CN116352674A - 一种用于拱锚一体台车的组合臂架系统及工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于拱锚一体台车的组合臂架系统及工作方法，解决了现有技术中组合臂架存在适用范围小的问题。本发明组合臂架系统，包括连接在台车上的折叠臂，折叠臂的一端通过回转机构连接在台车上、另一端通过折叠机构连接有伸缩臂，伸缩臂上设有双推梁钻臂和翻转式抓手；回转机构包括回转支撑和回转底座，回转支撑的内圈固定在台车上，回转底座固定在回转支撑的外圈上，且回转支撑的外圈在回转驱动件的作用下能带动回转底座相对台车转动；折叠臂铰接在回转底座上且通过连杆驱动机构与回转底座相连接。本发明利用旋转式折叠臂与伸缩臂配合，多四边形连杆结构设计，增加臂架的覆盖范围；满足三台阶法施工隧道及全断面施工隧道的立拱需求。

Description

一种用于拱锚一体台车的组合臂架系统及工作方法

技术领域

本发明涉及用于拱锚一体台车技术领域，特别是指一种用于拱锚一体台车的组合臂架系统及工作方法。

背景技术

在隧道施工中，初支环节包括立拱、挂网、锁脚锚杆钻设、系统锚杆钻设工序，而现有的多功能臂架系统，对台阶法施工适应性未做详细说明。在实际三台阶法施工中，由于臂架无法伸到上台阶，均采用人工立拱。并且上台阶空间小，锁脚锚杆和系统锚杆作业均靠人工完成，耗时费力，并存在安全隐患。

在立拱时，现有臂架系统的机械抓手不能适应多榀拱架作业，即无法同时立两榀或三榀拱架。现有技术的组合臂架：申请号202110243212.2的中国专利一种隧道施工组合臂架、申请号为202122542787.2的中国专利一种拱锚臂及拱锚台车》能实现立拱和锁脚锚杆功能，但对于覆盖范围、三台阶法施工适应性未做出针对性说明，针对复杂的地下隧道空间存在适用范围小的问题，且工作效率有待进一步提升。

发明内容

针对上述背景技术中的不足，本发明提出一种用于拱锚一体台车的组合臂架系统及工作方法，解决了现有技术中组合臂架存在适用范围小的问题。

本发明的技术方案是这样实现的：一种用于拱锚一体台车的组合臂架系统，包括连接在台车上的折叠臂，折叠臂的一端通过回转机构连接在台车上、另一端通过折叠机构连接有伸缩臂，伸缩臂上设有双推梁钻臂和翻转式抓手；所述回转机构包括回转支撑和回转底座，回转支撑的内圈固定在台车上，回转底座固定在回转支撑的外圈上，且回转支撑的外圈在回转驱动件的作用下能带动回转底座相对台车转动；所述折叠臂铰接在回转底座上且通过连杆驱动机构与回转底座相连接。

进一步，所述双推梁钻臂包括双回转机构和双推滑动机构，双推滑动机构设置在双回转机构上，且双推滑动机构上设有凿岩机和对应的钻杆。

作为优选，所述双回转机构包括能在水平面内转动的回转驱动Ⅰ和能在竖直面内转动的回转驱动Ⅱ，回转驱动Ⅱ设置在回转驱动Ⅰ上，回转驱动Ⅱ上设有梁底座，双推滑动机构设置在梁底座上。

作为优选，所述双推滑动机构包括平行设置的下推进梁和上推进梁，下推进梁通过摩擦座滑动连接在梁底座上，且下推进梁与梁底座之间设有驱动下推进梁相对梁底座运动的补偿油缸；上推进梁通过摩擦板滑动连接在下推进梁上，且上推进梁与下推进梁之间设有驱动上推进梁相对应下推进梁运动的伸缩油缸；上推进梁上设有推动凿岩机相对应上推进梁运动的推进油缸。

进一步，所述连杆驱动机构包括设置在回转底座上的第一连杆，第一连杆的一端铰接在回转底座上、另一端铰接有第二连杆和第一油缸，第二连杆的另一端铰接在折叠臂的中部，第一油缸的另一端铰接在折叠臂的上部；第一连杆、第二连杆、回转底座及折叠臂的中下部组成平行四边形连杆机构。作为优选，所述折叠臂与回转底座的铰接轴上连接有旋转编码器。

