CN1263585C - 用于平衡力的高性能装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于平衡力的装置，其包括一关节机构(10)，该关节机构是由一近端臂(12)和一远端臂(14)构成的，近端臂(12)由一支撑件支持着，并铰支到一第一铰链销(20)上，远端臂(14)安装在近端臂上，并铰支在一第二铰链销(24)上，第二铰接销的延伸方向平行于第一铰接销，远端臂具有一自由端(26)，该自由端上支撑着一个载荷(F)。装置包括一第一高通带平衡装置(18)，其具有一第一输出轴(20)，第一平衡装置作用在近端臂上，并包括一第二高通带平衡装置(18)，其具有一第二输出轴(22)，并作用在远端臂(14)上，还包括一高通带协调装置，其间置在第一平衡装置与第二平衡装置之间，用于协调近端臂与远端臂各自的转动运动。

Description

用于平衡力的高性能装置

技术领域

[01]本发明涉及一种用于平衡力的装置，其能沿一给定的轨迹引导一载荷，其中的轨迹尤其为直线轨迹。

背景技术

[02]这种类型的平衡装置在现有技术中是存在的，其包括一关节机构，该关节机构是由一近端臂和一远端臂构成的，其中的近端臂由一支撑件支持着，并铰支到一第一铰链销上，远端臂安装在近端臂上，并铰支在一第二铰链销上，该第二铰链销的延伸方向平行于第一铰链销，远端臂具有一自由端，该自由端上支撑着一个载荷。

[03]这种具有两关节臂的平衡装置具有很多应用，尤其是在搬运装置、运输装置等的领域。其还被用作导电弓架，尤其是用作铁路电力机车上的导电弓架。

[04]现有技术中已经有了很多种用于平衡该关节结构所支撑载荷的技术方案。

[05]在第一种情况中，存在一种气动方案，其采用一千斤顶来悬挂和/或移动载荷-例如在垂直方向上。

[06]尽管这些方案对于轻载荷具有较为理想的结果，但一旦千斤顶中的空气体积约超过1升，则这些方案就变得难于控制了。原因在于：载荷的缺失将导致回路中各点之间出现压力变化：同时也由于空气的可压缩性。这种类型的气动装置存在响应时间长达约1秒的缺点，该数值对应于很普通的通带值，也就是说，该时间太长了，以致于可被感觉到-尤其是被操作人员察觉到。

[07]现有技术中还存在混合型的方案，在这样的方案中，一套气动系统与一平衡锤相连接。这些方案所能得到的结果与上述的方案相同，但其存在的缺点是：惯性显著增大，且这还会影响载荷的水平运动。

[08]此外，还出现了电气型方案，这样的方案一般采用了具有自动载荷控制的滑轮。这些方案的缺点在一方面体现为：系统复杂(存在系统崩溃的风险性)；在另一方面体现为：需要一称重阶段，在该阶段中，载荷是不受控制的，因而对操作人员而言是有危险性的。这种方案还存在响应时间很长的缺点，在实际操作中，由于其通带很小，其并不能与便利的搬运供应工作相适配。尤其是：如果搬运运动必需要对一个位置进行控制，且该位置未在物理上进行描述，就会出现位置闭环循环的情况。

[09]另外，如在第0003047号法国专利中所公开的那样，现有技术中还存在采用平行四边形的方案，但这种方案一方面的缺点在于：不能实现引导(由于采用了缆绳)、或必需在垂直面内具有精确的轨迹；在另一方面，将与载重相关的所有作用力都集中到平行四边形的某一臂上。第9607556号法国专利中描述的方案采用了一种平行四边形，但并不带有协调装置。因而，无论平衡装置的品质如何，都不能将组件的通带视为自然的。

发明内容

[10]本发明的目的尤其在于克服上述的缺点。

[11]具体来讲，本发明致力于提供一种用于平衡作用力的高性能装置，用于以高的通带引导载荷沿一轨迹运动。

[12]因而，本发明设计了一种用于平衡力的装置，该装置的限定特征首先在于：其包括第一高通带平衡装置，其具有一第一输出轴，第一平衡装置作用在近端臂上；第二高通带平衡装置，其具有一第二输出轴，并作用在远端臂上；以及一高通带协调装置，其间置在第一平衡装置与第二平衡装置之间，用于协调近端臂与远端臂各自的转动运动。

[13]因而，本发明由于采用了第一平衡装置以及与之相互协调的第二平衡装置，使得关节机构的近端臂和远端臂能分别独立地得到平衡。这就能将反作用于平衡系统的惯性减到最小，并能将近端臂和远端臂之间的传动弹性减到最小。

[14]这些平衡装置具有很高的通带-即意味着通带约为100Hz，同时还不会显著地增大摩擦和惯性。

[15]需要指出的是：此处的“通带”表征的是机械系统对瞬态现象作出反应的能力。在实践中，该术语表达的是所述系统在受到动载(在当前情况下，该动载的频率约为100Hz)作用时、其能保持其性能，也可用响应时间来定义该术语：响应时间约为0.01秒。

