用於混凝土噴射且具有移動式迴轉支柱的臂架及操作方法

2023-09-21 08:03:50 2

專利名稱：用於混凝土噴射且具有移動式迴轉支柱的臂架及操作方法
技術領域：
本發明涉及用於混凝土噴射的臂架，具體地說，是涉及用於混凝土噴射且具有移動式迴轉支柱的臂架；該臂架特別適應隧道臺階法施工。
背景技術：
噴射混凝土進行初期支護是隧道及地下工程施工中重要的一部分，主要有人工噴射和機械手噴射兩種方式。人工手持噴嘴噴射的缺點是效率低、勞動強度大、對人體危害大、質量穩定性差，不能滿足長大隧道的快速施工要求。為了克服這一不足，採用機械手替代傳統的手工操作的辦法，但現有的技術，只能滿足在硬巖或圍巖穩定性較好的條件下實現快速施工，對於隧道的全斷面施工法比較適用，但與我國鐵路隧道實際的施工條件並不匹配，對於軟巖隧道、IV、V級圍巖常採用的臺階法(特別是三臺階法)，適用性受到了一定限制。

發明內容
本發明的目的是提供一種既適合全斷面施工、又能適合各種圍巖隧道及臺階法施工的用於混凝土噴射且具有移動式迴轉支柱的臂架及操作方法。為了實現上述目的，本發明採用的技術方案為用於混凝土噴射且具有移動式迴轉支柱的臂架，包括依次連接於臺車的固定支撐、升降調平組件臂、一級平臺、迴轉支柱、二節機械伸縮臂、噴頭組件，還包括臺車行走底盤，且所述固定支撐與臺車行走底盤連接；所述迴轉支柱還連接有俯仰油缸，且所述俯仰油缸遠離迴轉支柱的一端與二節機械伸縮臂連接。所述升降調平組件臂包括升降臂、調平臂、升降油缸、調平油缸，所述升降臂的兩端分別鉸接於固定支撐和一級平臺，且所述升降油缸兩端分別鉸接於臺車行走底盤和升降臂，所述調平臂兩端分別鉸接於調平油缸和一級平臺，且所述調平油缸又鉸接於臺車行走底盤，且所述升降臂通過連接件與調平臂鉸接。所述一級平臺在升降調平組件臂的牽引力的作用下進行升降移動，其升降移動的位移為其升降移動的位移為3000mm。所述一級平臺包括從動輪、主動輪和液壓馬達，主動齒輪與液壓馬達的轉動軸固定連接，且所述主動輪與從動齒輪嚙合，從動齒輪通過螺栓與迴轉支柱連接。所述迴轉支柱在從動齒輪的旋轉下進行腰轉運動，其迴轉支柱的腰轉角度為 360°。所述迴轉支柱遠離從動齒輪的一端與二節機械伸縮臂的一端連接。所述二節機械伸縮臂為內置有伸縮油缸的二節伸縮臂；二節機械伸縮臂包括第一節臂和第二節臂，所述伸縮油缸設置在第一節臂內並驅動第二節臂伸縮移動；所述第一節臂外壁與俯仰油缸鉸接。所述噴頭組件包括噴頭、以及連接於噴頭的擺動機構和旋轉機構，所述擺動機構和旋轉機構均與第二節臂遠離第二節臂的一端連接，且噴頭通過擺動機構繞轉動軸線進行 180°上下擺動，噴頭通過旋轉機構可繞伸縮臂軸線進行360°旋轉擺動。基於上述用於混凝土噴射且具有移動式迴轉支柱的臂架的操作方法，包括以下步驟
Al、調動升降調平組件臂的升降油缸對一級平臺進行抬升或降低，將一級平臺懸置在空中或放置在地面，同時啟動調平油缸對一級平臺進行調平；
Bi、啟動液壓馬達依次帶動主動齒輪、從動齒輪、迴轉支柱，使得迴轉支柱進行360°的腰轉運動；
Cl、啟動俯仰油缸，帶動二節機械伸縮臂進行仰俯擺動，當仰俯擺動一定的位置後，啟動伸縮油缸驅動第二節臂向前伸縮移動；
D1、通過控制上下擺機構和旋轉機構操作噴頭進行定向定點或者定面的噴射混泥土， 結合上下擺機構和旋轉機構的運動進行畫圓操作。上述操作步驟為當針對隧道全斷面施工後的斷面進行施工時，用於混凝土噴射且具有迴轉支柱的臂架進行的操作步驟。基於上述用於混凝土噴射且具有移動式迴轉支柱的臂架的操作方法，包括以下步驟