其中，所述折叠臂为“7”字型结构，所述折叠机构包括铰接在折叠臂顶部横梁上的第三连杆和铰接在伸缩臂上的第四连杆，第三连杆和第四连杆通过铰接轴A铰接成角型架，铰接轴A上还铰接有第二油缸，第二油缸的伸缩端铰接在伸缩臂上且靠近双推梁钻臂；所述伸缩臂上且靠近折叠臂的一端设有倾角仪。

进一步，所述伸缩臂的伸缩端部设有摆动机构，摆动机构上设有俯仰机构，俯仰机构上设有翻转式抓手；所述摆动机构包括铰接在伸缩臂伸缩端部的第一连接座，伸缩臂与第一连接座之间连接有第一摆动油缸，在第一摆动油缸的作用下，第一连接座能绕铰接轴Ⅰ做水平面内的左右摆动；所述俯仰机构包括铰接在第一连接座上的抓手臂，抓手臂与第一连接座之间设有第一俯仰油缸，在第一俯仰油缸的作用下，抓手臂能绕铰接轴Ⅱ做竖直面内的俯仰动作，翻转式抓手设置在抓手臂上。

进一步，所述翻转式抓手包括铰接在抓手臂端部的第二连接座，第二连接座与抓手臂之间设有第二俯仰油缸，在第二俯仰油缸作用下，第二连接座能绕铰接轴Ⅲ做竖直面内的俯仰动作；第二连接座上铰接有抓手板座，抓手板座的一端通过翻转油缸与第二连接座相连接；所述抓手板座上设有抓手组件，且抓手板座上可拆卸设有稳定架，稳定架与抓手组件相对应设置；所述抓手组件包括两个对称设置的抓手，抓手的抓取部设有垫块，抓手的中部铰接在抓手板座上，抓手的下部通过夹紧油缸相连接，夹紧油缸位于抓手板座的下部。

进一步，所述的用于拱锚一体台车的组合臂架系统的工作方法，步骤如下：

S1：抓拱：将台车移动至距掌子面一定距离，利用折叠臂、伸缩臂和翻转式抓手的配合，对拱架进行正向抓拱或侧向抓拱，以进行全断面法施工或台阶法施工；

S2：立拱：在全断面法施工中，立拱时，折叠臂架举升，调节伸缩臂俯仰角度，并使翻转式抓手的抓手保持水平朝上姿态，将拱架准确定位到隧道内壁特定安装位点；在台阶法施工中，立拱时，折叠臂俯仰配合伸缩臂俯仰，翻转式抓手的抓手保持水平朝上姿态，避开上台阶，并将台阶上的拱架送到隧道顶部特定安装位点；

S3：锚固：大隧道全断面和台阶法施工中，由于作业空间大，系统锚杆和锁脚锚杆的钻设采用双推进系统；在小断面隧道的台阶法施工中，由于作业空间小，上台阶锁脚锚杆的钻设采用单推进系统；然后利用系统锚杆和锁脚锚杆，对拱架进行固定；

S4：重复步骤S1~S4，直至完成所有拱架的安装。

步骤S1中对拱架进行正向抓拱时，折叠臂上仰至最大角度，此时伸缩臂不与车架干涉的最小角度为b，抓手臂上仰角度为b1，抓手向后摆动角度为b2，为保证能顺利抓拱，此时夹手要能调整到水平角度，需满足b1+b2=b；

对拱架进行侧向抓拱时，伸缩臂下俯的最大角度为c，伸缩臂下俯的最小角度为d，抓手臂下俯角度为a1，抓手向前摆动角度为a2，为保证能顺利抓拱，侧向抓拱时覆盖范围为（c~d）+ a1+ a2＞90°。

步骤S2中立拱时，折叠臂完全缩回，伸缩臂完全伸出并向上俯仰至角度a时，此处为抓手工作范围第一极限位置；然后折叠臂上仰至最大角度，伸缩臂完全伸出并上仰至最大角度e，此处为抓手工作范围第二极限位置；由于a>e，角度a为极限角度，抓手臂下俯角度为a1，抓手向前摆动角度为a2，为保证夹手水平向上，需满足a1+a2=a。

