够至少完成挖土的工艺动作，所述第二操作臂能够至少完成挖上方土和开槽的工艺动作。

进一步地，所述第一操作臂处于非工作状态时蜷缩收回，所述第二操作臂处于非工作状态时沿滑道收回。

进一步地，所述第一操作臂包括动臂支座、动臂、过渡节、斗杆支座和斗杆，其中所述动臂支座连接于所述车架上，所述动臂与所述动臂支座连接并能够绕所述动臂支座转动，所述过渡节连接于所述动臂与所述斗杆支座之间，所述过渡节能够绕所述动臂转动，所述斗杆支座能够绕所述过渡节转动，所述斗杆与所述斗杆支座连接并能够绕所述斗杆支座转动，所述铲斗与所述斗杆连接并能够绕所述斗杆转动。

进一步地，所述动臂支座和所述动臂之间连接有动臂油缸，所述动臂油缸用于驱动所述动臂绕所述动臂支座转动，所述动臂和所述过渡节之间连接有过渡节俯仰油缸，所述过渡节俯仰油缸用于驱动所述过渡节绕所述动臂转动，所述过渡节和所述斗杆支座之间连接有斗杆摆动油缸，所述斗杆摆动油缸用于驱动所述斗杆支座绕所述过渡节转动，所述斗杆支座和所述斗杆之间连接有斗杆油缸，所述斗杆油缸用于驱动所述斗杆绕所述斗杆支座转动，所述斗杆和所述铲斗之间连接有铲斗油缸，所述铲斗与所述铲斗油缸铰接或者通过传动机构连接，所述铲斗油缸用于驱动所述铲斗绕所述斗杆转动。

进一步地，所述传动机构包括拉杆和摇杆，所述拉杆的一端与所述铲斗油缸连接，另一端与所述铲斗连接，所述摇杆的一端与所述斗杆连接，另一端与所述铲斗油缸连接。

进一步地，所述铲斗上设置有吊耳，所述吊耳与格栅的吊耳通过钢丝绳连接，使得所述第一操作臂能够完成支护的工艺动作。

进一步地，所述地下隧道施工设备还包括输料装置，所述输料装置与所述车架连接，所述第一操作臂通过所述铲斗将物料送到收料区域，所述输料装置收集所述收料区域的物料，并将所述物料输送到运输小车。

进一步地，所述地下隧道施工设备还包括输料俯仰油缸，所述输料俯仰油缸的一端与所述履带行走机构连接，另一端与所述输料装置连接，所述输料俯仰油缸能够驱动所述输料装置的旋转。

进一步地，所述输料装置包括输送装置和导料装置，其中所述输送装置与所述导料装置连接，所述输送装置用于收集所述收料区域的物料，并输送至所述导料装置，所述导料装置接收所述物料并将其输送到运输小车。

进一步地，所述输料装置还包括刮板链、连接架和电机，所述刮板链由多个刮板通过焊接链穿接而成，所述刮板链通过链轮安装在所述连接架上，所述电机固定安装于所述输送装置上，用于驱动所述输送装置输送所述物料。

进一步地，所述输料装置的前端的至少一侧设置有开合框，所述开合框通过开合油缸连接于所述连接架上，所述开合油缸用于驱动所述开合框展开和闭合，以收集所述收料区域的所述物料。

进一步地，所述输送装置与所述导料装置的连接处设置有橡胶软板，所述橡胶软板能够清洁所述刮板链。

进一步地，所述第二操作臂包括操作定位臂、主旋转机构、拐臂体、铣刨头和铣刨头旋转机构，所述操作定位臂一端连接在车架上，另一端与所述主旋转机构的后端连接，所述主旋转机构的前端与所述拐臂体连接，所述拐臂体能够相对于所述主旋转机构的轴向转动，所述拐臂体的一侧连接并托起所述铣刨头旋转机构，所述铣刨头与所述铣刨头旋转机构连接，所述铣刨头旋转机构能够驱动所述铣刨头相对于所述拐臂体转动，以使所述铣刨头的铣刀转轴在前后方向上和前后方向的垂直方向上切换。

进一步地，所述第二操作臂在挖上方土工序下，所述铣刨头在所述操作定位臂的作用下处于向前伸出状态，所述铣刨头旋转机构驱动所述铣刨头使其铣刀转轴平行于隧道断面；在开槽工序下，所述铣刨头在所述操作定位臂和所述铣刨头旋转机构的作用下其铣刀转轴垂直于所述隧道断面。

进一步地，所述第二操作臂的另一端与所述主旋转机构壳体后端的输出轴连接，所述第二操作臂还包括铣刨头摆动油缸和设置在所述主旋转机构壳体后端的铣刨头摆动油缸座，所述铣刨头摆动油缸一端铰接所述铣刨头摆动油缸座，另一端铰接所述铣刨头旋转机构的固定体，所述铣刨头在所述铣刨头摆动油缸的作用下可相对于所述拐臂体前后摆动。

进一步地，所述第二操作臂还包括推进机构和俯仰油缸，所述俯仰油缸的一端铰接所述拐臂体，所述俯仰油缸的另一端铰接所述推进机构，所述拐臂体连接并托起所述推进机构，所述推进机构可相对于所述拐臂体俯仰摆动，所述推进机构上设置有夹持机构，所述夹持机构用于夹持工作杆，所述推进机构用于带动所述夹持机构向前或向后移动，将所述工作杆插入土层，以完成打工作杆的工艺动作。

进一步地，所述推进机构包括敲击锤、设有上滑轨道的轨道梁、推进油缸、前滑台、后滑台、夹持机构、托梁、下滑台、下滑轨道、推进补偿油缸和导向支承座，所述敲击锤固定设置在所述后滑台上，所述敲击锤用于通过击打所述夹持机构将所述工作杆打入土层，所述前滑台和所述后滑台设置在所述上滑轨道上，且能够沿所述上滑轨道滑动，所述推进油缸的一端固定在所述轨道梁上，另一端固定连接所述后滑台，所述夹持机构固定设置在所述前滑台上，所述下滑轨道设置在所述下滑台上，且能够沿所述下滑台滑动，所述下滑台固定设置在所述托梁上，所述推进补偿油缸的一端固定在所述托梁上，另一端固定连接所述轨道梁，所述导向支撑座用于支撑所述工作杆。

进一步地，所述第二操作臂还包括设置在所述铣刨头旋转机构的固定体上的辅助湿喷装置，所述辅助湿喷装置的喷射口的开口方向以相对于所述铣刨头旋转机构的轴向倾斜的方式设置，所述辅助湿喷装置可相对于所述拐臂体前后摆动，以完成湿喷的工艺动作。

进一步地，所述第二操作臂包括主操作臂、第一旋转油缸、转接体、挖土开槽装置旋转油缸和挖土开槽装置，其中所述主操作臂的一端连接于所述车架上，另一端与所述第一旋转油缸后端的输出轴连接，所述第一旋转油缸的前端与所述转接体连接，所述挖土开槽装置旋转油缸设置在所述转接体远离所述主操作臂的一端，所述挖土开槽装置固定在所述挖土开槽装置旋转油缸上，所述第一旋转油缸能够带动所述挖土开槽装置在平行于隧道断面的平面内转动，所述挖土开槽装置旋转油缸能够带动所述挖土开槽装置在垂直于所述隧道断面的平面内转动。

进一步地，所述第二操作臂还包括第一推进装置，所述第一推进装置的一端与所述第一旋转油缸的壳体后端连接，另一端与所述转接体连接。

进一步地，所述第二操作臂还包括第一辅助湿喷装置，所述第一辅助湿喷装置连接于所述挖土开槽装置旋转油缸上，所述第一辅助湿喷装置的喷浆头能够在垂直于所述隧道断面的平面内转动。

进一步地，所述第一推进装置包括第一轨道梁、第一推进油缸、第一滑台和第一夹持机构，其中，所述第一轨道梁固定在所述第一旋转油缸的壳体上，所述第一旋转油缸能够带动所述第一轨道梁绕所述第一旋转油缸的轴线转动，所述第一推进油缸的一端连接于所述第一轨道梁上，另一端与所述第一滑台连接，所述第一推进油缸用于推动所述第一滑台沿所述第一轨道梁滑动，所述第一夹持机构固定在所述第一滑台上，用于夹持所述工作杆。

