CN113530434B - 一种用于隧道多功法开挖的多臂凿岩台车 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于隧道多功法开挖的多臂凿岩台车，包括车体、电气液压系统、工作臂、走行机构和支撑机构，车体包括台架和工作平台，台架垂直设置有两个，分别为上台架和下台架，工作平台悬挂连接于台架的两侧；工作臂安装于台架上并通过第一纵移机构与台架连接，工作臂在上台架和下台架均设置有两个以上，工作臂包括机架、回转组件、变幅组件、基础臂架和伸缩臂架，机架与第一纵移机构连接，基础臂架通过回转组件与机架连接，伸缩臂架通过变幅组件与基础臂架连接，伸缩臂架内安装有伸缩油缸。该多臂凿岩台车能够适用于全断面法、二台阶法、三台阶法等多种工法的钻爆孔施工，且施工效率较高、施工安全性高、经济实用。

Description

一种用于隧道多功法开挖的多臂凿岩台车

技术领域

本发明涉及隧道施工技术领域，具体涉及一种用于隧道多功法开挖的多臂凿岩台车。

背景技术

隧道施工现场环境差、安全性较低，随着国内人工成本的大幅度上升以及隧道施工安全要求日益严格，隧道施工智能化、信息化、机械化已成为共识。隧道开挖是隧道施工中的重要环节。目前隧道开挖施工主要有两种方式：一种是以人工门架为作业平台，以手持或液压钻机为工具的作业方式，但是人工作业强度高，风险大。另一种是以凿岩台车为主要施工装备的机械化施工方式，凿岩台车能较好地适应全断面等地质情况较好的隧道，凿岩台车施工方式灵活，适应性强。但是目前的凿岩台车仍存在以下问题：1、凿岩台车的工作臂较长，作业空间较大，周边眼钻孔采用斜眼爆破，超欠挖不易控制；2、凿岩台车上一个工作臂损坏，将会影响整个台车的施工，需要退出洞外进行维修；3、通过凿岩台车上的挂篮进行装药，装药平台不稳固，装药速度较慢。

发明内容

本发明提供了一种用于隧道多功法开挖的多臂凿岩台车，该多臂凿岩台车能够适用于全断面法、二台阶法、三台阶法等多种工法的钻爆孔施工，且施工效率较高、施工安全性高、经济实用。

实现本发明上述目的所采用的技术方案为：

一种用于隧道多功法开挖的多臂凿岩台车，至少包括车体、位于车体上的为台车上各组件提供运行动力的电气液压系统、头部连接有钻孔工作属具的工作臂以及连接于车体底部的走行机构和支撑机构，所述车体包括台架和工作平台，其中台架垂直设置有两个，分别为上台架和下台架，上台架包括上顶板以及连接固定于上顶板下的上支架，下台架包括下顶板以及连接固定于下顶板下的下支架，所述上支架通过第二纵移机构连接于下顶板上，从而使上台架连接于下台架上并使上台架沿下台架纵向移动，所述工作平台通过第三纵移机构悬挂连接于台架的两侧，使工作平台沿台架纵向移动；

所述工作臂安装于台架上并通过第一纵移机构与台架连接，工作臂在第一纵移机构的带动下沿台架纵向移动，所述工作臂在上台架和下台架均设置有两个以上，工作臂包括机架、回转组件、变幅组件、基础臂架和伸缩臂架，其中机架与第一纵移机构连接，基础臂架通过回转组件与机架连接并在回转组件的带动下沿横向往返移动，伸缩臂架通过变幅组件与基础臂架连接并在变幅组件的带动下沿竖直方向往返移动，伸缩臂架内安装有伸缩油缸并在伸缩油缸的带动下沿纵向往返移动，使工作臂在三个自由度方向工作。

所述工作臂设置有六个，分别在上顶板的上表面、上支架、下顶板的下表面各设置有两个，其中上顶板和上支架上的工作臂正置安装于第一纵移机构上，下顶板上的工作臂倒置悬挂安装于第一纵移机构上。

