一种既有铁路隧道病害整治用隧道拱顶钢拱架安装机

摘要

一种既有铁路隧道病害整治用隧道拱顶钢拱架安装机，属隧道病害整治施工设备技术领域。其构成包括安装台架、安装在安装台架上的钢拱架运行机构以及电气控制部份和液压控制部份，所述的钢拱架运行机构由钢拱架位置校正装置和安装在钢拱架位置校正装置侧边的钢拱架升降及翻转装置构成，其中，钢拱架升降及翻转装置由升降机构、回转机构、翻转机构及固定机构组成，钢拱架位置校正装置由纵移机构、位于纵移机构上方的横移机构、固定于横移机构上的上下移动机构、锁紧机构及上下移动导向机构组成。可使钢拱架跨越承力索的机械化安装，大大降低了劳动强度，提高了工作效率和安全性。

说明书

技术领域

本发明涉及一种隧道病害整治施工设备，尤其涉及一种既有铁路隧道病害 整治用隧道拱顶钢拱架安装机。

背景技术

国内既有铁路隧道病害进行整治时，当衬砌裂损严重时通常采用安装钢拱 架进行衬砌加固。一般先对隧道衬砌开槽后安装钢拱架，然后填充槽身，最后 在钢拱架背后压浆完成衬砌加固。

现有一种钢拱架安装机，参见《隧道建设》第31卷第5期披露的“一种 新型隧道施工用拱架安装机”，利用挖掘机作底盘，将其小臂改造为专用臂， 在其末端设计一套能实现六自由度的夹持机构，实现将拱架夹取后到达任意位 置的功能。主要组成部分包括：一套四连杆结构、回转机构、夹持机构、辅助 作业平台、液压控制系统和电气控制系统。这种拱架安装机是针对软弱围岩施 工时，架设钢拱架作为初期支护时使用而设计的，没有考虑到既有铁路隧道接 触网的承力索这一因素，其回转机构、夹持机构构成的钢拱架运行机构的结构 特点及功能均无法使钢拱架绕过既有铁路隧道接触网的承力索，即无法用于对 既有铁路隧道病害整治时隧道拱顶钢拱架的安装。目前既有铁路隧道通过安装 钢拱架进行加固时，普遍都采用人工安装钢拱架。由于钢拱架自身重量大，在 对隧道拱顶钢拱架进行安装时必须要绕过铁路隧道接触网的承力索，且不允许 与隧道拱墙及承力索发生碰撞，所以人工安装钢拱架不仅难度大，劳动强度高， 作业效率低，而且施工安全隐患大。目前尚未见有在既有铁路隧道病害整治时 钢拱架的机械化安装设备的报道。

发明内容

本发明的目的是设计一种既有铁路隧道病害整治用的隧道拱顶钢拱架安 装机，以实现隧道病害整治时拱顶钢拱架的机械化安装，在减轻劳动强度的同 时提高作业效率及作业的安全性。

