一种自动化横移抓斗清石机械的制作方法

本实用新型涉及一种铁路养护机械，特别涉及一种自动化横移抓斗清石机械。

背景技术：

铁路轨枕在长时间的使用过程中，由于自然沉降和振动的原因，铁路道床局部沉降，需要进行养护，个别轨枕损坏，需要及时更换，在进行道床维护或轨枕更换的过程中，采用人工清理，费时费力效率低，不能在有效的列车通行间隙(俗称：天窗)内完成工作，只有采用小型高效机械，才能利用列车通行间隙行不封路作业。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种自动化横移抓斗清石机械。

本实用新型是由抓斗清石装置、发电机、液压系统及控制系统箱和轨道车组成，轨道车设有四个脚轮和二个纵梁，抓斗清石装置、发电机和液压系统及控制系统箱设置在轨道车的二个纵梁上，轨道车由工程车牵引，发电机为油泵和控制系统提供动力；所述的液压系统及控制系统箱内设有油箱、油泵、液压控制系统和自动控制系统；

所述的抓斗清石装置是由CMOS图像传感器、上横梁、二个升降装置、四个抓斗装置、横移组件和横移驱动装置组成，上横梁设有三个纵梁，纵梁设有凹槽；

所述的升降装置是由第一串联平行四杆机构、第二串联平行四杆机构、升降驱动装置、随动平衡支撑装置和第一激光位移传感器组成；

所述的第一串联平行四杆机构由下横梁、第一摆杆、第二摆杆、二个第三摆杆、第一连杆、四个第一螺栓和上横梁组成，第一连杆上设有二对同轴螺纹盲孔和左旋内螺纹孔；

所述的第二串联平行四杆机构与第一串联平行四杆机构组成相同，第二连杆上设有二对同轴螺纹盲孔和右旋螺纹孔，除前述的第二连杆和第一连杆结构形式不一样，其余所有零部件结构形式一样；

所述的升降驱动装置是由双输出轴液压马达、二个弹性联轴器、左旋螺杆、第一连杆、右旋螺杆、第二连杆和二个单耳环支座组成，右旋螺杆设有第一轴颈和第二轴颈，左旋螺杆和右旋螺杆结构形式相同；

所述的随动平衡支撑装置是由板形上横梁、第三串联平行四杆机构、第一撑杆、第二撑杆、滑杆、二个滑块、二个塔形刚度非线性弹簧、二个六角螺母、二个第二螺栓和二个第三螺栓组成，滑杆上设有固定圆盘、对称设有二个光杆段和二个螺纹段；滑块设有圆孔和一对同轴螺纹盲孔；

所述的第三串联平行四杆机构是由板形上横梁、下横梁、第四摆杆、第五摆杆、第六摆杆、第七摆杆、二个第三连杆和二个销轴组成；

将第一摆杆与下横梁铰链连接，第二摆杆、第四摆杆和下横梁三个构件间铰链连接，第一摆杆双耳环和第三摆杆双耳环与第一连杆左边一对螺纹盲孔同轴，二个第一螺栓预紧，使第一摆杆、第三摆杆和第一连杆三个构件间铰链连接，第二摆杆双耳环和另一个第三摆杆双耳环与第一连杆右边一对螺纹盲孔同轴，二个第一螺栓预紧，使第二摆杆、另一个第三摆杆和第一连杆三个构件间铰链连接，二个第三摆杆与上横梁铰链连接，组成第一串联平行四杆机构，重复前述组装操作，在对称于下横梁和上横梁铅垂对称面组装第二串联平行四杆机构；

将单耳环支座套设于右旋螺杆的第二轴颈上，弹性联轴器将右旋螺杆的第一轴颈和双输出轴液压马达的右端输出轴固连，再将另一个单耳环支座套设于左旋螺杆的第二轴颈上，另一个弹性联轴器将左旋螺杆的第一轴颈和双输出轴液压马达的左端输出轴固连成，将双输出轴的液压马达对称固连于板形上横梁上，将二个弹性联轴器固连于板形上横梁上，使左旋螺杆与第一连杆左旋内螺纹孔同轴接触，使右旋螺杆与第二连杆右旋内螺纹孔同轴接触，转动双输出轴液压马达的输出轴，使左旋螺杆旋入第一连杆左旋螺纹孔中，同时右旋螺杆旋入第二连杆右旋螺纹孔中，组成升降驱动装置；