本发明的有益效果为：1、本发明利用旋转式折叠臂与伸缩臂配合，多四边形连杆结构设计，增加臂架的覆盖范围；折叠臂能在回转机构的作用下，在台车上进行平面内的转动，伸缩臂能在折叠机构的作用下进行一键收缩和展开，提高其作业覆盖范围，提高其适用性，满足三台阶法施工隧道及全断面施工隧道的立拱需求。2、双推梁钻臂和翻转式抓手形成的集成式组合钻臂可实现隧道施工初支环节立拱、挂网、锁脚锚杆、系统锚杆的多功能作业，并能同时进行多榀拱架的抓取和安装，降低移车频率，减少作业人员数量，提高初支施工效率。3、双推进梁钻臂搭载于臂架，利用其自由度多的特点，不仅适用于大隧道全断面施工，也适用于台阶法施工中，实现高精度立拱和凿岩定位，简单易操作；单线隧道或三台阶法施工适应性强，替代人工作业，降低安全风险。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对实施例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为本发明组合臂架结构示意图。

图2为本发明搭载于台车并处于折叠状态示意图。

图3为本发明回转机构结构示意图。

图4为翻转式抓手与伸缩臂连接结构示意图。

图5为翻转式抓手结构示意图。

图6为双推梁钻臂结构示意图。

图7为组合臂架系统正向抓拱状态示意图。

图8为组合臂架系统侧向抓拱时伸缩臂下俯的最大角度示意图。

图9为组合臂架系统侧向抓拱时伸缩臂下俯的最小角度示意图。

图10为组合臂架系统立拱过程作业覆盖范围示意图。

图11为抓手臂上下俯仰角度范围示意图。

图12为抓手上下俯仰角度范围示意图。

图13为抓手张开状态示意图。

图14为抓手抓取三铰拱状态示意图。

图15为抓手抓取网格拱状态示意图。

图16为大隧道全断面施工中本发明臂架与常规臂架抓拱状态对比图。

图17为大隧道全断面施工中本发明臂架与常规臂架立拱状态对比图。

图18为台阶法施工中本发明臂架与常规臂架抓拱状态对比图。

图19为台阶法施工中本发明臂架与常规臂架立拱状态对比图。

图20为本发明臂架双推梁钻臂工作状态示意图。

图21为本发明臂架一键收缩/展开控制流程图。

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付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。

如图1、2所示，实施例1，一种用于拱锚一体台车的组合臂架系统，包括连接在台车100上的折叠臂1，折叠臂1的一端通过回转机构5连接在台车100上、另一端通过折叠机构6连接有伸缩臂2，伸缩臂2上设有双推梁钻臂3和翻转式抓手4。折叠臂能在回转机构的作用下，在台车上进行平面内的转动，伸缩臂能在折叠机构的作用下进行一键收缩和展开，如图21所示，提高其作业覆盖范围，提高其适用性，满足三台阶法施工隧道及全断面施工隧道的立拱需求。双推梁钻臂3和翻转式抓手4形成的集成式组合钻臂可实现隧道施工初支环节立拱、挂网、锁脚锚杆、系统锚杆的多功能作业，并能同时进行多榀拱架的抓取和安装，降低移车频率，减少作业人员数量，提高初支施工效率。

如图3所示，本实施例中作为优选方案所述回转机构5包括回转支撑51和回转底座52，回转支撑51类似于轴承结构。回转支撑51的内圈固定在台车100上，回转底座52固定在回转支撑51的外圈上，且回转支撑51的外圈在回转驱动件53的作用下能带动回转底座52相对台车100转动；所述折叠臂1铰接在回转底座52上且通过连杆驱动机构7与回转底座52相连接。本实施例中回转驱动件53采用油缸件，回转底座两个铰点分别与两个油缸（A\B）铰接，油缸A、油缸B另一端与车架铰接。当回转座沿顺时针方向转动时，油缸B收缩回拉，油缸A伸出向外推，油缸A的小腔油口和大腔油口分别与油缸B的小腔油口、大腔油口相通，使回拉角度与外推角度相同，从而带动回转底座转动。

如图6所示，本实施例中所述双推梁钻臂3包括双回转机构和双推滑动机构，双推滑动机构设置在双回转机构上，在双回转机构作用下，双推滑动机构能进行水平面内和竖直面内的转动，而双推滑动机构能进行进行双倍行程运动，双推滑动机构上设有凿岩机31和对应的钻杆32，在双推滑动机构作用下，凿岩机31和钻杆32能进行大范围施工运动，提高施工适用性。

