黃凱　陳茂雙　謝寶玲　鄭靖　李彬

摘 要：文章論述了開啟橋的開啟機(jī)構(gòu)設(shè)計，開啟橋開啟部分包括支座設(shè)計、傳動系統(tǒng)設(shè)計、減速裝置設(shè)計、滑塊控制系統(tǒng)設(shè)計等四個方向內(nèi)容。在設(shè)計過程中開啟裝置為扇形齒樞軸-齒輪系統(tǒng)，通過齒輪嚙合轉(zhuǎn)動完成開啟橋的開啟和關(guān)閉；通過減速器來實現(xiàn)電動機(jī)輸出轉(zhuǎn)速與開啟裝置齒輪傳動輸入轉(zhuǎn)速的變換實現(xiàn)低轉(zhuǎn)速平穩(wěn)開啟；通過觀察滑塊控制系統(tǒng)來控制橋臂轉(zhuǎn)動的角度，解決了橋臂轉(zhuǎn)動過度或不到位的問題，通過三大系統(tǒng)共同實現(xiàn)橋臂的順利開啟與關(guān)閉。

關(guān)鍵詞：開啟橋；設(shè)計；扇形齒；樞軸

中圖分類號：TH132 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-8937（2016）09-0018-01

1 開啟橋及開啟機(jī)構(gòu)概述

開啟橋（movable bridge）是指為了通航需要，上部結(jié)構(gòu)能以豎旋、平旋、提升等方式開合的橋梁。開啟橋的開啟機(jī)構(gòu)是給開啟橋增加自由度，使其轉(zhuǎn)動更加靈活，很好地解決通航問題。

改革開放以來，我國的公路建設(shè)方面有著飛速的發(fā)展，作為公路建設(shè)的重要組成部分——開啟橋建設(shè)也得到了相應(yīng)的發(fā)展，并被人們廣泛關(guān)注。中國作為發(fā)展中國家，經(jīng)濟(jì)發(fā)展是首要位置。開啟橋能夠解決陸路和水路不兼顧的問題，加速經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，并在以后的發(fā)展中有著不可估量的地位。我們設(shè)計的開啟橋裝置采用電氣控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)具有自動控制功能、保護(hù)功能、監(jiān)視功能、測量功能、具有體積小、通用性和靈活性強(qiáng)，使用維護(hù)方便等特點(diǎn)。

2 小型開啟橋的開啟機(jī)構(gòu)設(shè)計

小型開啟橋開啟機(jī)構(gòu)是給開啟橋增加自由度，它是由開啟軸、支架、軸承、開啟齒輪等組成的，通過各種元件的配合實現(xiàn)齒輪嚙合來完成開啟橋上下轉(zhuǎn)動或者橫向轉(zhuǎn)動的一種機(jī)構(gòu)，它本身就是一種對原有實體開啟橋的一種革新，讓基體能夠平穩(wěn)運(yùn)動。開啟機(jī)構(gòu)原理圖，如圖1所示。

開啟機(jī)構(gòu)是整個裝置的靈魂，擔(dān)任了主要的開啟任務(wù)。本開啟機(jī)構(gòu)采用的是齒輪扇形齒嚙合系統(tǒng)。開啟機(jī)構(gòu)由主軸Ⅱ正轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速為nII，在主軸Ⅱ上的直齒輪2與樞軸上的扇形齒輪1嚙合，扇形齒輪1與橋臂為同一構(gòu)件，從而帶動橋臂運(yùn)動，達(dá)到開啟的目的。本設(shè)計是屬于立轉(zhuǎn)式開啟橋，也就是使橋臂從水平位置旋轉(zhuǎn)90 °至豎直位置，這就需要控制齒輪的嚙合，保證齒輪的旋轉(zhuǎn)角度，扇形齒輪就可以很好地控制旋轉(zhuǎn)角度，適用于立轉(zhuǎn)式開啟橋中。

圖1中的扇形齒輪機(jī)構(gòu)是由齒輪機(jī)構(gòu)演變而得的一種間歇傳動機(jī)構(gòu)。它主要是將主動輪的連續(xù)轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換為從動輪的間歇運(yùn)動達(dá)到橋臂緩慢開啟的要求。扇形齒輪與直齒輪的傳動是有一定角度的，進(jìn)而實現(xiàn)了橋臂在一定的范圍內(nèi)旋轉(zhuǎn)。扇形齒輪機(jī)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、易于對橋臂的轉(zhuǎn)動進(jìn)行控制等特點(diǎn)。

