【文章內(nèi)容簡介】 在我國的使用現(xiàn)狀及發(fā)展前景。同時(shí)分析了本研究課題的思路，對該搗固機(jī)是如何進(jìn)行設(shè)計(jì)進(jìn)行了敘述，最后，提出了本論文主要解決的問題。 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 6 第 2章 手提 內(nèi)燃搗固機(jī)的總體設(shè)計(jì) 本章主要解決的問題是先對手提內(nèi)燃搗固機(jī)進(jìn)行全 方位的探索，然后再對它進(jìn)行傳遞運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)，傳遞運(yùn)動(dòng)的設(shè)計(jì)則主要對皮帶傳遞運(yùn)動(dòng)和錐齒輪傳遞運(yùn)動(dòng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。 首先確定初步方案，然后確定設(shè)計(jì)手提內(nèi)燃搗固機(jī)的基本參數(shù)。搗固機(jī)的整體描繪結(jié)構(gòu)的圖紙如圖 。 由施工現(xiàn)場的工作環(huán)境來看 ,選擇 一對一”方式是較好的選擇 ,即 (1)一個(gè)人操縱一臺(tái)搗固機(jī)，當(dāng)火車即將行駛到施工地點(diǎn)時(shí)，操作員和設(shè)備可以立刻同時(shí)下軌道。（ 2）采用汽油機(jī)為新型搗固機(jī)提供動(dòng)力，防止電源等設(shè)備對操作員的危害。 (3)搗固機(jī)傳遞運(yùn)動(dòng)的選擇：齒輪傳動(dòng)和皮帶 傳動(dòng) ,能夠滿足搗固機(jī)重量輕以及整體個(gè)零件布局的要求。 搗鼓頭受到偏心棒對其的作用力，在力地作用下運(yùn)行，達(dá)到搗固目的。（ 4）搗固機(jī)高速旋轉(zhuǎn)的齒輪可能對施工人員造成傷害所以中間的傳遞運(yùn)動(dòng)的裝置必須用防護(hù)罩蓋上。（ 5）整機(jī)重量小于 25 千克，以減少施工人員的工作強(qiáng)度。 初步確定新型搗固機(jī)的總體參數(shù) 通過對舊型搗固機(jī)的好的地方和壞的地方分析和實(shí)際軌道的狀況對養(yǎng)護(hù)維修工作的具體要求以及市場調(diào)查情況，基本確認(rèn)探究的新形搗固機(jī)一定要滿足的總體參數(shù)為 擾動(dòng)力： 3500N 振動(dòng)頻率： 30～ 100Hz 質(zhì)量 ：不超過 25kg 手提內(nèi)燃搗固機(jī)的傳遞運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 手提 內(nèi)燃搗固機(jī)的定型分析 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 7 手提式內(nèi)燃搗固機(jī)的設(shè)計(jì)原則有：工作的可靠性、施工是否方便、結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)置緊緊連接和質(zhì)量小、上下軌道方便與否、是否安全。 驅(qū)動(dòng)裝置的選擇 汽油機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，轉(zhuǎn)速高，能很快啟動(dòng)達(dá)到滿足運(yùn)轉(zhuǎn)，能源供應(yīng)為現(xiàn)場供應(yīng)。而手提式內(nèi)燃搗固機(jī)在野外工作得移動(dòng)式機(jī)械的范圍內(nèi)。所以選用汽油機(jī)當(dāng)成手提式搗固機(jī)得動(dòng)力輸出。 