一种用于集电架的多连杆传动机构及其控制方法与流程

1.本发明涉及集电架的技术领域，具体涉及一种用于集电架的多连杆传动机构及其控制方法。


背景技术：

2.目前集电架常见的升降机构由集电杆、气缸连接架、气缸和弹簧等机构组成，通过气缸与弹簧控制集电杆在竖直方向上的摆动，气缸加压伸出，带动集电杆完成下压动作；气缸不加压，弹簧的拉力带动集电杆完成上扬动作。然而现有技术中的集电架升降机构在实际使用中尚存在以下缺陷：
3.1)气缸行程走完集电杆降杆结束，整个过程速度一致且无中间停止状态。这就使集电杆一旦出现脱线意外，无法在短时间内降至安全区域，进而极易导致安全事故的发生。
4.2)集电杆与气缸直接固连，受限于气缸自身阻力，当车辆行驶至颠簸路段，集电杆无法灵活的上下摆动，容易出现脱线。
5.3)集电杆与气缸直接固连，集电杆能转动的范围有限，维护和保养人员要爬到车顶作业，不便于操作。
6.4)为满足集电杆的有效下压力和竖直方向的偏摆角度，气缸需要的行程较长，需要足够的空间来布置，制约了车顶的空间。


技术实现要素：

7.为了解决上述现有技术中存在的缺陷与不足，本发明提供了一种用于集电架的多连杆传动机构及其控制方法。
8.本发明提供的技术方案如下：一种用于集电架的多连杆传动机构，包括底板(1)，所述底板(1)上连接有能够相对于所述底板(1)旋转的支撑座(2)，在所述支撑座(2)上连接有能够与所述支撑座(2)同步转动的大臂(8)，在所述大臂(8)与所述支撑座(2)之间连接有若干组弹性件(9)；所述支撑座(2)与气缸支架(3)的底端相接，所述气缸支架(3)的顶端与气缸组件(4)的左端相接；
9.其特征在于：气缸组件(4)的右端与摆臂(5)顶部铰接，摆臂(5)的底部与支撑座(2)铰接，所述摆臂(5)的中部与丝杆组件(6)的顶部铰接，所述丝杆组件(6)的底部与压臂(7)中部铰接，所述压臂(7)的底部与支撑座(2)铰接，所述压臂(7)的顶部与大臂(8)活动连接。
10.进一步地，在所述大臂(8)中部设有支撑板(8-1)，所述压臂(7)的顶端设置有压座(7-1)，所述压座(7-1)与所述支撑板(8-1)活动接触。
11.进一步地，在所述大臂(8)顶部设有固定座(8-2)，所述固定座(8-2)和所述支撑座(2)上的连接座(2-1)之间连接有若干组弹性件(9)。
12.进一步地，所述气缸组件(4)包括反向相接的慢速气缸(4-1)和快速气缸(4-2)，所述慢速气缸(4-1)与气缸支架(3)相接，所述快速气缸(4-2)与所述摆臂(5)相接。
13.进一步地，所述丝杆组件(6)选用上下两端旋向相反的螺纹副相互连接以实现轴向长度的调节。
14.进一步地，所述若干组弹性件(9)选用受拉弹簧，所述受拉弹簧向所述大臂(8)施加逆时针旋转的转矩。
15.进一步地，所述大臂(8)的顶部固定连接集电杆(10)的底端，所述集电杆(10)的顶端通过碳刷(11)与线网(12)接触连接。
16.进一步地，所述摆臂(5)设置为夹角为钝角的l形，所述摆臂(5)的中部拐点朝向所述丝杆组件(6)设置且与所述丝杆组件(6)的顶部铰接。
17.进一步地，所述压臂(7)设置为夹角为钝角的l形，所述压臂(7)的中部拐点朝向所述丝杆组件(6)设置且与所述丝杆组件(6)的底部铰接。
18.还提出一种用于集电架的多连杆传动机构的控制方法，包括以下步骤：
19.1)在行驶过程中，在没有触网情形下，大臂(8)锁止在车顶并保持与车顶相平行的水平状态，此时气缸组件(4)伸展至最大长度；
20.2)在车辆行驶过程中，
21.当接触网(12)距离地面的高度增加时，接触网(12)位于碳刷(11)的上方，大臂(8)上的碳刷(11)出现脱网；此时控制慢速气缸(4-1)的活塞杆向内收缩以减小气缸组件(4)轴向伸出长度，以向上抬升大臂(8)，从而带动其顶部碳刷(8)同步抬升并与接触网(12)相接触；
