一種中小型機械車車用載物平臺的設計*

宮 翔，張鵬程，高云麗,張萬明

(1.河北省工業機械手控制與可靠性技術創新中心，河北 滄州 061001；2.滄州市工業機械手控制與可靠性技術創新中心，河北 滄州 061001；3.河北水利電力學院 電氣工程學院，河北 滄州 061001；4.河北水利電力學院 自動化與通信工程學院，河北 滄州 061001)

0 引 言

在當今社會各個領域高速發展的背景之下，機械產品的生產與制造不能僅限于滿足客戶基本使用需求為目標，創新精神和創新理念的融入才能讓產品與時俱進。機械創新設計，一方面是來改良原有設備的性能，另一方面是來發明創造新產品來適應社會發展的潮流。在機械結構設計中，更好地融入現代化機械設計理念，借助創新思維使得不同模塊之間能夠相互融合，這樣便于生產制造更多優質的機械結構部件，并從實踐中完善生產[1]。

1978年11月，國家物資總局組團考察日本生產資料管理和流通現狀，回國后的考察報告中首次將“物流”概念引入國內[2]。改革開放40年的發展，在電子產業的引領下，物流行業呈現出了井噴式發展。物流基礎設施建設突出,同時物流服務市場規模持續擴大 ，進步明顯，已逐步成為國民經濟發展中的一大基礎產業，并支撐著許多相關產業發展。物流產業的蓬勃發展，也促使許多物流企業如雨后春筍逐漸出現，尤其是中小型物流企業越來越多，該類型企業在貨物搬運、分揀、碼垛、裝卸等過程中基本都是依靠人力勞動，并沒有自動化程度高的先進機械設備，因此造成了勞動工人的工作強度非常大，尤其是對于重量大的貨物，長期的單純依靠人力搬運是很困難的，而且對于一些貨物的保護方式不足，容易造成丟失損壞等現象出現，這些原因在一定程度上制約了企業的發展。

通過走訪滄州市部分物流企業，針對反饋的問題，對現有的普通手推車的載物平臺進行了創新設計，重點設計了模塊化廂板、旋轉廂體、助力平面以及廂板的輕量化設計，相對比普通載物平臺的單一平板平面，改造后的載物平臺，裝卸貨方式及種類更加多樣化，貨物搬運過程更加省力，減輕勞動者的工作強度，提高工作效率，比同類型的機械車更有市場競爭力。

1 設計目標

設計一款新型車用載物平臺，該平臺可適用多種不同類型貨物的裝卸，平臺采用模塊化拼接設計，側板可以展開，增加裝載面積；側板閉合呈盒狀，既可以增加裝載數量，又可以保護零散小件貨物掉落；當裝載空間或裝載位置不方便時，可以通過旋轉和延伸機構來調整；相對于重型貨物時，平臺采用滾動助力機構，以滾代滑，使勞動者的工作強度大大降低。

2 設計內容

該平臺由底板、側板、助力延長板、萬向球滾珠軸承和連接副組成。

2.1 延伸機構的設計

延伸機構是由助力延長板和前側板拼接而成，其用途主要是用在地面和車廂重型貨物的裝卸。地面卸時，延長板和小車底板平面之間有一個角度，可以將延長板放置在地面上，如圖1所示。車廂裝卸貨物時，可以通過調節小車平臺的高度，使小車平臺和貨車車廂等高，將助力延長板搭在車廂上，同地面裝卸貨物的助力原理相同，延長板上也存在滾動助力結構，以推代搬，以滾代滑，減少勞動者搬動貨物次數，從而減輕其勞動強度。

圖1 助力延長板

2.2 折疊機構的設計

折疊機構是指車廂底板、側板、延長板以及連接副組成的三種樣式的車廂形態。第一種形態：運輸體積大的貨物時，可以將側板展開，增加裝載面積；第二種形態：運輸體積小的貨物時，可將側板折疊，既可以增加裝在數量，又可以保護零散小件貨物掉落；第三種形態：當小車車不使用時，左右側板可以取下或垂直下放，前側板連接延長板和后側板平放在底板上方，該形態既能保護滾動助力平臺，又可以讓小車和普通平板車近似的外觀和占地面積。

