一种仰拱模架

技术领域

本发明涉及隧道施工设备，尤其涉及一种仰拱模架。

背景技术

在隧道施工浇筑仰拱以及隧道水沟槽之前，要进行凿毛处理，以提高混凝土表面的附着力，使两个施工阶段的施工面粘结牢固。目前，仰拱模板施工通常采用仰拱模架，利用栈桥拖动仰拱模架前进，隧道凿毛方式主要有人工凿毛、机载式凿毛机凿毛等，两个施工过程及所需要的设备都是分开的，效率较低，所需设备种类多、成本高。进一步地，人工凿毛主要是工人使用小型的手持式凿毛机或电镐、液压镐进行凿毛，这种凿毛方式效率低下、劳动强度大而且不能保证凿毛质量，凿毛质量不达标会导致两个施工面粘结不牢，出现渗水或开裂等情况。机载式凿毛机一般装在挖掘机或者简易桁架上进行凿毛，由于隧道横向空间有限(特别是小截面隧道，例如单线隧道等)，设备在隧道内的活动容易受到限制，同时这种施工方式也会影响到其他隧道施工机械的进出。此外，气动凿毛机、电动镐及液压镐等施工工具，要求尽量垂直作业面，对于较平整的作业面基本能满足要求，但是对于隧道侧壁，施工工具随机械手沿着曲面移动时，稳定性较差，不利于保持与作业曲面垂直。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种结构简单、有利于提高施工效率、降低施工成本的仰拱模架。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种仰拱模架，包括后行走轮架，还包括底座、凿毛单元及机械臂，所述底座与所述后行走轮架后端相连，底座上设有回转机构，所述机械臂设于所述回转机构上，所述凿毛单元设于所述机械臂上。

作为上述技术方案的进一步改进：所述机械臂包括设于回转机构上的水平伸缩臂、设于水平伸缩臂的摆动伸缩臂、以及用于驱动摆动伸缩臂摆动的第一摆动驱动件，所述摆动伸缩臂上设有用于驱动所述凿毛单元摆动的第二摆动驱动件。

作为上述技术方案的进一步改进：所述水平伸缩臂包括第一外箱体、第一内箱体及用于驱动第一内箱体伸缩的第一伸缩驱动件，所述摆动伸缩臂包括第二外箱体、第二内箱体及用于驱动第二内箱体伸缩的第二伸缩驱动件，所述第一摆动驱动件连接于所述第一内箱体与所述第二外箱体之间，所述第二摆动驱动件连接于所述第二内箱体与所述凿毛单元之间。

作为上述技术方案的进一步改进：所述第一摆动驱动件和所述第二摆动驱动件均为伸缩油缸，所述第二外箱体为弯折结构且弯折处与所述第一内箱体铰接，第一摆动驱动件一端与所述第一内箱体铰接，第一外箱体上表面开设有轴向缺口，防止伸缩过程中，第一内箱体上的铰接座与第一外箱体发生干涉，第一摆动驱动件另一端与所述第二外箱体一端铰接，第二外箱体另一端套设于所述第二内箱体一端的外周，所述第二摆动驱动件两端分别与所述第二内箱体另一端和所述凿毛单元铰接。

作为上述技术方案的进一步改进：所述第一摆动驱动件和所述第二摆动驱动件均为摆动油缸。

作为上述技术方案的进一步改进：所述凿毛单元包括摆动座、凿毛部件及限位滚轮，所述摆动座设于所述机械臂上，所述凿毛部件及限位滚轮设于所述摆动座上，所述限位滚轮位于所述凿毛部件的上下两侧。

作为上述技术方案的进一步改进：所述凿毛部件沿上下两侧的所述限位滚轮中心点连线的中垂线布置。

所述凿毛单元配设有粗糙度检测部件。

作为上述技术方案的进一步改进：还包括可上下移动的测距部件；或者包括多个测距部件，多个测距部件沿竖直方向均匀布置；所述测距部件设于所述机械臂或所述底座上。

作为上述技术方案的进一步改进：所述底座上设有滑轨，所述滑轨上设有滑动座，所述滑动座配设有滑动驱动组件，所述回转机构设于所述滑动座上。

与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明公开的仰拱模架，在后行走轮架的后端连接有底座，在底座上设置有回转机构，机械臂设于回转机构上，凿毛单元设于机械臂上，在完成仰拱浇筑，栈桥拖动仰拱模前进时，凿毛单元跟随前进进行凿毛，为浇筑水沟槽做准备，有利于提高施工效率，降低施工所需的设备数量进而降低施工成本；进一步地，当用于诸如单线隧道等小截面隧道时，通过回转机构带动机械臂、凿毛单元旋转即可完成隧道两侧壁的凿毛工作，避免狭窄空间内掉头不方便或无法掉头的问题，同时也可以解决底座与隧道长度方向存在大于零的夹角时，导致不可回转的凿毛单元与作业面凿毛处达不到垂直的问题。