本实施例中所述双回转机构包括能在水平面内转动的回转驱动Ⅰ33和能在竖直面内转动的回转驱动Ⅱ34，回转驱动Ⅰ和回转驱动Ⅱ均包括回转部和驱动部，驱动部可采用电机或摆动油缸驱动回转部进行转动，形成回转支撑结构。回转驱动Ⅱ34设置在回转驱动Ⅰ33上，即回转驱动Ⅱ设置在回转驱动Ⅰ的回转部，在驱动部的作用下，回转驱动Ⅱ能进行水平面内转动，回转驱动Ⅱ34上设有梁底座35，同理，梁底座在回转驱动Ⅱ的作用下，能进行竖直面内的转动。而双推滑动机构设置在梁底座35上，在回转驱动Ⅰ和回转驱动Ⅱ的共同作用在，双推滑动机构既能进行水平面内的转动，又能进行竖直面内的转动，其灵活性大大提高，便于凿岩机带动钻杆进行大距离凿岩作业。

本实施例中作为优选方案，如图6所示，所述双推滑动机构包括平行设置的下推进梁36和上推进梁37，下推进梁36通过摩擦座38滑动连接在梁底座35上，且下推进梁36与梁底座35之间设有驱动下推进梁36相对梁底座35运动的补偿油缸39。补偿油缸39平行设置在下推进梁36与梁底座35之间且分别与两者铰接，补偿油缸可推动下推进梁做平移运动。上推进梁37通过摩擦板310滑动连接在下推进梁36上，且上推进梁37与下推进梁36之间设有驱动上推进梁37相对应下推进梁36运动的伸缩油缸311；伸缩油缸311可驱动上推进梁相对下推进梁做平移运动。上推进梁37上设有推动凿岩机31相对应上推进梁37运动的推进油缸312。上推进梁上部安装有凿岩机、钻杆等，钻杆在凿岩机前端安装，凿岩机在推进油缸的作用下进行凿岩作业。

实施例2，如图1所示，在实施例1的基础上，本实施例做出如下改进：

本实施例中所述连杆驱动机构7包括设置在回转底座52上的第一连杆71，第一连杆71的一端铰接在回转底座52上、另一端铰接有第二连杆72和第一油缸73，第二连杆72的另一端铰接在折叠臂1的中部，第一油缸73的另一端铰接在折叠臂1的上部，第一油缸用来驱动折叠臂的上下俯仰。第一连杆71、第二连杆72、回转底座52及折叠臂1的中下部组成平行四边形连杆机构。上述平行四边形连杆机构增加了折叠臂的俯仰角度。

作为优选方案，所述折叠臂1与回转底座52的铰接轴上连接有旋转编码器74。上述组合臂架具有一键收缩和展开功能，避免展开和收缩过程中误操作导致发生碰撞，操作简单。折叠臂与回转座的铰接点上安装有旋转编码器，将折叠臂与编码器旋转轴连接，编码器外壳固定在回转座上，可将折叠臂的位置角度实时进行传输。

本实施例中所述折叠臂1为“7”字型结构，所述折叠机构6包括铰接在折叠臂1顶部横梁101上的第三连杆61和铰接在伸缩臂2上的第四连杆62，第三连杆61和第四连杆62通过铰接轴A铰接成角型架，铰接轴A上还铰接有第二油缸63，第二油缸63的伸缩端铰接在伸缩臂2上且靠近双推梁钻臂3；第三连杆61、第四连杆62、折叠臂、伸缩臂组成四边形连杆机构，增加伸缩臂的俯仰角度。在第二油缸63作用下，伸缩臂能进行俯仰动作，实现其快速折合。所述伸缩臂2上且靠近折叠臂1的一端设有倾角仪64。倾角仪64可实时判断伸缩臂与水平面是否水平，保证在展开和收缩过程中，伸缩臂始终与水平面平行，直到结束。

实施例3，在实施例1或2的基础上，本实施例做出如下改进：

如图4、5所示，本实施例中所述伸缩臂2的伸缩端部设有摆动机构8，摆动机构8上设有俯仰机构9，俯仰机构9上设有翻转式抓手4；在摆动机构与俯仰机构的作用下，翻转式抓手可进行水平面内的摆动和竖直面内的俯仰动作，提高翻转式抓手的灵活性。

