宮 翔，張鵬程，高云麗,張萬明

(1.河北省工業(yè)機(jī)械手控制與可靠性技術(shù)創(chuàng)新中心，河北 滄州 061001；2.滄州市工業(yè)機(jī)械手控制與可靠性技術(shù)創(chuàng)新中心，河北 滄州 061001；3.河北水利電力學(xué)院 電氣工程學(xué)院，河北 滄州 061001；4.河北水利電力學(xué)院 自動(dòng)化與通信工程學(xué)院，河北 滄州 061001)

0 引 言

在當(dāng)今社會(huì)各個(gè)領(lǐng)域高速發(fā)展的背景之下，機(jī)械產(chǎn)品的生產(chǎn)與制造不能僅限于滿足客戶基本使用需求為目標(biāo)，創(chuàng)新精神和創(chuàng)新理念的融入才能讓產(chǎn)品與時(shí)俱進(jìn)。機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)，一方面是來改良原有設(shè)備的性能，另一方面是來發(fā)明創(chuàng)造新產(chǎn)品來適應(yīng)社會(huì)發(fā)展的潮流。在機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，更好地融入現(xiàn)代化機(jī)械設(shè)計(jì)理念，借助創(chuàng)新思維使得不同模塊之間能夠相互融合，這樣便于生產(chǎn)制造更多優(yōu)質(zhì)的機(jī)械結(jié)構(gòu)部件，并從實(shí)踐中完善生產(chǎn)[1]。

1978年11月，國(guó)家物資總局組團(tuán)考察日本生產(chǎn)資料管理和流通現(xiàn)狀，回國(guó)后的考察報(bào)告中首次將“物流”概念引入國(guó)內(nèi)[2]。改革開放40年的發(fā)展，在電子產(chǎn)業(yè)的引領(lǐng)下，物流行業(yè)呈現(xiàn)出了井噴式發(fā)展。物流基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)突出,同時(shí)物流服務(wù)市場(chǎng)規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大 ，進(jìn)步明顯，已逐步成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的一大基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，并支撐著許多相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。物流產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，也促使許多物流企業(yè)如雨后春筍逐漸出現(xiàn)，尤其是中小型物流企業(yè)越來越多，該類型企業(yè)在貨物搬運(yùn)、分揀、碼垛、裝卸等過程中基本都是依靠人力勞動(dòng)，并沒有自動(dòng)化程度高的先進(jìn)機(jī)械設(shè)備，因此造成了勞動(dòng)工人的工作強(qiáng)度非常大，尤其是對(duì)于重量大的貨物，長(zhǎng)期的單純依靠人力搬運(yùn)是很困難的，而且對(duì)于一些貨物的保護(hù)方式不足，容易造成丟失損壞等現(xiàn)象出現(xiàn)，這些原因在一定程度上制約了企業(yè)的發(fā)展。

通過走訪滄州市部分物流企業(yè)，針對(duì)反饋的問題，對(duì)現(xiàn)有的普通手推車的載物平臺(tái)進(jìn)行了創(chuàng)新設(shè)計(jì)，重點(diǎn)設(shè)計(jì)了模塊化廂板、旋轉(zhuǎn)廂體、助力平面以及廂板的輕量化設(shè)計(jì)，相對(duì)比普通載物平臺(tái)的單一平板平面，改造后的載物平臺(tái)，裝卸貨方式及種類更加多樣化，貨物搬運(yùn)過程更加省力，減輕勞動(dòng)者的工作強(qiáng)度，提高工作效率，比同類型的機(jī)械車更有市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

1 設(shè)計(jì)目標(biāo)

設(shè)計(jì)一款新型車用載物平臺(tái)，該平臺(tái)可適用多種不同類型貨物的裝卸，平臺(tái)采用模塊化拼接設(shè)計(jì)，側(cè)板可以展開，增加裝載面積；側(cè)板閉合呈盒狀，既可以增加裝載數(shù)量，又可以保護(hù)零散小件貨物掉落；當(dāng)裝載空間或裝載位置不方便時(shí)，可以通過旋轉(zhuǎn)和延伸機(jī)構(gòu)來調(diào)整；相對(duì)于重型貨物時(shí)，平臺(tái)采用滾動(dòng)助力機(jī)構(gòu)，以滾代滑，使勞動(dòng)者的工作強(qiáng)度大大降低。

2 設(shè)計(jì)內(nèi)容

該平臺(tái)由底板、側(cè)板、助力延長(zhǎng)板、萬向球滾珠軸承和連接副組成。

2.1 延伸機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

延伸機(jī)構(gòu)是由助力延長(zhǎng)板和前側(cè)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(shí)，延長(zhǎng)板和小車底板平面之間有一個(gè)角度，可以將延長(zhǎng)板放置在地面上，如圖1所示。車廂裝卸貨物時(shí)，可以通過調(diào)節(jié)小車平臺(tái)的高度，使小車平臺(tái)和貨車車廂等高，將助力延長(zhǎng)板搭在車廂上，同地面裝卸貨物的助力原理相同，延長(zhǎng)板上也存在滾動(dòng)助力結(jié)構(gòu)，以推代搬，以滾代滑，減少勞動(dòng)者搬動(dòng)貨物次數(shù)，從而減輕其勞動(dòng)強(qiáng)度。

