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提携式缝隙自动扩张器的设计
口.钱场顺1口宋慧瑾1口朱晓东1口酃强2
1.成都大学工业制造学院成都610106
2.核工业西南物理研究院成都61004
摘要:采用交流电机和减速器配合的驱动装置以及自锁功能的控制装置,设计出提携式鏠陳自动扩张器,并计算出
其抗弯强度及中心销、短鎖等各部件的强度。该装置用于救接エ作中,可在节约时间的同时大大减少救援人员的体力消耗
且维护容易,操作简单,成本低廉。
关键词:缝隙扩张器提携式救灾
中图分类号:TH123;TS914.5
文献标识码:A
文章编号:1000-4998(2011)10-0074-03
随着近年来地震、火山喷发、泥石流等自然灾害的
频繁发生,对救授工作提出了越来越高的要求。救援
工作需要消耗大量的人力、物力、财力,且在救授过程
中会遇到装置、器具操作复杂,救授时间长等诸多问
题。在浟援时需要和时间赛跑,为此对救援装置的要求
十分苛刻。目前,对于小缝隙的扩张,多数情况下还主
要靠救援人员徒手完成,如5.12汝川地震2、4.14玉树
地震等。因此,我们研制了用于小缝隊扩张的装置。
▲图1设备的整体外观图
该装置可为救援人员争取时间,以便随后的救援工作
顺利进行,且大大节约了人力的消耗
2设计方案
日前,扩张器的研究和应用主要是在医学上,如在2.1驱动装置
头面颈部皮肤缺损修复中的临床应用叫;在经皮椎体后
地震等灾害释放的能量特别巨大,造成破坏的广
凸成形术中通过球囊撑开器的扩张作用,在椎体内形度和深度无法估量。考虑到灾区的电力等设施有可能
成一空腔,使高黏稠度骨水泥在较低压力下注入椎体,遭到巨大破坏,短时间内无法修复。因此我们使该装置
使骨水泥渗漏率明显降低,能取得更好的治疗效果刚既可用交流电机和戒速器配合使用而驱动,也可利用
等。但这些扩张器成本较高,且开裂缝隙较小,不适合手摇柄进行人工驱动,以适应灾区的复杂救授环境。图
在抗震救灾中应用。而用于抗震救灾的缝隙扩张器的2为驱动装置原理示意图
相关设计及研究,国内相关报道很少。
2控制装置
本文介绍了缝隙扩张器的设计方案和理论设计计
在扩张器达到所需高度后,该装置会自动闭锁。自
算,并对其性能进行了分析。
锁原理是使用丝杠螺母机构传追力矩,实现自锁功能
1主要功能和性能指标
在保证安全的同时有效地节约了能源,不会在无动力
的情況下,因受重物重力作用而使扩张器自动收缩而
该装置的主要功能是辅助救援人员在实施救授时造成事故。
对狭小缝隙进行扩张,借助位于前端的崿嘴形钳的张
开原理将缝隙撑开:通过丝杠螺母机构将丝杠旋转扭3理论设计计算
矩变为直线推力传给曲枘连杄机构,驱动鳄嘴钳张开,
该扩张器设计最大提升质量为200kg,最大提升
将缝隙快速扩大,以给下一步救授争取时间和空间。图高度为160mm,根据相关计算绘制的图纸加工出的成
1是设备的整体外观图。
品完全达到设计指标,经对实物称重,该装置总质量约
为20kg
四川省教育厅青年科研项目(编号:10ZB1441
通过对图1整体图和图2的驱动原理图分析可知,
全国大学生机械创新设计大赛四川赛区二等奖(编号:2010402-6
该扩张器最薄弱的部件是鳄嘴、中心轴、短轴1、短轴2
收稿日期:2011年4月
以及短轴1固定孔,这些部件受到安装空间的限制,尺寸
2011/10
机械制造4少卷第56期
不能过大,只要它们都能够满
足使用要求,其它部件应没有
问题,同时短轴1和2的受力
相同、尺寸相同,因此只需计
算校核一个便可。
200kg
3.1鲚嘴抗弯强度的计算
嘴的全长为240m,F
顶端到中心销的距离为143
mm;中部外径D为80mm;
内径d为20mm,材料为45
143轉嘴
中心轴
钢,抗弯许用应力[81]=55
240
短轴1推力杆短轴2螺母丝杠
Mpa
▲图2驱动原理示意图
根据整个装置的受力特点可知,其属于平面力系。
3635.3
通过分析可知,扩张开始瞬间,装置各部件受力最大,
14x102~46.3MPa4
所以计算以初始位置为准,经过推力杆轴线的F2是短
故短销满足剪切要求
轴1受到的最大剪切力,中心销受到的剪切力为F
短销的挤压校核
以中心轴心为原点,根据力矩平衡得:200×9.8
143=77.1xF2
8=F-=36353=36.4MPea<[8n
以短轴轴心为原点,根据力矩平衡得:200×9.8
故短销满足挤压要求。
240=F1×97
综上所述,可见短销满足设计要求
通过计算可得F1=4849.5N,F=36353N
3.4短轴固定孔的强度校核
最大弯矩M=200x9.8x143×10--280.3Nm
孔的直径d为10mm;挤压作用长度为rd/2,宽
抗弯截面模量:W=TD(1-B)/32
(1)度B=5mm。材料为45钢,其屈服极限[δ。]=355MPa?
B=dd
安全系数取3,挤压许用应力[]=125MPa?。
则W=50043.75mm3
孔的强度校核
则可得:δ=M/W=5.6MPa<<[61]
2F2_2F2_2x3635
可见,扩张器的设计满足要求
TdB3.14x×10x5
3.2中心销的校核
=46.3MPa<[8
中心销的直径d为20mm,截面积为A;作用长度
故孔满足强度要求。
L为80mm,挤压作用面积为A。其材料为45钢,剪切
孔的挤压校核
许用应力「ァr-1]=255MPa4,挤压许用应カ[]=100
__3635
MP
Ab db 10x5=72.7 Mpasl
中心销的剪切校核:
故孔满足挤压要求。
4849
综上所述,可见孔满足设计要求
d23.14x20
15.44MPa<[r
3.5驱动力的计算
故满足剪切要求;
若由人提供动力,设转速要求n=1rla,总效率=
中心销的挤压校核:
0.6;最大提升重物质量为200kg,最大提升高度为160
4849.5
mm,s=9.8m/s2,摇臂长d1=100mm,要求时间在t=5s
3.0MPa<[8a
20x80
内提升到最大高度。
故满足挤压要求。
则:200x9.8×160x10=7x2Tnxx
综上所述,可知中心销满足功能要求
rfd
3.3短销的校核
得出:=166.5N
短销的直径d为10mm;挤压作用长度L1=10
即人提供的动力为166.5N。
mm。材料为45钢,剪切许用应力[r1]=255MPa,挤压
许用应力[8]=100 MIPA
4工作原理及性能分析
短销的剪切校核:
在由交直流电动机或人工提供动力矩的情况下
aNラ机械制造49卷第565期
2011/10