作为优选方案，所述摆动机构8包括铰接在伸缩臂2伸缩端部的第一连接座85，伸缩臂2与第一连接座85之间连接有第一摆动油缸86，在第一摆动油缸86的作用下，第一连接座85能绕铰接轴Ⅰ87做水平面内的左右摆动。铰接轴Ⅰ垂直水平面设置。优选地，所述俯仰机构9包括铰接在第一连接座85上的抓手臂88，抓手臂88与第一连接座85之间设有第一俯仰油缸89，在第一俯仰油缸89的作用下，抓手臂88能绕铰接轴Ⅱ810做竖直面内的俯仰动作，铰接轴Ⅱ810与铰接轴Ⅰ垂直设置。翻转式抓手4设置在抓手臂88上；翻转式抓手4在摆动机构和俯仰机构作用下，进行多自由灵活转动，可进行多榀拱架的抓取和安装，降低移车频率，提高初支施工效率。

进一步，所述翻转式抓手4包括铰接在抓手臂88端部的第二连接座11，第二连接座为三角座，第二连接座11与抓手臂88之间设有第二俯仰油缸12，在第二俯仰油缸12作用下，第二连接座11能绕铰接轴Ⅲ13做竖直面内的俯仰动作；铰接轴Ⅲ的设置方向与铰接轴Ⅱ轴线方向相同，均能实现俯仰动作，不同的是抓手臂的俯仰动作幅度大于第二连接座的俯仰幅度，完成类似粗调与微调的动作。第二连接座11上铰接有抓手板座14，抓手板座14的一端通过翻转油缸17与第二连接座11相连接；在翻转油缸作用下，抓手板座能进行竖直面内的翻转动作，改变抓手板座的抓取方向，提高其灵活性。所述抓手板座14上设有抓手组件15，且抓手板座14上可拆卸设有稳定架16，稳定架16与抓手组件15相对应设置。抓手组件15的数量根据需要可设置2个或多个，本实施例中优选为两个。稳定架为U型结构架，且位于两个抓手组件之间，稳定架16与抓手组件15能对多榀拱架进行稳定且牢固的抓取。机械臂第一摆动油缸86和第一俯仰油缸89一上一下设置，分别来驱动抓手的上下俯仰和前后俯仰动作，三角座与抓手的一侧布置有驱动油缸，驱动抓手实现左右俯仰动作，保证拱架姿态调整灵活，定位精准。

具体来说，所述抓手组件15包括两个对称设置的抓手15-1，抓手15-1的抓取部设有垫块15-2，垫块的使用，能使抓手牢固夹紧在拱架上，确保抓取的稳定。抓手15-1的中部铰接在抓手板座14上，抓手15-1的下部通过夹紧油缸15-3相连接，夹紧油缸15-3位于抓手板座14的下部；在夹紧油缸作用下，两个抓手进行夹紧与否。抓手抓取拱架时，一对夹手完全张开，其开口距离为L1，三角拱架底部宽度距离L2，钢格栅宽度距离L3，满足：L1>L2， L1>L3，可抓取不同类型拱架，增大对施工现场的适应性。两对抓手在油缸的作用下往下压，最终压向底面，此时左右一对抓手中间留有间隙，可实现直接抓取型钢拱架底面，并且与型钢的中间横筋有间隙，为拱架姿态进行微调提供空间；也可抓取拱架中间的连接钢筋，两抓手分别垂直压在钢筋上，防止托举过程中拱架窜动。设置机械臂目的是为抓手抓取多榀拱架预留空间，不会与臂架后端结构干涉。抓取单榀拱架时，两对抓手分别抓取拱架底面；抓取两榀时，抓取两拱架间的连接钢筋；抓取三榀拱架时，抓取中间拱架底面，确保抓取的稳定性。

实施例4，一种实施例2或3所述的用于拱锚一体台车的组合臂架系统的工作方法，其特征在于：步骤如下：

S1：抓拱：将台车100移动至距掌子面一定距离，利用折叠臂1、伸缩臂2和翻转式抓手4的配合，对拱架进行正向抓拱或侧向抓拱，以进行全断面法施工或台阶法施工。在全断面法施工抓拱中，如图16所示，施工时拱架放在掌子面前面，折叠臂架抓拱距离短，适应性强。常规臂架抓拱距离长，台车需要停在距离拱架较远位置，会降低臂架的有效覆盖范围。在三台阶法施工中，如图18所示，拱架放在二台阶上，台车开到掌子面，折叠式组合臂架折叠臂俯仰，伸缩臂俯仰两个动作组合，将抓手调整到水平朝上，夹手张开，可抓取拱架。常规臂架一个俯仰动作，由于臂长限制，无法抓取拱架，施工中只能增大停车距离来满足抓拱需求。

