1.国内外发展状况
在隧道施工中，当围岩软弱破碎严重时，需及时安装钢拱架作为初期支护，以控制围岩变形，防止坍塌。国外发达国家对于隧道机械化施工研究较早，各施工工序都配置了配套的机械化作业线，机械化程度高，设备配套齐全，在软弱围岩的支护作业中，拱架安装设备被广泛使用。国外拱架安装设备主要有以下两种。
（1）专用拱架安装车。这类拱架安装车专门用来进行钢拱架的安装，根据举升钢拱架的机械臂的数目可分为单臂和双臂两种结构，分别如图 20.42 和图 20.43 所示。单臂式拱架安装车只能进行整体式或已组装好的钢拱架的安装。由于钢拱架挠度较大，且单臂式安装车只有一个抓举点，不易克服拱架挠度，造成就位困难、安装时间增长。双臂式拱架安装车具有两个举升臂，将拱架分为两节进行安装，举升的拱架挠度较小，可解决单臂式安装车所遇到的问题。
图20.42 单臂拱架安装车
图20.43 双臂拱架安装车
（2）由现有设备改装而来的拱架安装车。这类拱架安装车是对挖掘机、叉装车等现有设备改装而来的，如图20.44 所示。这类拱架安装车结构相对简单，当无须进行拱架安装时，可将其迅速恢复为原来的功能。但这类安装车也存在着与单臂拱架安装车同样的问题。
图20.44 由叉装车改装而来的拱架安装车
钢拱架安装车施工视频
2.工作原理与结构组成
相比其他类型拱架安装车，双臂式钢拱架安装车具有安装就位容易、安装速度快等优点，因此双臂式是拱架安装车的发展趋势，也是国产化研究的主要对象。因此这里只介绍双臂钢拱架安装车的结构和工作原理。
（1）拱架安装车结构组成。
双臂式拱架安装车主要由底盘、拱架安装机械手、工作平台、平台举升臂以及液压系统、电控系统等部分组成，如图20.45 所示。滑台可沿轨道前后移动，安装机械手铰接于滑台上，其结构组成如图20.46 所示。
图20.45 拱架安装车结构
1—底盘；2—轨道支承；3—轨道；4—滑台；5—安装机械手；6—工作平台；7—平台举升臂；8—钢拱架。
图20.46 拱架安装机械手结构
1—滑台；2—基座；3—基臂；4—第一节伸缩臂；5—第二节伸缩臂；6—夹持器；7—夹持器与小臂连接件；8—夹持器俯仰油缸；9—平衡油缸；10—第一节伸缩臂油缸；11—基臂变幅油缸；12—随动油缸；13—基臂摆动油缸；14—伸缩臂与小臂连接件；15—小臂摆动油缸；16—小臂；17—夹持器摆动油缸。
沿拱架安装机械手伸缩臂伸缩方向建立X 轴，基座2 转动轴线为Z 轴。为完成拱架的举升和姿态调整，机械手能够实现以下自由度的动作：伸缩臂的伸缩、俯仰和绕Z 轴的摆动；小臂16 保持水平、绕Z 轴的左右摆动；夹持器6 绕Y 轴的摆动、绕Z 轴的摆动以及沿Y 轴的夹紧。采用静液压调平方式实现小臂的自动调平。随动油缸12 和平衡油缸9 的结构尺寸完全相同，它们的有杆腔和无杆腔分别相连，使得油缸12 伸长（缩短）的长度与油缸9 缩短（伸长）的长度相等。当基臂3 举升时，随动油缸12 伸长，∠BAC 增大，平衡油缸9 缩短相同距离，∠DEF 减小，合理设计△CAB 和△FED 的边长，可使∠DEF 减小的角度约等于∠BAC增大的角度，实现小臂的水平调节。(www.xing528.com)
3.作业流程
（1）抓取并运输钢拱架：拱架安装车利用安装机械手抓取钢拱架并运输到安装位置，抓取及运输钢拱架过程中滑台处于轨道靠近车尾一端，这样可增加运输过程中车辆的稳定性。
（2）举升钢拱架并进行姿态调整：到达安装位置后，液压支腿张开，滑台移动到轨道靠近车头一端，安装机械手进行钢拱架的举升和姿态调整，使钢拱架达到安装高度并平行于隧道截面，如图20.47 所示。
图20.47 处于安装状态的拱架安装车
（3）安装螺栓：对两个钢拱架进行点动，进一步调整姿态，实现钢拱架在空中的对接，通过工作平台将安装人员提升到一定高度，安装拱架接头端板的连接螺栓。
4.国内外典型产品
国外发达国家对于拱架安装设备研究较早，在20 世纪90 年代已掌握拱架安装车的设计和制造技术。国外具有代表性的产品主要有芬兰Normet 公司的Himec 9915BA 和UTILIFT 2000、德国GTA 公司的NormLifter 2500A 和M 2000 RS 以及日本古河的MCH1220Z 等。
国内隧道拱架安装设备起步较晚，还没有专用的拱架安装设备，目前只有中铁隧道集团利用挖掘机改装开发的拱架安装车。
（1）Himec 9915BA 型拱架安装车。
如图20.48 所示为芬兰Normet 公司生产的Himec 9915BA 型单臂钢拱架安装车，其主要由铰接式底盘、大臂、工作平台以及托举拱架的小臂等部分组成。Himec 9915BA 主要技术参数如表20.4 所示。
图20.48 Himec 9915BA 型单臂拱架安装车
表20.4 Himec 9915BA 型拱架安装车主要技术参数
（2）UTILIFT 2000 双臂拱架安装车。
UTILIFT 2000 型双臂拱架安装车是Normet 公司的研制的专用拱架安装设备，结构尺寸如图20.49 所示，其主要由轮式底盘、两个拱架安装臂、两个工作平台以及滑台等部分组成。底盘为四轮驱动刚性重载底盘，前轮为双轮胎形式。前后桥都是全液压双回路多片式油浸行车制动，失压保安全型紧急制动。拱架安装臂可由驾驶室内控制，也可使用有线遥控的方式控制。工作平台可分别从平台上的控制盘和底盘上驾驶室独立控制。UTILIFT 2000 的主要性能参数如表20.5 所示。
图20.49 UTILIFT 2000 型双臂拱架安装车结构尺寸
表20.5 UTILIFT 2000 型双臂拱架安装车主要性能参数
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