A2、調動升降調平組件臂的升降油缸對一級平臺進行抬升或降低，將一級平臺懸置在空中，當一級平臺抬升到第一級臺階高度後，同時啟動調平油缸對一級平臺進行調平，調平後，啟動臺車向前移動，使得一級平臺停靠在第一級臺階上；
B2、啟動液壓馬達依次帶動主動齒輪、從動齒輪、迴轉支柱，使得迴轉支柱進行360°的腰轉運動；
C2、啟動俯仰油缸，帶動二節機械伸縮臂進行仰俯擺動，當仰俯擺動一定的位置後，啟動伸縮油缸驅動第二節臂向前伸縮移動；
D2、通過控制上下擺機構和旋轉機構操作噴頭進行定向定點或者定面的噴射混泥土， 結合上下擺機構和旋轉機構的運動進行畫圓操作；
E2、當上述操作均完成且噴射混泥土操作完成後，需要在第二級臺階進行操作時，調動升降調平組件臂的升降油缸對一級平臺進行抬升或降低，將一級平臺懸置在空中或置於二級平臺上，當一級平臺抬升到第二級臺階高度後，同時啟動調平油缸對一級平臺進行調平， 調平後，啟動臺車向前移動，使得一級平臺停靠在第二級臺階上；後面操作如上述B2、C2、 D2，直到施工完成。上述操作步驟為當針對隧道臺階法施工後的斷面進行施工時，用於混凝土噴射且具有迴轉支柱的臂架進行的操作步驟。基於上述內容，本發明的設計原理為本發明為實用全斷面施工和臺階法施工，利用逐級升降設計原理，設計了包括固定支撐、升降調平組件臂、一級平臺、迴轉支柱、二節機械伸縮臂、噴頭組件，其中固定支撐、升降調平組件臂均連接在臺車行走底盤上。一級平臺通過升降油缸實現升舉；一級平臺通過調平油缸進行調平；一級平臺升舉調平後送到臺階上以實現臺階法施工。所述的迴轉支柱通過安裝在一級平臺內的液壓馬達實現迴轉，從而帶動連接其上的二節機械伸縮臂旋轉，實現全斷面施工，二節機械伸縮臂由內置伸縮油缸實現臂的伸縮，從面擴大施工斷面面積。
二節機械伸縮臂的俯仰運動由連接其上和迴轉支柱上的俯仰油缸實現。本臺車行走到隧道需要初期支護的隧道某位置後，在臺車行走底盤控制室內操作相關裝置，在各種油缸的作用下，可進行一下動作一級平臺3的舉升、調平，迴轉支柱4的腰轉，腰轉角度為360°，二節機械伸縮臂5的俯仰、伸縮，噴頭組件6的360°轉動、180° 擺動，噴嘴劃圓。當需要完成臺階法施工時，由升降臂將一級平臺升至臺階高度並置於平臺上，就可以重複完成以上動作，從而實現臺階法施工。為了解決臺階法施工時，各種複雜操作，本發明中最大的特點在於本發明設計有可升降調平地一級平臺，能滿足臺階法施工的複雜環境。 與前述現有同類產品相比，本發明的優點是。1、除能滿足在硬巖或圍巖穩定性較好的條件下實現快速施工外，對軟巖隧道也能正常快速施工。2、解決了 IV、V級圍巖臺階法、特別是三臺階法快速機械化施工方法，實現邊開挖，邊支護，提高了工效，有效地防止了圍巖坍塌，保護施工人員的安全。3、本發明結構更精簡，在施工中不需要支腿，快速進場與撤場，降低了製造成本和使用成本。


圖1是本發明的結構示意圖。圖2是一級平臺結構示意圖。圖3是迴轉支柱主視示意圖。圖4是迴轉支柱側視示意圖。圖5是二節機械伸縮臂結構示意圖。圖6是臺車整體結構圖。圖7是最低施工點位置示意圖。圖8是是最高施工點位置示意圖。圖9是本發明機構原理及臺階法施工示意圖。圖中的標號分別表示為1、固定支撐；2、升降調平組件臂；3、一級平臺；4、迴轉支柱；5、二節機械伸縮臂；6、噴頭組件；7、臺車行走底盤；8、俯仰油缸；9、從動齒輪；10、主動齒輪；11、液壓馬達；12、伸縮油缸；13、臺車；14、第一級臺階；15、第二級臺階；21、升降臂；22、調平臂；23、升降油缸；24、調平油缸；51、第一節臂；52、第二節臂。