所述第一纵移机构包括呈工字型的工作臂轨道、跨坐于工作臂轨道上的工作臂支座、固定于工作臂轨道侧面的第一齿条、以及位于工作臂支座上的固定连接的第一液压马达和第一齿轮，其中工作臂轨道沿台车方向设置且工作臂轨道的长度与台架的长度一致，所述第一齿轮与第一齿条啮合，通过第一液压马达驱动齿轮齿条传动，使工作臂支座在工作臂轨道上移动，所述工作臂支座与工作臂连接，从而使工作臂沿台架纵向移动。

所述工作臂轨道分布连接于上顶板、下顶板以及上支架上，其中上支架上的工作臂轨道通过上支架底部沿上支架内侧伸展的侧架连接固定于上支架上。

所述上支架和下支架均为伸缩结构且均分布连接有升降油缸，使上台架和下台架的高度随升降油缸调节。

所述第二纵移机构包括连接固定于下顶板上的台架轨道、连接固定于上支架底部的且安装于台架轨道内的台架支座、托轮、托轨、安装于台架支座两侧的靠近台车后端的滑轮、连接于台架支座底部的第二齿条以及连接于上支架上的固定连接的第二液压马达和第二齿轮，其中台架轨道为由两条截面呈“[”型的钢轨拼装的沟槽式结构，所述第二齿轮与第二齿条啮合，通过第二液压马达驱动齿轮齿条传动，使台架支座和上台架整体在台架轨道上移动，所述托轨连接于台架支座的底部并与第二齿条平行设置，托轮跨坐于托轨上并连接固定于靠近台车前端的上支架上，避免台架支座在纵移时脱离台架轨道，台架轨道的长度与台架的长度一致。

所述工作平台的一侧连接设置有悬挂架且工作平台通过悬挂架与台架连接，所述悬挂架通过第三纵移机构悬挂连接于台架的两侧，使工作平台沿台架纵向移动。

所述第三纵移机构包括连接于台架侧面的平台轨道、安装于平台轨道内的第三齿条、分布连接于悬挂架上且卡置于平台轨道内的悬挂盘、位于悬挂架上的固定连接的第三液压马达和第三齿轮，所述平台轨道为凹槽式结构，平台轨道平行设置有两个，悬挂盘在对应位置平行分布有两排，所述第三齿轮与第三齿条啮合，通过第三液压马达驱动齿轮齿条传动，使悬挂架在平台轨道上移动，从而使工作平台沿台架移动。

所述工作平台上通过横移油缸连接设置有伸缩平台，伸缩平台在横移油缸的带动下沿工作平台上远离台架的一侧横向移动，伸缩平台位于工作平台的前端。

所述工作平台的后端设置有架梯，便于施工人员上下台车。

与现有技术相比，本发明提供的用于隧道多功法开挖的多臂凿岩台车具有以下优点：1、本发明提供的多臂凿岩台车能够适用于全断面法、二台阶法、三台阶法等多种工法的钻爆孔施工，适应性强。2、本发明中多臂凿岩台车设置有六个工作臂，而且工作臂根据需要还可以设置更多，各工作臂单独运作，施工效率高，另外，若单个工作臂出现故障后，可通过第一纵移机构将工作臂收回台车后端，不影响其他工作臂的作业，同时其他工作臂也可覆盖故障工作臂的工作区域，不影响整体施工。3、本发明中工作设置有六个且工作臂自由度高，钻孔外插角小，容易控制超欠挖。4、本发明中工作平台的层数与工作臂的数量一致，工作平台均位于工作臂的下方，另外工作平台通过第三纵移机构和横移油缸实现纵向移动和横向伸展，可满足不同隧道施工方法的装药作业，装药速度快。

附图说明

图1为本发明提供的用于隧道多功法开挖的多臂凿岩台车的立体结构图；

图2为本发明中台架和工作平台的结构图；

图3为本发明中第二纵移机构的结构图；

其中(a)为第二纵移机构的侧视图，(b)(c)(d)均为第二纵移机构的剖面图；

图4为本发明中台架支座的结构图；

图5为本发明中第一纵移机构的结构图；

图6为本发明提供的用于隧道多功法开挖的多臂凿岩台车的前视图，其中(b)为(a)中A的局部放大图；

图7为本发明中工作臂的结构图；

图8为本发明中上台架两侧的工作平台的结构图；

图9为本发明中走行机构的结构图，其中(a)(b)为不同方向的立体图；

图10为本发明中支撑机构的结构图；

图中：1-台架，101-上台架，1011-上顶板，1012-上支架，1013-侧架，102-下台架，1021-下顶板，1022-下支架，103-第二纵移机构，1031-台架轨道，1032-台架支座，1033-托轮，1034-托轨，1035-滑轮，1036-第二齿条，1037-第二液压马达，1038-第二齿轮，104-升降油缸；

