CN114046164B - 一种隧道内装配式钢结构多功能拼装设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种隧道内装配式钢结构多功能拼装设备，包括：移动单元、支撑单元和拼装单元；支撑单元包括支撑部和滑移部；支撑部分别设置于移动单元前后端，且至少可上下伸缩移动；滑移部设置于支撑部的底部；拼装单元设置于移动单元。在本方案中，通过为拼装设备的移动单元配置可滑移的支撑单元，可提升拼装设备底盘运行的稳定性，进而解决了现有拼装设备带负载举升行驶稳定性差及带负载侧移容易倾覆的问题，从而有助于提高了隧道内装配式钢结构施工的安全性。与此同时，本方案通过为直墙类钢结构及拱形钢结构设计的柔性拼装单元，解决了现有拼装设备隧道狭小空间内钢结构拼装效率低，抓取适应性差的问题。

Description

一种隧道内装配式钢结构多功能拼装设备

技术领域

本发明涉及装配式钢结构工程施工技术领域，特别涉及一种隧道内装配式钢结构多功能拼装设备。

背景技术

目前已广泛应用的装配式钢结构建筑多为室外建筑，现场施工方案多为吊装。钢结构设计和运输问题较为容易解决。而随着我国地下工程的不断发展，以铁建重工为例的几家大型企业均开始涉足隧道内建筑的研究及应用。传统的隧道内建筑施工，主要采用人工布置钢筋网，人工立模，人工加固后进行混凝土浇筑，待混凝土凝固后，再进行人工拆模。该种施工方式人工劳动强度大，施工危险系数高，施工周期长。相应地，基于装配式钢结构建筑的优点，使得在隧道内施工安装装配式钢结构建筑越来越得到推广应用。

为了实现装配式钢结构在隧道内的转运，吊装和拼装，这就需要钢结构拼装车等设备来执行。然而，由于隧道内建筑工地上复杂恶劣的地面环境，导致隧道内建筑工地路面行驶条件差，这使得钢结构拼装车带负载举升行驶稳定性差，容易出现打滑、带负载转向时侧翻等安全隐患；而且钢结构拼装车还难以实现对多种钢结构件的吊装。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种隧道内装配式钢结构多功能拼装设备，通过为拼装设备的移动单元配置可滑移的支撑单元，可提升了拼装设备底盘运行的稳定性，进而解决了现有拼装设备带负载举升行驶稳定性差及带负载侧移容易倾覆的问题，从而有助于提高了隧道内装配式钢结构施工的安全性。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种隧道内装配式钢结构多功能拼装设备，包括：移动单元、支撑单元和拼装单元；

所述支撑单元包括支撑部和滑移部；

所述支撑部分别设置于所述移动单元前后端，且至少可上下伸缩移动；所述滑移部设置于所述支撑部的底部；所述拼装单元设置于所述移动单元。

优选地，所述支撑部包括：前支撑单元竖向伸缩套管、支撑单元横向伸缩套管和后支撑单元竖向伸缩套管；

所述滑移部包括支撑单元滑轮组件；

所述前支撑单元竖向伸缩套管设置于所述移动单元的前端；所述支撑单元横向伸缩套管设置于所述移动单元的后端，所述后支撑单元竖向伸缩套管分别设置于所述支撑单元横向伸缩套管的两端；所述支撑单元滑轮组件分别设置于所述前支撑单元竖向伸缩套管和所述后支撑单元竖向伸缩套管的底端。

