智能外賣存儲柜柜體設計研究＊

林偉芬，熊志平，孫世華，賀 毅

（湖南工學院 機械工程學院，湖南 衡陽421002）

隨著人們生活水平的不斷提高，外賣被越來越多的人們認同和接受，成為了人們日常生活不可或缺的一部分。但是外賣行業的快速發展也暴露出來許多問題，其中，外賣臨時放置、冬天保溫等成為主要問題。此款簡易外賣存儲柜的設計正是解決上述問題的一種良好方案。

1 儲存柜結構及工作原理

1.1 儲存柜結構

局部結構及工作原理如圖1 所示。

圖1 柜體結構圖

1.2 工作原理

外賣送達存儲柜時，外賣員在掃碼口掃描訂單二維碼。中控將根據二維碼訂單信息以及隔間內稱重傳感器檢測到的狀態選擇適合尺寸的空置隔間打開柜門，外賣員將外賣放入隔間。關門后，中控根據隔間門開關接合和稱重傳感器的變化共同導通隔間內照明電路。同時，中控根據掃描到的二維碼生成電子條形碼，并發送設定的短信及其相應的條形碼至用戶的手機；如果用戶關注相關公眾號，信息將在第一時間內發送至用戶微信，提醒顧客取餐。顧客取餐時，通過柜體掃描收到的條形碼即可開門取餐。

開門取餐時，照明電路斷開，直到稱重傳感器再次感應到重量才會接通照明。柜體語音提示用戶隨手關門，如果用戶沒有關閉隔間門，隔間稱重傳感器檢測到隔間內重力撤銷1 min 后，而柜門沒有關閉，中控將導通磁性鎖電路，吸附隔間門鎖扣，自動關閉隔間門。

2 柜體的設計計算

2.1 柜體尺寸計算

人體相關尺寸如表1 所示。考慮到特殊情況，比如大份或多份的情況，則將大隔間尺寸設計為800 mm×200 mm×200 mm。考慮其經濟型成本，取基本型號外賣存儲柜設計隔間數為小隔間42 個，大隔間7 個。

表1 人體相關尺寸

2.2 柜體材料承重性計算

此款外賣存儲柜主體材料為常規儲物柜材料，即箱體采用鍍鋅鋼板材料。鋼板材料采用Q235 一級鋼，許用應力為160 MPa，密度為7.85 g/cm3。

由表1 可知，取50 百分位男性及女性身高設計柜體高度。設計人伸手取高處物品一般的揚起角度（以水平為界線）約13.344°。即人取高處物品的總高度約為：身高+（上臂長+前 臂長）×sin13.344°=1 570+（284+213）×sin13.344°≈1 685 mm（考慮女性身高）。所以，柜體最高層隔間底板L1高度約1 685 mm。

根據常規的外賣盒尺寸，考慮保溫材料、存放及取件方便，設計每一個小隔間的尺寸為200 mm×200 mm×100 mm。

2.2.1 橫板承重性計算

2.2.1.1 繪制彎矩圖

畫計算簡圖，此板可視為矩形截面靜定梁，承受彎曲正應力，其受力分析如圖2 所示。

圖2 橫板受力簡圖

支座反力F=RA+RB。

繪制彎矩圖，A 截面：x=0，MA=0。C 截面：x=l，MC=RAl=Fl。B 截面：x=2l，MB=0。

此靜定梁彎矩如圖3 所示。

圖3 橫板彎矩圖

2.2.1.2 計算截面尺寸

小隔間底板的計算公式為：

Wz=bh2/6，σmax=Mmax/Wz=σ≤[σ]，h1≥9.7 mm （1）式（1）中：Wz為抗彎截面系數；b 為橫板寬度；h 為橫板高度；σ為抗彎強度；[σ]為許用應力。

同理可得大隔間底板h2≥27.4 mm。b1=200 mm，h1≥9.7 mm，取10 mm；b2=200 mm，h2≥27.4 mm，取28 mm。

2.2.2 豎板承重性計算

此板可看為軸，承受軸向壓力及橫板的剪切力。σmax=FN/A≤[σ]，所受載荷、材料的許用應力之和τmax=Fs/A≤[τ]，只需設計截面面積和剪切面積。[τ]為許用剪應力，Fs為單個剪切面上的剪力，Q235 抗壓強度≥370 MPa。

2.2.2.1 計算截面面積

截面面積的計算公式σmax=FN/A≤[σ]。

小隔間豎板FN=14×0.5×9.8+16×ρ×b12h1×9.8，截面面積A≥1 516.09 mm2。

大隔間豎板FN=7×4×9.8+8×ρ×b22h2×9.8+ρ×b12h1×9.8，截面面積A≥3 269.92 mm2。

小隔間豎板的尺寸取200 mm×8 mm×1 800 mm，大隔間豎板的尺寸取200 mm×17 mm×1 800 mm。

2.2.2.2 計算剪切面面積

剪切面面積計算公式為A≥Fs/[τ]。鋼材剪切極限=抗拉強度×0.6=222 MPa（剪切極限與抗拉強度之間系數取值為0.6～0.8）。

小隔間底板剪切力Fs=F外；剪切面面積A1≥22.52 mm2。大隔間底板剪切力Fs=F外；剪切面面積A2≥180.18 mm2。因為b1×h1=2 000 mm2，b2×h2=5 600 mm2，所以，小隔間橫板的尺寸取200 mm×200 mm×10 mm，大隔間橫板的尺寸取800 mm×200 mm×28 mm。綜上所述，柜子整體尺寸為1 434 mm×200 mm×1 800 mm。

3 結語

隨著人們生活節奏不斷加快，外賣行業迅速發展，外賣已成為日常生活一部分，該款外賣存儲柜將有效解決外賣臨時放置、冬天保溫問題，提高外賣行業送餐效率，降低成本，進一步提高外賣員的送餐量，增加外賣員的收入。該設計填補了目前外賣行業的相關漏洞，一定程度上促進了外賣行業的發展。