公路波形梁護(hù)欄隨車卸板機(jī)傳送機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

于志松，陳麗芳，趙明印，于復(fù)生

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公路波形梁護(hù)欄隨車卸板機(jī)傳送機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

于志松1,2，陳麗芳2，趙明印2，于復(fù)生1

（1.山東建筑大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，山東 濟(jì)南 250101；2.濰坊東方鋼管有限公司，山東 濰坊 261021）

為了提高高速公路施工現(xiàn)場(chǎng)波形梁護(hù)欄的卸車效率和波形板表面質(zhì)量，研究設(shè)計(jì)了公路波形梁護(hù)欄隨車卸板機(jī)，采用鏈傳動(dòng)的方式將波形板護(hù)欄從貨車車廂卸到地面，考慮施工中的卸車間距要求及載荷情況，對(duì)鏈傳送機(jī)構(gòu)中的滾子鏈和鏈輪基本參數(shù)進(jìn)行了計(jì)算、設(shè)計(jì)和選型，試驗(yàn)結(jié)果表明卸車間距誤差在2%以內(nèi)，效果良好。

高速公路；波形梁護(hù)欄；卸板機(jī)；鏈傳動(dòng)

引言

公路運(yùn)輸業(yè)已經(jīng)成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的基本保障之一，在我國(guó)公路通車?yán)锍讨?、汽車保有?shù)量之多的現(xiàn)狀下，公路運(yùn)輸交通安全是首先要考慮的問(wèn)題。因此在大多數(shù)公路特別是高速公路的建設(shè)過(guò)程中，必須對(duì)交通安全設(shè)施有足夠的研究和重視。公路波形梁護(hù)欄是一種組合型波形板活動(dòng)式鋼護(hù)欄，具有良好的耐撞性能和吸收能量的作用，是目前采用最為廣泛的一種公路交通安全防護(hù)設(shè)施，如圖1。在公路正常營(yíng)運(yùn)時(shí)起到隔離和防護(hù)作用，既不容易被撞毀，同時(shí)又可對(duì)車輛和司乘人員起到很好的保護(hù)作用。因此在高速公路施工過(guò)程中，護(hù)欄的安裝是十分必要且重要的一項(xiàng)工程，在施工過(guò)程中對(duì)波形梁護(hù)欄運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場(chǎng)的卸車效率和質(zhì)量均具有較高的要求[1][2][3]。

本文針對(duì)榮烏國(guó)家高速公路濰坊至日照段工程施工項(xiàng)目，對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)隨車卸板機(jī)的鏈傳送系統(tǒng)進(jìn)行了計(jì)算、設(shè)計(jì)和選型。

圖1 公路波形梁護(hù)欄

1 隨車卸板機(jī)傳送方案的確定

榮烏國(guó)家高速公路濰坊至日照段工程施工項(xiàng)目，采用的公路波形梁護(hù)欄是一種冷彎型板材，符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GBT31439.2 -2015三波形梁鋼護(hù)欄形式，規(guī)格為4320×506×4（mm），每塊的重量為76kg。每公里公路每側(cè)需要鋪設(shè)250塊護(hù)欄，每塊的安裝間距為4米。這就要求用車輛將護(hù)欄運(yùn)輸?shù)焦肥┕がF(xiàn)場(chǎng)時(shí)，將整車波形板材在路邊每間隔4米一塊放置。

依據(jù)項(xiàng)目施工要求，設(shè)計(jì)過(guò)程中需要著重解決的核心問(wèn)題主要有護(hù)欄板從車上到車下的傳送方式及動(dòng)力來(lái)源、設(shè)備隨車行走與貨車的連接問(wèn)題、護(hù)欄板落地時(shí)如何避免磕碰的問(wèn)題、護(hù)欄板落地后的擺放位置精度問(wèn)題。經(jīng)過(guò)對(duì)工作條件、性能要求、成本等因素的綜合考慮，公路波形梁護(hù)欄隨車卸板機(jī)的總體方案如圖2所示。

圖2 公路波形梁護(hù)欄隨車卸板機(jī)總體結(jié)構(gòu)方案

1-車廂連接機(jī)構(gòu) 2-卸板機(jī)支架 3-傳送機(jī)構(gòu) 4-行走及驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu) 5-落地緩沖機(jī)構(gòu)

根據(jù)護(hù)欄板卸車具體要求和實(shí)際工況，護(hù)欄板落地后有比較精確的位置要求，因此在傳送過(guò)程中傳送機(jī)構(gòu)之間不允許有相對(duì)滑動(dòng)，以免導(dǎo)致落地位置誤差；在卸板過(guò)程中貨車基本是低速、勻速行駛，傳送機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)速度較平穩(wěn)，基本無(wú)波動(dòng)，且載荷大小和載荷方向也基本無(wú)變化，考慮這些條件，確定采用滾子鏈傳動(dòng)輸送的方式。同時(shí)，采用鏈條傳送還可以提高傳動(dòng)效率，且能滿足車上到車下超過(guò)2m的遠(yuǎn)距離傳送要求。

2 滾子鏈基本參數(shù)的計(jì)算

2.1 鏈條傳遞功率的計(jì)算

按照卸板時(shí)貨車以v0=10km/h的車速低速、勻速行駛計(jì)算，行走機(jī)構(gòu)摩擦輪外徑φ取400mm，根據(jù)實(shí)際工作條件，兩鏈輪中心距取a0=2300mm，初始撥爪間距選擇L0=1000mm。根據(jù)卸板間距L1=4000mm,計(jì)算得鏈條運(yùn)行速度：

