智能棉包搬運小車的底盤設計

〔鄭州棉麻工程技術設計研究所，河南鄭州 450004〕

一、引言

目前，棉花加工廠通過清理、軋花、打包等一系列加工工藝將籽棉加工成227 kg左右的長方體形狀標準的棉包，并以一定的組批規則進行組批，所以棉花加工流水線生產出來的棉包在加工廠需要一個暫存的貨場，進行組批后由專門的運輸車運送到皮棉儲備庫。

由于國內棉花主要產地和大多數棉花加工廠都分布在新疆地區，并且加工時間主要是在秋季和冬季進行，溫度最低可達零下四十多攝氏度，而且皮棉包從軋花車間加工完成到暫存貨場一般都有一段距離，這段距離的運輸一般是由人工搬運小車或燃油機械夾包車來完成。無論是人工搬運還是機械夾包車搬運，都會在這一段距離上浪費大量的時間，不僅降低搬運皮棉包的效率，而且會浪費大量的人力物力，甚至搬運工人的安全也得不到保障。

所以提高棉包搬運的工作效率，對于降低棉花加工成本有著重要的經濟效益。因此研制一種智能的棉包搬運小車，對于減少人力成本、提高自動化水平、降低棉花加工成本有重要的意義。

（一）小車底盤的設計

根據調研，每個棉花加工廠生產車間出包口輸送帶的高度不一致，并且與墻等一些障礙物的距離各不相同，場地的平整度也不盡相同，出包口和暫存包場的相對位置和距離也有很大的差異等。

圖1

考慮到上述因素，所以搬運小車的尺寸和轉彎半徑不宜過大，底盤結構盡量采用標準件，離地間隙要高，由蓄電池來提供動力，由電動機驅動，這樣來對搬運小車的底板進行設計既經濟又環保。考慮到工廠搬運用車的通用性、承載能力和驅動能力，選擇雙輪轂電機驅動，差速轉向，并根據棉花加工廠的作業環境，初步確定小車的總體參數如下表1。

表1 小車底盤的主要參數

（二）直流無刷電機的選擇

電機選用333.3 mm（10寸）車輪直流無刷電機。輪胎在電機輪轂上安裝，電機的最大轉速為500 r/min，根據查找資料得出如下表2。

表2 小車在某些路面上以中低速行駛時的滾動阻力系數

選取一般瀝青或混凝土路面作為參考，底盤滿載時車重為710 kg，按照車重的分配比，每個輪子約占33%，輪子的承重為235 kg，滿載時行駛的車速25 km/h，保守估計最大的阻力系數0.020，則小車正常行駛的功率：

P=mgfv=235×9.8×0.02×35÷3.6＝448 W

至此，可以選出電機的各項參數，市場上800 W電機是最常用的，其詳細參數詳見下表3。

表3 電機參數

（三）小車電池的選型與計算

小車在行駛過程中的能量全部來自于電池組，電池組的容量越大，小車的行駛的里程越長，但相應的電池組的體積和重量就越大。

首先，電池組的總電壓要達到電機控制器的額定電壓，電機控制器的電壓與電機的電壓相同，電池組的電壓選取為60 V。

其次，根據設計的速度為35 km/h，行駛的里程為50 km來計算行駛所需要配備的電池的容量：

（式中：S為里程，V為速度，T為時間）

（式中：P為功率，U為電壓，I為電流）

（式中：W為電能、U為電壓、I為電流、T為時間）

（式中：C為電池容量、I為放電電流、T為放電時間）

可計算出電池容量C=19Ah

（四）小車底盤材料的選擇

根據對目前市面通用型材的選型和電池重量和電機重量，最終將搬運小車底盤的主體型材確定為鋁合金成品型材，主要體用螺栓和銷釘連接，安裝和調整尺寸比較方便，不存在焊接變形造成輪子的不平衡等一系列問題。并且鋁型材比鐵的常用金屬密度小，質量輕，密度僅為2.70 g/cm3，是鐵的1/3，達到相同的機械強度其自身需要的重量較輕；并且其有很強的耐腐蝕性能，表面處理性能良好，外觀色澤艷麗，彈性系數小，碰撞摩擦不起火花；而且其沒有金屬污染，沒有毒性，表面氧化層沒有揮發性金屬，化學性能穩定，無磁性，可以重復回收利用，是一種良性可循環的金屬材料。不僅其載重能力達到要求，而且較輕的自重可以降低自身消耗的能量，價格也不算昂貴，并經久耐用，無論從成本、性能還是環保方面考慮都是不錯的選擇。

二、小結

隨著人們生活質量的提高，人員工資也在不斷的提高，對工作環境適宜程度的要求也越來越高，使得整個棉花加工行業將會向著低碳環保且自動化程度高的趨勢發展。如何提高工序的效率，降低生產成本是每個棉花加工廠首要考慮的問題，也是每個棉花加工生產廠家所考慮的問題。智能搬運小車的出現使皮棉包從生產線到暫存庫的這一環節的生產效率提高，還能大大降低工人勞動強度和生產成本。不僅對于整個棉花加工環節的自動化程度的提高具有重要的意義，而且大大降低工作人員在這一環節受到傷害的風險，避免因工作人員的操作失誤給棉花加工廠帶來不必要的損失。提高了棉花加工廠的效益，因此其市場應用前景相當廣闊。