一种机械臂、及其拱架锚杆施工台车和施工方法与流程

1.本发明涉及隧道装备工程机械技术领域，尤其涉及一种机械臂、及其拱架锚杆施工台车和施工方法。


背景技术：

2.隧道在进行施工过程中，需要采用工字钢做成的圆弧形拱架，以对开挖后的隧道进行支护。现有的圆弧形拱架通常是采用拱架机对其进行夹取后施工，例如，公开号为“cn215907883u”的中国实用新型专利中，具体公开了一种带有折叠结构的主臂及隧道拱架机，主臂包括第一连接臂、伸缩臂、第二连接臂、安装台和托台。第一连接臂能够叠放于拱架机的底座，并将伸缩臂叠放于第一连接臂，伸缩臂能够进行回缩，第二连接臂能够旋转带动安装台叠放于伸缩臂，托台旋转叠放于安装台，从而完成整个主臂的折叠，缩小主臂的体积，并且在折叠状态下，拱架仍然可以安装于托台上。但是，该实用新型专利通过折叠主臂在一定程度上还是增加了主臂的高度，导致整体的高度还是处于较高的一个状态，对于一些道路限高要求较高的，也是无法通过。
3.而且，隧道通过拱架进行支护施工以后还需要采用锚杆机对支护的拱架进行锚杆作业，但是目前的拱架机的拱架施工和锚杆施工分别采用不同设备进行作业，因此在拱架施工和锚杆施工两个不同工序设备转换过程需要耗费大量的转场时间；另外拱架施工时，往往需要借助其他运输设备，提前将钢拱架从隧道外运输进洞，并按一定规律摆好，此过程同样阻碍了两种工序的转场，进而降低了整体工效。


技术实现要素：

4.(一)要解决的技术问题
5.鉴于现有技术的上述缺点、不足，本发明提供一种用于拱架锚杆施工的台车，其解决了主臂的高度增加，导致整体的高度还是处于较高的一个状态，对于一些道路限高要求较高的，也是无法通过以及目前的拱架机的拱架施工和锚杆施工分别采用不同设备进行作业，因此在拱架施工和锚杆施工两个不同工序设备转换过程需要耗费大量的转场时间的技术问题。
6.(二)技术方案
7.为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：
8.本发明实施例提供一种机械臂，包括回转机构、工作臂、托盘机构和锚杆机构；
9.所述回转机构能够设置于台车本体的平台上，且所述回转机构能够相对于所述台车本体水平回转；
10.所述工作臂的固定端与所述回转机构可上下摆动的转动连接，所述托盘机构可回转地连接在所述工作臂的伸出端，所述工作臂的伸出端能够沿所述伸出端的延伸方向做直线往复运动，以带动所述托盘机构伸出或缩回；
11.所述托盘机构能从中间拱架段的底部托举所述中间拱架段，通过所述托盘机构和
所述回转机构的转动以及所述工作臂的摆动和伸缩来进行所述中间拱架段的安装；
12.所述锚杆机构与所述托盘机构的一侧转动连接，且所述锚杆机构的转动方向垂直于所述托盘机构的回转方向。
13.可选地，所述工作臂包括俯仰臂和多级伸缩臂组件；
14.所述俯仰臂能够相对于所述回转机构呈角度俯仰，所述俯仰臂的另一端连接多级所述伸缩臂组件；
15.所述伸缩臂组件为活动杆，且所述活动杆能够相对于所述俯仰臂伸出或者缩回；
16.末级的所述伸缩臂组件的伸出端与所述托盘机构相连。
17.可选地，所述俯仰臂包括单段直臂，所述单段直臂的一端铰接于所述回转机构的顶部，所述单段直臂的另一端连接多级所述伸缩臂组件。
18.可选地，所述俯仰臂包括第一俯仰部和第二俯仰部；
19.所述第一俯仰部的一端铰接于所述回转机构的顶部，所述第一俯仰部能够相对于所述回转机构呈角度俯仰，所述第一俯仰部的另一端铰接于所述第二俯仰部的一端，且所述第二俯仰部能够相对于所述第一俯仰部成角度俯仰，所述第二俯仰部的另一端连接多级所述伸缩臂组件。
20.可选地，所述托盘机构包括回转支承座、托盘底座、偏摆梁和夹紧组件；
21.所述回转支承座的底部端面固定连接于所述伸缩臂组件的伸出端，所述回转支承座的顶部端面固定连接于所述托盘底座的底部，且所述托盘底座能够相对于所述回转支承座转动，所述托盘底座的顶部与所述偏摆梁相铰接，且所述偏摆梁呈水平方向设置，所述偏摆梁能够调整偏摆角度，所述托盘底座的一侧壁通过转动部与所述锚杆机构相连通，所述夹紧组件设置于所述偏摆梁的两端，且所述夹紧组件能够夹紧固定所述拱架。
22.可选地，所述转动部包括第一转动连接部、第二转动连接部和转动驱动件；
23.所述第一转动连接部与所述设置于所述托盘底座一侧壁固定连接；
