搬運(yùn)HMB-4型液壓機(jī)構(gòu)的三維全向移動(dòng)的圓盤托運(yùn)小車設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司中山供電局 姚光久 閆 超 方澤彬 陳偉明 黃 建 梁群鋒 何瀟柳

1 傳統(tǒng)搬運(yùn)HMB-4型液壓機(jī)構(gòu)的不足之處

目前，市面上常見的HMB-4托運(yùn)小車因機(jī)構(gòu)制造水平、內(nèi)部零部件精度、長(zhǎng)時(shí)間外部運(yùn)行等諸多原因，導(dǎo)致其可靠性不高頻發(fā)故障，當(dāng)出現(xiàn)頻繁打壓、缸體裂紋、濾芯臟污、密封圈失效、液壓油變質(zhì)等故障影響安全運(yùn)行時(shí)，須對(duì)其進(jìn)行拆裝搬運(yùn)更換處理。因機(jī)構(gòu)箱內(nèi)部空間狹小，無(wú)法在機(jī)構(gòu)內(nèi)進(jìn)行維修，需要將液壓機(jī)構(gòu)移出機(jī)構(gòu)箱，才能實(shí)現(xiàn)360°無(wú)障礙檢修，但是液壓機(jī)構(gòu)凸出的部分電子元器件到機(jī)構(gòu)箱兩邊距離過小，造成水平移出前柜門時(shí)，會(huì)磕碰到前柜門左右門檻，需要通過圓盤托運(yùn)小車的自旋轉(zhuǎn)功能將凸出的部分電子元器件改變位置，方便水平移出液壓機(jī)構(gòu)。因HMB-4型液壓機(jī)構(gòu)制造水平、內(nèi)部零部件精度、長(zhǎng)時(shí)間外部運(yùn)行等諸多原因?qū)е缕淇煽啃圆桓哳l發(fā)故障，當(dāng)出現(xiàn)嚴(yán)重故障時(shí)需對(duì)其進(jìn)行拆裝搬運(yùn)更換處理。

更換過程存在以下弊端[1]：托運(yùn)小車沒有自旋轉(zhuǎn)功能，需要圍繞一個(gè)圓點(diǎn)做圓周運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)半徑大；其拆裝精度無(wú)法得到保障，作業(yè)流程也煩瑣；托運(yùn)小車只具備水平移動(dòng)功能，沒有升降功能；在狹小空間內(nèi)不具備測(cè)距、避障、閉鎖功能[2]；傳統(tǒng)托運(yùn)小車體積大且笨重，動(dòng)作遲緩，不適合有門檻的區(qū)域搬運(yùn)[3]；HMB機(jī)構(gòu)為不規(guī)則圖形，重心不位于液壓機(jī)構(gòu)幾何體中心，人工搬運(yùn)會(huì)造成液壓機(jī)構(gòu)前后左右晃動(dòng)，會(huì)造成磕碰設(shè)備，檢修人員意外跌倒等情況。

2 三維全向移動(dòng)的圓盤托運(yùn)小車結(jié)構(gòu)組成及原理

針對(duì)傳統(tǒng)搬運(yùn)HMB-4型托運(yùn)小車存在的不足，如圖1所示，本文提出一種新型的快速更換HMB-4型托運(yùn)小車，該裝置可實(shí)現(xiàn)優(yōu)化現(xiàn)有搬運(yùn)效率，模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、裝置同步升降、中心自旋轉(zhuǎn)等功能，適用窄小搬運(yùn)環(huán)境，提高搬運(yùn)效率，杜絕了人為搬運(yùn)HMB-4對(duì)人身和設(shè)備造成的傷害[4]。

圖1 圓盤托運(yùn)小車整體外觀圖

2.1 三維全向移動(dòng)的圓盤托運(yùn)小車結(jié)構(gòu)組成

本文研制的“搬運(yùn)HMB-4型液壓機(jī)構(gòu)的三維全向移動(dòng)的圓盤托運(yùn)小車”由超薄液壓分體式油缸泵頂、橫向軸承、自旋轉(zhuǎn)動(dòng)力裝置、激光測(cè)距單元、萬(wàn)向輪、底盤、中盤、頂盤等部分組成（以下簡(jiǎn)稱“托運(yùn)小車”）。其中，托運(yùn)小車具有自旋轉(zhuǎn)和任意方向移動(dòng)特性，可根據(jù)拆裝需要靈活使用。裝置主要技術(shù)原理、功能如下。