将二个塔形刚度非线性弹簧对称套设于滑杆的二个光杆段，再将二个滑块分别套设于二个滑杆光杆段，二个六角螺母分别预紧，使二个滑块分别使塔形刚度非线性弹簧适当压缩，将第五摆杆与下横梁铰链连接，使二个第三连杆的左边单耳环分别与第四摆杆的双耳环、第六摆杆双耳环和滑块的一对螺纹盲孔同轴，二个第二螺栓分别预紧，使第四摆杆、第六摆杆和滑块三个构件间铰链连接，将二个第三连杆的右边单耳环分别与第五摆杆的双耳环、第七摆杆双耳环同轴，二个销轴分别穿入，使第三连杆、第五摆杆和第七摆杆三个构件间铰链连接，第六摆杆和第七摆杆分别与板形上横梁铰链连接，组成第三串联平行四杆机构；

将第一撑杆双耳环、第二撑杆双耳环和滑块的一对螺纹盲孔同轴，二个第三螺栓分别预紧，使第一撑杆、第二撑杆和滑块三个构件间铰链连接，第二撑杆与板形上横梁铰链连接，组成随动平衡支撑装置，将第一激光位移传感器对称固连于上横梁下面，组成升降装置，重复前述组装操作，组成另一个升降装置，CMOS图像传感器固连于下横梁下面；

所述的抓斗装置是由二个挖斗组件和吊臂组成，吊臂对称设有二个单耳环、二个第一双耳环、二第二双耳环和法兰盘；

所述的挖斗组件是由液压油缸、撑杆、连杆和斗体组成，液压油缸的活塞杆自由端设有单耳环、缸体设有单耳环；撑杆上设有双耳环和单耳环；连杆上设有单耳环和双耳环，斗体上设有第一双耳环和第二双耳环；

将二个液压油缸缸体单耳环分别与吊臂二个第二双耳环同轴穿入销轴铰链连接，二个撑杆单耳环分别与吊臂二个第一双耳环同轴穿入销轴铰链连接，二个斗体第二双耳环分别与吊臂二个单耳环同轴穿入销轴铰链连接，二个连杆单耳环分别与二个斗体第一双耳环同轴穿入销轴铰链连接，连杆双耳环、撑杆双耳环和液压油缸活塞杆单环同轴穿入销轴铰链连接，组成抓斗装置；

所述的横移组件是由第二方筒形固定臂、二个第二方筒形伸缩臂、二个连接组件、四个悬臂梁、第二激光位移传感器和第二测距参照板组成；第二方筒形固定臂对称设有四个长槽孔，第二方筒形伸缩臂设有对称的四个螺纹孔和二个凹槽，凹槽设有孔，悬臂梁设有法兰盘；

所述的连接组件是由二个连接板、二个滚轮、二个销轴和四个第四螺栓组成，连接板设有法兰盘、二个轴孔和一个长方形凸缘，长方形凸缘设有二个螺栓孔；

所述的横移驱动装置和升降驱动装置组成一样，除前述的第二方筒形固定臂和第一方筒形固定臂结构形式不一样、第二方筒形伸缩臂和第一方筒形伸缩臂结构形式不一样，其余所有零部件结构形式一样；

进行与升降驱动装置相同的组装操作，组成横移驱动装置，第二激光位移传感器对称固连于第二方筒形固定臂上面，第二测距参照板固连于第二方筒形伸缩臂上面，将横移驱动装置对称固连于上横梁三个纵梁凹槽内；