实现本发明目的的既有铁路隧道病害整治用的隧道拱顶钢拱架安装机的 构成包括安装台架、安装在安装台架上的钢拱架运行机构以及电气控制部份和 液压控制部份，其特征是所述的钢拱架运行机构由钢拱架位置校正装置和安装 在钢拱架位置校正装置侧边的钢拱架升降及翻转装置组成，钢拱架升降及翻转 装置由升降机构、回转机构、翻转机构及固定机构组成，其中，所述的升降机 构由用轴承支座固定到安装台架上的内立柱、套装在内立柱上的外套筒和连接 在内立柱与外套筒之间的液压缸构成，所述的回转机构由设置在内立柱下端的 驱动机构、焊接在内立柱上的导向键和对应开设在外套筒上的导向槽构成，所 述的翻转机构由铰接于升降机构的外套筒上端的钢拱架翻转托架及铰接于钢 拱架翻转托架和外套筒间的翻转液压缸构成，所述的固定机构由安装在钢拱架 翻转托架侧壁上的两个固定液压缸和固接在固定液压缸的活塞杆端头的钩状 固定臂构成；所述的钢拱架位置校正装置由纵移机构、位于纵移机构上方的横 移机构、固定于横移机构上的上下移动机构、锁紧机构及上下移动导向机构组 成，其中，所述的纵移机构由安装在安装台架上的两条平行的纵移型钢轨道、 卡装在纵移型钢轨道内的纵移走行辊轮组、安装在纵移走行辊轮组上的纵移支 架所构成，所述的横移机构由安装在纵移支架上且垂直于纵移型钢轨道的两条 平行的横移型钢轨道、卡装在横移型钢轨道内的横移走行辊轮组、安装在横移 走行辊轮组上的横移支架所构成，所述的上下移动机构由焊接在横移支架四角 上的四根立柱、连接在两纵向立柱顶端上的立柱连接板和分别安装在立柱连接 板中间位置处的多级液压缸以及与多级液压缸的活塞杆端头连接的钢拱架托 槽构成，所述的上下移动导向机构由多级套筒构成，多级套筒的外套筒固定在 横移支架上，最里层套筒连接在钢拱架托槽侧壁上，所述的固定钢拱架的锁紧 机构由安装在钢拱架托槽侧壁上的液压卡钳构成。

使用时，通过本机的安装台架将本机安装在台车上，也可将安装台架的高 度做得满足其上部件的工位高度要求。在没有台车可用的情况下，也可搭建一 个高度合适的桁架平台，将本机安装在桁架平台上使用。首先由电气控制部份 及液压控制部份使翻转液压缸动作，推动钢拱架翻转托架向上翻转，将钢拱架 翻转托架置于垂直状，然后将钢拱架安装在钢拱架翻转托架上，随后操纵安装 在钢拱架翻转托架侧面上的两个固定液压缸收回钩状固定臂将钢拱架锁定，再 通过操纵各液压缸使外套筒带着钢拱架翻转托架和其上的钢拱架相对于内立 柱上行的同时使翻转托架连同钢拱架向下翻转，直至钢拱架举升高度超过接触 网承力索并放平。在钢拱架放平后，设置在内立柱下端的驱动机构动作，带动 内立柱旋转，通过焊接在内立柱上的导向键和外套筒上开设的导向槽的作用， 进而带动外套筒带着钢拱架翻转托架和其上的钢拱架往接触网承力索方向旋 转，从而实现将钢拱架的一端跨过接触网的承力索。在此过程中，升降机构和 翻转机构同时动作使钢拱架的一端跨过承力索后向下翻转并向下运动，直至钢 拱架的腹板与隧道轴线垂直时停止。上述动作完成后，将钢拱架位置校正装置 沿纵移型钢轨道移动至钢拱架下方，再由多级液压缸带动钢拱架托槽向上移 动，将钢拱架托接在钢拱架托槽内。上下移动导向机构保证了钢拱架托槽在多 级液压缸升起时不发生扭转，从而保证了钢拱架托槽准确到位以承接钢拱架。 此时钢拱架从钢拱架升降及翻转装置中转移到了钢拱架位置校正装置上。此后 钢拱架翻转托架上的固定液压缸动作，使钩状固定臂释放钢拱架。钢拱架升降 及翻转装置复位至初始状态。再使位于钢拱架托槽侧壁上的液压卡钳动作，将 钢拱架锁紧在钢拱架托槽内。随后由横移机构、纵移机构及上下移动机构来完 成钢拱架的横向、纵向及上下三个方向的位置校正，使钢拱架准确地顶升安装 到指定的隧道衬砌的钢拱架安装槽内。在人工将钢拱架固定好后，释放液压卡 钳，将钢拱架位置校正装置复位至初始状态，从而完成既有铁路隧道拱顶钢拱 架的机械化安装。

钢拱架位置校正装置的纵移支架和横移支架的移动可以由人工推动完成。 也可以由在纵移支架与纵移型钢轨道之间设置驱动纵移支架移动的驱动机构、 在横移支架与纵移支架之间设置驱动横移支架移动的驱动机构来完成。

