一种基于有限元分析的轮齿式轨道输送系统及其设计方法与流程

1.本发明涉及线路施工技术领域，尤其涉及一种基于有限元分析的轮齿式轨道输送系统及其设计方法。


背景技术：

2.输电线路施工时，常需要进行线材或者操作工具等物料的转移操作。在一些复杂的施工场景中，例如从山脚向山顶供料时，由于山路地形复杂，货车等常规的交通工具难以通过，故大多情况下需要施工人员通过手搬肩扛的方式完成物料的转移。
3.这样的搬运方式不仅效率低下，而且施工人员受伤的概率较高，施工人员的人身安全无法得到保障。为了提高物资转移的效率和保障施工人员的人身安全，现提出了一种专门用于输电线路施工的轨道输送系统。
4.现有轨道输送系统包括从山脚向山顶延伸的滑轨和在滑轨上滑动的载重车厢，山顶的人通过钢索往上拉动载重车厢即可将物料从山脚运送至山顶。
5.现有轨道输送系统的问题在于：
6.①
滑轨的表面是完全光滑的，与载重车厢之间的阻力较小，山顶的人需要施加很大的力才能拉动载重车厢，且在整个上拉的过程中，只要稍微松懈，载重车厢就会沿着滑轨飞速下滑，安全性较差；
7.②
若在载重车厢上设置电机等驱动单元以代替钢索拉动的方式驱使载重车厢沿轨行进，由于滑轨的表面是完全光滑的，载重车厢的车轮与滑轨的最大静摩擦力较小，车轮容易出现打滑的情况，当载重量较大时，打滑问题尤为明显。
8.因此，需要对现有轨道输送系统进行改进，以解决其载重车厢容易打滑和往下掉落，安全风险较高的问题。
9.本背景部分中公开的以上信息仅被包括用于增强本公开内容的背景的理解，且因此可包含不形成对于本领域普通技术人员而言在当前已经知晓的现有技术的信息。


技术实现要素：

10.本发明的一个目的在于，提供一种基于有限元分析的轮齿式轨道输送系统及其设计方法，可以降低使载重车厢停留在轨道上所需的力矩，进而降低载重车厢往下滑落的风险。
11.为达以上目的，一方面，本发明提供一种基于有限元分析的轮齿式轨道输送系统，包括：
12.齿条轨道，所述齿条轨道的上表面设有若干依次排布的齿牙；
13.驱动单元，所述驱动单元包括引擎和受所述引擎驱使而旋转的行进齿轮；所述行进齿轮与所述齿条轨道啮合连接；
14.载重车厢，所述载重车厢与所述驱动单元连接，在所述驱动单元的驱动下沿所述齿条轨道行进；
15.锁轨机构，所述锁轨机构安装于所述载重车厢内，当所述载重车厢下行的速度超过速度阈值时，锁止所述齿条轨道，限制所述载重车厢继续沿所述齿条轨道往下行进。
16.可选的，所述驱动单元与所述行进齿轮之间设有减速箱。
17.可选的，所述锁轨机构包括：
18.速度传感器，所述速度传感器安装于所述载重车厢上，用于检测所述载重车厢的行进速度；
19.锁轨组件，所述锁轨组件包括分列于所述齿条轨道两侧的两刹车臂，每一所述刹车臂连接于一直线驱动机构的驱动端；所述直线驱动机构与所述速度传感器电连接，当所述速度传感器检测到的行进速度超过所述速度阈值时，所述直线驱动机构驱使对应的刹车臂朝另一刹车臂运动，以配合另一刹车臂夹紧所述齿条轨道。
20.可选的，所述齿条轨道上设有若干间隔设置的制动槽，所述锁轨机构包括：
21.刹车臂，所述刹车臂与所述载重车厢滑动连接；所述刹车臂的一端设有插槽，所述插槽的槽壁上设有导向凸块；所述刹车臂的另一端与所述齿条轨道设有所述制动槽的表面相对；
22.制动轴，所述制动轴的一端插入所述插槽内，并与所述刹车臂转动连接；所述制动轴的圆周面上设有供所述导向凸块插入的弧形导向槽；
23.弹性复位件，所述弹性复位件的一端与所述插槽的槽壁连接，另一端与所述制动轴连接；在自然状态下，所述弹性复位件驱使所述导向凸块滑动至所述弧形导向槽靠近所述制动槽的第一极限位置，使得所述刹车臂正向滑动至脱离所述制动槽；
24.无电驱动组件，所述无电驱动组件与所述制动轴的另一端连接，用于在所述载重车厢下行的速度超过速度阈值时，驱使所述制动轴转动至所述导向凸块位于所述弧形导向槽远离所述制动槽的第二极限位置，使得所述刹车臂反向滑动至插入所述制动槽。
25.可选的，所述弹性复位件为套设于所述制动轴上的卷簧。
26.可选的，所述弹性复位件包括至少两个拉簧，各所述拉簧环绕所述制动轴均匀布置。
27.可选的，所述无电驱动组件包括：
28.连接杆，所述连接杆的一端与所述制动轴同步转动连接；
29.挡风板，所述挡风板与所述连接杆的另一端连接。
30.可选的，所述连接杆与所述挡风板可拆卸连接。