将连接板凸缘置入第二方筒形固定臂长槽孔中，使连接板凸缘二个螺栓孔与第二方筒形伸缩臂二个螺纹孔同轴，二个第四螺栓旋入预紧，将二个滚轮分别与连接板二个轴孔同轴穿入销轴铰链连接，再将另一个连接板二个轴孔套设于二个销轴上，该连接板凸缘置入第二方筒形固定臂长槽孔中，使该连接板凸缘二个螺栓孔与第二方筒形伸缩臂二个螺纹孔同轴，另外二个第四螺栓分别旋入预紧，二个连接板法兰盘固连一体，组成连接组件，重复前述组装操作，组成另一个连接组件，四个吊臂法兰盘分别固连于四个悬臂梁下面，组成抓斗清石装置。

本实用新型的有益效果是：

1.能够将抓斗自动对准待换轨枕两侧轨枕间；

2.能够快速清除轨枕间的石碴；

3.能够适应直线和曲线铁轨路段清石工作；

4.能够自动控制、操作方便、清石工作效率高。

附图说明

图1是本实用新型之非工作状态立体示意图。

图2是本实用新型之清石工作状态之一立体示意图。

图3是本实用新型之清石工作状态之二立体示意图。

图4是本实用新型之升降驱动装置分解立体示意图。

图5是本实用新型之随动平衡支撑装置分解立体示意图。

图6是本实用新型之抓斗装置分解立体示意图。

图7是本实用新型之连接组件分解立体示意图。

图8是本实用新型之横移驱动装置分解立体示意图。

具体实施方式

请参阅图1所示，本实用新型是由抓斗清石装置3、发电机18、液压系统及控制系统箱19和轨道车20组成，轨道车20设有四个脚轮201和二个纵梁202，抓斗清石装置3、发电机18和液压系统及控制系统箱19设置在轨道车的二个纵梁202上，轨道车20由工程车牵引，发电机18为油泵和控制系统提供动力；所述的液压系统及控制系统箱19内设有油箱、油泵、液压控制系统和自动控制系统；

请参阅图2至图5所示，所述的抓斗清石装置3是由CMOS图像传感器30、上横梁31、二个升降装置32、四个抓斗装置33、横移组件36和横移驱动装置37组成，上横梁31设有三个纵梁311，纵梁311设有凹槽3111；

所述的升降装置32是由第一串联平行四杆机构321、第二串联平行四杆机构322、升降驱动装置323、随动平衡支撑装置324和第一激光位移传感器325组成；

所述的第一串联平行四杆机构321由下横梁3211、第一摆杆3212、第二摆杆3213、二个第三摆杆3214、第一连杆3215、四个第一螺栓3216和上横梁31组成，第一连杆3215上设有二对同轴螺纹盲孔32151和左旋内螺纹孔32152；

所述的第二串联平行四杆机构322与第一串联平行四杆机构321组成相同，第二连杆3225上设有二对同轴螺纹盲孔32251和右旋螺纹孔32252，除前述的第二连杆3225和第一连杆3215结构形式不一样，其余所有零部件结构形式一样；

所述的升降驱动装置323是由双输出轴液压马达3231、二个弹性联轴器3232、左旋螺杆3233、第一连杆3215、右旋螺杆3234、第二连杆3125和二个单耳环支座3235组成，右旋螺杆3234设有第一轴颈32341和第二轴颈32342，左旋螺杆3233和右旋螺杆3234结构形式相同；

所述的随动平衡支撑装置324是由板形上横梁3240、第三串联平行四杆机构3241、第一撑杆3242、第二撑杆3243、滑杆3244、二个滑块3245、二个塔形刚度非线性弹簧3246、二个六角螺母3247、二个第二螺栓3248和二个第三螺栓3249组成，滑杆3244上设有固定圆盘32441、对称设有二个光杆段32442和二个螺纹段32443；滑块3245设有圆孔32451和一对同轴螺纹盲孔32452；

所述的第三串联平行四杆机构3241是由板形上横梁3240、下横梁3211、第四摆杆32412、第五摆杆32413、第六摆杆32414、第七摆杆32415、二个第三连杆32416和二个销轴32417组成；

