本发明涉及隧道凿岩工程技术领域，具体涉及一种隧道长臂凿岩台车及其工作方法。
背景技术：
前国际、国内隧道新奥法施工机械化施工在钻孔、预加固领域的设备工艺，存在设备不能使用于软弱围岩地质条件下作业的缺陷，由于软弱围岩隧道掌子面稳定性不足，需要放坡或分台阶施工，严重制约隧道凿岩机械的作业。国外采用预先加固隧道掌子面的方式，再使用凿岩设备进行全断面施工。这种预加固的施工作业方式成本高、施工周期长，不能适应国内施工的成本和工期要求。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种隧道长臂凿岩台车及其工作方法，其解决隧道机械化施工工艺转换平繁、适应软弱围岩地质隧道能力不足，机械、人工两种施工工艺并存的施工难题。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：
一种隧道长臂凿岩台车，包括车体，还包括伸缩大臂、大臂俯仰油缸、连接座、摆角油缸、旋转油缸、连接筒、托架、钻进机构和托架俯仰油缸，所述伸缩大臂底端可转动连接在车体上，所述大臂俯仰油缸底端与车体可转动连接，大臂俯仰油缸的输出端与伸缩大臂可转动连接，所述连接座可转动连接在伸缩大臂的顶端，所述摆角油缸的底端与伸缩大臂可转动连接，摆角油缸的输出端与连接座可转动连接，所述旋转油缸安装在连接座上，所述连接筒安装在旋转油缸的输出端侧边，所述托架可转动连接在连接筒端部，所述钻进机构设在托架上，所述托架俯仰油缸底端与连接筒可转动连接，托架俯仰油缸的输出端与托架可转动连接。
进一步改进在于，所述摆角油缸有两个，且两个摆角油缸输出端分别连接于连接座的左右侧。
进一步改进在于，所述连接座的其中一侧面用于安装旋转油缸，连接座另一侧面设有三个摆角轴座，其中两个摆角轴座同高度分列在左右侧，用于与两个摆角油缸输出端连接，另一个摆角轴座上活动连接有转接件，所述伸缩大臂顶端设有俯仰轴座，所述俯仰轴座与转接件活动连接。
进一步改进在于，所述钻进机构包括推进梁、前扶钎座、后扶钎座、凿岩机、钎杆、钎头、推进油缸、所述推进梁设在托架顶部，所述前扶钎座安装在推进梁前端，所述后扶钎座和凿岩机均通过滑块活动设在推进梁上，所述钎杆后端与凿岩机连接，钎杆前端依次穿过后扶钎座和前扶钎座，所述钎头安装在钎杆前端，所述推进油缸沿推进梁长度方向设置，且推进油缸的输出端与后扶钎座连接，且后扶钎座与凿岩机之间通过钢丝绳牵引联动。
进一步改进在于，所述推进梁可移动连接在托架顶部，且在托架上设有补偿油缸，所述补偿油缸的输出端与推进梁连接。
本发明还提供了一种所述隧道长臂凿岩台车的工作方法，步骤包括：
通过车体移动进行位置调节，通过大臂俯仰油缸的伸缩驱动，带动伸缩大臂及其安装结构进行俯仰角度调节，通过伸缩大臂的自身伸缩，带动连接座及其安装结构进行高度调节，通过两个摆角油缸的同步伸长或缩短，带动连接座及其安装结构进行俯仰角度调节，通过两个摆角油缸一个伸长另一个缩短，带动连接座及其安装结构进行左右水平角度调节，通过旋转油缸的旋转动作，带动托架及其安装结构进行翻转调节；
完成上述调节后，通过钻进机构进行钻孔工作。
本发明的有益效果在于：
(1)采用可升缩、可多维旋转的机械臂，增长设备伸臂长度，可满足三台阶、两台阶、全断面隧道凿岩钻孔施工要求，且可同时完成管棚钻进、注浆导管钻进、爆破孔钻孔、锚杆钻孔等施工。
(2)操作方便，稳定性高。