20-工作平台，21-悬挂架，22-伸缩平台，23-横移油缸，24-架梯，200-第三纵移机构，201-平台轨道，202-悬挂盘；

3-工作臂，301-机架，302-回转组件，303-变幅组件，304-基础臂架，305-伸缩臂架；

4-走行机构，401-转向组件，402-悬挂组件，403-轮胎，404-驱动马达，405-车桥；

5-支撑机构，501-连接座，502-支撑油缸，503-支撑座；

6-钻孔工作属具；

7-第一纵移机构，701-工作臂轨道，702-工作臂支座，703-第一齿条，704-第一液压马达，705-第一齿轮。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做详细具体的说明。

本发明提供的用于隧道多功法开挖的多臂凿岩台车整体结构如图1所示，包括车体、位于车体上的为台车上各组件提供运行动力的电气液压系统、头部连接有钻孔工作属具的工作臂3以及连接于车体底部的走行机构4和支撑机构5，其中车体包括台架1和工作平台20，台架和工作平台的结构如图2所示。

本实施例中，台架1垂直设置有两个，分别为上台架101和下台架102，上台架包括上顶板1011、连接固定于上顶板下的上支架1012以及连接于上支架底部沿上支架内侧伸展的侧架1013，下台架包括下顶板1021以及连接固定于下顶板下的下支架1022，所述上支架通过第二纵移机构103连接于下顶板上，从而使上台架连接于下台架上并使上台架沿下台架纵向移动；所述上支架和下支架均为伸缩结构且均分布连接有升降油缸104，使上台架和下台架的高度随升降油缸调节，上台架和下台架左右两侧各设置有两个升降油缸。多臂凿岩台车在施工时，上台架通过纵移机构可向前纵移0～4m，另外，每个台架高度可调0～1m，多臂凿岩台车整体高度可调0～2m，满足全断面施工的同时能适应台阶法施工。

第二纵移机构103包括连接固定于下顶板上的台架轨道1031、连接固定于上支架底部的且安装于台架轨道内的台架支座1032、托轮1033、托轨1034、安装于台架支座两侧的靠近台车后端的滑轮1035、连接于台架支座底部的第二齿条1036以及连接于上支架上的固定连接的第二液压马达1037和第二齿轮1038，其中台架轨道为由两条截面呈“[”型的钢轨拼装的沟槽式结构，所述第二齿轮与第二齿条啮合，通过第二液压马达驱动齿轮齿条传动，使台架支座和上台架整体在台架轨道上移动，第二纵移机构的结构如图3和图4所示，所述托轨连接于台架支座的底部并与第二齿条平行设置，托轮跨坐于托轨上并连接固定于靠近台车前端的上支架上，避免台架支座在纵移时脱离台架轨道，台架轨道的长度与台架的长度一致。

工作臂3安装于台架上并通过第一纵移机构7与台架连接，工作臂在第一纵移机构的带动下沿台架纵向移动。第一纵移机构包括呈工字型的工作臂轨道701、跨坐于工作臂轨道上的工作臂支座702、固定于工作臂轨道侧面的第一齿条703、以及位于工作臂支座上的固定连接的第一液压马达704和第一齿轮705，所述第一齿轮与第一齿条啮合，通过第一液压马达驱动齿轮齿条传动，使工作臂支座在工作臂轨道上移动，第一纵移机构的结构如图5所示。所述工作臂轨道对应分布连接于上顶板、下顶板以及上支架上，其中上支架上的工作臂轨道通过上支架底部沿上支架内侧伸展的侧架1013连接固定于上支架上，工作臂轨道均沿台车方向设置且工作臂轨道的长度与台架的长度一致，所述工作臂支座与工作臂连接，从而使工作臂沿台架纵向移动。本实施例中工作臂设置有六个，分别在上顶板的上表面、上支架、下顶板的下表面各设置有两个，其中上顶板和上支架上的工作臂正置安装于第一纵移机构上，下顶板上的工作臂倒置悬挂安装于第一纵移机构上，工作臂的位置分布见图6，图中的工作臂支座的分布位置即为工作臂的分布位置。另外，工作臂的数量还可以设置更多，具体根据实际需求进行调节。