将第一摆杆3231与下横梁3211铰链连接，第二摆杆3213、第四摆杆32412和下横梁3211三个构件间铰链连接，第一摆杆3212双耳环和第三摆杆3214双耳环与第一连杆3215左边一对螺纹盲孔32151同轴，二个第一螺栓3216预紧，使第一摆杆3212、第三摆杆3214和第一连杆3215三个构件间铰链连接，第二摆杆3213双耳环和另一个第三摆杆3214双耳环与第一连杆3215右边一对螺纹盲孔32151同轴，二个第一螺栓3216预紧，使第二摆杆3213、另一个第三摆杆3214和第一连杆3215三个构件间铰链连接，二个第三摆杆3214与上横梁31铰链连接，组成第一串联平行四杆机构321，重复前述组装操作，在对称于下横梁3211和上横梁31铅垂对称面组装第二串联平行四杆机构322；

将单耳环支座3235套设于右旋螺杆的第二轴颈32342上，弹性联轴器3232将右旋螺杆的第一轴颈32341和双输出轴液压马达3231的右端输出轴固连，再将另一个单耳环支座3235套设于左旋螺杆3233的第二轴颈上，另一个弹性联轴器3232将左旋螺杆3233的第一轴颈和双输出轴液压马达3231的左端输出轴固连成，将双输出轴的液压马达3231对称固连于板形上横梁3240上，将二个弹性联轴器3232固连于板形上横梁3240上，使左旋螺杆3233与第一连杆左旋内螺纹孔32152同轴接触，使右旋螺杆3234与第二连杆右旋内螺纹孔31252同轴接触，转动双输出轴液压马达3231的输出轴，使左旋螺杆3233旋入第一连杆左旋螺纹孔32152中，同时右旋螺杆3234旋入第二连杆右旋螺纹孔31252中，组成升降驱动装置323；

将二个塔形刚度非线性弹簧3246对称套设于滑杆的二个光杆段32442，再将二个滑块3245分别套设于二个滑杆光杆段32442，二个六角螺母3247分别预紧，使二个滑块3245分别使塔形刚度非线性弹簧3246适当压缩，将第五摆杆32413与下横梁3211铰链连接，使二个第三连杆32416的左边单耳环分别与第四摆杆32412的双耳环、第六摆杆32414双耳环和滑块的一对螺纹盲孔32452同轴，二个第二螺栓3248分别预紧，使第四摆杆32412、第六摆杆32414和滑块3245三个构件间铰链连接，将二个第三连杆32416的右边单耳环分别与第五摆杆32413的双耳环、第七摆杆32415双耳环同轴，二个销轴32417分别穿入，使第三连杆32416、第五摆杆32413和第七摆杆32415三个构件间铰链连接，第六摆杆32414和第七摆杆32415分别与板形上横梁2340铰链连接，组成第三串联平行四杆机构3241；

将第一撑杆3242双耳环、第二撑杆3243双耳环和滑块3245的一对螺纹盲孔32452同轴，二个第三螺栓3249分别预紧，使第一撑杆3242、第二撑杆3243和滑块3245三个构件间铰链连接，第二撑杆3243与板形上横梁3240铰链连接，组成随动平衡支撑装置324，将第一激光位移传感器325对称固连于上横梁31下面，组成升降装置32，重复前述组装操作，组成另一个升降装置32，CMOS图像传感器30固连于下横梁3211下面；

请参阅图6所示，所述的抓斗装置33是由二个挖斗组件34和吊臂35组成，吊臂35对称设有二个单耳环351、二个第一双耳环352、二第二双耳环353和法兰盘354；

所述的挖斗组件34是由液压油缸341、撑杆342、连杆343和斗体344组成，液压油缸341的活塞杆自由端设有单耳环3411、缸体设有单耳环3412；撑杆342上设有双耳环3421和单耳环3422；连杆343上设有单耳环3431和双耳环3432，斗体344上设有第一双耳环3441和第二双耳环3442；

将二个液压油缸缸体单耳环3412分别与吊臂二个第二双耳环353同轴穿入销轴铰链连接，二个撑杆单耳环3422分别与吊臂二个第一双耳环352同轴穿入销轴铰链连接，二个斗体第二双耳环3442分别与吊臂二个单耳环351同轴穿入销轴铰链连接，二个连杆单耳环3431分别与二个斗体第一双耳环3441同轴穿入销轴铰链连接，连杆双耳环3432、撑杆双耳环3421和液压油缸活塞杆单环3411同轴穿入销轴铰链连接，组成抓斗装置33；

