陳曉航，陳典，葉園

（武漢商學(xué)院汽車服務(wù)工程專業(yè)，湖北武漢430056）

互聯(lián)網(wǎng)物流環(huán)境下的機(jī)械式助力小車設(shè)計(jì)

陳曉航，陳典，葉園

（武漢商學(xué)院汽車服務(wù)工程專業(yè)，湖北武漢430056）

通過(guò)設(shè)計(jì)一種在物聯(lián)網(wǎng)物流環(huán)境下的機(jī)械式助力小車，希望為互聯(lián)網(wǎng)物流作出一些貢獻(xiàn)。

杠桿助力機(jī)構(gòu)；受力分析；助力小車；剪式機(jī)構(gòu)

引言

隨著中國(guó)互聯(lián)網(wǎng)經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，物流運(yùn)輸行業(yè)也在快速的變化。但運(yùn)輸過(guò)程中存在著物流發(fā)展不完備、倉(cāng)儲(chǔ)不合理、配送渠道不完善、物流從業(yè)者勞動(dòng)強(qiáng)度大等問題，急需進(jìn)行相應(yīng)的解決和優(yōu)化。結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的中小型商品運(yùn)輸方式，設(shè)計(jì)出機(jī)械式助力小車，滿足現(xiàn)階段物流快速轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程中終端代理點(diǎn)貨物運(yùn)輸?shù)男枨?。同時(shí)，對(duì)機(jī)械式助力小車進(jìn)行受力分析，是小車能夠正常使用的前提，避免小車在使用過(guò)程中由于受力缺陷問題造成的損失。

1　總體設(shè)計(jì)

1.1產(chǎn)品設(shè)計(jì)背景

中國(guó)互聯(lián)網(wǎng)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的同時(shí)，快遞物流行業(yè)暴露出了上述諸多問題，再加上傳統(tǒng)的運(yùn)輸工具特性使然的制約，物流行業(yè)運(yùn)輸工具的更新優(yōu)化迫在眉睫。

伴隨著工業(yè)的發(fā)展與進(jìn)步，在快遞物流終端代理點(diǎn)的商品搬運(yùn)、擺放等工作過(guò)程中，小型的商品載運(yùn)助力裝置起到了至關(guān)重要的作用。

1.2設(shè)計(jì)產(chǎn)品的提出

結(jié)合現(xiàn)階段物流行業(yè)的背景和發(fā)展需求，在原有手推車的基礎(chǔ)上，充分發(fā)揮機(jī)械式助力裝置靈活方便的特性，設(shè)計(jì)出了本機(jī)械式助力小車，旨在解決現(xiàn)階段運(yùn)輸裝置費(fèi)力和分類難的問題。本機(jī)械式助力小車的整體結(jié)構(gòu)圖如圖1所示，尺寸如圖2所示。

2　工作原理

2.1商品轉(zhuǎn)移過(guò)程

助力小車到達(dá)指定位置后，搖動(dòng)小車側(cè)邊千斤頂手搖裝置，調(diào)整助力小車高度，與快遞車后備箱同一高度后配合，配合完成后，拉動(dòng)置貨架，進(jìn)行商品位置轉(zhuǎn)換。

圖1　助力小車整體結(jié)構(gòu)圖

圖2　助力小車主要尺寸（單位：mm）

2.2商品上升/下降狀態(tài)

打開鎖止裝置，維持置貨架穩(wěn)定狀態(tài)，推動(dòng)助力小車到達(dá)商品擺放位置。扭動(dòng)小車尾部手柄，帶動(dòng)L型支撐板平緩降至地面，解除鎖止裝置，拉動(dòng)置貨架經(jīng)由L型支撐板到達(dá)地面合理位置擺放。

3　受力分析

如上文所述，本助力小車整體由分類機(jī)構(gòu)、動(dòng)力機(jī)構(gòu)和杠桿助力機(jī)構(gòu)組成，三大機(jī)構(gòu)配合共同實(shí)現(xiàn)小車分類以及助力的功能。因此對(duì)三大機(jī)構(gòu)進(jìn)行受力分析，對(duì)助力小車整體進(jìn)行穩(wěn)定性分析。