优选地，所述拼装单元包括：

可升降设置于所述移动单元的前端，用于叉取钢制结构件的分块叉取单元。

优选地，所述拼装单元还包括：

设置于所述分块叉取单元，用于抓取不同形状的所述钢制结构件的分块抓取单元。

优选地，所述分块抓取单元包括：

设置于所述分块叉取单元，用于抓取钢制直墙类结构件的直墙类分块抓取单元；

或，设置于所述分块叉取单元，用于抓取钢制拱形结构件的拱形分块抓取单元。

优选地，所述直墙类分块抓取单元包括：

用于套接所述分块叉取单元的叉取单元叉齿的固定架；

设置于所述固定架，用于吸附所述钢制直墙类结构件的永磁吸附机构；

设置于所述永磁吸附机构顶部，用于同所述钢制直墙类结构件的工艺钩配合的钩取机构。

优选地，所述固定架包括竖直架和连接于所述竖直架底端的水平架；所述水平架设有用于同所述分块叉取单元的叉取单元叉齿配合的直墙类叉套；

所述永磁吸附机构包括：

设置于所述竖直架的支撑架；

设置于所述支撑架两侧的直墙类强力永磁铁；

所述钩取机构包括：

沿水平方向设置于所述支撑架顶部，用于同所述钢制直墙类结构件的工艺钩配合的抓取单元钩杆；所述抓取单元钩杆与所述直墙类强力永磁铁的吸附面位于同一竖向面。

优选地，所述支撑架可转动设置于所述竖直架；

所述直墙类分块抓取单元还包括：

用于驱使所述支撑架相对于所述竖直架转动的驱动机构。

优选地，所述拱形分块抓取单元包括：

套接于所述分块叉取单元的叉取单元叉齿，用于支撑夹持所述钢制拱形结构件的柔性支撑机构；

设置于所述柔性支撑机构的支撑面，用于吸附所述钢制拱形结构件的拱形强力永磁铁。

优选地，所述柔性支撑机构包括：主支撑架、支撑套杆、支撑油缸、支撑套杆摆动拉杆和支撑夹持板；所述支撑套杆至少包括第一支撑套杆、中间支撑套杆和第二支撑套杆；所述支撑套杆摆动拉杆至少包括第一支撑套杆摆动拉杆和第二支撑套杆摆动拉杆；

所述主支撑架底部设有用于同所述分块叉取单元的叉取单元叉齿配合的拱形叉套；所述中间支撑套杆底端垂直固定连接于所述主支撑架顶部；所述第一支撑套杆和所述第二支撑套杆分别设置于所述中间支撑套杆的两侧，且两者的底端均铰接于所述主支撑架顶部；所述第一支撑套杆摆动拉杆的两端分别铰接于所述第一支撑套杆的中间部分与所述中间支撑套杆的中间部分，所述第二支撑套杆摆动拉杆的两端分别铰接于所述第二支撑套杆的中间部分与所述中间支撑套杆的中间部分；所述支撑油缸分别用于驱使所述第一支撑套杆、所述中间支撑套杆和所述第二支撑套杆轴向伸缩；所述支撑夹持板分别设置于所述第一支撑套杆、所述中间支撑套杆和所述第二支撑套杆的顶端，且每个所述支撑夹持板的支撑面均设有所述拱形强力永磁铁。

从上述的技术方案可以看出，本发明提供的隧道内装配式钢结构多功能拼装设备中，通过为拼装设备的移动单元配置可滑移的支撑单元，可提升了拼装设备底盘运行的稳定性，进而解决了现有拼装设备带负载举升行驶稳定性差及带负载侧移容易倾覆的问题，从而有助于提高了隧道内装配式钢结构施工的安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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的附图。

图1为本发明实施例提供的隧道内装配式钢结构多功能拼装设备底盘的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的隧道内装配式钢结构多功能拼装设备底盘的结构主视图；

图3为本发明实施例提供的隧道内装配式钢结构多功能拼装设备底盘的结构示意图(带分块叉取单元)；

图4为本发明实施例提供的钢结构分块叉装转运功能示意图；

图5为本发明实施例提供的直墙类钢结构抓取单元的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的直墙类钢结构分块安装姿态示意图；

图7为本发明实施例提供的拱形钢结构抓取单元的结构示意图；

图8为本发明实施例提供的拱形钢结构抓取示意图。

其中，1为移动单元驾驶室，2为前支撑单元竖向伸缩套管，3为移动单元承重轮，4为移动单元驱动轮，5为支撑单元滑轮组件，6为后支撑单元竖向伸缩套管，7为支撑单元横向伸缩套管，8为后配重块，9为柴油发动机，10为移动单元承重轮弹性减震系统，11为移动单元托带轮，12为叉取单元限位架，13为叉取单元叉齿，14为叉取单元多级门架，15为门架俯仰控制油缸，16为钢制直墙类结构件，17为工艺钩，18为抓取单元钩杆，19为抓取单元延伸钩杆，20为永磁吸附机构，21为固定架，22为回转油缸，23为回转摇杆，24为第一紧固螺栓，25为主支撑架，26为第一支撑套杆，27为支撑油缸，28为第一支撑套杆摆动拉杆，29为拱形强力永磁铁，30为支撑夹持板，31为钢制拱形结构件，32为第二紧固螺栓，33为回转轴承座，34为7字抽拉板，35为固定板，36为第二支撑套杆，37为中间支撑套杆，38为直墙类叉套，39为支撑架，40为拱形叉套，41为第二支撑套杆摆动拉杆。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供的隧道内装配式钢结构多功能拼装设备，如图1、图2所示，包括：移动单元、支撑单元和拼装单元；

