随着我国隧道建设规模的快速扩大,隧道机械化施工技术水平急需提高。软弱围岩(IV、V级围岩)钻爆法开挖时,为保证围岩的稳定性,一般需要采用钢拱架进行初期支护。目前国内隧道钢拱架普遍采用人工为主、简易机械为辅的方式进行安装,为促进隧道钢拱架安装的机械化作业,论文以钢拱架安装台车为主要研究对象,开展工作装置的分析和优化研究,具有重要的工程实践意义。钢拱架安装台车的工作装置主要由伸缩臂、夹持机构以及工作平台等部分组成。论文在国内外研究现状的基础上,根据我国隧道施工坏境和钢拱架安装的作业要求,研究了钢拱架安装台车工作装置结构设计的工程适用性,并通过多种建模与分析软件,分析了台车工作装置结构的力学特性,最后对台车工作装置进行了优化研究。本文主要开展的研究工作如下:首先,本文对我国隧道施工环境、初期支护的施工工艺以及钢拱架的安装要求进行了分析,研究适应软弱围岩隧道施工的多臂钢拱架安装台车工作装置的设计要求,确定了工作装置的整体设计方案,并运用三维设计软件Solid Works对相关零部件进行结构设计与建模。其次,将工作装置三维装配模型导入到ADAMS仿真软件中,对工作装置进行运动学和动力学分析。运动学分析了钢拱架安装台车工作平台的自动调平偏差以及多臂工作的干涉问题,研究了多臂工作装置的工作空间和运动特性;动力学分析研究了零部件各铰点以及液压缸的受力情况。再次,采用有限元力学分析软件对台车工作装置的关键零部件进行结构静力学分析。根据动力学仿真得到的受力参数,分析了各个零部件在两种危险工况下的强度和刚度;研究了伸缩臂的动力学特性,对其进行模态分析,得到伸缩臂前6阶的固有频率和振型,分析了工作装置是否会发生共振问题。最后,运用ANSYS Workbench中的Design Exploration模块,对伸缩臂进行轻量化的优化研究。通过优化伸缩臂的截面尺寸确定最佳截面参数,并经过分析来验证优化研究的合理性。