具體實施例方式下面結合實施例對本發明作進一步地詳細說明，但本發明實施方式不限於此。實施例1
如圖1、2、3、4、5、6、7、8所示，用於混凝土噴射且具有移動式迴轉支柱的臂架，包括依次連接於臺車13的固定支撐1、升降調平組件臂2、一級平臺3、迴轉支柱4、二節機械伸縮臂5、噴頭組件6，還包括連接臺車13的臺車行走底盤7，且所述固定支撐1與臺車行走底盤 7連接；所述迴轉支柱4還連接有俯仰油缸8，且所述俯仰油缸8遠離迴轉支柱4的一端與二節機械伸縮臂5連接。升降調平組件臂2包括升降臂21、調平臂22、升降油缸23、調平油缸24，所述升降臂21的兩端分別鉸接於固定支撐1和一級平臺3，且所述升降油缸23兩端分別鉸接於臺車行走底盤7和升降臂21，所述調平臂22兩端分別鉸接於調平油缸24和一級平臺3，且所述調平油缸24又鉸接於臺車行走底盤7，且所述升降臂21通過連接件與調平臂22鉸接。一級平臺3在升降調平組件臂2的牽引力的作用下進行升降移動，其升降移動的位移為3000mm。一級平臺3包括從動齒輪9、主動齒輪10和液壓馬達11，主動齒輪10與液壓馬達 11的轉動軸固定連接，且所述主動齒輪10與從動齒輪9嚙合，從動齒輪9通過螺栓與迴轉支柱4連接。迴轉支柱4在從動齒輪9的旋轉下進行腰轉運動，其迴轉支柱4的腰轉角度為 360°。迴轉支柱4遠離從動齒輪9的一端與二節機械伸縮臂5的一端連接。二節機械伸縮臂5為內置有伸縮油缸12的二節伸縮臂；二節機械伸縮臂5包括第一節臂51和第二節臂52，所述伸縮油缸12設置在第一節臂51內並驅動第二節臂52伸縮移動；所述第一節臂51外壁與俯仰油缸8鉸接。噴頭組件6包括噴頭、以及連接於噴頭的擺動機構和旋轉機構，所述擺動機構和旋轉機構均與第二節臂52遠離第二節臂52的一端連接，且噴頭通過擺動機構繞轉動軸線進行180°上下擺動，噴頭通過旋轉機構可繞伸縮臂軸線進行360°旋轉擺動。基於上述用於混凝土噴射且具有移動式迴轉支柱的臂架的操作方法為 當針對隧道全斷面施工後的斷面進行施工時，
如圖7所示，圖7是最低施工點位置示意圖。最低施工點位是通過調動升降調平組件臂2的升降油缸23對一級平臺3進行降低，將一級平臺3放置在地面，同時啟動調平油缸 24對一級平臺3進行調平；
啟動俯仰油缸8，帶動二節機械伸縮臂5進行下俯擺動，當下擺動到最低點後停止下擺，啟動伸縮油缸12驅動第二節臂52向後收縮移動；
通過控制擺動機構和旋轉機構操作噴頭進行定向定點或者定面的噴射混凝土，結合擺動機構和旋轉機構的運動進行畫圓操作；在此操作下可得到如圖7所示的最低點工位。如圖8所示，圖8是是最高施工點位置示意圖。最高施工點位是通過調動升降調平組件臂2的升降油缸23對一級平臺3進行臺升，將一級平臺3懸置在最高點的空中，同時啟動調平油缸24對一級平臺3進行調平；
啟動俯仰油缸8，帶動二節機械伸縮臂5進行上仰擺動，當上仰到最高點後停止上仰， 啟動伸縮油缸12驅動第二節臂52向前移動；
通過控制擺動機構和旋轉機構操作噴頭進行定向定點或者定面的噴射混凝土，結合擺機構和旋轉機構的運動進行畫圓操作；在此操作下可得到如圖8所示的最高點工位。實施例2
本實施例與實施例1的區別在於如圖9所示，本操作方法為如圖9所示的臺階法施工。當針對隧道臺階法施工後的斷面進行施工時，用於混凝土噴射且具有移動式迴轉支柱的臂架進行如下操作步驟
