狹小空間便攜式移動舉升裝置的研制

屈彥杰 沈雪松

摘 要：本文介紹了一種用于狹小空間內設備轉移的便攜式全向移動舉升裝置。裝置采用手動螺桿旋轉方式，驅動兩組四聯桿曲柄式千斤頂實現垂向舉升功能。與傳統的舉升設備相比，該裝置可用于狹小空間作業，操作簡單，人力勞動強度降低，移動效率增倍，轉移安裝的準確性和安全性突出。

關鍵詞：狹小空間；便攜式；全向移動；手動螺桿旋轉；連桿曲柄式千斤頂

中圖分類號：TE933.1 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2018）07-0040-03

The Development of a Portable Mobile Lifting Device in Small Space

QU Yanjie SHEN Xuesong

（The 20th Research Institute of China Electronic Technology Group Corporation，Xi'an Shaanxi 710068）

Abstract： This paper introduced the development of a portable omnidirectionally mobile lifting device for the transfer of equipment in a small space. The device uses a manual screw rotation mode to drive two groups of 4-connecting rod crank-lifting jacks to complete the vertical lifting function. Compared with the traditional lifting equipment， the device can be used for small space-operations， with simple operation， reduced labor force intensity and increased mobile efficiency. The accuracy and safety of transfer and installation are outstanding.

Keywords： small space；portable；omnidirectionally mobile；manual screw rotate；connecting rod crank-lifting jack

1 設計背景概述

近幾年，隨著中國電子科技集團公司第二十研究所科研生產規模的擴展，各類車載設備的集成裝配工作越來越多。某些沉重的機柜在完成地面聯調、搬入機車工作艙后，需要將數個機柜移動到艙內指定的安裝孔處，以完成安裝固定。各類端機機柜不僅沉重難以移動，更為棘手的是，由于工作艙內空間狹小、端機機柜安裝間距小和安裝位置要求精確等，人員工作強度、體力消耗非常大，而且容易導致機柜漆面的碰損，a威脅人員操作安全，影響安裝質量且耽誤進度。

如圖1所示，在該工作艙內，除去辦公桌、軌道式轉椅、倉儲式沙發等已安裝物品，人員可作業的空間（即陰影區域）非常有限，僅有2.3m（長）×0.88m（寬）×1.73m（高），各機柜比較沉重（130kg），機柜支腳高度（即機柜底面距工作艙地板距離）約95mm，各機柜安裝間距較小（20mm），機柜本身尺寸相對較大，為0.65m（長）×0.58m（寬）×1.56m（高），這導致機柜在艙內的移動非常困難。

常見的作業情況是，機柜用叉車運入艙門后，只能靠多人合力移動至艙內指定位置再進行安裝固定，有時還需用撬杠撬起機柜，將機柜放置在鋪好的數條鋼管上面，利用鋼管的滾動才能進行機柜的轉移作業。這會產生三方面的問題：①狹窄空間內重型機柜的轉移、安裝作業對人員體力和人數均有較高要求，勞動強度較大；②存在潛在的危險性，容易造成不必要的設備碰損甚至人身傷害；③遇到需要在車內重新移動、安裝機柜的特殊作業時，由于整機難以移動，只能拆移各設備甚至端機，完成機柜的移動后再重新安裝設備，過程繁瑣，靈活性低。

通常，在外部場所及較大的工作車間內可以采用桁吊、叉車等普通起重設備進行貨物的搬運轉移。但對于該工況下狹小的作業空間，這些起重設備均不能完全適用。例如，叉車在工作艙內占地面積較大，在狹小空間內無法自由調整方向和位置。又如，小型起重搬運車靠液壓或氣壓驅動，提供壓力源的設備體積較大，不便于攜帶，且需要電力驅動，不適合外場作業。

2 設計方案及實施

2.1 設計難點

按照常規的設計思路，體積越大的設備才能獲得更大的起重量。由于車艙內空間狹窄，且機柜底部僅有650mm（長）×220mm（寬）×95mm（高）的空間可供放置舉升設備，這就要求舉升設備的體積不能過大，但對起重重量又是有要求的（至少大于200kg）。因此，設計的主要難點就是如何在限制體積的情況下獲得足夠的起重量[1]。

2.2 設計原理

升降機構原理如圖2所示，采用了螺桿驅動等邊連桿對開結構，通過轉動搖桿，驅動螺紋結構，帶動連桿做上升或下降運動。按照該原理設計的可升降機構小巧緊湊（閉合高度62mm，升程38mm），通過4枚螺栓與底盤連接，可快速拆卸，既適用于批量大的任務，又便于外場安裝作業。

2.3 設計方案

便攜式全向舉升裝置整機由升降機構和底盤構成。如圖3、圖4所示，虛線內部分是升降機構，其余部分為底盤。

采用手動螺桿旋轉方式，驅動兩組四聯桿曲柄式千斤頂實現垂向舉升功能，達到抬升機柜離地的目的；將升降機構安裝在可全向移動的底盤上，完成機柜的水平全向移動。

2.3.1 超薄型全向自由移動式底盤。根據機柜底部的最小空間尺寸及機柜的自重，底盤應滿足超薄、全向自由移動等特點，同時應留有升降機構的安裝空間，能伸進機柜底部。綜合分析后，決定采用鋁板組焊結構。選用3只低重心、高承載的萬向輪（輪子材料：玻纖增強尼龍，每支可承載350kg，安裝高度72mm）與底盤連接，主體部分寬198mm，整體閉合高度設計為80mm。底盤安裝滾輪部分的結構與升降機構等高。