本發(fā)明的托運(yùn)小車同時(shí)具備水平移動(dòng)、垂直移動(dòng)、自旋轉(zhuǎn)功能，實(shí)現(xiàn)三維全向移動(dòng)，在不增加空間和不改變圓盤托運(yùn)小車結(jié)構(gòu)的前提下實(shí)現(xiàn)多功能簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；托運(yùn)小車采用底盤、中盤、頂盤疊加，底盤、中盤、頂盤的大小一致，底盤、頂盤為圓盤結(jié)構(gòu)，中盤為中空內(nèi)齒輪圓盤結(jié)構(gòu)，零部件采用可視化設(shè)計(jì)，方便維護(hù)檢修。

超薄液壓分體式油缸泵頂?shù)谋庙敺胖糜陧敱P底部四個(gè)位置，泵頂關(guān)于中心對(duì)稱放置，泵頂位于中盤和頂盤之間，且固定于中盤和頂盤之間，如圖2所示中盤的自旋轉(zhuǎn)通過泵頂帶動(dòng)頂盤同步自旋轉(zhuǎn)，油缸放置于中盤上面，油缸與泵頂之間通過軟管連接，軟管連接油缸部分為一個(gè)接口，連接泵頂部分為4個(gè)接口，通過四通閥連接，四個(gè)泵頂同時(shí)抬升同時(shí)下落，可以避免泵頂高度不一致造成頂盤傾斜，分體式設(shè)計(jì)可以防止壓力異常突然下墜對(duì)工作人員的傷害，松開回油開關(guān)，活塞自動(dòng)回位。油缸泵頂?shù)呐浜鲜褂每梢詫?shí)現(xiàn)頂盤的抬升和下降，油缸外置液晶顯示屏，內(nèi)置WI-FI、RFID、藍(lán)牙等無(wú)線連接單元，可以通過遠(yuǎn)程遙控油缸實(shí)現(xiàn)泵頂?shù)奶拖陆怠?/p>

圖2 圓盤托運(yùn)小車底盤和中盤自旋轉(zhuǎn)動(dòng)力結(jié)構(gòu)

如圖3所示，中盤與底盤之間通過橫向軸承相連接，通過自旋轉(zhuǎn)動(dòng)力裝置在底盤不動(dòng)的情況下帶動(dòng)中盤旋轉(zhuǎn)。底盤上端有一圈凹槽，中盤下端有一圈相同直徑凹槽，底盤上端的凹槽內(nèi)置一圈滾珠，中盤底盤凹槽相嵌合時(shí)，兩個(gè)盤面間距為滾珠直徑的一半，此時(shí)在底盤不同的情況下，中盤可單獨(dú)自旋轉(zhuǎn)，這種結(jié)構(gòu)就是橫向軸承結(jié)構(gòu)。自旋轉(zhuǎn)動(dòng)力裝置如圖2所示，可通過電機(jī)所在垂直轉(zhuǎn)向的主動(dòng)輪帶動(dòng)中盤所在結(jié)構(gòu)的水平方向從向輪旋轉(zhuǎn)（中盤就是中空內(nèi)齒輪圓盤的從動(dòng)輪），實(shí)現(xiàn)垂直轉(zhuǎn)向動(dòng)力傳遞，主動(dòng)輪所在結(jié)構(gòu)的電機(jī)內(nèi)置WI-FI、RFID、藍(lán)牙等無(wú)線連接單元，可通過遠(yuǎn)程遙控主動(dòng)輪旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)中盤的自旋轉(zhuǎn)，通過電機(jī)的減速器和控制模塊，控制中盤的旋轉(zhuǎn)方向和角度。

圖3 底盤和中盤橫向軸承連接結(jié)構(gòu)