进一步地，所述第一夹持机构包括壳体、夹紧套和复位油缸，其中所述夹紧套的外部呈锥形，所述壳体的内部设置有与所述夹紧套相匹配的锥形空腔，所述夹紧套位于所述壳体的内部，所述夹紧套的内部设有圆柱形空腔，所述工作杆能够插入所述圆柱形空腔内，所述圆柱形空腔内设置有齿环，所述夹紧套为分体式，所述复位油缸与所述夹紧套连接，用于控制所述夹紧套的预夹紧和松开。

进一步地，所述壳体上设置有油杯，用于盛装润滑油，所述润滑油能够润滑所述壳体和所述夹紧套的接触面。

进一步地，所述地下隧道施工设备还包括滑台，所述滑台安装在所述车架上，所述滑台与所述第二操作臂连接，所述滑台上设置有滑道，所述第二操作臂能够沿所述滑道收回。

基于上述技术方案，本发明通过提供一种地下隧道施工设备，可以完成暗挖施工工艺的多个工艺动作，代替人力的主要工作，人力只作辅助工作，可以解放劳动力，提高生产力、作业效率和安全性，增强了施工人员的安全及健康保障，降低了施工成本。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明一个实施例中地下隧道施工设备的整体结构示意图。

图2为本发明一个实施例中地下隧道施工设备的俯视图。

图3为本发明一个实施例中第一操作臂的结构示意图。

图4为本发明一个实施例中第一操作臂的俯视图。

图5为本发明一个实施例中输料装置的结构示意图。

图6为本发明一个实施例中第二操作臂的结构示意图。

图7为本发明一个实施例中第二操作臂的俯视图。

图8为本发明一个实施例中推进机构的结构示意图。

图9为本发明一个实施例中第一操作臂完成支护的工艺动作时的第一工作状态示意图。

图10为本发明一个实施例中第一操作臂完成支护的工艺动作时的第二工作状态示意图。

图11为本发明一个实施例中第二操作臂完成挖上方土的工艺动作时的工作示意图。

图12为本发明一个实施例中第二操作臂完成开槽的工艺动作时的工作示意图。

图13为本发明一个实施例中第二操作臂完成打工作杆的工艺动作时的工作示意图。

图14为本发明一个实施例中第二操作臂完成湿喷的工艺动作时的工作示意图。

图15为本发明一个实施例中第一操作臂伸展状态的主视图。

图16为本发明一个实施例中第一操作臂左右摆动状态的俯视图。

图17为本发明一个实施例中第二操作臂避让第一操作臂时的第一状态示意图。

图18为本发明一个实施例中第二操作臂避让第一操作臂时的第二状态示意图。

图19为本发明一个实施例中第一操作臂避让第二操作臂时的第一状态示意图。

图20为本发明一个实施例中第一操作臂避让第二操作臂时的第二状态示意图。

图21为本发明中第二操作臂的另一个实施例的结构示意图。

图22为图21实施例中第二操作臂的俯视图。

图23为本发明中第一推进装置的一个实施例的结构示意图。

图24为本发明中第一夹持机构的一个实施例的结构示意图。

图中：1-第一操作臂，2-第二操作臂，3-输料装置，4-车架，5-履带行走机构，11-动臂支座，12-动臂，13-过渡节，14-斗杆支座，15-斗杆，16-铲斗，17-动臂油缸，18-过渡节俯仰油缸，19-斗杆摆动油缸，20-斗杆油缸，21-铲斗油缸，22-摇杆，23-拉杆，24-吊耳，31-输送装置，32-刮板链，33-刮板，34-焊接链，35-连接架，36-导料装置，37-电机，38-左开合框，39-右开合框，61-操作定位臂，62-主旋转机构，63-拐臂体，64-铣刨头旋转机构，65-铣刨头，66-铣刨头摆动油缸，67-铣刨头摆动油缸座，68-推进机构，69-俯仰油缸，70-托梁，71-推进补偿油缸，72-工作杆，73-辅助湿喷装置，81-敲击锤，82-后滑台，83-推进油缸，84-前滑台，85-夹持机构，86-轨道梁，87-下滑台，88-上滑轨道，89-导向支撑座，90-下滑轨道，101-主操作臂，102-第一旋转油缸，103-转接体，104-挖土开槽装置旋转油缸，105-挖土开槽装置，106-第一辅助湿喷装置，107-第一轨道梁，108-第一推进油缸，109-第一滑台，110-壳体，111-夹紧套，112-复位油缸，113-油杯。

具体实施方式

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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装置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保护范围的限制。

为了完成地铁修建工作，通常需要在地下隧道中完成挖土、开槽、打工作杆和湿喷等工艺动作，然而在地下隧道中可供施工的空间较为狭小，发明人注意到现有技术中暗挖施工工序多靠人力来完成，没有什么设备，使得暗挖施工人员的安全性较差，身心健康得不到保障，施工效率低，因此需要发明一种机械化设备，代替人力的劳动，解放劳动力。

如图1和图2所示，为本发明提供的地下隧道施工设备的一个实施例的整体结构示意图和俯视图。该地下隧道施工设备包括车架4、至少两个操作臂、履带行走机构5和底盘，其中所述底盘与所述车架4连接，所述履带行走机构5安装在所述底盘的两侧，所述至少两个操作臂连接在所述车架4上，所述至少两个操作臂分工实现暗挖施工工艺的多个工艺动作。该地下隧道施工设备可以完成暗挖施工工艺的多个工艺动作，代替人力的主要工作，人力只作辅助工作，可以解放劳动力，提高生产力、作业效率和安全性，增强施工人员的安全及健康保障，降低施工成本。

当然，根据具体施工情况的要求，所述操作臂可以为多个，分别实现不同的功能。在一个实施例中，所述至少两个操作臂为两个，分别为第一操作臂1和第二操作臂2，所述第一操作臂1能够至少完成挖土的工艺动作，所述第二操作臂2能够至少完成挖上方土和开槽的工艺动作。

进一步地，所述第一操作臂1处于非工作状态时能够蜷缩收回，所述第二操作臂2处于非工作状态时能够沿滑道收回。

其中，所述第二操作臂2避让所述第一操作臂1的方法是：首先，所述第二操作臂2缩短到最小尺寸，这时所述第一操作臂1就可以伸展开进行挖掘等工艺动作，如图17所示；然后，当所述第二操作臂2仍不能躲开所述第一操作臂1时，所述第二操作臂2通过滑道向后滑动还可以向右再转动一定角度，如图18所示，这样可以进一步地增大所述第一操作臂1的工作范围，实现对所述第一操作臂1的避让。

所述第一操作臂1避让所述第二操作臂2的方法是：首先，所述第一操作臂1向左旋转到极限位置，给所述第二操作臂2预留出工作的空间，如图19所示；然后，当所述第一操作臂1仍不能躲开所述第一操作臂2时，所述第一操作臂1还可以向左再旋转一定角度，所述第一操作臂1可以旋转到与地面接近垂直的状态，如图20所示，使得所述第二操作臂2的工作范围进一步扩大，所述第二操作臂2通过滑台滑动到最前面，就可实现在作业面的工作。

所述第一操作臂1在非工作状态下能够蜷缩收回，不会影响所述第二操作臂2的运动范围，第一操作臂1能够蜷缩收回是因为所述第一操作臂1是一个多关节的操作臂，第一操作臂1的各组成部件之间可以折叠收回，有效地减小该地下隧道施工设备的整体长度和宽度，满足该设备在较小的竖井里升降，该设备可以实现在4m×6m的竖井升降，满足运输、下井和行走的要求。所述第二操作臂2处于非工作状态时能够沿滑道收回可以保证第一操作臂1有足够的工作空间，避免第一操作臂1与第二操作臂2之间的干涉。这种双臂避让方法不仅可以保证本发明提供的地下隧道施工设备在狭小的空间内代替人力完成暗挖施工的多个工艺动作，还可以实现双臂互不干涉，具有很好地实用性。

