一种隧道多功能作业台车

金景梅

摘要：介绍了一种隧道多功能作业台车，包括：车身，作为配装载体部分;装于车身上且能实施单独和平行作业的主工作臂、第一侧工作臂和第二侧工作臂，两侧工作臂分居于主工作臂两侧;主工作臂的前端铰接主机械手，第一侧工作臂的前端铰接第一侧机械手，第二侧工作臂的前端铰接第二侧机械手;主机械手、第一侧机械手、第二侧机械手均铰接有第一驱动件，第一驱动件连接有改变第一驱动件位置的第二驱动件，第二驱动件设置在对应工作臂前端。隧道多功能作业台车能使各工作臂便捷、省时地实现配合操作，且能实现缓慢调节，使得工件较准易于操作，且校准精确。

关键词：台车;隧道多功能作业;工作臂;机械手

0  引言

随着我国交通事业的快速发展，高等级公路、铁路建设步伐的加速，迫切需要提高我国隧道施工的机械化水平。在软弱围岩隧道施工中支护是一个重要步骤，支护的其中一个重要工序就需要隧道多功能作业台车来实现。

本设计涉及隧道施工设备技术领域，更确切地说涉及一种隧道多功能作业台车，为了更快更完善的进入国家隧道行业，要设计更好更先进的隧道多功能作业台车去满足市场和国家需要。

在铁路、公路、地下工程、引水工程等隧道施工中，常需要进行一些操作，如：沿隧道的长度方向间隔铺设多个钢拱架以防止隧道塌方、辅助锚杆锚网的安装、辅助撬毛和通风管作业等。而对于多项作业的实施，常需要多台设备配合完成，由此带来成本增加，且操作不便。

为此，多功能作业台车适时出现，但该类型的台车仅具备有限作业功能的组合，且在配合实施时，特别是各工作臂之间的配合操作较为困难，很难做到单独作业或平行作业，且在作业调节时，很难灵活做到缓慢调节，致使工件校准难度化提升。

1  一种隧道多功能作业台车机构

本设计要解决的技术问题是，提供一种隧道多功能作业台车，能使各工作臂便捷、省时地实现配合操作，且能实现缓慢调节，使得工件较准易于操作，且校准精确。

一种隧道多功能作业台车，其特征在于，包括：车身，用以作为台车组成部件的配装载体部分;配装于车身上且能实施单独作业和平行作业的主工作臂、第一侧工作臂和第二侧工作臂，第一侧工作臂和第二侧工作臂分居于主工作臂两侧;主工作臂的前端铰接主机械手，第一侧工作臂的前端铰接第一侧机械手，第二侧工作臂的前端铰接第二侧机械手;主机械手、第一侧机械手、第二侧机械手均铰接有驱动自身枢转的第一驱动件，的第一驱动件连接有改变第一驱动件位置的第二驱动件，的第二驱动件设置在对应工作臂前端;主工作臂、第一侧工作臂、第二侧工作臂的前端均通过小回转机构配装有底座，第二驱动件设置于底座;底座上配装有工作操作平台。

第二驱动件包括第二缸体以及滑动连接在第二缸体内的第二伸缩杆，第二缸体固定连接在底座，第二伸缩杆端部与第一驱动件连接;第一驱动件包括第一缸体以及滑动连接在第一缸体内的第一伸缩杆，第一伸缩杆与对应机械手铰接;第二伸缩杆与第一缸体固定连接;第二伸缩杆与第一缸体铰接;第一缸体远离第一伸缩杆的端部与第二伸缩杆铰接;底座包括支撑框，第二缸体固定连接支撑框内;第二驱动件沿水平方向设置;主工作臂铰接于车身，主工作臂还配置驱动其在竖直平面内枢转的第三驱动件。