附图说明
图1为隧道长臂凿岩台车的整体结构示意图；
图2为钻进机构及相连结构的示意图；
图3为连接座的结构示意图；
图中：1、车体；2、伸缩大臂；3、大臂俯仰油缸；4、连接座；5、摆角油缸；6、旋转油缸；7、连接筒；8、托架；9、钻进机构；901、推进梁；902、前扶钎座；903、后扶钎座；904、凿岩机；905、钎杆；906、钎头；907、推进油缸；10、托架俯仰油缸；11、辅助支撑机构；12、摆角轴座；13、转接件；14、俯仰轴座。
具体实施方式
下面结合附图对本申请作进一步详细描述，有必要在此指出的是，以下具体实施方式只用于对本申请进行进一步的说明，不能理解为对本申请保护范围的限制，该领域的技术人员可以根据上述申请内容对本申请作出一些非本质的改进和调整。
结合图1至图3所示，一种隧道长臂凿岩台车，包括车体1，还包括伸缩大臂2、大臂俯仰油缸3、连接座4、摆角油缸5、旋转油缸6、连接筒7、托架8、钻进机构9和托架俯仰油缸10，伸缩大臂2采用液压伸缩多杆结构，伸缩大臂2底端可转动连接在车体1上，大臂俯仰油缸3底端与车体1可转动连接，大臂俯仰油缸3的输出端与伸缩大臂2可转动连接，连接座4可转动连接在伸缩大臂2的顶端，摆角油缸5的底端与伸缩大臂2可转动连接，摆角油缸5的输出端与连接座4可转动连接，旋转油缸6安装在连接座4上，连接筒7安装在旋转油缸6的输出端侧边，托架8可转动连接在连接筒7端部，钻进机构9设在托架8上，托架俯仰油缸10底端与连接筒7可转动连接，托架俯仰油缸10的输出端与托架8可转动连接。上述可转动连接均可采用轴座与转轴的配合结构，满足在平面内转动。
本发明中，车体1的两侧设有辅助支撑机构11，辅助支撑机构11由液压伸缩筒和设在液压伸缩筒底部的支撑底板组成，通过液压伸缩筒的伸缩可使支撑底板支撑于地面，增加稳定性和承重性能。
本发明中，摆角油缸5有两个，且两个摆角油缸5输出端分别连接于连接座4的左右侧。在工作时，两个摆角油缸5同时伸长或缩短，可带动连接座4及其安装结构进行俯仰角度调节，通过两个摆角油缸5一个伸长另一个缩短，则带动连接座4及其安装结构进行左右水平角度调节，这样既可实现上下摆动，又能实现水平转动，一举两得。
本发明中，连接座4的其中一侧面用于安装旋转油缸6，连接座4另一侧面设有三个摆角轴座12，其中两个摆角轴座12同高度分列在左右侧，用于与两个摆角油缸5输出端连接；另一个摆角轴座12上活动连接有转接件13，伸缩大臂2顶端设有俯仰轴座14，俯仰轴座14与转接件13活动连接，通过摆角轴座12、转接件13和俯仰轴座14的配合，可实现连接座4及其安装结构上下摆动和左右摆动。
本发明中，钻进机构9包括推进梁901、前扶钎座902、后扶钎座903、凿岩机904、钎杆905、钎头906、推进油缸907、推进梁901设在托架8顶部，前扶钎座902安装在推进梁901前端，后扶钎座903和凿岩机904均通过滑块活动设在推进梁901上，钎杆905后端与凿岩机904连接，钎杆905前端依次穿过后扶钎座903和前扶钎座902，钎头906安装在钎杆905前端，推进油缸907沿推进梁901长度方向设置，且推进油缸907的输出端与后扶钎座903连接。