激光測(cè)距單元位于底盤外圓周一圈，在中盤自旋轉(zhuǎn)和底盤水平移動(dòng)的情況下，可探測(cè)底盤與前后左右障礙物的距離，如果物體位于柜體中，且前柜門有門檻，在托運(yùn)小車移動(dòng)，測(cè)距大于門檻的縱深尺寸，此時(shí)可實(shí)現(xiàn)物體搬運(yùn)，不會(huì)出現(xiàn)磕碰柜門情況；如圖4所示為底盤萬(wàn)向輪，可實(shí)現(xiàn)水平任意方向的移動(dòng)，萬(wàn)向輪實(shí)現(xiàn)360°旋轉(zhuǎn)，剎車板的作用是制動(dòng)剎車，具有剎車功能的萬(wàn)向輪結(jié)構(gòu)保證了托運(yùn)小車的平穩(wěn)固定，便于調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)運(yùn)小車的轉(zhuǎn)移方向，提高轉(zhuǎn)運(yùn)效率。

圖4 底盤萬(wàn)向輪

萬(wàn)向輪位于小車底盤底部，激光測(cè)距單元位于底盤周邊；橫向軸承、自旋轉(zhuǎn)動(dòng)力裝置位于底盤和中盤之間；超薄液壓分體式油缸泵頂位于中盤和頂盤之間；托運(yùn)小車采用垂直可視化設(shè)計(jì)，零部件維護(hù)檢修方便，利用重力固定零部件，避免了傳統(tǒng)螺絲螺釘固定的繁瑣維護(hù)檢修；托運(yùn)小車頂盤具有磁性吸附功能，實(shí)現(xiàn)托運(yùn)吸附一體化，可在物體完全移出機(jī)構(gòu)箱后再拿掉圓盤小車。在搬運(yùn)重物底部有凹槽的情況下，凸出頂盤可嵌合在凹槽起到固定作用，同時(shí)磁性吸附功能可以實(shí)現(xiàn)雙重固定重物功能。

在圓盤托運(yùn)小車完成HMB-4型液壓機(jī)構(gòu)與合閘模塊的圓心重合后，下一步升高圓盤托運(yùn)小車實(shí)現(xiàn)液壓機(jī)構(gòu)與合閘模塊的無(wú)縫對(duì)接，實(shí)現(xiàn)液壓機(jī)構(gòu)與合閘模塊的螺孔對(duì)位后，用螺絲進(jìn)行固定，實(shí)現(xiàn)HMB-4液壓機(jī)構(gòu)的懸空，HMB-4液壓機(jī)構(gòu)在合閘、分閘狀態(tài)與匯控箱底面保持懸空距離，留足液壓機(jī)構(gòu)底部疊簧儲(chǔ)能和泄壓空間。

2.2 一種快速更換HMB-4型液壓機(jī)構(gòu)裝置技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)

如圖5所示，該裝置可達(dá)到快速搬運(yùn)液壓機(jī)構(gòu)目的，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)模塊化等功能，安全搬運(yùn)設(shè)備，提高檢修效率，其技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)如下。

圖5 HMB-4型液壓機(jī)構(gòu)平面圖

超薄液壓分體式油缸泵頂實(shí)現(xiàn)油缸泵頂?shù)姆蛛x，油缸位于機(jī)構(gòu)箱外，泵頂位于重物底部，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離操作，避免重物突然跌落對(duì)人身和設(shè)備造成的傷害。結(jié)構(gòu)緊湊，降低了常規(guī)一體式油缸泵頂?shù)母叨龋哂心陀谩⒎栏⒛湍ァ⒌驮肼暤葍?yōu)點(diǎn)。HMB為不規(guī)則形狀，重量為280kg，不規(guī)則造成HMB-4的重心與其幾何中心不重合，為了避免升降過程中重心不穩(wěn)造成HMB-4傾倒，在HMB-4底部對(duì)稱安裝泵頂，超薄液壓分體式油缸泵頂同步升降，避免不同步升降的高度差造成重物傾倒。

