CN114135325A - 一种隧道内拱形钢结构拼装设备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种隧道内拱形钢结构拼装设备及方法，隧道内拱形钢结构拼装设备包括拱形钢结构和拼装机；所述拼装机包括车架，固定装设于所述车架下侧的移动机构以及转动装设于所述车架前端的臂架，所述臂架设有用于抓取和举升所述拱形钢结构的抓举机构，所述车架的前端还设有驱动所述臂架绕所述车架翻转的驱动机构。上述隧道内拱形钢结构拼装设备，臂架的抓举灵活，能从地面一次性抓举整环拱形钢结构，避免高空作业、减少多次拼装和后续作业量，具有拼装快捷高效、拼装质量易控制保证、拼装风险降低等显著优点。

Description

一种隧道内拱形钢结构拼装设备及方法

技术领域

本发明涉及隧道施工技术领域，特别涉及一种隧道内拱形钢结构拼装设备。还涉及一种隧道内拱形钢结构拼装方法。

背景技术

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，存在人工劳动强度大、施工危险系数高、施工周期长、机械化水平较低的缺点。

装配式钢结构因安装速度快、质量易控制保证、结构自重更轻、良好的抗震性能、且因钢结构可回收更加绿色环保等优点，较传统混凝土结构或装配式混凝土结构，更加符合当前建筑行业对建筑物的要求，故隧道工程采用装配式钢结构日益普及。

而在隧道内拱形钢结构实际施工过程中，因路面条件复杂恶劣，较重的钢结构在轮式叉车运输中，易存在打滑、侧翻等安全隐患；作业面空间受限，客观的造成钢结构拼装难度大；同时，现有拼装设备普遍机械自动化程度不高，操作不灵活，钢结构需在高空对接、合拢，拼装效率低、质量难以保证。

因此，如何能够提供一种解决上述技术问题的隧道内拱形钢结构拼装设备是本领域技术人员亟需解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种隧道内拱形钢结构拼装设备，臂架的抓举灵活，能从地面一次性抓举整环拱形钢结构，避免高空作业、减少多次拼装和后续作业量，具有拼装快捷高效、拼装质量易控制保证、拼装风险降低等显著优点。本发明的另一目的是提供一种隧道内拱形钢结构拼装方法。

为实现上述目的，本发明提供一种隧道内拱形钢结构拼装设备，包括拱形钢结构和拼装机；所述拼装机包括车架，固定装设于所述车架下侧的移动机构以及转动装设于所述车架前端的臂架，所述臂架设有用于抓取和举升所述拱形钢结构的抓举机构，所述车架的前端还设有驱动所述臂架绕所述车架翻转的驱动机构。

优选地，所述拱形钢结构的数量为多层，所述拼装机每次抓取和举升至少一层所述拱形钢结构；每层所述拱形钢结构呈拱形的开口环状，由若干钢结构分块组拼而成。

优选地，所述拱形钢结构的拱形中部设有辅助拉杆，所述辅助拉杆供所述抓取装置抓取固定。

优选地，所述移动机构包括设有履带的履带底盘以及装设于所述履带底盘的回转支承，所述回转支承连接所述车架。

优选地，所述抓举机构包括举升部和抓取部，所述举升部包括外臂、滑动装设于所述外臂的内臂以及驱动所述内臂相对所述外臂运动的第一伸缩油缸，所述抓取部包括设于所述内臂端部的抓取装置。

优选地，所述内臂的端部还设有用于与所述抓取装置一同锁紧所述辅助拉杆的夹紧装置。

优选地，所述抓取装置包括若干呈爪状的抓取钩，所述夹紧装置包括呈爪状的夹紧钩以及驱动所述夹紧钩运动的第二伸缩油缸。

优选地，所述车架设有提拉油缸回转座，所述驱动机构包括若干装设于所述提拉油缸回转座且连接并驱动所述外臂的提拉油缸。

本发明还提供一种隧道内拱形钢结构拼装方法，利用上述隧道内拱形钢结构拼装设备，包括：

控制拼装机对拱形钢结构进行抓取、翻转和举升的操作，使所述拱形钢结构离开地面；

控制所述拼装机移动至安装位置，对所述拱形钢结构进行翻转和举升的操作，使所述拱形钢结构垂直举起并拼装至指定位置。

优选地，所述拼装机对拱形钢结构进行抓取、翻转和举升的操作的步骤之前，还包括：

将若干钢结构分块输送至隧道；

将所述钢结构分块平铺在地面后，组拼成拱形钢结构；

将组拼的所述拱形钢结构固定为一体。

相对于上述背景技术，本发明所提供的隧道内拱形钢结构拼装设备包括拱形钢结构和拼装机；拼装机包括车架、移动机构和臂架，移动机构固定装设于车架的下侧，臂架转动装设于车架的前端，臂架设有抓举机构，抓举机构用于抓取和举升拱形钢结构，车架的前端还设有驱动机构，驱动机构驱动臂架绕车架翻转。