支撑单元包括支撑部和滑移部；

支撑部分别设置于移动单元前后端，且至少可上下伸缩移动；滑移部设置于支撑部的底部；拼装单元设置于移动单元。其中，拼装单元设置于移动单元的前端。

需要说明的是，本方案的支撑部，即为至少分别配置在移动单元前后端且由液压系统驱动上下伸缩移动的竖向支撑腿(即为竖向伸缩套管)，当然，支撑部还包括：至少配置在移动单元后端且由液压系统驱动横向伸缩移动的横向支撑腿(即为横向伸缩套管)；其中，两个竖向支撑腿分别设置于横向支撑腿的两端；滑移部即为设置于竖向支撑腿底端的滑动机构，而且该滑移部还具行走功能，以实现设备带负载移动。此外，在隧道内地面路况较好的情况下，可将支撑部向上回缩移动以收起支撑单元；在隧道内地面路况较差的情况下，可将支撑部向下伸展移动至使得滑移部触到地面为止，以放下支撑单元，用于辅助移动单元的移动，以使得在移动单元带负载作业时可防止因负载侧向移动或地面不平导致底盘侧翻。也就是说，本方案为移动单元配置了可移动的支撑单元，解决了拼装单元负载高空举升后底盘移动不稳定的问题，同时也解决了支撑后底盘无法移动的问题，从而有助于提升了拼装设备作业的稳定性和安全性。

从上述的技术方案可以看出，本发明实施例提供的隧道内装配式钢结构多功能拼装设备中，通过为拼装设备的移动单元配置可滑移的支撑单元，可提升了拼装设备底盘运行的稳定性，进而解决了现有拼装设备带负载举升行驶稳定性差及带负载侧移容易倾覆的问题，从而有助于提高隧道内装配式钢结构施工的安全性。

在本方案中，如图1和图2所示，支撑部包括：前支撑单元竖向伸缩套管2、支撑单元横向伸缩套管7和后支撑单元竖向伸缩套管6；

滑移部包括支撑单元滑轮组件5；

前支撑单元竖向伸缩套管2设置于移动单元的前端；支撑单元横向伸缩套管7设置于移动单元的后端，后支撑单元竖向伸缩套管6分别设置于支撑单元横向伸缩套管7的两端；支撑单元滑轮组件5分别设置于前支撑单元竖向伸缩套管2和后支撑单元竖向伸缩套管6的底端。其中，支撑单元滑轮组件5优选为重载滚轮，以使得在前后竖向伸缩套管的支撑状态下，保证拼装设备带负载能够正常行驶，即为以便于实现了拼装设备带负载的支撑移动；此外，上述伸缩套管均由油缸控制其伸缩，而且在伸缩套管伸缩到位后，油缸会自锁保证支撑效果。也就是说，本方案在支撑伸缩套管的基础上增加滑轮组件，以便于实现了拼装设备的滑动支撑效果，具有结构简单、滑移支撑稳定、可靠等特点。当然，本方案还可在移动单元的前端设置前支撑单元横向伸缩套管，然后再将前支撑单元竖向伸缩套管2分别设置于前支撑单元横向伸缩套管的两端。

具体地，如图3所示，拼装单元包括：

可升降设置于移动单元的前端，用于叉取钢制结构件的分块叉取单元。本方案如此设计，以便于实现钢制结构件的分块转运，如图4所示，比如有助于将各种钢制结构件分块转运至隧道内的作业面。

进一步地，拼装单元还包括：

设置于分块叉取单元，用于抓取不同形状的钢制结构件的分块抓取单元。也就是说，本方案在原有分块叉取单元的基础上，通过加装分块抓取单元，可实现对不同形状钢制结构件的吊装，从而更好地保证了不同形状钢制结构件的拼装。

再进一步地，分块抓取单元包括：

设置于分块叉取单元，用于抓取钢制直墙类结构件16的直墙类分块抓取单元，其结构可参照图5所示；

或，设置于分块叉取单元，用于抓取钢制拱形结构件31的拱形分块抓取单元，其结构可参照图7所示。本方案如此设计，有助于实现了对直墙类或拱形钢制结构件的抓取，从而更好地实现对隧道内两大类装配式钢结构件的吊装。也就是说，本方案开创性设计了一种钢制直墙类结构件16的拼装快换作业头，以及钢制拱形结构件31的拼装快换作业头，再搭配上述履带底盘(即移动单元)，可实现了隧道内狭小空间不同类型钢结构的安全、高效拼装作业；与此同时，本方案通过为直墙类结构件16及钢制拱形结构件31设计的拼装单元，以此解决了现有拼装设备隧道狭小空间内拼装效率低，抓取适应性差的问题。

