CN104401334A - 一种可在山地斜坡之间实现运输和搭载综合作业的新装置 - Google Patents

Abstract

一种可在山地斜坡之间实现运输和搭载综合作业的新装置，其包括机械部分特征和电气部分特征。机械部分特征包括车架、齿轮齿条驱动机构、链轮链条及蜗轮蜗杆减速器构成的传动机构，走行部及防侧翻防上跳装置及机械刹车机构和轨道联接结构几部分组成，驱动形式采用了齿轮齿条啮合的方式驱动。电气部分特征包括电气部分特征则是由直流无刷电机及其驱动控制器部分、电器控制部分以及电力输送及取电装置几部分组成。电力输送采用了较为安全和简单的滑触线和集电极结构，电气控制方面利用了直流无刷电机及其驱动控制器组成的直流无刷控制系统加上单片机控制以及无线遥控，使得轨道运输车能够实现自动避障和定点停车功能，实现了设备的智能化运行。

Description

一种可在山地斜坡之间实现运输和搭载综合作业的新装置

技术领域

本发明涉及一种简易的轨道式的山地运输装置，尤其涉及了一种可在地形复杂，坡度较大的山地之间实现物资运输以及搭载其他自动化工作机械（例如自动喷药装置等）工作的简易轨道式运输装置。 

背景技术

目前，在尝试解决山地大斜度陡坡运输困难的问题上，主要有履带式、架空索道式以及轨道式三种，履带式在运行过程中对山地的植被会造成一定的破坏，不利于山地环境的保护。架空索道式和轨道式都需要铺设专门的索道或轨道来供运输装置运行，索道式的架设成本较高，运行过程中的稳定性和安全性不好保证，轨道式的架设成本相对于索道式的成本较低，运行过程中的稳定性和安全性比较好保证。

现有的轨道式山地运输设备的轨道形式主要以下三种：一是利用齿轮和齿条相互啮合的方式。在轨道上焊接齿条，而在运输设备上安装齿轮，通过装置自身动力驱动齿轮和轨道上齿条之间不断啮合从而实现爬坡前进（这种形式主要以单轨居多）；二是利用滚轮和轨道之间相互压紧而产生的摩擦力的形式驱动前进（这种形式也以单轨居多）；三是利用钢丝绳与驱动滚筒之间相互缠绕产生摩擦的方式。轨道之间先行布置好用于牵引的钢丝绳，运输装置通过驱动滚筒缠绕钢丝绳从而实现爬坡前进（这种形式以双规居多）。

第一种驱动方式最为可靠，驱动力较大，但要制造很长的齿条，制造成本较高。第二种驱动方式最为简单，但驱动力明显偏低，负载和爬坡角度都较小；第三种驱动方式相对于第一种结构较简单，因为采用的是钢丝绳驱动，所以成本较低，但制动和调速功能并不是很好，同时因为滚筒和钢丝绳的不断缠绕会对钢丝绳和滚筒都会造成较大的磨损。第一种因为采用的是齿轮齿条啮合的方式，因此其调速和定位的精度最高，但因为需要在轨道上安装一条与轨道一样长的齿条，因此价格较高，如果能采用冷锻的方法分段式一次性加工，然后通过焊接的方式联接在轨道上可以大大节省加工和安装的费用。

同时国内外现有的轨道式山地运输设备大多都是采用的内燃机作为动力，噪音较大，不利于山地环境的保护，而且在定位精度和速度调节准确性方面存在很大的不足，基本上仅仅只能满足物资运输的要求，而不能实现与其它的自动化机械（例如自动喷药装置等）的集成化作业。少量以电力为驱动和控制的轨道式山地运输设备也因为电线架设的巨大的花费，基本上使用的都是电池储存的电力，使用过程中需要频繁更换电池，同时也需要承担在斜坡行驶过程中突然断电所带来的风险。因此为了更好地解决山地斜坡运输困难的问题，对新的山地运输设备提出了以下几种新的要求：