2.3.2 超薄型雙聯動升降機構。由于整機最小高度不超過80mm，底盤的盤面高度是18mm，預留給升降機構的安裝空間僅剩62mm。從省力、實用和可靠性角度出發，采用四連桿曲柄式千斤頂結構（兩組聯動）通過手動旋轉螺桿的方式同時驅動兩組千斤頂，同步升起和放下，升降機構最小閉合高度62mm，升程32mm。經計算，按機構連桿受力條件最差的4處軸（直徑9mm）抗彎強度可承載28t重物，用臂長為300mm的扳手轉動M20螺桿可舉升326kg的重物，底盤能夠承載500kg不變形。絲杠端頭可安裝棘輪扳手或萬向十字聯軸器，通過旋轉絲杠的方式驅動兩組托板升起和放下，可達到結構緊湊牢固、力學性能好的要求。

在托板下方空間里，采用兩組連桿驅動的雙齒輪鎖向結構和托板頂輪限位機構，保證了舉升機構的可靠性。

3 裝置作業流程

依據圖3詳述舉升裝置的作業流程。

①將托盤深入設備底部中間位置，保證設備平衡；用棘輪扳手逆時針轉動手搖桿4，通過絲杠螺母傳動結構使搖桿連接件（左旋）7和搖桿連接件（右旋）8發生平移，兩個連接件之間的距離逐漸縮短，帶動由托盤長圓桿5與滾輪長圓桿6組成的兩級折疊結構逐漸伸展，使托盤3上升，進而舉升機柜。

滾輪13頂緊托盤3并在其下方滾動，托盤長圓桿5、滾輪長圓桿6、托盤13組成三角形穩定結構，并進一步通過聯動長圓桿17將部分承載分配到后齒輪10和前齒輪11上，使底盤1受力更為均勻。此外，在雙齒輪鎖向機構中，兩個齒輪10、11緊密嚙合，互相受到對方的作用力，通過聯動長圓桿17使兩級折疊結構的伸縮更為穩定，能減緩起升過程中舉升裝置和被舉升設備的震顫，使設備的起升過程更加平穩。

②推動由舉升裝置舉起的設備，設備借助舉升裝置的萬向輪子19可以在水平面上做各個方向的平移或轉動。

③當將設備移動到指定位置后，用棘輪扳手或萬向聯軸器搖動順時針轉動手搖桿4，兩個搖桿連接件7、8之間的距離逐漸擴大，兩級折疊機構逐漸收縮，托盤3和被舉升設備同步下降，設備支腳接觸地面后進一步轉動手搖桿4，待托盤3完全脫離被舉升設備底面后，抽出舉升裝置。

在使用前，應檢查舉升裝置并保持萬向輪子19和前齒輪11、后齒輪10轉動靈活，可適當加注潤滑酯。

4 實現效果

便攜式全向舉升裝置經試用驗證完全達到設計要求，具備全向移動和舉升功能。一人即可手提帶進狹窄作業區，通過轉動搖桿可安全方便地將機柜舉升離地并作任意方向移動。整個機構強度能滿足目前在中國電子科技集團公司第二十研究所在產的各類車載單體機柜的負重移動。綜合比較，使用該設備在艙內作業，人力需求減半，移動效率增倍，安全性突出。

舉升裝置研制完成，如圖5所示。整體最大承載500kg，整機閉合高度80mm，最大舉升高度112mm，升程32mm，托架寬198mm，全重17kg，采用手動螺桿驅動，底盤可實現全向水平移動。同國內同類產品比較、整機結構新穎獨特，功能齊全，攜帶方便，使用靈活，維護簡單，負重力強，適應性強，可廣泛應用于各種狹窄區域內的機柜類移動安裝作業。

5 優化與改進措施

①根據便攜式全向舉升設備的使用情況及中國電子科技集團公司第二十研究所內同類產品的安裝條件，今后可在該設備上適當增加等邊連桿的長度，在不改變設備閉合高度的前提下，大幅提高升降行程，提高設備的舉升能力。

②加入自動化控制系統，使該舉升裝置實現手動和電力驅動一體化，且兩種狀態可切換。使手動狀態滿足軍用戰時等緊急狀況，發揮輕巧易攜帶、易拆裝、不受電液氣條件限制、應用范圍廣、純機械傳動穩定性高、適用于軍車和艦船艙內操作等優勢；電動狀態亦滿足家庭、辦公及工廠等民用場所，發揮其適用于狹小空間、操作簡單、省時省力、轉移安裝準確性高、操作安全性高等特點。

參考文獻：

[1]聞邦椿.機械設計手冊[M].北京：機械工業出版社，2010.