具体地，如图5所示，直墙类分块抓取单元包括：

用于套接分块叉取单元的叉取单元叉齿13的固定架21；

设置于固定架21，用于吸附钢制直墙类结构件16的永磁吸附机构20；

设置于永磁吸附机构20顶部，用于同钢制直墙类结构件16的工艺钩17配合的钩取机构。其中，工艺钩17预先设置于钢制直墙类结构件16，而且为一对工艺钩17，并且对称分布于钢制直墙类结构件16抓取面的上部。在本方案中，通过钩取机构与永磁吸附机构20的组合，可实现了对钢制直墙类结构件16的快速定位抓取。

进一步地，如图5和图6所示，固定架21包括竖直架和连接于竖直架底端的水平架；水平架设有用于同分块叉取单元的叉取单元叉齿13配合的直墙类叉套38；

永磁吸附机构20包括：

设置于竖直架的支撑架39；

设置于支撑架39两侧的直墙类强力永磁铁；

钩取机构包括：

沿水平方向设置于支撑架39顶部，用于同钢制直墙类结构件16的工艺钩17配合的抓取单元钩杆18；抓取单元钩杆18与直墙类强力永磁铁的吸附面位于同一竖向面，以便于实现钢制直墙类结构件16的快速定位并紧固。在本方案中，首先通过固定架21的直墙类叉套38，实现了直墙类分块抓取单元与分块叉取单元的快速插接，然后再通过抓取单元钩杆18，实现了钢制直墙类结构件16的快速定位钩取，最后再通过直墙类强力永磁铁进行吸附紧固，如此一来，有效缩短了分块抓取时间，且避免了因电气系统故障或其它未知因素导致的系统失效而发生安全事故。此外，本方案基于抓取单元钩杆18与钢制直墙类结构件16工艺钩17的配合，以及直墙类强力永磁铁的吸附作用，可使得直墙类分块抓取单元能够快速适应不同形状和尺寸的钢制直墙类结构件16的抓取。

再进一步地，支撑架39可转动设置于竖直架；

直墙类分块抓取单元还包括：

用于驱使支撑架39相对于竖直架转动的驱动机构。本方案如此设计，以便于实现永磁吸附机构20和钩取机构的转动，以达到调整钢制直墙类结构件16抓取角度的效果，从而有助于实现钢制直墙类结构件16拼装姿态的调整。本方案可通过回转主轴+回转摇杆+回转油缸等回转机构实现上述的转动设计，此处不再赘述。

在本方案中，如图7和图8所示，拱形分块抓取单元包括：

套接于分块叉取单元的叉取单元叉齿13，用于支撑夹持钢制拱形结构件31的柔性支撑机构；

设置于柔性支撑机构的支撑面，用于吸附钢制拱形结构件31的拱形强力永磁铁29。本方案如此设计，以便于实现了对钢制拱形结构件的快速定位抓取。其中，可通过柔性支撑机构以适应不同跨度、不同半径、不同宽度的钢制拱形结构件的支撑定位；可通过拱形强力永磁铁29以实现钢制拱形结构件31的快速固定。

具体地，如图7所示，柔性支撑机构包括：主支撑架25、支撑套杆、支撑油缸27、支撑套杆摆动拉杆和支撑夹持板30；支撑套杆至少包括第一支撑套杆26、中间支撑套杆37和第二支撑套杆36；支撑套杆摆动拉杆至少包括第一支撑套杆摆动拉杆28和第二支撑套杆摆动拉杆41；

主支撑架25底部设有用于同分块叉取单元的叉取单元叉齿13配合的拱形叉套40；中间支撑套杆37底端垂直固定连接于主支撑架25顶部；第一支撑套杆26和第二支撑套杆36分别设置于中间支撑套杆37的两侧，且两者的底端均铰接于主支撑架25顶部；第一支撑套杆摆动拉杆28的两端分别铰接于第一支撑套杆26的中间部分与中间支撑套杆37的中间部分，第二支撑套杆摆动拉杆41的两端分别铰接于第二支撑套杆36的中间部分与中间支撑套杆37的中间部分；支撑油缸27分别用于驱使第一支撑套杆26、中间支撑套杆37和第二支撑套杆36轴向伸缩；支撑夹持板30分别设置于第一支撑套杆26、中间支撑套杆37和第二支撑套杆36的顶端，且每个支撑夹持板30的支撑面均设有拱形强力永磁铁29。本方案如此设计，以便于实现了一种开度可调，高度独立可控的柔性支撑机构，可有效适应于不同跨度、半径的钢制拱形结构件31的快速支撑定位，然后再配合拱形强力永磁铁29的吸附，进而有助于实现了钢制拱形结构件31的快速定位夹紧，从而可有效缩短钢制拱形结构件31的抓取及拼装时间。此外，拱形分块抓取单元作为钢制拱形结构件31的拼装快换作业头，开创性地实现了柔性化支撑设计，可快速适应不同形状和尺寸的钢制拱形结构件31的抓取。

