CN105626090B - 多功能操作臂及地下隧道挖掘设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多功能操作臂及地下隧道挖掘设备，该多功能操作臂包括操作定位臂、主旋转机构、拐臂体、铣刨头以及铣刨头旋转机构，操作定位臂一端用于连接在车架上，另一端与主旋转机构后端连接，主旋转机构前端与拐臂体连接，拐臂体可相对于主旋转机构的轴向转动，拐臂体的一侧连接且托起铣刨头旋转机构，铣刨头与铣刨头旋转机构连接，铣刨头旋转机构能够驱动铣刨头相对于拐臂体转动，以使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，多功能操作臂能够替代人工实现了不同的工序，提高了施工安全性和施工效率。进一步地，多功能操作臂还包括工作杆导入装置和湿喷装置，使操作定位臂能够替代更多现有的全人工的施工工序。

Description

多功能操作臂及地下隧道挖掘设备

技术领域

本发明涉及工程机械领域，尤其涉及一种多功能操作臂及地下隧道挖掘设备。

背景技术

在隧道及地下建筑工程领域，暗挖法是一种非常常见的施工方法，即不挖开地面，采用在地下挖洞的方式施工。

目前，约55％的地铁施工采用暗挖法施工工艺，该工艺成熟度高，其主要工序包括：挖上方土、开槽、打导管、支护、湿喷、挖土、出渣，其中，挖上方土和开槽两个工序是必不可少的主要环节，挖上方土以及开槽的质量好坏将直接影响后续工序的进行。

在暗挖法施工过程中，由于空间狭小、工序复杂，普通工程机械根本无法满足施工要求，所以当今的暗挖法施工机械化程度非常低，而其中的挖上方土和开槽两个工序均靠人工来完成，需要大量的作业人员长时间、高强度工作，施工环境恶劣且安全程度也难以保证，耗用劳动力多，工作效率极低，工程进度得不到有效保障，而且人工成本越来越高，因此非常有必要开发一种代替人力的暗挖法施工工程机械。

发明内容

为克服以上技术缺陷，本发明要解决的技术问题是提供一种多功能操作臂及地下隧道挖掘设备，该多功能操作臂能够机械化地实现暗挖法中不同的施工工序，提高了施工安全性和施工效率。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种多功能操作臂，包括：操作定位臂、主旋转机构、拐臂体、铣刨头以及铣刨头旋转机构，操作定位臂一端用于连接在车架上，另一端与主旋转机构后端连接，主旋转机构前端与拐臂体连接，拐臂体可相对于主旋转机构的轴向转动，拐臂体的一侧连接且托起铣刨头旋转机构，铣刨头与铣刨头旋转机构连接，铣刨头旋转机构能够驱动铣刨头相对于拐臂体转动，以使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。

在该基本的技术方案中，操作定位臂作为基本的定位机构，能够实现对铣刨头的辅助定位，使前端的铣刨头的定位更加精准、高效，主旋转机构通过旋转能够改变铣刨头与操作定位臂的相对位置，使铣刨头处于预设的工作位置，铣刨头旋转机构使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，继而实现不同的工序。

进一步地，在挖上方土工序下，铣刨头在操作定位臂的作用下处于向前伸出状态，铣刨头旋转机构驱动铣刨头使其铣刀转轴平行于隧道断面，在开槽工序下，铣刨头在操作定位臂和铣刨头旋转机构的作用下其铣刀转轴垂直于隧道断面。

在该改进的技术方案中，操作定位臂使得铣刨头处于向前伸出状态，铣刨头旋转机构通过旋转使铣刨头的铣刀转轴平行于隧道断面，铣刨头在启动状态下完成挖上方土工序；操作定位臂使得铣刨头旋转机构的转轴处于竖直位置，继而铣刨头旋转机构使得铣刨头的铣刀转轴垂直于隧道断面，铣刨头在启动状态下完成开槽工序。