如图3所示为本发明中一个实施例中第一操作臂的结构示意图，该第一操作臂1还包括动臂支座11、动臂12、过渡节13、斗杆支座14、斗杆15和铲斗16，其中所述动臂支座11连接于所述车架4上，所述动臂12与所述动臂支座11连接并能够绕所述动臂支座11转动，所述过渡节13连接于所述动臂12与所述斗杆支座14之间，所述动臂12能够绕所述过渡节13转动，所述过渡节13能够绕所述斗杆支座14转动，所述斗杆15与所述斗杆支座14连接并能够绕所述斗杆支座14转动，所述铲斗16与所述斗杆15连接并能够绕所述斗杆15转动。

优选地，所述动臂支座11和所述动臂12之间连接有动臂油缸17，所述动臂油缸17用于驱动所述动臂12绕所述动臂支座11转动，所述动臂12和所述过渡节13之间连接有过渡节俯仰油缸18，所述过渡节俯仰油缸18用于驱动所述过渡节13绕所述动臂12转动，所述过渡节13和所述斗杆支座14之间连接有斗杆摆动油缸19，如图4所示，所述斗杆摆动油缸19用于驱动所述斗杆支座14绕所述过渡节13转动，所述斗杆支座14和所述斗杆15之间连接有斗杆油缸20，所述斗杆油缸20用于驱动所述斗杆15绕所述斗杆支座14转动，所述斗杆15和所述铲斗16之间连接有铲斗油缸21，所述铲斗16与所述铲斗油缸21铰接或者通过传动机构连接，所述铲斗油缸21用于驱动所述铲斗16绕所述斗杆15转动。

在上述实施例中，动臂油缸17、过渡节俯仰油缸18、斗杆油缸20和铲斗油缸21可以分别在第一操作臂中心平面上单独设置，也可以在第一操作臂的左右两侧对称设置，对称设置会使第一操作臂工作时受力更均衡稳定，而且能提供更大的支撑力，尽量避免挖土过程中第一操作臂的晃动。通过斗杆油缸20和铲斗油缸21的缸杆相互配合进行伸出或者缩回，可以实现斗杆支座和斗杆的屈伸，能够进行连续调节，并对铲斗15的挖土角度进行调整。

所述第一操作臂1的各组成部件之间的相对转动，可以保证第一操作臂1像是一个多关节的操作臂，整体上可实现屈伸动作，且斗杆相对于动臂可朝不同方向摆动，因而它能适应低矮的隧道空间，可越过隧道内的障碍物，例如核心土，如图15所示，在整机不动的情况下实现隧道全断面的挖土作业，具备扒渣和挖土等满足暗挖法相关的作业功能，作业范围广。由此可见该第一操作臂能够提高作业效率，解放劳动力，提高安全性，降低施工成本。另外，工程人员还可根据第一操作臂执行任务的难易程度，设计一组以上的动臂支座和动臂结构以及斗杆支座和斗杆结构。

为了更灵活地进行挖土，所述传动机构可以包括拉杆23和摇杆22，所述拉杆23的一端与所述铲斗油缸21连接，另一端与所述铲斗16连接，所述摇杆22的一端与所述斗杆15连接，另一端与所述铲斗油缸21连接。这种驱动铲斗16转动的结构，相当于铲斗油缸21的缸杆驱动四连杆机构的一个顶点，可以增大铲斗16的摆动角度，可以保证所述铲斗16能够绕所述斗杆15在更大的范围内转动，避免所述铲斗油缸21和所述斗杆15之间的干涉。而直接采用铲斗油缸21的缸杆驱动铲斗16转动的结构，在铲斗16向内侧转动的过程中，一旦铲斗油缸21接触斗杆15的表面，就会出现运动死点，导致铲斗16的摆动角度受到限制。进一步地，摇杆22可以设计为直杆或者圆弧杆的形状。

为了更进一步增大第一操作臂的摆动范围，所述第一操作臂1还可以包括动臂摆动油缸，所述动臂摆动油缸连接于所述动臂支座11和所述车架4之间，所述动臂摆动油缸用于驱动所述动臂支座11绕所述车架4转动。所述动臂摆动油缸设置在第一操作臂的至少一侧，第一操作臂整体可以实现左右和上下摆动，再配合中间关节的上下俯仰、左右折腰等动作，可以跨越核心土实现对隧道内的全断面进行挖土。

优选地，在所述第一操作臂的相邻部件的铰接处可以采用关节结构，包括销轴、套设在销轴上的轴套和安装在轴套两端的锁定部件。由于第一操作臂在执行作业的过程中会经常屈伸，关节结构处的磨损会比较严重，而采用复合轴套的关节结构在维修时仅需要更换轴套，从而使得维修保养较为方便，同时也节约了成本。另外，在工程实践中常选用膨胀轴套，作业过程中可有效地消除关节间隙，减少挖斗的晃动，提高了挖土的平稳性。

另外，当第一操作臂伸展并摆动到上方时，还可以实现支护的工艺动作，即所述铲斗16上设置有吊耳24，优选地，所述吊耳24可以设置在所述铲斗16的背部，所述吊耳24与格栅的吊耳通过钢丝绳连接，如图9所示，使得所述第一操作臂1能够通过吊耳24对所述格栅进行提、运、架，如图10所示，从而完成支护的工艺动作。

优选地，在所述第一操作臂的相邻部件的铰接处可以采用关节结构，包括销轴、套设在销轴上的轴套和安装在轴套两端的锁定部件。由于第一操作臂在执行作业的过程中会经常屈伸，关节结构处的磨损会比较严重，而采用复合轴套的关节结构在维修时仅需要更换轴套，从而使得维修保养较为方便，同时也节约了成本。另外，在工程实践中常选用膨胀轴套，作业过程中可有效地消除关节间隙，减少挖斗的晃动，提高了挖土的平稳性。

本发明提供的地下隧道施工设备还包括输料装置3，如图5所示为本发明实施例中输料装置的结构示意图。所述输料装置3与所述车架4连接，所述第一操作臂1通过所述铲斗16将物料送到收料区域，所述输料装置3收集所述收料区域的物料，并将所述物料输送到运输小车。所述收料区域指所述第一操作臂1将挖掘的物料送到所述输料装置3附近的区域，所述输料装置3能够触及到该收料区域，并对该收料区域的物料进行收集。

该地下隧道施工设备通过设置第一操作臂1和输料装置3，不仅能够实现挖掘功能，还能及时将物料通过输料装置3输送出去，能够替代人力的劳动，大量节省人力资源，保障人员安全，提高施工效率。

优选地，所述地下隧道施工设备还包括输料俯仰油缸，所述输料俯仰油缸的一端与所述履带行走机构5连接，另一端与所述输料装置3连接，所述输料俯仰油缸能够驱动所述输料装置3的旋转。所述输料俯仰油缸的设置可以使输料装置3旋转到与地面接触的位置，这样可以方便输料装置3收集物料并进行输送，也可以使其旋转到抬离地面的位置，这样可以满足该地下隧道施工设备的行走。

进一步地，所述输料装置3包括输送装置31和导料装置36，其中所述输送装置31与所述导料装置36连接，所述输送装置31用于收集所述收料区域的物料，并输送至所述导料装置36，所述导料装置36接收所述物料并将其输送到运输小车。

该输料装置能够将所述第一操作臂1所挖的物料及时输送到运输小车上，该输送过程由输送装置31来完成，代替了人力的主要工作，提高了工作效率。

所述导料装置36与所述输料装置31的连接形式有很多种，比如可以通过销轴和链条进行铰接，这种连接方式可以使所述导料装置36实现270度的旋转，满足将所述物料输送到位于不同位置的输送小车上。同时，在所述地下隧道施工设备的行走过程中，所述导料装置36可以旋转到车架4的下方，缩短该地下隧道施工设备的整体长度，满足运输、下井和行走的要求。

在一个实施例中，所述输料装置还可以包括刮板链32、连接架35和电机37，所述刮板链32由多个刮板33通过焊接链34穿接而成，所述刮板链32通过链轮安装在所述连接架35上，所述电机37固定安装于所述输送装置31上，所述电机37可以驱动所述链轮转动，所述链轮的转动带动所述输送装置31上的从动轮转动，所述从动轮带动所述刮板链32传动，从而将所述物料从所述输送装置31的前端传送到与所述输送装置31连接的所述导料装置36上。所述电机37有多种形式，只要能够实现驱动所述输送装置输送物料的功能即可。所述电机37可以为减速电机，也可以替换为液压马达驱动电机等。