（1）  轨道的铺设要简单，方便，对地形的要求不能过高，可以依照山势铺设，铺设过程中不需要大规模的破坏原有地面。

（2） 动力来源要从内燃机发展成电动机，减少运行时的振动和噪声，增加运行平稳性，同时将现代化的电机控制技术应用进来，提高运输设备的调速性能和停车的精度。

（3） 取电装置要结构简单，架设方便，在避免大规模的线路铺设的前提下，尽量避免使用电池作为主要供电。

发明内容

为了更好地克服山地斜坡运输难的问题，本发明提供了一种简易的，可在地形复杂、坡度较大的山地之间实现物资运输、机械搭载等工作的轨道式综合运输装置。该装置通过齿轮齿条啮合的形式驱动，借助低压轨道供电的形式供电，引入现有成熟的电机控制技术实现速度和停车的电动控制，同时通过使用无线控制芯片，实现了运输装置的较长距离的无线控制。

本发明是通过以下技术方案实现的。

本发明由机械部分特征和电气部分特征两部分组成。机械部分特征主要有车架、齿轮齿条驱动机构、链轮链条及蜗轮蜗杆减速器构成的传动机构、走行部及防侧翻防上跳装置、机械刹车机构以及轨道联接结构几部分组成。电气部分特征则是由直流无刷电机及其驱动控制器部分、电器控制部分以及电力输送及取电装置几部分组成。

所述的机械部分特征：

车架[11]包括直流无刷电机和蜗轮蜗杆减速器安装架，电气控制箱安装架等，主要起到对整个运行机构起支撑与固定作用，实现各工作机构按照空间结构有序安装，保证各工作能单独作业，防止干涉。

齿轮齿条驱动机构包括驱动轮[5]、齿条轨[10]、驱动轴安装座[13]和驱动轮轴[15]。驱动轮上的圆柱型齿在驱动轴的带动之下不断地和轨道上的齿条相互啮合，驱动小车向前行驶。

传动机构包括链轮链条机构[2]、涡轮蜗杆减速箱[1]及其附属安装部件。涡轮蜗杆减速箱主要起到降速增扭的作用，同时利用涡轮蜗杆传动的反向自锁性来进一步保证上坡时的安全，链轮链条作用则是把动力由减速箱传递到驱动轴上。

走行部和防上跳、防侧翻装置主要由上行走轮[16]、侧夹紧轮[19]、下夹紧轮[21]以及其附属的安装部件（如侧夹紧轮安装螺栓[28]、侧夹紧轮安装轴[30]、上行走轮安装轴[31]等）构成。侧夹紧轮主要是为了克服设备在运行时候的倾覆力矩，而下夹紧轮主要是为了克服设备在运行时产生的上跳，但其工作原理和结构都与侧夹紧轮类似。

机械刹车机构由刹车片[23]和刹车钳[24]组成，工作时刹车钳会在液压力的作用下夹紧刹车片，利用摩擦力实现刹车制动的目的。

所述的轨道联接结构则是采用了在两条行走轨[22]之间添加一齿轮驱动轨[10]的方式，所有轨道通过焊接的方式固定在轨道支撑架上，其中行走轨主要起到承重的作用。

所述的电气部分特征：

直流无刷电机[12]及其配套的电机驱动控制器组成了一套完整的直流无刷电机的调速控制系统，通过控制相应开关电路的开闭就可以实现电机的开启关闭、正反转、速度切换以及电气意义上的刹车等功能。