22.当接触网(12)距离地面的高度减小时，接触网(12)位于碳刷(11)的下方，大臂(8)上的碳刷(11)出现脱网，此时控制慢速气缸(4-1)上的活塞杆向外伸展以增大气缸组件(4)轴向伸出长度，以向下压低大臂(8)，从而带动其顶部碳刷(8)同步压低并与接触网(12)相接触。
23.3)在车辆行驶过程中，
24.当车辆需要主动脱网时，先启动快速气缸(4-2)，快速气缸(4-2)上的活塞杆向外迅速伸展以快递增大气缸组件(4)轴向伸出长度，当快速气缸(4-2)的活塞杆延伸至极限位置后，再启动慢速气缸(4-1)的活塞杆继续向外伸展，从而驱动摆臂(5)顺时针旋转，进而通过丝杆组件(6)带动压臂(7)也顺时针旋转，压臂(7)再带动大臂(8)顺时针旋转从而降低大臂(8)顶端高度，进而带动大臂(8)顶部碳刷(11)降低高度并最终与接触网(12)脱离接触，此时保证气缸组件(4)驱动力大于弹性件(9)的回复力，从而完成降杆作业；
25.当车辆需要主动触网时，不启动气缸组件(4)，大臂(8)在弹性件(9)的回复力作用下，逆时针转动至自由高度位置，直至大臂(8)顶部碳刷(11)与接触网(12)相接触，使得接触网(12)上的电流能通过大臂(9)传导至车辆，为车辆行驶提供动力，从而完成升杆作业。
26.本发明相对于现有技术取得的有益效果为：
27.1)本发明提供一种用于集电架的多连杆传动机构及其控制方法，相较于现有技术中的三连杆、四连杆等传动机构，多连杆结构可以实现传递转矩的放大，有效缩短了集电杆降杆的时间。
28.2)本发明提供一种用于集电架的多连杆传动机构及其控制方法，相较于简单的连杆机构，多连杆机构，通过多次的转动副过渡，从动件转动半径逐步缩短，达到从动件行程放大的效果，集电杆转动相同范围，多连杆机构需要的气缸行程更少。
29.3)本发明提供一种用于集电架的多连杆传动机构及其控制方法，集电杆与连杆机构活动接触连接，转动更加灵活。没有驱动力存在时，集电杆与连杆机构可以分离实现自由转动，当行驶在高、低起伏明显的路段，采用螺纹副或销轴等固定连方式的接集电杆与气缸的固联形式，气缸要完成伸出、回缩动作，整体反应需要一定时间，很容易脱离线网；而集电杆与气缸可分离形式，高地势行驶向低地势时集电杆迅速与连杆机构分离，不受气缸阻力的限制，低地势向高地势行驶时，集电杆再与连杆机构结合，同样可不受气缸阻力的限制；因此在经过高低起伏路段的整个过程中，集电杆都不受气缸阻力的限制，能够灵活的随着线网上下摆动，保持稳定的触网力，不易脱线。
30.4)本发明提供一种用于集电架的多连杆传动机构及其控制方法，多连杆机构围绕支撑座中心采用多次转动副过渡，减少对单一维度的空间依赖，气缸支架的支点向后布置，可以把连杆结构的整体高度拉低，解决车顶限高的问题。
31.5)本发明提供一种用于集电架的多连杆传动机构及其控制方法，通过采用快速气缸和慢速气缸反向相接的连接形式，在触发紧急回位条件时，快速气缸反应迅速，能够快速推动集电杆下降到快降安全高度，底座同步水平旋转至与车身方向一致，使脱钩的集电杆在水平方向和竖直方向两个维度迅速到达安全区域，从而通过设置紧急回位装置，避免因意外脱线造成的危险。
32.6)本发明提供一种用于集电架的多连杆传动机构及其控制方法，丝杆组件轴向长度可调，能够为不同线网高度的路段提供稳定的触网力。
33.7)本发明提供一种用于集电架的多连杆传动机构及其控制方法，集电杆可以与传动连杆机构分离，转动至接近地面位置，人员不必爬到车顶，即方便维护和保养。
附图说明
34.图1为本发明多连杆传动机构的结构侧视图。