在该隧道内拱形钢结构拼装设备的工作过程中，移动机构带动车架移动，由车架上的臂架对拱形钢结构进行抓取和举升的操作，驱动机构驱动臂架绕车架翻转进而对拱形钢结构进行翻转的操作。具体而言，首先，控制拼装机对拱形钢结构进行抓取、翻转和举升的操作，使拱形钢结构离开地面；然后，控制拼装机移动至安装位置，对拱形钢结构进行翻转和举升的操作，使拱形钢结构垂直举起并拼装至指定位置。

该隧道内拱形钢结构拼装设备具有臂架抓举灵活的特点，能从地面一次性抓举整环拱形钢结构，避免高空作业、减少多次拼装和后续作业量，具有拼装快捷高效、拼装质量易控制保证、拼装风险降低等显著优点。

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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的隧道内拱形钢结构拼装设备的抓取状态示意图；

图2为本发明实施例提供的隧道内拱形钢结构拼装设备的举升状态示意图；

图3为图1中拼装机的结构示意图；

图4为图1中拱形钢结构的结构示意图；

图5为图3中移动机构的结构示意图；

图6为图3中车架的结构示意图；

图7为图3中臂架的正视图；

图8为图3中臂架的俯视图；

图9为图3中液压系统的结构示意图；

图10为图4中辅助拉杆的结构示意图；

图11为图7中夹紧装置和抓取装置的结构示意图；

图12为图7中夹紧装置和抓取装置与辅助拉杆作用的结构示意图。

其中：

01-拱形钢结构、10-拼装机；

11-移动机构、12-车架、13-臂架、14-配重块、15-发动机系统、16-液压系统；

011-第一钢结构分块、012-第二钢结构分块、013-第三钢结构分块、014-第四钢结构分块、015-第五钢结构分块、016-第六钢结构分块、017-第七钢结构分块、018-辅助拉杆；

111-履带底盘、112-回转支承；

121-臂架回转座、122-提拉油缸回转座、123-发动机系统安装座；

131-外臂、132-内臂、133-夹紧装置、134-抓取装置、135-第一伸缩油缸、136-提拉油缸；161-液压油箱、162-柴油箱、163-散热器；

1331-第二伸缩油缸、1332-夹紧钩、1341-抓取钩。

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。

为了使本技术领域的技术人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

请参考图1至图12，其中，图1为本发明实施例提供的隧道内拱形钢结构拼装设备的抓取状态示意图，图2为本发明实施例提供的隧道内拱形钢结构拼装设备的举升状态示意图，图3为图1中拼装机的结构示意图，图4为图1中拱形钢结构的结构示意图，图5为图3中移动机构的结构示意图，图6为图3中车架的结构示意图，图7为图3中臂架的正视图，图8为图3中臂架的俯视图，图9为图3中液压系统的结构示意图，图10为图4中辅助拉杆的结构示意图，图11为图7中夹紧装置和抓取装置的结构示意图，图12为图7中夹紧装置和抓取装置与辅助拉杆作用的结构示意图。

在第一种具体的实施方式中，本发明所提供的隧道内拱形钢结构拼装设备包括拱形钢结构01和拼装机10，拱形钢结构01的特点为拱形的形状和钢材的材质，拼装机10的作用为将拱形钢结构01拼装于隧道。

在本实施例中，拼装机10包括车架12、移动机构11和臂架13。其中，移动机构11固定装设于车架12的下侧，移动机构11的作用在于带动车架12在地面上移动；臂架13转动装设于车架12的前端，此时车架12的前端设有供臂架13装设的臂架回转座121，臂架13的作用在于对拱形钢结构01进行抓取、举升和翻转的操作。

