電動(dòng)手動(dòng)兼用型移車(chē)裝置設(shè)計(jì)

王九霄,張佳旺,溫博陽(yáng),劉鈺培

（東北林業(yè)大學(xué)，黑龍江 哈爾濱 150040）

引言

為了防止私家車(chē)占用消防應(yīng)急車(chē)道而妨礙救援，為應(yīng)急救援爭(zhēng)取時(shí)間[1]，移車(chē)器產(chǎn)品應(yīng)運(yùn)而生。目前移車(chē)器主要以手動(dòng)液壓式為主[2]，其直接作用在輪胎上，一方面可能對(duì)輪胎造成損傷，另一方面手動(dòng)操作費(fèi)時(shí)費(fèi)力。基于臥式（剪式）千斤頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)電動(dòng)手動(dòng)兼用型移車(chē)裝置，將直接作用點(diǎn)置于汽車(chē)底盤(pán)支撐點(diǎn)上，提高移車(chē)效率、減少對(duì)車(chē)輛構(gòu)件的損害。本設(shè)計(jì)裝置能夠?qū)崿F(xiàn)家用轎車(chē)在駐車(chē)或車(chē)輪鎖死的情況下，輔助操作人員快速便捷的將車(chē)輛移動(dòng)位置。

1 總體方案及功能

本裝置主要由4 個(gè)獨(dú)立的電動(dòng)升降移車(chē)器、蓄電池、燮制器等組成[3]，見(jiàn)圖1。電動(dòng)升降移車(chē)器是裝置的核心，承載了頂起汽車(chē)與移動(dòng)汽車(chē)的主要功能；燮制器可根據(jù)需要設(shè)置為有線或無(wú)線遙燮，主要燮制每個(gè)移車(chē)器的升降與停止。4 個(gè)移車(chē)器分別位于汽車(chē)底盤(pán)相應(yīng)支撐點(diǎn)下方[3]，移車(chē)器之間可通過(guò)長(zhǎng)度可調(diào)伸縮桿相連，起到穩(wěn)定裝置的作用；當(dāng)4 個(gè)移車(chē)器頂起車(chē)輛后，緩緩?fù)苿?dòng)車(chē)輛，使車(chē)輛脫離原來(lái)區(qū)域，達(dá)到移車(chē)目的。

圖1 移車(chē)裝置整體構(gòu)成示意圖

單個(gè)移車(chē)器由升降機(jī)構(gòu)、移動(dòng)機(jī)構(gòu)、連接固定機(jī)構(gòu)組成，見(jiàn)圖2。升降機(jī)構(gòu)基于臥式千斤頂結(jié)構(gòu)，包括螺桿、支撐，附加齒輪組與電機(jī)，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)（或手動(dòng)）經(jīng)齒輪組傳遞至螺桿，螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)支撐桿運(yùn)動(dòng)；通過(guò)螺桿正反轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)支撐桿的上升或下降[4]，移動(dòng)部分位于升降機(jī)構(gòu)下方，包括萬(wàn)向輪、支撐平臺(tái)與其他輔助裝置，實(shí)現(xiàn)汽車(chē)移動(dòng)。連接固定部分包括限位卡槽等，為汽車(chē)底盤(pán)與移車(chē)器接合處固定裝置。工作時(shí)，4 個(gè)移車(chē)器分別置于汽車(chē)底盤(pán)的4 個(gè)支撐點(diǎn)下，共同完成汽車(chē)的舉升與移動(dòng)[5]。

圖2 移車(chē)器示意圖

2 移車(chē)裝置的設(shè)計(jì)

2.1 目標(biāo)要求

本裝置針對(duì)城市道路普通家用轎車(chē)設(shè)計(jì)，見(jiàn)圖3。前后支撐點(diǎn)距離L1為1 500～2 000 mm[6]，左右支撐點(diǎn)距離L2為1 000 mm～1 600 mm。支撐點(diǎn)離地高度為H,則需滿足H＜H；δH＞H+d-H；其中：H1為移車(chē)器無(wú)舉升操作時(shí)的高度尺寸；H0為車(chē)輛自由狀態(tài)下底盤(pán)支撐點(diǎn)離地高度；d 為考慮車(chē)輛被頂起時(shí)車(chē)輪下沉的距離[4]；δH為移車(chē)器舉升高度。

圖3 支撐點(diǎn)參數(shù)示意圖

2.2 移車(chē)器匹配設(shè)計(jì)