A2、調動升降調平組件臂2的升降油缸23對一級平臺3進行抬升或降低，將一級平臺 3懸置在空中(或置於臺階上)，當一級平臺3抬升到第一級臺階14高度後，同時啟動調平油缸24對一級平臺3進行調平，調平後，啟動臺車13向前移動，使得一級平臺3停靠在第一級臺階14上；
B2、啟動液壓馬達11依次帶動主動齒輪10、從動齒輪9、迴轉支柱4，使得迴轉支柱4進行360°的腰轉運動；
C2、啟動俯仰油缸8，帶動二節機械伸縮臂5進行仰俯擺動，當仰俯擺動一定的位置後， 啟動伸縮油缸12驅動第二節臂52向前伸縮移動；
D2、通過控制擺動機構和旋轉機構操作噴頭進行定向定點或者定面的噴射混泥土，結合上下擺機構和旋轉機構的運動進行畫圓操作；
E2、當上述操作均完成且噴射混泥土操作完成後，需要在第二級臺階15進行操作時， 調動升降調平組件臂2的升降油缸23對一級平臺3進行抬升或降低，將一級平臺3懸置在空中，當一級平臺3抬升到第二級臺階15高度後，同時啟動調平油缸24對一級平臺3進行調平，調平後，啟動臺車13向前移動，使得一級平臺3停靠在第二級臺階15上；後面操作如上述B2、C2、D2，直到施工完成。
如上所述便可較好實現本發明。
權利要求
1.用於混凝土噴射且具有移動式迴轉支柱的臂架，其特徵在於包括依次連接於臺車 (13)的固定支撐(1)、升降調平組件臂(2)、一級平臺(3)、迴轉支柱(4)、二節機械伸縮臂 (5)、噴頭組件(6)，還包括連接與臺車(13)的臺車行走底盤(7)，且所述固定支撐(1)與臺車行走底盤(7)連接；所述迴轉支柱(4)還連接有俯仰油缸(8)，且所述俯仰油缸(8)遠離迴轉支柱(4)的一端與二節機械伸縮臂(5)連接。
2.根據權利要求1所述的用於混凝土噴射且具有移動式迴轉支柱的臂架，其特徵在於所述升降調平組件臂(2)包括升降臂(21)、調平臂(22)、升降油缸(23)、調平油缸 (24)，所述升降臂(21)的兩端分別鉸接於固定支撐(1)和一級平臺(3)，且所述升降油缸 (23)兩端分別鉸接於臺車行走底盤(7)和升降臂(21)，所述調平臂(22)兩端分別鉸接於調平油缸(24)和一級平臺(3)，且所述調平油缸(24)又鉸接於臺車行走底盤(7)，且所述升降臂(21)通過連接件與調平臂(22 )鉸接。
3.根據權利要求2所述的用於混凝土噴射且具有移動式迴轉支柱的臂架，其特徵在於所述一級平臺(3)在升降調平組件臂(2)的牽引力的作用下進行升降移動，其升降移動的位移為3000mm。
4.根據權利要求1所述的用於混凝土噴射且具有移動式迴轉支柱的臂架，其特徵在於所述一級平臺(3)包括從動輪(9)、主動輪(10)和液壓馬達(11)，主動齒輪(10)與液壓馬達(11)的轉動軸固定連接，且所述主動輪(10)與從動齒輪(9)嚙合，從動齒輪(9)通過螺栓與迴轉支柱(4)連接。
5.根據權利要求4所述的用於混凝土噴射且具有移動式迴轉支柱的臂架，其特徵在於所述迴轉支柱(4)在從動齒輪(9)的旋轉下進行腰轉運動，其迴轉支柱(4)的腰轉角度為 360° 。
6.根據權利要求4或5所述的用於混凝土噴射且具有移動式迴轉支柱的臂架，其特徵在於所述迴轉支柱(4)遠離從動齒輪(9)的一端與二節機械伸縮臂(5)的一端連接。
7.根據權利要求1-5中任意一項所述的用於混凝土噴射且具有移動式迴轉支柱的臂架，其特徵在於所述二節機械伸縮臂(5)為內置有伸縮油缸(12)的二節伸縮臂；二節機械伸縮臂(5)包括第一節臂(51)和第二節臂(52)，所述伸縮油缸(12)設置在第一節臂(51) 內並驅動第二節臂(52)伸縮移動；所述第一節臂(51)外壁與俯仰油缸(8)鉸接。