24.所述转动驱动件与所述第一转动连接部相连，且所述转动驱动件的转动轴线呈水平方向且垂直于所述托盘底座的一侧壁；
25.所述转动驱动件的驱动端与所述第二转动连接部固定连接，所述第二转动连接部与所述锚杆机构固定连接。
26.一种拱架锚杆施工台车，包括所述的机械臂、台车本体、左支撑臂和右支撑臂；
27.所述台车本体具有平台，所述机械臂设置于所述平台上，且所述机械臂的回转机构与远离所述台车本体的驾驶室安装位的一端相连，所述左支撑臂和所述右支撑臂均设置于所述平台上，所述左支撑臂和所述右支撑臂与靠近所述台车本体的驾驶室安装位的一端相连，且所述左支撑臂和所述右支撑臂分别位于所述机械臂的两侧；
28.所述台车本体能够沿矿道掘进方向前进或者后退，以通过所述机械臂搬运中间拱架段；
29.所述左支撑臂能够搬运左拱架段；
30.所述右支撑臂能够搬运右拱架段。
31.可选地，所述台车本体包括运输动力机构、行走机构和车架；
32.所述车架的顶部端面一侧为所述平台，所述车架的顶部端面另一侧为驾驶室安装位；
33.所述运输动力机构设置于所述车架内，所述行走机构设置于所述车架的顶部，所述运输动力机构能够控制所述行走机构行走。
34.可选地，还包括车架支腿，所述车架支腿设置于所述车架的底部，且所述车架支腿远离所述驾驶室安装位一侧。
35.一种基于所述的拱架锚杆施工台车的施工方法，所述方法包括以下步骤：
36.s1、拱架的预制：将用于支撑矿道内侧壁的拱架分左拱架段、右拱架段以及中间拱架段三段，且在矿洞外预制；
37.s2、左拱架段和右拱架段的运输：采用运输设备分别将运输进洞，并放置于矿道的两侧；
38.s3、将所述台车主体行驶至矿洞外，并通过所述托盘机构和所述回转机构的转动以及所述工作臂上下摆动以及伸出或者缩回，并将所述中间拱架段夹持并搬运至矿洞内；
39.s4、中间拱架段的支护：通过所述机械臂的所述工作臂的伸缩以及所述工作臂与所述回转机构的铰接，将所述中间拱架段托举至顶部支护面并定位于支护面上；
40.s5、左拱架段和右端拱架的支护：采用左支撑臂和右支撑臂分别抓取左右拱架段，举升至指定位置后，与所述中间拱架段的两端拼接，并紧固定位于左右支护面上；
41.s6、收回左右支撑臂：将所述机械臂的锚杆机构通过调整所述回转组件以及转动部的回转减速机的回转至支护面锚杆位置处，同时调整所述工作臂的伸缩量以及所述工作臂相对于所述回转组件的铰接角度，使得锚杆机构到达指定钻孔位置，进行钻孔作业。
42.(三)有益效果
43.本发明的有益效果是：本发明提供的一种机械臂，采用设置回转机构与工作臂直接相连，能够通过回转机构直接将工作臂回转至伸缩的反方向，充分利用台车本体平台上方的空间，以使中间拱架段的运输结构紧凑，提高搬运效率。另外，工作臂的动作简单，操作方便，可实施性强。从而缩小整个工作臂的体积，降低整体高度，有利于在狭小隧道内同行施工；同时，利用该工作臂，可实现中间拱架段的拾取和托运，提高了设备利用率，也解决了特殊条件下，拱架运输困难的问题。而且，通过额外增加了锚杆机构，完成整体拱架的锚杆钻孔作业，节约了设备转场时间，从而大大提高了设备利用率，降低了综合成本，提高了整体工效；而且操作简便，安全性高；同时该设备可根据不同工法，灵活运用，适应性强。
附图说明
44.图1是本发明用于拱架锚杆施工的台车的整体结构图；
45.图2是图1机械臂实施例1的结构示意图；
46.图3是图2机械臂拾取中间拱架段的结构示意图；
47.图4为图2机械臂装载拱架状态一的结构示意图；
48.图5为图2机械臂装载拱架状态二的结构示意图；
49.图6是图2机械臂装载拱架状态三的结构示意图；
50.图7是图2机械臂装载拱架状态四的结构示意图
51.图8为图2的托盘机构结构示意图；
52.图9为图2的托盘机构及锚杆机构安装结构示意图；
53.图10为本发明用于拱架锚杆施工的台车的锚杆钻孔施工结构示意图；
54.图11为图2中全断面拱架安装施工状态一的结构示意图；
55.图12为图2中全断面拱架安装施工状态二的结构示意图；
56.图13为图1机械臂实施例2的结构示意图；
57.图14为图13的主视结构示意图。
58.【附图标记说明】
59.1：回转机构；2：工作臂；21：俯仰臂；211：单段直臂；211
′
：第一俯仰部；212
′
