互聯網物流環境下的機械式助力小車設計

陳曉航，陳典，葉園

（武漢商學院汽車服務工程專業，湖北武漢430056）

互聯網物流環境下的機械式助力小車設計

陳曉航，陳典，葉園

（武漢商學院汽車服務工程專業，湖北武漢430056）

通過設計一種在物聯網物流環境下的機械式助力小車，希望為互聯網物流作出一些貢獻。

杠桿助力機構；受力分析；助力小車；剪式機構

引言

隨著中國互聯網經濟的迅猛發展，物流運輸行業也在快速的變化。但運輸過程中存在著物流發展不完備、倉儲不合理、配送渠道不完善、物流從業者勞動強度大等問題，急需進行相應的解決和優化。結合互聯網環境下的中小型商品運輸方式，設計出機械式助力小車，滿足現階段物流快速轉運過程中終端代理點貨物運輸的需求。同時，對機械式助力小車進行受力分析，是小車能夠正常使用的前提，避免小車在使用過程中由于受力缺陷問題造成的損失。

1　總體設計

1.1產品設計背景

中國互聯網經濟快速發展的同時，快遞物流行業暴露出了上述諸多問題，再加上傳統的運輸工具特性使然的制約，物流行業運輸工具的更新優化迫在眉睫。

伴隨著工業的發展與進步，在快遞物流終端代理點的商品搬運、擺放等工作過程中，小型的商品載運助力裝置起到了至關重要的作用。

1.2設計產品的提出

結合現階段物流行業的背景和發展需求，在原有手推車的基礎上，充分發揮機械式助力裝置靈活方便的特性，設計出了本機械式助力小車，旨在解決現階段運輸裝置費力和分類難的問題。本機械式助力小車的整體結構圖如圖1所示，尺寸如圖2所示。

2　工作原理

2.1商品轉移過程

助力小車到達指定位置后，搖動小車側邊千斤頂手搖裝置，調整助力小車高度，與快遞車后備箱同一高度后配合，配合完成后，拉動置貨架，進行商品位置轉換。

圖1　助力小車整體結構圖

圖2　助力小車主要尺寸（單位：mm）

2.2商品上升/下降狀態

打開鎖止裝置，維持置貨架穩定狀態，推動助力小車到達商品擺放位置。扭動小車尾部手柄，帶動L型支撐板平緩降至地面，解除鎖止裝置，拉動置貨架經由L型支撐板到達地面合理位置擺放。

3　受力分析

如上文所述，本助力小車整體由分類機構、動力機構和杠桿助力機構組成，三大機構配合共同實現小車分類以及助力的功能。因此對三大機構進行受力分析，對助力小車整體進行穩定性分析。

3.1分類機構受力分析

圖3　分類機構示意圖

圖4　動力機構示意圖

托盤的橫截面積為S，S=ab=0.4×0.06=0.024m2

假設兩個托盤滿負荷受力為500 N

此時托盤受到的壓強為W1=F/S=250/0.024= 10 417 Pa

查詢相關資料，σa=228MPa滿足要求。而分類機構受力分析圖如圖3、4所示。

3.2動力機構受力分析

以千斤頂上半部分為研究對象，如圖5所示，假設千斤頂上節點所受力為F，上端斜連桿與扭桿的夾角為θ。

圖5　動力機構簡化圖

圖6　動力機構B點受力示意圖

對A進行分析，A節點受到力F時，上端斜連桿受力F1=F2

∴θ取最小值時，此時各個節點受力均為最大θ=17.76°

對B進行受力分析:

上下端斜面連桿受力：F3=F5=1.64×500=820 N

扭桿受力：F4=-1.72×500=-860 N

對端斜面連桿的強度分析：

對扭桿的強度分析：

查詢相關資料，σa=287 MPa滿足要求。

3.3杠桿助力機構受力分析

圖7　杠桿助力機構示意圖

圖8　杠桿助力機構等效受力示意圖

1）手柄處于初始狀態

L型擋板受到的力FK＜500N，L2=130mm，L1=300mm F2L2=FkL1Fk=（F2F2）/L1=0.433F2

當F2取最大值500 N的時候，Fk仍能滿足要求。

2）手柄處于運動狀態

此時，L型擋板較長端收到的壓力為F1，只要L型擋板最長端能夠保證承受抗壓強度，就能夠保證整個L型支架強度符合要求（如圖7所示）。

查詢相關資料，σa=228MPa滿足要求。

對其進行撓度檢驗，根據假設，此時撓度最大，轉角最小（如圖8所示）。

此時F=500 N l=300mm

查資料可知：鋁合金的彈性模量E=72 GPa I=108 000mm4

所求的截面的轉角為：

所求的截面的撓度為：

查資料可知：當跨度不超過7 500 mm時，鋁型材的撓度W≤L/180且W≤20mm

計算可知W=300/180=1.667mm

WB＜W故該設計符合要求

3.4整體穩定性分析

助力小車整體呈現左右對稱，受壓時壓力也呈現左右分布。

1）當負載呈現左右兩邊完全均勻增加時，由于助力小車左右對稱，此時小車正常受力，不會出現失穩。

2）當助力小車非對稱增加商品時，此時假設小車一端增加到滿負載，另一端負載為0。

查資料可知：鋁合金的σs=110 MPa，E=72 GPa σp=265 MPa。

4　薄弱部位優化

4.1判定薄弱部位

當手柄朝槽體內移動至短板與所述槽體的側壁相抵時，所述L型長端向下傾斜。運動的范圍保證為45°，在此運動過程中為滿足自身工作需求，該機構需要外部提供動力。

結合該機構維持自身工作的受力需求以及上述對杠桿助力機構進行的受力分析，確定該機構為助力小車的薄弱部位。

4.2優化模型

本助力小車屬于耐用品，因此在考慮實現助力功能的同時，也要確保小車易損件的使用壽命，圖9所示零件為易損件零件的優化圖：

圖9　優化杠桿助力機構示意圖

圖10　優化結構A點受力示意圖

其中F2=F1sinθF3=F1cosθ（θ為夾角保持不變）。

此時在沿長端1垂直方向F合=F-F2＜F

在垂直方向減小節點的受力，提高L型支撐板的工作壽命，且夾角不變，受力維持穩定，保證優化后未影響助力小車整體的穩定性。優化結構A點受力示意圖如圖10所示。

5　設計產品競爭分析

根據調查分析發現，隨著互聯網經濟的快速發展，工作人員對商品裝卸擺放的工具以及分類的效率要求提高，本設計產品就是為適應他們的工作需求而研發的。

5.1產品競爭分析

現階段市場運輸裝置呈現液、電動的發展趨勢，體積大、價格昂貴、不易操作、維護繁瑣、不利于快遞終端代理點商品的裝卸和擺放。本機械式助力小車結合快遞行業需求、造價低、功能多和操作靈活，適用于終端代理點多種復雜環境，具有明顯優勢。

5.1.1市場分析

物流快遞公司眾多，各個代理點運輸配置參差不齊，而目前市場上存在最多的為手拖車或液壓叉車，受限于終端代理點的復雜環境，這些搬運工具并不適用。我們設計出的助力小車，在適應現階段物流環境的同時，充分體現其助力功能，利用其差異化迅速的占領市場；而目前市場上存在的機械式助力裝置很少，因此又可以利用其專門化，在該領域內占領領導地位。

5.1.2用戶分析

直接用戶：全國各大快遞終端代理點。

周邊用戶：搬運行業。

本助力小車旨在服務終端代理點工作人員，為其提供一個優質的助力搬運工具，解決現階段他們面臨的問題。通過實際調查和樣品測試反饋，本助力小車符合終端代理點工作人員的工作需求。

5.1.3競爭對手分析

受到搬運裝置市場呈現大型液壓的發展趨勢影響，目前機械式助力搬運裝置市場還未出現有力競爭者，市場風向良好，且作為機械式助力小車，工作環境要求低，產品具有針對性，相對于目前市場上的大型液壓搬運裝置，該機械助力裝置具有諸多優點，競爭優勢更大。

6　結果說明

電子商務發展迅猛，配送工具急需優化和更新。本設計產品與互聯網物流環境相適應，為終端代理點工作人員量身打造，在為其提供優質的助力工具的同時，規范配送流程。

通過計算分析出小車的最大載荷和受力薄弱部位，在使用過程中對特殊部位進行合理的維護和保養，延長小車的使用壽命。

根據設計產品的競爭分析，確定助力小車的市場前景和發展方向，結合當下市場的發展需求，不斷創新和完善本設計產品，增強核心競爭力的同時，創造出新的價值。

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（編輯：劉楠）

Based on the Internet Logistics under the Environment of the Design of the M echanical Power Car

Chen Xiaohang，Chen Dian，Ye Yuan
（W uhan Business University，W uhan Hubei 430056）

By designing themechanical power car logistics environment，hope tomake some contribution for the Internet logistics.

leverage steeringmechanism；force analysis；assistant car；scissormechanism

F49

A

2095-0748（2016）17-0062-04

10.16525/j.cnki.14-1362/n.2016.17.26

2016-08-11

陳曉航（1986—），男，碩士，現就職于武漢商學院機電工程與汽車服務學院，助教。