8.根據權利要求7所述的用於混凝土噴射且具有移動式迴轉支柱的臂架，其特徵在於所述噴頭組件(6)包括噴頭、以及連接於噴頭的擺動機構和旋轉機構，所述擺動機構和旋轉機構均與第二節臂(52)遠離第二節臂(52)的一端連接，且噴頭通過擺動機構可繞轉動軸線進行180°上下擺動，噴頭通過旋轉機構可繞伸縮臂軸線進行360°旋轉擺動。
9.基於上述用於混凝土噴射且具有移動式迴轉支柱的臂架的操作方法，其特徵在於 包括以下操作步驟Al、調動升降調平組件臂(2)的升降油缸(23)對一級平臺(3)進行抬升或降低，將一級平臺(3)懸置在空中或放置在地面，同時啟動調平油缸(24)對一級平臺(3)進行調平；Bi、啟動液壓馬達(11)依次帶動主動齒輪(10)、從動齒輪(9)、迴轉支柱(4)，使得迴轉支柱(4)進行360°的腰轉運動；Cl、啟動俯仰油缸(8)，帶動二節機械伸縮臂(5)進行仰俯擺動，當仰俯擺動一定的位置後，啟動伸縮油缸(12)驅動第二節臂(52)向前伸縮移動；D1、通過控制擺動機構和旋轉機構，操作噴頭進行定向定點或者定面的噴射混凝土，結合擺動機構和旋轉機構的運動進行畫圓操作。
10.基於上述用於混凝土噴射且具有移動式迴轉支柱的臂架的操作方法，其特徵在於 包括以下操作步驟A2、調動升降調平組件臂(2)的升降油缸(23)對一級平臺(3)進行抬升或降低，將一級平臺(3)懸置在空中，當一級平臺(3)抬升到第一級臺階(14)高度後，同時啟動調平油缸 (24)對一級平臺(3)進行調平，調平後，啟動臺車(13)向前移動，使得一級平臺(3)停靠在第一級臺階(14)上；B2、啟動液壓馬達(11)依次帶動主動齒輪(10)、從動齒輪(9)、迴轉支柱(4)，使得迴轉支柱(4)進行360°的腰轉運動；C2、啟動俯仰油缸(8)，帶動二節機械伸縮臂(5)進行仰俯擺動，當仰俯擺動一定的位置後，啟動伸縮油缸(12)驅動第二節臂(52)向前伸縮移動；D2、通過控制擺動機構和旋轉機構，操作噴頭進行定向定點或者定面的噴射混凝土，結合上下擺機構和旋轉機構的運動進行畫圓操作；E2、當上述操作均完成，需要在第二級臺階(15)進行操作時，調動升降調平組件臂(2) 的升降油缸(23)對一級平臺(3)進行抬升，將一級平臺(3)懸置在空中(或置於二級平臺上)，當一級平臺(3)抬升到第二級臺階(15)高度後，同時啟動調平油缸(24)對一級平臺 (3)進行調平，調平後，啟動臺車(13)向前移動，使得一級平臺(3)停靠在第二級臺階(15) 上；後面操作如上述B2、C2、D2，直到施工完成。
全文摘要
本發明公開了用於混凝土噴射且具有移動式迴轉支柱的臂架，包括依次連接於臺車的固定支撐、升降調平組件臂、一級平臺、迴轉支柱、二節機械伸縮臂、噴頭組件，還包括與臺車相連的臺車行走底盤。與前述現有同類產品相比，本發明的優點是1、除能滿足在硬巖或圍巖穩定性較好的條件下實現快速施工外，對軟巖隧道也能正常快速施工；2、解決了IV、V級圍巖臺階法、特別是三臺階法快速機械化施工方法，實現邊開挖，邊支護，提高了工效，有效地防止了圍巖坍塌，保護施工人員的安全。3、本發明結構更精簡，在施工中不需要支腿，快速進場與撤場，降低了製造成本和使用成本。
文檔編號E21D11/10GK102383809SQ201110349118
公開日2012年3月21日 申請日期2011年11月8日 優先權日2011年11月8日
發明者羅朝廷, 鄭朝保 申請人:中鐵巖鋒成都科技有限公司