專利名稱：自動鐵道道口檔的制作方法
現(xiàn)在我國的鐵道和公路交叉道口仍采用人工控制檔桿的安全裝置，由于道口看守員的疏忽造成的車禍時有發(fā)生。為此，本發(fā)明人發(fā)明了一種聲電變換的自動鐵道道口檔，以期實(shí)現(xiàn)道口管理的自動化，增大鐵道公路道口的安全系數(shù)。主要是用在偏辟的地方，在市區(qū)還是用人工控制比較保險。
本發(fā)明的目的是通過如下技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)的。本發(fā)明的自動鐵道道口檔包括-聲電變換裝置-由上述聲電變換器控制的彈簧、-磁放大器及-支承活動架構(gòu)成。
按規(guī)定，列車經(jīng)過路口前600m處時，必須嗚笛，嗚笛的頻率為500HZ，聲強(qiáng)為10-2W/m2，聲強(qiáng)級為100分貝，聲速為331m/S，火車速度為Vt＝20m/S，聲速Vs和火車速度Vt同向。聲電變換器接到這一音頻信號后，產(chǎn)生正弦波電流，形成磁場，用彈簧固定的鐵件在被經(jīng)放大后的磁場吸住，從而使檔桿落下?；疖囻傔^，嗚笛聲消失，磁場也隨之消退，檔桿重新豎起。
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作更詳細(xì)的敘述。


圖1為本發(fā)明的道口檔中聲電變換裝置的附圖。
A、聲電變換裝置
1、壓電晶體材料選用鈮酸鋰LiNbO3，聲表面波速度VR＝3485m/S，機(jī)電耦合系數(shù)k2＝4.3%、電極對數(shù)N＝4，叉指換能器的聲學(xué)帶寬＝ 1/4 、傳播損失0.31dB/cm。
2、取火車速度Vt＝20m/S，嗚笛頻率V＝500HZ、聲強(qiáng)I＝10-2W/m2，聲強(qiáng)級＝100dB，在靜止空氣介質(zhì)中的聲速V′s＝331m/S，道口寬＝2.5m，在火車頭駛?cè)氲揽谥?0S600m時，落桿完畢。聲源以速度Vs＝331+20＝351m/S向著道口運(yùn)動，單位時間內(nèi)聲源發(fā)出的波的數(shù)目V，原來分布在距離V內(nèi)，此時將分布在距離V-Vs內(nèi)，所以波長變?yōu)槿搿洌?V-Vs)/Vo但聲速只與介質(zhì)有關(guān)，所以這時道口現(xiàn)受到的聲波頻率為V′＝V (V)/(V-Vs) ＝500HZ 600/(600-351) m/S≈1204.8HZ，V′＝Vs/入′入′＝351m1S/1204.8HZ＝0.29/m介電常數(shù)38.53、叉指換能器材料Al指寬a＝指間隔b.a＝b＝入/4＝VR/4F，LiNbO3的VR＝3485m/S，F(xiàn)＝0.4846×109HZ，則a＝b＝VR/4F＝3485m/S/4×0.4846×109HZ＝1.8um，k2＝△V/VR△V＝VR·K2＝3485m/s×〔(4.3)%]2＝6.4438m/s，VR在金屬膜表面的傳播速度VRo＝VR+△V＝3491.44m/SI＝ 1/2 PVsA2W2I＝10-3.5W/m2，聲強(qiáng)級85dB，V＝1204.8HZ，W＝2πV＝7566，P＝1.293kg/m2則A2＝2I/PVsW2＝2×10-3.5W/m2/1.293kg/m3·35/m/s×75662A2＝2×10-3.5/1.293×351×572×105＝2×10-8.5/259598＝2×10-8×110]]>/259598，A2＝10-8×2×0.316/259598＝24×10-15＝10-14×2.4 A＝10-7×1.549m＝10-6×0.1549m＝0.1549um中心頻率F＝484HZ輸出電信號頻率＝484HZ，輸入聲頻率＝1205HZ，重復(fù)頻率Fo脈沖寬度和間隔相等，均為To，則Fo= 1/(2To) = 