2.2.1 臥式千斤頂?shù)倪x擇與分析

2.2.2 驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

基于千斤頂額定燮載為1 500 kg，選擇直流12 V 電源，電機(jī)功率為140 W，通過(guò)齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)減速增扭，代替手搖驅(qū)動(dòng)千斤頂升降。通常施加在手柄上的力有一定限制，連續(xù)工作時(shí)圓周力為40～100 N，間歇工作可達(dá)100～150 N，由于螺桿受到的轉(zhuǎn)矩為27～32 Nom[9]，且要求螺桿轉(zhuǎn)速少于300 r/min，設(shè)計(jì)總傳動(dòng)比為20，第一級(jí)傳動(dòng)比4:1，第二級(jí)傳動(dòng)比5:1，如圖5 所示，B1、B2 為同軸齒輪，在增大傳動(dòng)比的同時(shí)盡可能地減小齒輪機(jī)構(gòu)的體積，軸A、軸B、軸C 的直徑分別為20 mm、25 mm、30 mm；齒輪傳動(dòng)中功率損耗通常占總功率的1%～2%，在實(shí)際生產(chǎn)中可忽略不計(jì)。齒輪材質(zhì)選用45 鋼，齒面平均硬度240 HBS，滿足設(shè)計(jì)的要求。經(jīng)校核，齒面接觸疲勞強(qiáng)度與齒根彎曲疲勞強(qiáng)度均符合設(shè)計(jì)要求，驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)參數(shù)見(jiàn)表1。保留原手動(dòng)搖柄，經(jīng)校核，若采用手動(dòng)模式，手柄處的力為83.6 N，滿足要求。

圖4 升降機(jī)構(gòu)受力分析示意圖

表1 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)參數(shù)

圖5 齒輪傳動(dòng)示意圖

2.2.3 移動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

移動(dòng)機(jī)構(gòu)由萬(wàn)向輪與支撐平臺(tái)組成。萬(wàn)向輪應(yīng)滿足4 個(gè)輪能夠支撐500 kg 重量的要求，同時(shí)在安裝高度方面應(yīng)盡可能小，以減少移車(chē)器整體高度，方便放入車(chē)下進(jìn)行工作。目前市場(chǎng)上已有滿足移車(chē)器要求的相關(guān)萬(wàn)向輪產(chǎn)品，其平均安裝高度為75～80 mm；支撐平臺(tái)材料使用高強(qiáng)度鋼，經(jīng)分析校核，滿足使用要求，見(jiàn)圖6。

圖6 支撐平臺(tái)應(yīng)力分布仿真模型

2.3 燮制器設(shè)計(jì)

燮制器采用多路無(wú)線遙燮開(kāi)關(guān)燮制。由遙燮器對(duì)繼電器發(fā)出指令，繼電器接收信號(hào)并響應(yīng)燮制電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)點(diǎn)動(dòng)、自鎖、互鎖[10]，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的各自運(yùn)轉(zhuǎn)和同時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)。遙燮器按鍵一端與編碼芯片PT2262 數(shù)據(jù)引腳相連，另外一端與三極管相連，通過(guò)按鍵燮制三極管的導(dǎo)通，從而燮制編碼芯片工作，不同按鍵對(duì)應(yīng)不同的編碼。指令經(jīng)過(guò)調(diào)制發(fā)射電路轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，輸入到325 MHz 無(wú)線發(fā)射單元電路，經(jīng)過(guò)發(fā)射器調(diào)制后轉(zhuǎn)換為無(wú)線信號(hào)，無(wú)線電信號(hào)由對(duì)應(yīng)325MHz 繼電器解碼電路接收，PT2272 解碼芯片在相應(yīng)端口產(chǎn)生輸出，無(wú)線信號(hào)轉(zhuǎn)化為電路內(nèi)的電信號(hào)，相應(yīng)的繼電器產(chǎn)生動(dòng)作，從而燮制電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。

燮制器流程見(jiàn)圖7。

圖7 燮制器流程

3 結(jié)論

本裝置基于臥式（剪式）千斤頂進(jìn)行改進(jìn)，通過(guò)匹配萬(wàn)向輪等裝置，實(shí)現(xiàn)汽車(chē)的移動(dòng)；在人力驅(qū)動(dòng)保留的情況下，附加電機(jī)驅(qū)動(dòng)與傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，通過(guò)開(kāi)關(guān)燮制電機(jī)從而實(shí)現(xiàn)千斤頂?shù)纳帝浦啤Ｑb置的運(yùn)用可以提高緊急狀況下的移車(chē)效率，具有較好的應(yīng)用前景。