多桿式可調(diào)節(jié)索道測(cè)速緩沖裝置設(shè)計(jì)!

摘 要：現(xiàn)有索道輪體測(cè)速裝置采用齒輪嚙合傳遞轉(zhuǎn)速給測(cè)速儀器實(shí)現(xiàn)測(cè)量，其測(cè)量精度容易受線路載荷、電機(jī) 運(yùn)行狀態(tài)以及輪體尺寸和加工精度等多方面因素影響，而且測(cè)速裝置結(jié)構(gòu)形式單一，不具備通用性，緩沖減振效 果不佳。研究設(shè)計(jì)一種多桿式可調(diào)節(jié)緩沖測(cè)速裝置，通過(guò)工業(yè)氣彈簧和滑動(dòng)支座的組合運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)測(cè)速儀器0～31° 角度可調(diào)，從而適應(yīng)不同工況安裝需求，同時(shí)工業(yè)氣彈簧實(shí)現(xiàn)主動(dòng)調(diào)節(jié)和緩沖減振，消除了測(cè)速過(guò)程中的沖擊， 提高了測(cè)量精準(zhǔn)性。

關(guān)鍵詞：索道;多桿式;可調(diào)節(jié);測(cè)速;緩沖

Abstract: The existing ropeway wheel speed measuring device adopts gear meshing to transmit rotating speed to the speed measuring instrument to realize measurement, and the measurement accuracy is easily influenced by various factors such as route load, motor running state, wheel size, machining accuracy and the like; moreover, the speed measurement device has a single structural form, does not have universality, and has poor buffering and vibration damping effects. A multi-rod adjustable buffer speed measurement device is researched and designed. Through the combined movement of industrial gas spring and sliding support, the 0 to 31° angle of the speed measurement instrument can be adjusted to meet the installation requirements of different working conditions. At the same time, the industrial gas spring realizes active adjustment and buffer vibration reduction, eliminates the impact in the speed measurement process, and improves the measurement accuracy.

Keywords: ropeway; multi-rod type; adjustable; speed measurement; buffer

0 引言

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，如今測(cè)速的方式多種多樣，精度也越來(lái)越高。最常用的方式有激光測(cè)速、電子元器件感應(yīng)測(cè)速等。在索道這種要求實(shí)用性的特種設(shè)備上，為了保證測(cè)速的可靠性，一般采用機(jī)械式測(cè)量方法，主要是在驅(qū)動(dòng)輪或迂回輪上增加齒圈，通過(guò)齒輪嚙合傳遞速度給光電傳感器或測(cè)速電機(jī)實(shí)現(xiàn)速度的獲取。實(shí)踐證明這種測(cè)速方式有一定實(shí)用性，但是如果線路載荷波動(dòng)較大，驅(qū)動(dòng)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)不穩(wěn)定，或輪體邊緣加工精度低都會(huì)造成測(cè)速的波動(dòng)和不穩(wěn)定性，偶爾會(huì)出現(xiàn)掉轉(zhuǎn)、檢測(cè)不到等情況，且由于測(cè)試裝置本身的結(jié)構(gòu)限制，安裝可替代性差，無(wú)法實(shí)現(xiàn)通用化，存在一定的局限性。

針對(duì)目前測(cè)速裝置的不足，本文提出了一種可調(diào)節(jié)式、帶緩沖裝置的設(shè)計(jì)理念，能夠?qū)崿F(xiàn)線路波動(dòng)、電機(jī)運(yùn)行不穩(wěn)定等問(wèn)題的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，從而保證測(cè)速的精準(zhǔn)性。新型測(cè)速裝置調(diào)節(jié)范圍較大，能夠?qū)崿F(xiàn)不同直徑輪體的安裝，從而實(shí)現(xiàn)通用化測(cè)速，適用范圍廣。

1 可調(diào)節(jié)測(cè)速緩沖裝置設(shè)計(jì)與參數(shù)計(jì)算

可調(diào)節(jié)測(cè)速緩沖裝置的設(shè)計(jì)要實(shí)現(xiàn)兩個(gè)重要功能，一是測(cè)速行程可調(diào)節(jié)，本文通過(guò)桿件機(jī)構(gòu)的移動(dòng)組合實(shí)現(xiàn)位移行程的放大，從而滿(mǎn)足不同索距和不同直徑輪體的安裝測(cè)速需求。二是測(cè)速過(guò)程中的緩沖減振性，由于索道運(yùn)行過(guò)程中的線路波動(dòng)會(huì)使輪體產(chǎn)生徑向不平穩(wěn)，從而直接導(dǎo)致測(cè)速接觸部位交互受力，加劇磨損，實(shí)際測(cè)速中會(huì)存在丟轉(zhuǎn)現(xiàn)象，一旦遇到惡劣天氣或線路載荷波動(dòng)較大，測(cè)速裝置的精準(zhǔn)性和使用壽命大幅縮減，因此新型測(cè)速裝置的設(shè)計(jì)需要能夠動(dòng)態(tài)響應(yīng)輪體的徑向載荷變化，并作出主動(dòng)的跟隨調(diào)節(jié)達(dá)到緩沖效果，這樣才能精準(zhǔn)獲取速度大小，提高測(cè)速裝置的精確性和耐用性。

