环形轨道式多功能凿岩台车系统.pdf

一种环形轨道式多功能凿岩台车系统，至少包括履带行走装置、门架、环轨系统和液压钻机，所述履带行走装置在门架的两侧形成四点支撑台车，所述环轨系统安装于门架的前端并支撑液压钻机和立供装置，还包含有沿门架纵向移动的操作平台，本发明有效提高了施工作业的可靠性与连续性，适应隧道内的全断面和台阶法作业施工，可完成隧道线路中80％的围岩状况施工，履带行走装置可实现高效灵活的转向及均衡控制，适应隧道内恶劣的施工作业环境，操作平台为操作人员抵近掌子面测量划线及装填炸药等施工提供作业平台，立供装置可以辅助施工人员完成钢拱架的架设和钢网的铺设，有效的提高了立供作业效率，减轻了施工人员的劳动强度。

1.  一种环形轨道式多功能凿岩台车系统，至少包括履带行走装置、门架、环轨系统和液压钻机，其特征在于：
所述履带行走装置分为前后两套，分别对称布置在门架的两侧形成四点支撑台车，所述环轨系统安装于门架的前端并支撑液压钻机；
所述门架至少包括上顶架、上横梁、下横梁和横联，所述上顶架设置于上横梁的上方，所述下横梁设置于下端，所述横联连接两侧的上横梁或下横梁；所述环轨系统包括环轨架和多个钻机驱动组件，所述环轨架可包含前后平行设置的两条环形轨道，两环形轨道顶端设有齿圈，所述钻机驱动组件包含驱动箱和钻机安装座，所述驱动箱包含箱体、驱动源、马达减速器、小齿轮和传动轴，所述小齿轮为两个并分别啮合于环形轨道的齿圈，其中一小齿轮通过马达减速器连接至驱动源，所述箱体前端通过连接板连接至钻机安装座以固定液压钻机。

2.  如权利要求1所述的环形轨道式多功能凿岩台车系统，其特征在于：所述履带行走装置包含履带走行总成，所述履带走行总成铰接于底座的下端，所述底座的上端设有转向系统，所述转向系统的上端连接有立柱总成，所述立柱总成通过一立柱升降油缸连接于下横梁。

3.  如权利要求2所述的环形轨道式多功能凿岩台车系统，其特征在于：所述转向系统包含回转支撑以及转向油缸，所述回转支撑的内侧向内延伸一连接部，转向油缸设置于所述连接部和下横梁的底面。

4.  如权利要求2所述的环形轨道式多功能凿岩台车系统，其特征在于：所述上横梁和下横梁之间还设有加长节以适应不同的隧道断面。

5.  如权利要求1或2或3或4所述的环形轨道式多功能凿岩台车系统，其特征在于：还包含有立供装置，其包括电动葫芦和立供驱动箱，所述立供驱动箱位于所述环轨架的两条环形轨道上并能沿环形轨道移动，所述立供驱动箱的上端设置有电动葫芦。

6.  如权利要求5所述的环形轨道式多功能凿岩台车系统，其特征在于：所述立供驱动箱的前端设置有安装座，所述安装座铰接于外套筒的后端，内套筒可伸缩的设置于外套筒内，所述电葫芦钢丝绳通过内套筒前侧上缘和前端设置的滑轮连接吊钩。

7.  如权利要求6所述的环形轨道式多功能凿岩台车系统，其特征在于：所述外套筒的下缘连接于俯仰油缸的伸缩杆末端，所述俯仰油缸的油缸体铰接于安装座，所述内套筒的下缘连接于伸缩油缸的伸缩杆末端，所述伸缩油缸的油缸体铰接于外套筒的下缘。

8.  如权利要求1-4、6-7中任一所述的环形轨道式多功能凿岩台车系统，其特征在于：还包含有沿门架纵向移动的操作平台，所述门架的内侧设有供操作平台纵向移动的支撑部件，所述操作平台包含上门框、外柱体、内柱体和走行机构，所述外柱体为双数的多根且对称置于两侧，所述上门框为弧形并分别连接于两侧对应外柱体的顶端，所述内柱体套合于外柱体内部并可向下伸缩，所述内柱体的下端设有走行机构，所述操作平台的后端连接有驱动总成。