為了防止側板垂直放下時產生過度折疊，傷害車廂底板和連接件，我們設計了三角型旋轉支架，支架的形式如圖2、3所示。當側板展平時，支架可向外旋轉，以平面狀態對側板起支撐作用。當側板垂直放下時，支架轉向主板下面，形式呈“7”字型，可實現對側板的限位[3]。

圖2 側板展開時支架狀態 圖3 側板放下時支架狀態

2.3 旋轉機構的設計

為了滿足多方位多角度裝卸貨物，該平臺可以實現360°各個角度自由旋轉，旋轉機構位于載物平臺底板，平臺的底板和機械車的頂板中心有端軸和軸承配合，來實現載物平臺的旋轉。由于載物平臺運載的過程中，會承受較大的壓力，緊緊通過端軸和軸承配合是無法承受的，因此我們在設計時，在平臺底板的背面，也就是軸承周圍，均勻布置了一圈萬向球滾珠，其主要來承受平臺上方的正壓力，萬向球滾珠軸承如圖4所示。

圖4 萬向球滾珠軸承 圖5 側板骨架

2.4 滾動助力平面的設計

滾動助力平面是整個載物平臺的核心結構，該平面和助力延長板通過銷連接，在上表面都按照一定的次序和方位安裝萬向球滾珠軸承，而且根據所裝載貨物的不同，可以調整萬向球滾珠軸承的布局密度和布局方式。萬向球滾珠軸承的主體結構是鑲嵌在骨架中，在平臺上方僅僅露出5 mm高度萬向球滾珠軸承的錐面和滾珠，這樣的設計既能保證貨物移動過程中不受到軸承邊緣的磕碰，導致貨物移動不順暢，又能夠保證萬向球滾珠軸承安裝的牢固程度，而且外型美觀大方。

2.5 骨架設計

載物平臺的一塊底板、四塊側板以及一塊助力延長板均采用骨架結構，目的是為了降低載物平臺的質量。四塊側板承載能力要求較小，采用邊長為20 mm，壁厚為5 mm的正四邊形鋁合金方管組成，如圖5所示。助力延長板和底板要求承載能力較高，邊緣和中心部位均采用橫截面積為400 mm2正四邊形的鋁合金實心方管組成，中心部位骨架的排列方式根據萬向球滾珠軸承的布局方式來確定，不同的布局方式決定不同的骨架排列方式，中心部位骨架，按照萬向球滾珠軸承的布局方式進行打孔，孔直徑為14 mm，如圖6所示。6塊平板的表面均采用厚度為1.5 mm的鋁合金薄板，骨架與骨架、骨架與薄板之間的連接方式均采用焊接，工藝選用TIG焊[4]。

圖6 底板骨架 圖7 載物平臺實物圖

3 應用效果

此產品采用拼接模塊化設計，運載過程中可以根據貨物的種類、體積、質量等不同采用不同的組合方式，極大地增強了該產品的應用范圍。為實現多方位、多角度裝卸貨載物，平臺底部采用旋轉機構設計，平臺在機械車上方可以360°自由旋轉。萬向球滾珠軸承的應用，對于大質量貨物，可以采取以滾帶滑的搬運方式，大大減少勞動者的工作強度。平臺的助力延長板，不僅可以與地面搭接，還能夠與貨車箱體實現搭接，在地面或車廂裝卸貨物時，提供助力作用。根據輕量化原理，以骨架作為支撐，有規律的布置萬向球滾珠軸承的位置，在不降低平臺承載能力的前提下，可以有效降低平臺的整體質量。圖7所示，為該平臺的實物圖。

4 結 語

此次設計的新型車用載物平臺產品，代替了原始的平板車廂，通過模塊化組裝、旋轉、助力平面等創新功能，實現了貨物裝卸的助力功能，尤其針對大質量貨物的搬運、裝卸等。運載過程中安全系數高，方式多樣化，很大程度上降低了勞動者的工作強度，提高工作效率，增強企業競爭力，在物流行業具有較高的推廣和應用價值。