[16]在本发明的范围内，可采用各种类型的平衡装置-包括在某些情况下采用的机动装置。

[17]在本发明的一优选实施例中，装置包括一平衡器，其能产生正弦形式的机械力矩，并具有两输出轴，这两根输出轴的转动速度是同步的，但转动方向是相反的，且在该装置中，两输出轴分别与近端臂的第一铰链销和远端臂的第二铰链销转动接合。

[18]作为举例，这种类型的平衡器可以是第8802423号法国专利(公开号为2627718)中所描述的那种平衡器。

[19]通常采用此类平衡器的一种公知形式来对作用在动作臂上的力进行平衡，这种形式的平衡器是纯机械的，其中的动作臂上例如被一工具施加了载荷。这样的平衡器能使得对动作臂的平衡非常严格精确，不论其处于任何转角位置位置，且这种平衡器可转动360°，从而使载荷能沿圆形轨迹运动。

[20]这种现有平衡器所带来的优点是：能产生正弦力矩，并具有极好的输出，且具有很高的通带-换言之，用很短的响应时间就能达到机械平衡。

[21]因而，当平衡器的两输出轴分别与近端臂上的铰链销和远端臂上的铰链销可转动地接合时，根据本发明的平衡装置能使关节机构中两动作臂在载荷的一次机动动作过程中就实现运动同步-而不论载荷在两动作臂上是如何分布的。

[22]优选的是：平衡器其中的一输出轴构成了近端臂的铰链销，而另一输出轴则通过传动装置连接到远端臂的铰链销上。

[23]许多种装置可实现上述的目的，尤其是具有至少一个可变形四边形的装置。

[24]根据本发明的另一特征，近端臂和远端臂具有相同的长度。

[25]结果就是：在一定的运动范围内，载荷可沿直线轨迹移动，其中的运动范围对应于每一上述动作臂长度的四倍。

[26]根据本发明的又一个特征，装置包括一附加的机动装置，其是由至少一个致动器构成的，该致动器连接到装置中的至少一个活动部件上。

[27]可用这种类型的机动装置来驱动关节机构，使其从两个位置中的一个位置移动到另一位置，这两个位置包括一工作位置和一储放位置。

[28]优选的是，这些调节装置包括一质量体，该质量体可在近端臂或远端臂上运动。

[29]本发明还提供了一种装置，其包括一附加的机动装置，其由一力传感器进行控制，传感器设置在一个选定的位置上，用于在执行人工移动时协助操作人员、或者用于向给定部件施加恒定的作用力。

[30]在本发明的一优选应用形式中，远端臂的自由端支撑着铁路导电弓架的滑弓，滑弓从接触网的悬垂线引接电能，因而，此处的载荷是由滑弓施加在悬垂线上的作用力产生的。

[31]在应用于铁路导电弓架的情况中，如果装置包括至少一个附件(具体来讲，即一个风翼板)，则将是有利的，当该风翼板被安装到第二输出轴上、或空套在第一输出轴上时，其与第二输出轴可转动地接合，其具有选定的几何形状，并能平行于远端臂地移动，其中，其与远端臂可转动地接合着，该附件被设置在一回转半径上，从而，其在空气中穿行可产生一个力矩，该力矩等于空气流过关节结构(换言之：此处即为导电弓架)所产生的力矩，但与其方向相反，这两个力矩在连接机械中相互抵消。通过这样的方式，就制出了一种对风速不敏感的导电弓架。

[32]如上所示，本发明平衡装置的一种变型形式可包括机动装置。

[33]本发明另一实施例尤其是针对于一种铁路导电弓架，在该实施例中，一伺服控制的机动装置提供了与整个结构在垂直方向上运动所相关的惯性力。利用该装置来防止由滑弓对悬垂线所施加的作用力被这些运动干扰。该伺服控制机动装置将能补偿上述风翼板所产生力矩的不足，甚至在未设置风翼板的情况下弥补力矩的缺失。该机动装置包括一台电动机，其与一蜗杆相连接，蜗杆与一螺帽相配合，该螺帽安装在一曲柄上，曲柄或者与第一输出轴相连接，或者与第二输出轴相连接，伺服控制装置被设计成基于一控制信号来对电动机进行控制，该控制信号是由安装在远端臂自由端上的一力传感器传输来的。

[34]蜗杆最好是一双向可反转的蜗杆，其由电动机通过一减速器、一离合器机构驱动，离合器机构被设置在减速器与蜗杆之间。

[35]由于设置了该减速器，所以就可以采用具有高反向输出的大节距可反转蜗杆。但是，也可以考虑采用蜗杆节距较小、但不设置减速器的方案。

[36]有利的是：伺服控制装置包括一直流转速发电机，其由所述电动机驱动，并能产生一速度信号，一第一运算放大器(速度回路)接收到该速度信号，并产生一第一输出信号，一第二运算放大器(电路回路)接收到第一输出信号，而产生出一第二输出信号，一功率放大器接收到该第二输出信号，而传输出一输出电流，该输出电流被传送给电动机，且从该电动机，将输出电流的图形输送给第二运算放大器，由力传感器产生的控制信号被输送到第二运算放大器(电路回路)的输入端。