：第二俯仰部；22：伸缩臂组件；221：活动杆；3：托盘机构；31：回转支承座；32：托盘底座；33：偏摆梁；34：夹紧组件；4：锚杆机构；5：调平机构；51：调平底座；52：推动油缸；6：转动部；61：第一转动连接部；62：第二转动连接部；63：转动驱动件；100：台车本体；101：运输动力机构；102：行走机构；103：车架；104：驾驶室安装位；105：车架支腿；200：左支撑臂；300：右支撑臂；400：吊篮；a：中间拱架段；b：左拱架段；c：右拱架段。
具体实施方式
60.为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。其中，本文所提及的“上”、“下”、“内”、“外”“前”和“后”等方位名词以图1的定向为参照。将图1中台车本体100的驾驶室安装位104定义为“前”；将托盘机构3所在的方向定义为“上”；将左支撑臂200相对于机械臂所在的位置定义为“左”；将右支撑臂300相对于机械臂所在的位置定义为“右”。
61.实施例1：
62.参见图1所示，一种用于拱架锚杆施工的台车，包括机械臂、台车本体100、左支撑臂200和右支撑臂300。台车本体100能够沿矿道掘进方向前进或者后退，以通过机械臂搬运中间拱架段a。左支撑臂200能够搬运左拱架段b。右支撑臂300能够搬运右拱架段c。
63.进一步地，台车本体100的顶部后方开设有平台。台车本体100包括运输动力机构101、行走机构102和车架103。
64.进一步地，还包括车架支腿105，车架支腿105设置于车架103的底部，且车架支腿105远离驾驶室安装位104一侧。使得车架103在安装拱架时，效果更稳定。
65.需要说明的是，车架103的顶部端面后方为平台，车架103的顶部端面前方为驾驶室安装位104。平台用于安装机械臂、左支撑臂200和右支撑臂300。操作人员能够坐于驾驶室安装位104中，通过驾驶室安装位104内部的方向盘以及操作面板与运输动力机构101通讯连接，用于为车架103的行走机构102和提供动力。行走机构102能够支撑整车的行走。
66.运输动力机构101设置于车架103内，车架13用于支撑整车部件。行走机构102设置于车架103的顶部，运输动力机构101能够控制行走机构102行走的同时，还能够控制机械臂、左支撑臂200和右支撑臂300的一系列动作的完成。机械臂设置于平台上，且机械臂的回转机构1与远离台车本体100的驾驶室安装位104的一端相连，即机械臂的回转机构1设置于平台顶部后方边缘处。左支撑臂200和右支撑臂300均设置于平台上，左支撑臂200和右支撑臂300与靠近台车本体100的驾驶室安装位104的一端相连，即左支撑臂200和右支撑臂300与通过连接座与平台相连，即连接座设置于平台的前端，且左支撑臂200和右支撑臂300分别位于机械臂的左右两侧，左右支撑臂的连接座与回转机构1呈三角形阵列分布。目的是合理的空间结构设计使机械臂能够更好地配合中间拱架段a的抬升，且俯仰的角度范围更大，
机械臂的灵活度更高。
67.在实施例中，一种机械臂，包括回转机构1、工作臂2、托盘机构3和锚杆机构4。其中，机械臂设置于左右两支撑臂的中部。
68.参见图2所示，回转机构1能够设置于台车本体100的平台上，且回转机构1能够相对于台车本体100水平回转。工作臂2的固定端与回转机构1可上下摆动的转动连接。
69.具体地，回转机构1包括回转底座11、固定安装于回转底座11上的回转连接臂12，回转底座11能够利用液压马达驱动相对于平台水平回转。回转连接臂12呈倾斜异形，目的是为了增大俯仰的角度，适应性更强。另外，图2中为机械臂初始状态下，未运输中间拱架段a的状态。当需要运输中间拱架段a时，首先将通过回转底座11水平回转180
°
，然后通过工作臂2相对于回转连接臂12上下摆动，以将中间拱架段a抬起或者落下相应地对中间拱架段a进行搬运或者安装的过程。
70.进一步地，参见图3所示，工作臂2包括俯仰臂21和多级伸缩臂组件22。
71.俯仰臂21能够相对于回转机构1呈一定角度俯仰。俯仰臂21的另一端连接多级伸缩臂组件22。具体地，伸缩臂组件22为活动杆221，且活动杆221能够相对于俯仰臂21伸出或者缩回。且伸缩臂组件22还包括设置于活动杆221一端的限位框，能够防止活动杆221在伸出或者缩回时超出极限位置脱落或者缩回内部无法工作的现象。其中，多级伸缩臂组件22与俯仰臂21相连的一级定义为一级伸缩臂组件22，且一级伸缩臂组件22嵌套与俯仰臂21内，且能够相对于俯仰臂21的长度方向滑动。即俯仰臂21的长度方向为伸出或者缩回的方向。在本实施例中有三级伸缩臂组件22，三级伸缩臂组件22依次嵌套。