进一步地，多功能操作臂还包括铣刨头摆动机构，铣刨头旋转机构通过铣刨头摆动机构与拐臂体的一侧连接，铣刨头可相对于拐臂体前后摆动。

在该改进的技术方案中，设置铣刨头摆动机构能够更进一步地扩大铣刨头的伸出和收回的位置范围，提高铣刨头的定位灵活性。

进一步地，操作定位臂的另一端与主旋转机构后端的输出轴连接，铣刨头摆动机构包括铣刨头摆动油缸和设置在主旋转机构壳体后端的铣刨头摆动油缸座，铣刨头摆动油缸一端铰接铣刨头摆动油缸座，另一端铰接铣刨头旋转机构的固定体。

在该优选的技术方案中，铣刨头摆动机构的摆动通过设置伸缩油缸来实现，伸缩油缸具有较高的工作稳定性能。

进一步地，多功能操作臂还包括工作杆导入装置，拐臂体的另一侧连接并托起工作杆导入装置。

在该改进的技术方案中，工作杆导入装置能够实现打小导管工序，使多功能操作臂能够实现更多的工序。

进一步地，多功能操作臂还包括工作杆导入装置俯仰机构，工作杆导入装置通过工作杆导入装置俯仰机构与拐臂体的另一侧连接，工作杆导入装置可相对于拐臂体俯仰摆动。

在该改进的技术方案中，工作杆导入装置俯仰机构能够使得工作杆导入装置相对于拐臂体俯仰摆动，提高工作杆导入装置的定位灵活性。

进一步地，工作杆导入装置俯仰机构包括俯仰油缸，俯仰油缸的一端铰接拐臂体，另一端铰接工作杆导入装置。

在该优选的技术方案中，工作杆导入装置的俯仰通过设置伸缩油缸来实现，伸缩油缸具有较高的工作稳定性能。

进一步地，工作杆导入装置包括推进机构，推进机构上设置有夹持机构，夹持机构用于夹持工作杆，推进机构用于带动夹持机构向前或向后移动，将工作杆插入土层。

在该优选的技术方案中，推进机构通过带动夹持工作杆的夹持机构向前或向后移动，避免了推进机构在推进过程中对工作杆的直接磨损。

进一步地，推进机构上还设置有敲击锤，敲击锤用于通过击打夹持机构将工作杆打入土层。

在该改进的技术方案中，在土层较硬或推进机构的推动力不足的情况下，通过敲击锤击打工作杆，将工作杆打入土层。

进一步地，夹持机构包括壳体，壳体内设置有锥形空腔，锥形空腔内设置有分体式夹紧套，分体式夹紧套外部成锥形，与锥形空腔相适配，分体式夹紧套内轴向形成的通孔用于夹持工作杆，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。

在该优选的技术方案中，采用锥形结构，夹持机构具有较好的夹持性能。

进一步地，推进机构还包括设有上滑轨道的轨道梁、推进油缸、前滑台和后滑台，前滑台和后滑台设置在上滑轨道上，且能够沿上滑轨道滑动，推进油缸一端固定在轨道梁上，另一端固定连接后滑台，夹持机构固定设置在前滑台上，敲击锤固定设置在后滑台上。

在该优选的技术方案中，推进机构的推进通过液压驱动的油缸来实现，具有较好的推进稳定性能。

进一步地，推进机构还包括托梁、下滑台和推进补偿油缸，轨道梁设有下滑轨道，下滑轨道设置在下滑台上，且能够沿下滑台滑动，下滑台固定设置在托梁上，推进补偿油缸的一端固定在托梁上，另一端固定连接轨道梁。

