基于杠杆原理的轮式井盖开启装置设计研究

邱雨

摘 要：因为井盖较为沉重，人工开启既耗时又费力，还存在较大的安全隐患，容易发生安全事故，本文主要论述了基于杠杆原理的轮式井盖开启装置设计，以杠杆原理作为基本原理，突破一系列技术难题，在杠杆和吸盘的共同作用下，可以不费力气的打开井盖，还可提高安全系数。

关键词：杠杆原理;轮式井盖;开启装置

引言：通过轮式井盖开启装置可以大幅度降低人力损耗，在井盖起吊后，始终和地面保持脱离接触，无需搭配额外的运转设备就可以实现井盖的转运，要制定严谨的设计流程，先要明确任务，制作出任务书，然后对各重要的性能参数进行测量，最后进行试验鉴定与修改定型。

一、技术背景

由于城镇化的不断推进，地下电缆已取代架固线，应为电缆建设专用铺设通道，每隔一段距离便设置一个电缆井。电缆运检专业的主要工作包括电缆线路敷设、电缆通道运维、停电检修等方面内容，在开展每项工作之前，都应做好现场勘查工作，这便需要打开电缆检查井，仔细检查实际运行情况，若要开启多个电缆井盖，工作量非常大[1]。

目前，承重型电力井盖重量普遍偏大，需要借助人力方能开启，因为尺寸原因，开启工具不适合全部类型的井盖。只拉开井盖一项工作，就会消耗工作人员大量的体力，无法更好完成后续的勘察任务，现有起吊设备存在着许多缺點，比如，吊具设置不科学，吊具不能与各种规格的起吊孔相吻合，若吊孔形状出现改变后，会发生吊具和起吊孔不符的现象。

机械领域的传动通常分为皮带传动、链条传动、齿轮传动等几种，每种传动方法有其特点，适合用在各种环境中，但存在着共同的弊端是传动效率低，耗费了大量能源。

二、杠杆原理的轮式井盖开启装置设计

为弥补现有技术的不足之处，研发出基于杠杆原理的轮式井盖开启设备，帮助开启电缆井盖，降低人力损耗，轮式井盖开启装置含有第一杆件与第二杆件，两者间的夹角是钝角，在第一杆件和第二杆件的连接位置设置安装位置，其中含有转轴，转轴两端设有滑轮，第一杆件和井盖相连，第二杆件被用作传递外部力矩，远离第二杆件的端头设有通孔，让通孔的轴线和中心轴线处在相同平面上。

通孔中含有螺杆，螺杆底端穿过第一杆件后要和卡扣相连，螺杆顶端设有螺母，可以延伸到井盖的开启孔当中，卡扣可以在进入开启孔后能够制约螺杆的垂直向上运动，底板和螺杆呈垂直桩，其两侧的上表面放置安全座，和外伸板转动相连，可以在转动时改变螺杆和外伸板间的夹角，保持夹角在0至90度范围之内，转轴的两侧设有轴承，可实现和滚轮的转动相连，第二杆件的远端装有握柄，并且夹角是钝角。

第一杆件的长度小于第二杆件，各部分的中心轴线处在相同平面内，第一杆件的中心轴线和转轴的中心轴线互相垂直，要让卡扣、螺母、螺杆相互配合，将螺母拧紧后，井盖、卡扣、第一杆件可以互相顶紧，井盖所处平面要和第一杆件的中心轴线保持平行，有利于第一杆件向第二杆件传递力矩，降低力矩损失，让滚轮结构和轴承相互配合，可以在拉动第二杆件过程中，进行滚动摩擦，减小阻力，转动外伸板能够控制卡扣的展开和回缩，回缩后会占用较小的空间，展开后会占用较大的空间，有利于卡扣穿过各种规格的进气孔，还能够对螺杆进行固定。

杠杆传动装置中包含传动杆、输入连轴块、输出连轴块，传动杆上装有支点孔，传动杆的两端设有连轴块，连轴块上方设有轴孔，借助螺母、轴承、垫片更好的固定在传动杆上，利用杠杆原理可充分发挥出力的作用，通过最小的力，发挥出最大的效果，大幅度提升传动效率，同时，结构简单，适合用在各种机械传动当中[2]。

杠杆传动装置的特点在于使用螺母、垫片将输出连轴块固定在轴承孔的轴承当中，输出传动块固定在传动杆上的轴承上面，输入连轴块上设有轴承孔，其中包括轴承，输入传动块上的固定轴套在输入连轴块的轴承里面。让输入连轴块同动力机输出轴相连接，让动力经过输入传动块或传动套杆传递至传动杆，传动杆另一端输出传动块输出值连轴块，最后通过动力轴将动力传出。