72.进一步地，末级第三级的伸缩臂组件22的伸出端与托盘机构3通过调平机构5相连。
73.具体地，调平机构5包括调平底座51和推动油缸52。调平底座51与推动油缸52的驱动端相铰接，推动油缸52的固定端铰接于工作臂2的伸出端上，工作臂2的伸出端通过连接部铰接于调平底座51。调平底座51上旋转连接托盘机构3，托盘机构3可支撑夹紧中间拱架段a，并且在立拱时，可以用于调节中间拱架段a姿态，提高中间拱架段a的安装效率。
74.进一步地，参见图2-图6、图8-图11所示，俯仰臂21包括沿左右方向互相错位设置的第一俯仰部211
′
和第二俯仰部212
′
。
75.其中，第一俯仰部211
′
的一端铰接于回转机构1的回转连接臂12的顶部。第一俯仰部211
′
能够利用举升油缸驱动相对于回转机构1呈角度俯仰。第一俯仰部211
′
的另一端铰接于第二俯仰部212
′
的一端，且第二俯仰部212
′
能够通过举另外的升油缸驱动相对于第一俯仰部211
′
成角度俯仰，第二俯仰部212
′
的另一端的中空腔室内嵌套第一级伸缩臂组件22的活动杆221，且第一级伸缩臂组件22能够沿第二俯仰部212
′
的内侧壁长度方向往复滑动。
76.在本实施例中，工作臂2分成两端式的第一俯仰部211
′
和第二俯仰部212
′
能够适应搬运中间拱架段a的效果更好，适应性较强。
77.进一步地，托盘机构3可水平回转地连接在工作臂2的伸出端。工作臂2的伸出端能够沿伸出端的延伸方向做直线往复运动，以带动托盘机构3伸出或缩回。
78.托盘机构3能从中间拱架段a的底部固定并托举中间拱架段a，通过托盘机构3和回转机构1的转动以及工作臂2的摆动和伸缩来进行中间拱架段a的安装。
79.参见图7所示，托盘机构3包括回转支承座31、托盘底座32、偏摆梁33和夹紧组件
34。
80.具体地，回转支承座31的底部端面固定连接于伸缩臂组件22的伸出端。回转支承座31的顶部端面固定连接于托盘底座32的底部，且托盘底座32能够相对于回转支承座31转动。托盘底座32的顶部与偏摆梁33相铰接，且偏摆梁33呈水平方向设置。偏摆梁33能够调整偏摆角度，并且在立拱时，可以用于调节拱架姿态。
81.需要说明的是，偏摆梁33的设置能够通过驱动件驱动托盘底座32相对于回转支承座31转动，且能够根据中间拱架段a的位置以及中间拱架段a的状态进行适当旋转。具体参照方法部分的动作过程。能够更好地配合搬运，同时偏摆梁33能够确保夹持固定中间拱架段a，使得中间拱架段a在运输过程中更稳定。
82.需要说明的是，所有铰接的位置均安装角度传感器，利用各铰接点的角度差控制各油缸的动作，从而保持托盘机构3处于初始状态一般是水平状态。而且，托盘机构3在未工作之前的初始状态是和伸缩臂组件22的长度延伸方向平行设置。
83.具体地，夹持机构包括夹持驱动件以及两个相对或者相背设置的夹持臂，夹持臂能够通过夹持驱动件驱动两个相对或者相背设置的夹持臂运动，以夹紧或者松开中间拱架段a。
84.托盘底座32的一侧壁通过转动部6与锚杆机构4相连通，夹紧组件34设置于偏摆梁33的两端，且夹紧组件34能够夹紧固定拱架。转动部6能够将锚杆机构4沿水平轴线呈竖直转动。且能够根据锚杆的位置，配合相应地角度转动。
85.参见图8所示，锚杆机构4与托盘机构3的一侧转动连接，且锚杆机构4的转动方向垂直于托盘机构3的回转方向。
86.进一步地，转动部6包括第一转动连接部61、第二转动连接部62和转动驱动件63。第一转动连接部61与设置于托盘底座32一侧壁固定连接。转动驱动件63与第一转动连接部61相连，且转动驱动件63的转动轴线呈水平方向且垂直于托盘底座32的一侧壁。转动驱动件63的驱动端与第二转动连接部62固定连接，第二转动连接部62与锚杆机构4固定连接。
87.在本实施例中，在托盘机构3的右侧壁垂直设置有第一转动连接部61、转动连接部61用于安装转动驱动件63，转动驱动件63的驱动端与第二转动连接部62相连，以带动锚杆机构4转动。能够使得空间小，结构紧凑。安装简单方便。同时，增加了转动部6，即在托盘机构3上还预留了锚杆单元安装接口，可搭载一个锚杆机构4，完成锁脚锚杆钻孔作业，节约了设备转场时间，提高整体工效。