下面再结合具体实施例对本方案作进一步介绍：

本方案针对现有技术的缺点，在实际拼装施工时提升举升设备底盘稳定性以提升拼装安全系数，且也增加举升装置自由度以满足狭小空间钢结构分块拼装需求。

为了满足隧道内装配式钢结构建筑工地施工对结构分块转运、隧道内起升，分块安装的要求，且需要适应隧道内施工空间小，施工环境差，实现不同规格尺寸及形状的钢制结构件快速拼装到位，提高隧道内装配式钢结构施工效率及安全性，本发明提供一种隧道内装配式钢结构多功能拼装设备及拼装方法，采取的技术构思如下：

一种隧道内装配式钢结构多功能拼装设备，包括移动单元、支撑单元、分块抓取单元、分块位置调整单元和分块叉取单元。

移动单元：如图1和图2所示，移动单元主要是由履带式行驶机构搭配柴油动力。履带式行驶机构使用液压作为驱动力，左右侧履带可正反转，可实现狭小空间原地转向或掉头，履带式底盘重心较低，带载行驶稳定性高。“四轮一带”系统中，承重轮配置弹簧减震系统，降低复杂路面带载行驶的震动和颠簸。履带可根据具体路面类型选配，土路或草地可配置橡胶履带，混凝土、砂石路面可配置钢制履带。

支撑单元：如图1和图2所示，支撑单元为配置在移动单元四周的由液压系统驱动的支撑腿构成。在移动单元行驶工况中，支撑单元缩回。在移动单元制动，分块抓取单元和分块位置调整单元工作时，支撑单元伸出。支撑单元在工作状态下由液压系统控制并自锁，确保移动单元稳定，避免因负载偏移导致移动单元侧倾。

分块抓取单元：抓取单元分为直墙类分块抓取单元和拱形分块抓取单元；直墙类抓取单元主要由钩取机构和强力永磁吸附机构组成，可以实现快速抓取分块并紧固。钩取机构可确保在强力永磁吸附机构失效的情况下，分块不会直接坠落而导致安全事故的发生。拱形分块抓取单元主要由柔性支撑机构和强力永磁铁组成，柔性支撑机构可以适应不同跨度、不同半径、不同宽度拱形件的支撑定位，强力永磁铁可以快速实现拱形分块的吸附。

分块位置调整单元：分块位置调整单元是在去掉了移动单元2个水平方向自由度的情况下考虑的可以使分块在空间中上下、左右、俯仰及旋转移动的系统。

分块叉取单元：叉取单元与普通常规叉车类似，配置有快换叉齿，多级门架及叉齿横移器，可以实现分块托举及横移功能。

更为具体地，一种隧道内装配式钢结构多功能拼装设备，包括移动单元、支撑单元、分块抓取单元、分块位置调整单元和分块叉取单元。

1、移动单元：如图1所示，移动单元主要是由履带式行驶机构搭配柴油发动机9。柴油发动机9根据设计所需负载进行设计选配，动力后置于移动单元底部，可平衡前置负载的同时降低底盘重心位置，同时为了更好的平衡前置重物，移动单元后部还布置有配重块8。行驶机构使用液压系统作为驱动力，左右侧履带驱动轮可通过液压控制正反转，从而实现狭小空间原地转向或掉头。履带式底盘重心较低，液压驱动马达带负载载行驶稳定性高，可实现无级变速行驶。“四轮一带”系统中，承重轮3配置弹性减震系统10，可降低复杂路面带载行驶的震动和颠簸。履带可根据具体路面类型选配，土路或草地可配置橡胶履带，混凝土路面可配置钢板履带。

2、支撑单元：如图1、2所示，支撑单元各布置一组在移动单元前后位置，且包括支撑单元横向伸缩套管7、前支撑单元竖向伸缩套管2、后支撑单元竖向伸缩套管6和支撑单元滑轮组件5；其中，伸缩套管由油缸控制伸缩。支撑单元滑轮组件5安装在竖向伸缩套管的下端，横向伸缩套管与移动单元车架内侧伸缩油缸铰接，横向伸缩套管由油缸推动进行相对移动单元车架的横向移动，移动至合适距离后，竖向伸缩油缸带动支撑单元滑轮组件相对车架上下移动，待支撑单元滑移组件着地后油缸自锁。该支撑单元可以在移动单元带负载作业时防止因负载侧向移动或地面不平导致底盘侧翻。

