一種新型升降式搬運(yùn)車設(shè)計(jì)

余小波， 余峰

（株洲南車特種裝備科技有限公司，湖南株洲412001）

0 引言

隨著國家大力發(fā)展高速鐵路、地鐵，相應(yīng)的機(jī)車、城市軌道車輛的生產(chǎn)制造水平也大幅提高，因此，在火車機(jī)車、城市軌道制作車間需要更多的設(shè)備保障其生產(chǎn)。總成車間是將火車車輛底部組裝的關(guān)鍵車間；車間需要大量配套設(shè)備。總成車間火車車輛底部配件眾多，配件安裝空間狹窄，安裝精度要求高，目前多采用人力推動平車進(jìn)行搬運(yùn)，其工作效率低，工人勞動強(qiáng)度大。雖然部分地鐵總成車間采用氣墊車搬運(yùn)設(shè)備，但是氣墊車需要配套氣源，對地面要求嚴(yán)格，而且后繼維護(hù)成本高。

因此，需要研制一種用于火車、地鐵總成車間的新型搬運(yùn)設(shè)備。

1 新型升降式搬運(yùn)車功能和結(jié)構(gòu)

新型升降式搬運(yùn)車，具有自動行駛、升降功能。該車是在現(xiàn)有的設(shè)備基礎(chǔ)上進(jìn)行研究設(shè)計(jì)，能適應(yīng)火車、地鐵總成車間生產(chǎn)的特點(diǎn)。該車具有外形尺寸小巧、車輛處于載貨運(yùn)行狀態(tài)高度低、升降距離高等特點(diǎn)。

升降搬運(yùn)車由萬向移動平臺、升降平臺、電器系統(tǒng)等組成。整車外形見圖1。

圖1 新型升降式搬運(yùn)車整車外形

1.1 萬向移動平臺

該部件為輪式升降車提供動力；并為液壓系統(tǒng)提供電源。萬向移動平臺由底架組成、蓄電池、驅(qū)動轉(zhuǎn)向裝置組成。萬向移動平臺可以水平任意方向行駛、具有微調(diào)功能。萬向行駛保證車輛能夠靈活到達(dá)火車底部，微調(diào)功能能夠滿足底部零配件的安裝。

1.2 升降平臺

該部件為輪式升降車提供可以升降移動平臺。升降平臺由承載平臺、升降式剪叉機(jī)構(gòu)、升降油缸、防護(hù)裝置等組成。升降平臺可以由油缸控制在設(shè)計(jì)高度范圍內(nèi)升降，并且配備安全防護(hù)裝置。

1.3 電氣系統(tǒng)

電氣系統(tǒng)為輪式升降車提供控制。電器系統(tǒng)由控制器、控制線路、遙控器等組成。該部件控制驅(qū)動電機(jī)、轉(zhuǎn)向電機(jī)、升降平臺升降、安全防護(hù)等功能；并且提供操作系統(tǒng)。操作系統(tǒng)由操作面板控制或者無線遙控控制。電氣系統(tǒng)能夠有效控制車輛按照設(shè)定角度行駛。

2 產(chǎn)品設(shè)計(jì)

整車外形尺寸（長×寬×高）：2660 mm×1340 mm×1710 mm，設(shè)備處于壓縮狀態(tài)時(shí)工作平臺高度僅有610 mm能便利地搬運(yùn)設(shè)備進(jìn)入火車底部。

新型升降式搬運(yùn)車主要技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 主要技術(shù)參數(shù)

2.1 底架設(shè)計(jì)

萬向移動平臺用于承載各部件，底架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要有足夠的強(qiáng)度、剛度，梁體采用矩形管和鋼板拼焊。車架焊接后需要消除應(yīng)力處理，然后加工各定位面。車架結(jié)構(gòu)件如圖2所示。

圖2 車架結(jié)構(gòu)件

2.2 牽引設(shè)計(jì)計(jì)算

2.2.1 牽引條件計(jì)算

產(chǎn)品自重m=1.8 t，載荷G=3 t；產(chǎn)品在組裝車間運(yùn)輸設(shè)備坡度較小，取值i=5%；滾動阻力μ=0.005；黏著系數(shù)μ黏=0.3；產(chǎn)品詳細(xì)設(shè)計(jì)參數(shù)見表1，產(chǎn)品計(jì)算過程如下。