鏈傳動(dòng)在卸板機(jī)中的應(yīng)用主要是通過(guò)固定住鏈條上的撥爪完成，并非傳遞較大動(dòng)力，所以鏈傳動(dòng)的傳動(dòng)比取i=1，兩側(cè)采用相同的鏈輪，初定鏈輪齒數(shù)為z=17。鏈條運(yùn)行速度較低，初選中心距a=70p。則鏈節(jié)數(shù)：

一般鏈節(jié)數(shù)應(yīng)取偶數(shù)，選Lp=158。

根據(jù)車廂高度，初定卸板機(jī)傳遞傾角為50°，鏈條運(yùn)行過(guò)程中傳遞的功率：

則額定功率：

根據(jù)鏈條傳遞的額定功率，由滾子鏈傳動(dòng)額定功率曲線，初定選擇鏈號(hào)為16A。

2.2 鏈條載荷計(jì)算

因鏈條傳動(dòng)速度較低，且為鏈條直接承載，鏈的主要失效形式為過(guò)載拉斷，因此需要對(duì)鏈進(jìn)行靜強(qiáng)度校核，要求請(qǐng)強(qiáng)度安全系數(shù)S滿足：

忽略離心拉力，單根鏈條承受的極限拉力為：

式中，考慮到中心距較大，取kf=4。

2.3 鏈條基本參數(shù)的選擇

根據(jù)滾子鏈主要尺寸標(biāo)準(zhǔn)（GB1243.1-83），選擇的16A鏈條節(jié)距p=25.4mm，計(jì)算實(shí)際中心距得：

根據(jù)上述計(jì)算所得實(shí)際中心距為1791mm，無(wú)法滿足傳動(dòng)需求，因此更換所選鏈號(hào)為20A，節(jié)距p=31.75mm，并將鏈節(jié)數(shù)增大為L(zhǎng)p=160，重新計(jì)算中心距：

基本可以滿足傳遞距離要求，根據(jù)鏈條運(yùn)動(dòng)速度和鏈節(jié)距，由鏈傳動(dòng)潤(rùn)滑方法推薦表查得機(jī)構(gòu)潤(rùn)滑方式采用滴油潤(rùn)滑[4]。

3 鏈輪基本參數(shù)的計(jì)算

根據(jù)上述計(jì)算的滾子鏈基本參數(shù)，計(jì)算、選擇所需鏈輪的參數(shù)。

分度圓直徑：

齒頂圓直徑：

齒根圓直徑：

最大齒根距離：

齒側(cè)凸緣直徑：

鏈輪結(jié)構(gòu)采用整體式，卸板機(jī)屬于戶外作業(yè)，雖然屬于低速、輕載、平穩(wěn)傳動(dòng)，但是工作環(huán)境相對(duì)較差，為了防止鏈輪、鏈條過(guò)快磨損，鏈輪材料選擇優(yōu)質(zhì)鑄鐵[5]。

4 結(jié)論

在隨車卸板機(jī)的試驗(yàn)過(guò)程中，因?yàn)槭抢谬X輪比和鏈條的配合確保卸下每塊板的間距，齒輪齒數(shù)和鏈條鏈結(jié)都是整數(shù)，無(wú)法做到絕對(duì)精確，試驗(yàn)中實(shí)際卸板間距為3.93米，也就是每卸下約60塊板就要比預(yù)期多卸下一塊板，波形板卸車間距誤差為1.8%，當(dāng)然誤差還與摩擦輪和路面間的摩擦情況有關(guān)，這也是后期對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化的主要方向。

[1] 劉東月.交通安全設(shè)施主要工程項(xiàng)目的施工工藝[J].北方交通, 2017（4）.

[2] 鄒敏.高速公路波形梁護(hù)欄的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].黑龍江交通科技, 2018（11）.

[3] 李宏俠.張家港疏港高速公路交通安全設(shè)施施工方案研究[D].蘇州科技大學(xué),2017.12.

[4] 邱宣懷.機(jī)械設(shè)計(jì)[M].北京:高等教育出版社,2009.

[5] 聞邦椿.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2010.

Design of Conveyor Mechanism of Highway Wave Girder GuardrailOn-board Unloader

Yu Zhisong1,2, Chen Lifang2, Zhao Mingyin2, Yu Fusheng1

( 1.Mechanical and Electronic Engineering Department, Shandong Jianzhu University, Shandong Jinan 250101; 2.Weifang East Steel Pipe Limited Company, Shandong Weifang 261021 )

In order to improve the unloading efficiency and corrugated board surface quality of the wave girder guardrail for expressway construction site, research and design of highway wave girder guardrail board unloader with vehicle, using methed of chain transmission to unload the wave girder guardrail from the truck compartment to the ground, concider the unloading distance requirements and load situation during construction, calculate ,design and selection of the basic parameters of the roller chain and sprocket in the chain transfer mechanism, the test results showed that the unloading distance error is within 2%,the effect is well.

Expressway; Wave girder guardrail;Unloader; Chain transmission

U417.1+2

A

1671-7988(2019)09-82-03

U417.1+2

A

1671-7988(2019)09-82-03

于志松（1982-），男，工程師，在職研究生，就讀于山東建筑大學(xué)。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.09.027