88.在此，想要明确的是，中间拱架段a是处于矿洞外部的，需要台车主体1配合机械臂，将机械臂运送至洞口处，然后启动机械臂，使得机械臂的回转组件1的回转底座11沿平台水平旋转180
°
停止；其次，启动托盘机构3的托盘底座32，托盘底座32相对于回转支撑座31旋转，以带动偏摆梁33旋转90
°
，使得偏摆梁33与工作臂2互相垂直。接着，俯仰臂21相对于回转连接臂12上下摆动，以使托盘机构3朝下运动。再通过伸缩臂组件22的朝外洞口的方向伸出，直至，进而对中间拱架段a进行承托并夹紧中间拱架段a。接着，再次启动回转底座11回转180
°
至初始位置，同时将托盘机构3回转90
°
到初始位置，参见图6所示。最后，缓慢地摆动工作臂2，以使其相对于回转组件1朝下摆动至图7的位置，从而降低了运输中间拱架段a的高度，使得整体台车空间紧凑，便于运输。
89.本发明提供的一种机械臂，采用设置回转机构1与工作臂2直接相连，能够通过回
转机构1直接将工作臂2回转至伸缩的反方向，充分利用台车本体100平台上方的空间，以使中间拱架段a的运输结构紧凑，提高搬运效率。另外，工作臂2的动作简单，操作方便，可实施性强。从而缩小整个工作臂2的体积，降低整体高度，有利于在狭小隧道内同行施工；同时，利用该工作臂2，可实现中间拱架段a的拾取和托运，提高了设备利用率，也解决了特殊条件下，拱架运输困难的问题。而且，通过额外增加了锚杆机构4，完成整体拱架的锚杆钻孔作业，节约了设备转场时间，从而大大提高了设备利用率，降低了综合成本，提高了整体工效；而且操作简便，安全性高；同时该设备可根据不同工法，灵活运用，适应性强。
90.参见图10-图11所示，以全断面的工艺法对隧道进行开挖，多榀拱架立拱施工为例，具体参见施工方法：
91.一种基于拱架锚杆施工台车的施工方法，方法包括以下步骤：
92.s1、拱架的预制：将用于支撑矿道内侧壁的拱架分左拱架段b、右拱架段c以及中间拱架段a三段，且在矿洞外预制。
93.s2、左拱架段b和右拱架段c的运输：采用运输设备分别将运输进洞，并放置于矿道的两侧。也就是说，并按要求侧立于掌子面两侧围岩。
94.s3、中间拱架段a的运输：将台车主体100行驶至矿洞外，并通过托盘机构3和回转机构1的转动以及机械臂的工作臂2的俯仰臂21上下摆动以及伸缩臂组件22伸出或者缩回，并将中间拱架段a夹持并搬运至矿洞内。
95.具体参见图3-图7，其中，图3是机械臂装载拱架状态一，具体为机械臂的回转组件1水平回转180
°
，托盘机构3相对于工作臂2回转90
°
，使其与工作臂2垂直，调整工作臂2，让其朝洞外伸出，并且工作臂2相对于回转组件1的转动处朝下或者朝上摆动，使得托盘机构3夹紧并固定中间拱架段a。
96.图4是机械臂装载拱架状态二，具体为将固定好的中间拱架段a进行抬升，主要采用调整工作臂2的伸缩臂组件22缩回，进而带动中间拱架段a进行缩回，同时调整工作臂2的俯仰臂21的朝上的摆动角度，进而将中间拱架段a抬起。
97.图5是机械臂装载拱架状态三，具体为抬起的中间拱架段a进行旋转90
°
的中间状态。
98.图6是机械臂装载拱架状态四，具体为机械臂的回转组件1在状态三的条件下继续旋转90
°
，即初始位置。托盘机构3相对于工作臂2回转90
°
，托盘机构3也是处于初始位置的状态，使其与工作臂2平行，调整工作臂2，让其相对于回转组件1的转动处朝下摆动，使得工作臂2带动托盘机构3以及中间拱架段a共同朝下运动，整体缩回于平台上，至图7的工作状态。图7是机械臂装载拱架状态五，是搬运到台车上位置确定好以后的状态，空间紧凑，操作简单。然后在进行台车的移动将中间拱架段a搬运至待施工的位置。
99.步骤s3具体包括：
100.s31、启动回转机构1转动，以使工作臂2能够朝向矿洞外伸出后，停止回转机构1转动。
101.s32、启动工作臂2伸长，直至托盘机构3与中间拱架段a接触后，停止动作臂工作。
102.s33、启动托盘机构3旋转，以使其垂直工作臂2，并通过调整工作臂2的上下摆动角度，以确保托盘机构3与中间拱架段a接触的同时夹紧固定中间拱架段a。
103.步骤s31-s33参见图3所示，具体地，当拾取地面拱架时：首先将第一俯仰部211
′
和
第二俯仰臂212
′