具体而言，车架12的前端设有驱动机构，驱动机构连接并驱动臂架13绕车架12翻转；臂架13设有抓举机构，抓举机构用于抓取和举升拱形钢结构01。

在该隧道内拱形钢结构拼装设备的工作过程中，移动机构11带动车架12移动，由车架12上的臂架13对拱形钢结构01进行抓取和举升的操作，驱动机构驱动臂架13绕车架12翻转进而对拱形钢结构01进行翻转的操作。

具体而言，首先，控制拼装机对拱形钢结构01进行抓取、翻转和举升的操作，使拱形钢结构01离开地面；然后，控制拼装机移动至安装位置，对拱形钢结构01进行翻转和举升的操作，使拱形钢结构01垂直举起并拼装至指定位置。

该隧道内拱形钢结构拼装设备具有臂架13抓举灵活的特点，能从地面一次性抓举整环拱形钢结构01，避免高空作业、减少多次拼装和后续作业量，具有拼装快捷高效、拼装质量易控制保证、拼装风险降低等显著优点。

需要说明的是，本实施例中的拱形钢结构01的数量为多层(也可称为多圈，或多环)，拼装机10需要将多层拱形钢结构01沿隧道逐一进行拼装，每层拱形钢结构01呈拱形的开口环状，由若干钢结构分块组拼而成。

在本实施例中，对整环的拱形钢结构01进行分块设计与生产，即上述若干钢结构分块组拼而成的方案，解决了路面运输限高、限宽等问题。

示例性的，以钢结构分块的数量等于七为例，此时钢结构分块包括第一钢结构分块011、第二钢结构分块012、第三钢结构分块013、第四钢结构分块014、第五钢结构分块015、第六钢结构分块016和第七钢结构分块017，上述钢结构分块按序依次组拼成拱形钢结构01。

在拼装机10的每次拼装中，需要抓取和举升的拱形钢结构01至少为一层，也就是说，一层、两层以及至于更多层的拼装方式同应属于本实施例的说明范围。

需要注意的是，传统隧道内钢结构拼装需在高空对接、合拢，隧道的作业面空间受限，客观的造成钢结构拼装难度大。而本实施例能从地面一次性抓举整环的拱形钢结构01，避免高空作业、减少多次拼装和后续作业量，具有拼装快捷高效、拼装质量易控制保证、降低整个拼装风险等显著优点。

除此以外，该拼装设备机械自动化程度高，操作灵活，拼装效率高、质量有保证。

示例性的，拱形钢结构01的拱形中部设有辅助拉杆018，辅助拉杆018供抓取装置134抓取固定，拼装机10通过直接抓取辅助拉杆018进而抓取固定整个拱形钢结构01。

在钢结构分块的数量等于七的实施例中，辅助拉杆018通过焊接固定在整环的拱形钢结构01的居中位置，辅助拉杆018的中段靠近第四钢结构分块014，辅助拉杆018的两端分别位于第三钢结构分块013和第五钢结构分块015处。

需要说明的是，上述实施例没有具体限定移动机构11的移动形式及其结构，也就是说，包括轮式、履带式等的移动方案，同应属于本实施例的说明范围。

在一种具体的实施方式中，移动机构11采用履带式，具体包括履带底盘111和回转支承112，履带底盘111的两侧设有履带实现前进、后退和转弯的动作，回转支承112装设于履带底盘111且可回转调整，回转支承112与车架12连接。

需要强调的是，现有的移动方案为采用轮式，因隧道内作业面空间狭小且路面条件复杂恶劣，拼装过程中，可能存在较大的打滑、侧翻等安全隐患。而本实施例采用全方位作业履带式底盘，能更好适应条件恶劣的施工环境；其左右两侧履带可正反转，实现狭小空间原地转向或掉头；履带底盘111重心低、承载能力强、牵引力大，带载行驶稳定性高；此外，回转支承112承受综合载荷的同时能承受较大的轴向、径向负荷和倾覆力矩。

示例性的，抓举机构包括举升部和抓取部，举升部包括外臂131、滑动装设于外臂131的内臂132以及驱动内臂132相对外臂131运动的第一伸缩油缸135，抓取部包括设于内臂132端部的抓取装置134。

在本实施例中，通过第一伸缩油缸135的油缸动作，驱动内臂132相对外臂131伸缩运动，进而带动抓取装置134及其抓取的拱形钢结构01的伸缩运动，当拱形钢结构01翻转至竖直状态时，其伸缩运动体现为举升(包括上升和下降)。

