基于杠桿原理的輪式井蓋開啟裝置設(shè)計(jì)研究

邱雨

摘 要：因?yàn)榫w較為沉重，人工開啟既耗時(shí)又費(fèi)力，還存在較大的安全隱患，容易發(fā)生安全事故，本文主要論述了基于杠桿原理的輪式井蓋開啟裝置設(shè)計(jì)，以杠桿原理作為基本原理，突破一系列技術(shù)難題，在杠桿和吸盤的共同作用下，可以不費(fèi)力氣的打開井蓋，還可提高安全系數(shù)。

關(guān)鍵詞：杠桿原理;輪式井蓋;開啟裝置

引言：通過輪式井蓋開啟裝置可以大幅度降低人力損耗，在井蓋起吊后，始終和地面保持脫離接觸，無需搭配額外的運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備就可以實(shí)現(xiàn)井蓋的轉(zhuǎn)運(yùn)，要制定嚴(yán)謹(jǐn)?shù)脑O(shè)計(jì)流程，先要明確任務(wù)，制作出任務(wù)書，然后對(duì)各重要的性能參數(shù)進(jìn)行測(cè)量，最后進(jìn)行試驗(yàn)鑒定與修改定型。

一、技術(shù)背景

由于城鎮(zhèn)化的不斷推進(jìn)，地下電纜已取代架固線，應(yīng)為電纜建設(shè)專用鋪設(shè)通道，每隔一段距離便設(shè)置一個(gè)電纜井。電纜運(yùn)檢專業(yè)的主要工作包括電纜線路敷設(shè)、電纜通道運(yùn)維、停電檢修等方面內(nèi)容，在開展每項(xiàng)工作之前，都應(yīng)做好現(xiàn)場(chǎng)勘查工作，這便需要打開電纜檢查井，仔細(xì)檢查實(shí)際運(yùn)行情況，若要開啟多個(gè)電纜井蓋，工作量非常大[1]。

目前，承重型電力井蓋重量普遍偏大，需要借助人力方能開啟，因?yàn)槌叽缭颍_啟工具不適合全部類型的井蓋。只拉開井蓋一項(xiàng)工作，就會(huì)消耗工作人員大量的體力，無法更好完成后續(xù)的勘察任務(wù)，現(xiàn)有起吊設(shè)備存在著許多缺點(diǎn)，比如，吊具設(shè)置不科學(xué)，吊具不能與各種規(guī)格的起吊孔相吻合，若吊孔形狀出現(xiàn)改變后，會(huì)發(fā)生吊具和起吊孔不符的現(xiàn)象。

機(jī)械領(lǐng)域的傳動(dòng)通常分為皮帶傳動(dòng)、鏈條傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)等幾種，每種傳動(dòng)方法有其特點(diǎn)，適合用在各種環(huán)境中，但存在著共同的弊端是傳動(dòng)效率低，耗費(fèi)了大量能源。

二、杠桿原理的輪式井蓋開啟裝置設(shè)計(jì)

為彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，研發(fā)出基于杠桿原理的輪式井蓋開啟設(shè)備，幫助開啟電纜井蓋，降低人力損耗，輪式井蓋開啟裝置含有第一桿件與第二桿件，兩者間的夾角是鈍角，在第一桿件和第二桿件的連接位置設(shè)置安裝位置，其中含有轉(zhuǎn)軸，轉(zhuǎn)軸兩端設(shè)有滑輪，第一桿件和井蓋相連，第二桿件被用作傳遞外部力矩，遠(yuǎn)離第二桿件的端頭設(shè)有通孔，讓通孔的軸線和中心軸線處在相同平面上。

通孔中含有螺桿，螺桿底端穿過第一桿件后要和卡扣相連，螺桿頂端設(shè)有螺母，可以延伸到井蓋的開啟孔當(dāng)中，卡扣可以在進(jìn)入開啟孔后能夠制約螺桿的垂直向上運(yùn)動(dòng)，底板和螺桿呈垂直樁，其兩側(cè)的上表面放置安全座，和外伸板轉(zhuǎn)動(dòng)相連，可以在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)改變螺桿和外伸板間的夾角，保持夾角在0至90度范圍之內(nèi)，轉(zhuǎn)軸的兩側(cè)設(shè)有軸承，可實(shí)現(xiàn)和滾輪的轉(zhuǎn)動(dòng)相連，第二桿件的遠(yuǎn)端裝有握柄，并且夾角是鈍角。