举升一定角度，然后将回转组件1的回转底座11水平转动180
°
，同时托盘机构3同步逆向回转90
°
，利用回转组件1和托盘机构3两个回转的协同动作和第二俯仰臂212
′
的伸缩动作，调整托盘机构3的位置，使其到达拱架圆弧下部，然后利用托盘机构3对拱架进行装夹，从地面将其托起。
104.需要说明的是，在启动回转组件1之前，需要缩回伸缩臂组件22，并通过调节俯仰臂21将中间拱架段a抬起，可参见图4的状态二的细节描述。
105.s34、再次启动回转组件1，使得回转底座11往回旋转180
°
。再启动托盘机构3转动，以使盘机构带动中间拱架段a同步旋转，直至托盘机构3和中间拱架段a平行于矿道掘进方向，停止托盘机构3转动。参见图6所示，具体为，托盘机构3的托盘底座32相对于回转支承轴承31旋转，以带动中间拱架段a旋转至于掘进方向平行的方向。
106.s35、启动工作臂2，以使工作臂2降落，且中间拱架段a堆叠于台车本体100的平台上方。具体地，通过俯仰臂21相对于回转组件1朝下降落。，如图4所示。之后通过逆向动作，将工作臂2的伸缩臂组件缩回，调整回转底座11角度180
°
，并将托盘3回转90
°
如图5和图6，使得拱架按图7方式叠放于台车上方，实现拱架背负运输功能。
107.s36、启动台车本体100的运输动力机构101，使其控制行走机构102能够带动中间拱架段a运输到施工位置，停止前进。
108.s4、中间拱架段a的支护：通过机械臂的工作臂2的伸缩以及工作臂2与回转机构1的铰接，将中间拱架段a托举至顶部支护面并定位于支护面上。
109.具体地，参见图11-图12，当立拱作业时，机械臂将第一俯仰臂211
′
，第二俯仰臂212
′
举升至合适位置，然后将回转底座11旋转180
°
，同时托盘机构3逆向回转90
°
，利用回转组件1和托盘机构3的两个回转的协同动作和第二俯仰臂212
′
的伸缩动作，调整托盘机构3位置，使中间拱架段a的圆弧平面转动至与掌子面平行，再将中间拱架段a托举至拱顶位置。至此完成中间拱架段的立拱作业。
110.s5、左拱架段b和右端拱架的支护：采用左支撑臂200和右支撑臂300分别抓取左右拱架段c，举升至指定位置后，与中间拱架段a的两端拼接，并紧固定位于左右支护面上。
111.而且，在左支撑臂200和右支撑臂300的后端设置吊篮400，吊篮400上设置有工作平台和拱架安装机构，可供操作人员完成左右拱架段的立拱作业以及焊接作业。
112.需要说明的是，左支撑臂200和右支撑臂300与中间的工作臂2的机构相似。同样设置与能够上下摆动的俯仰臂以及能够进行伸缩的伸缩臂组件。
113.s6、收回左右支撑臂300：将机械臂的锚杆机构4通过调整回转组件以及转动部6的回转减速机的回转至支护面锚杆位置处，同时调整工作臂2的伸缩量以及工作臂2相对于回转组件的铰接角度，使得锚杆机构4到达指定钻孔位置，进行钻孔作业。
114.需要说明的是，工作臂的俯仰臂21可进行俯仰收拢，另外伸缩臂组件22可进行伸缩，从而缩小整个臂架体积，降低整体高度，有利于在狭小隧道内同行施工。同时，利用该工作臂，可实现中间段拱架段a的拾取和托运，提高了设备利用率，也解决了特殊条件下，中间拱架段a运输困难的问题。另外，整个工作臂2的各铰接点通过角度传感器测量机构相对转角，然后利用各角度值进行电液联动控制，使得整个装置自动化程度更高，操作复杂度相对更小，并且有利于后期改进为智能化装备。当然，该折叠伸缩臂调平不限于电液调平，也可采用纯液压调平。
115.实施例2：
116.与实施例1不同的是，俯仰臂21的设置。参见图13-图14所示，俯仰臂21包括单段直臂211，单段直臂211的一端铰接于回转机构1的顶部，单段直臂211的另一端连接多级伸缩臂组件22。具体地，单段直臂211呈中空的筒状臂，该内腔以供第一级的伸缩臂组件22沿其长度方向往复滑动。
117.由此可知，俯仰臂21仅设置为一个筒状臂同样可以完成中间拱架段a的搬运。同时降低操作难度，结构简单，便于使用。而且，结构简单能够降低中间拱架段a在堆叠时的高度，从而能够适应高度较低的矿道，为此，实用性更好，降低成本的同时，使用率高。
118.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