在该改进的技术方案中，通过设置推进补偿油缸，工作杆导入装置可向前移动至最前端，增加工作杆插入土层的长度。

进一步地，推进机构上还设有用于支撑工作杆的导向支撑座。

在该改进的技术方案中，导向支撑座能稳定支撑工作杆，避免工作杆插入土层过程中折弯，进一步提高工作杆导入装置的稳定可靠性。

进一步地，多功能操作臂还包括设置在铣刨头摆动机构的固定体上的湿喷装置，湿喷装置可相对于拐臂体前后摆动。

在该改进的技术方案中，湿喷装置能够实现湿喷工序，进一步地使多功能操作臂能够实现更多的工序。

进一步地，湿喷装置的喷射口的开口方向以相对于铣刨头旋转机构的轴向倾斜的方式设置。

在该改进的技术方案中，湿喷装置的喷射口与铣刨头旋转机构的轴向倾斜一定角度，湿喷装置与铣刨头在各自的工作过程中互不影响。

进一步地，湿喷装置包括锥形喷管，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。

在该改进的技术方案中，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。

进一步地，操作定位臂包括操作主臂、后伸缩油缸、前伸缩油缸以及用于连接主旋转机构的连接件，操作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，另一端与操作主臂的中部铰接，前伸缩油缸一端与操作主臂的中部铰接，另一端与连接件铰接，操作主臂在后伸缩油缸的作用下可左右摆动和上下升降，连接件在前伸缩油缸的作用下可左右摆动和上下俯仰。

在该优选的技术方案中，操作定位臂通过采用双三角式定位结构，既能够实现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，而且结构简单，定位性能稳定可靠。

进一步地，操作定位臂为电力驱动的机械手臂。

在该优选的技术方案中，操作定位臂通过采用电力驱动的机械手臂，也能够实现按水平和垂直方向分步定位以及斜上或斜下定位，而且定位精确、灵活。

本发明还提供了一种地下隧道挖掘设备，该地下隧道挖掘设备具有上述的多功能操作臂。由于该多功能操作臂能够至少机械化地实现挖上方土和开槽工序，相应地，该地下隧道挖掘设备也具有上述性能。

基于上述技术方案，本发明至少具有以下有益效果：

多功能操作臂通过设置操作定位臂、主旋转机构、拐臂体以及铣刨头旋转机构实现了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，继而实现不同的工序。多功能操作臂能够替代现有的全人工的施工方式，降低了劳动强度，显著地提高了工作效率。

在另一个实施例中，多功能操作臂还包括工作杆导入装置，拐臂体的另一侧连接并托起工作杆导入装置，工作杆导入装置能够实现打小导管工序，使多功能操作臂能够替代更多现有的全人工的施工工序。

在另一个实施例中，多功能操作臂还包括湿喷装置，湿喷装置能够实现湿喷工序，进一步地使多功能操作臂能够替代更多现有的全人工的施工工序。

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仅用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明多功能操作臂实施例的结构示意图；

图2为本发明多功能操作臂实施例不同视角的结构示意图；

图3为本发明多功能操作臂的工作杆导入装置实施例的结构示意图；

图4为本发明多功能操作臂的工作杆导入装置中夹持机构实施例的结构示意图。

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。

本发明的具体实施方式是为了便于对本发明的构思、所解决的技术问题、构成技术方案的技术特征和带来的技术效果有更进一步的说明。需要说明的是，对于这些实施方式的说明并不构成对本发明的限定。此外，下面所述的本发明的实施方式中涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

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。

由于当今的暗挖法施工机械化程度非常低，其中的挖上方土和开槽两个工序均靠人工来完成，本发明设计了一种多功能操作臂，该多功能操作臂包括：操作定位臂、主旋转机构、拐臂体、铣刨头、铣刨头旋转机构，操作定位臂一端用于连接在车架上，另一端与主旋转机构后端连接，主旋转机构前端与拐臂体连接，拐臂体可相对于主旋转机构的轴向转动，拐臂体的一侧连接且托起铣刨头旋转机构，铣刨头与铣刨头旋转机构连接，铣刨头旋转机构能够驱动铣刨头相对于拐臂体转动，以使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。

图1和图2为本发明多功能操作臂的一个示意性实施例的结构示意图，如图1和图2所示，多功能操作臂包括操作定位臂1、主旋转机构2、拐臂体3、铣刨头旋转机构4以及铣刨头5，操作定位臂1一端用于连接在车架13上，另一端与主旋转机构2后端连接，主旋转机构2前端与拐臂体3连接，拐臂体3的一侧连接且托起铣刨头旋转机构4，铣刨头5与铣刨头旋转机构4连接，在此需要说明的是，该实施例中的“前”和“后”是相对于该多功能操作臂的伸出方向，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4也可以选用旋转油缸或旋转电机。拐臂体3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4的其他结构。