请参阅图7和图8所示，所述的横移组件36是由第二方筒形固定臂361、二个第二方筒形伸缩臂362、二个连接组件363、四个悬臂梁364、第二激光位移传感器365和第二测距参照板366组成；第二方筒形固定臂361对称设有四个长槽孔3611，第二方筒形伸缩臂362设有对称的四个螺纹孔3621和二个凹槽3622，凹槽3622设有孔26221，悬臂梁364设有法兰盘3641；

所述的连接组件363是由二个连接板3631、二个滚轮3632、二个销轴3633和四个第四螺栓3634组成，连接板3631设有法兰盘36311、二个轴孔36312和一个长方形凸缘36313，长方形凸缘36313设有二个螺栓孔36314；

所述的横移驱动装置37和升降驱动装置323组成一样，除前述的第二方筒形固定臂361和第一方筒形固定臂3111结构形式不一样、第二方筒形伸缩臂362和第一方筒形伸缩臂3112结构形式不一样，其余所有零部件结构形式一样；

进行与升降驱动装置323相同的组装操作，组成横移驱动装置37，第二激光位移传感器365对称固连于第二方筒形固定臂361上面，第二测距参照板366固连于第二方筒形伸缩臂362上面，将横移驱动装置37对称固连于上横梁三个纵梁凹槽3111内；

将连接板凸缘36313置入第二方筒形固定臂长槽孔3611中，使连接板凸缘二个螺栓孔36314与第二方筒形伸缩臂二个螺纹孔3621同轴，二个第四螺栓3634旋入预紧，将二个滚轮3632分别与连接板二个轴孔36312同轴穿入销轴3633铰链连接，再将另一个连接板二个轴孔36312套设于二个销轴3633上，该连接板凸缘36313置入第二方筒形固定臂长槽孔3611中，使该连接板凸缘二个螺栓孔36314与第二方筒形伸缩臂二个螺纹孔3621同轴，另外二个第四螺栓3634分别旋入预紧，二个连接板法兰盘36311固连一体，组成连接组件351，重复前述组装操作，组成另一个连接组件351，四个吊臂法兰盘354分别固连于四个悬臂梁364下面，组成抓斗清石装置3。