9.  如权利要求8所述的环形轨道式多功能凿岩台车系统，其特征在于：所述操作平台的一侧设有可折叠的至少一个伸缩走台。

10.  如权利要求8所述的环形轨道式多功能凿岩台车系统，其特 征在于：至少一个内柱体和外柱体之间设有伸缩油缸。

环形轨道式多功能凿岩台车系统
技术领域
本发明涉及隧道施工机械设备的领域，具体涉及一种含钻孔、立钢架及挂网功能的环形轨道式多功能凿岩台车系统，主要用于铁路、公路、单线、双线隧道的开挖及支护。
背景技术
目前，在我国的山岭隧道施工中，机械化程度普遍不高，隧道机械化施工的成套设备及技术都不够成熟和完善，在很大程度上依赖人工完成。尤其是在钻打炮眼、锚杆孔和立钢架、挂网等施工工序上，需要大量的人工参与作业，工人劳动强度大，施工效率低，而近年来由于人力成本不断增加，导致采用大量人工作业的隧道施工工法已不具备成本优势。同时隧道内施工环境恶劣，安全隐患大，在我国对生产安全日益重视的大环境下，有关部门对隧道施工作业的安全要求也不断提高。因此，不论是从经济效益，还是社会效益上考虑，完善隧道机械化施工成套技术，提高机械化程度将是隧道施工的主流发展趋势。
为此，本发明的设计者有鉴于上述缺陷，通过潜心研究和设计，综合长期多年从事相关产业的经验和成果，研究设计出一种环形轨道式多功能凿岩台车系统，以克服上述缺陷。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于：为隧道施工作业提供一种环形轨 道式凿岩台车，该台车集打炮眼、钻锚杆孔和立钢架、挂网等多种功能于一体，使隧道开挖及初期支护的施工作业实现机械化，大幅减少了人工作业量，降低劳动强度，在减少安全隐患的同时提高施工效率。
为解决上述问题，本发明公开了一种环形轨道式多功能凿岩台车系统，至少包括履带行走装置、门架、环轨系统和液压钻机，其特征在于：
所述履带行走装置分为前后两套，分别对称布置在门架的两侧形成四点支撑台车，所述环轨系统安装于门架的前端并支撑液压钻机；
所述门架至少包括上顶架、上横梁、下横梁和横联，所述上顶架设置于上横梁的上方，所述下横梁设置于下端，所述横联连接两侧的上横梁或下横梁；所述环轨系统包括环轨架和多个钻机驱动组件，所述环轨架可包含前后平行设置的两条环形轨道，两环形轨道顶端设有齿圈，所述钻机驱动组件包含驱动箱和钻机安装座，所述驱动箱包含箱体、驱动源、马达减速器、小齿轮和传动轴，所述小齿轮为两个并分别啮合于环形轨道的齿圈，其中一小齿轮通过马达减速器连接至驱动源，所述箱体前端通过连接板连接至钻机安装座以固定液压钻机。
其中：所述履带行走装置包含履带走行总成，所述履带走行总成铰接于底座的下端，所述底座的上端设有转向系统，所述转向系统的上端连接有立柱总成，所述立柱总成通过一立柱升降油缸连接于下横梁。
其中：所述转向系统包含一回转支撑以及转向油缸，所述回转支撑的内侧向内延伸一连接部件，转向油缸设置于所述连接部和下横梁 的底面。
其中：所述上横梁和下横梁之间还设有加长节以适应不同的隧道断面。
其中：还包含有立供装置，其包括电动葫芦和立供驱动箱，所述立供驱动箱位于所述环轨架的两条环形轨道上并能沿环形轨道移动，所述立供驱动箱的上端设置有电动葫芦。
其中：所述立供驱动箱的前端设置有安装座，所述安装座铰接于外套筒的后端，内套筒可伸缩的设置于外套筒内，所述电葫芦钢丝绳通过内套筒前侧上缘和前端设置的滑轮连接吊钩。
其中：所述外套筒的下缘连接于俯仰油缸的伸缩杆末端，所述俯仰油缸的油缸体铰接于安装座，所述内套筒的下缘连接于伸缩油缸的伸缩杆末端，所述伸缩油缸的油缸体铰接于外套筒的下缘。