31.另一方面，提供一种设计方法，用于制作任一所述的基于有限元分析的轮齿式轨道输送系统，其包括：
32.构建齿条轨道、驱动单元、载重车厢和锁轨机构的三维模型；
33.通过有限元分析软件对所述三维模型进行应力分析，得到满载状态下所述载重车厢停留在所述齿条轨道上时，对所述齿条轨道产生的力矩参数；
34.根据所述力矩参数确定所述齿条轨道和所述行进齿轮所需的性能下限；
35.根据所述性能下限选取合适的材料制作所述齿条轨道和行进齿轮。
36.本发明的有益效果在于，提供一种基于有限元分析的轮齿式轨道输送系统及其设计方法：
37.一方面，将传统的光滑轨道设置为带有齿牙的齿条轨道，行进齿轮在齿条轨道上
行进时，无论上行还是下行，齿牙均能为行进齿轮提供较大的平行于的齿条轨道的延伸方向的支撑力，最大限度地避免了行进齿轮与齿条轨道相互打滑情况的发生；
38.另一方面，当出现意外情况，载重车厢飞速下行时，锁轨机构可以锁止所述齿条轨道，限制所述载重车厢继续沿所述齿条轨道往下行进，进一步保证山脚处施工人员的人身安全。
附图说明
39.为了更清楚地说明本实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
40.图1是本发明实施例一提供的基于有限元分析的轮齿式轨道输送系统的侧面示意图；
41.图2是本发明实施例一提供的基于有限元分析的轮齿式轨道输送系统的正面示意图；
42.图3是本发明实施例二提供的基于有限元分析的轮齿式轨道输送系统的侧面示意图；
43.图4是本发明实施例二提供的基于有限元分析的轮齿式轨道输送系统的正面示意图；
44.图5为本发明实施例二提供的锁轨机构的结构示意图；
45.图6是本发明实施例三提供的设计方法的流程图。
46.图中：
47.1、齿条轨道；101、齿牙；102、制动槽；
48.2、驱动单元；
49.3、载重车厢；
50.4、锁轨机构；
51.401、速度传感器；
52.402、锁轨组件；4021、刹车臂；4021a、插槽；4021b、导向凸块；4022、直线驱动机构；
53.403、制动轴；4031、弧形导向槽；4031a、第一极限位置；4031b、第二极限位置；
54.404、弹性复位件；
55.405、无电驱动组件；4051、连接杆；4052、挡风板；
56.406、安装支架；
57.407、导轨滑块组件。
具体实施方式
58.为使得本发明的目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本实施例中的附图，对本实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。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它实施例，都属于本发明保护的范围。
59.实施例一
60.本实施例提供一种基于有限元分析的轮齿式轨道输送系统，适用于在输电线路施工现场进行山顶和山脚之间的物料运输的应用场景，能解决现有轨道输送系统中载重车厢3沿轨行进时容易打滑和往下掉落的问题，进而降低施工作业过程中的安全风险。
61.参见图1和图2，本实施例中，基于有限元分析的轮齿式轨道输送系统，包括齿条轨道1、驱动单元2、载重车厢3和锁轨机构4。其中，所述齿条轨道1的上表面设有若干依次排布的齿牙101；所述驱动单元2包括引擎和受所述引擎驱使而旋转的行进齿轮；所述行进齿轮与所述齿条轨道1啮合连接；所述载重车厢3与所述驱动单元2连接，在所述驱动单元2的驱动下沿所述齿条轨道1行进；所述锁轨机构4安装于所述载重车厢3内，当所述载重车厢3下行的速度超过速度阈值时，锁止所述齿条轨道1，限制所述载重车厢3继续沿所述齿条轨道1往下行进。
62.可选的，所述引擎为柴油发动机或者汽油发动机。当然，于一些其它的实施例中，引擎也可以为电机。进一步地，所述驱动单元2与所述行进齿轮之间设有减速箱，以便控制行进齿轮的行进速度。
63.可以理解的是，引擎启动后，行进齿轮会在齿条轨道1上滚动前进，进而带动载重车厢3沿轨行进，完成物料的传输。
64.本实施例提供的基于有限元分析的轮齿式轨道输送系统：
65.一方面，将传统的光滑轨道设置为带有齿牙101的齿条轨道1，行进齿轮在齿条轨道1上行进时，无论上行还是下行，齿牙101均能为行进齿轮提供较大的平行于的齿条轨道1的延伸方向的支撑力，最大限度地避免了行进齿轮与齿条轨道1相互打滑情况的发生；
