一種可在山地斜坡之間實現運輸和搭載綜合作業的新裝置制造方法
【專利摘要】一種可在山地斜坡之間實現運輸和搭載綜合作業的新裝置，其包括機械部分特征和電氣部分特征。機械部分特征包括車架、齒輪齒條驅動機構、鏈輪鏈條及蝸輪蝸桿減速器構成的傳動機構，走行部及防側翻防上跳裝置及機械剎車機構和軌道聯接結構幾部分組成，驅動形式采用了齒輪齒條嚙合的方式驅動。電氣部分特征包括電氣部分特征則是由直流無刷電機及其驅動控制器部分、電器控制部分以及電力輸送及取電裝置幾部分組成。電力輸送采用了較為安全和簡單的滑觸線和集電極結構，電氣控制方面利用了直流無刷電機及其驅動控制器組成的直流無刷控制系統加上單片機控制以及無線遙控，使得軌道運輸車能夠實現自動避障和定點停車功能，實現了設備的智能化運行。
【專利說明】—種可在山地斜坡之間實現運輸和搭載綜合作業的新裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種簡易的軌道式的山地運輸裝置，尤其涉及了一種可在地形復雜，坡度較大的山地之間實現物資運輸以及搭載其他自動化工作機械(例如自動噴藥裝置等)工作的簡易軌道式運輸裝置。
【背景技術】
[0002]目前，在嘗試解決山地大斜度陡坡運輸困難的問題上，主要有履帶式、架空索道式以及軌道式三種，履帶式在運行過程中對山地的植被會造成一定的破壞，不利于山地環境的保護。架空索道式和軌道式都需要鋪設專門的索道或軌道來供運輸裝置運行，索道式的架設成本較高，運行過程中的穩定性和安全性不好保證，軌道式的架設成本相對于索道式的成本較低，運行過程中的穩定性和安全性比較好保證。
[0003]現有的軌道式山地運輸設備的軌道形式主要以下三種:一是利用齒輪和齒條相互嚙合的方式。在軌道上焊接齒條，而在運輸設備上安裝齒輪，通過裝置自身動力驅動齒輪和軌道上齒條之間不斷嚙合從而實現爬坡前進(這種形式主要以單軌居多)；二是利用滾輪和軌道之間相互壓緊而產生的摩擦力的形式驅動前進(這種形式也以單軌居多)；三是利用鋼絲繩與驅動滾筒之間相互纏繞產生摩擦的方式。軌道之間先行布置好用于牽引的鋼絲繩，運輸裝置通過驅動滾筒纏繞鋼絲繩從而實現爬坡前進(這種形式以雙規居多)。
[0004]第一種驅動方式最為可靠，驅動力較大，但要制造很長的齒條，制造成本較高。第二種驅動方式最為簡單，但驅動力明顯偏低，負載和爬坡角度都較小；第三種驅動方式相對于第一種結構較簡單，因為采用的是鋼絲繩驅動，所以成本較低，但制動和調速功能并不是很好，同時因為滾筒和鋼絲繩的不斷纏繞會對鋼絲繩和滾筒都會造成較大的磨損。第一種因為采用的是齒輪齒條嚙合的方式，因此其調速和定位的精度最高，但因為需要在軌道上安裝一條與軌道一樣長的齒條，因此價格較高，如果能采用冷鍛的方法分段式一次性加工，然后通過焊接的方式聯接在軌道上可以大大節省加工和安裝的費用。
[0005]同時國內外現有的軌道式山地運輸設備大多都是采用的內燃機作為動力，噪音較大，不利于山地環境的保護，而且在定位精度和速度調節準確性方面存在很大的不足，基本上僅僅只能滿足物資運輸的要求，而不能實現與其它的自動化機械(例如自動噴藥裝置等)的集成化作業。少量以電力為驅動和控制的軌道式山地運輸設備也因為電線架設的巨大的花費，基本上使用的都是電池儲存的電力，使用過程中需要頻繁更換電池，同時也需要承擔在斜坡行駛過程中突然斷電所帶來的風險。因此為了更好地解決山地斜坡運輸困難的問題，對新的山地運輸設備提出了以下幾種新的要求:
(I)軌道的鋪設要簡單，方便，對地形的要求不能過高，可以依照山勢鋪設，鋪設過程中不需要大規模的破壞原有地面。