工作臂3包括机架301、回转组件302、变幅组件303、基础臂架304和伸缩臂架305，工作臂的结构如图7所示，其中机架与第一纵移机构中的工作臂支座连接，基础臂架通过回转组件与机架连接并在回转组件的带动下沿横向往返移动，伸缩臂架通过变幅组件与基础臂架连接并在变幅组件的带动下沿竖直方向往返移动，伸缩臂架内安装有伸缩油缸并在伸缩油缸的带动下沿纵向往返移动，使工作臂在三个自由度方向工作。

工作平台20悬挂连接于台架的两侧，具体地，所述工作平台的一侧连接设置有悬挂架21且工作平台通过悬挂架与台架连接，工作平台结构如图8所示；所述悬挂架通过第三纵移机构200悬挂连接于台架的两侧，使工作平台沿台架纵向移动，所述第三纵移机构包括连接于台架侧面的平台轨道201、安装于平台轨道内的第三齿条、分布连接于悬挂架上且卡置于平台轨道内的悬挂盘202、位于悬挂架上的固定连接的第三液压马达和第三齿轮，所述平台轨道为凹槽式结构，平台轨道平行设置有两个，悬挂盘在对应位置平行分布有两排，所述第三齿轮与第三齿条啮合，通过第三液压马达驱动齿轮齿条传动，使悬挂架在平台轨道上移动，从而使工作平台沿台架移动。上台架两侧的工作平台均设置有两层，下台架两侧的工作平台均设置有一层，工作平台的层数与工作臂的数量一致，工作平台均位于工作臂的下方；工作平台上通过横移油缸连接设置有伸缩平台，伸缩平台22在横移油缸23的带动下沿工作平台上远离台架的一侧横向移动，伸缩平台位于工作平台的前端，本实施例中工作平台整体纵移距离为0～4m，同时伸缩平台设置有4m，横移距离为0～4m，以满足不同隧道施工方法的装药作业。所述工作平台的后端设置有架梯24，便于施工人员上下台车。

本发明中走行机构4为轮胎式或履带式结构，本实施例中走行机构为轮胎式结构，见图9，走行机构包括转向组件401、悬挂组件402、轮胎403、驱动马达404和车桥405，转向组件通过驱动马达回转支承，可实现整个台车纵移、横移和转向等功能，悬挂组件通过悬挂油缸自动调节，保证轮胎受力均衡，可适应不平的路面。另外走行机构还可根据需要选配履带式的结构，履带式走行机构的负重能力和爬坡能力更强。支撑机构5包括连接座501、支撑油缸502和支撑座503组成，台车工作时支撑地面、稳定台车，本实施例中支撑座的结构如图10所示。

本发明提供的用于隧道施工的多臂凿岩台车钻爆孔施工的步骤为：对隧道进行测量放样并确定台车的站位，台车站位完成后，头部连接有钻孔工作属具的工作臂根据预先导入车载电脑的钻孔参数规划设计图进行钻孔作业，通过第一纵移机构以及第二纵移机构实现进尺距离的调整，同时，也能够满足全断面法和台阶法施工中对工作臂长度的要求，减少超欠挖。钻孔作业完成后，工作人员从架梯登上台车的工作平台上进行装药和连线作业，同时伸缩平台的设置也为工作人员装药和连线作业提供了便利，作业结束后，将台车移动到安全位置，再进行爆破作业，从而实现多臂凿岩台车的钻爆孔作业。

Claims (6)

1.一种用于隧道多功法开挖的多臂凿岩台车，至少包括车体、位于车体上的为台车上各组件提供运行动力的电气液压系统、头部连接有钻孔工作属具的工作臂以及连接于车体底部的走行机构和支撑机构，其特征在于：所述车体包括台架和工作平台，其中台架垂直设置有两个，分别为上台架和下台架，上台架包括上顶板以及连接固定于上顶板下的上支架，下台架包括下顶板以及连接固定于下顶板下的下支架，所述上支架通过第二纵移机构连接于下顶板上，从而使上台架连接于下台架上并使上台架沿下台架纵向移动，所述上支架和下支架均为伸缩结构且均分布连接有升降油缸，使上台架和下台架的高度随升降油缸调节；