3.1分類機(jī)構(gòu)受力分析

圖3　分類機(jī)構(gòu)示意圖

圖4　動(dòng)力機(jī)構(gòu)示意圖

托盤的橫截面積為S，S=ab=0.4×0.06=0.024m2

假設(shè)兩個(gè)托盤滿負(fù)荷受力為500 N

此時(shí)托盤受到的壓強(qiáng)為W1=F/S=250/0.024= 10 417 Pa

查詢相關(guān)資料，σa=228MPa滿足要求。而分類機(jī)構(gòu)受力分析圖如圖3、4所示。

3.2動(dòng)力機(jī)構(gòu)受力分析

以千斤頂上半部分為研究對(duì)象，如圖5所示，假設(shè)千斤頂上節(jié)點(diǎn)所受力為F，上端斜連桿與扭桿的夾角為θ。

圖5　動(dòng)力機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)化圖

圖6　動(dòng)力機(jī)構(gòu)B點(diǎn)受力示意圖

對(duì)A進(jìn)行分析，A節(jié)點(diǎn)受到力F時(shí)，上端斜連桿受力F1=F2

∴θ取最小值時(shí)，此時(shí)各個(gè)節(jié)點(diǎn)受力均為最大θ=17.76°

對(duì)B進(jìn)行受力分析:

上下端斜面連桿受力：F3=F5=1.64×500=820 N

扭桿受力：F4=-1.72×500=-860 N

對(duì)端斜面連桿的強(qiáng)度分析：

對(duì)扭桿的強(qiáng)度分析：

查詢相關(guān)資料，σa=287 MPa滿足要求。

3.3杠桿助力機(jī)構(gòu)受力分析

圖7　杠桿助力機(jī)構(gòu)示意圖

圖8　杠桿助力機(jī)構(gòu)等效受力示意圖

1）手柄處于初始狀態(tài)

L型擋板受到的力FK＜500N，L2=130mm，L1=300mm F2L2=FkL1Fk=（F2F2）/L1=0.433F2

當(dāng)F2取最大值500 N的時(shí)候，F(xiàn)k仍能滿足要求。

2）手柄處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)

此時(shí)，L型擋板較長(zhǎng)端收到的壓力為F1，只要L型擋板最長(zhǎng)端能夠保證承受抗壓強(qiáng)度，就能夠保證整個(gè)L型支架強(qiáng)度符合要求（如圖7所示）。

查詢相關(guān)資料，σa=228MPa滿足要求。

對(duì)其進(jìn)行撓度檢驗(yàn)，根據(jù)假設(shè)，此時(shí)撓度最大，轉(zhuǎn)角最?。ㄈ鐖D8所示）。

此時(shí)F=500 N l=300mm

查資料可知：鋁合金的彈性模量E=72 GPa I=108 000mm4

所求的截面的轉(zhuǎn)角為：

所求的截面的撓度為：

查資料可知：當(dāng)跨度不超過(guò)7 500 mm時(shí)，鋁型材的撓度W≤L/180且W≤20mm

計(jì)算可知W=300/180=1.667mm

WB＜W故該設(shè)計(jì)符合要求

3.4整體穩(wěn)定性分析

助力小車整體呈現(xiàn)左右對(duì)稱，受壓時(shí)壓力也呈現(xiàn)左右分布。

1）當(dāng)負(fù)載呈現(xiàn)左右兩邊完全均勻增加時(shí)，由于助力小車左右對(duì)稱，此時(shí)小車正常受力，不會(huì)出現(xiàn)失穩(wěn)。

2）當(dāng)助力小車非對(duì)稱增加商品時(shí)，此時(shí)假設(shè)小車一端增加到滿負(fù)載，另一端負(fù)載為0。

查資料可知：鋁合金的σs=110 MPa，E=72 GPa σp=265 MPa。

4　薄弱部位優(yōu)化

4.1判定薄弱部位

當(dāng)手柄朝槽體內(nèi)移動(dòng)至短板與所述槽體的側(cè)壁相抵時(shí)，所述L型長(zhǎng)端向下傾斜。運(yùn)動(dòng)的范圍保證為45°，在此運(yùn)動(dòng)過(guò)程中為滿足自身工作需求，該機(jī)構(gòu)需要外部提供動(dòng)力。

結(jié)合該機(jī)構(gòu)維持自身工作的受力需求以及上述對(duì)杠桿助力機(jī)構(gòu)進(jìn)行的受力分析，確定該機(jī)構(gòu)為助力小車的薄弱部位。

4.2優(yōu)化模型

本助力小車屬于耐用品，因此在考慮實(shí)現(xiàn)助力功能的同時(shí)，也要確保小車易損件的使用壽命，圖9所示零件為易損件零件的優(yōu)化圖：

圖9　優(yōu)化杠桿助力機(jī)構(gòu)示意圖

圖10　優(yōu)化結(jié)構(gòu)A點(diǎn)受力示意圖

其中F2=F1sinθF3=F1cosθ（θ為夾角保持不變）。

此時(shí)在沿長(zhǎng)端1垂直方向F合=F-F2＜F

在垂直方向減小節(jié)點(diǎn)的受力，提高L型支撐板的工作壽命，且夾角不變，受力維持穩(wěn)定，保證優(yōu)化后未影響助力小車整體的穩(wěn)定性。優(yōu)化結(jié)構(gòu)A點(diǎn)受力示意圖如圖10所示。

