新型省力起道器

来源:用户上传      作者: 王树森 萧天佶 庄林楠

　　【摘要】本文提出了一种新型省力起道装置，该装置利用多级杠杆机构为省力机构，深入分析了该机构的运动情况和受力情况，对各种可能的传动机构进行了简单的分析并作出了最佳的选择。该机构外观小巧，使用轻便，是一种新型的用于铁轨维修的起道器。
　　【关键词】铁轨维修；起道器
　　铁路安全运输要求钢轨轨枕下的道渣坚实、钢轨平直（直道）。但各种原因常常导致道渣松动，钢轨一高一低，因此需要进行维护，在维护作业中需要一特殊的起道机械，其作用是将钢轨抬高至一定高度以便向轨枕下进行填渣作业。设计要求和有关数据：（1）对起升量和起升重量的要求如下表所示：起升量（mm）：120，起升重量（吨）。（2）为使用、携带方便，起道器为全机械式、起道器重量不得超过20kg，其外形尺寸小于300×200×150(mm3)(不包括摆杆)。（3）摆杆长小于1.5m，驱动力F小于25kg，摆杆摆角小于80°。（4）为保证轨距不变，钢轨只能受垂直力，不得受水平力。（5）为保证行车安全，起道器高不得超过200mm。（6）为保证行车安全，起道器在任何起升高度上都具有快速卸载能力。该设计的基本机构包括：三级杠杆机构、棘轮机构、齿轮齿条机构。其中棘轮与齿轮共轴（在途中重叠），在负载时，通过搬开棘轮的制动棘爪即可完成快速卸载。虚线框为设计要求的最大外箱尺寸（300×200×150(mm3)）。该机构可以完成所有的设计要求。
　　一、棘轮机构
　　棘轮机构是该设计的关键部件，它不仅可以实现由摆动运动转换为转动运动，还可以实现自锁和卸荷功能。棘轮机构结构简单、制造方便和运动可靠等优点，但也有不足之处。对于齿式棘轮机构，由于回程时棘爪在棘轮齿上滑行，齿尖容易磨损，并产生噪声。为了使棘爪能顺利啮入棘轮的轮齿，棘爪位移必须大于棘轮运动角的相应位移，这就不可避免的存在空程和冲击。但由于起道器工作速度处于低速状态且运动精度不高，因此，该机构适用于起道器的设计。棘轮机构由以下构件组成：（1）摇杆；（2）棘轮；（3）棘爪；（4）制动棘爪；（5）机架。
　　二、齿轮齿条机构的引入
　　齿轮齿条传动是将齿轮的回转运动转变为齿条的往复直线运动，齿轮传动是应用最广泛的传动机构之一，齿轮传动依靠主动齿轮与从动齿轮的啮合，传递运动和动力。与其他传动相比，具有以下特点：传递动力大、效率高；寿命长，工作稳定，可靠性高；能保证恒定的传动比，能传递任意夹角两轴间的运动。但其也有不足之处，如制造、安装精度要求较高，因而成本也较高，且不宜作远距离传动。但该机构传动距离短且运动精度不高，因此，齿轮齿条机构完全符合该设计的要求。（1）齿轮的基本几何尺寸设计：齿数：z=15，模数：m=4mm，齿形角：α=15°，齿顶高系数：h =1，顶隙系数c*=0.25。（2）齿条的几何尺寸设计：模数：m=4mm，齿形角：α=15，齿距：p=s+e=πm=12.56mm，齿条长度：L齿条=p×z=188.4mm，齿条齿顶至分度线距离：ha=m×h =4mm，齿条齿根至分度线距离：hf=m×(h +c*)=5mm。
　　三、三级杠杆机构
　　1．增力机构：对机构的主动件输入较小的作用力，可使从动件获得较大的工作驱动力的机构叫做增力机构。利用机械力做功，可以省力，但不能省功，这叫做功的原则，各种机器，就是依据功的原则来实现两个目的：一是获得较大的机械力来做功；二是增大输出功对输入功的比值，以提高机械效率。常用增利有两类：杠杆类和斜面类。杠杆类省力机构有杠杆、偏心圆盘组、滑轮组、齿轮副和轮轴等。斜面类省力机构有斜面、斜楔和螺旋副等。
　　2．增力比：有用阻力（动力是机械做功所克服的阻力）与所用的动力之比，成为增力比，以i表示，即：i= 式中，P――有用阻力；F――所需动力。根据要求，要用250N的力将重80000N的铁轨起升120mm，因此，增力比：i= == 320N，这么大的增力比，经过分析计算，三级杠杆可以实现。
　　随着中国铁路行业的飞速发展，铁轨的维护将是一个我们不得不面临的难题，而起道器是铁路维护中必不可少的工具之一。但就目前起道器的种类而言，仅仅有两种，而该两种起道器的体积过于庞大，而且重量也很重，完全无法达到题目中所要求的参数指标，因此本项目利用三级杠杆机构实现了增力效果，使起道器的性能更加的优越，但体积和重量均将小于已有的两种起道器。
　　
　　参考文献
　　[1]谢进，万朝燕，杜立杰．《机械原理》．北京：高等教育出版社，2004
　　[2]邱宣怀．《机械设计》．北京：高等教育出版社，1997
　　[3]陈国华．《机械机构及应用》．北京：机械工业出版社，2008

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