其中：还包含有沿门架纵向移动的操作平台，所述门架的内侧可设有供操作平台纵向移动的支撑部件，所述操作平台包含上门框、外柱体、内柱体和走行机构，所述外柱体为双数的多根且置于两侧，所述上门框为弧形并分别连接于两侧对应外柱体的顶端，所述内柱体套合于外柱体内部并可向下伸缩，所述内柱体的下端设有走形机构，所述操作平台的后端连接有驱动总成。
其中：所述操作平台的一侧设有可折叠的至少一个伸缩走台。
其中：至少一个内柱体和外柱体之间设有伸缩油缸。
通过上述结构可知，本发明的环形轨道式多功能凿岩台车系统将隧道施工中传统的人工作业的开挖方式改为更加先进和高效的液压 凿岩机开挖，有效提高了施工作业的可靠性与连续性。采用可升降的主体结构，适应隧道内的全断面和台阶法作业施工，可完成隧道线路中80％的围岩状况施工。台车自带履带驱动及水平调节装置，可实现高效灵活的转向及均衡控制，适应隧道内恶劣的施工作业环境。台车装有可伸缩式支撑平台，为操作人员抵近掌子面测量划线及装填炸药等施工提供作业平台。台车配备的立钢架及挂网装置可以辅助施工人员完成钢拱架的架设和钢网的铺设，有效的提高了立供作业效率，减轻了施工人员的劳动强度。
综上所述，多功能凿岩台车在隧道施工中的开挖、立供、挂网等多个工序中采用机械化作业代替原来需大量人工劳动的作业方式，在成倍提高了施工效率的同时减少了施工人数，有效地降低了安全风险。
本发明的详细内容可通过后述的说明及所附图而得到。
附图说明
图1显示了本发明的环形轨道式多功能凿岩台车系统的整体示意图。
图2显示了本发明的正视图。
图3显示了本发明履带行走装置主视图。
图4显示了本发明履带行走装置俯视图。
图5显示了本发明全断面施工门架的主视图。
图6显示了本发明全断面施工门架左视图。
图7显示了本发明台阶法施工门架主视图。
图8显示了本发明台阶法施工门架左视图。
图9显示了本发明环轨系统主视图。
图9A显示了图9中A-A向的示意图。
图10显示了本发明环轨系统左视图。
图11显示了本发明立供装置结构图。
图12显示了本发明平台结构主视图。
图13显示了本发明平台结构左视图。
附图标记：
1、履带行走装置；2、门架；3、环轨系统；4、液压钻机；5、立供装置；6、操作平台；1-1、立柱升降油缸；1-2、立柱总成；1-3、转向系统；1-4、底座；1-5、履带走行总成；2-1、上顶架；2-2、上横梁；2-3、加长节；2-4、下横梁；2-5、横联；3-1、驱动箱；3-2、钻机安装座；3-3、环轨架；3-4、马达减速机；3-5、小齿轮；3-6、传动轴；3-7连接板；5-1、电动葫芦；5-2、驱动箱；5-3、安装座；5-4、外套筒；5-5、内套筒；5-6、俯仰油缸；5-7、伸缩油缸；6-1、上门框；6-2、外柱体；6-3、内柱体；6-4、走行机构；6-5、平台横联；6-6、驱动总成；6-7、伸缩走台。
具体实施方式
参见图1和2，显示了本发明的环形轨道式多功能凿岩台车系统。
所述环形轨道式多功能凿岩台车系统包括履带行走装置1、门架 2、环轨系统3、液压钻机4、立供装置5及操作平台6等部件。
所述履带行走装置1为台车的行走和支撑装置，其根据台车前部与后部支撑力不同分为前后两种类型，每型两套对称布置在门架2的两侧，形成四点支撑台车，每套履带装有独立的升降及转向机构，可实现多种方式转向，所述环轨系统3安装于门架2的前端并支撑液压钻机4和立供装置5，所述操作平台6设置于门架2内以提供操作面。
参见图1、2、5-8，所述门架2为整个台车的主体基础结构，分别与履带行走装置1、环轨系统3及操作平台6连接，其至少包括上顶架2-1、上横梁2-2、下横梁2-4、横联2-5等部件，所述上顶架2-1设置于上横梁2-2的上方，所述下横梁2-4设置于下端并连接各履带行走装置1，所述横联2-5连接两侧的上横梁2-2或下横梁2-4，其中，为提供不同操作高度的要求，所述上横梁2-2和下横梁2-4之间还可设有加长节2-3，所述加长节2-3的高度可根据需要进行设置，参见图6-7，显示了没有设置加长节2-3的状态，图5显示了加装加长节2-3的状态，可选的是，两侧的加长节2-3之间也可设置横联2-5以提高支撑强度，由此，该门架2是整个系统的安装基础，也是其定位基础，该门架2可通过拆装加长节降低整机高度以适应不同的隧道断面。
