智能外賣存儲柜柜體設計研究＊

林偉芬，熊志平，孫世華，賀 毅

（湖南工學院 機械工程學院，湖南 衡陽421002）

隨著人們生活水平的不斷提高，外賣被越來越多的人們認同和接受，成為了人們?nèi)粘Ｉ畈豢苫蛉钡囊徊糠帧５峭赓u行業(yè)的快速發(fā)展也暴露出來許多問題，其中，外賣臨時放置、冬天保溫等成為主要問題。此款簡易外賣存儲柜的設計正是解決上述問題的一種良好方案。

1 儲存柜結(jié)構(gòu)及工作原理

1.1 儲存柜結(jié)構(gòu)

局部結(jié)構(gòu)及工作原理如圖1 所示。

圖1 柜體結(jié)構(gòu)圖

1.2 工作原理

外賣送達存儲柜時，外賣員在掃碼口掃描訂單二維碼。中控將根據(jù)二維碼訂單信息以及隔間內(nèi)稱重傳感器檢測到的狀態(tài)選擇適合尺寸的空置隔間打開柜門，外賣員將外賣放入隔間。關門后，中控根據(jù)隔間門開關接合和稱重傳感器的變化共同導通隔間內(nèi)照明電路。同時，中控根據(jù)掃描到的二維碼生成電子條形碼，并發(fā)送設定的短信及其相應的條形碼至用戶的手機；如果用戶關注相關公眾號，信息將在第一時間內(nèi)發(fā)送至用戶微信，提醒顧客取餐。顧客取餐時，通過柜體掃描收到的條形碼即可開門取餐。

開門取餐時，照明電路斷開，直到稱重傳感器再次感應到重量才會接通照明。柜體語音提示用戶隨手關門，如果用戶沒有關閉隔間門，隔間稱重傳感器檢測到隔間內(nèi)重力撤銷1 min 后，而柜門沒有關閉，中控將導通磁性鎖電路，吸附隔間門鎖扣，自動關閉隔間門。

2 柜體的設計計算

2.1 柜體尺寸計算

人體相關尺寸如表1 所示。考慮到特殊情況，比如大份或多份的情況，則將大隔間尺寸設計為800 mm×200 mm×200 mm。考慮其經(jīng)濟型成本，取基本型號外賣存儲柜設計隔間數(shù)為小隔間42 個，大隔間7 個。

表1 人體相關尺寸

2.2 柜體材料承重性計算

此款外賣存儲柜主體材料為常規(guī)儲物柜材料，即箱體采用鍍鋅鋼板材料。鋼板材料采用Q235 一級鋼，許用應力為160 MPa，密度為7.85 g/cm3。

由表1 可知，取50 百分位男性及女性身高設計柜體高度。設計人伸手取高處物品一般的揚起角度（以水平為界線）約13.344°。即人取高處物品的總高度約為：身高+（上臂長+前 臂長）×sin13.344°=1 570+（284+213）×sin13.344°≈1 685 mm（考慮女性身高）。所以，柜體最高層隔間底板L1高度約1 685 mm。

根據(jù)常規(guī)的外賣盒尺寸，考慮保溫材料、存放及取件方便，設計每一個小隔間的尺寸為200 mm×200 mm×100 mm。

2.2.1 橫板承重性計算

2.2.1.1 繪制彎矩圖

畫計算簡圖，此板可視為矩形截面靜定梁，承受彎曲正應力，其受力分析如圖2 所示。

圖2 橫板受力簡圖

支座反力F=RA+RB。

繪制彎矩圖，A 截面：x=0，MA=0。C 截面：x=l，MC=RAl=Fl。B 截面：x=2l，MB=0。

此靜定梁彎矩如圖3 所示。

圖3 橫板彎矩圖

2.2.1.2 計算截面尺寸

小隔間底板的計算公式為：

Wz=bh2/6，σmax=Mmax/Wz=σ≤[σ]，h1≥9.7 mm （1）式（1）中：Wz為抗彎截面系數(shù)；b 為橫板寬度；h 為橫板高度；σ為抗彎強度；[σ]為許用應力。

同理可得大隔間底板h2≥27.4 mm。b1=200 mm，h1≥9.7 mm，取10 mm；b2=200 mm，h2≥27.4 mm，取28 mm。

2.2.2 豎板承重性計算

此板可看為軸，承受軸向壓力及橫板的剪切力。σmax=FN/A≤[σ]，所受載荷、材料的許用應力之和τmax=Fs/A≤[τ]，只需設計截面面積和剪切面積。[τ]為許用剪應力，F(xiàn)s為單個剪切面上的剪力，Q235 抗壓強度≥370 MPa。

2.2.2.1 計算截面面積

截面面積的計算公式σmax=FN/A≤[σ]。

小隔間豎板FN=14×0.5×9.8+16×ρ×b12h1×9.8，截面面積A≥1 516.09 mm2。

大隔間豎板FN=7×4×9.8+8×ρ×b22h2×9.8+ρ×b12h1×9.8，截面面積A≥3 269.92 mm2。

小隔間豎板的尺寸取200 mm×8 mm×1 800 mm，大隔間豎板的尺寸取200 mm×17 mm×1 800 mm。

2.2.2.2 計算剪切面面積

剪切面面積計算公式為A≥Fs/[τ]。鋼材剪切極限=抗拉強度×0.6=222 MPa（剪切極限與抗拉強度之間系數(shù)取值為0.6～0.8）。

小隔間底板剪切力Fs=F外；剪切面面積A1≥22.52 mm2。大隔間底板剪切力Fs=F外；剪切面面積A2≥180.18 mm2。因為b1×h1=2 000 mm2，b2×h2=5 600 mm2，所以，小隔間橫板的尺寸取200 mm×200 mm×10 mm，大隔間橫板的尺寸取800 mm×200 mm×28 mm。綜上所述，柜子整體尺寸為1 434 mm×200 mm×1 800 mm。

3 結(jié)語

隨著人們生活節(jié)奏不斷加快，外賣行業(yè)迅速發(fā)展，外賣已成為日常生活一部分，該款外賣存儲柜將有效解決外賣臨時放置、冬天保溫問題，提高外賣行業(yè)送餐效率，降低成本，進一步提高外賣員的送餐量，增加外賣員的收入。該設計填補了目前外賣行業(yè)的相關漏洞，一定程度上促進了外賣行業(yè)的發(fā)展。