選擇發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)必須考慮其燃燒效率和現(xiàn)代設(shè)計(jì)的環(huán)保要求，分析各種汽油機(jī)的性能、結(jié)構(gòu)、以及價(jià)格等因素。這里我 們選擇使用的是日本本田公司生產(chǎn)的 GX31(WX10)型汽油內(nèi)燃機(jī)，其是 4沖程空氣降溫內(nèi)燃機(jī)并選擇氣門安置在頂部的結(jié)構(gòu)，確保了高燃料利用效率，達(dá)到了減排的要求。 此內(nèi)燃汽油機(jī)最大功率為一點(diǎn)一千瓦 (七千 )，質(zhì)量是三點(diǎn)四千克 ,有平穩(wěn)高效的動(dòng)力作為保障 ,運(yùn)行可靠性高，又擁有良好的開始運(yùn)轉(zhuǎn)的性能 ,施工簡單不繁瑣的優(yōu)點(diǎn)。用來做手提式內(nèi)燃搗固機(jī)的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)再合適不過了。 傳動(dòng)裝置的選擇 首先，大功率傳遞運(yùn)動(dòng)應(yīng)把效率高為首先思考得原則，選擇效率高的傳遞運(yùn)動(dòng)裝置，以節(jié)能減排，減少運(yùn)行成本和維護(hù)的資金開銷。 各數(shù)量級的傳遞運(yùn)動(dòng)之比的分配原則是從小到大。 對手提內(nèi)燃搗固機(jī)總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，同時(shí)查閱了一些傳動(dòng)方面的資料，為了傳動(dòng)平穩(wěn)性以及在傳動(dòng)過程中距離偏長，確定使用離心離合器連接皮帶輪為該搗固機(jī)的一級傳動(dòng)。由于在在皮帶輪和振動(dòng)裝置之間的傳動(dòng)不是垂直方向的，需要一種傳動(dòng)裝置可以通過垂直方向傳動(dòng)，而錐齒輪正好可以實(shí)現(xiàn)相交兩軸的傳動(dòng)要求，確定在搗固機(jī)的第二級傳動(dòng)中，選用選用錐齒輪傳動(dòng)。以結(jié)構(gòu)裝置的按方位置與對動(dòng)力輸出方向?yàn)榛A(chǔ) ,選用 V型帶進(jìn)行傳遞運(yùn)動(dòng)及錐齒輪的傳遞運(yùn)動(dòng) 2級傳遞運(yùn)動(dòng) ,全部的降低速度之比是 :1的傳動(dòng)裝 置。 第 1級 V型帶的傳遞運(yùn)動(dòng)方式 ,選擇 SPZ形窄 v帶 ,帶輪選擇使用 LY一二硬鋁 ,使搗固機(jī)得整體質(zhì)量變小。帶傳動(dòng)具有結(jié)構(gòu)不復(fù)雜 ,減少?zèng)_擊力吸收振動(dòng)的優(yōu)點(diǎn) ,為發(fā)動(dòng)機(jī)的正常工作保駕護(hù)航。 第 2級錐齒輪的傳遞運(yùn)動(dòng)方式 ,豎直方向的動(dòng)力輸出可以通過錐齒輪的傳遞運(yùn)動(dòng)來得到，從而滿足工作要求。圓弧錐齒輪有著傳動(dòng)穩(wěn)定性高 ,承載力大 ,聲音污染小的優(yōu)點(diǎn) ,所以選擇螺旋錐齒輪。齒輪箱體選用 2A12硬鋁。 振動(dòng)裝置 手提內(nèi)燃搗固機(jī)工作主要依靠搗固棒工作，振動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)對搗固機(jī)的工作性能影響就非常大，振動(dòng)裝置利用偏心塊工作時(shí) 旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生振動(dòng)的原理制成的。