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多杆式可调节索道测速缓冲装置设计!
2019-07-03  浏览:80

摘 要:现有索道轮体测速装置采用齿轮啮合传递转速给测速仪器实现测量,其测量精度容易受线路载荷、电机 运行状态以及轮体尺寸和加工精度等多方面因素影响,而且测速装置结构形式单一,不具备通用性,缓冲减振效 果不佳。研究设计一种多杆式可调节缓冲测速装置,通过工业气弹簧和滑动支座的组合运动,实现测速仪器0~31° 角度可调,从而适应不同工况安装需求,同时工业气弹簧实现主动调节和缓冲减振,消除了测速过程中的冲击, 提高了测量精准性。

关键词:索道;多杆式;可调节;测速;缓冲

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

随着科学技术的发展,如今测速的方式多种多样,精度也越来越高。最常用的方式有激光测速、电子元器件感应测速等。在索道这种要求实用性的特种设备上,为了保证测速的可靠性,一般采用机械式测量方法,主要是在驱动轮或迂回轮上增加齿圈,通过齿轮啮合传递速度给光电传感器或测速电机实现速度的获取。实践证明这种测速方式有一定实用性,但是如果线路载荷波动较大,驱动电机的运行状态不稳定,或轮体边缘加工精度低都会造成测速的波动和不稳定性,偶尔会出现掉转、检测不到等情况,且由于测试装置本身的结构限制,安装可替代性差,无法实现通用化,存在一定的局限性。

针对目前测速装置的不足,本文提出了一种可调节式、带缓冲装置的设计理念,能够实现线路波动、电机运行不稳定等问题的动态响应,从而保证测速的精准性。新型测速装置调节范围较大,能够实现不同直径轮体的安装,从而实现通用化测速,适用范围广。

1 可调节测速缓冲装置设计与参数计算

可调节测速缓冲装置的设计要实现两个重要功能,一是测速行程可调节,本文通过杆件机构的移动组合实现位移行程的放大,从而满足不同索距和不同直径轮体的安装测速需求。二是测速过程中的缓冲减振性,由于索道运行过程中的线路波动会使轮体产生径向不平稳,从而直接导致测速接触部位交互受力,加剧磨损,实际测速中会存在丢转现象,一旦遇到恶劣天气或线路载荷波动较大,测速装置的精准性和使用寿命大幅缩减,因此新型测速装置的设计需要能够动态响应轮体的径向载荷变化,并作出主动的跟随调节达到缓冲效果,这样才能精准获取速度大小,提高测速装置的精确性和耐用性。

1.1 机构设计

对于杆系来说,如果杆件太多会存在一定的稳定性和强度问题,所以通过滑块的移动和可伸缩杆的配合,组成了一个类五杆设计。一方面解决了杆件紧凑问题,增大位移行程,另一方面通过可伸缩杆的的自身特性增加缓冲效果,保证测速不稳定的动态响应调节。主要机 构原理如图 1 所示。

图 1 机构简图

上述机构由五个杆件组成,其中杆件 3 为滑块,可移动长度为 BB ’ 的长度,杆件4 和 5 组成了一个可伸缩杆,在本文的研究中选用一个带缓冲的工业气弹簧替 代。主要的杆件参数包括:杆件1 长度 OA =150 mm,与Y轴夹角 θ =39°;杆件2 水平方向长度 OB x =208 mm;竖直方向长度 OB y =14 mm;滑块在 X 轴方向可滑动调节范围为BB ’ =33 mm。伸缩杆(工业气弹簧)型 号 GS-8-60-AE-80,最小安装距离为 116 mm,最大安装 距离 176 mm,行程 60 mm。工业气弹簧运行环境温度 为- 40℃~ 200℃,其内部是氮气室和油室的结合,安装时通过调节阀门释放氮气可以控制活塞杆的行程,内部充油区在行程末端加装有阻尼,实际受到冲击时实现缓冲作用。

