新型省力起道器

【摘要】本文提出了一種新型省力起道裝置，該裝置利用多級(jí)杠桿機(jī)構(gòu)為省力機(jī)構(gòu)，深入分析了該機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)情況和受力情況，對(duì)各種可能的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行了簡(jiǎn)單的分析并作出了最佳的選擇。該機(jī)構(gòu)外觀小巧，使用輕便，是一種新型的用于鐵軌維修的起道器。

【關(guān)鍵詞】鐵軌維修；起道器

鐵路安全運(yùn)輸要求鋼軌軌枕下的道渣堅(jiān)實(shí)、鋼軌平直（直道）。但各種原因常常導(dǎo)致道渣松動(dòng)，鋼軌一高一低，因此需要進(jìn)行維護(hù)，在維護(hù)作業(yè)中需要一特殊的起道機(jī)械，其作用是將鋼軌抬高至一定高度以便向軌枕下進(jìn)行填渣作業(yè)。設(shè)計(jì)要求和有關(guān)數(shù)據(jù)：（1）對(duì)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（噸）。（2）為使用、攜帶方便，起道器為全機(jī)械式、起道器重量不得超過(guò)20kg，其外形尺寸小于300×200×150(mm3)(不包括擺桿)。（3）擺桿長(zhǎng)小于1.5m，驅(qū)動(dòng)力F小于25kg，擺桿擺角小于80°。（4）為保證軌距不變，鋼軌只能受垂直力，不得受水平力。（5）為保證行車安全，起道器高不得超過(guò)200mm。（6）為保證行車安全，起道器在任何起升高度上都具有快速卸載能力。該設(shè)計(jì)的基本機(jī)構(gòu)包括：三級(jí)杠桿機(jī)構(gòu)、棘輪機(jī)構(gòu)、齒輪齒條機(jī)構(gòu)。其中棘輪與齒輪共軸（在途中重疊），在負(fù)載時(shí)，通過(guò)搬開(kāi)棘輪的制動(dòng)棘爪即可完成快速卸載。虛線框?yàn)樵O(shè)計(jì)要求的最大外箱尺寸（300×200×150(mm3)）。該機(jī)構(gòu)可以完成所有的設(shè)計(jì)要求。

一、棘輪機(jī)構(gòu)

棘輪機(jī)構(gòu)是該設(shè)計(jì)的關(guān)鍵部件，它不僅可以實(shí)現(xiàn)由擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)，還可以實(shí)現(xiàn)自鎖和卸荷功能。棘輪機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便和運(yùn)動(dòng)可靠等優(yōu)點(diǎn)，但也有不足之處。對(duì)于齒式棘輪機(jī)構(gòu)，由于回程時(shí)棘爪在棘輪齒上滑行，齒尖容易磨損，并產(chǎn)生噪聲。為了使棘爪能順利嚙入棘輪的輪齒，棘爪位移必須大于棘輪運(yùn)動(dòng)角的相應(yīng)位移，這就不可避免的存在空程和沖擊。但由于起道器工作速度處于低速狀態(tài)且運(yùn)動(dòng)精度不高，因此，該機(jī)構(gòu)適用于起道器的設(shè)計(jì)。棘輪機(jī)構(gòu)由以下構(gòu)件組成：（1）搖桿；（2）棘輪；（3）棘爪；（4）制動(dòng)棘爪；（5）機(jī)架。

二、齒輪齒條機(jī)構(gòu)的引入

齒輪齒條傳動(dòng)是將齒輪的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)辇X條的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，齒輪傳動(dòng)是應(yīng)用最廣泛的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)之一，齒輪傳動(dòng)依靠主動(dòng)齒輪與從動(dòng)齒輪的嚙合，傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。與其他傳動(dòng)相比，具有以下特點(diǎn)：傳遞動(dòng)力大、效率高；壽命長(zhǎng)，工作穩(wěn)定，可靠性高；能保證恒定的傳動(dòng)比，能傳遞任意夾角兩軸間的運(yùn)動(dòng)。但其也有不足之處，如制造、安裝精度要求較高，因而成本也較高，且不宜作遠(yuǎn)距離傳動(dòng)。但該機(jī)構(gòu)傳動(dòng)距離短且運(yùn)動(dòng)精度不高，因此，齒輪齒條機(jī)構(gòu)完全符合該設(shè)計(jì)的要求。（1）齒輪的基本幾何尺寸設(shè)計(jì)：齒數(shù)：z=15，模數(shù)：m=4mm，齒形角：α=15°，齒頂高系數(shù)：h =1，頂隙系數(shù)c*=0.25。（2）齒條的幾何尺寸設(shè)計(jì)：模數(shù)：m=4mm，齒形角：α=15，齒距：p=s+e=πm=12.56mm，齒條長(zhǎng)度：L齒條=p×z=188.4mm，齒條齒頂至分度線距離：ha=m×h =4mm，齒條齒根至分度線距離：hf=m×(h +c*)=5mm。

三、三級(jí)杠桿機(jī)構(gòu)

1．增力機(jī)構(gòu)：對(duì)機(jī)構(gòu)的主動(dòng)件輸入較小的作用力，可使從動(dòng)件獲得較大的工作驅(qū)動(dòng)力的機(jī)構(gòu)叫做增力機(jī)構(gòu)。利用機(jī)械力做功，可以省力，但不能省功，這叫做功的原則，各種機(jī)器，就是依據(jù)功的原則來(lái)實(shí)現(xiàn)兩個(gè)目的：一是獲得較大的機(jī)械力來(lái)做功；二是增大輸出功對(duì)輸入功的比值，以提高機(jī)械效率。常用增利有兩類：杠桿類和斜面類。杠桿類省力機(jī)構(gòu)有杠桿、偏心圓盤(pán)組、滑輪組、齒輪副和輪軸等。斜面類省力機(jī)構(gòu)有斜面、斜楔和螺旋副等。

2．增力比：有用阻力（動(dòng)力是機(jī)械做功所克服的阻力）與所用的動(dòng)力之比，成為增力比，以i表示，即：i= 式中，P——有用阻力；F——所需動(dòng)力。根據(jù)要求，要用250N的力將重80000N的鐵軌起升120mm，因此，增力比：i= == 320N，這么大的增力比，經(jīng)過(guò)分析計(jì)算，三級(jí)杠桿可以實(shí)現(xiàn)。

隨著中國(guó)鐵路行業(yè)的飛速發(fā)展，鐵軌的維護(hù)將是一個(gè)我們不得不面臨的難題，而起道器是鐵路維護(hù)中必不可少的工具之一。但就目前起道器的種類而言，僅僅有兩種，而該兩種起道器的體積過(guò)于龐大，而且重量也很重，完全無(wú)法達(dá)到題目中所要求的參數(shù)指標(biāo)，因此本項(xiàng)目利用三級(jí)杠桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了增力效果，使起道器的性能更加的優(yōu)越，但體積和重量均將小于已有的兩種起道器。

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