[37]有利的是：还可将伺服控制的机动装置用作一套用于执行伸展操作/折收操作的辅助系统。

[38]在远端臂的自由端上支撑着铁路导电弓架的滑弓的情况下，这样的伸展/折收机构尤其具有意义。

[39]优选的是，该机构能接收一个输送给第一运算放大器(速度回路)的控制信号，而将关节机构折收或伸展。因而，该信号的优先级应当高于从力传感器返送给电流回路的信号。

[40]该机构最好还能接收一紧急信号，该紧急信号输送给第一运算放大器(速度回路)，用于在紧急情况下将关节机构折收。该信号的优先级应当高于从力传感器返送给电流回路的信号。

[41]每当滑弓作用在悬垂线上的力消失一段显著的时间之后，速度回路的优先级将胜过电路回路的优先级。

[42]根据本发明另一个特征，伺服控制装置包括校正装置，该装置可在由力传感器输出的控制信号与作用在载荷上的实际力之间执行校正操作，以便于补偿与设置在传感器下游位置处的机械相关的惯性力，在铁路导电弓架的情况下，该机械尤其是指滑弓的质量。这些校正装置包括微分装置，其能对直流转速发电机记录的速度随时间的变化进行微分运算，并将微分值输送给第二运算放大器的输入端。

[43]可设置另外一套辅助驱动系统，其与上述的第一系统截然不同，从而当第一系统损坏时，也能将导电弓架折收。

附图说明

[44]在下文中，将参照附图进行描述，但该描述仅是示例性的，在附图中：

[45]图1表示了根据本发明第一实施例的平衡装置；

[46]图2表示了根据本发明第二实施例的平衡装置；

[47]图3中的侧视图表示了根据本发明第三实施例的平衡装置，该实施例应用在一铁路导电弓架上；

[48]图4是与图3相对应的前视图；

[49]图5表示了根据本发明的机动装置；

[50]图6所示情形类似于图3，图中采用了图5所示的机动装置；以及

[51]图7表示了一种伺服控制回路，该控制回路成为了图5、图6所示机动装置的一部分。

具体实施方式

[52]图1所示的平衡装置包括一关节机构10，该机构是由一近端臂12和远端臂14构成的。近端臂12由一支撑件16支持着，此处，其中的支撑件是由一平衡器18的构架或机体形成的。

[53]平衡器最好是属于在上文提到的第8802423号法国专利中所描述的类型。其包括两输出销或输出轴20、22，这两输出轴是相互平行的，在该实施例中，它们是水平布置的。平衡器能提供正弦形式的力矩，且两输出轴20、22被连接成能作同步的转动，但转动的方向却相反。

[54]输出轴20与近端臂12的铰链销是重合的。远端臂14由近端臂12支撑着，并绕铰链销24铰支着，铰链销24的延伸方向平行于输出轴20。

[55]远端臂14具有一自由端26和一相对端28，其中的自由端能提供一作用力F，相对端28构成了一铰链销。

[56]近端臂12被固定到平衡器18的输出轴20上，因而其与平衡器可转动地接合着。

[57]在平衡器的输出轴22上固定有一个曲柄30，因而，该曲柄也与平衡器可转动地接合着。结果是：近端臂12和曲柄30可在相反的方向上同步转动。

[58]一曲柄32通过轴承(图中未示出)固定到输出轴20上，其中的轴承使得该曲柄可在输出轴20上自由转动。

[59]另外，在曲柄30、32的端部上用轴承(图中未示出)固定了一根联结杆34，轴承使得联结杆34可发生转动，且因此而形成了一个平行四边形，该平行四边形能将曲柄30的作用力传递到曲柄32。

[60]远端臂14通过轴承(图中未示出)固定到近端臂12的端部上，轴承使得远端臂可绕铰链销24没有困难地自由转动。

[61]远端臂14端部26与铰链销24之间的长度为L，该长度等于近端臂12的长度，近端臂的长度定义为铰链销与24之间的距离。

[62]设置了一平行于近端臂12的连杆36，其一侧通过轴承(图中未示出)固定到一曲柄38上，另一侧通过轴承固定到远端臂14的端部28上，这样就形成了一个第二平行四边形，其能将曲柄38的作用力传递到远端臂14。曲柄32、38被固定到输出轴20上，并被安装成可绕该输出轴自由转动，而且这两曲柄可转动地相互接合着，从而形成了夹角A，该夹角可防止出现半弓形支撑(arcs-brutement)现象。

