可拆裝式E型物流運(yùn)轉(zhuǎn)車結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)*

王 俊，張志剛，吳洪杰，王 友

（1.湖北文理學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院，湖北 襄陽 441053；2.北京博途機(jī)械設(shè)備有限公司，北京 100176）

0 引言

牽引車廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)及物流機(jī)械設(shè)備領(lǐng)域。楊孝文等[1]對一種小型物流搬運(yùn)車結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的研究，大大提高了搬運(yùn)車運(yùn)輸效率以及準(zhǔn)確性。史志明[2]通過調(diào)研成都平原糧食轉(zhuǎn)運(yùn)的基本情況，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際和地理環(huán)境，從整體結(jié)構(gòu)、車架、底盤、制動、液壓舉升機(jī)、輪胎和貨箱等各零部件進(jìn)行設(shè)計(jì)，研制出農(nóng)用牽引運(yùn)輸車。王若超等[3]設(shè)計(jì)了一種基于阿克曼原理的梯形牽引轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，具有更平滑的轉(zhuǎn)向軌跡、更小的轉(zhuǎn)向啟動力矩以及更高的能量轉(zhuǎn)化效率。周兵等[4]通過Adams軟件建立麥弗遜懸架轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的樣機(jī)模型，分析車輪前束角和阿克曼特性受該機(jī)構(gòu)關(guān)鍵點(diǎn)的影響。趙樹棟[5]對國內(nèi)外輔助運(yùn)輸設(shè)備概況及其性能和適用范圍等進(jìn)行了介紹。可拆裝式E型物流運(yùn)轉(zhuǎn)車可以實(shí)現(xiàn)阿克曼轉(zhuǎn)向，在轉(zhuǎn)向角度不大的情況下得以實(shí)現(xiàn)。以上學(xué)者針對物流車及牽引轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的研究為本文提供了思路。

王守亮[6]提出了我國物流配送的發(fā)展趨勢以及應(yīng)對策略，以不斷完善我國物流配送業(yè)，為人們提供更高質(zhì)量的服務(wù)。李昕[7]提出擁有高效的物流配送能力不但是企業(yè)提高效率的關(guān)鍵，也是整個社會提高運(yùn)行效率、提高生產(chǎn)率的關(guān)鍵。安改娣[8]提出了物流機(jī)械設(shè)施、設(shè)備的優(yōu)化措施，從而達(dá)到延長使用壽命、提高物流企業(yè)工作效率的目的。白曉光[9]提出伴隨著物流的發(fā)展與進(jìn)步，物流設(shè)備不斷得到提升與發(fā)展，其涉及的機(jī)械設(shè)備的創(chuàng)新及應(yīng)用就顯得尤為重要。

隨著我國電商不斷發(fā)展，物流運(yùn)轉(zhuǎn)需要處理的電商快件也越來越多，為了提高運(yùn)輸效率和降低運(yùn)費(fèi)，會在集齊物品后一起運(yùn)轉(zhuǎn)，因此需要運(yùn)轉(zhuǎn)的運(yùn)輸車。目前，運(yùn)轉(zhuǎn)的手推車僅僅是單個的運(yùn)轉(zhuǎn)單元，需要專人駕駛叉車，頻繁往返于倉庫-生產(chǎn)線的運(yùn)輸，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且擺放不整齊，當(dāng)堆疊較高后容易傾倒，運(yùn)轉(zhuǎn)效率低。

綜上所述，課題組根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》[10]設(shè)計(jì)出一種用于物流的機(jī)械設(shè)備，即可拆裝式E型物流運(yùn)轉(zhuǎn)車。課題組設(shè)計(jì)的可拆裝式E型運(yùn)轉(zhuǎn)車，既可單個使用，也可與多個運(yùn)轉(zhuǎn)單元組合使用；一次可以牽引多輛可拆裝式E型物流運(yùn)轉(zhuǎn)車，并且每輛車可以裝拆多個運(yùn)轉(zhuǎn)單元，運(yùn)轉(zhuǎn)單元拆裝方便。物流運(yùn)轉(zhuǎn)配送快速、高效、便捷。