所述工作臂安装于台架上并通过第一纵移机构与台架连接，工作臂在第一纵移机构的带动下沿台架纵向移动，所述工作臂设置有六个，分别在上顶板的上表面、上支架、下顶板的下表面各设置有两个，其中上顶板和上支架上的工作臂正置安装于第一纵移机构上，下顶板上的工作臂倒置悬挂安装于第一纵移机构上；

所述工作平台的一侧连接设置有悬挂架且工作平台通过悬挂架与台架连接，所述悬挂架通过第三纵移机构悬挂连接于台架的两侧，使工作平台沿台架纵向移动；所述工作平台上通过横移油缸连接设置有伸缩平台，伸缩平台在横移油缸的带动下沿工作平台上远离台架的一侧横向移动，伸缩平台位于工作平台的前端；工作平台的层数与工作臂的数量一致，工作平台均位于工作臂的下方，可满足不同隧道施工方法的装药作业；

工作臂包括机架、回转组件、变幅组件、基础臂架和伸缩臂架，其中机架与第一纵移机构连接，基础臂架通过回转组件与机架连接并在回转组件的带动下沿横向往返移动，伸缩臂架通过变幅组件与基础臂架连接并在变幅组件的带动下沿竖直方向往返移动，伸缩臂架内安装有伸缩油缸并在伸缩油缸的带动下沿纵向往返移动，使工作臂在三个自由度方向工作。

2.根据权利要求1所述的用于隧道多功法开挖的多臂凿岩台车，其特征在于：所述第一纵移机构包括呈工字型的工作臂轨道、跨坐于工作臂轨道上的工作臂支座、固定于工作臂轨道侧面的第一齿条、以及位于工作臂支座上的固定连接的第一液压马达和第一齿轮，其中工作臂轨道沿台车方向设置且工作臂轨道的长度与台架的长度一致，所述第一齿轮与第一齿条啮合，通过第一液压马达驱动齿轮齿条传动，使工作臂支座在工作臂轨道上移动，所述工作臂支座与工作臂连接，从而使工作臂沿台架纵向移动。

3.根据权利要求2所述的用于隧道多功法开挖的多臂凿岩台车，其特征在于：所述工作臂轨道分布连接于上顶板、下顶板以及上支架上，其中上支架上的工作臂轨道通过上支架底部沿上支架内侧伸展的侧架连接固定于上支架上。

4.根据权利要求1所述的用于隧道多功法开挖的多臂凿岩台车，其特征在于：所述第二纵移机构包括连接固定于下顶板上的台架轨道、连接固定于上支架底部的且安装于台架轨道内的台架支座、托轮、托轨、安装于台架支座两侧的靠近台车后端的滑轮、连接于台架支座底部的第二齿条以及连接于上支架上的固定连接的第二液压马达和第二齿轮，其中台架轨道为由两条截面呈“[”型的钢轨拼装的沟槽式结构，所述第二齿轮与第二齿条啮合，通过第二液压马达驱动齿轮齿条传动，使台架支座和上台架整体在台架轨道上移动，所述托轨连接于台架支座的底部并与第二齿条平行设置，托轮跨坐于托轨上并连接固定于靠近台车前端的上支架上，避免台架支座在纵移时脱离台架轨道，台架轨道的长度与台架的长度一致。

5.根据权利要求1所述的用于隧道多功法开挖的多臂凿岩台车，其特征在于：所述第三纵移机构包括连接于台架侧面的平台轨道、安装于平台轨道内的第三齿条、分布连接于悬挂架上且卡置于平台轨道内的悬挂盘、位于悬挂架上的固定连接的第三液压马达和第三齿轮，所述平台轨道为凹槽式结构，平台轨道平行设置有两个，悬挂盘在对应位置平行分布有两排，所述第三齿轮与第三齿条啮合，通过第三液压马达驱动齿轮齿条传动，使悬挂架在平台轨道上移动，从而使工作平台沿台架移动。

6.根据权利要求1所述的用于隧道多功法开挖的多臂凿岩台车，其特征在于：所述工作平台的后端设置有架梯，便于施工人员上下台车。