要求,这样锥形筒仍将翻倒。
锥形筒摆放机构由四个单元组成:锥形筒摆放单元、锥形筒输送单元、锥形筒运输单元、模形锥形筒单元。
4.1 锥形筒摆放单元
锥形筒摆放单元是整个模型设计的关键部分,摆放机构能否成功将锥形筒进行摆放决定了整个锥形筒摆放机构的设计的方向。在该单元的设计上,我们又将锥形筒摆放单元分成五个组成部分进行设计:动力源、动力传输机构、动力控制机构、摆放控制机构、倾角控制机构。
动力源选择电动机。电动机的作用是将电能转换为机械能,它能带动机械作旋转、角位移或直线运行。在现代化生产中,多数生产机械都采用电动机作为原动机。摆放机构为非精密机械,对电动机的要求并不高。调节电动机转速的方法可以利用机械变速箱进行调节也可以使用电子调节方式。
动力源的电源利用车载发电机向动力源提供电力。 动力传输机构分为皮带轮、蜗轮蜗杆、齿轮组三个部分。 蜗轮蜗杆是可以用来传递运动和动力的传动机构,蜗轮蜗杆传动的两轮啮合齿面间为线接触,能获得比交错轴斜齿轮机构更好的啮合效果,传动比和承载能力也更高。使用蜗轮蜗杆一方面可以有效对电机进行减速,另一方面蜗轮蜗杆传动可以改变运动方向,也有利于电动
机的布局。
齿轮组一端与蜗轮相连接,另一端与摆放控制机构的传动轴相接,将电动机发出的动力输送给摆放控制机构。
摆放控制机构是整个摆放单元的核心部分,也是整个论文的主要部分,在摆放控制机构的设计上,前后一共实验了五套方案,分别是方案一垂直旋转拨杆式机构、方案二水平旋转拨杆式机构、方案三往复式垂直拨杆式机构、方案四往复式水平拨杆式机构和方案五盘式抱送钳式机构。在本文中只介绍方案五,盘式抱送钳机构。
方案五:盘式抱送钳式机构,盘式抱送钳式机构是通过一对圆盘相互咬合达到将锥形筒进行摆放的目的,在圆盘上按120度角切割成内凹半圆形圆弧槽,圆弧槽的半径与锥型筒基座半径相同,一对圆盘采取类似齿轮咬合的方式工作,当两个圆盘上的圆弧槽咬合时,正好为一个与锥型筒基座直径相同的圆形,在设计过程中,我们将这对圆盘称为盘式抱送钳机构。盘式抱送钳每旋转360度可以摆放三个锥形筒。锥形筒摆放密度由盘式抱送钳机构的转速控制(图1)。
通过实验,盘式抱送钳式机构结构简单,工作稳定,可以同时起到摆放锥形筒和限位锥形筒输送机构上后续锥形筒两个作用,简化了锥形筒输送机构的设计。
盘式抱送钳的作用是将由锥形筒输送机构输送过来的锥形筒抱入盘式抱送钳的半圆型圆弧槽内,通过盘式抱送钳的旋转,按规定的频
率将锥形筒推出摆放控制机构并停留在地面上,同时利用盘式抱送钳未被切割掉的外突圆弧将后续的锥形筒阻挡在锥形筒输送机构内,从而保证锥形筒在地面保持规定的相同间距,避免多个锥形筒被连续摆放的情况发生。
盘式抱送钳的形状是由两段圆弧构成,一段圆弧为在圆盘上内切形成的略大于锥形筒基座圆形半径相同的圆弧,一对圆盘上的两个内切圆弧相向转动,从开始咬合时,到完全咬合,再到咬好结束,正好形成一次抱住锥形筒至推出锥形筒的过程,达到摆放的目的。
对圆盘按120度进行三等分后,形成了三对抱送钳,三对抱送钳之间相连部分仍为原来圆盘的圆弧,抱送钳与圆弧形成一个锐角,两个圆盘都有一个这样的锐角,当两个圆盘相向旋转运动时,两个锐角有可能会钳住后续的锥形筒,导致摆放控制机构被卡住无法正常工作。通过多次试验后,逐步对该锐角进行处理,既可以顺利抱住前一个锥形筒,同时可以对后续锥菜筒产生推力,阻挡后续锥形筒进入摆放控制机构中。
倾角控制机构,在前文中已经介绍过,为了克服锥形筒着地时惯性造成的锥形筒翻倒,在锥形筒着地前,将锥形筒提前倾斜一个角度,低消惯性的影响,倾角控制机构就是用来实现这个功能的机构。为了便于设计,将动力源、动力传输机构、动力控制机构和摆放控制机构全部放在倾角控制机构中,做为一个整体对锥形筒进行倾角调整,以调整锥形筒接触地面时的倾角,实现抵消锥形筒惯性,稳定着地的目的。
4.2 锥形筒输送单元
锥形筒输送单元的选择分为三种类型,第一种是输送机构主动输送锥形筒的输送带式结构,第二种是输送机构主动或被动输送留锥形筒的滚轮(轴)式结构,第三种是输送机构只负责锥形筒排序和导向的滑动输送结构,锥形筒的运动需要另外的推力。在锥形筒摆放机构设计中采用了第三种结构,轨道式无轮输送带结构,称为带结构,实际中并没有带,只是一个钢制轨道。该结构由三个部分组成:与锥形筒摆放控制机构相连接部分为直线型,直线型输送带末端是一个四分之一圆弧型的输送带,压力杆,将锥形筒放入锥形筒摆放机构后,通过一个弹簧压力杆将作用力作用于锥形筒上,推动锥形筒在轨道中移动。输送带末端采取圆弧方式,而非直线方式,主要目的一是可以缩短输送机构尺寸,充分利用车辆车箱的有效空间,使整个摆放机构设计的更为小巧;二是弹簧压力杆采取的是一端固定,另一端通过旋转推压锥形筒,也需要轨道圆弧形设计;三是圆弧形设计后,锥形筒装载区位车箱中部,有利于操作人员人身安全。锥形筒输送机构采取轨道式设计,目的类似于弹夹设计,可以让锥形筒在进入摆放输送机构后保持整齐,避免锥形筒无法顺畅进入摆放控制机构。
4.3 锥形筒运输单元
锥形筒运输单元就是用于运输锥形筒的车辆本身。对锥形筒摆放机构在车辆上的固定方式有两种方式:一种采取将摆放机构固定在车身的后部,在车辆行驶过程中摆放机构在车辆尾部进行锥形筒摆放,另
一种是将摆放机构固定在车身的右侧面,在车辆行驶过程中摆放机构在车辆侧面进行锥形筒摆放。
4.4 模型锥形筒单元
锥形筒前面已经作过简单介绍,这里不再重复。 5 结语
锥形筒高速摆放机构的研制,虽然结构简单,但做为一种代替人工的尝试,也是实现日常养护自动化、机械化的一个尝试。希望通过对锥形标志筒摆放机构设计方案的探讨,为高速公路管养企业自主研发小型自动化养护机械做出探索和尝试。通过养护机械小型化的开发,可以提高养护质量、可以大幅降低工人的劳动强度、可以一定程序提高工人的劳动安全保护。
参考文献 [1] [2]
濮良贵.机械设计［Ｍ］.高等教育出版社,1991.
《交通大辞典》编辑委员会.交通大辞典[M].上海:交通大学
出版社,2005.
交通锥形标志筒摆放机构的探讨
