智能棉包搬運小車的底盤設計

〔鄭州棉麻工程技術設計研究所，河南鄭州 450004〕

一、引言

目前，棉花加工廠通過清理、軋花、打包等一系列加工工藝將籽棉加工成227 kg左右的長方體形狀標準的棉包，并以一定的組批規(guī)則進行組批，所以棉花加工流水線生產出來的棉包在加工廠需要一個暫存的貨場，進行組批后由專門的運輸車運送到皮棉儲備庫。

由于國內棉花主要產地和大多數棉花加工廠都分布在新疆地區(qū)，并且加工時間主要是在秋季和冬季進行，溫度最低可達零下四十多攝氏度，而且皮棉包從軋花車間加工完成到暫存貨場一般都有一段距離，這段距離的運輸一般是由人工搬運小車或燃油機械夾包車來完成。無論是人工搬運還是機械夾包車搬運，都會在這一段距離上浪費大量的時間，不僅降低搬運皮棉包的效率，而且會浪費大量的人力物力，甚至搬運工人的安全也得不到保障。

所以提高棉包搬運的工作效率，對于降低棉花加工成本有著重要的經濟效益。因此研制一種智能的棉包搬運小車，對于減少人力成本、提高自動化水平、降低棉花加工成本有重要的意義。

（一）小車底盤的設計

根據調研，每個棉花加工廠生產車間出包口輸送帶的高度不一致，并且與墻等一些障礙物的距離各不相同，場地的平整度也不盡相同，出包口和暫存包場的相對位置和距離也有很大的差異等。

圖1

考慮到上述因素，所以搬運小車的尺寸和轉彎半徑不宜過大，底盤結構盡量采用標準件，離地間隙要高，由蓄電池來提供動力，由電動機驅動，這樣來對搬運小車的底板進行設計既經濟又環(huán)保。考慮到工廠搬運用車的通用性、承載能力和驅動能力，選擇雙輪轂電機驅動，差速轉向，并根據棉花加工廠的作業(yè)環(huán)境，初步確定小車的總體參數如下表1。

表1 小車底盤的主要參數

（二）直流無刷電機的選擇

電機選用333.3 mm（10寸）車輪直流無刷電機。輪胎在電機輪轂上安裝，電機的最大轉速為500 r/min，根據查找資料得出如下表2。

表2 小車在某些路面上以中低速行駛時的滾動阻力系數

選取一般瀝青或混凝土路面作為參考，底盤滿載時車重為710 kg，按照車重的分配比，每個輪子約占33%，輪子的承重為235 kg，滿載時行駛的車速25 km/h，保守估計最大的阻力系數0.020，則小車正常行駛的功率：

P=mgfv=235×9.8×0.02×35÷3.6＝448 W

至此，可以選出電機的各項參數，市場上800 W電機是最常用的，其詳細參數詳見下表3。

表3 電機參數

（三）小車電池的選型與計算

小車在行駛過程中的能量全部來自于電池組，電池組的容量越大，小車的行駛的里程越長，但相應的電池組的體積和重量就越大。

首先，電池組的總電壓要達到電機控制器的額定電壓，電機控制器的電壓與電機的電壓相同，電池組的電壓選取為60 V。

其次，根據設計的速度為35 km/h，行駛的里程為50 km來計算行駛所需要配備的電池的容量：

（式中：S為里程，V為速度，T為時間）

（式中：P為功率，U為電壓，I為電流）

（式中：W為電能、U為電壓、I為電流、T為時間）

（式中：C為電池容量、I為放電電流、T為放電時間）

可計算出電池容量C=19Ah

（四）小車底盤材料的選擇

根據對目前市面通用型材的選型和電池重量和電機重量，最終將搬運小車底盤的主體型材確定為鋁合金成品型材，主要體用螺栓和銷釘連接，安裝和調整尺寸比較方便，不存在焊接變形造成輪子的不平衡等一系列問題。并且鋁型材比鐵的常用金屬密度小，質量輕，密度僅為2.70 g/cm3，是鐵的1/3，達到相同的機械強度其自身需要的重量較輕；并且其有很強的耐腐蝕性能，表面處理性能良好，外觀色澤艷麗，彈性系數小，碰撞摩擦不起火花；而且其沒有金屬污染，沒有毒性，表面氧化層沒有揮發(fā)性金屬，化學性能穩(wěn)定，無磁性，可以重復回收利用，是一種良性可循環(huán)的金屬材料。不僅其載重能力達到要求，而且較輕的自重可以降低自身消耗的能量，價格也不算昂貴，并經久耐用，無論從成本、性能還是環(huán)保方面考慮都是不錯的選擇。

二、小結

隨著人們生活質量的提高，人員工資也在不斷的提高，對工作環(huán)境適宜程度的要求也越來越高，使得整個棉花加工行業(yè)將會向著低碳環(huán)保且自動化程度高的趨勢發(fā)展。如何提高工序的效率，降低生產成本是每個棉花加工廠首要考慮的問題，也是每個棉花加工生產廠家所考慮的問題。智能搬運小車的出現使皮棉包從生產線到暫存庫的這一環(huán)節(jié)的生產效率提高，還能大大降低工人勞動強度和生產成本。不僅對于整個棉花加工環(huán)節(jié)的自動化程度的提高具有重要的意義，而且大大降低工作人員在這一環(huán)節(jié)受到傷害的風險，避免因工作人員的操作失誤給棉花加工廠帶來不必要的損失。提高了棉花加工廠的效益，因此其市場應用前景相當廣闊。