行走装置（共4篇）
行走装置 篇1
0 引言
目前, 我国患下肢运动障碍的病人较多, 社会对步行康复治疗的需求也较大。该设计主要研究如何通过软硬件结合的方式来对瘫痪病人进行康复训练, 并制作出比较简易新型的康复训练装置。结合现有的一些装置, 模块化处理电路, 并将电路进行连接, 组合成方便、简单、成本低又实用的偏瘫病人行走康复训练装置。
1 系统概述
人的腿部运动一般是靠小腿, 在运动时, 小腿抬起、放下循环运动。因此, 人体的行走训练可以通过电动机使腿部上下循环运动。如采用机械系统作为能量传递系统, 利用滑轮转动使腿部的减重机构上下滑动, 容易受电机惯性的影响, 造成误动作, 故设计了一个循环周期使其反复提升放下。采用设置周期的方法, 通过单片机的定时功能, 使其与控制系统的状态指示电路相连, 方便了解其工作的状态, 并通过液晶显示出来。此装置简单易用, 具有显示步行频率和行程可调功能, 帮助恢复病人健康。偏瘫病人行走康复训练装置的结构如图1 所示。
2 硬件设计
该系统硬件部分主要由微处理器模块 (MCU) 、电动机模块、电动机驱动模块、液晶显示模块、机械模块组成。
2.1 微处理器模块
该系统采用的微处理器是STC89C52 组成的单片机最小系统模块, 控制电动机的转速, 实现病人的行程可调, 并控制液晶显示其步行频率。
2.2 电动机驱动模块
电动机驱动模块采用ST公司的L298N双H桥驱动芯片, 可以直接驱动两路3~30V直流电机, 并提供了5V输出接口, 可以给5V单片机电路系统供电, 支持3.3VMCU单片机控制, 可以方便的控制直流电机速度和方向。具体电路如图2 所示。
2.3 液晶显示模块
该模块是利用LCD1602 作为显示, LCD1602 是一种低成本的液晶显示器, 利用该模块编写程序也比较方便。由于该设计所接的引脚比较多, 所以液晶接单片机的P0 引脚。
2.4 机械模块
机械模块分为三部分, 由能量传动系统、原动件以及减重机构组成。能量传动系统主要是由于电动机轴较短, 达不到腿部抬起放下所要的距离, 所以该设计利用滑轮达到腿部需要的升降;原动件则是固定腿部与脚掌, 使病人在康复训练的时候不会伤到腿部肌肉与脚掌;减重机构是利用为了缓解偏瘫病人的身体重量给病人带来的负担, 支撑起病人的重量, 使病人全心思的精力花在腿部训练上, 这样病人就可以轻松的进行康复训练了。
3 软件设计
本系统采用C语言编程, 实现对电动机进行控制, 达到正反转和行程设定功能, 并进行显示步行速率。主程序流程如图3 所示。
4 结束语
本设计把MCU单片机技术应用在瘫痪病人进行康复训练中, 利用偏瘫病人行走康复训练装置的基本原理, 结合生物力学、机械、电子、计算机技术等学科知识, 进行硬件系统设计、软件设计及调试。加以综合运用, 能够自动地对患者进行步行康复训练, 实现了对病人的腿部进行周期训练, 并通过液晶显示其训练状态, 原理简单, 运用实际。
参考文献
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行走装置 篇2
当自卸车货箱处于举升位置行驶时,经常出现拉断、拉倒架空电缆、管路的事故。为解决此问题,针对重型自卸车设计了一套成本低、简单实用和安装方便的货箱举升与车辆行走联动控制装置。