第一桿件的長(zhǎng)度小于第二桿件，各部分的中心軸線處在相同平面內(nèi)，第一桿件的中心軸線和轉(zhuǎn)軸的中心軸線互相垂直，要讓卡扣、螺母、螺桿相互配合，將螺母擰緊后，井蓋、卡扣、第一桿件可以互相頂緊，井蓋所處平面要和第一桿件的中心軸線保持平行，有利于第一桿件向第二桿件傳遞力矩，降低力矩?fù)p失，讓滾輪結(jié)構(gòu)和軸承相互配合，可以在拉動(dòng)第二桿件過程中，進(jìn)行滾動(dòng)摩擦，減小阻力，轉(zhuǎn)動(dòng)外伸板能夠控制卡扣的展開和回縮，回縮后會(huì)占用較小的空間，展開后會(huì)占用較大的空間，有利于卡扣穿過各種規(guī)格的進(jìn)氣孔，還能夠?qū)β輻U進(jìn)行固定。

杠桿傳動(dòng)裝置中包含傳動(dòng)桿、輸入連軸塊、輸出連軸塊，傳動(dòng)桿上裝有支點(diǎn)孔，傳動(dòng)桿的兩端設(shè)有連軸塊，連軸塊上方設(shè)有軸孔，借助螺母、軸承、墊片更好的固定在傳動(dòng)桿上，利用杠桿原理可充分發(fā)揮出力的作用，通過最小的力，發(fā)揮出最大的效果，大幅度提升傳動(dòng)效率，同時(shí)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適合用在各種機(jī)械傳動(dòng)當(dāng)中[2]。

杠桿傳動(dòng)裝置的特點(diǎn)在于使用螺母、墊片將輸出連軸塊固定在軸承孔的軸承當(dāng)中，輸出傳動(dòng)塊固定在傳動(dòng)桿上的軸承上面，輸入連軸塊上設(shè)有軸承孔，其中包括軸承，輸入傳動(dòng)塊上的固定軸套在輸入連軸塊的軸承里面。讓輸入連軸塊同動(dòng)力機(jī)輸出軸相連接，讓動(dòng)力經(jīng)過輸入傳動(dòng)塊或傳動(dòng)套桿傳遞至傳動(dòng)桿，傳動(dòng)桿另一端輸出傳動(dòng)塊輸出值連軸塊，最后通過動(dòng)力軸將動(dòng)力傳出。

曲輪飛輪杠桿連桿結(jié)構(gòu)的動(dòng)力傳輸裝置屬于機(jī)械動(dòng)力領(lǐng)域，曲軸箱中有曲軸孔，曲軸和曲軸孔相連接，飛輪杠桿和主軸頸相連，連桿和軸頸轉(zhuǎn)動(dòng)相連，旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)經(jīng)過曲軸連桿變成上下運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過飛輪杠桿變成旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，根據(jù)杠桿原理將飛輪與杠桿共同組成飛輪杠桿，實(shí)現(xiàn)增力提速的目的，可被大量使用在機(jī)械、發(fā)電機(jī)等領(lǐng)域，節(jié)省了大量的能源，服務(wù)于社會(huì)。

曲軸飛輪杠桿動(dòng)力傳輸裝置包括曲軸、飛輪杠桿、連桿、曲軸箱等部分，曲軸一端設(shè)有前端軸，其同主軸頸形成一個(gè)整體，主軸頸中設(shè)有凹槽，曲軸臂的中心部位和主軸頸的一端熱套連接，平衡塊也是一個(gè)重要部分，平衡塊中擁有圓角，連桿軸頸地方設(shè)有油孔與油道，連桿軸頸在主軸頸的底端，所有部件的軸心線都處在相同平面上，將曲軸臂和連桿軸頸相連，將螺絲桿同動(dòng)力輸出端鑄成整體，動(dòng)力輸出端與后端軸形成整體，后端軸另一端與曲軸臂中心部位熱套相連，曲軸箱中擁有曲軸箱方塊，將曲軸箱形狀設(shè)置成長(zhǎng)方體，方塊正面兩端邊緣設(shè)有螺絲孔，正面相同水平線設(shè)計(jì)出軸承孔，大頭飛輪和雙層小頭的間距為最佳孔心間距，正面兩端邊緣設(shè)有固定耳扣，耳扣一端和曲軸箱方塊固定好，曲軸箱兩側(cè)切面設(shè)置螺絲孔，前端軸連接上軸承，后端軸分別同軸承孔轉(zhuǎn)動(dòng)連接，主軸頸連接套筒的設(shè)置長(zhǎng)度和主軸頸連接段的長(zhǎng)度相同，主軸頸連接套筒內(nèi)環(huán)直徑超過主軸頸連接端直徑，連桿組合結(jié)構(gòu)能夠設(shè)置一組到多組組合結(jié)構(gòu)。