3、分块抓取单元：抓取单元分为直墙类分块抓取单元和拱形分块抓取单元。

直墙类分块抓取单元主要由钩取机构和强力永磁吸附机构组成，如图5所示，钩取机构中的抓取单元钩杆18、抓取单元延伸钩杆19可根据不同尺寸宽度的钢结构分块进行伸缩调整，实现了对抓取对象适应性的提升。抓取对象在设计时预先设计一对用于抓取的工艺钩17，该工艺钩17对称焊接在钢结构重心两侧；在作业时，只需要将钩取机构中的钩杆移动至分块抓取钩(工艺钩)下方，再抬升钩杆(钩取杆)即可实现分块抓取。强力永磁吸附机构(永磁吸附机构20)设置在钩杆下方，由一对强力永磁铁及支撑架组成，永磁铁吸附面与钩杆处于同一平面，强力永磁吸附机构的吸附力根据不同设计负载选型。直墙类分块抓取单元还设置有回转机构，通过快插式液压接头可快速连通移动单元液压系统和回转油缸22，通过控制该回转油缸，推动回转摇杆23，摇杆23与回转主轴固定连接，可实现直墙类分块在拼装时调整姿态。分块抓取单元通过螺栓及定位销可实现快速装拆。其中，如图5所示，回转机构由回转油缸22、回转摇杆23、回转轴承座33(其内部装配有回转主轴，回转主轴与回转摇杆通过键连接)组成。回转轴承座固定装配在固定架21上。其中回转油缸一端与固定架铰接，一端与回转摇杆铰接。通过控制回转油缸伸缩可以控制前置于固定架的抓取系统绕回转轴承座旋转一定角度，从而实现分块位置调整。其中抓取系统又由固定连接的抓取单元钩杆18、强力永磁吸附机构组成。

拱形分块抓取单元由柔性支撑机构和强力永磁铁组成，如图7所示。柔性支撑机构由主支撑架、支撑套杆26，支撑油缸27、支撑套杆摆动拉杆28和可伸缩限位装置(即为支撑夹持板30)组成。其中，可伸缩限位装置是由7字抽拉板34及固定板35组成，根据所拼装结构分块的宽度调整抽拉板位置，确定位置后通过销子将7字抽拉板与固定板固定。三组支撑油缸通过液压系统独立控制支撑套杆26的伸缩动作。在拱形分块拼装过程中，首先根据分块圆弧半径和分块跨度调整支撑套杆摆动拉杆，单个项目拱形分块半径及跨度基本一致，单项目摆动拉杆一次调整到位后无需重复调整动作。随后通过移动单元及叉取单元配合，将叉齿对入主支撑架的叉套中，通过螺栓顶紧固定主支撑架。连通支撑油缸液压管路，通过移动单元和分块位置调整单元配合，将抓取单元移动至拱形分块正下方后，举升抓取单元直至与拱形结构完全接触，再根据路面水平情况，分别调整各伸缩油缸，调整拱形结构姿态，同时打开永磁铁开关，夹紧分块后即可开始拱形件拼装作业。当拱形件跨度过大时，支撑单元可调整横向伸缩距离，确保施工过程移动单元的稳定性和驾驶操作人员的安全性。

4、分块位置调整单元：分块位置调整单元由各单元协同组成，可满足负载举升、横移、俯仰和侧倾等动作。配置在移动单元前端的门架和门架前端挂载的侧移器可以满足负载的举升以及横移，门架底部与移动单元底盘架铰接，两侧各布置一根俯仰油缸可满足分块拼装时的俯仰运动。直墙类分块抓取单元中心处布置一根回转主轴，主轴末端设置一回转摇杆23，回转摇杆由回转油缸22控制可使分块实现侧倾动作。

5、分块叉取单元：如图3所示，分块叉取单元与普通常规叉车类似，配套有快换叉齿，叉齿长度可根据具体施工环境和钢结构尺寸更换。同时叉取单元配置有多级叉车门架及横移器，可以实现分块托举及横移功能。

此外，该方案的隧道内装配式钢结构拼装方法如下：

钢结构拼装作业人员按照隧道内钢结构拼装顺序，先利用本方案中的叉取功能(分块叉取单元)将各钢结构分块转运至作业面，按顺序摆放。再根据所需拼装的结构，选择不同的抓取单元，安装直墙类钢结构时选择直墙类分块抓取单元进行拼装，安装拱形分块时选择拱形分块抓取单元。再利用分块位置调整单元各动作将分块调整至安装位置后，松开抓取单元永磁吸附机构，最后由人工进行分块铆焊固定或螺栓销轴固定。