35.图2为本发明多连杆传动机构的结构俯视图。
36.图3为本发明多连杆传动机构的受力分析图。
具体实施方式
37.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
38.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”“前端”、“后端”、“两端”、“一端”、“另一端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
39.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接
相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
40.[实施例1]
[0041]
如图1-2所示为发明实施例1提供的一种用于集电架的多连杆传动机构，包括底板1，底板1上连接有能够相对于底板1旋转的支撑座2，在支撑座2上连接有能够与支撑座2同步转动的大臂8，在大臂8与支撑座2之间连接有若干组弹性件9。在本实施例中，如图2所示在大臂8顶部设有固定座8-2，固定座8-2和支撑座2上的连接座2-1之间连接有若干组弹性件9，通过固定座8-2和连接座2-1的设置可有效保证若干组弹性件9在受气缸动力拉伸及取消动力后提供回复力的使用过程中的轴向伸缩可靠性及稳定性。在本实施例中，若干组弹性件9选用受拉弹簧，受拉弹簧向大臂8施加逆时针旋转的转矩。
[0042]
本实施例请求保护的技术方案相对于现有技术的进步在于：
[0043]
支撑座2与气缸支架3的底端相接，气缸支架3的顶端与气缸组件4的左端铰接；气缸组件4的右端与摆臂5顶部铰接，在本实施例中。如图1所示，气缸组件4包括反向相接的慢速气缸4-1和快速气缸4-2，慢速气缸4-1与气缸支架3相接，快速气缸4-2与摆臂5相接，通过快速气缸4-2的使用可以有效实现降杆及升杆动作的快速实现，通过慢速气缸4-1的使用可以有效实现降杆及升杆位置的精确稳定。此外通过采用快速气缸和慢速气缸反向相接的连接形式，在触发紧急回位条件时，快速气缸反应迅速，能够快速推动集电杆下降到快降安全高度，底座同步水平旋转至与车身方向一致，使脱钩的集电杆在水平方向和竖直方向两个维度迅速到达安全区域；从而通过设置紧急回位装置，避免因意外脱线造成的危险。
[0044]
摆臂5的顶部与气缸组件4的右端铰接，摆臂5的底部与支撑座2铰接，摆臂5的中部与丝杆组件6的顶部铰接。在本实施例中，如图1所示，摆臂5设置为夹角为钝角的l形，摆臂5的中部拐点朝向丝杆组件6设置，从而便于与丝杆组件6的顶部铰接以在便于自身旋转时带动丝杆组件6同步动作。
[0045]
丝杆组件6的顶部与摆臂5的中部铰接，丝杆组件6的底部与压臂7的中部铰接。作为本实施例的进一步优选，丝杆组件6选用上下两端旋向相反的螺纹副相互连接以实现轴向长度的调节，通过丝杆组件6轴向长度的调节，能够为不同线网高度的路段提供稳定的触网力。
[0046]
压臂7的底部与支撑座2铰接，压臂7的顶部与大臂8活动连接，在本实施例中，如图1所示，压臂7设置为夹角为钝角的l形，压臂7的中部拐点朝向丝杆组件6设置，从而便于与丝杆组件6的底部铰接以在丝杆组件6的动作带动下便于自身对应的旋转运动。在大臂8中部设有支撑板8-1，压臂7的顶端设置有压座7-1，压座7-1与支撑板8-1活动接触。本领域技术人员知晓，此处的活动接触可以是包括例如搭接等接触方式在内的活动接触方式，其具体选用的活动接触方式不应作为对本技术请求保护范围的进一步的限制。通过此处压臂7与大臂8的活动连接方式，使得转动更加灵活。没有驱动力存在时，集电杆与连杆机构可以相互分离实现自由转动，当行驶在高、低起伏明显的路段，采用螺纹副或销轴等固定连方式的集电杆与气缸的固联形式，气缸要完成伸出、回缩动作，整体反应需要一定时间，很容易造成集电架脱离线网。而本实施例中采用的可分离形式，高地势行驶向低地势时集电杆能够迅速与连杆机构分离，不受气缸阻力的限制，低地势向高地势行驶时，集电杆再与连杆机构结合，同样可不受气缸阻力的限制。因此在经过高低起伏路段的整个过程中，集电杆都不