[0006](2)動力來源要從內燃機發展成電動機，減少運行時的振動和噪聲，增加運行平穩性，同時將現代化的電機控制技術應用進來，提高運輸設備的調速性能和停車的精度。
[0007](3)取電裝置要結構簡單，架設方便，在避免大規模的線路鋪設的前提下，盡量避免使用電池作為主要供電。
【發明內容】
[0008]為了更好地克服山地斜坡運輸難的問題，本發明提供了一種簡易的，可在地形復雜、坡度較大的山地之間實現物資運輸、機械搭載等工作的軌道式綜合運輸裝置。該裝置通過齒輪齒條嚙合的形式驅動，借助低壓軌道供電的形式供電，引入現有成熟的電機控制技術實現速度和停車的電動控制，同時通過使用無線控制芯片，實現了運輸裝置的較長距離的無線控制。
[0009]本發明是通過以下技術方案實現的。
[0010]本發明由機械部分特征和電氣部分特征兩部分組成。機械部分特征主要有車架、齒輪齒條驅動機構、鏈輪鏈條及蝸輪蝸桿減速器構成的傳動機構、走行部及防側翻防上跳裝置、機械剎車機構以及軌道聯接結構幾部分組成。電氣部分特征則是由直流無刷電機及其驅動控制器部分、電器控制部分以及電力輸送及取電裝置幾部分組成。
[0011]所述的機械部分特征:
車架[11]包括直流無刷電機和蝸輪蝸桿減速器安裝架，電氣控制箱安裝架等，主要起到對整個運行機構起支撐與固定作用，實現各工作機構按照空間結構有序安裝，保證各工作能單獨作業，防止干涉。
[0012]齒輪齒條驅動機構包括驅動輪[5]、齒條軌[10]、驅動軸安裝座[13]和驅動輪軸
[15]。驅動輪上的圓柱型齒在驅動軸的帶動之下不斷地和軌道上的齒條相互嚙合，驅動小車向前行駛。
[0013]傳動機構包括鏈輪鏈條機構[2]、渦輪蝸桿減速箱[I]及其附屬安裝部件。渦輪蝸桿減速箱主要起到降速增扭的作用，同時利用渦輪蝸桿傳動的反向自鎖性來進一步保證上坡時的安全，鏈輪鏈條作用則是把動力由減速箱傳遞到驅動軸上。
[0014]走行部和防上跳、防側翻裝置主要由上行走輪[16]、側夾緊輪[19]、下夾緊輪
[21]以及其附屬的安裝部件(如側夾緊輪安裝螺栓[28]、側夾緊輪安裝軸[30]、上行走輪安裝軸[31]等)構成。側夾緊輪主要是為了克服設備在運行時候的傾覆力矩，而下夾緊輪主要是為了克服設備在運行時產生的上跳，但其工作原理和結構都與側夾緊輪類似。
[0015]機械剎車機構由剎車片[23]和剎車鉗[24]組成，工作時剎車鉗會在液壓力的作用下夾緊剎車片，利用摩擦力實現剎車制動的目的。
[0016]所述的軌道聯接結構則是采用了在兩條行走軌[22]之間添加一齒輪驅動軌[10]的方式，所有軌道通過焊接的方式固定在軌道支撐架上，其中行走軌主要起到承重的作用。
[0017]所述的電氣部分特征:
直流無刷電機[12]及其配套的電機驅動控制器組成了一套完整的直流無刷電機的調速控制系統，通過控制相應開關電路的開閉就可以實現電機的開啟關閉、正反轉、速度切換以及電氣意義上的剎車等功能。
[0018]電氣控制設備的核心是通過單片機控制相應的繼電器組和數字電位器，通過繼電器的開閉來控制直流無刷電機驅動器，從而實現電機的正反轉，停止開啟以及電氣剎車等功能，而數字電位器在單片機的控制下可以輸出不同大小的電位值，通過控制輸入直流無刷電機控制器相應端口的電壓值實現電機速度的調節。無線遙控功能的實現則是在電氣控制的電路上增加了一個無線遙控模塊，設計中采用的是基于PT2262芯片的FSK-2A無線電發射模塊和基于PT2272芯片的CZS-7的無線電接收模塊，工作中無線遙控模塊同單片機連接，當接收模塊接收到發射模塊發出的控制信號，傳遞給單片機，單片機控制相應的繼電器關閉或者是數字電位器的電阻發生變化，從而實現控制直流無刷電機的目的。
