伴随着中国基础建设规模的不断加大,隧道施工作业量迅速增长。现阶段隧道挖掘过程中为防止围岩滑落坍塌,主要采取钢制拱架作为初期支护的重要构件。拱架安装常以工作平台载运安装人员进行手动操作完成,其安全性差,工作效率低且工作强度高。再加之劳动力成本的增加,建设规模的扩大,隧道支护作业的机械化施工成为了必然发展趋势,因此对拱架安装设备工作机构的研制既是隧道机械化施工作业的迫切需要,也是亟需解决的实际工程应用问题。本文结合企业实际工程问题,针对所提出的研究方案主要开展了如下工作:(1)通过对现阶段国内外隧道拱架安装工艺、安装设备进行调研分析,并结合企业在实际作业中提出的改进建议确定了一种拱架安装台车工作机构的新型结构设计方案,改进优化了拱架安装台车工作机构的展开结构,确定了具体的设计参数。并根据设计参数进行了拱架安装台车工作机构具体零部件的结构设计及三维建模。(2)根据D-H方法推导了拱架安装台车工作机构的运动学方程,通过MATLAB求解方程明确了具体工作空间范围;并对工作机构整体进行了空间三维运动仿真,检验了整体运动是否产生干涉,同时得到了机构关键部位的运动学参数。(3)运用ADAMS软件对工作机构整体进行了动力学研究,分析了不同工作顺序下各铰接点及主动油缸的受力状态,猜想并验证了工作机构的极限工况实际姿态,获取了极限工况下各铰接点及主动油缸的动力学参数,验证了液压缸选型设计并为进一步有限元分析提供了必要参数。(4)通过ANSYS-Workbench对工作机构整体建立了有限元分析模型,并针对极限工况下的机构受力状态进行了仿真研究,并进一步分析了机构整体的低阶振动模态,得到了具体的振动频率及变形方式,为结构避振提供了理论依据。本研究为拱架安装台车工作机构提供了具体案例,对相关机构结构的设计优化工作提供了理论上的参考,并对相关结构的生产制造具有一定指导意义。