第一侧工作臂和第二侧工作臂分别铰接在配装于车身的大回转机构上以实现在水平平面内的转动，第一侧工作臂和第二侧工作臂分别配置驱动其在竖直平面内枢转的第四驱动件;主机械手包括顶部配设第一夹头的中心机械手，中心机械手包括外管和内管，外管的下端与底座转动配合，第一驱动件用于驱使外管转动，内管滑动配合于外管内，内管背离底座的上端露置于外管外，第一夹头与内管的上端转动配合，外管的两侧分别安装有用于抵靠工件且推动工件抬高的动力臂;动力臂的顶部配設顶托架;第一侧机械手和第二侧机械手的端部均铰接有第二夹头，第二夹头与对应侧机械手间安装有第一辅助驱动机构以实现第二夹头的上下摆动;第一侧机械手和第二侧机械手均包括若干节臂段，若干节臂段间通过铰接方式并依次串联形成臂体，臂段的摆动方向侧安装有第二辅助驱动机构并实现整个侧机械手的左右摆动;第二夹头包括主夹头、侧托架，侧托架的一端与所述主夹头共同铰接于臂体的顶部，侧托架的另一端与所述臂体间通过第一辅助驱动机构连接，侧托架的主体与所述主夹头的主体间呈活动连接;主工作臂还通过枢转轴连接于所述车身，车身上还配装有第五驱动件，第五驱动件的驱动端还通过连接架体连接所述主工作臂以驱动主工作臂于水平方向的枢转。

2  工作原理

本设计的隧道多功能作业台车，具有三个工作臂、三个工作操作平台及三个机械手。三个工作臂能实现独立控制，可单独或平行作业，操作可控及自由度得到优化。三个工作操作平台均可供操作者站于平台上进行如辅助锚杆锚网的安装、辅助撬毛和通风管作业等操作，更加凸显多功能化。而三个机械手在第一驱动件、第二驱动件的配设下，能实现自身摆动端10-15毫米/秒的摆动，大大降低了摆动速度，即能实现摆动角度的微调，利于夹持工件的调整校准，机械手能十分准确的到达安装位置，实现工件的精准对准操作。而所述第一侧工作臂和第二侧工作臂分居于主工作臂两侧，该布局配设，适合于拱架的多段夹持、对接、安装于隧道，由此使得作业台车的多功能化更加凸显。

本机设备结构紧凑，宽度仅为1.2m，机器机面无顶棚高度仅为1.27m，因此特别适用于狭窄及低矮工作面作业。整体布局合理，易于保养，油泵及控制阀防护罩可完全打开，便于检查、保养。全液压系统控制，液压系统先进，管路布置合理，安全稳定性好。

本设计的隧道多功能作业台车，具有三个工作臂、三个工作操作平台及三个机械手。三个工作臂能实现独立控制，可单独或平行作业，操作可控及自由度得到优化。三个工作操作平台均可供操作者站于平台上进行如辅助锚杆锚网的安装、辅助撬毛和通风管作业等操作，更加凸显多功能化。而三个机械手在第一驱动件、第二驱动件的配设下，能实现自身摆动端10-15毫米/秒的摆动，大大降低了摆动速度，即能实现摆动角度的微调，利于夹持工件的调整校准，机械手能十分准确的到达安装位置，实现工件的精准对准操作。而所述第一侧工作臂和第二侧工作臂分居于主工作臂两侧，该布局配设，适合于拱架的多段夹持、对接、安装于隧道，由此使得作业台车的多功能化更加凸显。

本设计的隧道多功能作业台车，包括车身、主工作臂、第一侧工作臂和第二侧工作臂。其中车身用以作为台车组成部件的配装载体部分，也就是说车身可以理解为各部件的安装载体，可供各部件进行安装、布设。

主工作臂、第一侧工作臂和第二侧工作臂配装于车身上且能实施单独作业和平行作业，而所述第一侧工作臂和第二侧工作臂则分居于主工作臂的两侧。可以理解的是，主工作臂第一侧工作臂和第二侧工作臂可以单独作业，同时也可以平行作业，也就是协同配合作业，由此作业方式可选性强，适合作业方式多需求工况。

主工作臂的前端铰接主机械手，所述第一侧工作臂的前端铰接第一侧机械手，所述第二侧工作臂的前端铰接第二侧机械手。各机械手分别铰接在各自的工作臂上，由此每个工作臂的前端都配设机械手，以用于抓取相应的工件，如拱架，并在机械手和工作臂的配合作用下实现工件的对准、安装。