66.另一方面，当出现意外情况，载重车厢3飞速下行时，锁轨机构4可以锁止所述齿条轨道1，限制所述载重车厢3继续沿所述齿条轨道1往下行进，进一步保证山脚处施工人员的人身安全。
67.本实施例中，所述锁轨机构4包括速度传感器401和锁轨组件402。所述速度传感器401安装于所述载重车厢3上，用于检测所述载重车厢3的行进速度。所述锁轨组件402包括分列于所述齿条轨道1两侧的两刹车臂4021，每一所述刹车臂4021连接于一直线驱动机构4022的驱动端；所述直线驱动机构4022与所述速度传感器401电连接，当所述速度传感器401检测到的行进速度超过所述速度阈值时，所述直线驱动机构4022驱使对应的刹车臂4021朝另一刹车臂4021运动，以配合另一刹车臂4021夹紧所述齿条轨道1。
68.可选的，所述直线驱动机构4022为气缸、液压缸或者电机丝杆滑块组件等，本实施例对此不作限定。
69.具体地，可以在控制器内预设一个速度阈值，例如10m/s或者15m/s，正常情况下，驱动单元2的动力输出应该控制载重车厢3在速度阈值内行进。故当速度传感器401检测到行进速度超过速度阈值时，即可认为当前的载重车厢3处于失控状态，即可控制直线驱动机构4022伸出，两刹车臂4021相互靠近以抱紧齿条轨道1，实现刹车，避免载重车厢3和驱动单元2继续下滑，避免施工人员受到伤害。
70.综上所述，本实施例提供的基于有限元分析的轮齿式轨道输送系统，具备以下优点：
71.①
行进齿轮与齿条轨道1啮合连接，不易打滑；
72.②
当载重车厢3失控飞速行进时，能自动进行制动。
73.实施例二
74.本实施例提供另一种基于有限元分析的轮齿式轨道输送系统，其与实施例一的区别在于：
75.本实施例提供的锁轨机构4与实施例一不同。
76.参见图3～图5，具体地，本实施例中，所述齿条轨道1上设有若干间隔设置的制动槽102。
77.所述锁轨机构4包括刹车臂4021、制动轴403、弹性复位件404和无电驱动组件405。
78.其中，所述刹车臂4021通过导轨滑块组件407与所述载重车厢3滑动连接；所述刹车臂4021的一端设有插槽4021a，所述插槽4021a的槽壁上设有导向凸块4021b；所述刹车臂4021的另一端与所述齿条轨道1设有所述制动槽102的表面相对。所述制动轴403的中部通过轴承安装在与载重车厢3固接的安装支架406上，制动轴403的一端插入所述插槽4021a内，并与所述刹车臂4021转动连接；所述制动轴403的圆周面上设有供所述导向凸块4021b插入的弧形导向槽4031；所述无电驱动组件405与所述制动轴403的另一端连接，用于在所述载重车厢3下行的速度超过速度阈值时，驱使所述制动轴403转动至所述导向凸块4021b位于所述弧形导向槽4031远离所述制动槽102的第二极限位置4031b，使得所述刹车臂4021反向滑动至插入所述制动槽102。
79.所述弹性复位件404的一端与所述插槽4021a的槽壁连接，另一端与所述制动轴403连接；在自然状态下，所述弹性复位件404驱使所述导向凸块4021b滑动至所述弧形导向槽4031靠近所述制动槽102的第一极限位置4031a，使得所述刹车臂4021正向滑动至脱离所述制动槽102。
80.进一步地，所述无电驱动组件405包括连接杆4051和挡风板4052。所述连接杆4051的一端与所述制动轴403同步转动连接；所述挡风板4052与所述连接杆4051的另一端连接。
81.本实施例提供的基于有限元分析的轮齿式轨道输送系统，工作过程如下：
82.s201：一般情况下，所述弹性复位件404驱使所述导向凸块4021b滑动至所述弧形导向槽4031靠近所述制动槽102的第一极限位置4031a，使得所述刹车臂4021正向滑动至脱离所述制动槽102；驱动单元2驱使行进齿轮转动，进而带动载重车厢3在齿条轨道1上行进；
83.s202：当出现异常情况致使载重车厢3失控时，载重车厢3的速度逐渐增大；同时，挡风板4052受到的风阻也逐渐增大；
84.当挡风板4052受到的风阻足够大时，风阻就会克服弹性复位件404的弹力作用，驱使制动轴403发生转动；
85.需要说明的是，在制动轴403转动的过程中，导向凸块4021b会沿着弧形导向槽4031从第一极限位置4031a向第二极限位置4031b滑动，由于制动轴403水平方向的位置已经被安装支架406所固定，故随着导向凸块4021b的滑动，刹车臂4021会朝靠近齿条导轨的方向滑动；