上述后扶钎座903与凿岩机904之间通过钢丝绳牵引联动，具体的，可以在推进梁901后端设置一个卷管盘，在后扶钎座903上设滑轮，通过一根钢丝绳缠绕在滑轮上，该钢丝绳的两端向后延伸并分别连接在凿岩机904底部和推进梁901尾部，另外再通过一根钢丝绳缠绕在卷管盘上，该钢丝绳的两端向前延伸并分别连接在凿岩机904底部和推进梁901上。这样，当推进油缸907驱动后扶钎座903向前移动时，凿岩机904也随着向前移动，且移动量为后扶钎座903的两倍，当推进油缸907收缩时，在卷管盘的作用下，拉动凿岩机904和后扶钎座903向后移动，凿岩机904的移动量同样为后扶钎座903的两倍。因此，后扶钎座903可始终位于前扶钎座902与凿岩机904之间的正中间位置，提供最佳的扶钎效果。
本发明中，推进梁901可移动连接在托架8顶部，且在托架8上设有补偿油缸(图中未示出)，补偿油缸的输出端与推进梁901连接。在补偿油缸的作用下，推进梁901可在托架8上前后滑动，补充进给量程。
本发明还提供了一种隧道长臂凿岩台车的工作方法，步骤包括
通过车体1移动进行位置调节，通过大臂俯仰油缸3的伸缩驱动，带动伸缩大臂2及其安装结构进行俯仰角度调节，通过伸缩大臂2的自身伸缩，带动连接座4及其安装结构进行高度调节，通过两个摆角油缸5的同步伸长或缩短，带动连接座4及其安装结构进行俯仰角度调节，通过两个摆角油缸5一个伸长另一个缩短，带动连接座4及其安装结构进行左右水平角度调节，通过旋转油缸6的旋转动作，带动托架8及其安装结构进行翻转调节；
完成上述调节后，通过钻进机构9进行钻孔工作。其中，推进油缸907用于控制后扶钎座903、凿岩机904、钎杆905、钎头906的前后移动，同时凿岩机904通过钎头906进行钻孔掘进。
该隧道长臂凿岩台车解决了隧道机械化施工工艺转换平繁、适应软弱围岩地质隧道能力不足，机械、人工两种施工工艺并存的施工难题。采用可升缩、可多维旋转的机械臂，增长设备伸臂长度，满足三台阶、两台阶、全断面隧道凿岩钻孔施工；凿岩机设计为可以同时完成管棚钻进、注浆导管钻进、爆破孔钻孔、锚杆钻孔的集成凿岩机，长臂机械手辅助安装可以固定在掌子面的稳定液压支撑。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
技术特征：
1.一种隧道长臂凿岩台车，包括车体(1)，其特征在于：还包括伸缩大臂(2)、大臂俯仰油缸(3)、连接座(4)、摆角油缸(5)、旋转油缸(6)、连接筒(7)、托架(8)、钻进机构(9)和托架俯仰油缸(10)，所述伸缩大臂(2)底端可转动连接在车体(1)上，所述大臂俯仰油缸(3)底端与车体(1)可转动连接，大臂俯仰油缸(3)的输出端与伸缩大臂(2)可转动连接，所述连接座(4)可转动连接在伸缩大臂(2)的顶端，所述摆角油缸(5)的底端与伸缩大臂(2)可转动连接，摆角油缸(5)的输出端与连接座(4)可转动连接，所述旋转油缸(6)安装在连接座(4)上，所述连接筒(7)安装在旋转油缸(6)的输出端侧边，所述托架(8)可转动连接在连接筒(7)端部，所述钻进机构(9)设在托架(8)上，所述托架俯仰油缸(10)底端与连接筒(7)可转动连接，托架俯仰油缸(10)的输出端与托架(8)可转动连接。
2.根据权利要求1所述的一种隧道长臂凿岩台车，其特征在于：所述摆角油缸(5)有两个，且两个摆角油缸(5)输出端分别连接于连接座(4)的左右侧。