1.2 参数计算

由于滑块和可伸缩杆的双重作用,五杆机构中杆件 2 位置存在多个可能性,通过分析最大和最小组合运动位置,通过二维作图方式可以计算出可调节测速缓冲装 置的件 2 调节范围为 0 ~ 31° 1)当滑块和气弹簧组合处于 OAB 位置:滑块在最远距离, OB最长,气弹簧 AB缩到最短安装距离, 杆件状态如图2 所示,对应的杆件2 与 X 轴夹角为 ∠ BOX ,可调节量最小。

2)当滑块和气弹簧组合处于 OAB ˊ 位置:滑块在最短距离, OB ˊ最短,气弹簧 AB 伸到最长安装距离, 杆件状态如图2 所示,对应的杆件2 与 X 轴夹角为- ∠ B ˊ OX ,可调节量最大。

综合分析以上两个杆件极限组合状态,最终杆 件 2 的旋转最大夹角为 ∠ BOX 和∠ B ˊ OX 之和,即 31°。在实际应用中可将测量速度的仪器安装在杆件2 上,其测速可调节角度范围为0 ~ 31°,可适应不同轮体直径和不同安装工况的测速,满足实际需求。

图2 机构轨迹图

2 可调节测速缓冲装置结构设计

从机构原理设计转化到结构设计部分,需要考虑机构的灵活性和可靠性,实体结构的轻量化和紧凑,除此之外还要考虑实际的安装和调试,方便快捷才具有实用 性。通过多次优化设计改进,装置结构如图 3 所示,主要包括固定吊架、移动杆、转动杆、工业气弹簧以及测速系统等。该测量装置能够实现竖直方向的位移调节和水平方向的转动调节,还能起到缓冲作用。

图 3 可调节测速缓冲装置结构图

1)竖直位移可调:固定吊架主要通过螺栓安装在 轮体上,移动杆通过四个螺栓连接在固定吊架上,竖直 可调,考虑到索道轮体边缘的厚度一般为130 mm左右, 所以可移动距离设计为 150 mm。

2)水平旋转可调:转动杆是个组合件,通过滑块 嵌套在杆件的滑槽内,实现滑动可调节和定位限制,确 定组合位置后一般采用螺栓锁死固定。移动杆和转动杆间通过销轴连接,为保证转动平稳不卡死,在移动杆销 轴孔内安装了轴承套,在转动杆销轴孔内安装了带翻边 的轴承套,抵消测速仪器自重形成的弯矩,从而保证销 轴转动的平顺性。

3)测速系统:整个测速系统安装在转动杆上,根 据实际安装需求和工况,确定滑块位置和工业气弹簧的 伸缩行程。测速系统主要包括了编码器、安装座、滚轮 以及其他传动轴等。滚轮一般采用高硬度橡胶材质,摩 擦因数大,且耐磨,从而保证与轮体接触的平稳可靠。

4)缓冲和动态响应:整个工业气弹簧耐低温和高温, 通过铰接形式与移动杆和转动杆的销孔连接,形成二力 杆,其本身的伸缩行程放大了整个测速装置的可调节范 围。实际安装中,工业气弹簧通过调节气压实现活塞杆 的初始安装定位,由于其内部油腔缓冲结构,能够瞬时 响应测速轮体的径向波动,从而达到缓冲减振效果。

3 结论

本文所述多杆式可调节索道测速缓冲装置设计, 一方面实现了测速行程的可调节,竖直方向可实现150 mm 的位移调节,水平方向可实现0 ~ 31°的角度转 动,满足了不同工况的测速需求。另一方面,由于气弹 簧的特殊结构,在实际测速中能够起到主动微调和缓冲 响应,缓解线路载荷波动以及电机运行不平稳造成的测 量误差,从而提高测量平稳性和准确性。除此之外,整 个装置结构紧凑轻巧,对各杆件结构进行了优化和轻量 化外形设计,铰接位置转动灵活,实际安装和拆卸方便 快捷,适用于不同轮径下的测速安装需求,具有一定的 普适性和实用性,改进了索道的测速形式。