控制原理:用行程开关(或接近开关)检测自卸车货箱的起落状态,通过二位三通电磁气阀控制弹簧复合制动器气室的驻车制动腔。当货箱处于举升位置时,行程开关使二位三通电磁气阀得电,使复合制动器气室的驻车制动腔排气,车辆会处于制动状态,不能正常起步行驶;当货箱处于落下位置时,行程开关使二位三通电磁气阀失电,使复合制动器气室的驻车制动腔正常接通,车辆会处于正常行驶状态,这样就实现了货箱举升与车辆行走联动控制的目的。有时为了卸车需要,需在货箱处于举升位置时向前移动车辆,为此在驾驶室内加装了一个手动强制开关,以控制二位三通电磁气阀,使车辆移动后处于正常的行驶状态。联动控制装置的原理如图1、2所示。
安装方法:在货箱前端底部与副车架之间安装行程开关,将二位三通电磁气阀安装在手制动阀与手制动继动阀之间,紧急按钮安装于驾驶室内与行程开关串联,并按照图示将电路和气路分别连接起来即可。
行走装置 篇3
履带式拖拉机行走装置由悬架、支重轮、履带、驱动轮、托带轮、导向轮和张紧装置等组成。
1.1 悬架和支重轮
悬架用于连接车架和支重轮,将车架承受的全部质量传给支重轮,并利用弹性元件缓和行驶中的冲击。
履带式拖拉机的悬架分为半刚性悬架和弹性悬架两种形式。部分机体质量经弹性元件,而另一部分质量经刚性元件传给支重轮的称半刚性悬架,红旗-100型拖拉机的悬架属于此型。全部机体质量都经弹性元件传给支重轮的弹性悬架,东方红-802、1002、1202型拖拉机采用平衡式弹性悬架。
悬架又称台车架,将4个支重轮安装在台车架上就构成了支重台车,支重台车经滑动轴承装在车架的台车轴上,可绕台车轴摆动。台车架的内平衡臂为短臂,外平衡臂为长臂,它们用摆动轴铰链连接,二者间装有2根螺旋方向相反的悬架弹簧。东方红-802、1002、1202型拖拉机有4台支重台车承担整机质量。遇到障碍物时,其中一个平衡臂同支重轮一起分别绕摆动轴和台车轴向上摆动,压缩悬架弹簧而升高。越过障碍物以后,悬架弹簧伸长,平衡臂和支重轮恢复原位。这样,弹簧的缓冲作用减小了拖拉机在不平地面行驶的冲击。
支重轮通过悬架承载机体质量,沿着履带铺设的轨道前进,并防止履带横向滑脱,实现拖拉机顺利转向。
1.2 履带和驱动轮
履带将拖拉机的重力传给地面,并保证拖拉机产生较大的驱动力。东方红-1002、1202型拖拉机采用新型的整体铸造节销式七孔履带板。钢板履刺除边缘两个与销孔轴线平行外,其余均倾斜20°角,以增强纵向与侧向的附着作用;板上的凸起导向筋卡在支重轮边缘,防止履带滑脱。每条履带由43块履带板和履带销铰接而成,履带销一端镦粗,另一端装有垫圈和锁销,安装时镦粗端朝外,避免其向内窜出划破挡泥板。
驱动轮使履带作卷绕运动,前方铺设在地面上,后方卷起,使拖拉机行驶。驱动轮轮齿与履带节销相啮合。
1.3 导向轮和张紧装置
导向轮和张紧装置的功用是引导履带运动、防止横向滑脱,保持履带具有合适的张紧度,减轻履带运动中的弹跳,并起缓冲作用。
拖拉机遇到冲击时,导向轮和拐轴向后摆动,形成叉形进一步压缩张紧弹簧,冲击力由弹簧吸收起到缓冲作用。
1.4 托带轮
托带轮托住履带上方区段,防止履带下垂和侧向脱落。
2 主要技术调整与维护
2.1 履带的张紧度调整
应及时检查调整履带的紧度,标准紧度以两托链轮中间履带下垂30~50 mm为合适。不得将链轨调得过紧或过松,否则会加速行走机构的磨损。
调整方法:拧紧张紧螺杆上的调整螺母,使导向轮前移张紧履带。若张紧螺杆拧到最大限度,履带下垂度仍然过大,则应取下一节链轨板。
2.2 导向轮轴向间隙的调整
拆下导向轮盖,松开锁紧螺母,将调整螺母拧紧,使轴向间隙消除后,再将调整螺母退回1/5~1/4圈,此时导向轮应能灵活转动,调好后将锁紧螺母上紧。
2.3 支重台车轴向间隙的调整
顶起拖拉机,将支重台车抬离履带轨道,顺轴向晃动支重台车,用厚薄规测量止推垫圈与外平衡臂端面间的间隙。正常间隙应为0.2~0.5 mm,超过0.5 mm,则必须进行调整。调整时拧下台车紧固螺钉,取下止推垫圈,抽去相应数量的调整垫片,再装回止推垫圈并上紧紧固螺钉,检查间隙是否适当。调整好后,支重台车应能在台车轴上自由摆动而又无明显的轴向晃动。