电气控制设备的核心是通过单片机控制相应的继电器组和数字电位器，通过继电器的开闭来控制直流无刷电机驱动器，从而实现电机的正反转，停止开启以及电气刹车等功能，而数字电位器在单片机的控制下可以输出不同大小的电位值，通过控制输入直流无刷电机控制器相应端口的电压值实现电机速度的调节。无线遥控功能的实现则是在电气控制的电路上增加了一个无线遥控模块，设计中采用的是基于PT2262芯片的FSK-2A无线电发射模块和基于PT2272芯片的CZS-7的无线电接收模块，工作中无线遥控模块同单片机连接，当接收模块接收到发射模块发出的控制信号，传递给单片机，单片机控制相应的继电器关闭或者是数字电位器的电阻发生变化，从而实现控制直流无刷电机的目的。

电力的输送装置则是利用安全滑触线[9]和集电极[6]实现，供电原理采用了低压轨道供电方式，先是通过地面变压控制柜将交流的220V电压降至36V安全电压，避免了电力传送过程中的安全问题，其中安全滑触线通过固定螺栓和轨道上的安全滑触线悬挂臂[36]联接。

本发明与现有的山地斜坡运输方式相比，具有以下几方面的优势：

（1） 整套设备的结构简单，轨道的架设和维修都比较方便。

（2） 通过利用安全滑触线和集电极这种简单的方式实现低压供电，解决电力传送过程中的安全问题，同时避免了复杂的电气线路的架设。

（3） 引入了现代比较成熟的直流无刷电机及其控制技术，使得整套装置的调速性能和控制精度相比现有的山地斜坡运输设备有了很大的提高。

（4） 通过引入无线控制和单片机控制技术，实现了设备的无线遥控、自动避障以及定点停车等功能。

附图说明

图1为运输设备的整体右侧视图。

图2为运输设备的行走部示意图。

图3为两轨道之间的联接示意图。

图4为运输设备的整体立体示意图。

 

图中标号分别为：1为蜗轮蜗杆减速机、2为链轮链条机构、3为外托架、4为控制柜、5为驱动轮、6为集电极、7为轨道接地支座、8为轨道连接件、9为安全滑触线、10为齿轮轨、11为车架、12为直流无刷电机、13为驱动轴安装座、14轴承1、 15为驱动轴、16为上行走轮、17为上行走轮安装螺母1、18为上行走轮安装轴、19为侧夹紧轮、20为侧夹紧轮安装座、21为下夹紧轮、22为承重轨、23为摩擦式刹车片、24为刹车钳、25为下夹紧轮安装螺栓、26为下夹紧轮安装座、27为侧夹紧轮安装弹簧1、28为侧夹紧轮安装螺栓、29为侧夹紧轮安装弹簧2、30为侧夹紧轮安装轴、31为上行走轮安装轴、32为轴承2、 33为上行走轮密封端盖、34为上行走轮安装螺母2、35为安全滑触线安装架、36为安全滑触线悬挂臂、37为轨道联接方管、38为轨道联接支架、39为轨道联接螺栓。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

综合运输搭载设备在运行的过程中，直流无刷电机[12]带动蜗轮蜗杆减速器[1],经减速增扭后再通过链轮链条传动[2]将动力传递给驱动轴[15]，从而带动驱动轴上的驱动轮[5],与此同时，驱动轮上的圆柱齿和轨道上的齿条[20]相互啮合，从而驱动整个小车往前运行。

轨道运输设备的左右以及下方分别有侧夹紧轮[19]和下夹紧轮[21]，它通过弹簧[27]和弹簧[29]的变形给轨道提供一个小的初始夹紧力，在运行的过程当中，弹簧[27]和弹簧[29]可以通过不断的变形保证夹紧轮与轨道始终紧密接触，从而减少运行过程当中的振动，增加运行的稳定性，同时弹簧虽然能在一定的范围内可以不断变形，但由于受到安装底板和夹紧轮之间刚性的影响，弹簧的变形被限制在一定的范围内，这个范围的最大值就是小车可以左右偏转和上跳的最大距离，左右偏转的最大距离决定运输设备的转弯性能，而运输设备的爬坡能力主要是靠直流电机的功率和传动机构的效率决定的。

