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施工的拱架安装台车整体结构如图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、连接于车体底部的走行机构4和支撑机构5以及拱架安装单元，其中车体包括台架1和工作平台20。

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以及连接固定于上顶板下的上支架1012，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，所述上支架通过第三纵移机构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A104，使上台架和下台架的高度随升降油缸调节。台架的结构如图2所示，上台架和下台架左右两侧各设置有两个升降油缸。拱架安装台车在施工时，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，拱架安装台车整体高度可调0～2m，满足全断面施工的同时能适应台阶法施工。另外下台架的高度通过升降油缸可达3.5m～4.5m(包含走行机构的高度)，当钻爆孔完成后，出渣车可从下台架的下方进入开挖面并出渣，实现出渣和拱架安装的平行作业，提高隧道施工效率，降低施工成本。

第三纵移机构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、第三托轮1033、第三托轨1034、安装于台架支座两侧的靠近台车后端的第三滑轮1035、连接于台架支座底部的第三齿条1036以及连接于上支架上的固定连接的第三液压马达1037和第三齿轮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，使台架支座和上台架整体在台架轨道上移动，第三纵移机构的结构如图3所示，所述第三托轨连接于台架支座的底部并与第三齿条平行设置，第三托轮跨坐于第三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2和图4所示；所述悬挂架通过第四纵移机构200悬挂连接于台架的两侧，使工作平台沿台架纵向移动，所述第四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四齿条、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四液压马达和第四齿轮，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，所述第四齿轮与第四齿条啮合，通过第四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。

拱架安装单元包括用于多榀顶拱预拼装的顶拱拼装车31、拱架运输车33、悬臂吊35、第一纵移机构32、第二纵移机构34、机械手36、工作臂37和拱架支撑杆38，其中工作臂设置有两个，均正置安装固定于台架的前端并位于上顶板的上表面，工作臂的位置如图1所示，所述工作臂包括机架371、回转组件372、变幅组件373、基础臂架374和伸缩臂架375，其中机架与上顶板连接，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，工作臂的结构如图5所示。拱架安装时，在工作臂上连接抓取手工作属具，这样工作臂配合人工将侧拱依次抓取至大致位置，靠在隧道边墙上。

机械手和拱架支撑杆均安装固定于上台架两侧的工作平台的伸缩平台上且均位于伸缩平台的前端，拱架支撑杆位于上层伸缩平台上，机械手位于下层工作平台上。机械手具有三个自由度，可以实现侧拱的抓取、托举等辅助安装动作，代替人工实现侧拱与顶拱的对孔、调整等工作，有效节省人力，提高工作效率。拱架支撑杆通过销轴连接有斜撑杆39，拱架安装时，装上销轴，将拱架支撑杆立起，拱架安装完成后，拔下销轴，把拱架支撑杆放平，方便工人通行及作业，在顶拱与侧拱对孔连接时，拱架支撑杆用于支撑顶拱。悬臂吊设置于上台架的后端，悬臂吊用于顶拱的起吊，本实施例中，悬臂吊配置1t电动葫芦。拱架安装单元在上台架和工作平台上的安装位置见图1，悬臂吊、机械手和拱架支撑杆的结构如图6所示。

第一纵移机构和第二纵移机构均安装于上台架上并沿台车方向平行设置，且第二纵移机构位于上台架上的外侧，第一纵移机构位于上台架上的内侧，顶拱拼装车的左右两端均安装在第一纵移机构上并通过第一纵移机构纵向移动，拱架运输车安装在第二纵移机构上并通过第二纵移机构纵向移动，本实施例中，第二纵移机构34包括呈工字型的运输车轨道341、跨坐于运输车轨道上的运输车支座342、安装于运输车支座底部的运输车走行轮、位于工作臂支座上的固定连接的第二液压马达和马达输出轴齿轮以及固定连接于运输车走行轮上的第二齿轮，运输车支座与拱架运输车固定连接，马达输出轴齿轮和第二齿轮啮合，第二液压马达驱动马达输出轴齿轮和第二齿轮传动并带动拱架运输车整体纵向移动，运输车轨道连接于上台架上且运输车轨道的长度与上台架的长度一致。所述拱架运输车33包括伸缩式结构的立柱331以及连接于立柱顶部的拱架加紧装置332，其中立柱通过升降油缸调节高度。悬臂吊将起吊的顶拱放置于拱架运输车上，由拱架运输车纵移到顶拱拼装车对应位置后，将拱架运输车的高度调低，从而将顶拱放置于顶拱拼装车上，拱架运输车和第二纵移机构的结构如图7所示。