在另一个实施例中，在所述输料装置31的前端的至少一侧还可以设置有开合框，所述开合框可以包括一个或多个，如图5所示，所述开合框包括左开合框38和右开合框39。所述开合框通过开合油缸连接于所述连接架35上，所述开合油缸用于驱动所述开合框展开和闭合，以收集所述收料区域的所述物料。所述第一操作臂1将所述物料送到所述收料区域后，所述左开合框38和右开合框39分别在所述开合油缸的驱动下，可以向所述输送装置31的两侧展开，将位于所述输送装置两侧的物料收集起来，通过所述输送装置31进行输送。所述开合框的设置可以扩大所述输送装置21收集物料的范围，与所述第一操作臂31完美配合，共同实现完整收集物料的作用，使得所述地下隧道施工设备能够同时实现挖掘和将物料输送出去的功能。

优选地，所述输送装置31与所述导料装置36的连接处设置有橡胶软板，在所述刮板链32的运动过程中，所述橡胶软板能够清洁所述刮板链32，避免由于物料粘黏在所述刮板链32上而造成所述输送装置31的停转。

通过在车架和动臂支座之间铰接动臂摆动油缸，所述第一操作臂整体可以实现左右和上下摆动，再配合中间关节的上下俯仰、左右折腰等动作，如图15所示，不仅可以跨越核心土实现对隧道内的全断面进行挖土，还可以将核心土两侧的土挖到输料装置上。工作时，输料装置前端触地，所述第一操作臂通过动臂摆动油缸摆到需要开挖的地方，例如图16中虚线所示的第一操作臂分别摆动到左右两侧的位置，将土方挖掘到输料装置的前端，再由电机驱动将其输送到后端，最后通过导料装置把土方输送到运输小车上。

如图6和图7所示，为本发明一个实施例中第二操作臂的结构示意图和俯视图。该第二操作臂2包括操作定位臂61、主旋转机构62、拐臂体63、铣刨头65、铣刨头旋转机构64，操作定位臂61一端用于连接在车架4上，另一端与主旋转机构62后端连接，主旋转机构62前端与拐臂体63连接，拐臂体63可相对于主旋转机构62的轴向转动，拐臂体63的一侧连接且托起铣刨头旋转机构64，铣刨头65与铣刨头旋转机构64连接，铣刨头旋转机构64能够驱动铣刨头65相对于拐臂体63转动，以使铣刨头63的铣刀转轴在前后方向上和前后方向的垂直方向上切换。

在此需要说明的是，该实施例中的“前”和“后”是相对于该第二操作臂的伸出方向，即面向隧道断面的方向为前，背向隧道断面的方向为后，主旋转机构2可以选用旋转油缸，也可以选用旋转电机，同样地，铣刨头旋转机构64也可以选用旋转油缸或旋转电机。拐臂体63可以采用类L型的结构架，也可以采用类T型的结构架，还可以是能够托起铣刨头旋转机构64的其他结构。

操作定位臂61最好采用双三角式定位结构，如图6和图7所示，操作定位臂61可以包括操作主臂、一对后伸缩油缸、一对前伸缩油缸以及用于连接主旋转机构62的连接件，操作主臂的后端用于铰接车架4，前端与所述连接件铰接，所述后伸缩油缸一端用于铰接车架4，另一端与操作主臂的中部铰接，所述前伸缩油缸一端与所述操作主臂的中部铰接，另一端与所述连接件铰接，当所述后伸缩油缸中的左侧的伸缩油缸缩回，右侧的伸缩油缸伸出时，所述操作主臂在所述后伸缩油缸的作用下向左摆动，当所述后伸缩油缸中的左侧的伸缩油缸伸出，右侧的伸缩油缸缩回时，所述操作主臂在所述后伸缩油缸的作用下向右摆动，当一对后伸缩油缸同步伸缩时，所述操作主臂在所述后伸缩油缸的作用下上下升降，同理，所述连接件在一对前伸缩油缸的作用下也可左右摆动，上下俯仰，其中所述操作主臂还可以包括固定臂和伸缩子臂，进一步提升所述操作定位臂的定位灵活性，所述操作定位臂也可以采用电力驱动的机械手臂，还可以采用直角坐标定位结构或其它结构的定位臂。

在该实施例中，操作定位臂61既可以按水平和垂直方向分步定位,还能够直接实现斜上或斜下定位，使前端的铣刨头65的定位更加精准、高效，拐臂体63在主旋转机构62的驱动下可相对于主旋转机构62的轴向转动，铣刨头旋转机构64能够驱动铣刨头65相对于拐臂体63转动，以使铣刨头65的铣刀转轴在前后方向上和前后方向的垂直方向上切换，继而实现不同的工序。

在一个实施例中，所述第二操作臂2在挖上方土工序下，所述铣刨头65在所述操作定位臂61的作用下处于向前伸出状态，所述铣刨头旋转机构64驱动所述铣刨头65使其铣刀转轴平行于隧道断面，铣刨头65在启动状态下完成挖上方土工序；在开槽工序下，所述铣刨头65在所述操作定位臂61和所述铣刨头旋转机构64的作用下其铣刀转轴垂直于所述隧道断面，铣刨头65在启动状态下完成开槽工序。设置主旋转机构62的目的是为了便于铣刨头65定位，因为在挖上方土工序和开槽工序中，铣刨头65通过操作定位臂61并不能直接到达位于隧道断面两侧的施工位置。

优选地，所述操作定位臂61的另一端与所述主旋转机构62壳体后端的输出轴连接，所述第二操作臂还1包括铣刨头摆动油缸66和设置在所述主旋转机构壳体后端的铣刨头摆动油缸座67，所述铣刨头摆动油缸66一端铰接所述铣刨头摆动油缸座67，另一端铰接所述铣刨头旋转机构64的固定体，所述铣刨头65在所述铣刨头摆动油缸66的作用下可相对于所述拐臂体63前后摆动。

在此需要说明的是，铣刨头旋转机构64包括固定体和转动体，铣刨头旋转机构64的转动体与铣刨头65固定连接，铣刨头旋转机构64的固定体与拐臂体63连接，以铣刨头旋转机构64由壳体和旋转轴组成为例，当铣刨头旋转机构64的壳体与铣刨头65固定连接时，壳体与铣刨头65相对于旋转轴做旋转运动，旋转轴为固定体，壳体为转动体，当铣刨头旋转机构64的旋转轴与铣刨头65固定连接时，旋转轴与铣刨头65相对于壳体做旋转运动，壳体为固定体，旋转轴为转动体。

在该实施例中，铣刨头65相对于拐臂体63的前后摆动通过铣刨头摆动油缸66的伸缩来实现，铣刨头摆动油缸66也可以选用旋转油缸或旋转电机来实现铣刨头65相对于拐臂体63的前后摆动。通过设置铣刨头摆动油缸66，铣刨头65的伸出和收回的位置范围更进一步的扩大，铣刨头65的定位灵活性得到进一步的提高。

在本发明第二操作臂2的另一个优选的示意性实施例中，所述第二操作臂2还可以包括设置有夹持机构85的推进机构68和俯仰油缸69，所述俯仰油缸69的一端铰接所述拐臂体63，所述俯仰油缸69的另一端铰接所述推进机构68，所述拐臂体63连接并托起所述推进机构68，所述推进机构68可相对于所述拐臂体63俯仰摆动，所述夹持机构85用于夹持工作杆72，所述推进机构68用于带动所述夹持机构85向前或向后移动，将所述工作杆72插入土层，以完成打工作杆的工艺动作。

推进机构68能够实现打小导管工序，使第二操作臂2能够实现更多的工序，因而本发明第二操作臂2能够替代现有的全人工手持风镐的工作方式，降低了劳动强度，大大提高了工作效率。通过设置夹持机构85，推进机构68避免了在推进过程中对工作杆72的直接磨损。