1.1 機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

對(duì)于桿系來(lái)說(shuō)，如果桿件太多會(huì)存在一定的穩(wěn)定性和強(qiáng)度問(wèn)題，所以通過(guò)滑塊的移動(dòng)和可伸縮桿的配合，組成了一個(gè)類(lèi)五桿設(shè)計(jì)。一方面解決了桿件緊湊問(wèn)題，增大位移行程，另一方面通過(guò)可伸縮桿的的自身特性增加緩沖效果，保證測(cè)速不穩(wěn)定的動(dòng)態(tài)響應(yīng)調(diào)節(jié)。主要機(jī) 構(gòu)原理如圖 1 所示。

圖 1 機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖

上述機(jī)構(gòu)由五個(gè)桿件組成，其中桿件 3 為滑塊，可移動(dòng)長(zhǎng)度為 BB ’ 的長(zhǎng)度，桿件4 和 5 組成了一個(gè)可伸縮桿，在本文的研究中選用一個(gè)帶緩沖的工業(yè)氣彈簧替 代。主要的桿件參數(shù)包括：桿件1 長(zhǎng)度 OA =150 mm，與Y軸夾角 θ =39°;桿件2 水平方向長(zhǎng)度 OB x =208 mm;豎直方向長(zhǎng)度 OB y =14 mm;滑塊在 X 軸方向可滑動(dòng)調(diào)節(jié)范圍為BB ’ =33 mm。伸縮桿(工業(yè)氣彈簧)型 號(hào) GS-8-60-AE-80，最小安裝距離為 116 mm，最大安裝 距離 176 mm，行程 60 mm。工業(yè)氣彈簧運(yùn)行環(huán)境溫度 為- 40℃～ 200℃，其內(nèi)部是氮?dú)馐液陀褪业慕Y(jié)合，安裝時(shí)通過(guò)調(diào)節(jié)閥門(mén)釋放氮?dú)饪梢钥刂苹钊麠U的行程，內(nèi)部充油區(qū)在行程末端加裝有阻尼，實(shí)際受到?jīng)_擊時(shí)實(shí)現(xiàn)緩沖作用。

1.2 參數(shù)計(jì)算

由于滑塊和可伸縮桿的雙重作用，五桿機(jī)構(gòu)中桿件 2 位置存在多個(gè)可能性，通過(guò)分析最大和最小組合運(yùn)動(dòng)位置，通過(guò)二維作圖方式可以計(jì)算出可調(diào)節(jié)測(cè)速緩沖裝 置的件 2 調(diào)節(jié)范圍為 0 ～ 31° 1)當(dāng)滑塊和氣彈簧組合處于 OAB 位置：滑塊在最遠(yuǎn)距離， OB最長(zhǎng)，氣彈簧 AB縮到最短安裝距離， 桿件狀態(tài)如圖2 所示，對(duì)應(yīng)的桿件2 與 X 軸夾角為 ∠ BOX ，可調(diào)節(jié)量最小。

2)當(dāng)滑塊和氣彈簧組合處于 OAB ˊ 位置：滑塊在最短距離， OB ˊ最短，氣彈簧 AB 伸到最長(zhǎng)安裝距離， 桿件狀態(tài)如圖2 所示，對(duì)應(yīng)的桿件2 與 X 軸夾角為- ∠ B ˊ OX ，可調(diào)節(jié)量最大。

綜合分析以上兩個(gè)桿件極限組合狀態(tài)，最終桿 件 2 的旋轉(zhuǎn)最大夾角為 ∠ BOX 和∠ B ˊ OX 之和，即 31°。在實(shí)際應(yīng)用中可將測(cè)量速度的儀器安裝在桿件2 上，其測(cè)速可調(diào)節(jié)角度范圍為0 ～ 31°，可適應(yīng)不同輪體直徑和不同安裝工況的測(cè)速，滿(mǎn)足實(shí)際需求。