[0019]電力的輸送裝置則是利用安全滑觸線[9]和集電極[6]實現，供電原理采用了低壓軌道供電方式，先是通過地面變壓控制柜將交流的220V電壓降至36V安全電壓，避免了電力傳送過程中的安全問題，其中安全滑觸線通過固定螺栓和軌道上的安全滑觸線懸掛臂
[36]聯接。
[0020]本發明與現有的山地斜坡運輸方式相比，具有以下幾方面的優勢:
(O整套設備的結構簡單，軌道的架設和維修都比較方便。
[0021](2)通過利用安全滑觸線和集電極這種簡單的方式實現低壓供電，解決電力傳送過程中的安全問題，同時避免了復雜的電氣線路的架設。
[0022](3)引入了現代比較成熟的直流無刷電機及其控制技術，使得整套裝置的調速性能和控制精度相比現有的山地斜坡運輸設備有了很大的提高。
[0023](4)通過引入無線控制和單片機控制技術，實現了設備的無線遙控、自動避障以及定點停車等功能。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0024]圖1為運輸設備的整體右側視圖。
[0025]圖2為運輸設備的行走部示意圖。
[0026]圖3為兩軌道之間的聯接示意圖。
[0027]圖4為運輸設備的整體立體示意圖。
[0028]圖中標號分別為:1為蝸輪蝸桿減速機、2為鏈輪鏈條機構、3為外托架、4為控制柜、5為驅動輪、6為集電極、7為軌道接地支座、8為軌道連接件、9為安全滑觸線、10為齒輪軌、11為車架、12為直流無刷電機、13為驅動軸安裝座、14軸承1、15為驅動軸、16為上行走輪、17為上行走輪安裝螺母1、18為上行走輪安裝軸、19為側夾緊輪、20為側夾緊輪安裝座、21為下夾緊輪、22為承重軌、23為摩擦式剎車片、24為剎車鉗、25為下夾緊輪安裝螺栓、26為下夾緊輪安裝座、27為側夾緊輪安裝彈簧1、28為側夾緊輪安裝螺栓、29為側夾緊輪安裝彈簧2、30為側夾緊輪安裝軸、31為上行走輪安裝軸、32為軸承2、33為上行走輪密封端蓋、34為上行走輪安裝螺母2、35為安全滑觸線安裝架、36為安全滑觸線懸掛臂、37為軌道聯接方管、38為軌道聯接支架、39為軌道聯接螺栓。
【具體實施方式】
[0029]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明作進一步詳細的說明:
綜合運輸搭載設備在運行的過程中，直流無刷電機[12]帶動蝸輪蝸桿減速器[1]，經減速增扭后再通過鏈輪鏈條傳動[2]將動力傳遞給驅動軸[15],從而帶動驅動軸上的驅動輪[5]，與此同時，驅動輪上的圓柱齒和軌道上的齒條[20]相互嚙合，從而驅動整個小車往前運行。
[0030]軌道運輸設備的左右以及下方分別有側夾緊輪[19]和下夾緊輪[21]，它通過彈簧[27]和彈簧[29]的變形給軌道提供一個小的初始夾緊力，在運行的過程當中，彈簧[27]和彈簧[29]可以通過不斷的變形保證夾緊輪與軌道始終緊密接觸，從而減少運行過程當中的振動，增加運行的穩定性，同時彈簧雖然能在一定的范圍內可以不斷變形，但由于受到安裝底板和夾緊輪之間剛性的影響，彈簧的變形被限制在一定的范圍內，這個范圍的最大值就是小車可以左右偏轉和上跳的最大距離，左右偏轉的最大距離決定運輸設備的轉彎性能，而運輸設備的爬坡能力主要是靠直流電機的功率和傳動機構的效率決定的。
[0031]綜合運輸和搭載設備的前進、后退、速度調節，停止都是通過無線遙控裝置發射相應的信號給小車上的單片機控制系統，通過單片機控制相應的繼電器開閉和數字電位器的電阻值得變化來控制電機驅動控制器相應功能的開啟，再通過電機控制器來控制電機的正反轉，停止和開啟以及速度的調節功能的實現。