2.4 支重轮轴向间隙的调整
顶起拖拉机,将被检查的支重轮抬离履带轨道,顺轴向晃动支重轮,检查支重轮的轴向间隙,若间隙超过0.5 mm,则必须调整。调整时先摊开锁片,拧下支重轮螺母,用专用工具拆下支重轮,并拆下密封壳,可取出全部调整垫片,再装上密封壳并压紧,以消除轴承间隙。将适当厚度的调整垫片和密封壳一起装回,上紧固定螺钉,并用铜锤敲击支重轮轴数下,用手顺轴向晃动支重轮轴,若感觉不到轴向间隙,又能用手轻松地使轴转动,即调整适当。在装回支重轮前,应检查密封装置有无损坏,整个密封装置在支重轮内的状态应完好,然后将支重轮压装到支重轮轴上,再装上轴端的橡皮圈和锁片,上紧支重轮螺母,并用锁片锁牢。
2.5 注意润滑油漏失检查
行走机构的润滑非常重要,很多支重轮轴承“烧死”而导致报费,就是因为漏油而没有及时发现。一般认为以下5处有可能漏油:由于挡环和轴之间的O形圈不良或损坏,从挡环外侧与轴之间漏油;由于浮封环接触不良或O形圈缺陷,从挡环外侧与支重轮、引导轮、驱动轮之间漏油;由于支重轮、引导轮、驱动轮与衬套之间的O形圈不良,从衬套与滚轮之间漏油;由于加油螺塞松动或锥形螺塞密封的座孔损坏,在加油螺塞处漏油;由于O形圈不良,在挡盖与滚轮之间漏油。因此,平时应该注意检查以上部位,并按照各部位的润滑周期定期添加、更换润滑油。
2.6 注意检查螺栓螺母紧固情况
行走装置 篇4
连续采煤机是现代化的采掘设备,履带行走装置是连续采煤机的重要组成部分,在连续采煤机工作过程中,履带行走装置承受着来自煤壁及底板的巨大载荷,直接影响连续采煤机的工作可靠性[1]。本文在虚拟环境中对履带行走装置进行仿真分析,以降低开发成本,缩短开发周期,同时提高产品的市场竞争力。
1 连续采煤机履带行走装置工作原理
连续采煤机履带行走装置的工作原理如下:驱动轮在减速器驱动转矩的作用下,通过轮齿和履带板之间的啮合,连续不断地把履带从后方卷起。接地的那部分履带给地面一个向后的作用力,而地面相应地给履带一个向前的反作用力,这个反作用力是推动机器向前行驶的驱动力。当驱动力足以克服行走阻力时,履带架就在履带上表面向前滑动,从而使机器向前行驶[2]。
连续采煤机行走时,需要不断克服行走中所遇到的各种运动阻力,牵引力也就是用于克服这些运动阻力的[3]。图1是连续采煤机履带行走装置的受力简图,其中,G为连续采煤机的整机重力,Fn为履带行走装置的内阻力,Ff为地面与履带板之间的摩擦力,FN为地面支撑力,Fh为地面对履带板的阻力。牵引力计算原则是:行走装置的牵引力应该大于总阻力,而牵引力又不应超过履带板与地面的附着力。
2 动力学仿真模型的建立
用UG软件建立履带行走装置各部件的三维模型,装配完毕后导入ADAMS/View环境中,然后在每个构件上施加各种约束以及接触力,从而确定各个构件的相对运动关系,并将不同构件连接起来组成一个完整的虚拟样机动力学模型。
2.1 模型简化
如果将整个履带行走装置上的所有部件都导入ADAMS进行仿真,那会使仿真变得很困难甚至不能实现,因此,在仿真的时候,需要将模型进行简化。模型简化原则是:①将各履带板之间的连接销轴等零件简化掉,对仿真结果影响不大[4];②作为一个单独的牛顿惯性参考系,“地面”在这里也作为一个构件,它固定在一个“绝对静止”的空间中,属于“地面”上的任何构件的速度和加速度均为零;③为提高建模的灵活性,将履带架简化,并将驱动轮和导向轮都与履带架铰接。依据上述简化原则得到的连续采煤机履带行走装置模型如图2所示。