[63]输出轴20、22是在相反方向上同步的，且它们的角度是相互转换的，从而当近端臂12处于水平时，曲柄38也处于水平(具体位于那一水平方向上，取决于连杆36是位于近端臂12的上方还是下方)。结果就是：输出轴20、22转过180°将会使得自由端沿一直线移动一段距离或范围，该距离等于4×L。在该实施例中，其中的直线对应于沿垂直方向延伸的直线轨迹T。

[64]因而，可以理解：由动作臂12、14所形成的各个变角的平分线能保持平行。

[65]由于平衡器18能提供正弦形式的力矩，所以传递到自由端26的作用力F能保持恒定，并始终平行于箭头所指的方向。该作用力等于由平衡器18施加在输出轴20、22上最大力矩(当动作臂12位于水平位置时)之和减去由各个运动元件(动作臂、连杆、曲柄、联结杆、滑动或滚动轴承等，以及带载的各种系统或工具)的重量所产生的惯性力矩、再除以2×L所得到的值(除了当动作臂12、14位于垂直向上或垂直向下的位置时除外，在这样的位置上会发生半弓形支撑现象)

[66]可用该作用力来平衡一个质量，因而，该质量将在整个轨迹T(在此处为一垂直轨迹)上失重、或者是施加一作用力，该作用力例如是电流导电弓架的滑弓必须要施加给悬垂线上的作用力。

[67]图2表示的装置中包括图1所示的各个基本元件，图中，相同的元件用同样的数字标号来指代。但在该实施例中，该装置还包括一附加的机动装置40，其作用在联结杆34上，并有多种不同的用途。

[68]该附加的机动装置尤其是用于移动关节机构10，使其从两位置中的一个位置移动到另一另外，这两个位置包括一工作位置和一储放位置。当平衡装置处于工作位置或操作位置时，该机动装置将保持中立。

[69]在一种变型形式中，该附加的机动装置还用来平衡附加的质量、或者是用来补偿附加质量的缺失，这些附加质量并非始终存在的，且它们的重量也是显著不同的。举例来讲，上述的主质量可以是一夹线器，而附加质量就可以是各种部件，机动装置40由所存在部件的重量来限定。

[70]还可用该附加机动装置来使自由端26进行理想的运动，把欠平衡的载荷排除在外，机动装置由摩擦力和惯性来限定。

[71]还可采用由附加质量和附加机动装置组合而实现的辅助平衡。

[72]如果必需的话，装置还可与一控制装置相结合，其中的控制装置公开在由本申请人提交的第0003047号法国专利申请中，用于控制一种带有伺服控制的机械搬运装置。

[73]可以领会：所述附加机动装置40可以是任何的平动或转动类型(气动、液压驱动、电动等等)。另外，其作用点也并不仅限于联结杆34，而可以为与运动相关的任何部件-包括输出轴20和22，甚至可以是远端臂的自由端26。

[74]此外，图2所示的平衡装置还包括能使联结杆42处于恒定定向的装置，联结杆42上支撑着载荷(作用力F)。因而，该联结杆42沿上述轨迹T的方向延伸。

[75]该定向装置包括一曲柄44，其利用滚动轴承固定到近端臂12的端部上，因而可相对于近端臂自由转动。在该曲柄的下端安装有一纵长部件46，该部件具有一长圆形孔，联结杆36上固定的一个指销48在垂直于铰链销24的方向上在该长圆形孔中滑动。在工作过程中，当指销48在长圆形孔中滑动时，由于由动作臂12和14、联结杆38和连杆36组成的平行四边形发生了变形，所以曲柄44能保持垂直状态。一连杆50利用滚动轴承将其两端分别固定在曲柄44和联结杆42上，因此能自由地转动，并保持与远端臂14的平行，从而形成了一个可变形的平行四边形。

[76]很显然：可用一种平行四边形来取代这种采用滑动指销的装置，只要该平行四边形能使输出轴20与一固定点之间为给定的方向-可能是垂直方向即可。

[77]对于某些应用，可以在联结杆42上构制一个工具(图中未示出)，其能保持预定的定向，不论其重心处于任何位置，该工具尤其是一个用于夹持部件的工具，这样的工具能改变其所夹持部件的定向。

[78]应当指出的是：不仅通过机动装置40，而且通过一个负载沿动作臂12和14之一的运动，就能实现自由端26(见图1)上载荷或作用力的按需变化。其中所述的运动可用手或机动装置来完成。这样就能改变与移动部件的重量相关的、并反作用于装置18上的机械力矩。

[79]下面参见图3和图4，图中表示了根据本发明的平衡装置，其类似于图2所述的结构，并应用到铁路牵引机组的导电弓架上。图中与图2所示相同的元件将用相同的数字标号指代。该装置支撑着两个铁路滑弓76、78，这两个滑弓可与悬垂线(图中未示出)相接触。