如图8所示为本发明一个实施例中推进结构的结构示意图。该推进机构68包括敲击锤81、设有上滑轨道88的轨道梁86、推进油缸83、前滑台84、后滑台82、夹持机构85、托梁70、下滑台87、下滑轨道90、推进补偿油缸71和导向支承座89，所述敲击锤81固定设置在所述后滑台82上，所述敲击锤81用于通过击打所述夹持机构85将所述工作杆72打入土层，所述前滑台84和所述后滑台82设置在所述上滑轨道88上，且能够沿所述上滑轨道88滑动，所述推进油缸83的一端固定在所述轨道梁86上，另一端固定连接所述后滑台82，所述夹持机构85固定设置在所述前滑台84上，所述下滑轨道90设置在所述下滑台87上，且能够沿所述下滑台87滑动，所述下滑台87固定设置在所述托梁70上，所述推进补偿油缸71的一端固定在所述托梁70上，另一端固定连接所述轨道梁86，所述导向支撑座89用于支撑所述工作杆72。

在上述实施例中，敲击锤81可以为电力驱动的敲击锤，也可以是液压驱动的敲击锤，在土层较硬的情况下，或者推进机构68的推动力不足的情况下，通过敲击锤81击打工作杆72，将工作杆72打入土层。

在上述实施例中，驱动前滑台84和后滑台82移动的方式还可以是齿轮齿条、丝杠滑块、钢丝绳或链条驱动等。

在上述实施例中，将敲击锤81固定在后滑台82上，工作杆72在打入过程中，如果突然受到较大的阻力，推进油缸83推力达到设定值时，敲击锤81开始工作，提供高频的敲击力击打夹持机构85，使工作杆72继续前进；后滑台82安装在轨道梁86的上滑轨道88上，下部和推进油缸83相固定，在推进油缸83的驱动下，带动固定在其上端的敲击锤81前后滑动，前进时推动前滑台84移动；前滑台84也在轨道梁86的上滑轨道88上，其下端和推进油缸83弹性相连，推进油缸83提供其后退的动力，前滑台84上端固定夹持机构85，使夹持机构85在上滑轨道88上前后滑动。

在上述实施例中，通过设置推进补偿油缸71，推进机构68可向前移动至最前端，增加工作杆72插入土层的长度。推进机构68上还可以设置有用于支撑工作杆72的导向支撑座89，导向支撑座89可以安装在轨道梁86的前端，以增加工作杆72的支撑点，防止工作杆72插入土层过程中折弯。

在本发明第二操作臂2的另一个优选的示意性实施例中，夹持机构85可以包括壳体，所述壳体内可以设置有锥形空腔，所述锥形空腔的一端内径较大另一端内径较小，所述锥形空腔内可以设置有分体式夹紧套，所述分体式夹紧套包括相互独立的第一夹紧部件和第二夹紧部件，所述第一夹紧部件和第二夹紧部件合在一起形成所述分体式夹紧套，所述分体式夹紧套的外部成锥形，也是一端内径较大另一端内径较小，与锥形空腔相适配，所述分体式夹紧套的内轴向形成的通孔(第一夹紧部件和第二夹紧部件之间轴向形成的通孔)用于夹持工作杆72，工作杆72位于所述分体式夹紧套内径较大的一端用于插入土层。

本发明将所述壳体的内部设置为具有特定锥度角的锥形空腔，所述锥形空腔的一端内径较大另一端内径较小，所述锥形空腔内能够为所述分体式夹紧套提供前后移动的滑道，所述分体式夹紧套的外部成锥形，同样内径较大另一端内径较小，所述分体式夹紧套的锥度角和所述锥形空腔的锥度角相适配，当所述分体式夹紧套内夹持的工作杆72遇到阻力后，所述分体式夹紧套向内径较小一端方向移动，即所述分体式夹紧套从所述锥形空腔的内径较大一端向内径较小的一端移动，所述锥形空腔对所述分体式夹紧套的压力增大，进而所述分体式夹紧套对工作杆72的夹紧力变大，便于夹紧工作杆72，使其进入土层。

上述示意性实施例中，所述锥形空腔的内径较大的一端可以设置有端盖，所述端盖与所述分体式夹紧套之间可以设置有复位弹簧。所述分体式夹紧套的内径较大一端可以设置有分体式的空心的圆柱体结构，圆柱体结构位于所述复位弹簧内。通过所述复位弹簧使所述分体式夹紧套能够预夹紧工作杆72。

为了能够增大所述分体式夹紧套与所述工作杆72之间的摩擦力，在所述分体式夹紧套内轴向形成的通孔上可以均匀设置有齿环。

为了使所述壳体的锥形空腔与所述分体式夹紧套之间的摩擦力减小，所述壳体上还可以设置有用于向所述锥形空腔与所述分体式夹紧套之间注入润滑脂的通道，润滑脂可以通过油杯注入通道。

上述示意性实施例中，所述壳体上还可以设置有与所述敲击锤81相适配的敲击孔，所述敲击孔内设置有衬套。所述敲击锤81通过敲击孔击打夹持机构85，且通过设置衬套，能够防止敲击锤81对分体式夹紧套的冲击，保护分体式夹紧套不被损坏。

上述示意性实施例中，所述壳体上与敲击孔相对的一侧还可以设置有用于更换衬套的工艺孔。当衬套破损后，可以通过相应的工具从工艺孔穿入，将衬套从敲击孔中顶出，以便于更换新的衬套。

在一个实施例中，所述第二操作臂2还可以包括设置在所述铣刨头旋转机构64的固定体上的辅助湿喷装置73，所述辅助湿喷装置73的喷射口的开口方向以相对于所述铣刨头旋转机构64的轴向倾斜的方式设置，所述辅助湿喷装置73可相对于所述拐臂体63前后摆动，以完成湿喷的工艺动作。

辅助湿喷装置73的喷射口与铣刨头旋转机构64的轴向倾斜一定角度，辅助湿喷装置73与铣刨头65在各自的工作过程中互不影响。

在该示意性实施例中，辅助湿喷装置73还可以包括锥形喷管，锥形喷管内径较大的一端可拆卸地安装在湿喷装置的喷射口上。湿喷装置从锥形喷管内径较小的一端的喷口喷出的混凝土液体流速较大，便于湿喷，锥形喷管可拆卸地安装在辅助湿喷装置73的喷射口上，在非湿喷工序下，锥形喷管可拆卸下来，不影响其他工序的实施。

在另一个实施例中，所述第二操作臂2还可以有另外一种结构形式，如图21和图22所示，分别为所述第二操作臂2另一个实施例的结构示意图和俯视图。该第二操作臂2包括主操作臂101、第一旋转油缸102、转接体103、挖土开槽装置旋转油缸104和挖土开槽装置105，其中所述主操作臂101的一端连接于所述车架4上，另一端与所述第一旋转油缸102后端的输出轴连接，所述第一旋转油缸102的前端与所述转接体103连接，所述挖土开槽装置旋转油缸104设置在所述转接体103远离所述主操作臂101的一端，所述挖土开槽装置105固定在所述挖土开槽装置旋转油缸104上，所述第一旋转油缸102能够带动所述挖土开槽装置105在平行于隧道断面的平面内转动，所述挖土开槽装置旋转油缸104能够带动所述挖土开槽装置105在垂直于所述隧道断面的平面内转动。

在此需要说明的是，该实施例中的“前”和“后”是相对于第二操作臂的伸出方向，即面向隧道断面的方向为前，背向隧道断面的方向为后。

挖土开槽装置包括圆柱形的刀体和驱动刀体在其轴向转动的驱动系统，刀体顶端设有凸起的挖土刀，挖土刀凸起的长度方向可以相对于刀体转轴方向倾斜的方式设置，因为倾斜设置的挖土刀能够更大面积地挖上方土，提高工作效率。刀体圆柱面上设置有锯条或螺旋排列的挖齿，所述第一旋转油缸102能够带动所述挖土开槽装置105在平行于隧道断面的平面内转动，所述挖土开槽装置旋转油缸104能够带动所述挖土开槽装置105在垂直于所述隧道断面的平面内转动，以实现挖土和开槽的工艺动作。第一旋转油缸也可以替换为旋转电机。