[0032]電力傳送系統采用了低壓軌道供電方案，考慮到直流無刷電機及其控制器的工作電壓為DC48V，其具體的實施方案先是通過地面變壓控制柜將交流的220V電壓降至交流36V安全電壓，避免了電力傳送過程中的安全問題。工作時，然后經過行走軌道(饋電軌道滑觸線[9])饋送給軌道車，具體是通過集電極[6]在運輸設備的牽引下在滑觸線中滑行，同時把電力傳遞至運輸設備上的車載整流器，車載整流器將36V的交流電整成48V的直流電，供給直流無刷電機及其驅動控制器使用，安全滑觸線通過固定螺栓和軌道上的安全滑觸線懸掛臂[36]聯接。
[0033]上面結合附圖對本發明進行了示例性描述，顯然本發明具體實現并不受上述方式的限制，只要采用了本發明的方法構思和技術方案進行的各種改造，或未經改進直接應用于其它場合的，均在本發明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種可在山地斜坡之間實現運輸和搭載綜合作業的新裝置，其特征主要是由機架、齒輪齒條驅動機構、鏈輪鏈條及蝸輪蝸桿減速器構成的傳動機構、走行部及防上跳，防側翻裝置、液壓式剎車機構和軌道聯接機構幾部分組成；所述的機架部分，機架[11]呈弓字型，起到承載各工作部分的作用；所述的齒輪齒條驅動機構包括驅動輪[5]、齒條軌[10]、驅動軸安裝座[13]和驅動輪軸[15]以及附屬安裝元件，利用齒輪齒條相互嚙合的方式驅動設備向前運行；所述的傳動機構包括鏈輪鏈條[2]、渦輪蝸桿減速箱[I]及其附屬安裝件；渦輪蝸桿減速箱主要起到降速增扭的作用并且利用蝸輪蝸桿傳動的反向自鎖性來保證設備上坡運行時的安全；所述的走行部和防上跳、防側翻裝置主要由上行走輪[16]、側夾緊輪[19]、下夾緊輪[21]以及其附屬安裝元件構成，附屬的安裝元件包括側夾緊輪安裝螺栓[28]、側夾緊輪安裝軸[30]、上行走輪安裝軸[18]，主要起到保證運輸裝置的安全行駛，克服運行時的傾覆力和上跳力的作用；所述的液壓剎車機構主要是由摩擦式剎車片[23]和液壓剎車鉗[24]及其附屬安裝件構成；所述的軌道聯接機構則是聯接方管[37]、聯接支架[38]和聯接螺栓[39]組成，若那段軌道出現損壞，可以取下聯接螺栓實現迅速更換。
2.一種可在山地斜坡之間實現運輸和搭載綜合作業的新裝置，其電氣特征是由直流無刷電機及其驅動控制器、電氣控制部分和電力輸送裝置幾部分組成；所述的直流無刷電機[12]及其驅動控制器組成了一套完整的直流無刷電機調速控制系統，通過控制相應開關電路的開閉就可以實現電機的開啟關閉、正反轉、速度切換以及電氣上的剎車這一系列功能；所述的電氣控制部分主要是為了實現設備的無線控制和運行過程中突發情況的自動處理；電氣控制設備的核心是通過單片機控制相應的繼電器組和數字電位器來達到控制電機的目的；無線遙控功能的實現則是在電氣控制的電路上增加了一個無線遙控模塊，設計中采用的是基于PT2262芯片的FSK-2A無線電發射模塊和基于PT2272芯片的CZS-7的無線電接收模塊；所述的電力的輸送裝置的供電原理采用了低壓軌道供電方式，先是通過地面變壓控制柜將交流的220V電壓降至36V安全電壓，經作為饋電軌道用的安全滑觸線[9]和集電器[6]將電流饋送給運輸設備上的車載整流器，車載整流器將36V的交流電整成48V的直流電，供給直流無刷電機及其驅動控制器使用，安全滑觸線通過固定螺栓和軌道上的安全滑觸線懸掛臂[36]聯接。
【文檔編號】B61B13/02GK104401334SQ201410578741
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年10月27日 優先權日:2014年10月27日
【發明者】周新建, 李志強, 程樹 申請人:華東交通大學