所述第一纵移机构32为双重纵移结构，能够实现滑轨和顶拱拼装车整体在上台架上移动，还能够实现顶拱拼装车在滑轨上移动。第一纵移机构包括连接固定于上台架上表面的固定轨321、安装于固定轨内的滑轨322、第一托轮323、第一托轨324、安装于滑轨两侧的靠近台车后端的第一滑轮325、连接于滑轨底部的第一齿条326以及连接于上支架上的固定连接的第一液压马达327和第一齿轮328，其中固定轨为由两条截面呈“[”型的钢轨拼装的沟槽式结构，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，使滑轨在固定轨上移动，所述第一托轨连接于滑轨的底部并与第一齿条平行设置，第一托轮跨坐于第一托轨上并连接固定于靠近台车前端的上支架上，避免滑轨在纵移时脱离固定轨；所述滑轨顶部设置有顶拱拼装车轨道329，顶拱拼装车安装于顶拱拼装车轨道上并沿滑轨纵向移动，滑轨和顶拱拼装车轨道的长度与上台架的长度一致，第一纵移机构中滑轨及其它组件的连接结构如图8和图9所示。

所述顶拱拼装车31包括整体呈拱形的车架311、拱架顶升组件312以及拼装车纵移组件313，所述车架包括位于顶部的呈矩形的顶架3111、与顶架四角连接的呈半拱形的支撑架3112以及沿台车方向设置的连接于两根平行支撑架之间的纵架3113，三者连接为一体式结构，所述拱架顶升组件呈矩阵分布于顶架上，沿垂直于台车方向分布的拱架顶升组件为一组，拱架顶升组件设置有三组以上，所述顶架上位于台车前后端的两侧通过伸缩油缸连接有呈“]”型的伸缩节314，伸缩节上设置有一组以上的拱架顶升组件，通过伸缩油缸调节伸缩节上的拱架顶升组件与顶架上的拱架顶升组件之间的距离。本实施例中顶架上设置有三组拱架顶升组件，每组拱架顶升组件之间的距离为0.6m，两侧的伸缩节上各设置有一组拱架顶升组件，与顶架上位于中间的拱架顶升组件间用于三榀拱架的安装，在实现顶部三榀拱架的组装及整体立架的同时还能调节每榀拱架之间的距离调节间距为0.6m～1.2m，从而满足不同工况立架需求。所述支撑架为伸缩式结构，通过连接于纵架和纵移架之间的升降油缸B315调节支撑架的高度。拱架顶升组件包括顶升油缸3121以及连接于顶升油缸顶部的呈凹槽型的顶升件3122，通过顶升油缸调节顶升件的高度，所述拼装车纵移组件包括沿台车方向设置的连接于两根平行支撑架底部的纵移架3131、安装于纵移架底部的拼装车走行轮3132、安装于纵移架侧面的固定连接的第五液压马达3133和马达输出轴齿轮以及固定连接于拼装车走行轮上的第五齿轮，拼装车走行轮跨坐于第二纵移机构上，马达输出轴齿轮和第五齿轮啮合，第五液压马达驱动马达输出轴齿轮和第五齿轮传动并带动拱架安装车整体纵向移动，顶拱拼装车的结构如图10所示。

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11，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12所示。

本发明提供的用于隧道施工的拱架安装台车进行拱架安装作业的步骤为：台车后端的悬臂吊将一榀顶拱吊放于台车上两侧的拱架运输车上，两个拱架运输车通过第二纵移机构同步移动并将顶拱驮运至与顶拱拼装车上的一组拱架顶升组件处于同一条直线上的位置处，将拱架运输车的高度调低，从而使顶拱放置于一组拱架顶升组件上，拱架运输车再次移动到台车后端，并循环上述操作直至顶拱拼装车放置有三榀拱架，每榀拱架之间的距离通过伸缩节进行调节。在隧道施工中出渣作业完成后，将台车移动至拱架安装位置并通过连接有抓取手工作属具的工作臂将侧拱抓取至边墙，顶拱拼装车通过第一纵移机构移动至与拱架支撑杆同一条直线上，调节顶拱拼装车的高度，使其中一榀顶拱放置于拱架支撑杆上，再通过机械手抓取一榀侧拱，并调整侧拱与顶拱的位置项对应，侧拱和顶拱对接完成后，通过人工进行拱架以及网片焊接，从而完成拱架安装作业。通过第三纵移机构以及双重纵移结构的第一纵移结构，能够满足全断面法和台阶法对拱架安装距离的要求，其中台阶法中，双重纵移结构的第一纵移结构能够实现台车整体位于施工面前，而顶拱拼装车可以直接纵移到上台阶上，从而实现上台阶上拱架的安装。另外顶拱拼装车通过伸缩式结构的支撑架以及拱架顶升组件可以实现拱架安装的高度调节，从而使顶拱拼装车能够满足不同高度台阶法的拱架安装施工，适用性强。