HMB為不規(guī)則形狀，左側(cè)突出部分為輔助開關(guān)，右側(cè)凸出部分為二次接線及分合閘線圈，后側(cè)凸出部分為電機(jī)，HMB四周有3個(gè)對(duì)稱儲(chǔ)能模塊，通過自旋轉(zhuǎn)避免更換過程對(duì)精密元件磕碰。圓盤小車的自旋轉(zhuǎn)可在達(dá)到避障目的時(shí)候水平無(wú)障礙移出。可實(shí)現(xiàn)水平移出物體過程，避開周圍障礙物對(duì)精密電子元器件的磕碰；圓盤小車底部的萬(wàn)向輪，可實(shí)現(xiàn)任意方向旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的弧線運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)圓盤小車上方的物體任意方向運(yùn)動(dòng)。當(dāng)需要被搬運(yùn)物體固定的時(shí)候，使用金屬材料的制動(dòng)剎車板進(jìn)行固定，踩下剎車板，金屬夾具固定于萬(wàn)向輪上，阻止萬(wàn)向輪的移動(dòng)。

底盤與中盤之間的自旋轉(zhuǎn)動(dòng)力結(jié)構(gòu)，通過電機(jī)的減速器和控制模塊，控制中盤的旋轉(zhuǎn)方向和角度。其旋轉(zhuǎn)的通過水平電機(jī)帶動(dòng)主動(dòng)輪旋轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)從動(dòng)輪的旋轉(zhuǎn)，從動(dòng)輪固定于中盤，實(shí)現(xiàn)中盤的同步旋轉(zhuǎn)，電機(jī)齒輪動(dòng)輪組合裝置的配合可以實(shí)現(xiàn)精確啟停、精確旋轉(zhuǎn)，避免的滾珠圓盤在重物的移動(dòng)下出現(xiàn)的打滑現(xiàn)象；激光測(cè)距單元可以探測(cè)底盤與前后左右障礙物的間距，實(shí)現(xiàn)避障和防磕碰功能。激光測(cè)距單元采用可吸附式測(cè)距裝置，不需要使用的時(shí)候可以取下，需要的時(shí)候可以根據(jù)HMB-4金屬特性，吸附在HMB-4機(jī)構(gòu)上。

圓盤小車具有磁性吸附功能，實(shí)現(xiàn)托運(yùn)吸附一體化，可在物體完全移出機(jī)構(gòu)箱后再拿掉圓盤小車。在搬運(yùn)重物底部有凹槽的情況下，凸出頂盤可以嵌合在凹槽起到固定作用，同時(shí)磁性吸附功能可以實(shí)現(xiàn)雙重固定重物功能；無(wú)線連接控制單元，可遠(yuǎn)程實(shí)現(xiàn)小車自旋轉(zhuǎn)角度、方向、水平移動(dòng)、垂直升降的精準(zhǔn)控制。遠(yuǎn)距離操作，避免重物突然跌落對(duì)人身和設(shè)備造成的傷害；托運(yùn)小車整體采用不銹鋼材料，堅(jiān)固耐用、不易變形。一體式模塊化組合設(shè)計(jì)，方便拆裝和改變模塊，以適應(yīng)不同尺寸的搬運(yùn)物；托運(yùn)小車采用垂直可視化設(shè)計(jì)，零部件維護(hù)檢修方便，利用重力固定零部件，避免了傳統(tǒng)螺絲螺釘固定的繁瑣維護(hù)檢修。

3 結(jié)語(yǔ)

本文提出的一種搬運(yùn)HMB-4型液壓機(jī)構(gòu)的三維全向移動(dòng)的圓盤托運(yùn)小車，提供了一種簡(jiǎn)單小巧靈活的重物搬運(yùn)工具，無(wú)須人工搬運(yùn)，避免夾傷，誤傷檢修人員，安全可靠。且該裝置適用于各種大小類型的物體搬運(yùn)，效率高，適合有障礙的水平地面，采用零部件可視化設(shè)計(jì)維修簡(jiǎn)單可靠。快速安全搬運(yùn)，縮短了檢修時(shí)間，提高了系統(tǒng)供電可靠性及用戶供電可靠性。