操作定位臂1最好采用双三角式定位结构，如图1和图2所示，操作定位臂1包括操作主臂101、一对后伸缩油缸102、一对前伸缩油缸103以及用于连接主旋转机构2的连接件104，操作主臂101的后端用于铰接车架13，前端与连接件104铰接，后伸缩油缸102一端用于铰接车架13，另一端与操作主臂101的中部铰接，前伸缩油缸103一端与操作主臂101的中部铰接，另一端与连接件104铰接，当后伸缩油缸102中的左侧的伸缩油缸缩回，右侧的伸缩油缸伸出时，操作主臂101在后伸缩油缸102的作用下向左摆动，当后伸缩油缸102中的左侧的伸缩油缸伸出，右侧的伸缩油缸缩回时，操作主臂101在后伸缩油缸102的作用下向右摆动，当一对后伸缩油缸102同步伸缩时，操作主臂101在后伸缩油缸102的作用下上下升降，同理，连接件104在一对前伸缩油缸103的作用下也可左右摆动，上下俯仰，其中操作主臂101还可以包括固定臂和伸缩子臂，进一步提升操作定位臂1的定位灵活性，操作定位臂1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1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5的定位更加精准、高效，拐臂体3在主旋转机构2的驱动下可相对于主旋转机构2的轴向转动，铣刨头旋转机构4能够驱动铣刨头5相对于拐臂体3转动，以使铣刨头5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。

在挖上方土工序下，铣刨头5在操作定位臂1的作用下处于向前伸出状态，铣刨头旋转机构4驱动铣刨头5使其铣刀转轴平行于隧道断面，铣刨头5在启动状态下完成挖上方土工序；在开槽工序下，铣刨头5在操作定位臂1和铣刨头旋转机构4的作用下其铣刀转轴垂直于隧道断面，铣刨头5在启动状态下完成开槽工序。设置主旋转机构2的目的是为了便于铣刨头5定位，因为在挖上方土工序和开槽工序中，铣刨头5通过操作定位臂1并不能直接到达位于隧道断面两侧的施工位置。

在本发明多功能操作臂的另一个优选的示意性实施例中，多功能操作臂1还包括铣刨头摆动机构，铣刨头旋转机构4通过铣刨头摆动机构与拐臂体3的一侧连接，铣刨头5可相对于拐臂体3前后摆动。如图1和图2所示，操作定位臂1的另一端与主旋转机构2后端的输出轴连接，铣刨头摆动机构最好包括铣刨头摆动油缸6和设置在主旋转机构2壳体后端的铣刨头摆动油缸座7，铣刨头摆动油缸6一端铰接铣刨头摆动油缸座7，另一端铰接铣刨头旋转机构4的固定体，在此需要说明的是，铣刨头旋转机构4包括固定体和转动体，铣刨头旋转机构4的转动体与铣刨头5固定连接，铣刨头旋转机构4的固定体与拐臂体3连接，以铣刨头旋转机构4由壳体和旋转轴组成为例，当铣刨头旋转机构4的壳体与铣刨头5固定连接时，壳体与铣刨头5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4的旋转轴与铣刨头5固定连接时，旋转轴与铣刨头5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5相对于拐臂体3的前后摆动通过铣刨头摆动油缸6的伸缩来实现，铣刨头摆动机构也可以选用旋转油缸或旋转电机来实现铣刨头5相对于拐臂体3的前后摆动。通过设置铣刨头摆动机构，铣刨头5的伸出和收回的位置范围更进一步的扩大，铣刨头5的定位灵活性得到进一步的提高。

在本发明多功能操作臂的另一个优选的示意性实施例中，多功能操作臂还包括工作杆导入装置8，拐臂体3的另一侧连接并托起工作杆导入装置8，工作杆导入装置8能够实现打小导管工序，使多功能操作臂能够实现更多的工序，因而本发明多功能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。