如图7所示，对拱架进行正向抓拱时，折叠臂上仰至最大角度，此时伸缩臂不与车架干涉的最小角度为b，抓手臂上仰角度为b1，抓手向后摆动角度为b2，为保证能顺利抓拱，此时夹手要能调整到水平角度，需满足b1+b2=b；如图11、12所示。

如图8、9所示，对拱架进行侧向抓拱时，伸缩臂下俯的最大角度为c，伸缩臂下俯的最小角度为d，抓手臂下俯角度为a1，抓手向前摆动角度为a2，为保证能顺利抓拱，侧向抓拱时覆盖范围为（c~d）+ a1+ a2＞90°，如图11、12所示。

S2：立拱：在全断面法施工中，立拱时，折叠臂架举升，调节伸缩臂俯仰角度，并使翻转式抓手4的抓手保持水平朝上姿态，将拱架准确定位到隧道内壁特定安装位点。如图19所示，在台阶法施工中，立拱时，折叠臂俯仰配合伸缩臂俯仰，翻转式抓手4的抓手保持水平朝上姿态，避开上台阶，并将台阶上的拱架送到隧道顶部特定安装位点。如图17所示，在全断面法施工立拱时，折叠臂架举升，伸缩臂俯仰角度m较小，方便抓手调整姿态。常规臂架俯仰角度n大，超出抓手调整范围，抓手不能姿态难以保持水平朝上，导致立拱时拱架定位困难。在三台阶法施工立拱时，折叠式组合臂架折叠臂俯仰＋伸缩臂俯仰，可将拱架送到隧道顶部，并且抓手姿态水平朝上。常规臂架受俯仰角度限制，无法避开上台阶。

如图9、10所示，立拱时其覆盖范围为：折叠臂完全缩回，伸缩臂完全伸出并向上俯仰至角度a时，此处为抓手工作范围第一极限位置；然后折叠臂上仰至最大角度，伸缩臂完全伸出并上仰至最大角度e，此处为抓手工作范围第二极限位置；由于a>e，角度a为极限角度，抓手臂下俯角度为a1，抓手向前摆动角度为a2，为保证夹手水平向上，需满足a1+a2=a。

S3：锚固：大隧道全断面和台阶法施工中，由于作业空间大，系统锚杆和锁脚锚杆的钻设采用双推进系统；在小断面隧道的台阶法施工中，由于作业空间小，上台阶锁脚锚杆的钻设采用单推进系统；然后利用系统锚杆和锁脚锚杆，对拱架进行固定；如图20所示。

在系统锚杆和锁脚锚杆的施工中，分为长、大隧道和小断面隧道施工，长、大隧道全断面和台阶法施工中，空间大，系统锚杆和锁脚锚杆的钻设采用双推进系统，首先钻臂在回转装置Ⅱ的作用下展开，随后上推进梁在梁伸缩油缸的作用下后退，装上钻杆，调整折叠臂架俯仰和伸缩臂的伸缩俯仰，将钻臂调整到合适位置，调整回转装置Ⅰ和回转装置Ⅱ，将钻臂钻头正对孔位，钻杆方向为钻孔方向，在补偿油缸的作用下推进梁前推使顶盘顶在隧道面，完成钻臂定位。随后凿岩机在油缸的作用下前推，行程完成后在控制系统的作用下完成切换，上推进梁在梁伸缩油缸的作用下继续前推，直至完成钻孔作业，控制系统控制凿岩机后退，然后上推进梁后退，随后进入下一循环。

在小断面隧道的台阶法施工中，空间小，上台阶锁脚锚杆的钻设采用单推进系统，首先钻臂在回转装置Ⅱ的作用下展开，装上短钻杆，调整折叠臂架俯仰和伸缩臂的伸缩俯仰，将钻臂调整到合适位置，调整回转装置Ⅰ和回转装置Ⅱ，将钻臂钻头正对孔位，钻杆方向为钻孔方向，在补偿油缸的作用下推进梁前推使顶盘顶在隧道面，完成钻臂定位。随后凿岩机在油缸的作用下前推，行程完成后在控制系统的作用下控制凿岩机后退，随后进行下一循环。