主操作臂可以采用双三角式定位结构，如图21和图22所示，主操作臂包括主臂、一对后伸缩油缸、一对前伸缩油缸以及用于连接第一旋转油缸的连接件，主臂的后端用于铰接车架，前端与连接件铰接，后伸缩油缸一端用于铰接车架，另一端与主臂的中部铰接，前伸缩油缸一端与主臂的中部铰接，另一端与连接件铰接，当后伸缩油缸中的左侧的伸缩油缸缩回，右侧的伸缩油缸伸出时，主臂在后伸缩油缸的作用下向左摆动，当后伸缩油缸中的左侧的伸缩油缸伸出，右侧的伸缩油缸缩回时，主臂在后伸缩油缸的作用下向右摆动，当一对后伸缩油缸同步伸缩时，主臂在后伸缩油缸的作用下做上下升降动作，同理，连接件在一对前伸缩油缸的作用下也可左右摆动，上下俯仰，其中主臂还可以包括固定臂和伸缩子臂，进一步提升主操作臂的定位灵活性，主操作臂也可以采用电力驱动的机械手臂，还可以采用直角坐标定位结构或其它结构的定位臂。在该实施例中，主操作臂既可以按水平和垂直方向分步定位,还能够直接实现斜上或斜下定位，使前端的挖土开槽装置的定位更加精准、高效。

在另一个优选的示意性实施例中，所述第二操作臂还可以包括第一推进装置，所述第一推进装置的一端与所述第一旋转油缸的壳体后端连接，另一端与所述转接体连接。

第一推进装置能够实现打工作杆的工艺动作，使第二操作臂实现更多的工序，因而本发明第二操作臂能够替代现有的全人工手持风镐的工作方式，降低了劳动强度，大大提高了工作效率。

在一个实施例中，所述第二操作臂还可以包括第一辅助湿喷装置106，所述第一辅助湿喷装置106连接于所述挖土开槽装置旋转油缸104上，所述第一辅助湿喷装置106的喷浆头能够在垂直于所述隧道断面的平面内转动。

在该实施例中，第一辅助湿喷装置通过主操作臂与第一旋转油缸的联合定位，可以机械化地实现湿喷的工艺动作，进一步地使第二操作臂实现暗挖法中更多的工序。第一辅助湿喷装置还可以包括锥形喷管，锥形喷管内径较大的一端可拆卸地安装在第一辅助湿喷装置的喷浆头上。第一辅助湿喷装置从锥形喷管内径较小的一端的喷口喷出的混凝土液体流速较大，便于湿喷，锥形喷管可拆卸地安装在第一辅助湿喷装置的喷射口上，在非湿喷工序下，锥形喷管可拆卸下来，不影响其他工序的实施。

如图23所示，为本发明中第一推进装置的一个实施例的结构示意图。该第一推进装置可以包括第一轨道梁107、第一推进油缸108、第一滑台109和第一夹持机构，其中，所述第一轨道梁107固定在所述第一旋转油缸102的壳体上，所述第一旋转油缸102能够带动所述第一轨道梁107绕所述第一旋转油缸102的轴线转动，所述第一推进油缸108的一端连接于所述第一轨道梁107上，另一端与所述第一滑台109连接，所述第一推进油缸108用于推动所述第一滑台109沿所述第一轨道梁107滑动，所述第一夹持机构固定在所述第一滑台109上，用于夹持所述工作杆。所示第一滑台109前后运动，进而带动第一夹持机构向前或向后移动，便于将工作杆插入土层。所示第一滑台109移动的方式还可以是齿轮齿条、丝杠滑块、钢丝绳或链条驱动等。

如图24所示，为本发明中第一夹持机构的一个实施例的结构示意图。该第一夹持机构可以包括壳体110，壳体110内可以设置有锥形空腔，锥形空腔的一端内径较大，另一端内径较小，锥形空腔内可以设置有夹紧套111，夹紧套111可以是分体式的，包括相互独立的第一夹紧部件和第二夹紧部件，第一夹紧部件和第二夹紧部件合在一起形成分体式夹紧套，分体式夹紧套的外部成锥形，也是一端内径较大，另一端内径较小，与锥形空腔相匹配。夹紧套的内部设有圆柱形空腔，工作杆能够插入圆柱形空腔内，工作杆位于分体式夹紧套的内径较大的一端用于插入土层。

上述示意性实施例中，分体式加紧套并不只限于包括第一夹紧部件和第二夹紧部件，也可以由三个夹紧部件或更多的夹紧部件组成，数个夹紧部件合在一起形成分体式夹紧套，分体式夹紧套的外部成锥形，内部形成轴向的圆柱形空腔，用于夹持工作杆。

本发明将壳体内部设置为具有特定锥度角的锥形空腔，锥形空腔的一端内径较大，另一端内径较小，锥形空腔内能够为分体式夹紧套提供前后移动的滑道，分体式夹紧套的外部成锥形，同样一端内径较大，另一端内径较小，分体式夹紧套的锥度角和锥形空腔的锥度角相匹配，当分体式夹紧套内夹持的工作杆遇到阻力后，分体式夹紧套向内径较小的一端方向移动，即，分体式夹紧套从锥形空腔内径较大一端向内径较小的另一端移动，锥形空腔对分体式夹紧套的压力增大，进而分体式夹紧套对工作杆的夹紧力变大，便于夹紧工作杆，使其进入土层。

上述示意性实施例中，锥形空腔的内部还可以设置有复位油缸112，复位油缸112的缸筒与壳体固定连接，复位油缸112的缸杆内部中空，工作杆穿过缸杆，插入土层。分体式夹紧套内径较大的一端可以设置有分体式的空心的圆柱体结构，圆柱体结构插设在缸杆的内部中空内，且缸杆的中空内壁设置有一圈凹槽，圆柱体结构上设置有一圈凸台，凸台位于凹槽内；当向缸杆远离分体式夹紧套的一侧加入压力油时，缸杆向分体式夹紧套一侧移动，进而通过凸台与凹槽的配合，能够实现缸杆带动分体式夹紧套在锥形空腔内向内径较小的另一端方向移动，实现预夹紧工作杆；当向缸杆靠近分体式夹紧套的一侧加入压力油时，缸杆向远离分体式夹紧套的一侧移动，进而通过凸台与凹槽的配合，能够实现缸杆带动分体式夹紧套在锥形空腔内向内径较大的一端方向移动，实现松开工作杆。

所述圆柱形空腔内设置有齿环，能够增大分体式夹紧套与工作杆之间的摩擦力。

优选地，所述壳体上设置有油杯113，用于盛装润滑油，所述润滑油能够润滑所述壳体和所述夹紧套的接触面，可以使壳体的锥形空腔与分体式夹紧套之间的摩擦力减小。

优选地，所述地下隧道施工设备还可以包括滑台，所述滑台安装在所述车架4上，并与所述第二操作臂2连接，所述滑台上设置有滑道，所述第二操作臂2能够沿所述滑道收回。

下面基于如图1所示实施例，对本发明提供的地下隧道施工设备的工作过程进行描述：

该地下隧道施工设备工作时，输料装置3通过输料俯仰油缸将输料装置3的水平面调整到与地平面呈19°夹角的位置或者保证输料装置3的前端触地的其他角度，挖掘臂2通过油缸摆动到需要开挖的地方进行挖掘，然后通过挖掘臂机构2把土方物料扒进输料装置3的前端，如果有土方未能扒到刮板链32的位置，可以通过开合油缸，将左开合框38、右开合框39向中间收紧，这样可以实现土方完全达到刮板链32的位置。电机37驱动刮板链32将土方通过输送装置31将其输送到后端，最后通过导料装置36把土方输送到运输小车上。挖掘臂2通过调节油缸、铰接机构可以满足在狭小的巷道完成越障开挖功能、有效绕过核心土、实现隧道的全断面土方开挖。

地下隧道施工设备在竖井升降时，输料装置3通过输料俯仰油缸将输料装置3的水平面调整到与地平面呈11°或者能够保证输料装置3抬离地面的其他角度，导料装置36旋转到输料装置3的下端，挖掘臂2收回到图2所示的形式，这样可以有效的减小该设备的长度和宽度，满足该设备在较小的竖井里升降。