本钢拱架安装机还可以通过单片机编程来控制各驱动机构的动作，以控制 钢拱架的运行轨迹来完成既有铁路隧道中拱顶钢拱架的自动化机械安装。

本发明通过对钢拱架运行机构的设计，使钢拱架的运行轨迹实现跨越接触 网的承力索且不与隧道拱墙衬砌发生碰撞，钢拱架安装定位精确，实现了既有 铁路隧道病害整治时难度最大的隧道拱顶钢拱架安装的机械化，大大降低了钢 拱架安装的劳动强度，提高了工作效率，缩短了隧道衬砌加固的工期，安全方 面也更有保障。

下面结合实施例对本发明内容做进一步说明。但本发明的内容并不仅限于 本实施例。

附图说明

图1是本发明的结构示意图

图2是图1的左视图

图3是图1的右视图

图4是钢拱架顶升前的工位图

图5是图4中钢拱架的俯视图

图6是钢拱架升降及翻转装置将钢拱架顶升到位的工位示意图

图7是图6中钢拱架的俯视图

图8是钢拱架转移至钢拱架安装托槽上的工位示意图

图9是图8中钢拱架的俯视图

图10是钢拱架顶升到隧道衬砌的钢拱架安装槽内的工位示意图

具体实施方式

参见图1～10，本既有铁路隧道病害整治用的隧道拱顶钢拱架安装机的构 成包括安装台架16、安装在安装台架16上的钢拱架运行机构以及电气控制部 份和液压控制部份，电气控制部份及液压控制部份属公知技术部分，故未在图 上示出。所述的钢拱架运行机构由钢拱架位置校正装置和安装在钢拱架位置校 正装置侧边的钢拱架升降及翻转装置组成，钢拱架升降及翻转装置由升降机 构、回转机构、翻转机构及固定机构组成，其中，所述的升降机构由用轴承支 座10固定到安装台架16上的内立柱9、套装在内立柱9上的外套筒8和连接 在内立柱9与外套筒8之间的液压缸31构成，所述的回转机构由设置在内立 柱9下端的驱动机构11、焊接在内立柱9上的导向键5和对应开设在外套筒8 上的导向槽4构成。驱动机构11可以采用在安装台架底面上安装驱动电机、 在驱动电机与内立柱9下端之间设置齿轮副的结构形式。当然也可以采用其他 结构形式的使内立柱9在轴承支座10中绕自身轴线旋转的驱动机构。翻转机 构由铰接于外套筒8上端的钢拱架翻转托架3及铰接于钢拱架翻转托架3和外 套筒8间的翻转液压缸6构成。图中7是焊接在外套筒8上的用来安装翻转液 压缸6的安装板。固定机构由安装在钢拱架翻转托架3侧壁上的两个固定液压 缸32和固接在固定液压缸32的活塞杆端头的钩状固定臂2构成。

所述的钢拱架位置校正装置由纵移机构、位于纵移机构上方的横移机构、 固定于横移机构上的上下移动机构、锁紧机构及上下移动导向机构组成，其中， 所述的纵移机构由安装在安装台架16上的两条平行的纵移型钢轨道17、卡装 在纵移型钢轨道17内的纵移走行辊轮组15、安装在纵移走行辊轮组15上的纵 移支架14所构成。所述的横移机构由安装在纵移支架14上且垂直于纵移型钢 轨道17的两条平行的横移型钢轨道19、卡装在横移型钢轨道19内的横移走行 辊轮组12、安装在横移走行辊轮组12上的横移支架13所构成。

纵移支架14在纵移型钢轨道17上的移动和横移支架13在横移型钢轨道 19上的移动可以通过人工完成，也可以像本实施例示出的那样通过在纵移支架 14与纵移型钢轨道17之间设置的驱动纵移支架移动的电机驱动机构18和铰接 于横移支架13与纵移支架14间的液压缸34构成的驱动横移支架移动的驱动 机构来完成。电机驱动机构18可以采用在纵移支架14上安装驱动电机、在电 机转轴与纵移型钢轨道17之间设置摩擦轮或在电机转轴与纵移型钢轨道17之 间设置齿轮齿条副的结构形式。当然也可以采用其他结构形式的驱动机构。同 样道理，驱动横移支架13移动的驱动机构也可以采用其他结构形式的驱动机 构。