S4：重复步骤S1~S4，直至完成所有拱架的安装。

上述工法不仅适用于大隧道全断面施工，也适用于台阶法施工中；可实现隧道施工初支环节立拱、挂网、锁脚锚杆、系统锚杆的多功能作业，并能同时进行多榀拱架的抓取和安装，降低移车频率，减少作业人员数量，提高初支施工效率；单线隧道或三台阶法施工适应性强，替代人工作业，降低安全风险。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种用于拱锚一体台车的组合臂架系统，包括连接在台车（100）上的折叠臂（1），其特征在于：折叠臂（1）的一端通过回转机构（5）连接在台车（100）上、另一端通过折叠机构（6）连接有伸缩臂（2），伸缩臂（2）上设有双推梁钻臂（3）和翻转式抓手（4）；

所述回转机构（5）包括回转支撑（51）和回转底座（52），回转支撑（51）的内圈固定在台车（100）上，回转底座（52）固定在回转支撑（51）的外圈上，且回转支撑（51）的外圈在回转驱动件（53）的作用下能带动回转底座（52）相对台车（100）转动；所述折叠臂（1）铰接在回转底座（52）上且通过连杆驱动机构（7）与回转底座（52）相连接。

2.根据权利要求1所述的用于拱锚一体台车的组合臂架系统，其特征在于：所述双推梁钻臂（3）包括双回转机构和双推滑动机构，双推滑动机构设置在双回转机构上，且双推滑动机构上设有凿岩机（31）和对应的钻杆（32）。

3.根据权利要求2所述的用于拱锚一体台车的组合臂架系统，其特征在于：所述双回转机构包括能在水平面内转动的回转驱动Ⅰ（33）和能在竖直面内转动的回转驱动Ⅱ（34），回转驱动Ⅱ（34）设置在回转驱动Ⅰ（33）上，回转驱动Ⅱ（34）上设有梁底座（35），双推滑动机构设置在梁底座（35）上。

4.根据权利要求3所述的用于拱锚一体台车的组合臂架系统，其特征在于：所述双推滑动机构包括平行设置的下推进梁（36）和上推进梁（37），下推进梁（36）通过摩擦座（38）滑动连接在梁底座（35）上，且下推进梁（36）与梁底座（35）之间设有驱动下推进梁（36）相对梁底座（35）运动的补偿油缸（39）；上推进梁（37）通过摩擦板（310）滑动连接在下推进梁（36）上，且上推进梁（37）与下推进梁（36）之间设有驱动上推进梁（37）相对应下推进梁（36）运动的伸缩油缸（311）；上推进梁（37）上设有推动凿岩机（31）相对应上推进梁（37）运动的推进油缸（312）。

5.根据权利要求1~4任一项所述的用于拱锚一体台车的组合臂架系统，其特征在于：所述连杆驱动机构（7）包括设置在回转底座（52）上的第一连杆（71），第一连杆（71）的一端铰接在回转底座（52）上、另一端铰接有第二连杆（72）和第一油缸（73），第二连杆（72）的另一端铰接在折叠臂（1）的中部，第一油缸（73）的另一端铰接在折叠臂（1）的上部；第一连杆（71）、第二连杆（72）、回转底座（52）及折叠臂（1）的中下部组成平行四边形连杆机构。

6.根据权利要求5所述的用于拱锚一体台车的组合臂架系统，其特征在于：所述折叠臂（1）与回转底座（52）的铰接轴上连接有旋转编码器（74）。

7.根据权利要求1所述的用于拱锚一体台车的组合臂架系统，其特征在于：所述折叠臂（1）为“7”字型结构，所述折叠机构（6）包括铰接在折叠臂（1）顶部横梁（101）上的第三连杆（61）和铰接在伸缩臂（2）上的第四连杆（62），第三连杆（61）和第四连杆（62）通过铰接轴A铰接成角型架，铰接轴A上还铰接有第二油缸（63），第二油缸（63）的伸缩端铰接在伸缩臂（2）上且靠近双推梁钻臂（3）；所述伸缩臂（2）上且靠近折叠臂（1）的一端设有倾角仪（64）。

8.根据权利要求1~4、6、7任一项所述的用于拱锚一体台车的组合臂架系统，其特征在于：所述伸缩臂（2）的伸缩端部设有摆动机构（8），摆动机构（8）上设有俯仰机构（9），俯仰机构（9）上设有翻转式抓手（4）；