主机械手、第一侧机械手、第二侧机械手均铰接有驱动自身相对相应工作臂转动的第一驱动件，所述的第一驱动件连接有改变第一驱动件位置的第二驱动件，所述的第二驱动件设置在对应工作臂的前端。

主工作臂、第一侧工作臂、第二侧工作臂的前端均配装有小回转机构，所述小回转机构的输出端上配装有底座，而所述第二驱动件则设置于所述底座中，相应机械手则与对应的底座连接。

其中小回转机构可以理解为能实现回转输出运动的驱动器，可以是回转电机等回转驱动设备，也可以是非回转电机驱动，如采用连杆机构，并利用油缸进行驱动的机构。随着小回轉机构输出端的回转，从而带动底座回转，在底座的回转下，同时带动与其连接的相应机械手回转，当然回转角度可按照所需设计进行限制。通过第二驱动件调节第一驱动件的位置，当相应机械手由第一位置转动至第二位置时，前段部分第二驱动件沿机械手转动方向调节第一驱动件的位置，即可以加快摆动速度，实现快速摆动。当机械手快摆动至第二位置时，第二驱动件调节第一驱动件的位置，第一驱动件不运行，以实现小角度微调第一驱动件的位置，即实现了第一驱动件对机械手的微调，能实现机械手摆动端10-15毫米/秒的摆动，大大降低了摆动速度，即能实现角度的微调。在本实施例中，需要说明的是，第一位置和第二位置是根据工件拾取位置、工件对准位置而来的，当然，也可以是所需求的其他适合位置。

且可以根据机械手与底座之间的铰接位置设置第一驱动件，而第二驱动件可以根据第一驱动件的位置进行设置，即只要能沿相应机械手摆动方向调节第一驱动件的位置即可以实现对摆动速度的调节，不仅能快速调节且能实现角度的微调，利于夹持工件的调整校准，第二驱动件可以水平设置、竖直设置也可以倾斜设置。第一驱动件和第二驱动件为长度上变化的驱动件即可，例如油缸、气缸、螺杆等。

动力单一化，能耗低，整机功率37千瓦，全部动力集中组成动力模块，分别用于一联主泵、一联辅泵。液压系统采用先进的负载敏感变量系统采用比例先导集成控制，大大提高了系统的工作效率，降低了能耗，在提高工作效率的前提下，同时降低了功率损耗，减少了液压及电气系统的发热，提高了整机及液压系统的可靠性。

挖斗可与破碎锤灵活互换，可对巷道底板、侧帮底部进行破碎、修护等，对大块岩石、煤块等进行破碎，以便装运。

隧道多功能作业台车操作简单，易学易会，操作方便舒适，标准配置的操作杆、操作平稳，靠背椅接近人体形状，牢固耐用，可有效缓解驾驶员的操作疲劳。配有可拆卸司机顶棚，在为操作者提供防护的同时还可调节顶棚高度，提高设备的通过能力，配备有矿用隔爆型电缆卷筒，能实现设备进退场灵活自动收放电缆，节省人力物力，提高安全性，自动化程度更高，使装载机进退场更灵活自如，结构合理紧凑、动作灵活、操作简便，该机型受巷道宽度和高度方向的限制小，充分体现了产品的先进性、可靠性、适用性和经济性等特点。

3  结束语

本文介绍一种隧道多功能作业台车机构，并就其原理予以较为详实的阐述。通过试验和应用得出：隧道多功能作业台车机构的机械性能和液压性能以及电气性能同时满足了我们的需求，通过对液压马达驱动行星减速机结构的特殊设计解决了驱动方面的一大难题，也大大减少了零件的数量，提高了安装和拆卸的效率。

参考文献：

[1]罗继伟，罗天宇.滚动轴承分析计算与应用[M].北京：机械工业出版社，2009.

[2]罗继伟，马伟，杨咸启，罗天宇.滚动轴承分析（原书第五版第二卷）轴承技术的高等概念[M].北京：机械工业出版社，2010：93-102.

[3]张茂仪，王连兴.国内外拱架台车的概况与发展趋势[J].建设机械技术与管理，2018（002）：73-77.