3.根据权利要求2所述的一种隧道长臂凿岩台车，其特征在于：所述连接座(4)的其中一侧面用于安装旋转油缸(6)，连接座(4)另一侧面设有三个摆角轴座(12)，其中两个摆角轴座(12)同高度分列在左右侧，用于与两个摆角油缸(5)输出端连接，另一个摆角轴座(12)上活动连接有转接件(13)，所述伸缩大臂(2)顶端设有俯仰轴座(14)，所述俯仰轴座(14)与转接件(13)活动连接。
4.根据权利要求1所述的一种隧道长臂凿岩台车，其特征在于：所述钻进机构(9)包括推进梁(901)、前扶钎座(902)、后扶钎座(903)、凿岩机(904)、钎杆(905)、钎头(906)、推进油缸(907)、所述推进梁(901)设在托架(8)顶部，所述前扶钎座(902)安装在推进梁(901)前端，所述后扶钎座(903)和凿岩机(904)均通过滑块活动设在推进梁(901)上，所述钎杆(905)后端与凿岩机(904)连接，钎杆(905)前端依次穿过后扶钎座(903)和前扶钎座(902)，所述钎头(906)安装在钎杆(905)前端，所述推进油缸(907)沿推进梁(901)长度方向设置，且推进油缸(907)的输出端与后扶钎座(903)连接，且后扶钎座(903)与凿岩机(904)之间通过钢丝绳牵引联动。
5.根据权利要求4所述的一种隧道长臂凿岩台车，其特征在于：所述推进梁(901)可移动连接在托架(8)顶部，且在托架(8)上设有补偿油缸，所述补偿油缸的输出端与推进梁(901)连接。
6.一种如权利要求2所述隧道长臂凿岩台车的工作方法，其特征在于：步骤包括
通过车体(1)移动进行位置调节，通过大臂俯仰油缸(3)的伸缩驱动，带动伸缩大臂(2)及其安装结构进行俯仰角度调节，通过伸缩大臂(2)的自身伸缩，带动连接座(4)及其安装结构进行高度调节，通过两个摆角油缸(5)的同步伸长或缩短，带动连接座(4)及其安装结构进行俯仰角度调节，通过两个摆角油缸(5)一个伸长另一个缩短，带动连接座(4)及其安装结构进行左右水平角度调节，通过旋转油缸(6)的旋转动作，带动托架(8)及其安装结构进行翻转调节；
完成上述调节后，通过钻进机构(9)进行钻孔工作。
技术总结
本发明公开了一种隧道长臂凿岩台车及其工作方法，凿岩台车包括车体、伸缩大臂、大臂俯仰油缸、连接座、摆角油缸、旋转油缸、连接筒、托架、钻进机构和托架俯仰油缸，伸缩大臂连接于车体，大臂俯仰油缸与车体连接，大臂俯仰油缸输出端与伸缩大臂连接，连接座连接于伸缩大臂，摆角油缸与伸缩大臂连接，摆角油缸输出端与连接座连接，旋转油缸安装于连接座，连接筒安装于旋转油缸，托架连接在连接筒上，钻进机构设与托架上，托架俯仰油缸输出端与托架连接。该凿岩台车采用可升缩、可多维旋转的机械臂，增长设备伸臂长度，可满足三台阶、两台阶、全断面隧道凿岩钻孔施工要求，且可完成管棚钻进、注浆导管钻进、爆破孔钻孔、锚杆钻孔等施工。
技术研发人员：曾可琴;王建;朱长伟;王姣
受保护的技术使用者：安徽铁创
新材料科技有限公司;铁科创恒新材料科技有限公司
技术研发日：2020.12.16
技术公布日：2021.03.16
声明：
“隧道长臂凿岩台车及其工作方法与流程” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：中冶有色技术网
来源：安徽铁创新材料科技有限公司;铁科创恒新材料科技有限公司
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2024年07月26日 ~ 28日 