在上述示意性实施例中，如图1和图2所示，多功能操作臂还可以包括工作杆导入装置俯仰机构，工作杆导入装置8通过工作杆导入装置俯仰机构与拐臂体3的另一侧连接，工作杆导入装置8可相对于拐臂体3俯仰摆动，工作杆导入装置俯仰机构最好包括俯仰油缸9，俯仰油缸9的一端铰接拐臂体3，另一端铰接工作杆导入装置8，工作杆导入装置8的俯仰通过设置具有较高的工作稳定性能的伸缩油缸9来实现，工作杆导入装置俯仰机构还可以采用旋转油缸或旋转电机来实现工作杆导入装置8的俯仰动作。

在本发明多功能操作臂的另一个优选的示意性实施例中，如图2和图3所示，工作杆导入装置8包括推进机构A，推进机构A上设置有夹持机构85，夹持机构85用于夹持工作杆12，推进机构A用于带动夹持机构85向前或向后移动，将工作杆12插入土层。通过设置夹持机构85，工作杆导入装置8避免了推进机构A在推进过程中对工作杆12的直接磨损。

在本发明多功能操作臂的另一个优选的示意性实施例中，如图3所示，推进机构A上还可以设置有敲击锤81，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A的推动力不足的情况下，通过敲击锤81击打工作杆12，将工作杆12打入土层。

在本发明多功能操作臂的另一个优选的示意性实施例中，如图2和图3所示，推进机构A还包括设有上滑轨道861的轨道梁86、推进油缸83、前滑台84和后滑台82，前滑台84和后滑台82设置在上滑轨道861上，且能够沿在上滑轨道861滑动，推进油缸83一端固定在轨道梁86上，另一端固定连接后滑台82，夹持机构85固定设置在前滑台84上，敲击锤81固定设置在后滑台82上。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。

在该示意性实施例中，将敲击锤81固定在后滑台82上，工作杆12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12继续前进；后滑台82安装在轨道梁86的上滑轨道861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861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861上前后滑动。

在本发明多功能操作臂的另一个优选的示意性实施例中，如图1和图3所示，推进机构A还包括托梁10、下滑台87和推进补偿油缸11，轨道梁86设有下滑轨道862，下滑轨道862设置在下滑台87上，且能够沿下滑台87滑动，下滑台87固定设置在托梁10上，推进补偿油缸11的一端固定在托梁10上，另一端固定连接轨道梁86。通过设置推进补偿油缸11，工作杆导入装置8可向前移动至最前端，增加工作杆12插入土层的长度。

在本发明提供的工作杆导入装置的示意性实施例中，如图3所示，推进机构A上还可以设置有用于支撑工作杆12的导向支撑座88，导向支撑座88可以安装在轨道梁86的前端，以增加工作杆12的支撑点，防止工作杆12插入土层过程中折弯。

在本发明多功能操作臂的另一个优选的示意性实施例中，如图3和图4所示，夹持机构85可以包括壳体851，壳体851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分体式夹紧套852，分体式夹紧套852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852，分体式夹紧套852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，分体式夹紧套852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12，工作杆12位于分体式夹紧套852内径较大的一端用于插入土层。

本发明将壳体851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852提供前后移动的滑道，分体式夹紧套852的外部成锥形，同样内径较大另一端内径较小，分体式夹紧套852的锥度角和锥形空腔的锥度角相适配，当分体式夹紧套852内夹持的工作杆12遇到阻力后，分体式夹紧套852向内径较小一端方向移动，即：分体式夹紧套852从锥形空腔的内径较大一端向内径较小的一端移动，锥形空腔对分体式夹紧套852的压力增大，进而分体式夹紧套852对工作杆12的夹紧力变大，便于夹紧工作杆12，使其进入土层。

上述示意性实施例中，锥形空腔的内径较大的一端可以设置有端盖855，端盖855与分体式夹紧套852之间可以设置有复位弹簧854。分体式夹紧套852的内径较大一端可以设置有分体式的空心的圆柱体结构，圆柱体结构位于复位弹簧854内。通过复位弹簧854使分体式夹紧套852能够预夹紧工作杆12。