采用齒輪傳動有以下三點(diǎn)優(yōu)勢：①齒輪傳動與鏈傳動、帶傳動、蝸輪蝸桿傳動相比。帶傳動的傳動比不穩(wěn)定，傳動的中心距大，占據(jù)的空間大，使開啟機(jī)構(gòu)不穩(wěn)定。鏈傳動的精度較低，傳動平穩(wěn)性較差，最重要的鏈傳動會出現(xiàn)掉鏈的現(xiàn)象，這對開啟機(jī)構(gòu)來說有著致命的影響；蝸輪蝸桿的傳動效率低，容易發(fā)熱，縮短了開啟橋的使用壽命。②齒輪傳動硬度較高，在轉(zhuǎn)動過程中能承受較高載荷。③齒輪結(jié)構(gòu)緊湊，能減少使用面積，保證了整個開啟機(jī)構(gòu)的緊湊性。開啟機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖，如圖2所示。

3 小型開啟橋的滑塊控制

滑塊傳動原理，如圖3所示。

滑塊控制，是通過滑塊移動，觀察在導(dǎo)軌上的相對位置，計算出橋面與水平面的相對角度，完成對橋面的有效調(diào)控。

其傳動原理如下：H臂、橋面L和扇形齒輪共同被固定在樞軸I上，扇形齒輪在轉(zhuǎn)動的過程中帶動樞軸I上的橋面和H臂以相同的角速度ω進(jìn)行轉(zhuǎn)動。H臂與K臂、M滑塊槽以及小滑塊共同組成了四桿機(jī)構(gòu)，由于自由度：

F=3n-2p1-ph=3×3-2×4=1

只要H臂發(fā)生轉(zhuǎn)動，滑塊m就會在滑塊槽M內(nèi)平移運(yùn)動。由于角速度ω相同，所以滑塊運(yùn)動的速度V∝ω，便可以得出滑塊m和滑塊槽邊緣的相對距離與橋面L和水平面的轉(zhuǎn)過角度的函數(shù)s=kθr。

將函數(shù)編寫成入C語言并制作出程序，操作員通過計算機(jī)就能得到橋梁精確地角度。并在需要停止橋面轉(zhuǎn)動時提前做出操作，完成橋梁的停止?；瑝K控制系統(tǒng)，如圖4所示。

本控制系統(tǒng)是對其他不同控制基礎(chǔ)的創(chuàng)新。相比普通的控制系統(tǒng)，有以下優(yōu)點(diǎn)：

①采用最簡單的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，設(shè)計制作方便，傳動原理簡潔，傳動效率高，最重要的是傳動平穩(wěn)，振動速度極低。②滑塊控制與扇形齒輪形成雙保險，防止了開啟橋轉(zhuǎn)動角度過大超出控制，減少安全隱患。③便于編程，通過程序控制橋梁轉(zhuǎn)動角度，完成開啟橋旋轉(zhuǎn)的開啟和關(guān)閉，實現(xiàn)了自動化、智能化控制。

4 結(jié) 語

本作品設(shè)計的開啟橋?qū)儆诹⑥D(zhuǎn)式的開啟橋，開啟裝置通過齒輪傳動減速裝置和滑塊控制等一系列傳動共同組合而成。在傳動過程中，齒輪傳動成為整個開啟裝置傳動的核心內(nèi)容，通過直齒圓柱齒輪與扇形齒輪的嚙合，使得橋臂旋轉(zhuǎn)，達(dá)到了開啟的目的。減速裝置是通過蝸輪蝸桿傳動達(dá)到減速的目的。蝸輪蝸桿傳動優(yōu)于齒輪傳動，可以實現(xiàn)很大的傳動比，使橋臂旋轉(zhuǎn)速度較低，更為平穩(wěn)?；瑝K控制采用曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，在樞軸的旋轉(zhuǎn)下帶動滑塊進(jìn)行直線運(yùn)動，觀察滑塊與滑塊槽的相對位置來控制開啟橋的開啟與關(guān)閉。

本開啟橋裝置應(yīng)用廣泛，適合安全性要求較高的地區(qū)，如有較高的抗震設(shè)防要求時，本設(shè)計適用，在對通航凈空要求較高的河道，如經(jīng)常出現(xiàn)游艇等高聳型船只時，本設(shè)計的適用性也較強(qiáng)，三是本設(shè)計的低成本和易維修性，增強(qiáng)了推廣競爭力。

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