[80]该实施例致力于改善水平作用力的行为-尤其是由空气流动阻力所产生的作用力。

[81]导电弓架的实际结构能在横向力方面实现非常优良的行为，其中的横向力是在垂直于铁路牵引机组行进方向上的作用力，且不会带来任何的特殊问题。

[82]更具体来讲，是由在铁路牵引机组行驶方向上产生的作用力带来了一定的问题。

[83]在上述第8802423号法国专利中描述的那种平衡器可提供很高的直接输出或间接输出值，换言之，该数值约为98％。这些机械的高通带使得导电弓架在将力矩从一输出轴传递到另一输出轴方面具有很好的性能。事实上，由于两输出轴是在相反的方向上转动，所以平衡器将使在两输出轴之间传递的力矩反向。因而，这一特性将使得整个结构具有一定的稳定性。

[84]图3、4所示实施例中的装置与图2所示装置的不同之处在于：能使联结杆42保持恒定定向的装置。具有一长圆孔的纵长部件46(图2)被一拉杆80所取代，该拉杆沿平衡器的构架方向延伸。

[85]在此情况下，由滑弓76和78及它们支撑件的空气穿行阻力、以及与悬垂线的摩擦力所产生的作用力并不会影响导电弓架在垂直轴线上的行为。对于设置在远端臂自由端上的所有机械，也能获得同样的效果。

[86]在另一方面，由近端臂12和远端臂14在空气中穿行所产生的作用力不会被完全抵消。在输出轴20(其支撑着近端臂)上保留有一力矩作用，该力矩等于由远端臂14的空气阻力在近端臂12的端部上所产生的力矩。

[87]因而，该力矩或者会增大滑弓对悬垂线的作用力、或者会减小滑弓对悬垂线的作用力，具体是增大还是减小将取决于牵引机组的行驶方向。因而，此现象将会影响导电弓架的正常工作，从而必须要考虑到这种情况，应当消除这种现象、或至少是减弱该现象的影响。

[88]第一种解决方案涉及这样的措施：在平衡器的第二输出轴22上设置另一套结构，该结构与安装在第一输出轴20上的关节机构等同，因而其能产生相同的力矩，这两个力矩将在平衡器中相互抵消。

[89]但这种解决方案存在几方面的缺点，尤其在于：增大了结构的重量、增大了惯性、且当导电弓架折收时体积将变为原来的两倍。更进一步讲，这种解决方案的成本也是很高的。

[90]为了解决这一问题，本发明提出了另一种方案，该方案涉及的措施为：以第二结构为模型设计一附件，并用该附件取代第二结构，具体来讲，该附件是一风翼板，在空气动力学方面，该风翼板与第二结构等效。

[91]参见图3和图4，图中表示了一个这种类型的附件82，该附件为风翼板形式的部件，其几何形状是经过选定的，并能平行于远端臂14移动，且与远端臂14可转动地接合着。

[92]该附件82被设置在回转半径R上，该半径使得其在空气中穿行所产生的力矩能等于关节机构10(即导电弓架)在空气中穿行所产生的力矩，但与其相反。这两个力矩在平衡器18的连接机构中相互抵消。

[93]在该实施例中，附件82包括一翼型板84，该翼型板构成了一实际的风翼板，其固定到两根杆件86的端部上，杆件86可转动地接合着曲柄30。

[94]结果就是，这两根杆件被设计成与近端臂同时转动，但转动方向却相反。

[95]在上文中已经指出：由于远端臂在空气中穿行而产生一个对应的阻力，该阻力作用在近端臂的端部上产生一个残余力矩。

[96]可转动地接合在平衡器第二输出轴上的附件82与空气的摩擦条件和处于同样的角度的远端臂与空气的摩擦条件相同，附件82与远端臂也可转动地接合这，且该附件中杆臂的角度变化最好是与近端臂的角度变化是对称的。因而，附件能产生与残余力矩类型和数值都相同的力矩，其中的残余力矩是由于导电弓架结构在空气中穿行而产生的。因而，这两个力矩就通过平衡器的机制实现了相互抵消。

[97]很显然，此种模拟作用是可以进行调节的，具体来讲，就是根据牵引机组以及导电弓架的空气动力学特性，调节风翼板的几何形状及其回转半径。

[98]另外，该系统的安装连接对于上述图1和图2中的所有位置点都是互补的，尤其是对于用来控制力的伺服控制装置(见下文将要描述的机动装置90)的安装位置，设置风翼板系统可便于伺服控制装置完成调节，伺服控制装置的作用被限定为对导电弓架的惯性进行控制。

[99]连接所述的附件并不会显著地影响导电弓架的总体惯性。该附件的重量可被完全包含在平衡器中。

[100]最后，该附件可修正由于下述事实造成的扭曲变形：与计算过程中的假定条件相反，尽管远端臂与近端臂具有相同的长度，但由于某些原因，远端臂穿行空气所产生的阻力与近端臂产生的空气阻力并不相同，具体来讲，其中的原因为：牵引机组具有空气整流罩；且近端臂上带有连杆36。

[101]在一种变型形式中，附件可被安装到曲柄32上，曲柄反过来再与平衡器的第二输出轴转动接合，这样的设计减小了附件折收后的体积。在此情况下，附件被空套地安装在第一输出轴20上。