119.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连；可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
120.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”，可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”，可以是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”，可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度低于第二特征。
121.在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述，是指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
122.尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行改动、修改、替换和变型。

技术特征：
1.一种机械臂，其特征在于，包括回转机构(1)、工作臂(2)、托盘机构(3)和锚杆机构(4)；所述回转机构(1)能够设置于台车本体(100)的平台上，且所述回转机构(1)能够相对于所述台车本体(100)水平回转；所述工作臂(2)的固定端与所述回转机构(1)可上下摆动的转动连接，所述托盘机构(3)可回转地连接在所述工作臂(2)的伸出端，所述工作臂(2)的伸出端能够沿所述伸出端的延伸方向做直线往复运动，以带动所述托盘机构(3)伸出或缩回；所述托盘机构(3)能从中间拱架段(a)的底部托举所述中间拱架段(a)，通过所述托盘机构(3)和所述回转机构(1)的转动以及所述工作臂(2)的摆动和伸缩来进行所述中间拱架段(a)的安装；所述锚杆机构(4)与所述托盘机构(3)的一侧转动连接，且所述锚杆机构(4)的转动方向垂直于所述托盘机构(3)的回转方向。2.如权利要求1所述的机械臂，其特征在于，所述工作臂(2)包括俯仰臂(21)和多级伸缩臂组件(22)；所述俯仰臂(21)能够相对于所述回转机构(1)呈角度俯仰，所述俯仰臂(21)的另一端连接多级所述伸缩臂组件(22)；所述伸缩臂组件(22)为活动杆(221)，且所述活动杆(221)能够相对于所述俯仰臂(21)伸出或者缩回；末级的所述伸缩臂组件(22)的伸出端与所述托盘机构(3)相连。3.如权利要求2所述的机械臂，其特征在于，所述俯仰臂(21)包括单段直臂(211)，所述单段直臂(211)的一端铰接于所述回转机构(1)的顶部，所述单段直臂(211)的另一端连接多级所述伸缩臂组件(22)。4.如权利要求2所述的机械臂，其特征在于，所述俯仰臂(21)包括第一俯仰部(211
′
)和第二俯仰部(212
′
)；所述第一俯仰部(211
′
)的一端铰接于所述回转机构(1)的顶部，所述第一俯仰部(211
′
)能够相对于所述回转机构(1)呈角度俯仰，所述第一俯仰部(211
′
)的另一端铰接于所述第二俯仰部(212
′
)的一端，且所述第二俯仰部(212
′
)能够相对于所述第一俯仰部(211
′
)成角度俯仰，所述第二俯仰部(212
′
)的另一端连接多级所述伸缩臂组件(22)。5.如权利要求4所述的机械臂，其特征在于，所述托盘机构(3)包括回转支承座(31)、托盘底座(32)、偏摆梁(33)和夹紧组件(34)；所述回转支承座(31)的底部端面固定连接于所述伸缩臂组件(22)的伸出端，所述回转支承座(31)的顶部端面固定连接于所述托盘底座(32)的底部，且所述托盘底座(32)能够相对于所述回转支承座(31)转动，所述托盘底座(32)的顶部与所述偏摆梁(33)相铰接，且所述偏摆梁(33)呈水平方向设置，所述偏摆梁(33)能够调整偏摆角度，所述托盘底座(32)的一侧壁通过转动部(6)与所述锚杆机构(4)相连通，所述夹紧组件(34)设置于所述偏摆梁(33)的两端，且所述夹紧组件(34)能够夹紧固定所述拱架。6.如权利要求5所述的机械臂，其特征在于，所述转动部(6)包括第一转动连接部(61)、第二转动连接部(62)和转动驱动件(63)；所述第一转动连接部(61)与所述设置于所述托盘底座(32)一侧壁固定连接；