1/(2×1.8um×10-4) =2780HZ指長＝脈沖幅度，脈沖寬度＝指寬1.8um，因?yàn)槁暡ㄊ菣C(jī)械波的一種，根據(jù)簡諧波惱穸匠蘕＝Acoiwt＝Acoi2πVt V＝1205HZ X＝1.8×8＝14.4um則1.8×8um＝Acoi2π×1205×5把2π×1205×5換算為度數(shù)則θ＝2π×1205×5/360°＝105.1°θ在第Ⅱ象限＝180°-105.1°＝74.9°COi2π×1205×5＝COi74.9°＝0.2588 A＝1.8×8um/0.2588＝55.6um，脈沖幅度A＝55.6um＝指長W，因指長偏長為宜則W＝59um-為指長重迭長度t＝5S因?yàn)槁錀U提前量為70S、600m Vs＝351mls 351×5＝1755m》600m 5《70 Vt＝20m/S 20×5＝100m《600m則定t＝5S電極對數(shù)N＝4因?yàn)椴牧鲜荓iNbO34、根據(jù)聲電相互作用原理制作的聲表面波卷積/相關(guān)器氣隙式聲表面波卷積/相關(guān)器原理如圖1所示基片兩端各有一個叉指換能器，它們分別輸入?yún)⒖夹盘枺氨惶幚硇盘?，中間區(qū)域稱為互作用區(qū)，兩端輸入的聲波在中間相遇并互相迭加。在互作用區(qū)的上方有一塊n型硅片，它離基片極近，人們使用一種特殊手段保證硅片既不與基片接觸，又保持僅萬分之一mm左右的間隙，間隙間充滿空氣。這樣小的空氣隙保證基片表面聲波引起的電場對硅片內(nèi)的載流子有盡可能大的互作用。硅片頂部涂有金屬膜形成輸出電極，以便將互相作用產(chǎn)生的信號(卷積或相關(guān))輸出當(dāng)兩個聲波信號同時輸入叉指換能器時，產(chǎn)生了兩個同時向基片互作用區(qū)傳播的電波。兩電波信號的迭加結(jié)果作用于硅片內(nèi)的載流子，由硅片上電極輸出的信號正是兩電波迭加的反映，這個信號即卷積信號基片材料為LiNbO3，矩形面積為25mm×250mm，在基片兩端必須涂以吸聲材料，如質(zhì)地較軟的高分子材料橡膠、樹酯類材料。聲表面波通過這種材料時，如同汽車駛進(jìn)泥塘一樣，能量幾乎全部被吸聲材料所吸收，從而達(dá)到防止邊緣反射的目的。
頂部涂的金屬膜材料為Al5、聲變電Isdt＝nes6Vsen單位體積的電子數(shù)，e電量、Sc面積，R＝0.1mm Vse＝2πRc/T＝2πRV＝2π×0.1×10-3m×484HZ＝303.952mm/sVse＝303.952×10-3m/s，e＝1.6×10-19庫Sc＝πR2＝π×0.12×10-6m2＝3.14×10-8m2。n因?yàn)閷?dǎo)線材料為紫銅cu、原子量63.546g，核外電子數(shù)29，密度8.9g/cm3＝8.9×106g/m31m3×8.9×106g/m3＝8.9×106g 8.9×106g/63.546g原子量＝0.14×106個摩爾原子，0.14×106×6.022×1023個原子＝0.84308×1029個原子29個電子×0.84308×1029＝24.44932×1029個電子-1m3cu所含電子1mm3cu所含電子＝24.44932×1020個電子，Is＝nescVse＝24.44932個×1029×1.6×10-19庫×3.14×10-8m2×303.952×10-3m/s Is＝37.33545263×102安電流密度Z＝ (dI)/(dS) ＝37.335×102安/3.14×10-8m2＝11.89027×1010安/m2B＝2πmV/g me＝9.1×10-31kg q＝1.6×10-19庫B＝2π×9.1×10-31kg×484HZ/1.6×10-19庫＝17287.27×10-12特斯拉Fmax＝qV×Bsinθ θ＝90°Fmax＝1.6×10-19庫×303.952×10-3m/s×17287.27×10-12特斯拉 Fmax＝8407200.465×10-34N＝840.72×10-30NS→Ise→Fmax
