李 純，張宇海，曹永健，張晨陽(yáng)

（南京鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院，南京 210015）

目前乘坐動(dòng)車(chē)組已經(jīng)成為人們旅行生活熱衷的選擇，部分型號(hào)的動(dòng)車(chē)組列車(chē)中設(shè)計(jì)有大件行李放置處，設(shè)置在車(chē)廂端部，但傳統(tǒng)的大件行李架是一種普通的欄桿隔板，當(dāng)人們需要放置大件行李時(shí)，由于行李較大較重，會(huì)優(yōu)先將行李放置在下層，而上層行李架往往會(huì)被空置，造成資源浪費(fèi)。即便乘客想要將行李放置在上層，往往需要花費(fèi)很大的力氣，而且在放置過(guò)程中存在安全隱患。因此本文以CR400BF 動(dòng)車(chē)組為設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，充分利用車(chē)輛的有限空間，以使用者多元化、個(gè)性化的需求為導(dǎo)向，設(shè)計(jì)了一種垂直循環(huán)式大件行李智能儲(chǔ)物柜。

1 總體設(shè)計(jì)

參考升降橫移式、垂直循環(huán)式、垂直升降式和巷道堆垛式4 種技術(shù)成熟的立體車(chē)庫(kù)原理，綜合考慮CR400BF 動(dòng)車(chē)組過(guò)道空間有限，為了使設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，避免占用太多空間，提高車(chē)廂內(nèi)部空間利用率，最終選用垂直循環(huán)式立體儲(chǔ)物柜的方案。結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 智能儲(chǔ)物柜總體結(jié)構(gòu)圖

短編的CR400BF 動(dòng)車(chē)組列車(chē)為8 輛編組，其中商務(wù)/一等車(chē)1 輛、商務(wù)/二等車(chē)1 輛、二等車(chē)4 輛、帶無(wú)障礙設(shè)施二等車(chē)1 輛及餐車(chē)二等座合造車(chē)1 輛，本文以該車(chē)為設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，其中參考的尺寸為車(chē)廂長(zhǎng)度25 000 mm；車(chē)體寬度3 360 mm；車(chē)頂距軌面高度4 050 mm。在實(shí)際運(yùn)用過(guò)程中，除動(dòng)力車(chē)頂部設(shè)有高壓用電設(shè)備（如受電弓車(chē)頂避雷器）以外，還設(shè)有檢修天窗、動(dòng)車(chē)信號(hào)及電臺(tái)系統(tǒng)。大部分車(chē)廂頂部空間是待用狀態(tài)，車(chē)體長(zhǎng)度為25 500 mm，除去水箱、空調(diào)設(shè)備，經(jīng)計(jì)算可得知各車(chē)廂安裝空間十分充足。

2 機(jī)械部分設(shè)計(jì)

2.1 主體支撐座

主體支撐座（圖2）作為自動(dòng)化行李架的主要部件之一，主要用于承載行李以及其余零件的重量和對(duì)單元托盤(pán)進(jìn)行路徑固化。利用圖2 后方立柱來(lái)作為力傳遞的最后一部分，同時(shí)也對(duì)下部電機(jī)、齒輪等進(jìn)行初步防護(hù)，兩導(dǎo)軌軌跡通過(guò)對(duì)單元托盤(pán)利用空間最大化的計(jì)算得出，若需要整改或改進(jìn)，需要重新進(jìn)行計(jì)算。其材料選擇合金鋼（ss），合金鋼具有較好的塑、韌性和強(qiáng)度，以及一定的硬度，能承受震動(dòng)和沖擊負(fù)荷，但切削能力差。

圖2 主體支撐座

與主體支撐座連接的零件為傳動(dòng)鏈條組合、防傾倒定位器，兩者與主體支撐座為間隙配合。傳動(dòng)鏈條組合安裝于內(nèi)部導(dǎo)軌，從缺口處安裝，中間滾輪卡于中間縫隙處；防傾倒定位器安裝于外部導(dǎo)軌，利用防傾倒伸出立柱與導(dǎo)軌接觸產(chǎn)生支撐與導(dǎo)向作用。

2.2 傳動(dòng)鏈條座

傳動(dòng)鏈條座（圖3）內(nèi)設(shè)有卡槽，與傳動(dòng)鏈條組合中的滾輪相配合，從而起到固定與力的傳遞的作用。安裝方法為從缺口處安裝，中間滾輪卡于中間縫隙處，其材料選擇合金鋼（ss）。