其中，在安装分块抓取单元时，注意在叉齿完全对入叉套内之后，需要插入定位销及拧紧紧定螺钉。根据分块尺寸调整直墙类抓取单元钩杆长度或者拱形分块抓取单元支撑套杆摆动拉杆，确保抓取后分块自由度被完全限制。移动单元将钩杆移动至分块抓取钩处，再由分块位置调整单元将分块举起，此时分块抓取单元中的强力永磁吸附面顶住分块下端，再将永磁铁调整至吸附状态，此时分块处于完全定位状态。

本方案的有益效果：

本方案首先解决了狭小空间内钢制重物举升移动的问题。

本方案中的履带底盘可降低底盘重心高度，增加行驶机构与地面的摩擦力，增大与地面接触面积后可实现带负载全地形行驶移动。履带底盘可通过液压驱动双侧履带正反转实现底盘原地调头。通过增加履带底盘承重轮弹性悬挂，可有效降低行驶震动，增加带载行驶的平顺性和稳定性。

通过履带式底盘搭配滑移支撑系统解决了负载高空举升后底盘移动不稳定的问题和支撑后底盘无法移动的问题。

通过抓取系统及分块位置调整系统的配合，解决了不同形状尺寸钢制结构快速抓取和可靠定位的问题。直墙抓取系统通过机械系统进行连接和定位，通过强力永磁吸附系统进行紧固连接，有效缩短了分块抓取时间，且避免了因电气系统故障或其他未知因素导致的系统失效而发生安全事故。拱形分块抓取单元可有效适应不同跨度、半径的拱形分块，抓取效率高，可以有效缩短大跨度拱形分块的抓取及拼装时间。

通过分块位置调整单元及移动单元，可以实现分块空间中9个自由度位移。提升了普通叉车的作业半径和作业稳定性。

本方案的关键保护点：

将移动单元、支撑单元、分块抓取单元、分块位置调整单元以及分块叉取单元进行组合，构成了一种适用于隧道内狭窄空间中的可实现钢制结构搬运、举升、位置调整定位的自走式全地形拼装设备；解决了狭小空间中钢结构拼装设备移动受限的问题且无法带负载行驶的问题；解决了传统轮式叉车行驶能力差，高空带载举升自由度少的问题；解决了钢结构分块抓取效率低，适应性差且长期作业存在安全隐患的问题。

本方案开创性的设计了一种隧道内装配式钢结构多功能拼装设备，实现了山区隧道内装配式钢结构机械化转运、拼装。提升了结构转运效率，降低了工地施工安全隐患。解决了传统轮式叉车行驶能力差的问题，开创性的在传统支撑结构的基础上增加滑轮装置，解决了履带式叉车及轮式叉车带负载举升行驶稳定性差及带负载侧移容易倾覆的问题。

本方案中直墙类分块抓取单元开创性的将机械钩取装置与强力永磁吸盘装置组合，实现了钢制直墙结构分块的快速定位夹紧，通过在钩取装置及永磁吸附装置背部增加回转主轴及回转油缸，增加了分块绕中心轴回转摆动的自由度，实现安全高效的分块移动。

本方案中的拱形分块抓取单元，开创性的设计了一种开度可调，高度独立可控的柔性支撑系统，可以适应不同尺寸弧形、拱形件的快速定位、限位；再配合强力永磁吸附装置，实现了钢制拱形结构的快速定位夹紧。

本方案针对隧道内装配式钢结构拼装工法，分块位置调整单元可实现9自由度移动，充分满足了隧道内钢结构拼装的需求。

本方案设备开创性的将分块叉装运输、直墙类钢制结构分块抓取举升、拱形类钢制分块抓取举升三大功能集于一体。降低了单类分块拼装设备的成本投入，可大幅缩短不同类设备交替作业时的作业节拍。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.一种隧道内装配式钢结构多功能拼装设备，其特征在于，包括：移动单元、支撑单元和拼装单元；