如图3、图4所示，所述履带行走装置1包含履带走行总成1-5，所述履带走行总成1-5包含走形履带以及位于前后位置的驱动齿轮和从动齿轮，所述驱动齿轮连接至驱动单元，所述驱动齿轮和从动齿轮之间设有多个随动小齿轮和支撑小齿轮，所述履带走行总成1-5铰接 于底座1-4的下端，所述底座1-4的上端设有转向系统1-3，所述转向系统1-3的上端连接有可伸缩的设于下横梁2-4内的立柱总成1-2，所述立柱总成1-2为中空并通过一立柱升降油缸1-1连接于下横梁2-4，所述转向系统1-3包含一回转支撑以及转向油缸，所述回转支撑的内侧向内(如图4所示)延伸一连接部件，转向油缸设置于所述连接部件和下横梁2-4的底面。
其中，立柱升降油缸1-1与立柱总成1-2及下横梁2-4之间均采用销轴与支座铰接，立柱总成1-2与转向系统1-3的回转支撑之间采用螺栓固定连接，转向系统1-3的回转支撑与底座1-4之间采用螺栓固定连接，底座1-4与履带走行总成1-5之间采用销轴与支座铰接。在立柱升降油缸1-1的推动作用下立柱总成1-2与台车门架的下横梁2-4之间可做相对滑动，带动台车门架进行均衡调节。在转向系统1-3转向油缸的推动作用下，底座1-4与履带走行总成1-5可相对门架2转动，实现台车整机转向。
参见图1、2、9、9A和10，所述环轨系统3安装在台车门架2前端，其可包括环轨架3-3和多个钻机驱动组件，所述环轨架3-3可包含前后平行设置的两条环形轨道，多个钻机驱动组件间隔设置于两环形轨道之间，两环形轨道相对设置有环形导槽且顶端设有齿圈，所述钻机驱动组件包含驱动箱3-1和钻机安装座3-2，所述驱动箱3-1设置于两环形轨道上，其包含箱体、驱动源、马达减速器3-4、小齿轮3-5和传动轴3-6，所述箱体的下端两侧可设有伸入环形导槽的导轨，以实现准确的导向和避免脱离，所述小齿轮3-5为两个并分别啮 合于环形轨道的齿圈，两小齿轮3-5通过传动轴3-6连接，其中一小齿轮3-5通过马达减速器3-4连接至驱动源，所述箱体前端通过连接板3-7连接至钻机安装座3-2以固定液压钻机，由此，通过驱动源的驱动，小齿轮3-5相对齿圈啮合旋转，实现液压钻机4沿环形轨道移动。
其中，环轨系统3中的驱动箱3-1与钻机安装座3-2和马达减速机3-4之间采用螺栓连接，环轨架3-3与门架2的上顶架2-1之间采用螺栓连接，安装在驱动箱3-1箱体内的小齿轮3-5一端与马达减速机3-4的输出端采用螺栓连接，另一端与传动轴3-6套接。在小齿轮3-5与环轨架3-3上大齿圈的啮合作用下，安装在驱动箱3-1上的液压凿岩机经马达减速机3-4驱动可沿环形轨道转动一定的角度，通过多个可在环面上调整位置的液压钻机4可方便的钻打掌子面上呈环形布置的炮眼。
所述液压钻机4为整个台车的工作机构，其可包括液压凿岩机、推进梁、钻臂等，所述钻臂可包含变幅机构和偏转机构，实现可调的上下变幅和左右偏摆，以及推进梁的偏摆和回转，实现不同位置、不同角度的炮眼和锚杆孔的钻打。
参见图11，所述立供装置5可以辅助施工人员完成钢拱架的架设和钢网的铺设，其可为一个以上并设置于所述环轨架3-1的两条环形轨道上，其可包括电动葫芦5-1、立供驱动箱5-2、安装座5-3、外套筒5-4、内套筒5-5等，所述立供驱动箱5-2的结构与环轨系统3中钻机驱动组件的驱动箱3-1类似，也包含箱体、驱动源、马达减速 器、小齿轮和传动轴，所述小齿轮为两个并分别啮合于环形轨道的齿圈，两小齿轮通过传动轴连接，其中一小齿轮通过马达减速器连接至驱动源，由此，通过驱动源的驱动，小齿轮相对齿圈啮合旋转，实现立供驱动箱5-2沿环形轨道移动。