激振裝置與減振裝置畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 8 是振動(dòng)機(jī)構(gòu)的 2個(gè)核心組成部分。激振裝置有連結(jié)各方向軸的裝置、包在其外面的套管、偏心棒 ....首先萬向聯(lián)軸器產(chǎn)生一個(gè)力讓正在做圓周運(yùn)動(dòng)且速度很快的空間棰左右晃動(dòng)，然后這個(gè)運(yùn)動(dòng)會(huì)使位于偏心棒和外套管之間的傳遞力作用的表面猛烈敲打外套管，最后敲擊產(chǎn)生的力會(huì)使外套管上下運(yùn)動(dòng)從而帶動(dòng)搗固機(jī)的搗鼓頭發(fā)生震動(dòng)。 選擇偏心棒作圓周運(yùn)動(dòng)的振動(dòng)裝置可以滿足內(nèi)燃機(jī)旋轉(zhuǎn)速度快 ,扭矩低的要求。當(dāng)偏心棒受到萬向聯(lián)軸器的力的作用在空間作速度很快的圓周運(yùn)動(dòng)時(shí) ,因?yàn)槲矬w受到重量的影響會(huì)產(chǎn)生一定的偏 移 ,振動(dòng)棒會(huì)受到偏移產(chǎn)生的力的作用左右擺動(dòng)敲打外套管 ,發(fā)生震動(dòng)。這個(gè)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)并不繁瑣 ,可靠性高 ,裝卸方便 ,損耗的零件也方便替換。 為滿足偏心棒在空間做圓周運(yùn)動(dòng)振動(dòng)的優(yōu)點(diǎn) ,選擇萬向聯(lián)軸器連接錐齒輪箱輸出軸與偏心棒。 減振裝置 在振動(dòng)棒振動(dòng)過程中，由振動(dòng)帶來的損害也是顯而易見的，主要包括對汽油機(jī)機(jī)體的損害和多操作者的損害兩部分。所以減振裝置的設(shè)計(jì)在本次設(shè)計(jì)中也是非常關(guān)鍵的 ,通過查閱各種能夠減振的材料，選用橡膠作為本設(shè)計(jì)搗固機(jī)的減振裝置， 因?yàn)橄鹉z不僅具有質(zhì)量小、內(nèi)阻高的特點(diǎn)，而且能吸收高頻振動(dòng)還有 噪音小的優(yōu)點(diǎn)。通過減小振動(dòng)頻率較大的震動(dòng)，減少震動(dòng)對汽油機(jī)與操作者的壞處。 手提內(nèi)燃搗固機(jī) 的工作方法 運(yùn)行內(nèi)燃機(jī)后 ,內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行后會(huì)慢慢進(jìn)入怠速運(yùn)行狀態(tài) ,只有油門慢慢變大時(shí)，汽油機(jī)轉(zhuǎn)速也會(huì)變大，至汽油機(jī)轉(zhuǎn)速到四千 ，離心離合器才會(huì)自行關(guān)閉，經(jīng)過皮帶和錐齒輪的傳遞運(yùn)動(dòng)，把力傳到萬向聯(lián)軸器，這個(gè)作用力會(huì)使偏心棒上下運(yùn)動(dòng)，這樣以后才能讓振動(dòng)設(shè)備發(fā)出震動(dòng)，達(dá)到搗鼓運(yùn)轉(zhuǎn)的狀態(tài)。搗固工作結(jié)束后，只要松掉油門，離心離合器就會(huì)自行斷開，內(nèi)燃機(jī)再次換成怠速狀態(tài)，關(guān)掉內(nèi)燃機(jī)的開關(guān)后，內(nèi)燃機(jī)就會(huì)自行停止工作。 主要零部件材料的選擇 搗固頭 的選擇 由于搗固機(jī)搗固作業(yè)最終是通過搗固頭與道床的搗固完成的，搗固頭需要承受沖擊、擠壓、物料研磨等惡劣工況。