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从零讲:机器-人-机构设计之精简化设计

转载 2015-07-29 21:46:55
标签: 皮筋车 机构设计 机器人 教育 精简化设计

东起青海格尔木,西至西藏拉萨的青藏铁路,从格尔木开始海拔逐渐升高。在海拔4000米以上的高原地带,铁路路基下是长年不融化的永久冻土层,每到夏季,因地面温度升高,导致路基表层土质松软,给火车的安全运行带来隐患,冻土问题成为青藏铁路建设中的众多难题之一。为保证青藏铁路路基的稳固度,以精简化设计了一种“热管”来进行地基冷却,效果奇特而且特别安全。青藏铁路风火山附近,沿着铁路边竖立许多插在地上的“热管”,这些热管的作用是将路基的热量导出来,从而使这个由冻土构成的路基不会融化。本次博文末段还会补述有关热管事宜

从青藏铁路冻土层路基的热管工程,可以认识到精简工程的优点,能用更少的材料做更多的事。如何把精简化设计带到机构设计领域,就是本次博文要谈的主题。这里先回顾前一篇博文【缩放绘图机】所用的比例运动机构,这机构设计在该博文所建的机构动力车中,似乎外侧连杆并没有发挥多大作用,因此需要导入精简化设计,把这根多余的连杆拿掉,再将底部触发连杆改成滑杆就行了,于是就有了上一款机构动力车的改良精简版。

就让精简化设计引领我们,顺着中国高铁的引进消化吸收再创新的心法,共同一起动手操作积木。首先,从零开始思考,新款机构动力车在车轮、平台、动力三方面,由于有着相同平台化的底盘骨架,除了轮子不用重新发明,底盘骨架平台也不用再重新发明,就只剩下动力单方面着眼进行设计,这样就可以快速有效地把精简化设计用在新款车的机构里,这也是机构动力车集团军能够经济有效创新智造的奥秘,当然还要经过多番的尝试与犯错,以下就是创新智造出来具有精简化设计特色的新款机构动力车。

保有改良精简特色处于待命状态的新款机构动力车

上图是运用精简化设计而成的新款机构动力车,原本在中框架上的范围内,是存在着比例运动机构,但这里先把外侧连杆拿掉,再将底部触发连杆改成滑杆,而另一在上头朝车尾多伸长出来的连杆,还是保持不变,是当棘爪连杆之用,而这台车的动力灰色中齿轮是安排在后轮轴上,因此是一台后轮驱动车。由于此时比例运动机构中外侧连杆的末端棘爪卡住了后轮轴上的中齿轮,这样就形成处于待命状态的情况。当我们在车后头碰撞触发连杆,这连杆触发会起得滑杆推送作用,将顶起棘爪连杆,使得棘爪顺势上提起,这就松开了尾端棘爪,实际情况就如下图所示。此时棘爪脱离了后轮轴上灰色中齿轮的齿牙,进而抛开束缚,现在已松动后轮轴上的中齿轮了,说时迟那时快,储能立马转换成为快速运转的动力,只见,机构动力车像一只脱缰之马往前奔驰。

保有改良精简特色已触发启动的新款机构动力车

在茫茫太空中航行的飞行器、人造卫星、太空航天站等等都遇到一个共同的冷热难题、就是航天器面向太阳受到太阳直接照射的一侧呈高温状态,而背向太阳的那一侧温度很低.由于太空里几乎没有空气,不可能通过空气来调节温度,因此,飞行器两侧的温差很严重。为了消除宇航器在太空温差过大的危险,科学家经过长时间研究,于是发明了一种神奇的“热管”换热器.通过热管,可以连续不断地把面向太阳一侧机身的热能,迅速引到背向太阳一侧的机身,使航天器两侧的温差不要影响机件运作由此可见, 青藏铁路冻土层路基所用的热管,是来自航天工业的设计与制造就不足为怪。航天工业的设计方案是,采用7米长的碳素无缝钢管,在里面灌装液态氨,让它成为自动传导冷热温度的“空调器”。在地下埋入5米,路基两旁地面露出两米。通过液态氨,将地下冻土层的“冷气”带到地表土层,让它保持冷冻状态不松软;通过露出地面管径外表的“翅片”,把蕴含在地表土层中的热量散发到空气中。一根长长的管子,就是一个保持低温的“空调器”,让路基永远保持冷冻状态。热管分两种,一种带芯,可以双向导热另外一种是不带芯的,又叫重力式热管,液体从下部吸热蒸发,后到上部气体液化释放热量,然后液体在重力作用下流下来下部,以便再蒸发。这种热管只能单向导热,即从下部向上部传热。青藏铁路用的就是这种热管。它本身是双向导热热管精简化设计版本,同时也是解决青藏铁路冻土层路基问题的精简化设计工程。青藏铁路的热管实际上只有在冬天地温高于气温的情况下才会起作用,到了春天以后,气温高于地温,由于热管单向导热特性这时就不会再导热了,不把高气温温度回流到地底,因此也就不会让冻土融化变软。

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