为了能够增大分体式夹紧套852与工作杆12之间的摩擦力，在分体式夹紧套852内轴向形成的通孔上可以均匀设置有齿环。

为了使壳体851的锥形空腔与分体式夹紧套852之间的摩擦力减小，壳体851上还可以设置有用于向锥形空腔与分体式夹紧套852之间注入润滑脂的通道，润滑脂可以通过油杯853注入通道。

上述示意性实施例中，壳体851上还可以设置有与敲击锤81相适配的敲击孔，敲击孔内设置有衬套856。敲击锤81通过敲击孔击打夹持机构85，且通过设置衬套856，能够防止敲击锤81对分体式夹紧套852的冲击，保护分体式夹紧套852不被损坏。

上述示意性实施例中，如图4所示，壳体851上与敲击孔相对的一侧还可以设置有用于更换衬套856的工艺孔857。当衬套856破损后，可以通过相应的工具从工艺孔857穿入，将衬套856从敲击孔中顶出，以便于更换新的衬套856。

在本发明多功能操作臂的另一个优选的示意性实施例中，如图1和图2所示，多功能操作臂还包括设置在铣刨头摆动机构的固定体上的湿喷装置14，湿喷装置14可相对于拐臂体3前后摆动。湿喷装置14通过操作定位臂1，主旋转机构2以及铣刨头摆动机构定位，机械化地实现了湿喷工序，进一步地使多功能操作臂能够实现暗挖法中更多的工序。

在该示意性实施例中，湿喷装置14的喷射口的开口方向最好以相对于铣刨头旋转机构4的轴向倾斜的方式设置，湿喷装置14的喷射口与铣刨头旋转机构4的轴向倾斜一定角度，湿喷装置14与铣刨头5在各自的工作过程中互不影响。

在该示意性实施例中，湿喷装置14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14的喷射口上。湿喷装置14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湿喷装置14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。

由此，本发明多功能操作臂的一具体实施例的工作过程为：

在挖上方土工序下，首先启动推进补偿油缸11，使工作杆导入装置8向后移动，使其处于完全收回的状态，然后操纵操作定位臂1、主旋转机构2，铣刨头旋转机构4以及铣刨头摆动机构，使铣刨头5在操作定位臂1和/或铣刨头摆动机构的作用下处于向前伸出状态，调整铣刨头5置到适当位置且其铣刀转轴平行于隧道断面，启动铣刨头5，铣刨头5铣刨隧道上方土。

在开槽工序下，确保工作杆导入装置8仍然处于完全收回状态，首先操纵操作定位臂1和/或调整铣刨头摆动机构使铣刨头旋转机构4的旋转轴向竖直向上，调整铣刨头旋转机构4使铣刨头5的铣刀转轴垂直于隧道断面，然后操纵操作定位臂1和主旋转机构2使开槽装置移动到指定位置，启动铣刨头5，铣刨头5开始开槽。

在打导管工序下，首先启动铣刨头旋转机构4使铣刨头5的铣刀转轴平行于隧道断面，启动铣刨头摆动机构使铣刨头5处于收回状态，然后将操作定位臂1降低，以便把工作杆12(即导管)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1，同时调整工作杆12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12遇到阻力后，夹持机构85夹紧工作杆12的力变大，使工作杆12进入土层，如果工作杆12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12打入土层，如果工作杆12较长，本发明多功能操作臂还可将工作杆12分级打入。

在湿喷工序下，首先将湿喷用的锥形喷管固定在辅助湿喷装置14上，调整铣刨头摆动机构使锥形喷管的喷口竖直向上，然后操纵操作定位臂1和主旋转机构2到指定位置开始湿喷工作。

本发明还保护一种具有本发明多功能操作臂的地下隧道挖掘设备，由于本发明多功能操作臂能够机械化地实现暗挖法中不同的施工工序，提高了施工安全性和施工效率，因而具有该多功能操作臂的地下隧道挖掘设备相应地具有上述有益效果。