[102]更一般地讲，可将用于补偿残余作用力的、且与平衡器的第二输出轴转动接合的装置设置在平衡器的第一输出轴或第二输出轴上，甚至在两输出轴上都设置这样的装置，其中的残余作用力是由于导电弓架结构在空气中穿行而产生的。

[103]附件的结构并不仅限于图3所示的风翼板形式，也可以采用形状与远端臂接近的结构，其在空气中的穿行特性以远端臂为模型。

[104]参见图5，图中表示出了用于对关节机构10执行伺服控制的机动装置90，该关节机构最好是由图6所示的铁路导电弓架构成的。

[105]这些具有伺服控制功能的机动装置最好是与上述具有两输出轴20、22的机械平衡器18相结合。这种机动装置90包括一个组件，该组件铰接在一销92上。并包括一电动机94，该电动机与一直流转速发电机96相连接。电动机94通过一减速器98和一离合器100驱动着一蜗杆102，该蜗杆102与一螺帽104相配合。螺帽104在106处铰接到一曲柄108的端部上，曲柄108连接到平衡器18两输出轴20、22之一上。有利的设计是：该连接关系应当能隔绝平衡器(或悬垂线)与蜗杆(或牵引机组的质量体)之间的电势。

[106]下文将结合图7来对一伺服控制回路110进行描述，该控制回路基于一控制信号SC对电动机94进行控制，控制信号SC是由力传感器112传递来的，传感器112安装在关节机构10远端臂14的自由端上。如上文提到的那样，这些机动装置最好是用在图6所示铁路导电弓架的情况中。图6所示的导电弓架与图3、4所示的导电弓架对应。在该特定实施例中，铁路导电弓架包括一风翼板82，其类似于上文描述的那种翼板结构。曲柄108最好是可转动地与风翼板相接合，或更具体地换言之：是与风翼板的杆件86相接合，而杆件86又与平衡器18的输出轴22转动接合。

[107]安装该伺服控制装置的目的尤其在于解决某些系统出现分离的问题，这些系统用于对悬垂线74产生压力，该伺服控制装置还用来控制导电弓架结构的惯性。该装置用于克服平行四边形在悬垂线与铁路之间发生变形的缺陷-不论该变形是由于线路的实际几何形状、还是由于振荡现象引起的，其中，第一导电弓架在悬垂线上通过所产生的振荡波必然会被下一导电弓架所产生的振荡波尾随着。

[108]这些伺服控制装置被安装在本实施例的机械平衡器18上。这种类型的机械式平衡器能固有地产生出正弦力矩，该力矩能平衡98％的结构质量。在导电弓架的情况下，其被驱动着的部件必然会产生作用在悬垂线上的力，且能达到同样的精度，而不论导电弓架结构处于什么样的伸展位置。另外，平衡器的小惯性、低摩擦、以及其高通带特性使得其尤其适合于这种类型的机动装置。

[109]围绕平衡器18设置的导电弓架结构能以精确的方式补偿其所受到的所有类型水平力的干扰。结果就是，在致动器与其对滑弓的作用力之间的关系能实现真正与列车的速度、导电弓架的运行方向、以及其伸展高度无关。

[110]机动装置90基本上能允许结构垂直运动所需的惯性力得到满足。这些机动装置具有特别高的动态性能。如果必要的话，它们可补偿残余作用力—优选地是与上述的风翼板82相配合，其中的残余作用力尤其是由于导电弓架结构在空气中穿行而产生的。这就是为什么这些机动装置90最好是与图6所示的、带有风翼板的导电弓架组合使用的原因。另外，类似地，如果必要的话，这些机动装置还可以弥补全部或部分平衡作用，或者是产生全部或部分滑弓对悬垂线的作用力。

[111]根据本发明，伺服控制装置的运动链系是等运动性的。因而，不论导电弓架的位置如何，在驱动力矩与滑弓线性加速度之间的增益总能保持实际上的恒定。

[112]这些运动学条件是通过再设一连杆/曲柄系统(曲柄108)而实现的，该连杆/曲柄系统能将一恒定力转变为一个正弦力矩，该力矩再被导电弓架机构重新转变为在滑弓76、78区域的一个恒定力。

[113]在这样的应用条件下，曲柄108的正弦曲线与导电弓架的正弦曲线是同步的-也就是说是相的。

[114]减速器98(见图5)最好是由这样的一种减速器组成的：该减速器具有由多个小齿轮组成的齿轮系，该齿轮系的传动比与导电弓架结构和机动装置的曲柄(即曲柄108)之间的放大倍数成反比。

[115]蜗杆102最好是属于高输出的、可反转型蜗杆。因而，优选的是采用带有滚丝螺纹的滚珠丝杠，优选的是采用直径为30mm、节距为30mm的螺杆。

[116]在所示的实施例中，蜗杆是可反转的，这就是还要设置减速器的原因。但在一种变型形式中，可采用一种节距较小的螺杆，但不设置减速器，其反向输出将是较小的。

[117]例如在机动装置出现故障的情况下，离合器100可将机动装置90脱开，从而能允许导电弓架带故障运行。这就意味着：在这样的工作模式下，该导电弓架的性能将类似于不带有伺服控制的导电弓架的性能。