附图说明

图1是本发明仰拱模架的主视结构示意图。

图2是本发明仰拱模架的俯视结构示意图。

图3是本发明仰拱模架的侧视结构示意图。

图4是本发明仰拱模架中凿毛部分实施例一的主视结构示意图。

图5是本发明仰拱模架中凿毛部分实施例一的剖结构示意图。

图6是本发明仰拱模架中凿毛部分实施例二的主视结构示意图。

图7是本发明仰拱模架中凿毛部分实施例三的俯视结构示意图。

图8是本发明中凿毛部分数学模型分析示意图。

图9是图8的局部放大图。

图10是图9中右侧的局部放大图。

图11是图9中左侧的局部放大图。

图12是图10的局部放大图。

图中各标号表示：1、底座；11、滑轨；12、滑动座；2、凿毛单元；21、摆动座；22、限位滚轮；23、凿毛部件；24、隔振部件；3、机械臂；31、水平伸缩臂；311、第一外箱体；312、第一内箱体；313、第一伸缩驱动件；32、摆动伸缩臂；321、第二外箱体；322、第二内箱体；323、第二伸缩驱动件；33、第一摆动驱动件；34、第二摆动驱动件；4、测距部件；5、安装支架；6、回转机构；7、作业曲面；8、后行走轮架。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

实施例一

图1至图5示出了本发明仰拱模架的一种实施例，本实施例的仰拱模架，包括后行走轮架8，还包括底座1、凿毛单元2及机械臂3，底座1与后行走轮架8后端相连，底座1上设有回转机构6，机械臂3设于回转机构6上，凿毛单元2设于机械臂3上。其中，底座1可以是带行走轮的小车；回转机构6可以是常见的回转支撑、回转轴承等。

该仰拱模架，在后行走轮架8的后端连接有底座1，在底座1上设置有回转机构6，机械臂3设于回转机构6上，凿毛单元2设于机械臂3上，在完成仰拱浇筑，栈桥拖动仰拱模前进时，凿毛单元2跟随前进进行凿毛，为浇筑水沟槽做准备，有利于提高施工效率，降低施工所需的设备数量进而降低施工成本；进一步地，当用于诸如单线隧道等小截面隧道时，通过回转机构6带动机械臂3、凿毛单元2旋转即可完成隧道两侧壁的凿毛工作，避免狭窄空间内掉头不方便或无法掉头的问题，同时也可以解决底座1与隧道长度方向存在大于零的夹角时，导致不可回转的凿毛单元2与作业曲面7凿毛处达不到垂直的问题。

进一步地，本实施例中，机械臂3包括设于底座1上的水平伸缩臂31、设于水平伸缩臂31的摆动伸缩臂32、以及用于驱动摆动伸缩臂32摆动的第一摆动驱动件33，摆动伸缩臂32上设有用于驱动凿毛单元2摆动的第二摆动驱动件34。工作时，由水平伸缩臂31、摆动伸缩臂32的伸缩运动，带动凿毛单元2向作业曲面移动，由第一摆动驱动件33驱动摆动伸缩臂32及凿毛单元2整体摆动、第二摆动驱动件34驱动凿毛单元2相对摆动伸缩臂32摆动，调整凿毛单元2的角度至与作业曲面7接近垂直，保证凿毛质量。

更进一步地，本实施例中，水平伸缩臂31包括第一外箱体311、第一内箱体312及用于驱动第一内箱体312伸缩的第一伸缩驱动件313，摆动伸缩臂32包括第二外箱体321、第二内箱体322及用于驱动第二内箱体322伸缩的第二伸缩驱动件323，第一摆动驱动件33连接于第一内箱体312与第二外箱体321之间，第二摆动驱动件34连接于第二内箱体322与凿毛单元2之间。作为优选的技术方案，第一伸缩驱动件313、第二伸缩驱动件323均采用伸缩油缸。使用时，由第一伸缩驱动件313驱动第一内箱体312相对第一外箱体311水平伸缩，第一内箱体312带动摆动伸缩臂32、凿毛单元2整体水平移动，由第一摆动驱动件33驱动摆动伸缩臂32及凿毛单元2整体摆动调整角度，由第二伸缩驱动件323驱动第二内箱体322相对第二外箱体321伸缩，第二内箱体322带动凿毛单元2移动，微调与作业曲面7的初始距离，由第二摆动驱动件34驱动凿毛单元2相对第二内箱体322摆动，调整凿毛单元2的角度至与作业曲面7接近垂直，保证凿毛质量。