圖3 傳動(dòng)鏈條座

與傳動(dòng)鏈條連接的零件為傳動(dòng)鏈條組合，傳動(dòng)鏈條組合安裝于內(nèi)部導(dǎo)軌，從缺口處安裝，中間滾輪卡于卡槽。

2.3 防傾倒定位器

防傾倒定位器（圖4）作為自動(dòng)化行李架的主要導(dǎo)向部件，單元托盤(pán)有3 格，可放置行李，該部件可以防止單元托盤(pán)出現(xiàn)傾斜現(xiàn)象，從而影響機(jī)器運(yùn)行，是較為核心的部件。該零件與主體支撐座相配合，如需改動(dòng)，則主題支撐座也需改動(dòng)，產(chǎn)生連鎖反應(yīng)。其材料選擇合金鋼（ss）。該部件4 條立柱與主體支撐座間隙配合；空洞需安裝軸承后與單元托盤(pán)格圓柱相連接，均使用過(guò)盈配合。

圖4 防傾倒定位器

2.4 單元托盤(pán)格圓柱

單元托盤(pán)格圓柱（圖5）作為自動(dòng)化行李架的主要部件之一，主要用于承載單元托盤(pán)格所傳遞的重量以及提升板傳遞的動(dòng)力。因需要與提升板、防傾倒定位器相配合，需在此部件上安裝4 個(gè)軸承（兩端各2 個(gè)），如需改進(jìn)可增加軸承座。其材料選擇AISI 1020 鋼材料（20#鋼），該材料含碳量為0.2%，屬于低碳鋼，其強(qiáng)度和硬度較低，塑性和韌性較好。該部件與軸承過(guò)盈配合，與單元托盤(pán)格過(guò)度配合。

圖5 單元托盤(pán)格圓柱

2.5 單元托盤(pán)格

單元托盤(pán)格（圖6）內(nèi)設(shè)3 格行李格，用于放置行李。在保證承載以及單元托盤(pán)互不干擾的前提下可根據(jù)需要改變外形。為減輕該部件自重且符合行李最大承載需求，以輕木作為該部件材料。該部件與單元托盤(pán)格圓柱過(guò)度配合，不可發(fā)生相對(duì)位移。

圖6 單元托盤(pán)格

2.6 提升板

提升板（圖7）是傳遞動(dòng)力元件，表面設(shè)有3 個(gè)通孔。圖7 左側(cè)2 個(gè)孔與傳動(dòng)鏈條組合中的鏈條穿銷(xiāo)相連接，右孔用于連接單元托盤(pán)圓柱。當(dāng)電機(jī)帶動(dòng)鏈條轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，左孔與鏈條一同轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)單元托盤(pán)格圓柱。其材料選擇合金鋼（ss），合金鋼具有較好的塑、韌性和強(qiáng)度，以及一定的硬度，能承受震動(dòng)和沖擊負(fù)荷，但切削能力差。該零件通過(guò)螺栓配合與傳動(dòng)鏈條組合相連接，右孔則與軸承采用過(guò)盈配合安裝。

圖7 提升板

2.7 傳動(dòng)鏈條組合

傳動(dòng)鏈條組合（圖8）由2 片鏈條片、中間滾輪及穿銷(xiāo)組成，是自動(dòng)化行李架的主要傳動(dòng)部件之一。中間滾輪不但用于卡入傳動(dòng)鏈條座內(nèi)卡槽，亦需要傳遞傳動(dòng)齒提供的動(dòng)力。鏈條片采用AISI 1045 鋼材料（45#鋼），該材料冷塑性一般，退火、正火比調(diào)質(zhì)時(shí)要稍好，具有較高的強(qiáng)度和較好的切削加工性，經(jīng)適當(dāng)?shù)臒崽幚硪院罂色@得一定的韌性、塑性和耐磨性，材料來(lái)源方便。

圖8 傳動(dòng)鏈條組合

2.8 傳動(dòng)齒片及傳動(dòng)軸

傳動(dòng)齒片及傳動(dòng)軸（圖9）作用是將電機(jī)傳遞的動(dòng)力傳遞給自動(dòng)化行李架傳動(dòng)部分，該部件由2 片傳動(dòng)齒以及傳動(dòng)軸組成，采用過(guò)盈配合。其材料選擇AISI 1020 鋼材料（20#鋼），該材料含碳量為0.2%，屬于低碳鋼，其強(qiáng)度和硬度較低，塑性和韌性較好。

圖9 傳動(dòng)齒片及傳動(dòng)軸

2.9 升降機(jī)構(gòu)