[118]下面再参照图7，对一种伺服控制装置的实施例进行描述。图7表示出了电动机94和直流转速发电机96。直流转速发电机由电动机驱动着，从而输出一速度信号SV。

[119]回路110还包括一第一运算放大器114(速度回路)，其接收到该速度信号SV，并产生一第一输出信号S1，该输出信号被传输到一第二运算放大器116(电流回路)中。第二运算放大器输出一第二输出信号S2，该信号被一功率放大器118接收到，功率放大器产生一输出电流CS，该电流被发送给电动机94，且该电流的图形被发送给第二运算放大器116。力传感器112(安装在导电弓架滑弓上)输出一控制信号SC，该信号被输送到第二运算放大器116的输入端上。

[120]因而，滑弓/悬垂线接触力的控制信号被输送到伺服控制装置的电流回路部分(运算放大器116)中。由于由发电机94所产生的力矩于电流回路的控制信号成比例，所以这将导致组件具有非常短的响应时间、且管理着精确均一的数值。

[121]还设置有伸展和折收操作控制回路120，该控制回路能接收一控制信号SRD，该信号输送给第一运算放大器(速度回路)，从而使关节机构10(在该实施例中即为导电弓架)执行伸展或折收操作。

[122]另外，由一安全装置122输出一紧急信号SU，安全装置122在悬垂线发生故障时工作。在下面的任何情况下(作为举例)，该安全装置发出紧急信号，从而将导电弓架折收起来：

[123]-在工作阶段，滑弓/悬垂线之间的作用力长时间消失；

[124]结构到达其高位的时间不正确；

[125]输送给牵引机组的电流长时间消失；

[126]由任何其它检测系统发出了紧急信号。

[127]在某些情况下，有必要在由力传感器输出的信号SC与滑弓对悬垂线的实际作用力之间执行校正操作。因而，就需要考虑由于设置在传感器下游位置的结构-尤其是滑弓所带来的惯性力。为此目的，设置了校正装置124，其能在由力传感器112产生的控制信号SC与作用在载荷上的实际力F之间执行校正作用，其中，在此情况下，所述载荷即为悬垂线。这些校正装置包括微分装置，其能将直流转速发电机96记录的速度变化对时间作微分运算，并能将运算结果输送到第二运算放大器116的输入端。该信号为线性加速度信号，其将能产生一个电流，进而产生一个力矩，该力矩可补偿上述定义的惯性力，该惯性力与所述加速度成比例。

[128]如上文提到的那样，当作附件、并用来对结构进行伸展或折收的伺服控制系统可被复制出另一套系统，该系统用于在第一系统出现故障时对导电弓架进行折收，该系统例如是图2所示的附加机动装置40。

[129]必须要指出的是：上述带有伺服控制的机动装置也可与其它的平衡装置相结合。另外，它们也并不仅限于与铁路导电弓架类型的关节机构配合使用。

[130]为了有助于对附图(图6)的理解，是将伺服控制的机动装置垂直布置在安装着风翼板的垂直轴线上。在实际中，为了节省空间，该机动装置将被安装在平衡器的任一输出轴上，并被水平地布置在其一侧。

[131]可以领会：本发明的技术主题将有很多种应用，尤其是用在搬运装置、传送装置、铁路导电弓架等场合中。

[132]本发明装置中的平衡装置最好是采用前述法国专利第8802423号中公开的平衡器。

[133]很显然，也可以采用其它的平衡装置，只要它们具有高通带即可。

Claims (19)

1.一种用于平衡力的装置，其属于这样的类型：包括一关节机构(10)，所述关节机构是由一近端臂(12)和一远端臂(14)构成的，所述近端臂(12)由一支撑件支持着，并铰支到一第一铰链销上，所述远端臂(14)安装在所述近端臂上，并铰支在一第二铰链销(24)上，所述第二铰链销的延伸方向平行于所述第一铰链销，所述远端臂具有一自由端(26)，所述自由端上支撑着一个载荷(F)，其特征在于：所述装置包括：一第一高通带平衡装置，其具有一第一输出轴(20)，所述第一平衡装置作用在所述近端臂上；一第二高通带平衡装置，其具有一第二输出轴(22)，并作用在所述远端臂(14)上；以及一高通带协调装置，其间置在所述第一平衡装置与所述第二平衡装置之间，用于协调所述近端臂与所述远端臂各自的转动运动。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述装置包括一平衡器(18)，其能产生正弦形式的机械力矩，并具有两输出轴(20、22)，所述两根输出轴的转动速度是同步的，但转动方向相反；而且，所述两输出轴(20、22)分别与所述近端臂(12)的第一铰链销和所述远端臂(14)的第二铰链销(24)可转动地接合。