所述的上下移动机构由焊接在横移支架13四角上的四根立柱20、连接在 两纵向立柱顶端上的立柱连接板22和分别安装在立柱连接板22的中间位置处 的多级液压缸23以及与多级液压缸23的活塞杆端头连接的钢拱架托槽25构 成。所述的上下移动导向机构由多级套筒组成，多级套筒的外套筒21固定在 横移支架13上，最里层套筒24通过一连接板36连接在钢拱架托槽25的侧壁 上。所述的固定钢拱架的锁紧机构由安装在钢拱架托槽25的侧壁上的液压卡 钳35构成。

使用时，通过本机的安装台架16将本机安装在台车33(图中双点划线所 示)上。当然，也可将安装台架16的高度做得满足其上部件的工位高度要求。 在没有台车可用的情况下，也可搭建一个高度合适的桁架平台，将本机安装在 桁架平台上使用。图中1为隧道拱墙衬砌，26为接触线，27为接触线26的承 力索，30为连接接触线26和承力索27的吊弦。首先由电气控制部份及液压控 制部份使翻转液压缸6动作，推动钢拱架翻转托架3向上翻转呈垂直状，然后 将钢拱架29安装在钢拱架翻转托架3上并由钩状固定臂2将其锁定，如图4、 5所示。随后操纵升降机构的液压缸31和翻转机构的翻转液压缸6，液压缸31 驱动外套筒8带着钢拱架翻转托架3和其上的钢拱架29相对于内立柱9上行， 与此同时翻转液压缸6使翻转托架3和钢拱架29向下(即图中顺时针方向) 翻转，直至钢拱架翻转托架上的钢拱架29举升高度超过承力索27并放平，如 图6、7所示。在钢拱架29放平后，启动回转机构的设置在内立柱9下端的驱 动机构11，带动内立柱9逆时针旋转，在内立柱9上的导向键5及外套筒8 上开设的导向槽4的作用下，进而带动外套筒8逆时针旋转，从而实现将钢拱 架29的一端跨过接触网的承力索27。在此过程中，翻转机构的翻转液压缸6 和升降机构的液压缸31同时动作，使钢拱架29的一端跨过承力索27后向下 翻转并向下运动，直至钢拱架29的腹板与隧道轴线垂直时停止。上述动作完 成后，由电机驱动机构18将钢拱架位置校正装置沿纵移型钢轨道17移动至钢 拱架29下方，再由多级液压缸23带动钢拱架托槽25向上移动，将钢拱架29 托接在钢拱架托槽25内。由固定在横移支架13上的外套筒21和固定在钢拱 架托槽25侧壁上的最里层套筒24构成的上下移动导向机构保证了钢拱架托槽 25在多级液压缸23升起时不发生扭转，从而保证了钢拱架托槽25准确到位以 便承接钢拱架29。此时，钢拱架29从钢拱架升降及翻转装置中转移到了钢拱 架位置校正装置上，此后钢拱架翻转托架3上的固定液压缸32动作，使钩状 固定臂2释放钢拱架29。钢拱架升降及翻转装置则复位至初始状态，如图8、 9所示。启动液压卡钳35将钢拱架29锁紧在钢拱架托槽25内。随后由电机驱 动机构18带动纵移支架14纵向移动至钢拱架29的隧道衬砌安装槽28的下方， 横移机构的液压缸34动作，使得横移支架13相对纵移支架14横向移动，上 下移动机构的多级液压缸23动作，从而完成对钢拱架29的纵向、横向及上下 三个方向的位置校正，使钢拱架29准确地顶升安装到指定的隧道衬砌安装槽 28内，如图10所示。在人工固定好钢拱架29后，释放液压卡钳35，钢拱架 位置校正装置复位至初始状态，从而完成既有铁路隧道拱顶钢拱架的机械化安 装。