而搗固頭為了能更好的進(jìn)行搗固作業(yè)，把搗固頭設(shè)計(jì)成如圖，同時(shí)使用 優(yōu)質(zhì)錳鋼 作為搗固頭的材料，以 增加 搗固頭的 耐磨度。 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 9 圖 搗固頭三維圖 棒殼滾錐 的選擇 在手提內(nèi)燃搗固機(jī)的設(shè)計(jì)中，在對于棒殼滾錐材質(zhì)的選擇上，選用 45鋼 作為棒殼滾錐的材料 ,由于 45號鋼為優(yōu)質(zhì)的碳素結(jié)構(gòu)用鋼，硬度不高，容易進(jìn)行 切削加工 ， 同時(shí)可降低材料 成本。 外罩 的選擇 手提內(nèi)燃搗固機(jī)的外罩 采用 2A12硬質(zhì)鋁合金材料 ,在相同的強(qiáng)度下，這種鋁合金所具有的質(zhì)量較輕，所以選用 2A12硬質(zhì)鋁合金以 減輕 搗固機(jī)的總體 重量。 減振裝置 的選擇 減振裝置是手提內(nèi)燃搗固機(jī)的重要裝置，通過查找資料發(fā)現(xiàn)，丁基橡膠是一種很好的減振橡膠材料，在搗固機(jī)中設(shè)計(jì)一種橡膠襯套作為減振裝置，把振動(dòng)棒撞擊外套管所產(chǎn)生的振動(dòng)通過橡膠 彈性較好橡膠、減振墊。 通過使用橡膠襯套減振，能夠很好的保護(hù)手提內(nèi)燃搗固機(jī)的機(jī)體，同時(shí)也能降低振動(dòng)對操作者的的損害 。 本章主要是對手提內(nèi)燃搗固機(jī)進(jìn)行了總體方面的設(shè)計(jì)，首先是對搗固機(jī)進(jìn)行了總體的分析，確定了搗固機(jī)的主要裝置：驅(qū)動(dòng)裝置、傳動(dòng)裝置、振動(dòng)裝置以及減振裝置。并簡要敘述了搗固機(jī)在這幾個(gè)裝置的選材。 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 10 3 手提 內(nèi)燃搗固機(jī)的傳動(dòng)方案設(shè)計(jì) 【 7】 手提內(nèi)燃 搗固機(jī)的 傳動(dòng)方案設(shè)計(jì) 手提內(nèi)燃搗固機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)示意圖 傳動(dòng)方案的設(shè)計(jì)是本課題設(shè)計(jì)的重要部分，傳動(dòng)方案設(shè)計(jì)的好壞將直接影響到搗固機(jī)最終的搗固效果，搗固機(jī)的傳動(dòng)方案可以簡單表示為：動(dòng)力裝置是由汽油發(fā)動(dòng)機(jī)提供的，當(dāng) 汽油發(fā)動(dòng)機(jī) 把動(dòng)力傳遞到 帶傳動(dòng) 時(shí)，中間 用一個(gè)萬向聯(lián)軸器相連，然后通過 錐齒輪傳動(dòng) 、萬向聯(lián)軸器 ，最后傳送到 振動(dòng)棒 上，完成搗固作業(yè) 。 傳動(dòng)方案的設(shè)計(jì) 見圖 .【 2】 圖 手提內(nèi)燃搗固機(jī)傳動(dòng)方案設(shè)計(jì)圖 手提內(nèi)燃搗固機(jī)傳動(dòng)裝置的主要參數(shù) 首先，搗固機(jī)的汽油 發(fā)動(dòng) 機(jī)采用 HONDAG*3型，該汽油機(jī)的主要數(shù)據(jù)為： 功率 P= 轉(zhuǎn) 速 n=7000r/min 扭矩 NmT ? 