5　設(shè)計(jì)產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)分析

根據(jù)調(diào)查分析發(fā)現(xiàn)，隨著互聯(lián)網(wǎng)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，工作人員對(duì)商品裝卸擺放的工具以及分類的效率要求提高，本設(shè)計(jì)產(chǎn)品就是為適應(yīng)他們的工作需求而研發(fā)的。

5.1產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)分析

現(xiàn)階段市場(chǎng)運(yùn)輸裝置呈現(xiàn)液、電動(dòng)的發(fā)展趨勢(shì)，體積大、價(jià)格昂貴、不易操作、維護(hù)繁瑣、不利于快遞終端代理點(diǎn)商品的裝卸和擺放。本機(jī)械式助力小車結(jié)合快遞行業(yè)需求、造價(jià)低、功能多和操作靈活，適用于終端代理點(diǎn)多種復(fù)雜環(huán)境，具有明顯優(yōu)勢(shì)。

5.1.1市場(chǎng)分析

物流快遞公司眾多，各個(gè)代理點(diǎn)運(yùn)輸配置參差不齊，而目前市場(chǎng)上存在最多的為手拖車或液壓叉車，受限于終端代理點(diǎn)的復(fù)雜環(huán)境，這些搬運(yùn)工具并不適用。我們?cè)O(shè)計(jì)出的助力小車，在適應(yīng)現(xiàn)階段物流環(huán)境的同時(shí)，充分體現(xiàn)其助力功能，利用其差異化迅速的占領(lǐng)市場(chǎng)；而目前市場(chǎng)上存在的機(jī)械式助力裝置很少，因此又可以利用其專門化，在該領(lǐng)域內(nèi)占領(lǐng)領(lǐng)導(dǎo)地位。

5.1.2用戶分析

直接用戶：全國(guó)各大快遞終端代理點(diǎn)。

周邊用戶：搬運(yùn)行業(yè)。

本助力小車旨在服務(wù)終端代理點(diǎn)工作人員，為其提供一個(gè)優(yōu)質(zhì)的助力搬運(yùn)工具，解決現(xiàn)階段他們面臨的問題。通過(guò)實(shí)際調(diào)查和樣品測(cè)試反饋，本助力小車符合終端代理點(diǎn)工作人員的工作需求。

5.1.3競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手分析

受到搬運(yùn)裝置市場(chǎng)呈現(xiàn)大型液壓的發(fā)展趨勢(shì)影響，目前機(jī)械式助力搬運(yùn)裝置市場(chǎng)還未出現(xiàn)有力競(jìng)爭(zhēng)者，市場(chǎng)風(fēng)向良好，且作為機(jī)械式助力小車，工作環(huán)境要求低，產(chǎn)品具有針對(duì)性，相對(duì)于目前市場(chǎng)上的大型液壓搬運(yùn)裝置，該機(jī)械助力裝置具有諸多優(yōu)點(diǎn)，競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)更大。

6　結(jié)果說(shuō)明

電子商務(wù)發(fā)展迅猛，配送工具急需優(yōu)化和更新。本設(shè)計(jì)產(chǎn)品與互聯(lián)網(wǎng)物流環(huán)境相適應(yīng)，為終端代理點(diǎn)工作人員量身打造，在為其提供優(yōu)質(zhì)的助力工具的同時(shí)，規(guī)范配送流程。

通過(guò)計(jì)算分析出小車的最大載荷和受力薄弱部位，在使用過(guò)程中對(duì)特殊部位進(jìn)行合理的維護(hù)和保養(yǎng)，延長(zhǎng)小車的使用壽命。

根據(jù)設(shè)計(jì)產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)分析，確定助力小車的市場(chǎng)前景和發(fā)展方向，結(jié)合當(dāng)下市場(chǎng)的發(fā)展需求，不斷創(chuàng)新和完善本設(shè)計(jì)產(chǎn)品，增強(qiáng)核心競(jìng)爭(zhēng)力的同時(shí)，創(chuàng)造出新的價(jià)值。

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（編輯：劉楠）

Based on the Internet Logistics under the Environment of the Design of the M echanical Power Car

Chen Xiaohang，Chen Dian，Ye Yuan
（W uhan Business University，W uhan Hubei 430056）

By designing themechanical power car logistics environment，hope tomake some contribution for the Internet logistics.

leverage steeringmechanism；force analysis；assistant car；scissormechanism

F49

A

2095-0748（2016）17-0062-04

10.16525/j.cnki.14-1362/n.2016.17.26

2016-08-11

陳曉航（1986—），男，碩士，現(xiàn)就職于武漢商學(xué)院機(jī)電工程與汽車服務(wù)學(xué)院，助教。