地下隧道施工设备在隧道里行走时，输料装置3通过输料俯仰油缸将输料装置3的水平面调整到与地平面呈11°或者能够保证输料装置3抬离地面的其他角度，这样可以使输料装置3偏离地面，可以满足该设备的行走。

当挖掘臂伸展并摆动到上方时，吊耳24与格栅的吊耳通过钢丝绳连接，如图9所示，使得第一操作臂1能够通过吊耳24对所述格栅进行提、运、架，如图10所示，从而完成支护的工艺动作。

对于第二操作臂2的一个具体实施例的工作过程为：

在挖上方土工序下，如图11所示，首先启动推进补偿油缸71，使推进机构68向后移动，使其处于完全收回的状态，然后操纵操作定位臂61、主旋转机构62，铣刨头旋转机构64以及铣刨头摆动油缸66，使铣刨头65在操作定位臂61和/或铣刨头摆动油缸66的作用下处于向前伸出状态，调整铣刨头65到适当位置且其铣刀转轴平行于隧道断面，启动铣刨头65，铣刨头65铣刨隧道上方土。

在开槽工序下，如图12所示，确保推进机构68仍然处于完全收回状态，首先操纵操作定位臂61和/或调整铣刨头摆动油缸66使铣刨头旋转机构64的旋转轴向竖直向上，调整铣刨头旋转机构64使铣刨头65的铣刀转轴垂直于隧道断面，然后操纵操作定位臂61和主旋转机构62使铣刨头65移动到指定位置，启动铣刨头65铣刨头65开始开槽。

在打工作杆工序下，如图13所示，首先启动铣刨头旋转机构64使铣刨头65的铣刀转轴平行于隧道断面，启动铣刨头摆动油缸66使铣刨头65处于收回状态，然后将操作定位臂61降低，以便把工作杆72尖端从夹持机构85的后端穿入，穿入长度为其尖端穿过导向支撑座150mm左右，然后操纵操作定位臂61，同时调整工作杆72的角度，找到精准位置后，启动推进油缸83，推进油缸83推动后滑台82移动，后滑台82同时带动前滑台84和夹持机构85前进，当工作杆72遇到阻力后，夹持机构85夹紧工作杆72的力变大，使工作杆72进入土层，如果工作杆72进入土层过程中，突然受到较大的阻力，推进油缸83的推力达到设定值时，后滑台82上的敲击锤81开始工作，高频击打夹持机构85，以便顺利的把工作杆72打入土层，如果工作杆72较长，本发明第二操作臂2还可将工作杆72分级打入。

在湿喷工序下，如图14所示，首先将湿喷用的锥形喷管固定在辅助湿喷装置73上，调整铣刨头摆动油缸66使锥形喷管的喷口竖直向上，然后操纵操作定位臂61和主旋转机构62到指定位置开始湿喷工作。

下面对本发明中第二操作臂的另一个实施例的工作过程进行描述：

在挖上方土工序下，驱动挖土开槽装置旋转油缸以使挖土开槽装置的刀体转轴垂直于隧道断面，操纵主操作臂和第一旋转油缸，使挖土开槽装置移动到指定位置，启动挖土开槽装置，驱动刀体在其轴向转动，挖土刀挖除隧道断面的上方土，完成挖上方土工序。

在开槽工序下，第一旋转油缸驱动挖土开槽装置使刀体转轴平行于隧道断面，挖土开槽装置在启动状态下，驱动刀体在其轴向转动，锯条或螺旋排列的挖齿在主操作臂和第一旋转油缸的联合定位下，锯条或螺旋排列的挖齿进一步挖除隧道断面的土，完成开槽工序。

在打工作杆工序下，确保挖土开槽装置在挖土开槽装置旋转油缸的驱动下处于完全收回状态，首先将主操作臂降低，以便把工作杆尖端从夹持机构的后端(锥形空腔的内径较小的一端)穿入，穿入长度为其尖端穿过第一轨道梁上工作杆的前支点导向孔150mm左右，然后操控主操作臂，同时调整工作杆的角度，找到精准位置后，启动第一推进油缸，第一推进油缸推动第一滑台移动，第一滑台带动第一夹持机构前进，如果工作杆进入土层过程中，遇到较大阻力时，第一夹持机构中的分体式夹紧套向锥形空腔内的内径较小的一端方向移动，夹紧工作杆的力加大，能够顺利将工作杆打入土层。如果工作杆较长，第一推进装置还可将工作杆分级打入，具体为：如果工作杆的长度大于设定的第一推进油缸的行程，第一推进油缸缩回，同时带动第一滑台和第一夹持机构后退，到达合适位置后重新夹紧工作杆，重复上述步骤使工作杆进入土层，完成打工作杆的工序。

在湿喷工序下，确保挖土开槽装置在挖土开槽装置旋转油缸的驱动下处于完全收回状态，首先将湿喷用的锥形喷管固定在第一辅助湿喷装置上，调整锥形喷管的喷口竖直向上，然后操纵主操作臂和第一旋转油缸到指定位置开始湿喷工作，完成湿喷工序。

本发明提供的地下隧道施工设备的实施例使用更加灵活，耗用劳动力少，仅需两三名设备操作人员，工作效率极高，是普通人工开挖的8-10倍，施工成本较低，工程质量和进度可以得到有效保障。这类设备的使用主要针对地下隧道的暗挖施工工艺，尤其适用于地铁的施工，对于砂卵石、粉土、粉质粘土、粘土、强风化围岩、硬岩等地层都能进行挖掘。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (23)

1.一种地下隧道施工设备，其特征在于，包括车架、至少两个操作臂、履带行走机构和底盘，其中所述底盘与所述车架连接，所述履带行走机构安装在所述底盘的两侧，所述至少两个操作臂连接在所述车架上，所述至少两个操作臂分工实现暗挖施工工艺的多个工艺动作；所述至少两个操作臂为两个，分别为第一操作臂和第二操作臂，所述第一操作臂能够至少完成挖土的工艺动作，所述第二操作臂能够至少完成挖上方土和开槽的工艺动作；

所述第二操作臂包括操作定位臂、主旋转机构、拐臂体、铣刨头和铣刨头旋转机构，所述操作定位臂一端连接在车架上，另一端与所述主旋转机构的后端连接，所述主旋转机构的前端与所述拐臂体连接，所述拐臂体能够相对于所述主旋转机构的轴向转动，所述拐臂体的一侧连接并托起所述铣刨头旋转机构，所述铣刨头与所述铣刨头旋转机构连接，所述铣刨头旋转机构能够驱动所述铣刨头相对于所述拐臂体转动，以使所述铣刨头的铣刀转轴在前后方向上和前后方向的垂直方向上切换；或者，

所述第二操作臂包括主操作臂、第一旋转油缸、转接体、挖土开槽装置旋转油缸和挖土开槽装置，其中所述主操作臂的一端连接于所述车架上，另一端与所述第一旋转油缸后端的输出轴连接，所述第一旋转油缸的前端与所述转接体连接，所述挖土开槽装置旋转油缸设置在所述转接体远离所述主操作臂的一端，所述挖土开槽装置固定在所述挖土开槽装置旋转油缸上，所述第一旋转油缸能够带动所述挖土开槽装置在平行于隧道断面的平面内转动，所述挖土开槽装置旋转油缸能够带动所述挖土开槽装置在垂直于所述隧道断面的平面内转动。

2.根据权利要求1所述的地下隧道施工设备，其特征在于，所述第一操作臂处于非工作状态时蜷缩收回，所述第二操作臂处于非工作状态时沿滑道收回。

3.根据权利要求1所述的地下隧道施工设备，其特征在于，所述第一操作臂包括动臂支座、动臂、过渡节、斗杆支座、斗杆和铲斗，其中所述动臂支座连接于所述车架上，所述动臂与所述动臂支座连接并能够绕所述动臂支座转动，所述过渡节连接于所述动臂与所述斗杆支座之间，所述过渡节能够绕所述动臂转动，所述斗杆支座能够绕所述过渡节转动，所述斗杆与所述斗杆支座连接并能够绕所述斗杆支座转动，所述铲斗与所述斗杆连接并能够绕所述斗杆转动。