B圖2A為本發(fā)明的道口檔的鋁桿。由主視圖和俯視圖組成、壁厚為1mm，開口處必須為28mm，2-φ12。厚≮3mm，2-φ16≮16mm圖2B是在離端點(diǎn)1m處裝上一根0.1m長的彈簧。
圖2C或彈簧一端焊上一塊很薄的扁鐵，有利于磁力吸引?？偟拈L度≯0.1m桿間斷涂上紅、白兩色。白天紅色鮮明，晚上白色顯明L＝3.5m，材料Al，比重＝2.7g/cm3＝2.7×10-3g/mm3不會銹，截面如圖2，S＝30×1+2×29×1＝88mm2V＝88mm2×3.5×103mm＝308×103mm3孔φ10，孔的面積＝π×62＝113.04mm2，體積＝113.04×1×2＝226.08mm3，凸起臺階的體積＝π(82-62)×2×2＝351.68mm3351.68mm3-226.08mm3＝125.6mm3125.6×2.7×10-3＝339.12×10-3g mAl＝308×103mm3×2.7g×10-3/mm3+339.12×10-3g＝831.6+0.3＝832g桿的質(zhì)量mAl＝832g 832/3.5＝237.7g/m
C圖3為本發(fā)明的與鋁桿連接的裝置的示意圖落桿過程圖∑m(0)＝0FX+mg×0.5-m2g×1.25＝0
定X＝100mm＝0.1mF↑＝6.11483N·m/0.1m＝61.1483N落桿完畢時，F(xiàn)就沒有了，因?yàn)楸淮帕ξ^去∑M(O1)＝0 m1g×1×0.5-m2g×2.5×1.25+FY2×2.5＝0EY2＝〔237.7×10-3×9.8×2.5×1.25-237.7×10-3×9.8×1×0.5〕/2.5＝〔7279.5625-1164.73〕×10-3/2.5＝6114.8325×10-3/2.5FY2＝2445.933×10-3＝2.446NFY1＝(m1++m2)g-2.446N＝5.7076N銷子上承受的剪力＝8.1536N，材料45＃τmax＝ 4/3 (Q)/(qτR2) ＝ 4/3 (8.1536N)/(τ×52×10-6m2) ＝0.13849443×106N/m2τmax＝0.13849443N/mm2τ＝ (8.1536N)/(τ×52×10-6m2) ＝0.1038675×106N/m2D彈簧1、選NⅣ型園柱形扭轉(zhuǎn)彈簧
2、材料50CrVA類別
〔τ〕＝580N/mm2、許用彎曲應(yīng)力〔6〕b＝720N/mm2。剪切彈性模數(shù)G＝80000N/mm2拉壓彈性模數(shù)E＝200000N/mm2，推薦硬度45-50HRC。此種材料是耐疲勞和抗沖擊性能良好的彈簧鋼3、選擇C＝8，算出k1＝ (4c-1)/(4c-4) ＝ (32-1)/(32-4) ＝1.107 C＝D2/d，先選d＝1.5mm，D2＝8×1.5＝12mm T＝Fmax·D2/2＝61.1483×12/2＝366.8898N·mm
d′≥1.76mm園整d＝1.8mmD2＝Cd＝8×1.8＝14.4mm、D1＝D2-d＝14.4-1.8＝12.6mm D＝D2+d＝14.4+1.8＝16.2mm，彈簧指數(shù)C ，各圈之間的間隙φ1＝0.5mm、T＝61.1 483×14.4/2＝440.27N·mm、扭度φ＝90°。扭轉(zhuǎn)剛度kT＝T/φ°＝440.27N·mm/90°＝4.892，扭轉(zhuǎn)彈簧圈數(shù)n＝ (EIφ°)/(180TD2) ，E＝2×105N/mm2I＝πd4/64＝π×1.84/64＝π0.164mm4φ°＝90° T＝440.27N·mm D2＝14.4mm代入n＝ (2×105N/mm2×π0.164mm4×90°)/(180×440.27N·mm×14.4mm) ＝8.12
9圈-有效圈數(shù)旋向右，α為彈簧的螺旋升角α＝5°-9°故COiα