1）設(shè)備需要參數(shù)。

滿載啟動阻力 Wo=（m+G）×g×μ啟動=（1800+3000）×9.81×0.01=470.88 N，加速度阻力 Fa=（m+G）×a=（1800+3000）×0.5=2400 N，加速運(yùn)行功率 Pa=F×V=2400×0.42÷1000=1.01kW，坡道運(yùn)行阻力 Wi=（m+G）×g×（i+μ）=（1800+3000）×9.81×（0.02+0.008）=1318.5 N，運(yùn)行功率Pi=Wi×V=1318.5×0.42÷1000=0.55 kW。

2）滿載黏著力 Fn。

整車采用四輪支撐兩輪驅(qū)動，黏著力有效利用總量的50%。

Fn=（m+G）×g×μ黏×50%=（1800+3000）×9.81×0.3×50%=7063.2 N。

計(jì)算結(jié)果為：Fn＞W(wǎng)o＞W(wǎng)i＞Fa。

2.2.2 電機(jī)、減速機(jī)校核

根據(jù)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行電機(jī)、減速機(jī)的選型。選取電機(jī)參數(shù)如表2所示。選取減速機(jī)參數(shù)如表3所示。

表2 電機(jī)參數(shù)表

1）選型輸出參數(shù)。

輸出功率 P輸出=P電×n×η=800×2×0.92÷1000=1.47 kW，

輸出牽引力F輸出=T電機(jī)×n×i速比×η/r=1373.95N。

關(guān)于電機(jī)與減速機(jī)的匹配在此不再詳細(xì)說明。

2.2.3 計(jì)算結(jié)果說明

1）車輛黏著力、牽引力、各種工況阻力計(jì)算結(jié)果為 Fn＞F輸出＞W(wǎng)o＞W(wǎng)i＞Fa。

表3 減速機(jī)參數(shù)表

由上述計(jì)算結(jié)果可知，所選用的電機(jī)、減速機(jī)能有效滿足車輛的驅(qū)動行駛。

2）車輛牽引功率、工況行駛需要功率計(jì)算結(jié)果如下：

P輸出＞Pa＞Pi。

由上述計(jì)算結(jié)果可知，選用的電機(jī)、減速機(jī)能有效滿足車輛行駛的牽引功率要求。

2.3 升降平臺

升降平臺用于承載設(shè)備，提供上下升降功能。該平臺整體選購市場成熟產(chǎn)品，可以有效降低設(shè)備成本及其設(shè)計(jì)周期。選購產(chǎn)品型號滿足使用工況要求，重點(diǎn)控制產(chǎn)品舉升重量、工作平臺外形尺寸、配備安全設(shè)備等。升降平臺由液壓缸控制升降，整體配套采購。

3 整車技術(shù)特點(diǎn)

1）整車具有結(jié)構(gòu)靈活、小巧等優(yōu)勢功能，可以運(yùn)用于地鐵、機(jī)車各組裝臺位，結(jié)構(gòu)傳動可靠，維修保養(yǎng)簡單。

2）輪式升降車采用蓄電池作為電源，具有零排放、低噪聲特點(diǎn)，適合封閉式廠房使用。車輛可以在360°行駛，方便火車、地鐵部件的安裝。

3）工作平臺最低高度610 mm，該高度能有效進(jìn)入火車、地鐵車輛底部；平臺升降高度1100 mm，能有效滿足車輛底部零件安裝。

4 結(jié)論

新型升降搬運(yùn)車能有效替代火車車輛總成車間的現(xiàn)有搬運(yùn)設(shè)備；相對使用氣墊車可以大量減少地面維護(hù)成本、取消氣源裝置等。該車還可以用于倉庫存儲、廠區(qū)、工程機(jī)械等領(lǐng)域。

［1］ 成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2013.

［2］ 李壯云.中國機(jī)械設(shè)計(jì)大典［M］.南昌：江西科學(xué)技術(shù)出版社，2002.

［3］ 王金諾，于蘭峰.起重運(yùn)輸機(jī)金屬結(jié)構(gòu)［M］.北京：中國鐵道出版社，2002.