综合运输和搭载设备的前进、后退、速度调节，停止都是通过无线遥控装置发射相应的信号给小车上的单片机控制系统，通过单片机控制相应的继电器开闭和数字电位器的电阻值得变化来控制电机驱动控制器相应功能的开启，再通过电机控制器来控制电机的正反转，停止和开启以及速度的调节功能的实现。

电力传送系统采用了低压轨道供电方案，考虑到直流无刷电机及其控制器的工作电压为DC48V，其具体的实施方案先是通过地面变压控制柜将交流的220V电压降至交流36V安全电压，避免了电力传送过程中的安全问题。工作时，然后经过行走轨道（馈电轨道滑触线[9]）馈送给轨道车，具体是通过集电极[6]在运输设备的牵引下在滑触线中滑行，同时把电力传递至运输设备上的车载整流器，车载整流器将36V的交流电整成48V的直流电，供给直流无刷电机及其驱动控制器使用，安全滑触线通过固定螺栓和轨道上的安全滑触线悬挂臂[36]联接。

上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改造，或未经改进直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种可在山地斜坡之间实现运输和搭载综合作业的新装置，其特征主要是由机架、齿轮齿条驱动机构、链轮链条及蜗轮蜗杆减速器构成的传动机构、走行部及防上跳，防侧翻装置、液压式刹车机构和轨道联接机构几部分组成；所述的机架部分，机架[11]呈弓字型，起到承载各工作部分的作用；所述的齿轮齿条驱动机构包括驱动轮[5]、齿条轨[10]、驱动轴安装座[13]和驱动轮轴[15]以及附属安装元件，利用齿轮齿条相互啮合的方式驱动设备向前运行；所述的传动机构包括链轮链条[2]、涡轮蜗杆减速箱[1]及其附属安装件；涡轮蜗杆减速箱主要起到降速增扭的作用并且利用蜗轮蜗杆传动的反向自锁性来保证设备上坡运行时的安全；所述的走行部和防上跳、防侧翻装置主要由上行走轮[16]、侧夹紧轮[19]、下夹紧轮[21]以及其附属安装元件构成，附属的安装元件包括侧夹紧轮安装螺栓[28]、侧夹紧轮安装轴[30]、上行走轮安装轴[18]，主要起到保证运输装置的安全行驶，克服运行时的倾覆力和上跳力的作用；所述的液压刹车机构主要是由摩擦式刹车片[23]和液压刹车钳[24]及其附属安装件构成；所述的轨道联接机构则是联接方管[37]、联接支架[38]和联接螺栓[39]组成，若那段轨道出现损坏，可以取下联接螺栓实现迅速更换。

2.一种可在山地斜坡之间实现运输和搭载综合作业的新装置，其电气特征是由直流无刷电机及其驱动控制器、电气控制部分和电力输送装置几部分组成；所述的直流无刷电机[12]及其驱动控制器组成了一套完整的直流无刷电机调速控制系统，通过控制相应开关电路的开闭就可以实现电机的开启关闭、正反转、速度切换以及电气上的刹车这一系列功能；所述的电气控制部分主要是为了实现设备的无线控制和运行过程中突发情况的自动处理；电气控制设备的核心是通过单片机控制相应的继电器组和数字电位器来达到控制电机的目的；无线遥控功能的实现则是在电气控制的电路上增加了一个无线遥控模块，设计中采用的是基于PT2262芯片的FSK-2A无线电发射模块和基于PT2272芯片的CZS-7的无线电接收模块；所述的电力的输送装置的供电原理采用了低压轨道供电方式，先是通过地面变压控制柜将交流的220V电压降至36V安全电压，经作为馈电轨道用的安全滑触线[9]和集电器[6]将电流馈送给运输设备上的车载整流器，车载整流器将36V的交流电整成48V的直流电，供给直流无刷电机及其驱动控制器使用，安全滑触线通过固定螺栓和轨道上的安全滑触线悬挂臂[36]联接。