更进一步地，本实施例中，第一摆动驱动件33和第二摆动驱动件34均为伸缩油缸，第二外箱体321为弯折结构且弯折处与第一内箱体312铰接，第一摆动驱动件33一端与第一内箱体312铰接，第一摆动驱动件33另一端与第二外箱体321一端铰接，由第一摆动驱动件33的伸缩带动第二外箱体321绕铰接点摆动，第二内箱体322及凿毛单元2随第二外箱体321的摆动，第二外箱体321另一端套设于第二内箱体322一端的外周，第二摆动驱动件34两端分别与第二内箱体322另一端和凿毛单元2铰接，由第二摆动驱动件34的伸缩带动凿毛单元2绕铰接点摆动。

进一步地，本实施例中，凿毛单元2包括摆动座21、凿毛部件23及限位滚轮22，摆动座21设于机械臂3(具体为第二内箱体322)上，凿毛部件23及限位滚轮22设于摆动座21上，限位滚轮22位于凿毛部件23的上下两侧。在机械臂3上设置摆动座21，摆动座21由第二摆动驱动件34驱动实现上下摆动，且摆动座21上下两侧均设有限位滚轮22，凿毛部件23则设于上下两侧的限位滚轮22之间，摆动座21可根据作业曲面7的弧度调节摆动角度，从而保持摆动座21及凿毛部件23的稳定性，并利用限位滚轮22防止凿毛部件23损坏。

作为优选的技术方案，本实施例中，凿毛部件23沿上下两侧的限位滚轮22中心点连线的中垂线布置。其中凿毛部件23例如可以是气动凿毛机、电动镐或液压镐。

进一步地，本实施例中，仰拱模架还包括可上下移动的测距部件4，测距部件4设于机械臂3上。当然在其他实施例中，也可采用多个测距部件4并将多个测距部件4沿竖直方向均匀布置，单个测距部件4无需再上下移动，也可实现对作业曲面7进行全面的测距；作为优选的技术方案，本实施例中，测距部件4为测距传感器，测距部件4的安装支架5采用可在竖直面内旋转的V型支架，工作时将测距部件4旋转至竖直状态，不工作时则旋转至水平状态，方便收纳。

实施例二

图6示出了本发明仰拱模架的另一种实施例，本实施例的适用于曲面作业的凿毛机与实施例一基本相同，不同之处在于：第一摆动驱动件33和第二摆动驱动件34均为摆动油缸，相比实施例一中的机械臂3，第二外箱体321无需采用弯折结构，机械臂3整体结构有所简化；测距部件4的安装支架5设于底座1上，而不再安装于机械臂3上。

实施例三

图7示出了本发明仰拱模架的另一种实施例，在实施例一或实施例二的基础上，本实施例中，底座1上设有滑轨11，滑轨11上设有滑动座12，回转机构6设于滑动座12上，滑动座12配设有滑动驱动组件。通过滑动驱动组件可以驱动滑动座12、回转机构6及机械臂3等整体沿着滑轨11移动，或者说相对底座1移动，机械臂3的覆盖范围更大、动作更灵活，同时设备整体所需的就位次数减少，有利于实现全隧道长度自动化凿毛。

更进一步地，本实施例中，滑动驱动组件包括齿条13、齿轮及齿轮驱动件(图中未示出)，齿轮驱动件例如可以是伺服电机、液压马达等，滑轨11设有两条，齿条13布置于两条滑轨11之间，齿轮驱动件设于滑动座12上，齿轮与齿轮驱动件相连并与齿条13啮合。工作时，齿轮驱动件驱动齿轮旋转，通过齿轮与齿条13的啮合传动，实现滑动座12、回转机构6及机械臂3等整体沿着滑轨11移动，结构简单、可靠。

进一步地，本实施例中，凿毛单元2配设有粗糙度检测部件(图中未示出)。粗糙度检测部件例如可以是粗糙度传感器，利用粗糙度检测传感器检测凿毛部件23所在位置是否已经被凿毛。如果否，则进行凿毛；如果是，则继续移动，直至到达未凿毛区域，如此循环，直至待凿毛区域完全被凿毛，防止多次重复凿毛同一个曲面，也可以提高凿毛效率。

如图8至图12所示，本发明中的凿毛部分的数学建模原理如下：

设机械臂3的水平伸缩臂31上的转动关节点为O

线段组1的各点即为采样点的各位置，线段组2即为采样处隧道弧面的近似轮廓。可控制△H的大小来控制轮廓的近似程度，理论上来讲△H越小近似程度越高。但鉴于传感器的精度，△H不可能无限的小，必须选取一个合适的△H大小，在满足凿毛要求的前提下，满足经济性进行选取。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。