曲轮飞轮杠杆连杆结构的动力传输装置属于机械动力领域，曲轴箱中有曲轴孔，曲轴和曲轴孔相连接，飞轮杠杆和主轴颈相连，连杆和轴颈转动相连，旋转运动经过曲轴连杆变成上下运动，经过飞轮杠杆变成旋转运动，根据杠杆原理将飞轮与杠杆共同组成飞轮杠杆，实现增力提速的目的，可被大量使用在机械、发电机等领域，节省了大量的能源，服务于社会。

曲轴飞轮杠杆动力传输装置包括曲轴、飞轮杠杆、连杆、曲轴箱等部分，曲轴一端设有前端轴，其同主轴颈形成一个整体，主轴颈中设有凹槽，曲轴臂的中心部位和主轴颈的一端热套连接，平衡块也是一个重要部分，平衡块中拥有圆角，连杆轴颈地方设有油孔与油道，连杆轴颈在主轴颈的底端，所有部件的轴心线都处在相同平面上，将曲轴臂和连杆轴颈相连，将螺丝杆同动力输出端铸成整体，动力输出端与后端轴形成整体，后端轴另一端与曲轴臂中心部位热套相连，曲轴箱中拥有曲轴箱方块，将曲轴箱形状设置成长方体，方块正面两端边缘设有螺丝孔，正面相同水平线设计出轴承孔，大头飞轮和双层小头的间距为最佳孔心间距，正面两端边缘设有固定耳扣，耳扣一端和曲轴箱方块固定好，曲轴箱两侧切面设置螺丝孔，前端轴连接上轴承，后端轴分别同轴承孔转动连接，主轴颈连接套筒的设置长度和主轴颈连接段的长度相同，主轴颈连接套筒内环直径超过主轴颈连接端直径，连杆组合结构能够设置一组到多组组合结构。

三、实施方法

如图1所示，是基于杠杆原理的轮式井盖开启装置，如图2，是卡扣1的结构放大图，杆件2和杆件6之间呈钝角，杆件2和杆件6间的连接位置存在安装孔，转轴8穿过孔中，并在两端有滚轮5。

杆件2需要和井盖相连，杆件6可传递力矩，螺杆4穿过通孔，其底端可卡扣1固定好，卡扣1主要包括底板101、安装座102、外伸板103，转轴8的两端设有轴承，借助滚轮5与轴承转动连接，为有利于转轴和滚轮的安装，杆件2要适当增加宽度，构成安装板9，在其他实施方法中，第一杆件与第二杆件的截面面积都保持不变，无需设置安装板结构。

卡扣1可选择长方形板，井盖开孔的尺寸和长方形板一致，插入井盖开口后，旋转长方形板，可让螺杆4上移时，井盖也随之上移。在一些实施措施中，技术人员能够任意设置卡扣1的结构形式，杆件2为全部杠杆中短的那根，其作用是翘起井盖，杆件6是全部杠杆中长的那根，起到传递力矩的作用，握柄7是工作人员抓握的地方，能够进行下压与后拉操作，有助于井盖的开启与移动，杆件2和螺母4靠螺母3相连接，确保杆件2在抬起的同时，螺杆4同时抬起，达到开启井盖的目的，滑轮5被当成杠杆的指点，在井盖被打开后，拉离原本位置。第一杆件2的中心线和转轴8的中心线相垂直[3]。

在使用设备过程中，卡扣1和井盖开口固定好，再上移螺杆4，井盖便同步上移，让螺杆4要穿过杆件2的通孔，借助旋紧螺母3让卡扣压紧井盖的下表面，杆件2紧贴井盖下表面。向握柄7施压，翘起井盖，向后拉动握柄7，带动杆件2，杆件6朝着远离井口的方向进行水平移动，井盖便被顺利拖动。

结论：使用这种轮式井盖开启装置，很大程度上提升了开启电缆井盖的效率，防止人力开启过程中，发生安全事故，为故障抢修、日常运维提供了方便，缩短了停电时间，减低了供电损失，提高了直接经济效益。

参考文献：

[1]边疆，戴松贵.纵移开启桥架螺杆试验装置设计与试验研究[J].中国工程机械学报，2020，18（06）：521-524.

[2]姚鑫.自动人行道机舱盖板开启与支撑装置的设计与开发[J].科技经济市场，2020（06）：21-23.

[3]符玄，符原菁.一种运用杠杆原理自动限制车辆运载重量的方法[J].中国公路，2021（09）：83-85.