1 設(shè)計(jì)思路

課題組根據(jù)我國物流機(jī)械設(shè)備行業(yè)現(xiàn)狀，通過研究現(xiàn)有的物流運(yùn)轉(zhuǎn)車的優(yōu)缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)了可拆裝式E型物流運(yùn)轉(zhuǎn)車。可拆裝式E型物流運(yùn)轉(zhuǎn)車框架上的裝拆機(jī)械裝置，具有拆裝功能，可與配套的運(yùn)轉(zhuǎn)單元進(jìn)行組合使用，而運(yùn)轉(zhuǎn)單元小車可以裝載物料托盤，并且小車上還帶有4個萬向腳輪，這樣可拆裝式E型物流運(yùn)轉(zhuǎn)車可以裝載多個如圖1所示的A型運(yùn)轉(zhuǎn)單元，或者多個如圖2所示的B型運(yùn)轉(zhuǎn)單元。由牽引車牽引，一輛可拆裝式E型物流運(yùn)轉(zhuǎn)車可以將多個轉(zhuǎn)運(yùn)單元運(yùn)到不同的工位點(diǎn)，進(jìn)行空載與滿載物料的交換，還可以把空的轉(zhuǎn)運(yùn)單元回收至倉庫進(jìn)行裝配物料，從而實(shí)現(xiàn)循環(huán)物料運(yùn)送，高效、快速、便捷，提高了運(yùn)輸效率，保證了行駛的安全性。而且不需要專人駕駛叉車頻繁往返于倉庫—生產(chǎn)線的運(yùn)輸，既節(jié)省了時(shí)間，也提高了效率，又保證了物流運(yùn)轉(zhuǎn)通道的安全性。可拆裝式E型物流運(yùn)轉(zhuǎn)車模型如圖3所示。

圖1 A型運(yùn)轉(zhuǎn)單元

圖2 B型運(yùn)轉(zhuǎn)單元

圖3 可拆裝式E型物流運(yùn)轉(zhuǎn)車模型

2 工作原理

可拆裝式E型物流運(yùn)轉(zhuǎn)車由車體框架、A型運(yùn)轉(zhuǎn)單元或B型運(yùn)轉(zhuǎn)單元組成。

當(dāng)需要裝拆運(yùn)轉(zhuǎn)單元時(shí)，將運(yùn)轉(zhuǎn)單元移動到裝拆機(jī)械裝置上方，通過第一次踩動踏板，使裝拆裝置移動到上端，將運(yùn)轉(zhuǎn)單元固定在車架上，實(shí)現(xiàn)聯(lián)結(jié)功能；同時(shí)隨著踏板被踩下，踏板的顏色顯示器轉(zhuǎn)到紅色。此外，第二次踩動踏板，裝拆裝置松開運(yùn)轉(zhuǎn)單元，實(shí)現(xiàn)脫離功能；踏板的顏色顯示器轉(zhuǎn)到綠色。共同實(shí)現(xiàn)運(yùn)轉(zhuǎn)單元與車身的聯(lián)結(jié)或脫離，如圖4所示。

圖4 踏板及裝拆機(jī)械裝置運(yùn)動狀態(tài)圖

當(dāng)正在由牽引車牽引運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，梯形牽引轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)具有更平滑的轉(zhuǎn)向軌跡、更小的轉(zhuǎn)向啟動力矩以及更高的能量轉(zhuǎn)化效率；控制車輪與擺桿隨動，力和運(yùn)動傳遞平順。轉(zhuǎn)向快速、穩(wěn)定、便捷，運(yùn)轉(zhuǎn)效率高，如圖5所示。

圖5 梯形牽引轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)及隨動運(yùn)動狀態(tài)圖

3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

E型物流運(yùn)轉(zhuǎn)車總裝配圖如圖6所示。

圖6 總裝配圖

3.1 車體框架構(gòu)成

車體框架由車身、置物臺、裝拆機(jī)械裝置、聯(lián)動桿、梯形牽引轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)、顏色顯示器、踏板、擺桿、腳輪等構(gòu)成，詳細(xì)介紹如下。

車身：整體呈E字形，用于裝載、承重運(yùn)轉(zhuǎn)單元或包裹；在它的基礎(chǔ)上保證其他零件和機(jī)構(gòu)的裝配。

置物臺：其上的四排螺栓起緊固支撐作用，防止運(yùn)轉(zhuǎn)單元滑落。

裝拆機(jī)械裝置：位于E形槽內(nèi)部，三個裝拆機(jī)械臂分別裝配在兩個短軸上，并且通過聯(lián)動桿連接在一起構(gòu)成裝拆機(jī)械裝置，實(shí)現(xiàn)運(yùn)轉(zhuǎn)單元與車身的聯(lián)結(jié)或脫離功能。