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 11 確定帶 帶傳動(dòng) 的傳動(dòng)比 為 ?i ， 錐齒輪傳動(dòng) 的傳動(dòng)比 為 ?i 得到該搗固機(jī)傳動(dòng) 系 統(tǒng)的總 傳動(dòng)比 為 * 21 ???? iii 搗固機(jī)各傳動(dòng)部件的選擇 【 14】 在手提內(nèi)燃搗固機(jī)的設(shè)計(jì)中，離合器式汽油機(jī)和皮帶輪輸出功率非常重要的連接件，對離合器設(shè)計(jì)的是否合適，將會(huì)對汽油機(jī)和皮帶輪之間傳遞的可靠性產(chǎn)生重要的影響。所以，離合器設(shè)計(jì)的好壞對手提內(nèi)燃搗固機(jī)總體性能 將產(chǎn)生重要的影響。 通過查閱資料，得到在小型汽油機(jī)的使用中，大部分都使用離心式離合器；該離合器主要是通過離合器工作時(shí)產(chǎn)生的摩擦力，設(shè)計(jì)該離合器時(shí)根據(jù)汽油機(jī)帶動(dòng)帶輪時(shí)需要開始或者停止工作，在搗固機(jī)搗固作業(yè)時(shí)能起到保護(hù)的作用。摩擦力可以把離心離合器的扭矩轉(zhuǎn)移，主動(dòng)件、離心體和從動(dòng)件是它的原始裝置。離心體滑位于主動(dòng)件上，內(nèi)燃機(jī)使主動(dòng)件在空間內(nèi)做高速的圓周運(yùn)動(dòng)可以把他沿著切線方向扔出去。當(dāng)主動(dòng)件滿足所要求的角速度時(shí)，離心體會(huì)因慣性而被扔出去從而與從動(dòng)件里面壁緊緊壓合，產(chǎn)生的摩擦力可以使它運(yùn)行并輸出扭矩。離合器的從動(dòng) 件存在兩種連結(jié)方式： 1.不依靠其他元件連接在負(fù)載上 。 離心離合器達(dá)到兩軸自動(dòng)接合或斷開的狀態(tài)靠的是原動(dòng)機(jī)本身的轉(zhuǎn)速 ,并且形成了一些只有他獨(dú)有的特點(diǎn) : 1)離心力決定了離合器的連接方式 ,所以負(fù)荷比額定扭矩的負(fù)荷高時(shí)不可以傳遞。如果從動(dòng)端超過其額定的負(fù)荷，離合器發(fā)生打滑現(xiàn)象，因此它也滿足了使離合器穩(wěn)定的要求。 2）在速度可以改變的傳遞運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)中使用離心離合器并不能解決當(dāng)前的問題。因?yàn)殡x心離合器力同轉(zhuǎn)速 n 的 2次方成正比，而輸出功率則會(huì)隨工作轉(zhuǎn)速 n 的 3 次方而發(fā)生變化。 發(fā)動(dòng)機(jī)低速運(yùn) 行時(shí)要有一定的的離心力，其結(jié)構(gòu)尺寸必然變大，從而成本在無形中變大了 。 所以離心離合器不可以安放在速度慢的運(yùn)動(dòng)軸上。 3）因?yàn)殡x心力與轉(zhuǎn)速成正比，因此選擇離心離合器就等于把負(fù)荷一點(diǎn)點(diǎn)地施加到電動(dòng)器上，因而直接起動(dòng)工作機(jī)械，也能滿足穩(wěn)定起動(dòng)的要求，如果工作環(huán)境要求減小啟動(dòng)電流，那么可以使用電動(dòng)機(jī)直接作為驅(qū)動(dòng)元件的方法開始運(yùn)動(dòng)。 4）在發(fā)動(dòng)機(jī)還沒有超過最大允許轉(zhuǎn)速之前，離心體就對從動(dòng)件的位置發(fā)生改變這就是打滑現(xiàn)象，會(huì)產(chǎn)生摩擦熱，根據(jù)能量守恒定理可知電機(jī)會(huì)損失部分能量，因此離心離合器不應(yīng)在不穩(wěn)定需頻繁啟動(dòng)的環(huán)境選用， 也不應(yīng)在啟動(dòng)時(shí)間過長的環(huán)境使用 。 