圖1 助力延長(zhǎng)板

2.2 折疊機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

折疊機(jī)構(gòu)是指車廂底板、側(cè)板、延長(zhǎng)板以及連接副組成的三種樣式的車廂形態(tài)。第一種形態(tài)：運(yùn)輸體積大的貨物時(shí)，可以將側(cè)板展開，增加裝載面積；第二種形態(tài)：運(yùn)輸體積小的貨物時(shí)，可將側(cè)板折疊，既可以增加裝在數(shù)量，又可以保護(hù)零散小件貨物掉落；第三種形態(tài)：當(dāng)小車車不使用時(shí)，左右側(cè)板可以取下或垂直下放，前側(cè)板連接延長(zhǎng)板和后側(cè)板平放在底板上方，該形態(tài)既能保護(hù)滾動(dòng)助力平臺(tái)，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(cè)板垂直放下時(shí)產(chǎn)生過度折疊，傷害車廂底板和連接件，我們?cè)O(shè)計(jì)了三角型旋轉(zhuǎn)支架，支架的形式如圖2、3所示。當(dāng)側(cè)板展平時(shí)，支架可向外旋轉(zhuǎn)，以平面狀態(tài)對(duì)側(cè)板起支撐作用。當(dāng)側(cè)板垂直放下時(shí)，支架轉(zhuǎn)向主板下面，形式呈“7”字型，可實(shí)現(xiàn)對(duì)側(cè)板的限位[3]。

圖2 側(cè)板展開時(shí)支架狀態(tài) 圖3 側(cè)板放下時(shí)支架狀態(tài)

2.3 旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

為了滿足多方位多角度裝卸貨物，該平臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)360°各個(gè)角度自由旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)位于載物平臺(tái)底板，平臺(tái)的底板和機(jī)械車的頂板中心有端軸和軸承配合，來實(shí)現(xiàn)載物平臺(tái)的旋轉(zhuǎn)。由于載物平臺(tái)運(yùn)載的過程中，會(huì)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?cè)谠O(shè)計(jì)時(shí)，在平臺(tái)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(tái)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(cè)板骨架

2.4 滾動(dòng)助力平面的設(shè)計(jì)

滾動(dòng)助力平面是整個(gè)載物平臺(tái)的核心結(jié)構(gòu)，該平面和助力延長(zhǎng)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(jù)所裝載貨物的不同，可以調(diào)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(jié)構(gòu)是鑲嵌在骨架中，在平臺(tái)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(shè)計(jì)既能保證貨物移動(dòng)過程中不受到軸承邊緣的磕碰，導(dǎo)致貨物移動(dòng)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(shè)計(jì)

載物平臺(tái)的一塊底板、四塊側(cè)板以及一塊助力延長(zhǎng)板均采用骨架結(jié)構(gòu)，目的是為了降低載物平臺(tái)的質(zhì)量。四塊側(cè)板承載能力要求較小，采用邊長(zhǎng)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(zhǎng)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(shí)心方管組成，中心部位骨架的排列方式根據(jù)萬向球滾珠軸承的布局方式來確定，不同的布局方式?jīng)Q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(jìn)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(tái)實(shí)物圖

3 應(yīng)用效果

此產(chǎn)品采用拼接模塊化設(shè)計(jì)，運(yùn)載過程中可以根據(jù)貨物的種類、體積、質(zhì)量等不同采用不同的組合方式，極大地增強(qiáng)了該產(chǎn)品的應(yīng)用范圍。為實(shí)現(xiàn)多方位、多角度裝卸貨載物，平臺(tái)底部采用旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，平臺(tái)在機(jī)械車上方可以360°自由旋轉(zhuǎn)。萬向球滾珠軸承的應(yīng)用，對(duì)于大質(zhì)量貨物，可以采取以滾帶滑的搬運(yùn)方式，大大減少勞動(dòng)者的工作強(qiáng)度。平臺(tái)的助力延長(zhǎng)板，不僅可以與地面搭接，還能夠與貨車箱體實(shí)現(xiàn)搭接，在地面或車廂裝卸貨物時(shí)，提供助力作用。根據(jù)輕量化原理，以骨架作為支撐，有規(guī)律的布置萬向球滾珠軸承的位置，在不降低平臺(tái)承載能力的前提下，可以有效降低平臺(tái)的整體質(zhì)量。圖7所示，為該平臺(tái)的實(shí)物圖。

4 結(jié) 語

此次設(shè)計(jì)的新型車用載物平臺(tái)產(chǎn)品，代替了原始的平板車廂，通過模塊化組裝、旋轉(zhuǎn)、助力平面等創(chuàng)新功能，實(shí)現(xiàn)了貨物裝卸的助力功能，尤其針對(duì)大質(zhì)量貨物的搬運(yùn)、裝卸等。運(yùn)載過程中安全系數(shù)高，方式多樣化，很大程度上降低了勞動(dòng)者的工作強(qiáng)度，提高工作效率，增強(qiáng)企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力，在物流行業(yè)具有較高的推廣和應(yīng)用價(jià)值。