聯(lián)動桿：兩端通過六角開槽螺母和開口銷分別連接踏板和裝拆機(jī)械裝置，實(shí)現(xiàn)踏板控制裝拆機(jī)械裝置轉(zhuǎn)動。

梯形牽引轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)：是一種基于阿克曼原理的梯形牽引轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，位于左右兩端中心，裝配在車身下方，與短擺桿連接，使腳輪與擺桿隨動，可牽引多輛可拆裝式E型物流運(yùn)轉(zhuǎn)車，達(dá)到同時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)多個運(yùn)轉(zhuǎn)單元的目的。

顏色顯示器：與左右踏板裝配到一起，隨踏板轉(zhuǎn)動而轉(zhuǎn)動，并且顯示紅綠兩種顏色，代表運(yùn)轉(zhuǎn)單元與車體框架所處的聯(lián)結(jié)或脫離的狀態(tài)。

踏板：踏板位于左右下角，與聯(lián)動桿一端連接，而聯(lián)動桿的另一端與裝拆機(jī)械裝置連接，實(shí)現(xiàn)踏板控制裝拆機(jī)械裝置，使運(yùn)轉(zhuǎn)單元與車身的聯(lián)結(jié)或脫離更方便、快捷。

擺桿：兩個短擺桿一端通過自潤滑桿端關(guān)節(jié)軸承、開口銷、螺桿與腳輪連接，而另一端與梯形牽引轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)連接。兩個長擺桿一端通過自潤滑桿端關(guān)節(jié)軸承與腳輪連接，另一端通過自潤滑桿端關(guān)節(jié)軸承、S形切割件與固定在機(jī)架上的轉(zhuǎn)向件安裝片及角接觸球軸承相連接。

腳輪：四只腳輪位于車身的四個角，對稱分布，分別與長、短擺桿連接，與梯形牽引轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)共同構(gòu)成梯形牽引轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)隨動裝置。

3.2 踏板控制運(yùn)轉(zhuǎn)單元與車身的聯(lián)結(jié)或脫離裝置

將運(yùn)轉(zhuǎn)單元移動到裝拆機(jī)械裝置上方，通過第一次踩動踏板，控制裝拆機(jī)械裝置的機(jī)械臂轉(zhuǎn)動到上端，將運(yùn)轉(zhuǎn)單元固定在車架上，并且隨著踏板被踩下，踏板的顏色顯示器轉(zhuǎn)到紅色，實(shí)現(xiàn)運(yùn)轉(zhuǎn)單元與車身的聯(lián)結(jié)。第二次踩動踏板，裝拆機(jī)械裝置的機(jī)械臂松開運(yùn)轉(zhuǎn)單元，踏板的顏色顯示器轉(zhuǎn)到綠色，實(shí)現(xiàn)運(yùn)轉(zhuǎn)單元與車身的脫離，如圖7所示。

圖7 踏板控制運(yùn)轉(zhuǎn)單元與車身的聯(lián)結(jié)或脫離裝置

3.3 梯形牽引轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)隨動裝置

梯形牽引轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)隨動裝置的優(yōu)點(diǎn)是采用基于阿克曼原理的梯形牽引轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，具有更平滑的轉(zhuǎn)向軌跡、更小的轉(zhuǎn)向啟動力矩以及更高的能量轉(zhuǎn)化效率，使腳輪與擺桿隨動，力和運(yùn)動傳遞平順。隨著牽引機(jī)構(gòu)運(yùn)動，對稱分布的四個短擺桿分別與四個腳輪隨動，如圖8所示。兩個長擺桿分別與其中兩個腳輪隨動，如圖9所示。

圖8 短擺桿與腳輪隨動示意圖

圖9 長擺桿與腳輪隨動示意圖

4 總結(jié)

本文所述的可拆裝式E型物流運(yùn)轉(zhuǎn)車設(shè)計(jì)，結(jié)合實(shí)際應(yīng)用要求，對物流運(yùn)轉(zhuǎn)車進(jìn)行創(chuàng)新，踏板控制運(yùn)轉(zhuǎn)單元與車身的聯(lián)結(jié)或脫離，可以實(shí)現(xiàn)快速、高效、便捷地運(yùn)轉(zhuǎn)多個運(yùn)轉(zhuǎn)單元，省時(shí)省力，轉(zhuǎn)運(yùn)物料量大，在節(jié)約勞動力的同時(shí)大大提高了物流運(yùn)輸?shù)倪\(yùn)轉(zhuǎn)效率。梯形牽引轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)隨動裝置，力和運(yùn)動傳遞平順，設(shè)計(jì)安全可靠，堆疊效率高且不易傾倒，可用于倉庫物流運(yùn)輸及生產(chǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)現(xiàn)場。