模型建立完毕后,使用UG与ADAMS的良好接口Parasolid,将装配图整体从UG导入ADAMS中,因为接口良好,故整个模型每个零件的属性,包括体积、密度和零件的定位关系都不会改变,数据也不会有任何丢失。
2.2 施加约束
创建了模型后,需要添加约束,定义各个构件的相对运动关系。
2.3 施加接触力
在履带行走装置中,由于履带板块数比较多,运动的时候驱动轮、导向轮及履带架都与每块履带板有接触力作用,所以用常规的方法来逐个施加接触力既不准确也难以实现。在建立动力学模型过程中,每个接触力的施加都可编制一段macro语句来实现,这样会大大简化接触力的施加过程[5]。
2.4 基本动力学载荷的处理
为了使履带行走装置的动力学仿真顺利进行,将各种阻力计算出来后,以集中力的形式直接施加到履带行走装置质心的位置上,这样对仿真结果影响不是很大,而且既可以减少计算量,也能提高仿真速度。
3 动力学仿真分析
3.1 仿真设置
根据ADAMS中提供的已有单位,将整个系统单位设置为MKS,另外求解器选用GSTIFF的I3格式,并将Error改为0.1,以满足系统要求。在左、右两驱动轮上施加速度驱动为30.0d*time,表示驱动轮每秒钟转过30o。仿真时间为10 s,步数为1 000。
3.2 仿真结果分析
仿真结束后可以进入PostProcessor 后处理模块查看所需的结果曲线,仿真结果如图3～图7所示。
由图3和图4可看出:当驱动轮施加恒定的转速时,驱动轮质心的水平速度和加速度并非是均匀的,而是呈周期性变化,这些周期性的波动是由于驱动轮与履带板啮合时突然受力造成的;在每个变化周期中间,加速度曲线有一些不规律的突然增大点,这是因为在仿真中驱动轮与履带板的接触面出现棱角与平面接触的现象,所以力出现突然增大。但在真实环境中这种绝对的棱角与平面的接触是不存在的,所以这些突然增大点可以忽略。
由图5可以看出:驱动轮开始运行,1#履带板慢慢与驱动轮啮合,1#履带板与驱动轮之间水平(X轴)方向的接触力沿着X轴正向;当履带板运动到与驱动轮质心在同一个水平面上时,1#履带板与驱动轮之间X轴方向的接触力达到最大值;而当1#履带板高于驱动轮质心的时候,1#履带板与驱动轮之间X轴方向的接触力仍然是沿着X轴正向,直到1#履带板与驱动轮之间脱离啮合;当1#履带板与驱动轮之间脱离啮合后,它们之间X轴的接触力就变为零。垂直(Y轴)方向上,1#履带板与驱动轮之间的接触力曲线为近似正弦曲线分布;刚开始运动时,1#履带板与驱动轮之间的接触力是负值,当履带板运动到与驱动轮质心在同一个水平面上的时候,它们之间Y轴方向的接触力变为零,1#履带板与驱动轮继续啮合运动,1#履带板与驱动轮之间的接触力由沿着Y轴负方向转变成沿着Y轴正方向,随着履带板脱离驱动轮,Y方向作用力减小为零。
从图6和图7可以看出,驱动轮与履带板之间在水平方向和竖直方向的受力变化情况很相似,而且在竖直方向近似可以看成正弦曲线,这和普通链传动基本吻合。各履带板与驱动轮之间的作用力基本上呈现相同的变化规律,只是在时间上存在相位差,这是由于各履带板和驱动轮相对位置不同而引起的啮合时间上的差异。
4 结束语
本文运用UG软件建立了连续采煤机履带行走装置的简化模型,在ADAMS/View环境下,结合实际情况建立虚拟样机模型,对机构进行动力学仿真分析,从而验证连续采煤机履带行走装置设计的合理性,这对改善关键零部件设计有很重要的作用,并为后续的有限元分析打下了坚实的基础,同时对其他大型机械履带行走装置的动力学仿真研究有一定的借鉴意义。
参考文献
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