4.根据权利要求3所述的地下隧道施工设备，其特征在于，所述动臂支座和所述动臂之间连接有动臂油缸，所述动臂油缸用于驱动所述动臂绕所述动臂支座转动，所述动臂和所述过渡节之间连接有过渡节俯仰油缸，所述过渡节俯仰油缸用于驱动所述过渡节绕所述动臂转动，所述过渡节和所述斗杆支座之间连接有斗杆摆动油缸，所述斗杆摆动油缸用于驱动所述斗杆支座绕所述过渡节转动，所述斗杆支座和所述斗杆之间连接有斗杆油缸，所述斗杆油缸用于驱动所述斗杆绕所述斗杆支座转动，所述斗杆和所述铲斗之间连接有铲斗油缸，所述铲斗与所述铲斗油缸铰接或者通过传动机构连接，所述铲斗油缸用于驱动所述铲斗绕所述斗杆转动。

5.根据权利要求4所述的地下隧道施工设备，其特征在于，所述传动机构包括拉杆和摇杆，所述拉杆的一端与所述铲斗油缸连接，另一端与所述铲斗连接，所述摇杆的一端与所述斗杆连接，另一端与所述铲斗油缸连接。

6.根据权利要求3所述的地下隧道施工设备，其特征在于，所述铲斗上设置有吊耳，所述吊耳与格栅的吊耳通过钢丝绳连接，使得所述第一操作臂能够完成支护的工艺动作。

7.根据权利要求1所述的地下隧道施工设备，其特征在于，所述地下隧道施工设备还包括输料装置，所述输料装置与所述车架连接，所述第一操作臂通过铲斗将物料送到收料区域，所述输料装置收集所述收料区域的物料，并将所述物料输送到运输小车。

8.根据权利要求7所述的地下隧道施工设备，其特征在于，所述地下隧道施工设备还包括输料俯仰油缸，所述输料俯仰油缸的一端与所述履带行走机构连接，另一端与所述输料装置连接，所述输料俯仰油缸能够驱动所述输料装置的旋转。

9.根据权利要求7所述的地下隧道施工设备，其特征在于，所述输料装置包括输送装置和导料装置，其中所述输送装置与所述导料装置连接，所述输送装置用于收集所述收料区域的物料，并输送至所述导料装置，所述导料装置接收所述物料并将其输送到运输小车。

10.根据权利要求9所述的地下隧道施工设备，其特征在于，所述输料装置还包括刮板链、连接架和电机，所述刮板链由多个刮板通过焊接链穿接而成，所述刮板链通过链轮安装在所述连接架上，所述电机固定安装于所述输送装置上，用于驱动所述输送装置输送所述物料。

11.根据权利要求10所述的地下隧道施工设备，其特征在于，所述输料装置的前端的至少一侧设置有开合框，所述开合框通过开合油缸连接于所述连接架上，所述开合油缸用于驱动所述开合框展开和闭合，以收集所述收料区域的所述物料。

12.根据权利要求10所述的地下隧道施工设备，其特征在于，所述输送装置与所述导料装置的连接处设置有橡胶软板，所述橡胶软板能够清洁所述刮板链。

13.根据权利要求1所述的地下隧道施工设备，其特征在于，所述第二操作臂在挖上方土工序下，所述铣刨头在所述操作定位臂的作用下处于向前伸出状态，所述铣刨头旋转机构驱动所述铣刨头使其铣刀转轴平行于隧道断面；在开槽工序下，所述铣刨头在所述操作定位臂和所述铣刨头旋转机构的作用下其铣刀转轴垂直于所述隧道断面。

14.根据权利要求1所述的地下隧道施工设备，其特征在于，所述第二操作臂的另一端与所述主旋转机构壳体后端的输出轴连接，所述第二操作臂还包括铣刨头摆动油缸和设置在所述主旋转机构壳体后端的铣刨头摆动油缸座，所述铣刨头摆动油缸一端铰接所述铣刨头摆动油缸座，另一端铰接所述铣刨头旋转机构的固定体，所述铣刨头在所述铣刨头摆动油缸的作用下可相对于所述拐臂体前后摆动。

15.根据权利要求1所述的地下隧道施工设备，其特征在于，所述第二操作臂还包括推进机构和俯仰油缸，所述俯仰油缸的一端铰接所述拐臂体，所述俯仰油缸的另一端铰接所述推进机构，所述拐臂体连接并托起所述推进机构，所述推进机构可相对于所述拐臂体俯仰摆动，所述推进机构上设置有夹持机构，所述夹持机构用于夹持工作杆，所述推进机构用于带动所述夹持机构向前或向后移动，将所述工作杆插入土层，以完成打工作杆的工艺动作。

16.根据权利要求15所述的地下隧道施工设备，其特征在于，所述推进机构包括敲击锤、设有上滑轨道的轨道梁、推进油缸、前滑台、后滑台、夹持机构、托梁、下滑台、下滑轨道、推进补偿油缸和导向支承座，所述敲击锤固定设置在所述后滑台上，所述敲击锤用于通过击打所述夹持机构将所述工作杆打入土层，所述前滑台和所述后滑台设置在所述上滑轨道上，且能够沿所述上滑轨道滑动，所述推进油缸的一端固定在所述轨道梁上，另一端固定连接所述后滑台，所述夹持机构固定设置在所述前滑台上，所述下滑轨道设置在所述下滑台上，且能够沿所述下滑台滑动，所述下滑台固定设置在所述托梁上，所述推进补偿油缸的一端固定在所述托梁上，另一端固定连接所述轨道梁，所述导向支撑座用于支撑所述工作杆。

17.根据权利要求1所述的地下隧道施工设备，其特征在于，所述第二操作臂还包括设置在所述铣刨头旋转机构的固定体上的辅助湿喷装置，所述辅助湿喷装置的喷射口的开口方向以相对于所述铣刨头旋转机构的轴向倾斜的方式设置，所述辅助湿喷装置可相对于所述拐臂体前后摆动，以完成湿喷的工艺动作。

18.根据权利要求1所述的地下隧道施工设备，其特征在于，所述第二操作臂还包括第一推进装置，所述第一推进装置的一端与所述第一旋转油缸的壳体后端连接，另一端与所述转接体连接。

19.根据权利要求1所述的地下隧道施工设备，其特征在于，所述第二操作臂还包括第一辅助湿喷装置，所述第一辅助湿喷装置连接于所述挖土开槽装置旋转油缸上，所述第一辅助湿喷装置的喷浆头能够在垂直于所述隧道断面的平面内转动。

20.根据权利要求18所述的地下隧道施工设备，其特征在于，所述第一推进装置包括第一轨道梁、第一推进油缸、第一滑台和第一夹持机构，其中，所述第一轨道梁固定在所述第一旋转油缸的壳体上，所述第一旋转油缸能够带动所述第一轨道梁绕所述第一旋转油缸的轴线转动，所述第一推进油缸的一端连接于所述第一轨道梁上，另一端与所述第一滑台连接，所述第一推进油缸用于推动所述第一滑台沿所述第一轨道梁滑动，所述第一夹持机构固定在所述第一滑台上，用于夹持工作杆。

21.根据权利要求20所述的地下隧道施工设备，其特征在于，所述第一夹持机构包括壳体、夹紧套和复位油缸，其中所述夹紧套的外部呈锥形，所述壳体的内部设置有与所述夹紧套相匹配的锥形空腔，所述夹紧套位于所述壳体的内部，所述夹紧套的内部设有圆柱形空腔，所述工作杆能够插入所述圆柱形空腔内，所述圆柱形空腔内设置有齿环，所述夹紧套为分体式，所述复位油缸与所述夹紧套连接，用于控制所述夹紧套的预夹紧和松开。

22.根据权利要求21所述的地下隧道施工设备，其特征在于，所述壳体上设置有油杯，用于盛装润滑油，所述润滑油能够润滑所述壳体和所述夹紧套的接触面。

23.根据权利要求2所述的地下隧道施工设备，其特征在于，所述地下隧道施工设备还包括滑台，所述滑台安装在所述车架上，所述滑台与所述第二操作臂连接，所述滑台上设置有滑道，所述第二操作臂能够沿所述滑道收回。