升降機(jī)構(gòu)主要由電機(jī)、制動(dòng)器、雙級(jí)行星齒輪減速器、聯(lián)軸器、開(kāi)式齒輪和鏈傳動(dòng)等組成，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖10 所示。

圖10 升降機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖

當(dāng)需要存取行李的時(shí)候，行李箱自動(dòng)控制系統(tǒng)發(fā)出信號(hào)，電動(dòng)機(jī)開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)雙級(jí)行星齒輪減速器進(jìn)行第一次減速。減速器通過(guò)聯(lián)軸器帶動(dòng)兩級(jí)開(kāi)式齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)行第二次減速。第二級(jí)開(kāi)式齒輪的大齒輪與鏈輪同軸，帶動(dòng)鏈輪轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而通過(guò)鏈條帶動(dòng)箱體完成升降運(yùn)動(dòng)。電機(jī)正轉(zhuǎn)或者反轉(zhuǎn)，可使箱體順時(shí)針?lè)较蚧蛘吣鏁r(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)。

3 電氣部分設(shè)計(jì)

由用戶(hù)發(fā)出指令，以PLC 信號(hào)控制驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，對(duì)大件行李儲(chǔ)物柜進(jìn)行操作，PLC 中通過(guò)分析處理，控制氣動(dòng)門(mén)閉鎖，在單元托盤(pán)上找到行李，輸入位數(shù)，便會(huì)控制電動(dòng)機(jī)以便用戶(hù)取出行李，從而實(shí)現(xiàn)以PLC 程序?qū)崿F(xiàn)控制儲(chǔ)物柜。而濾波、穩(wěn)壓部分則是為了保證電路輸出的波形平滑，濾除脈動(dòng)成分，以實(shí)現(xiàn)輸出的電壓不隨外界因素的變化而變化。

3.1 PLC 程序設(shè)計(jì)

PLC 主控臺(tái)（圖11）提供24 V 電壓驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)控制部分，用戶(hù)放好行李后按下控制面板上的關(guān)門(mén)按鈕，此時(shí)信息將通過(guò)控制系統(tǒng)傳送到中心PLC 中，PLC 通過(guò)分析處理，從而控制氣動(dòng)門(mén)閉鎖，當(dāng)用戶(hù)回來(lái)取行李時(shí)，只要在單元托盤(pán)上找到行李，輸入單元托盤(pán)位數(shù)，PLC 便會(huì)控制電動(dòng)機(jī)，將用戶(hù)行李降到最下方，以便用戶(hù)取出。

圖11 PLC 接線(xiàn)圖

3.2 穩(wěn)壓濾波電路設(shè)計(jì)

輸出的波形盡量平滑，濾除脈動(dòng)成分，在電容的選擇上要選擇大容量電容，保證放電時(shí)間，時(shí)間越長(zhǎng)、脈動(dòng)成分就會(huì)越少，電壓也會(huì)更穩(wěn)定。當(dāng)電源電壓增加時(shí)，電容會(huì)將電能進(jìn)行存儲(chǔ)，當(dāng)電源電壓減小時(shí)，電容會(huì)將所存儲(chǔ)的電能進(jìn)行釋放，利用電容器來(lái)降低輸出電壓的紋波，使輸出波紋比較平滑，達(dá)到較好的濾波效果，如圖12 所示。

圖12 濾波電路

穩(wěn)壓電路（圖13）的主要作用在于當(dāng)外界因素發(fā)生變化時(shí)，保證輸出的直流電壓不受影響。穩(wěn)壓部分采用三端穩(wěn)壓器來(lái)實(shí)現(xiàn)電壓平穩(wěn)，將串聯(lián)的穩(wěn)壓電源與保護(hù)電路集成在一起形成集成穩(wěn)壓器，穩(wěn)壓器包括輸入端、輸出端和公共端。

圖13 穩(wěn)壓電路

4 結(jié)束語(yǔ)

垂直循環(huán)式大件行李儲(chǔ)物柜的設(shè)計(jì)包含機(jī)械部分設(shè)計(jì)、電氣部分設(shè)計(jì)，最終實(shí)現(xiàn)由用戶(hù)發(fā)出指令，觸發(fā)PLC 信號(hào)再由其發(fā)出控制信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，從而控制儲(chǔ)物柜的所用動(dòng)作。該設(shè)計(jì)可以充分利用動(dòng)車(chē)組車(chē)體內(nèi)部的有限空間，改善大件儲(chǔ)物的環(huán)境及條件，提升乘客的乘坐舒適度。