本实施例的工作过程和原理如下：

将待换轨枕右侧相邻轨枕外侧螺栓用机油标记好，工程车牵引轨道车运行至待换轨枕附近时，CMOS图像传感器采集的图像信息，通过图形识别系统自动识别，使工程车停在CMOS图像传感器与机油标记螺栓同轴的位置，二排抓斗装置位于待换轨枕两侧轨枕间，图1所示位置，油泵开始工作，高压油使升降驱动双输出轴液压马达开始正向转动，驱动左旋螺杆和右旋螺杆正向同步转动，分别推动第一连杆和第二连杆同步平动，使对称设置的第一串联平行四杆机构和第二串联平行四边形机构的上下各二对摆杆同步背向摆动，上横梁托带二排抓斗装置下降，通过第一激光位移传感器测量其与升降驱动双输出轴液压马达的位移信号，来控制升降驱动双输出轴液压马达和抓斗二个液压油缸工作，当抓斗接近待换轨枕两侧轨枕间石碴时，抓斗二个液压油缸活塞杆开始缩回，分别拉动二个连杆运动，使二个对称设置的斗体相对吊臂单耳环背向摆动，使抓斗张开至最大开度，抓斗二个液压油缸活塞杆停止缩回，当斗齿接触石碴时，升降驱动双输出轴液压马达停止正向转动，图2所示位置，抓斗二个液压油缸活塞杆开始伸出，分别推动二个连杆运动，使二个对称设置的斗体相对吊臂单耳环相向摆动，抓斗逐渐闭合，抓取钢轨内轨枕间石碴，抓斗二个液压油缸活塞杆停止伸出，高压油使升降驱动双输出轴液压马达开始反向转动，驱动左旋螺杆和右旋螺杆反向同步转动，分别拉动第一连杆和第二连杆同步平动，使对称设置的第一串联平行四杆机构和第二串联平行四边形机构的上下各二对摆杆同步相向摆动，上横梁托带二排抓斗装置上升至图1所示位置，升降驱动双输出轴液压马达停止反向转动，抓斗二个液压油缸活塞杆开始同步缩回，分别拉动二个连杆运动，使抓斗缓慢张开至最大开度，抓斗中的石碴泻落到集石箱内，抓斗二个液压油缸活塞杆停止缩回，高压油使横移驱动双输出轴液压马达开始正向转动，驱动左旋螺杆和右旋螺杆正向同步转动，使左旋螺母和右旋螺母分别推动与其固连的二个第二方筒形伸缩臂同步伸出，二个第二方筒形伸缩臂分别托带二个连接组件沿第二方筒形固定臂向外运动，使悬臂梁托带抓斗装置向外运动，第二激光位移传感器测量其与第二测距参照板的位移信号，来控制横移驱动双输出轴液压马达和抓斗二个液压油缸工作，当抓斗装置向外运动至钢轨外侧轨枕间上方时，横移驱动双输出轴液压马达停止正向转动，同时高压油使升降驱动双输出轴液压马达开始正向转动，升降装置托带抓斗装置下降，当斗齿接触石碴时，升降驱动双输出轴液压马达停止正向转动，图3所示位置，抓斗二个液压油缸活塞杆开始伸出，抓斗逐渐闭合，抓取钢轨外轨枕间石碴，液压系统方向阀中位使液压油缸保压，抓斗二个液压油缸活塞杆停止伸出，高压油使升降驱动双输出轴液压马达开始反向转动，升降装置托带抓斗装置上升至图1所示高度，升降驱动双输出轴液压马达停止反向转动，抓斗二个液压油缸活塞杆开始缩回，使抓斗缓慢张开，待抓斗中的石碴完全泻落到集石箱内，抓斗二个液压油缸活塞杆停止缩回，抓斗二个液压油缸活塞杆开始伸出，使抓斗逐渐闭合，抓斗二个液压油缸活塞杆停止伸出，同时高压油使横移驱动双输出轴液压马达开始反向转动，驱动左旋螺杆和右旋螺杆反向同步转动，使左旋螺母和右旋螺母分别拉动与其固连的二个第二方筒形伸缩臂同步缩回，二个第二方筒形伸缩臂分别托带二个连接组件沿第二方筒形固定臂相内运动，当悬臂梁托带二排抓斗装置向内运动至图1所示位置，横移驱动装置双输出轴液压马达停止反向转动，清石工作结束。

对称设置的第一串联平行四杆机构和第二串联平行四边形机构，使上横梁始终与下横梁平行，第三串联平行四杆机构使板形横梁始终与下横梁平行，以适应适应直线和曲线铁轨路段清石工作；在图1所示位置，二个塔形刚度非线性弹簧适量压缩，此时对称设置的第六摆杆和第二撑杆与第二上横梁夹角最大，二个塔形刚度非线性弹簧通过二个滑块分别作用于第六摆杆和第二撑杆上的力大于其较小弹性力，塔形刚度非线性弹簧作用于第六摆杆和第二撑杆上力的铅垂分力大，使随动平衡支撑装置承受双输出轴液压马达自重、二个弹性联轴器自重、二个单耳环支座自重和左右旋二个螺杆的部分自重的总和而平衡，随动平衡支撑装置随升降装置升降而升降，在图2所示位置，二个塔形刚度非线性弹簧压缩量最大，此时对称设置的第六摆杆和第二撑杆与第二上横梁夹角最小，二个塔形刚度非线性弹簧通过二个滑块分别作用于第六摆杆和第二摆杆上的力小于最大弹性力，塔形刚度非线性弹簧作用于第六摆杆和第二撑杆上力的铅垂分力小，使随动平衡支撑装置承受双输出轴液压马达自重、二个第一弹性联轴器自重、二个单耳环支座自重和左右旋二个螺杆的部分自重的总和而平衡，避免左右旋二个螺杆承受弯矩。