隧道施工中,为实现围岩稳定,对于Ⅳ、Ⅴ级围岩一般采用拱架作为初期支护的重要构件。目前国内隧道施工中其拱架安装工作普遍由人工借助辅助平台完成,劳动强度较大、安全性较差、工作效率较低。随着社会的进步和经济的发展,以及我国劳动力成本的不断增加,机械化施工已成为必然趋势。因此,亟需研制适合中国复杂隧道环境的拱架安装设备,实现拱架安装机械化作业。本文通过对国内外拱架安装设备和我国拱架安装工艺现状的调研分析,提出了适应我国台阶法隧道施工工艺的拱架安装设备设计要求,完成了总体方案设计,确定了主要技术参数。结合台阶法施工特点,对拱架安装设备的关键部件之一—拱架安装工作机构的拱架安装臂,进行了结构设计;通过分析拱架安装臂的工作要求,确定结构危险工况,并基于有限元分析软件ANSYS-Workbench完成了该部件的强度校核;建立工作机构的运动学模型,根据D-H方法列出其运动学方程,编程计算工作空间,并绘制投影图,结果表明设备工作空间满足隧道施工设计要求;最后,基于虚拟样机技术,运用运动学/动力学分析软件SIMPACK对工作机构进行运动仿真,得到抓取机构前端检测点的位移、速度和加速度曲线,为后续产品技术设计提供理论依据。