86.s203：当导向凸块4021b会抵达第二极限位置4031b时，刹车臂4021足以插入制动槽102中，完成制动；
87.s204：当载重车厢3被制动后，挡风板4052受到的风阻减少，弹性复位件404驱使制动轴403反向转动，导向凸台再次滑动至第一极限位置4031a，载重车厢3自动解除锁止状
态，继续往下运动送料。
88.需要说明的是，可以通过实验等手段获取载重车厢3的行进速度与挡板风之间的关系，准备不同尺寸的挡风板4052，并使挡风板4052与连接杆4051可拆卸连接，当需要更改速度阈值时，只需要更换不同的挡风板4052即可。
89.本实施例提供的无电驱动组件405，通过风阻进行载重车厢3的制动，纯机械结构，无需电力设施，有利于在条件恶劣的环境下工作。
90.本实施例中，所述弹性复位件404为套设于所述制动轴403上的卷簧，卷簧的内端固定在制动轴403上，外端固定在插槽4021a的内壁。
91.于一些其它的实施例中，所述弹性复位件404也可以由至少两个拉簧组成，每个拉簧的一端固定在制动轴403上，另一端固定在插槽4021a的内壁。各所述拉簧环绕所述制动轴403均匀布置，即各所述拉簧呈车轮辐条状布置，当制动轴403相对刹车臂4021进行转动后，各拉簧可以快速实现制动轴403和刹车臂4021的复位。
92.本实施例提供的基于有限元分析的轮齿式轨道输送系统，具备以下优点：
93.①
锁轨机构4随车速的升高而自动锁止齿条轨道1、随车速的下降而自动解除锁定状态，纯自动操作，无需人为干预；
94.②
锁轨机构4无需气缸或者电机等电气部件，不受电力供应的限制，能在恶劣环境下工作。
95.实施例三
96.本实施例提供一种设计方法，适用于线路施工领域中的应用场景，可以提高实施例一和实施例二提供的基于有限元分析的轮齿式轨道输送系统的设计效率，所述设计方法通过软件和/或硬件实现。
97.参见图6，所述设计方法包括如下步骤：
98.s301：构建齿条轨道、驱动单元、载重车厢和锁轨机构的三维模型；
99.s302：通过有限元分析软件对所述三维模型进行应力分析，得到满载状态下所述载重车厢停留在所述齿条轨道上时，对所述齿条轨道产生的力矩参数；
100.s303：根据所述力矩参数确定所述齿条轨道和所述行进齿轮所需的性能下限；
101.s304：根据所述性能下限选取合适的材料制作所述齿条轨道和行进齿轮。
102.本实施例提供的设计方法，对基于有限元分析的轮齿式轨道输送系统进行三维建模后，即可获取相关的尺寸参数，然后把通过有限元分析软件进行各处的应力分析，就可以知道轮齿式轨道输送系统运行时各个位置的受力情况，然后根据受力情况选取制作齿条轨道和行进齿轮的材料，极大的提高了材料选用的效率和准确性。
103.在本技术所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的系统，单元，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的所有实施例仅仅是示意性的，例如，上述单元或者模块等的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元、模块以及组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
104.所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个
网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
105.另外，在本技术各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
106.所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本技术的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个计算机可读存储介质中，包括若干指令用以使得一台终端设备(可以是手机，笔记本，或者其他电子设备等)执行本技术各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
107.以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。