关于挖掘机扶手箱的安全设计

居宵宵++陆洪光++刘忆++耿广跃

摘 要：随着技术的不断进步，各种自动化挖掘机械层出不穷，但挖掘机的安全性能发展跟不上自动化发展的脚步，故需要提升安全性能。本次主要是通过对挖掘机内部扶手箱结构进行改善，加强对挖掘机扶手箱控制导杆功效的利用以及各个元件的协调使用来实现目的。

关键词：挖掘机扶手箱；控制导杆；重量传感器；蜂鸣器；安全

中图分类号：TB472 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）14-0047-01

1 引言

随着经济和技术的发展，制造业的挑战逐步加强。制造业发展的太快，关于使用安全的加强跟不上制造业发展的步伐，再者重效率轻安全的制造厂家越来越多，不少制造商为了产量，完全忽略了对安全的考虑，所以加强安全方面的设计迫在眉睫。

2 产品设计的目的

发生事故的原因主要包括以下几个方面：停车未稳定的时候就开始工作，造成挖掘机侧翻等一系列因为驾驶不恰当产生的事故；未经过专业培训驾驶；停车后，驾驶员离开座位时触动手柄发生的事故；离开驾驶室时，没能拉下控制导杆引起的安全事故等。故关于挖掘机本身所带的弊端应该及时解决，改善挖掘机内部的构件必不可少。

3 扶手箱的构成

扶手箱是一种放在座椅旁边的配件。扶手箱主要包括上箱体和下箱体，车上的点火开关、控创开关、娱乐系统、空调面板都装在扶手箱上，操纵挖机回转、挖掘，装卸的先导手柄也装在扶手箱的上方，同时在扶手箱的侧底方还有一个控制导杆。

4 扶手箱的设计

首先，在挖掘机的坐垫下安装一个重量传感器，利用人体本身的重力和重量传感器的压电效应，将人体的重量转化为电信号。还要考虑加个储能设备，把传感器产生的电信号储备起来充当一个临时电源，当人离开时，相当于电源断电，此时储能原件相当于电源开始工作，但一般接入的电源的电压不稳定，故需要进行整流、滤波和稳压环节将电压变成所需要的形式，然后借助于无线发射模块来改变电信号的电平。电信号经过无线发射模块来将高电平改为低电平接到蜂鸣器的接收端，此时蜂鸣器就会发出声音。在这里把控制导杆等同成一个电源开关，当控制导杆拉下去时电路是接通的；当控制导杆拉上去的时电路是断开的，蜂鸣器停止工作。

5 系统的内部构建

5.1 重量传感器

5.1.1 重量传感器的选择

重量传感器的选择首先要考虑的是实际使用环境，由于人的重量不是特别大，不需要选择较大量程的传感器；在准确度方面的选择，利用重量传感器的压电效应来获取电信号，只要获取的电信号即可，故对于准确度要求不高。结合以上条件选择Brosa两头用螺栓连接的重量传感器，内选应变片为电阻式金属应变片，该类型的重量传感器可承受轴向力，且安装简单可适用于不同的安装结构。

5.1.2 重量传感器的工作原理

重量传感器是一种将重量信号转变为电信号的输出装置。将应变片接在弹性体上形成一个惠斯登电桥，当传感器受到外力的作用下，电阻丝就会随着弹性体的变形而变形，其电阻值也会发生变化，即传感器就会工作；当存在负荷时，弹性元件受到载荷，应变片随之产生与载荷成比例的应变，输出与重量成比例的电信号，放大器中的放大电路将信号放大，进而形成输出电压。

5.2 蜂鸣器

5.2.1 蜂鸣器的选择

蜂鸣器可分为两类：有源蜂鸣器和无源蜂鸣器。

有源蜂鸣器内部带有振荡电路，只要有电源的接入就可发出声音，且发出声音的频率固定；无源蜂鸣器内部没有震荡源，直接接入电流是无法发出声音的，需要外部用方波驱动才会发出声响。

5.2.2 蜂鸣器的原理

无源电磁式蜂鸣器由振荡器、电磁线圈、电磁铁，振动膜片和外壳等组成。当接入电源时，振荡器产生的电流通过电磁线圈，在电磁线圈周围会产生磁场，是电磁铁和电磁线圈相互作用从而使振动膜振动，实现周期发声的目的。

5.3 控制导杆机构

5.3.1 导杆的选择

导杆的选择类型有很多，有曲柄连杆机构，摆动滑杆机构，移动导杆机构和转动导杆机构等。挖掘机扶手箱控制导杆的使用在于利用导杆的作用来实现挖掘机扶手箱内部操作手柄的锁死状态，锁死机构是利用其内部销在不同位置的链接来实现的。鉴于所需的转动角度并不太大，对于转动精度的要求也不是太高，故选用转动导杆机构。

5.3.2 导杆的工作过程

人体将力矩传给传动力臂，同时滑块受到力矩的作用会发生相对的滑动，当受到力矩的作用时锁死机构就可实现自动锁死；在滑块上装上滑动开关，充当整个电路的开关作用。在导杆处于落下状态时，电路因为二极管的单向导电作用并没有接通而开关处于接通的状态，滑块与销之间的连接不紧密，操纵导杆可自由移动；在人体离开座椅时，电路中的储电装置充当电源放电，电路导通，蜂鸣器發生，这是拉上控制导杆，实现锁死和断电的意图。

6 结语

总体看来扶手箱的安全设计是一项复杂的而又细致的工作，因为扶手箱是挖掘机中的重要部分，所以设计时要充分考虑到所有细节，还需要考虑到驾驶员在使用时的舒适度程度，同时还要扶手箱与驾驶室的协调性；最重要的是扶手箱承担了挖掘机的大部分功能，故在利用扶手箱中的控制导杆来实现对安全性能要求提高的过程中要仔细考虑各个方面的协调作用，选用性能参数较好、使用寿命较长的元器件，在日后的维修、保养中较为方便装拆。