關于挖掘機扶手箱的安全設計

居宵宵++陸洪光++劉憶++耿廣躍

摘 要：隨著技術的不斷進步，各種自動化挖掘機械層出不窮，但挖掘機的安全性能發(fā)展跟不上自動化發(fā)展的腳步，故需要提升安全性能。本次主要是通過對挖掘機內部扶手箱結構進行改善，加強對挖掘機扶手箱控制導桿功效的利用以及各個元件的協(xié)調使用來實現(xiàn)目的。

關鍵詞：挖掘機扶手箱；控制導桿；重量傳感器；蜂鳴器；安全

中圖分類號：TB472 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）14-0047-01

1 引言

隨著經濟和技術的發(fā)展，制造業(yè)的挑戰(zhàn)逐步加強。制造業(yè)發(fā)展的太快，關于使用安全的加強跟不上制造業(yè)發(fā)展的步伐，再者重效率輕安全的制造廠家越來越多，不少制造商為了產量，完全忽略了對安全的考慮，所以加強安全方面的設計迫在眉睫。

2 產品設計的目的

發(fā)生事故的原因主要包括以下幾個方面：停車未穩(wěn)定的時候就開始工作，造成挖掘機側翻等一系列因為駕駛不恰當產生的事故；未經過專業(yè)培訓駕駛；停車后，駕駛員離開座位時觸動手柄發(fā)生的事故；離開駕駛室時，沒能拉下控制導桿引起的安全事故等。故關于挖掘機本身所帶的弊端應該及時解決，改善挖掘機內部的構件必不可少。

3 扶手箱的構成

扶手箱是一種放在座椅旁邊的配件。扶手箱主要包括上箱體和下箱體，車上的點火開關、控創(chuàng)開關、娛樂系統(tǒng)、空調面板都裝在扶手箱上，操縱挖機回轉、挖掘，裝卸的先導手柄也裝在扶手箱的上方，同時在扶手箱的側底方還有一個控制導桿。

4 扶手箱的設計

首先，在挖掘機的坐墊下安裝一個重量傳感器，利用人體本身的重力和重量傳感器的壓電效應，將人體的重量轉化為電信號。還要考慮加個儲能設備，把傳感器產生的電信號儲備起來充當一個臨時電源，當人離開時，相當于電源斷電，此時儲能原件相當于電源開始工作，但一般接入的電源的電壓不穩(wěn)定，故需要進行整流、濾波和穩(wěn)壓環(huán)節(jié)將電壓變成所需要的形式，然后借助于無線發(fā)射模塊來改變電信號的電平。電信號經過無線發(fā)射模塊來將高電平改為低電平接到蜂鳴器的接收端，此時蜂鳴器就會發(fā)出聲音。在這里把控制導桿等同成一個電源開關，當控制導桿拉下去時電路是接通的；當控制導桿拉上去的時電路是斷開的，蜂鳴器停止工作。

5 系統(tǒng)的內部構建

5.1 重量傳感器

5.1.1 重量傳感器的選擇

重量傳感器的選擇首先要考慮的是實際使用環(huán)境，由于人的重量不是特別大，不需要選擇較大量程的傳感器；在準確度方面的選擇，利用重量傳感器的壓電效應來獲取電信號，只要獲取的電信號即可，故對于準確度要求不高。結合以上條件選擇Brosa兩頭用螺栓連接的重量傳感器，內選應變片為電阻式金屬應變片，該類型的重量傳感器可承受軸向力，且安裝簡單可適用于不同的安裝結構。

5.1.2 重量傳感器的工作原理

重量傳感器是一種將重量信號轉變?yōu)殡娦盘柕妮敵鲅b置。將應變片接在彈性體上形成一個惠斯登電橋，當傳感器受到外力的作用下，電阻絲就會隨著彈性體的變形而變形，其電阻值也會發(fā)生變化，即傳感器就會工作；當存在負荷時，彈性元件受到載荷，應變片隨之產生與載荷成比例的應變，輸出與重量成比例的電信號，放大器中的放大電路將信號放大，進而形成輸出電壓。

5.2 蜂鳴器

5.2.1 蜂鳴器的選擇

蜂鳴器可分為兩類：有源蜂鳴器和無源蜂鳴器。

有源蜂鳴器內部帶有振蕩電路，只要有電源的接入就可發(fā)出聲音，且發(fā)出聲音的頻率固定；無源蜂鳴器內部沒有震蕩源，直接接入電流是無法發(fā)出聲音的，需要外部用方波驅動才會發(fā)出聲響。

5.2.2 蜂鳴器的原理

無源電磁式蜂鳴器由振蕩器、電磁線圈、電磁鐵，振動膜片和外殼等組成。當接入電源時，振蕩器產生的電流通過電磁線圈，在電磁線圈周圍會產生磁場，是電磁鐵和電磁線圈相互作用從而使振動膜振動，實現(xiàn)周期發(fā)聲的目的。

5.3 控制導桿機構

5.3.1 導桿的選擇

導桿的選擇類型有很多，有曲柄連桿機構，擺動滑桿機構，移動導桿機構和轉動導桿機構等。挖掘機扶手箱控制導桿的使用在于利用導桿的作用來實現(xiàn)挖掘機扶手箱內部操作手柄的鎖死狀態(tài)，鎖死機構是利用其內部銷在不同位置的鏈接來實現(xiàn)的。鑒于所需的轉動角度并不太大，對于轉動精度的要求也不是太高，故選用轉動導桿機構。

5.3.2 導桿的工作過程

人體將力矩傳給傳動力臂，同時滑塊受到力矩的作用會發(fā)生相對的滑動，當受到力矩的作用時鎖死機構就可實現(xiàn)自動鎖死；在滑塊上裝上滑動開關，充當整個電路的開關作用。在導桿處于落下狀態(tài)時，電路因為二極管的單向導電作用并沒有接通而開關處于接通的狀態(tài)，滑塊與銷之間的連接不緊密，操縱導桿可自由移動；在人體離開座椅時，電路中的儲電裝置充當電源放電，電路導通，蜂鳴器發(fā)生，這是拉上控制導桿，實現(xiàn)鎖死和斷電的意圖。

6 結語

總體看來扶手箱的安全設計是一項復雜的而又細致的工作，因為扶手箱是挖掘機中的重要部分，所以設計時要充分考慮到所有細節(jié)，還需要考慮到駕駛員在使用時的舒適度程度，同時還要扶手箱與駕駛室的協(xié)調性；最重要的是扶手箱承擔了挖掘機的大部分功能，故在利用扶手箱中的控制導桿來實現(xiàn)對安全性能要求提高的過程中要仔細考慮各個方面的協(xié)調作用，選用性能參數(shù)較好、使用壽命較長的元器件，在日后的維修、保養(yǎng)中較為方便裝拆。