受气缸阻力的限制，能够灵活的随着线网上下摆动，保持稳定的触网力，不易脱线。
[0047]
如图1所示，大臂8的顶部固定连接集电杆10的底端，集电杆10的顶端通过碳刷11与线网12接触连接，通过大臂8的升杆及降杆操作，可以实现对应的集电杆10的顶端碳刷11与线网12的接触或脱离。
[0048]
如图3所示，在本实施例提供的技术方案中，a、b、c、d、e、f为连杆机构中的各铰接点位置，分别过a、b点做cd点连接线的垂线，并分别相交于a
′
、b
′
铰接点位置。
[0049]
假设气缸组件4给摆臂5施加的转矩为m1，经过多连杆连杆传递后施加到大臂8的转矩为m2，丝杆组件6所受压力为f，系统处于平衡状态。
[0050]
此时摆臂5处受力状况为：m1＝f
×
aa
′
；
[0051]
此时压臂7处受力状况为：m2＝f
×
bb
′
；
[0052]
由上述两式可得m2＝(aa
′
/bb
′
)
×
m1,
[0053]
又因aa
′
/bb
′
＞1，可知m2＞m1，
[0054]
因此，采用本实施例提供的技术方案中的多连杆机构可以有效实现传递转矩的放大效果。
[0055]
[实施例2]
[0056]
本发明实施例2还提供一种用于集电架的多连杆传动机构的控制方法，包括以下步骤：
[0057]
1)在行驶过程中，在没有触网情形下，大臂8锁止在车顶并保持与车顶相平行的水平状态，此时气缸组件4伸展至最大长度；
[0058]
2)在车辆行驶过程中，
[0059]
当接触网12距离地面的高度增加时，接触网12位于碳刷11的上方，大臂8上的碳刷11出现脱网；此时控制慢速气缸4-1的活塞杆向内收缩以减小气缸组件4轴向伸出长度，以向上抬升大臂8，从而带动其顶部碳刷8同步抬升并与接触网12相接触；
[0060]
当接触网12距离地面的高度减小时，接触网12位于碳刷11的下方，大臂8上的碳刷11出现脱网，此时控制慢速气缸4-1上的活塞杆向外伸展以增大气缸组件4轴向伸出长度，以向下压低大臂8，从而带动其顶部碳刷8同步压低并与接触网12相接触。
[0061]
3)在车辆行驶过程中，
[0062]
当车辆需要主动脱网时，先启动快速气缸4-2，快速气缸4-2上的活塞杆向外迅速伸展以快递增大气缸组件4轴向伸出长度，当快速气缸4-2的活塞杆延伸至极限位置后，再启动慢速气缸4-1的活塞杆继续向外伸展，从而驱动摆臂5顺时针旋转，进而通过丝杆组件6带动压臂7也顺时针旋转，压臂7再带动大臂8顺时针旋转从而降低大臂8顶端高度，进而带动大臂8顶部碳刷11降低高度并最终与接触网12脱离接触，此时保证气缸组件4驱动力大于弹性件9的回复力，从而完成降杆作业；
[0063]
当车辆需要主动触网时，不启动气缸组件4，大臂8在弹性件9的回复力作用下，逆时针转动至自由高度位置，直至大臂8顶部碳刷11与接触网12相接触，使得接触网12上的电流能通过大臂9传导至车辆，为车辆行驶提供动力，从而完成升杆作业。
[0064]
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权
利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为对本技术请求保护范围的进一步限制。