所述支撑单元包括支撑部和滑移部；

所述支撑部分别设置于所述移动单元前后端，且至少能够上下伸缩移动；所述滑移部设置于所述支撑部的底部；所述拼装单元设置于所述移动单元；

所述拼装单元包括：

可升降设置于所述移动单元的前端，用于叉取钢制结构件的分块叉取单元；

所述拼装单元还包括：

设置于所述分块叉取单元，用于抓取不同形状的所述钢制结构件的分块抓取单元；

所述分块抓取单元包括：

设置于所述分块叉取单元，用于抓取钢制直墙类结构件(16)的直墙类分块抓取单元；

或，设置于所述分块叉取单元，用于抓取钢制拱形结构件(31)的拱形分块抓取单元；

所述直墙类分块抓取单元包括：

用于套接所述分块叉取单元的叉取单元叉齿(13)的固定架(21)；

设置于所述固定架(21)，用于吸附所述钢制直墙类结构件(16)的永磁吸附机构(20)；

设置于所述永磁吸附机构(20)顶部，用于同所述钢制直墙类结构件(16)的工艺钩(17)配合的钩取机构。

2.根据权利要求1所述的隧道内装配式钢结构多功能拼装设备，其特征在于，所述支撑部包括：前支撑单元竖向伸缩套管(2)、支撑单元横向伸缩套管(7)和后支撑单元竖向伸缩套管(6)；

所述滑移部包括支撑单元滑轮组件(5)；

所述前支撑单元竖向伸缩套管(2)设置于所述移动单元的前端；所述支撑单元横向伸缩套管(7)设置于所述移动单元的后端，所述后支撑单元竖向伸缩套管(6)分别设置于所述支撑单元横向伸缩套管(7)的两端；所述支撑单元滑轮组件(5)分别设置于所述前支撑单元竖向伸缩套管(2)和所述后支撑单元竖向伸缩套管(6)的底端。

3.根据权利要求1所述的隧道内装配式钢结构多功能拼装设备，其特征在于，所述固定架(21)包括竖直架和连接于所述竖直架底端的水平架；所述水平架设有用于同所述分块叉取单元的叉取单元叉齿(13)配合的直墙类叉套(38)；

所述永磁吸附机构(20)包括：

设置于所述竖直架的支撑架(39)；

设置于所述支撑架(39)两侧的直墙类强力永磁铁；

所述钩取机构包括：

沿水平方向设置于所述支撑架(39)顶部，用于同所述钢制直墙类结构件(16)的工艺钩(17)配合的抓取单元钩杆(18)；所述抓取单元钩杆(18)与所述直墙类强力永磁铁的吸附面位于同一竖向面。

4.根据权利要求3所述的隧道内装配式钢结构多功能拼装设备，其特征在于，所述支撑架(39)可转动设置于所述竖直架；

所述直墙类分块抓取单元还包括：

用于驱使所述支撑架(39)相对于所述竖直架转动的驱动机构。

5.根据权利要求1所述的隧道内装配式钢结构多功能拼装设备，其特征在于，所述拱形分块抓取单元包括：

套接于所述分块叉取单元的叉取单元叉齿(13)，用于支撑夹持所述钢制拱形结构件(31)的柔性支撑机构；

设置于所述柔性支撑机构的支撑面，用于吸附所述钢制拱形结构件(31)的拱形强力永磁铁(29)。

6.根据权利要求5所述的隧道内装配式钢结构多功能拼装设备，其特征在于，所述柔性支撑机构包括：主支撑架(25)、支撑套杆、支撑油缸(27)、支撑套杆摆动拉杆和支撑夹持板(30)；所述支撑套杆至少包括第一支撑套杆(26)、中间支撑套杆(37)和第二支撑套杆(36)；所述支撑套杆摆动拉杆至少包括第一支撑套杆摆动拉杆(28)和第二支撑套杆摆动拉杆(41)；

所述主支撑架(25)底部设有用于同所述分块叉取单元的叉取单元叉齿(13)配合的拱形叉套(40)；所述中间支撑套杆(37)底端垂直固定连接于所述主支撑架(25)顶部；所述第一支撑套杆(26)和所述第二支撑套杆(36)分别设置于所述中间支撑套杆(37)的两侧，且两者的底端均铰接于所述主支撑架(25)顶部；所述第一支撑套杆摆动拉杆(28)的两端分别铰接于所述第一支撑套杆(26)的中间部分与所述中间支撑套杆(37)的中间部分，所述第二支撑套杆摆动拉杆(41)的两端分别铰接于所述第二支撑套杆(36)的中间部分与所述中间支撑套杆(37)的中间部分；所述支撑油缸(27)分别用于驱使所述第一支撑套杆(26)、所述中间支撑套杆(37)和所述第二支撑套杆(36)轴向伸缩；所述支撑夹持板(30)分别设置于所述第一支撑套杆(26)、所述中间支撑套杆(37)和所述第二支撑套杆(36)的顶端，且每个所述支撑夹持板(30)的支撑面均设有所述拱形强力永磁铁(29)。