以上结合的实施例对于本发明的实施方式做出详细说明，但本发明不局限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明的原理和实质精神的情况下对这些实施方式进行多种变化、修改、等效替换和变型仍落入在本发明的保护范围之内。

Claims (19)

1.一种多功能操作臂，其特征在于，包括：操作定位臂、主旋转机构、拐臂体、铣刨头以及铣刨头旋转机构，所述操作定位臂一端用于连接在车架上，另一端与所述主旋转机构后端连接，所述主旋转机构前端与所述拐臂体连接，所述拐臂体可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且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。

2.根据权利要求1所述的多功能操作臂，其特征在于，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。

3.根据权利要求2所述的多功能操作臂，其特征在于，还包括铣刨头摆动机构，所述铣刨头旋转机构通过所述铣刨头摆动机构与所述拐臂体的一侧连接，所述铣刨头可相对于所述拐臂体前后摆动。

4.根据权利要求3所述的多功能操作臂，其特征在于，所述操作定位臂的另一端与所述主旋转机构后端的输出轴连接，所述铣刨头摆动机构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。

5.根据权利要求1所述的多功能操作臂，其特征在于，还包括工作杆导入装置，所述拐臂体的另一侧连接并托起所述工作杆导入装置。

6.根据权利要求5所述的多功能操作臂，其特征在于，还包括工作杆导入装置俯仰机构，所述工作杆导入装置通过工作杆导入装置俯仰机构与所述拐臂体的另一侧连接，所述工作杆导入装置可相对于所述拐臂体俯仰摆动。

7.根据权利要求6所述的多功能操作臂，其特征在于，所述工作杆导入装置俯仰机构包括俯仰油缸，所述俯仰油缸的一端铰接所述拐臂体，另一端铰接所述工作杆导入装置。

8.根据权利要求5所述的多功能操作臂，其特征在于，所述工作杆导入装置包括推进机构，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。

9.根据权利要求8所述的多功能操作臂，其特征在于，所述推进机构上还设置有敲击锤，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。

10.根据权利要求8所述的多功能操作臂，其特征在于，所述夹持机构包括壳体，所述壳体内设置有锥形空腔，所述锥形空腔内设置有分体式夹紧套，所述分体式夹紧套外部成锥形，与所述锥形空腔相适配，所述分体式夹紧套内轴向形成的通孔用于夹持所述工作杆，所述工作杆位于所述分体式夹紧套内径较大的一端用于插入土层。

11.根据权利要求9所述的多功能操作臂，其特征在于，所述推进机构还包括设有上滑轨道的轨道梁、推进油缸、前滑台和后滑台，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，所述敲击锤固定设置在所述后滑台上。

12.根据权利要求11所述的多功能操作臂，其特征在于，所述推进机构还包括托梁、下滑台和推进补偿油缸，所述轨道梁设有下滑轨道，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。

13.根据权利要求8所述的多功能操作臂，其特征在于，所述推进机构上还设有用于支撑所述工作杆的导向支撑座。

14.根据权利要求3所述的多功能操作臂，其特征在于，还包括设置在所述铣刨头摆动机构的固定体上的湿喷装置，所述湿喷装置可相对于所述拐臂体前后摆动。

15.根据权利要求14所述的多功能操作臂，其特征在于，所述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。

16.根据权利要求15所述的多功能操作臂，其特征在于，所述湿喷装置包括锥形喷管，所述锥形喷管内径较大的一端可拆卸地安装在所述湿喷装置的喷射口上。

17.根据权利要求1所述的多功能操作臂，其特征在于，所述操作定位臂包括操作主臂、后伸缩油缸、前伸缩油缸以及用于连接所述主旋转机构的连接件，所述操作主臂的后端用于铰接车架，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，另一端与所述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，所述操作主臂在所述后伸缩油缸的作用下可左右摆动和上下升降，所述连接件在所述前伸缩油缸的作用下可左右摆动和上下俯仰。

18.根据权利要求1所述的多功能操作臂，其特征在于，所述操作定位臂为电力驱动的机械手臂。

19.一种地下隧道挖掘设备，其特征在于，具有1～18任一项所述的多功能操作臂。