在隧道施工中,当遇到软弱围岩时,必须要进行初期支护,在这个过程中钢拱架安装是其中的一个工序。我国隧道拱架安装一般采用人工为主,简易机械为辅的方式,没有专用的拱架安装车械。此种方法不仅安装强度大,效率低,且存在较大的安全隐患,为解决这一问题,实现钢拱架安装机械化作业,钢拱架安装机成为主要的研究对象,尤其是安装机的工作装置。在对我国隧道施工环境和钢拱架安装要求分析后,提出了工作装置的设计方案,主要包括机械手以及吊篮系统两部分。并运用现代设计与分析方法对其进行结构性能分析研究,对设计阶段有重要的参考价值。本文主要研究内容及方法如下:(1)本文针对我国隧道施工环境、钢拱架的施工工艺以及安装要求,提出了工作装置的设计要求,制定了机械手以及吊篮系统的整体方案,并对关键零部件进行了设计,建立三维模型,成功装配了虚拟样机模型。(2)将虚拟样机模型导入到多体动力学软件ADAMS中,并建立了机械手和吊篮系统的动力学模型,在ADAMS/View模块中对其进行了简化处理,并设置约束、属性、STEP函数、载荷等参数,对机械手以及吊篮进行了运动学,验证其是否干涉,得到了机械手的作业范围以及运动特性。进行动力学仿真,得到各绞点以及油缸的受力状况,为有限元分析以及液压系统设计提供参考和依据。。(3)利用ANSYS Workbench对机械手和吊篮系统的关键零部件进行了静力学分析。根据动力学仿真结果提供绞点处的受力,对其危险位置进行强度和刚度校核,为后续结构优化和改进设计提供依据。(4)根据吊篮系统的运动要求,提出了液压设计方案,采用定量泵负载敏感控制系统,作业平台采用电液比例自动调平控制系统,确定了主要的液压元件参数。(5)样机试制,并对样机进行了试验性研究,得出样机的外形尺寸和性能参数,并在隧道内进行了安装试验,分析其结果,为后续工作装置的整体优化提供依据。本文的研究方法与成果,可用于类似的机械臂以及伸缩臂结构的分析研究,对保障产品可靠性、提高产品质量、缩短产品的设计研发周期具有一定的帮助。