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 12 由于離心式離合器滿足汽油機(jī)和皮帶輪之間的傳動(dòng)，所以選用離心式離合器作為汽油機(jī)和皮帶輪之間的傳動(dòng)連接。 皮 帶傳動(dòng) 機(jī)構(gòu) 設(shè)計(jì) 【 8】 以傳遞運(yùn)動(dòng)的系 統(tǒng)傳遞運(yùn)動(dòng)之比 的結(jié)論為依據(jù) ， 皮 帶的傳遞運(yùn)動(dòng) 速度之比 為 1i =，然后通過實(shí)驗(yàn)計(jì)算對皮帶的傳遞運(yùn)動(dòng)進(jìn)行選擇 。 由于帶傳動(dòng)有中間擾性這一傳動(dòng)特點(diǎn)，所以具有以下優(yōu)點(diǎn)： 。 ，無噪聲。 。 ，帶在帶輪上會(huì)產(chǎn)生打滑的現(xiàn)象，因而大大減小了別的原件受到毀害的概率。 。 所以一級傳動(dòng)所用帶傳動(dòng) 在選用皮帶的過程，通過查閱資料 【 7】 ，在帶傳動(dòng)中 V帶的橫截面是等腰梯形，帶較厚。V帶的兩個(gè)側(cè)面是 V帶在實(shí)際受力面， V帶的兩個(gè)側(cè)面與帶輪的環(huán)槽側(cè)面相接觸。一般帶在收到相同的力的作用條件下，其所受的摩擦力要比普通平帶傳動(dòng)約大 70%左右，而其承載能力相比較平帶要大。所以，現(xiàn)階段 V帶傳動(dòng)已經(jīng)是帶傳動(dòng)的第一選擇。 而窄 V帶采用合成纖維繩或鋼絲繩作為承載層， 當(dāng)高度相同時(shí)，普通 V帶的寬度比窄 V帶大百分之三十左右 ,同時(shí)普通 V型帶的價(jià)格比窄 V型帶高 25%到 35%。窄 V帶與普通 V帶相比有著傳遞能力大，允許速度和曲饒次數(shù)高的好處。窄 V型帶特別滿足功率高且結(jié)構(gòu)緊的傳遞運(yùn)動(dòng)。滿足手提內(nèi)燃搗固機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊的要求。 所以選用窄 V帶傳動(dòng) (1)確定 計(jì) 算功率 dP 查設(shè)計(jì) 手冊工作情況系數(shù)表 ,根據(jù)選用的皮帶是窄 V帶，同時(shí)載荷變動(dòng)很大，每天工作低于 10小時(shí)的工作量，選定 工況系數(shù)為 AK =， 式中 AK 為工作情況系數(shù)。 計(jì) 算功率易得 PKP Ad *? = * ? （ 2） 選 定 帶 型 查設(shè)計(jì)手冊，窄 V帶有四種帶型，分別為 SPZ型、 SPA型、 SPB型和 SPC型。 由功率 PKP Ad *? = ,轉(zhuǎn)速為七千轉(zhuǎn)每秒 根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊， 選 用 SPZ型窄 V帶 作為手提內(nèi)燃搗固機(jī)帶傳動(dòng)的皮帶。 (3)確定 帶輪 最根本的直徑， 皮帶速度 計(jì)算和驗(yàn)證 小型帶輪基本標(biāo)準(zhǔn)的直徑不能太低 ,如果太低，會(huì)增加皮帶所首彎曲應(yīng)力，降低帶的運(yùn)行時(shí)間， 與之相反，則傳遞運(yùn)動(dòng)的外面結(jié)構(gòu)尺寸變大，提高了成本。參照設(shè)計(jì)手冊定 小 帶輪 基準(zhǔn)直徑 1d =60mm 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 13 大 帶輪 基準(zhǔn)直徑 12 * dd did ? 9060* ? 毫米 （ 4）在設(shè)計(jì)帶速時(shí)，首先要求帶的速度不能太大，速度變大會(huì)產(chǎn)生較大