所述转动驱动件(63)与所述第一转动连接部(61)相连，且所述转动驱动件(63)的转动轴线呈水平方向且垂直于所述托盘底座(32)的一侧壁；所述转动驱动件(63)的驱动端与所述第二转动连接部(62)固定连接，所述第二转动连接部(62)与所述锚杆机构(4)固定连接。7.一种拱架锚杆施工台车，其特征在于，包括权利要求1-6任一项所述的机械臂、台车本体(100)、左支撑臂(200)和右支撑臂(300)；所述台车本体(100)具有平台，所述机械臂设置于所述平台上，且所述机械臂的回转机构(1)与远离所述台车本体(100)的驾驶室安装位(104)的一端相连，所述左支撑臂(200)和所述右支撑臂(300)均设置于所述平台上，所述左支撑臂(200)和所述右支撑臂(300)与靠近所述台车本体(100)的驾驶室安装位(104)的一端相连，且所述左支撑臂(200)和所述右支撑臂(300)分别位于所述机械臂的两侧；所述台车本体(100)能够沿矿道掘进方向前进或者后退，以通过所述机械臂搬运中间拱架段(a)；所述左支撑臂(200)能够搬运左拱架段(b)；所述右支撑臂(300)能够搬运右拱架段(c)。8.如权利要求7所述的拱架锚杆施工台车，其特征在于，所述台车本体(100)包括运输动力机构(101)、行走机构(102)和车架(103)；所述车架(103)的顶部端面一侧为所述平台，所述车架(103)的顶部端面另一侧为驾驶室安装位(104)；所述运输动力机构(101)设置于所述车架(103)内，所述行走机构(102)设置于所述车架(103)的顶部，所述运输动力机构(101)能够控制所述行走机构(102)行走。9.如权利要求8所述的拱架锚杆施工台车，其特征在于，还包括车架支腿(105)，所述车架支腿(105)设置于所述车架(103)的底部，且所述车架支腿(105)远离所述驾驶室安装位(104)一侧。10.一种基于权利要求9所述的拱架锚杆施工台车的施工方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：s1、拱架的预制：将用于支撑矿道内侧壁的拱架分左拱架段(b)、右拱架段(c)以及中间拱架段(a)三段，且在矿洞外预制；s2、左拱架段(b)和右拱架段(c)的运输：采用运输设备分别将运输进洞，并放置于矿道的两侧；s3、中间拱架段(a)的运输：将所述台车主体(100)行驶至矿洞外，并通过所述托盘机构(3)和所述回转机构(1)的转动以及所述工作臂(2)上下摆动以及伸出或者缩回，并将所述中间拱架段(a)夹持并搬运至矿洞内；s4、中间拱架段(a)的支护：通过所述机械臂的所述工作臂(2)的伸缩以及所述工作臂(2)与所述回转机构(1)的铰接，将所述中间拱架段(a)托举至顶部支护面并定位于支护面上；s5、左拱架段(b)和右端拱架的支护：采用左支撑臂(200)和右支撑臂(300)分别抓取左右拱架段(c)，举升至指定位置后，与所述中间拱架段(a)的两端拼接，并紧固定位于左右支护面上；
s6、收回左右支撑臂(300)：将所述机械臂的锚杆机构(4)通过调整所述回转组件以及转动部(6)的回转减速机的回转至支护面锚杆位置处，同时调整所述工作臂(2)的伸缩量以及所述工作臂(2)相对于所述回转组件的铰接角度，使得锚杆机构(4)到达指定钻孔位置，进行钻孔作业。

技术总结
本发明涉及隧道装备工程机械技术领域，尤其涉及一种机械臂，包括回转机构、工作臂、托盘机构和锚杆机构。回转机构能够能够水平回转。工作臂的固定端与回转机构转动连接，托盘机构可回转地连接在工作臂，工作臂的伸出端能够沿伸出端的延伸方向做直线往复运动。托盘机构能从中间拱架段的底部托举中间拱架段，通过托盘机构和回转机构的转动以及工作臂的摆动和伸缩来进行中间拱架段的安装。锚杆机构与托盘机构的一侧转动连接。采用设置回转机构与工作臂直接相连，能够通过回转机构直接将工作臂回转至伸缩的反方向，充分利用台车本体平台上方的空间，以使中间拱架段的运输结构紧凑。另外，工作臂的动作简单，操作方便。有利于在狭小隧道内同行施工。内同行施工。内同行施工。


技术研发人员：刘飞香 张海涛 张俊 赵春桂 夏元高 周志伟 门进博
受保护的技术使用者：中国铁建重工集团股份有限公司
技术研发日：2023.04.01
技术公布日：2023/7/12