所述摆动机构（8）包括铰接在伸缩臂（2）伸缩端部的第一连接座（85），伸缩臂（2）与第一连接座（85）之间连接有第一摆动油缸（86），在第一摆动油缸（86）的作用下，第一连接座（85）能绕铰接轴Ⅰ（87）做水平面内的左右摆动；

所述俯仰机构（9）包括铰接在第一连接座（85）上的抓手臂（88），抓手臂（88）与第一连接座（85）之间设有第一俯仰油缸（89），在第一俯仰油缸（89）的作用下，抓手臂（88）能绕铰接轴Ⅱ（810）做竖直面内的俯仰动作，翻转式抓手（4）设置在抓手臂（88）上。

9.根据权利要求8所述的用于拱锚一体台车的组合臂架系统，其特征在于：所述翻转式抓手（4）包括铰接在抓手臂（88）端部的第二连接座（11），第二连接座（11）与抓手臂（88）之间设有第二俯仰油缸（12），在第二俯仰油缸（12）作用下，第二连接座（11）能绕铰接轴Ⅲ（13）做竖直面内的俯仰动作；第二连接座（11）上铰接有抓手板座（14），抓手板座（14）的一端通过翻转油缸（17）与第二连接座（11）相连接；所述抓手板座（14）上设有抓手组件（15），且抓手板座（14）上可拆卸设有稳定架（16），稳定架（16）与抓手组件（15）相对应设置；

所述抓手组件（15）包括两个对称设置的抓手（15-1），抓手（15-1）的抓取部设有垫块（15-2），抓手（15-1）的中部铰接在抓手板座（14）上，抓手（15-1）的下部通过夹紧油缸（15-3）相连接，夹紧油缸（15-3）位于抓手板座（14）的下部。

10.一种如权利要求8所述的用于拱锚一体台车的组合臂架系统的工作方法，其特征在于：步骤如下：

S1：抓拱：将台车（100）移动至距掌子面一定距离，利用折叠臂（1）、伸缩臂（2）和翻转式抓手（4）的配合，对拱架进行正向抓拱或侧向抓拱，以进行全断面法施工或台阶法施工；

S2：立拱：在全断面法施工中，立拱时，折叠臂架举升，调节伸缩臂俯仰角度，并使翻转式抓手（4）的抓手保持水平朝上姿态，将拱架准确定位到隧道内壁特定安装位点；在台阶法施工中，立拱时，折叠臂俯仰配合伸缩臂俯仰，翻转式抓手（4）的抓手保持水平朝上姿态，避开上台阶，并将台阶上的拱架送到隧道顶部特定安装位点；

S3：锚固：大隧道全断面和台阶法施工中，由于作业空间大，系统锚杆和锁脚锚杆的钻设采用双推进系统；在小断面隧道的台阶法施工中，由于作业空间小，上台阶锁脚锚杆的钻设采用单推进系统；然后利用系统锚杆和锁脚锚杆，对拱架进行固定；

S4：重复步骤S1~S4，直至完成所有拱架的安装。

11.根据如权利要求10所述的用于拱锚一体台车的组合臂架系统的工作方法，其特征在于：步骤S1中对拱架进行正向抓拱时，折叠臂上仰至最大角度，此时伸缩臂不与车架干涉的最小角度为b，抓手臂上仰角度为b1，抓手向后摆动角度为b2，为保证能顺利抓拱，此时夹手要能调整到水平角度，需满足b1+b2=b；

对拱架进行侧向抓拱时，伸缩臂下俯的最大角度为c，伸缩臂下俯的最小角度为d，抓手臂下俯角度为a1，抓手向前摆动角度为a2，为保证能顺利抓拱，侧向抓拱时覆盖范围为（c~d）+ a1+ a2＞90°。

12.根据如权利要求10所述的用于拱锚一体台车的组合臂架系统的工作方法，其特征在于：步骤S2中立拱时，折叠臂完全缩回，伸缩臂完全伸出并向上俯仰至角度a时，此处为抓手工作范围第一极限位置；然后折叠臂上仰至最大角度，伸缩臂完全伸出并上仰至最大角度e，此处为抓手工作范围第二极限位置；由于a>e，角度a为极限角度，抓手臂下俯角度为a1，抓手向前摆动角度为a2，为保证夹手水平向上，需满足a1+a2=a。

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