为了更好的技术效果，内臂132的端部还设有用于与抓取装置134一同锁紧辅助拉杆018的夹紧装置133。

示例性的，抓取装置134包括若干呈爪状的抓取钩1341，夹紧装置133包括呈爪状的夹紧钩1332以及驱动夹紧钩1332运动的第二伸缩油缸1331。

在本实施例中，夹紧钩1332在第二伸缩油缸1331的作用下，可绕轴正转或反转，从而实现抓紧或松开动作；抓取钩1341和夹紧钩1332的内周与辅助拉杆018的外周轮廓吻合，辅助拉杆018的下部分支撑限位于抓取钩1341，辅助拉杆018的上部分受夹紧钩1332夹紧固定。

示例性的，驱动机构采用油缸的驱动方式。

具体而言，车架12设有提拉油缸回转座122，驱动机构包括若干装设于提拉油缸回转座122且连接并驱动外臂131的提拉油缸136，提拉油缸136的数量可为对称设置的四个。

在本实施例中，臂架13安装于臂架回转座121上，为二级结构，由外臂131、内臂132组成，外臂131作为整个臂架13的基本臂，在提拉油缸136的作用下，臂架13可绕其回转轴相对于车架12做回转运动；内臂132一端设置有抓取装置134，用于抓取整环的拱形钢结构01的辅助拉杆018，内臂132另一端与第一伸缩油缸135相连，在第一伸缩油缸135的作用下，内臂132可沿外臂131伸缩，举升整环的拱形钢结构01。

除此以外，该拼装机10的车架12上还装设有配重块14、发动机系统15和液压系统16，配重块14位于车架12的后端，此时车架12还设有供发动机系统15装设的发动机系统安装座123。

在本实施例中，配重块14、液压油箱161、柴油箱162和散热器163等通过孔位固定于车架12；发动机系统15通过发动机系统安装座123固定于车架12，为整个设备提供动力；液压系统16为整个设备如油缸提供液压控制。

需要注意的是，本实施例不仅采用了臂架13和履带底盘111，还采用了液压系统16，故而综合了履带底盘111的良好的环境适应性、臂架13的抓举拼装的灵活性以及电液联控操作的精准及便利性等诸多优点。

在一种具体的工作过程中：

1)组拼成整环的拱形钢结构01：整环拱形钢结构01因路面运输限高、限宽等原因需进行分块设计与生产；在隧道内施工作业面，钢结构分块一至七及辅助拉杆018预先平铺在地面上，组拼成整环拱形钢结构01，并焊接连接成一体；

2)拼装机10抓紧整环拱形钢结构01：拼装机10移动到整环拱形钢结构01正前方，臂架13平放且内臂132端部的抓取装置134处于松开状态，调整臂架13位置，使抓取装置134握住拱形钢结构01的辅助拉杆018，然后作用第二伸缩油缸1331，夹紧装置133和抓取装置134直接夹紧辅助拉杆018，至此，拼装机10实现对整环拱形钢结构01的抓紧；

3)拼装机10举升整环拱形钢结构01：拼装机10抓紧整环拱形钢结构01后，作用提拉油缸136和第一伸缩油缸135，逐步拉起并举升整环拱形钢结构01，直至将整环拱形钢结构01垂直举起并脱离地面；

4)拼装机10拼装整环拱形钢结构01：拼装机10抓举整环拱形钢结构01并行走至安装位置，通过臂架13动作，将整环拱形钢结构01拼装至指定位置后，松开第二伸缩油缸1331，夹紧装置133和抓取装置134脱开辅助拉杆018，臂架13回位放平、拼装机10移开，直至完成一整环拱形钢结构01拼装；

5)重复上述步骤1)至步骤4)，完成隧道内拱形钢结构01一整环一整环的反复拼装，进而完成整个隧道内拱形钢结构01拼装。

本发明还提供一种隧道内拱形钢结构拼装方法，利用上述隧道内拱形钢结构拼装设备，包括：第一步，控制拼装机10对拱形钢结构01进行抓取、翻转和举升的操作，使拱形钢结构01离开地面；第二步，控制拼装机10移动至安装位置，对拱形钢结构01进行翻转和举升的操作，使拱形钢结构01垂直举起并拼装至指定位置。

在本实施例中，以拱形钢结构01水平放置为例，拼装机10在抓取卧式姿态的整环的拱形钢结构01时，抓取装置134抓取并与夹紧装置133夹紧辅助拉杆018，然后在油缸的作用下，逐步将拱形钢结构01拉起并举升脱离地面。