三、實(shí)施方法

如圖1所示，是基于杠桿原理的輪式井蓋開啟裝置，如圖2，是卡扣1的結(jié)構(gòu)放大圖，桿件2和桿件6之間呈鈍角，桿件2和桿件6間的連接位置存在安裝孔，轉(zhuǎn)軸8穿過孔中，并在兩端有滾輪5。

桿件2需要和井蓋相連，桿件6可傳遞力矩，螺桿4穿過通孔，其底端可卡扣1固定好，卡扣1主要包括底板101、安裝座102、外伸板103，轉(zhuǎn)軸8的兩端設(shè)有軸承，借助滾輪5與軸承轉(zhuǎn)動(dòng)連接，為有利于轉(zhuǎn)軸和滾輪的安裝，桿件2要適當(dāng)增加寬度，構(gòu)成安裝板9，在其他實(shí)施方法中，第一桿件與第二桿件的截面面積都保持不變，無需設(shè)置安裝板結(jié)構(gòu)。

卡扣1可選擇長(zhǎng)方形板，井蓋開孔的尺寸和長(zhǎng)方形板一致，插入井蓋開口后，旋轉(zhuǎn)長(zhǎng)方形板，可讓螺桿4上移時(shí)，井蓋也隨之上移。在一些實(shí)施措施中，技術(shù)人員能夠任意設(shè)置卡扣1的結(jié)構(gòu)形式，桿件2為全部杠桿中短的那根，其作用是翹起井蓋，桿件6是全部杠桿中長(zhǎng)的那根，起到傳遞力矩的作用，握柄7是工作人員抓握的地方，能夠進(jìn)行下壓與后拉操作，有助于井蓋的開啟與移動(dòng)，桿件2和螺母4靠螺母3相連接，確保桿件2在抬起的同時(shí)，螺桿4同時(shí)抬起，達(dá)到開啟井蓋的目的，滑輪5被當(dāng)成杠桿的指點(diǎn)，在井蓋被打開后，拉離原本位置。第一桿件2的中心線和轉(zhuǎn)軸8的中心線相垂直[3]。

在使用設(shè)備過程中，卡扣1和井蓋開口固定好，再上移螺桿4，井蓋便同步上移，讓螺桿4要穿過桿件2的通孔，借助旋緊螺母3讓卡扣壓緊井蓋的下表面，桿件2緊貼井蓋下表面。向握柄7施壓，翹起井蓋，向后拉動(dòng)握柄7，帶動(dòng)桿件2，桿件6朝著遠(yuǎn)離井口的方向進(jìn)行水平移動(dòng)，井蓋便被順利拖動(dòng)。

結(jié)論：使用這種輪式井蓋開啟裝置，很大程度上提升了開啟電纜井蓋的效率，防止人力開啟過程中，發(fā)生安全事故，為故障搶修、日常運(yùn)維提供了方便，縮短了停電時(shí)間，減低了供電損失，提高了直接經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)：

[1]邊疆，戴松貴.縱移開啟橋架螺桿試驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)與試驗(yàn)研究[J].中國(guó)工程機(jī)械學(xué)報(bào)，2020，18（06）：521-524.

[2]姚鑫.自動(dòng)人行道機(jī)艙蓋板開啟與支撐裝置的設(shè)計(jì)與開發(fā)[J].科技經(jīng)濟(jì)市場(chǎng)，2020（06）：21-23.

[3]符玄，符原菁.一種運(yùn)用杠桿原理自動(dòng)限制車輛運(yùn)載重量的方法[J].中國(guó)公路，2021（09）：83-85.