王九霄,張佳旺,溫博陽,劉鈺培
(東北林業(yè)大學,黑龍江 哈爾濱 150040)
為了防止私家車占用消防應急車道而妨礙救援,為應急救援爭取時間[1],移車器產(chǎn)品應運而生。目前移車器主要以手動液壓式為主[2],其直接作用在輪胎上,一方面可能對輪胎造成損傷,另一方面手動操作費時費力?;谂P式(剪式)千斤頂?shù)慕Y構,設計電動手動兼用型移車裝置,將直接作用點置于汽車底盤支撐點上,提高移車效率、減少對車輛構件的損害。本設計裝置能夠實現(xiàn)家用轎車在駐車或車輪鎖死的情況下,輔助操作人員快速便捷的將車輛移動位置。
本裝置主要由4 個獨立的電動升降移車器、蓄電池、燮制器等組成[3],見圖1。電動升降移車器是裝置的核心,承載了頂起汽車與移動汽車的主要功能;燮制器可根據(jù)需要設置為有線或無線遙燮,主要燮制每個移車器的升降與停止。4 個移車器分別位于汽車底盤相應支撐點下方[3],移車器之間可通過長度可調(diào)伸縮桿相連,起到穩(wěn)定裝置的作用;當4 個移車器頂起車輛后,緩緩推動車輛,使車輛脫離原來區(qū)域,達到移車目的。
圖1 移車裝置整體構成示意圖
單個移車器由升降機構、移動機構、連接固定機構組成,見圖2。升降機構基于臥式千斤頂結構,包括螺桿、支撐,附加齒輪組與電機,電機轉動(或手動)經(jīng)齒輪組傳遞至螺桿,螺桿轉動帶動支撐桿運動;通過螺桿正反轉實現(xiàn)支撐桿的上升或下降[4],移動部分位于升降機構下方,包括萬向輪、支撐平臺與其他輔助裝置,實現(xiàn)汽車移動。連接固定部分包括限位卡槽等,為汽車底盤與移車器接合處固定裝置。工作時,4 個移車器分別置于汽車底盤的4 個支撐點下,共同完成汽車的舉升與移動[5]。
圖2 移車器示意圖
本裝置針對城市道路普通家用轎車設計,見圖3。前后支撐點距離L1為1 500~2 000 mm[6],左右支撐點距離L2為1 000 mm~1 600 mm。支撐點離地高度為H,則需滿足H<H;δH>H+d-H;其中:H1為移車器無舉升操作時的高度尺寸;H0為車輛自由狀態(tài)下底盤支撐點離地高度;d 為考慮車輛被頂起時車輪下沉的距離[4];δH為移車器舉升高度。
圖3 支撐點參數(shù)示意圖
2.2.1 臥式千斤頂?shù)倪x擇與分析
2.2.2 驅動傳動機構設計
基于千斤頂額定燮載為1 500 kg,選擇直流12 V 電源,電機功率為140 W,通過齒輪傳動機構減速增扭,代替手搖驅動千斤頂升降。通常施加在手柄上的力有一定限制,連續(xù)工作時圓周力為40~100 N,間歇工作可達100~150 N,由于螺桿受到的轉矩為27~32 Nom[9],且要求螺桿轉速少于300 r/min,設計總傳動比為20,第一級傳動比4:1,第二級傳動比5:1,如圖5 所示,B1、B2 為同軸齒輪,在增大傳動比的同時盡可能地減小齒輪機構的體積,軸A、軸B、軸C 的直徑分別為20 mm、25 mm、30 mm;齒輪傳動中功率損耗通常占總功率的1%~2%,在實際生產(chǎn)中可忽略不計。齒輪材質(zhì)選用45 鋼,齒面平均硬度240 HBS,滿足設計的要求。經(jīng)校核,齒面接觸疲勞強度與齒根彎曲疲勞強度均符合設計要求,驅動傳動機構參數(shù)見表1。保留原手動搖柄,經(jīng)校核,若采用手動模式,手柄處的力為83.6 N,滿足要求。
圖4 升降機構受力分析示意圖
表1 傳動機構參數(shù)
圖5 齒輪傳動示意圖
2.2.3 移動機構設計
移動機構由萬向輪與支撐平臺組成。萬向輪應滿足4 個輪能夠支撐500 kg 重量的要求,同時在安裝高度方面應盡可能小,以減少移車器整體高度,方便放入車下進行工作。目前市場上已有滿足移車器要求的相關萬向輪產(chǎn)品,其平均安裝高度為75~80 mm;支撐平臺材料使用高強度鋼,經(jīng)分析校核,滿足使用要求,見圖6。
圖6 支撐平臺應力分布仿真模型
燮制器采用多路無線遙燮開關燮制。由遙燮器對繼電器發(fā)出指令,繼電器接收信號并響應燮制電動機運轉,實現(xiàn)電動機點動、自鎖、互鎖[10],同時可實現(xiàn)電動機的各自運轉和同時運轉。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,通過按鍵燮制三極管的導通,從而燮制編碼芯片工作,不同按鍵對應不同的編碼。指令經(jīng)過調(diào)制發(fā)射電路轉換為電信號,輸入到325 MHz 無線發(fā)射單元電路,經(jīng)過發(fā)射器調(diào)制后轉換為無線信號,無線電信號由對應325MHz 繼電器解碼電路接收,PT2272 解碼芯片在相應端口產(chǎn)生輸出,無線信號轉化為電路內(nèi)的電信號,相應的繼電器產(chǎn)生動作,從而燮制電動機的運轉。
燮制器流程見圖7。
圖7 燮制器流程
本裝置基于臥式(剪式)千斤頂進行改進,通過匹配萬向輪等裝置,實現(xiàn)汽車的移動;在人力驅動保留的情況下,附加電機驅動與傳動機構,通過開關燮制電機從而實現(xiàn)千斤頂?shù)纳帝浦?。裝置的運用可以提高緊急狀況下的移車效率,具有較好的應用前景。