进一步的，上述第一步，即拼装机10对拱形钢结构01进行抓取、翻转和举升的操作的步骤之前，还包括：将若干钢结构分块输送至隧道；将钢结构分块平铺在地面后，组拼成拱形钢结构01；将组拼的拱形钢结构01固定为一体。

在本实施例中，先由若干钢结构分块组拼成整环的拱形钢结构01，可通过焊接的方式连接为一体；然后再实现一次性抓举和拼装整环的拱形钢结构01。

需要注意的是，在传统做法中，钢结构若干分块需在高空对接、合拢，拼装效率低的同时质量难以保证。而本实施例的方法不仅能实现拱形钢结构01整体精准拼装，施工安全、效率高、质量易保证；而且拱形钢结构01的若干分块在施工作业面预先组拼成整环并焊接或连接成一体后，再由拼装机10抓举进行拼装。

需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体与另外几个实体区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

以上对本发明所提供的隧道内拱形钢结构拼装设备及方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种隧道内拱形钢结构拼装设备，其特征在于，包括拱形钢结构(01)和拼装机(10)；所述拼装机(10)包括车架(12)，固定装设于所述车架(12)下侧的移动机构(11)以及转动装设于所述车架(12)前端的臂架(13)，所述臂架(13)设有用于抓取和举升所述拱形钢结构(01)的抓举机构，所述车架(12)的前端还设有驱动所述臂架(13)绕所述车架(12)翻转的驱动机构。

2.根据权利要求1所述的隧道内拱形钢结构拼装设备，其特征在于，所述拱形钢结构(01)的数量为多层，所述拼装机(10)每次抓取和举升至少一层所述拱形钢结构(01)；每层所述拱形钢结构(01)呈拱形的开口环状，由若干钢结构分块组拼而成。

3.根据权利要求2所述的隧道内拱形钢结构拼装设备，其特征在于，所述拱形钢结构(01)的拱形中部设有辅助拉杆(018)，所述辅助拉杆(018)供所述抓取装置(134)抓取固定。

4.根据权利要求1至3任一项所述的隧道内拱形钢结构拼装设备，其特征在于，所述移动机构(11)包括设有履带的履带底盘(111)以及装设于所述履带底盘(111)的回转支承(112)，所述回转支承(112)连接所述车架(12)。

5.根据权利要求3所述的隧道内拱形钢结构拼装设备，其特征在于，所述抓举机构包括举升部和抓取部，所述举升部包括外臂(131)、滑动装设于所述外臂(131)的内臂(132)以及驱动所述内臂(132)相对所述外臂(131)运动的第一伸缩油缸(135)，所述抓取部包括设于所述内臂(132)端部的抓取装置(134)。

6.根据权利要求5所述的隧道内拱形钢结构拼装设备，其特征在于，所述内臂(132)的端部还设有用于与所述抓取装置(134)一同锁紧所述辅助拉杆(018)的夹紧装置(133)。

7.根据权利要求6所述的隧道内拱形钢结构拼装设备，其特征在于，所述抓取装置(134)包括若干呈爪状的抓取钩(1341)，所述夹紧装置(133)包括呈爪状的夹紧钩(1332)以及驱动所述夹紧钩(1332)运动的第二伸缩油缸(1331)。

8.根据权利要求5所述的隧道内拱形钢结构拼装设备，其特征在于，所述车架(12)设有提拉油缸回转座(122)，所述驱动机构包括若干装设于所述提拉油缸回转座(122)且连接并驱动所述外臂(131)的提拉油缸(136)。

9.一种隧道内拱形钢结构拼装方法，利用如权利要求1至8任一项所述的隧道内拱形钢结构拼装设备，其特征在于，包括：

控制拼装机(10)对拱形钢结构(01)进行抓取、翻转和举升的操作，使所述拱形钢结构(01)离开地面；

控制所述拼装机(10)移动至安装位置，对所述拱形钢结构(01)进行翻转和举升的操作，使所述拱形钢结构(01)垂直举起并拼装至指定位置。

10.根据权利要求9所述的隧道内拱形钢结构拼装方法，其特征在于，所述拼装机(10)对拱形钢结构(01)进行抓取、翻转和举升的操作的步骤之前，还包括：

将若干钢结构分块输送至隧道；

将所述钢结构分块平铺在地面后，组拼成拱形钢结构(01)；

将组拼的所述拱形钢结构(01)固定为一体。

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