3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于：所述平衡装置包括机动装置。

4.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于：所述两输出轴之一(20)构成了所述近端臂(12)的铰链销，而另一输出轴(22)则通过传动装置连接到所述远端臂(14)的铰链销(24)上，其中的传动装置是具有至少一个可变形平行四边形的装置。

5.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于：所述近端臂(12)和所述远端臂(14)具有相同的长度(L)。

6.根据权利要求3所述的装置，其特征在于：所述装置包括一附加的机动装置(40)，其是由至少一个致动器构成的，所述致动器连接到所述装置中的至少一个活动部件(34)上。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于：所述机动装置(40)可驱动所述关节机构(10)，使其从两个位置中的一个位置移动到另一位置，这两个位置包括一工作位置和一储放位置。

8.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于：所述第一平衡装置与所述第二平衡装置中的至少之一包括有调节装置，所述调节装置能改变作用在所述远端臂(14)的自由端(26)上的载荷(F)。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于：所述调节装置包括一质量体，所述该质量体可在所述近端臂(12)或所述远端臂(14)上移动。

10.根据权利要求3所述的装置，其特征在于：所述装置其包括一附加的机动装置，其由一力传感器(112)进行控制，所述传感器设置在一个选定的位置上，用于在执行人工移位时协助操作人员、或者用于向给定部件施加恒定的作用力。

11.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于：所述远端臂(14)的自由端(26)支撑着导电弓架的滑弓(76、78)，所述滑弓可从悬垂线(74)引接电能，从而此处的载荷是由滑弓施加在悬垂线上的作用力产生的。

12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于：所述装置包括至少一个附件(82)，所述附件是一个风翼板(82)，当所述风翼板被安装到所述第二输出轴(22)上、或空套在所述第一输出轴(20)上时，其与所述第二输出轴(22)可转动地接合，其具有选定的几何形状，并能平行于所述远端臂(14)移动，其中，其可转动地接合着所述远端臂，所述附件(82)被设置在一回转半径(R)上，从而，其在空气中的穿行将产生一个力矩，该力矩等于空气流过关节结构(10)所产生的力矩，但与其方向相反，这两个力矩在连接机械中相互抵消。

13.根据权利要求3所述的装置，其特征在于：所述装置其包括一伺服控制机动装置(90)，该机动装置包括一电动机(94)，其与一蜗杆(102)相连接，所述蜗杆与一螺帽(104)相配合，该螺帽安装在一曲柄(108)上，所述曲柄与第一、第二输出轴(20、22)之一相连接；所述伺服控制装置(110)基于一信号来对所述电动机(94)进行控制，所述信号是由安装在所述远端臂(14)的自由端上的力传感器(112)输出的。

14.根据权利要求13所述的装置，其特征在于：所述蜗杆(102)是一可反转的蜗杆，其由所述电动机通过一减速器(98)进行驱动，在所述减速器(98)与所述蜗杆(102)之间设置有一离合器机构(100)。

15.根据权利要求13或14所述的装置，在该装置中，所述伺服控制装置包括：一直流转速发电机(96)，其由所述电动机(94)驱动，并能产生一输出信号(SV)；一第一运算放大器(114)接收到速度信号(SV)，并产生一第一输出信号(S1)；一第二运算放大器(116)接收到第一输出信号(S1)，并产生出一第二输出信号(S2)；一功率放大器(118)，其接收到该所述第二输出信号(S2)，并传输出一输出电流(CS)，所述输出电流(CS)被传送给所述电动机(94)，并且，输出电流的图形被输送给第二运算放大器(116)，其特征在于：由所述力传感器(112)传送的控制信号(SC)被输送到第二运算放大器(116)的输入端。

16.根据权利要求15所述的装置，其特征在于：所述伺服控制的机动装置(90)构成了一套用于对所述关节机构(10)执行伸展操作和折收操作的辅助系统(120)。

17.根据权利要求16所述的装置，其特征在于：所述折收/伸展机构(120)能接收一个输送给第一运算放大器(114)的控制信号(SRD)，而将所述关节机构(10)折收或伸展，所述控制信号(SRD)的优先级应当高于从所述力传感器(112)传送向所述电流回路的信号。

18.根据权利要求16所述的装置，其特征在于：所述折收/伸展机构(120)能接收一紧急信号(SU)，所述紧急信号输送给第一运算放大器(114)，用于在紧急情况下将所述关节机构(10)折收，所述紧急信号(SU)的优先级应当高于从所述力传感器(112)传送向电流回路的信号。

19.根据权利要求16到18之一所述的装置，其特征在于：所述伺服控制装置(110)包括校正装置(124)，所述校正该装置可在由所述力传感器(112)传送的控制信号(SC)与作用在载荷(F)上的实际力之间执行校正操作，这些校正装置包括微分装置，其能对取自直流转速发电机的速度随时间的变化进行微分运算，并将结果输送给所述的第二运算放大器(116)的输入端。

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