1彈簧絲長度l＝ (πD2n)/(CO2α) +Lh＝ (π×14.4mm×9)/1 +Lh＝406.9mm+Lh扭轉(zhuǎn)彈簧的軸向長度Ho＝n(d+]]>o)+HhHo＝9(1.8+0.5)+Hh＝20.7+Hh定扭轉(zhuǎn)彈簧的軸向長度＝2Ho＝41mm，圈數(shù)＝2n＝18圈。每端死圈＝1.75。用25×25×3＝1875mm3。A3比重7.8g/cm3，重14.6g的熟鐵塊固定在彈簧上，或用4.8H，的軸向長度的彈簧n↑T↓E.磁放大器
1、即計(jì)算線圈繞組的尺寸，線的直徑0.1mmCu，因?yàn)橛陕暋姟帕h(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。設(shè)計(jì)一個線圈繞組，達(dá)到磁放大的目的，由FmaxAl＝61.1483N開始逆運(yùn)算。
2、經(jīng)磁放大的B≥ (FmaxAl)/(gv) ＝ (61.1483N)/(1.610-19×303.952m/s) ＝12.57×1017特斯拉 3、根據(jù)長直螺線管兩端附近的磁感強(qiáng)度B＝ 1/2 uonIn＝2B/uoI＝2×12.57×1017特/4π×10-7N/安2×37.33545×102安n＝0.0000536×1025＝536×1018圈。長直載流螺線管內(nèi)中P B＝uonI n＝B/uoI＝12.57×1017特/4π×10-7N/安2×37.33545×102安n＝268×1018圈4、空心載流環(huán)形螺線管內(nèi)的磁場根據(jù)安培環(huán)路定律∮lB·dl＝B·2πR＝uoNIR＝ (uoNI)/(2πB) ＝ (4π×10-7N/安2×268×1018×37.33545×102安)/(2π×12.57×1017特) ＝1592028.7×10-7m R＝0.159m＝159mmF圖3是一根軸穿過鋁桿的2-φ12孔，與孔內(nèi)的銅襯套2-φ10有活動配合;銅襯套與φ12孔是過渡配合;再用油氈圈或軸承裝上去，(平面軸承)，目的是保證鋁桿在軸上能自由轉(zhuǎn)動。而兩端面沒有
損;再裝上墊片，用螺帽壓緊，使鋁桿不發(fā)生串動;在軸與孔，平面軸承，油氈圈上必須定期加潤滑油。-支承活動架與已有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)或積極效果1、在偏辟的地方實(shí)行現(xiàn)代化2、減少交通事故、安全3、聲、電、彈自動控制4、不用外加電源5、節(jié)約人員
權(quán)利要求
1.一種鐵道公路交叉道口自動道口檔，由檔桿、彈簧及聲電變換裝置組成，其特征在于聲電變換裝置包括叉指換能器、聲表面波卷積/相關(guān)器。
2.如權(quán)利要求1中所述的道口檔，其特征在于鋁桿與彈簧裝置及其與聲電變換裝置以下述方法連接，
彈簧和鋁桿連結(jié)在一起。
3.火車在離道口600m處，必須嗚笛，最好在距600m處有個嗚笛標(biāo)記。
4.火車嗚笛的頻率必須是500HZ
5.火車的速度必須Vt＝20m/s
6.在嗚笛后5s內(nèi)必須落桿完畢
7.必須定期檢查各部件
8.定期潤滑
全文摘要
利用火車嗚笛的頻率。速度，經(jīng)聲電變換裝置，計(jì)算出電流，產(chǎn)生磁場力、經(jīng)過放大；把彈簧吸引過來，從而使桿落下，火車駛過，聲音沒有了、電流、磁場力也就消失了，彈簧回彈，從而使桿豎起，利用聲電變換裝置挖制，在偏辟的地方起到自動擋道的作用，可以減少交通事故，確保安全。
文檔編號B61L29/22GK1034338SQ8810024
公開日1989年8月2日 申請日期1988年1月18日 優(yōu)先權(quán)日1988年1月18日
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