圖2 機(jī)構(gòu)軌跡圖

2 可調(diào)節(jié)測(cè)速緩沖裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

從機(jī)構(gòu)原理設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)化到結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)部分，需要考慮機(jī)構(gòu)的靈活性和可靠性，實(shí)體結(jié)構(gòu)的輕量化和緊湊，除此之外還要考慮實(shí)際的安裝和調(diào)試，方便快捷才具有實(shí)用 性。通過(guò)多次優(yōu)化設(shè)計(jì)改進(jìn)，裝置結(jié)構(gòu)如圖 3 所示，主要包括固定吊架、移動(dòng)桿、轉(zhuǎn)動(dòng)桿、工業(yè)氣彈簧以及測(cè)速系統(tǒng)等。該測(cè)量裝置能夠?qū)崿F(xiàn)豎直方向的位移調(diào)節(jié)和水平方向的轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)節(jié)，還能起到緩沖作用。

圖 3 可調(diào)節(jié)測(cè)速緩沖裝置結(jié)構(gòu)圖

1)豎直位移可調(diào)：固定吊架主要通過(guò)螺栓安裝在 輪體上，移動(dòng)桿通過(guò)四個(gè)螺栓連接在固定吊架上，豎直 可調(diào)，考慮到索道輪體邊緣的厚度一般為130 mm左右， 所以可移動(dòng)距離設(shè)計(jì)為 150 mm。

2)水平旋轉(zhuǎn)可調(diào)：轉(zhuǎn)動(dòng)桿是個(gè)組合件，通過(guò)滑塊 嵌套在桿件的滑槽內(nèi)，實(shí)現(xiàn)滑動(dòng)可調(diào)節(jié)和定位限制，確 定組合位置后一般采用螺栓鎖死固定。移動(dòng)桿和轉(zhuǎn)動(dòng)桿間通過(guò)銷(xiāo)軸連接，為保證轉(zhuǎn)動(dòng)平穩(wěn)不卡死，在移動(dòng)桿銷(xiāo) 軸孔內(nèi)安裝了軸承套，在轉(zhuǎn)動(dòng)桿銷(xiāo)軸孔內(nèi)安裝了帶翻邊 的軸承套，抵消測(cè)速儀器自重形成的彎矩，從而保證銷(xiāo) 軸轉(zhuǎn)動(dòng)的平順性。

3)測(cè)速系統(tǒng)：整個(gè)測(cè)速系統(tǒng)安裝在轉(zhuǎn)動(dòng)桿上，根 據(jù)實(shí)際安裝需求和工況，確定滑塊位置和工業(yè)氣彈簧的 伸縮行程。測(cè)速系統(tǒng)主要包括了編碼器、安裝座、滾輪 以及其他傳動(dòng)軸等。滾輪一般采用高硬度橡膠材質(zhì)，摩 擦因數(shù)大，且耐磨，從而保證與輪體接觸的平穩(wěn)可靠。

4)緩沖和動(dòng)態(tài)響應(yīng)：整個(gè)工業(yè)氣彈簧耐低溫和高溫， 通過(guò)鉸接形式與移動(dòng)桿和轉(zhuǎn)動(dòng)桿的銷(xiāo)孔連接，形成二力 桿，其本身的伸縮行程放大了整個(gè)測(cè)速裝置的可調(diào)節(jié)范 圍。實(shí)際安裝中，工業(yè)氣彈簧通過(guò)調(diào)節(jié)氣壓實(shí)現(xiàn)活塞桿 的初始安裝定位，由于其內(nèi)部油腔緩沖結(jié)構(gòu)，能夠瞬時(shí) 響應(yīng)測(cè)速輪體的徑向波動(dòng)，從而達(dá)到緩沖減振效果。

3 結(jié)論

本文所述多桿式可調(diào)節(jié)索道測(cè)速緩沖裝置設(shè)計(jì)， 一方面實(shí)現(xiàn)了測(cè)速行程的可調(diào)節(jié)，豎直方向可實(shí)現(xiàn)150 mm 的位移調(diào)節(jié)，水平方向可實(shí)現(xiàn)0 ～ 31°的角度轉(zhuǎn) 動(dòng)，滿(mǎn)足了不同工況的測(cè)速需求。另一方面，由于氣彈 簧的特殊結(jié)構(gòu)，在實(shí)際測(cè)速中能夠起到主動(dòng)微調(diào)和緩沖 響應(yīng)，緩解線路載荷波動(dòng)以及電機(jī)運(yùn)行不平穩(wěn)造成的測(cè) 量誤差，從而提高測(cè)量平穩(wěn)性和準(zhǔn)確性。除此之外，整 個(gè)裝置結(jié)構(gòu)緊湊輕巧，對(duì)各桿件結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化和輕量 化外形設(shè)計(jì)，鉸接位置轉(zhuǎn)動(dòng)靈活，實(shí)際安裝和拆卸方便 快捷，適用于不同輪徑下的測(cè)速安裝需求，具有一定的 普適性和實(shí)用性，改進(jìn)了索道的測(cè)速形式。