所述立供驱动箱5-2的上端设置有电动葫芦5-1，前端设置有安装座5-3，所述安装座5-3铰接于外套筒5-4的后端，内套筒5-5可伸缩的设置于外套筒5-4内，所述外套筒5-4的下缘连接于俯仰油缸5-6的伸缩杆末端，所述俯仰油缸5-6的油缸体铰接于安装座5-3，所述内套筒5-5的下缘连接于伸缩油缸5-7的伸缩杆末端，所述伸缩油缸5-7的油缸体铰接于外套筒5-4的下缘，所述电葫芦5-1的钢丝绳通过内套筒5-5前侧上缘和前端设置的滑轮连接一操作元件，参见图11，该操作元件可为吊举钢拱架或钢网的吊钩。
由此，安装座5-3与立供驱动箱5-2之间采用螺栓连接，与外套筒5-4之间采用销轴及铰支座连接。外套筒5-4与内套筒5-5之间为套装可相对滑动，俯仰油缸5-6两端分别与安装座5-3、外套筒5-4采用销轴及铰支座连接，变幅油缸5-7两端分别与内套筒5-5、外套筒5-4采用销轴及铰支座连接。预拼装完成的钢拱架由电动葫芦5-1吊放至门架2顶部，俯仰油缸5-6和变幅油缸5-7驱动立供装置5俯仰、伸缩后将钢拱架举升至隧道顶部。
参见图12-13，所述操作平台6可沿门架2纵向移动，所述门架2的内侧可设有供操作平台6纵向移动的支撑部件，所述操作平台6可包含上门框6-1、外柱体6-2、内柱体6-3、走行机构6-4和平台横 联6-5，所述外柱体6-2为双数的多根且置于两侧，所述上门框6-1为弧形并分别连接于两侧对应外柱体6-2的顶端，所述内柱体6-3套合于外柱体6-2内部并可向下伸缩，可选的是，至少一个内柱体6-3和外柱体6-2之间设有伸缩油缸，所述内柱体6-3的下端设有走形机构6-4，可选的是，所述走形机构6-4包含走行轮和连接杆，位于一侧的内柱体6-3之间设有平台横联6-5以提高支撑强度，所述操作平台6的后端连接有驱动总成6-6，所述驱动总成6-6可包含驱动轮和驱动电机，可选的是，所述驱动电机通过减速器连接至驱动轮，所述操作平台6的一侧设有可折叠的至少一个伸缩走台6-7，以提供操作人员的操作面。
由此，操作平台到位后可供操作人员抵近掌子面测量划线，操作平台6收缩到位后可用作台车的后部配重。上门框6-1与外柱体6-2之间采用螺栓连接，伸缩走台6-7与外柱体6-2、内柱体6-3之间为螺栓连接并可折翻。平台6在门架2内侧轨道支撑下可作纵移伸出使伸缩走台6-7抵近掌子面作业，上门框6-1、外柱体6-2及伸缩走台6-7可在油缸的推动作用下顶升一定高度，方便施工人员在隧道顶部区域作业。且操作平台6可退回到门架2尾部以平衡液压钻机的重量，提高台车行驶稳定性。
通过上述描述可知，本发明的优点在于：
1、门架为分段组合式结构，通过简单拆装可调整整机高度，分别适应隧道的全断面和台阶法施工作业时对台车整机不同的高度要求。
2、可调整车架水平的履带行走均衡装置，在隧道内不平整地面上施工时能自动补偿四个支撑位的高差，保证台车门架处于水平位置，并通过独立的转向系统来实现台车门架的横向对中，为凿岩机的钻孔定位提供基准，有利于液压钻机迅速对位。
3、可设置数台液压钻机，实现全断面及台阶法施工时掌子面的全面覆盖，无盲区，无死角。
4、立供装置将在地面预先拼装好的钢拱架吊起并举升至隧道顶面，可大大减轻操作人员劳动强度和提高立供支护作业效率。
5、操作平台可纵向移动，平台伸出到位后可供操作人员抵近掌子面测量划线，收缩到位后可用作台车的后部配重。
显而易见的是，以上的描述和记载仅仅是举例而不是为了限制本发明的公开内容、应用或使用。虽然已经在实施例中描述过并且在附图中描述了实施例，但本发明不限制由附图示例和在实施例中描述的作为目前认为的最佳模式以实施本发明的教导的特定例子，本发明的范围将包括落入前面的说明书和所附的权利要求的任何实施例。