基于重型裝備室內搬運及移位的組合式氣力搬運裝置設計

曾杰華 梁健

摘要：對現有的室內大型裝備的搬運方式的優缺點進行了闡述，并針對其缺點自主研發出一種組合式氣力搬運裝置。設計了一個可前后卯榫鏈接，上下噴氣的氣力發生單元，然后再由多組的氣力發生單元聯成一個承托面，再由承托面向上噴氣支撐重物，最后通過不同的姿態控制來實現重物的前后運動及轉向。詳述了裝置的設計方案、關鍵結構及技術原理。設計的裝置有體積小、操作簡單、轉向靈活、不損傷地面、性價比高等優點，適用于重型裝備的室內搬運及移位。

關鍵詞：搬運;組合式;氣力;設計;原理

中圖分類號：TH48文獻標志碼：A文章編號：1009-9492（2021）12-0239-03

Design of Combined Pneumatic Handling Device Based onIndoor Handling and Displacement of Heavy Equipment

Zeng Jiehua1，Liang Jian2

（1. Guangdong Yuantian Engineering Co. ，Ltd. ，Guangzhou 511338，China;

2. Guangdong Water Conservancy and Electric Power Vocational and Technical College，Guangzhou 510925，China ）

Abstract：The advantagesanddisadvantagesof theexisting handlingmethodsof indoor largeequipment wasexpounded，andindependentlydeveloped a combined pneumatic handling device according to its disadvantages. A pneumatic generating unit was designed，which could connectthe front andrearmortiseandtenonandj etupanddown，andthenasupportingsurfacewasconnectedbymultiplegroupsof pneumaticgenerating units，and then the supporting surface j et up tosupport theheavy object. Finally，the frontandrear movementandsteering of theheavy object wererealizedthroughdifferentattitudecontrol. Thedesignscheme，keystructureandtechnicalprincipleofthedeviceweredescribed in detail. The refitted device has the advantages of small volume，simple operation，flexible steering，no damage to the ground and highcost performance，it is suitable for indoor handling and displacement of heavy equipment.

Key words：handling;combined;pneumatic;design;principle

0 引言

隨著我國經濟的迅猛發展，各行各業對能源的需求越來越大，國家也在大力發展水電建設，通過水利電力建設充分開發我國的水電資源，以更快更好地服務我國的發展戰略。在水利水電項目施工中，經常需要在已經完成土建的建筑內安裝大型裝備，這些裝備體積大、重量大，在有限的空間內搬運極不方便。按照不同的搬運方式，一般有以下幾種。

（1）天車行吊搬運，又稱橋式起重機。是橋架在高架軌道上運行的一種橋架型起重機。這種設備需要在場地進行永久性的設備安裝，對場地要求高，成本投入大;后期需要專人管理、操作及維護，該方式只適用于空間大且開闊的廠房內使用。

（2）電動平車搬運。以電力驅動的一種工業用的短途轉運物料的平板車，載重量大，結構簡單。但存在車身體積大，無法根據重物調整自身尺寸，且轉向不便，對地面平整度要求高;搬運過程中還容易損壞地面。

（3）輥軸搬運。這種方法需要在設備底下預先鋪墊一層輥軸，通過人工撬動設備使其在輥軸上滾動前進，該方法效率低，速度慢，需要大量的人力輔助，而且還會嚴重損壞裝備及地面[1]。

針對以上問題，本文開發了一種組合式氣力搬運裝置，通過針對設計的組合式氣力單元相互配合，既能實現不同尺寸的裝備搬運，還能輕松實現搬運轉向，搬運過程對地面無損傷，搬運過程輕松快捷，安全可靠。

1 設計方案制定

1. 1總體設計

本文設計了一種組合式氣力搬運裝置，通過氣力發生單元產生的氣膜托起裝備，還可通過控制氣力發生單元噴出的氣流強度推動裝備前進及轉向;因為氣力單元跟地面以及重物均通過氣流接觸，故搬運過程中對裝備及地面均無損傷[2]。

設備總體效果如圖1所示，該裝置由氣力搬運裝置1、重物2、托架3、氣力搬運裝置4組成。其中，氣力搬運裝置1與氣力搬運裝置4結構及功能完全一樣，搬運時，通過兩者相互錯開步進實現重物搬運。托架2為一實心高強度板狀結構，其底部光滑平整，以便于與氣力發生單元8噴出的氣環形成氣膜。其頂部加工有花紋，目的增加與重物的摩擦力，以保持重物平穩，不會側滑。其周邊加工有倒角，目的方便前進時平滑過渡。

1. 2 氣力發生單元設計

氣力發生單元結構如圖2所示。

（1）氣囊9。用耐磨的高強度彈性材料制作，用于支撐氣力發生單元。往里面充氣時，膨脹鼓起呈四瓣式，每瓣之間留有開口，目的在氣力發生單元向上噴氣時，方便高壓風機由底部吸入空氣。氣囊還起到分散重量，保護地板的作用;遇到凹凸不平的地面，氣囊還能自動適應，保證足夠的貼地面積以保證支撐效果。

（2）殼體11。用于安裝氣力發生器及前后氣力發生單元鏈接，并傳遞電力。殼體前部有凸出的半圓柱狀連接塊，后部有凹陷的半圓柱嵌槽，凹凸兩部分尺寸一致，這樣相同結構的殼體就可以輕松的鏈接，連接后前后殼體還可以自由擺動，以便于擺出各種搬運的路線。殼體內部還布置有無線信號接收裝置及控制系統，通過該系統控制高壓風機的動作。

（3）氣墊13。用耐磨的高強度彈性材料制作，用于支撐氣膜發生板15。當高壓風機向上噴氣時，該氣墊膨脹并推動氣膜發生板15向上運動，因為氣墊固有的彈性能，可以起到很好的緩沖作用，并能根據隨著托架移動過程中擺動自動調整方向適配[3-5]。

（4）支撐塊14。主要用于高壓風機向下噴氣時，頂住托架，以保證氣膜發生板15的氣孔能夠順利吸入空氣。在托架氣膜發生板15上，中心位置氣孔的數量較多，這樣就可以保證噴出氣流強度的主要集中在板中央，可提高起來的支撐作用。輸送重物時，如果托架剛好壓住氣膜發生板15一半面積，那么沒被壓到的圓球就會把氣孔堵住，使所有高壓空氣都從被壓住的圓球處的氣孔處噴出，這樣就可以保證這部分氣孔噴出氣體的氣壓不會降低。

（5）高壓風機16。內部由多層葉片組成，通過多級葉片逐級增壓，可產生高壓大流量的氣流。通過控制葉片正反轉，可控制風噴氣或吸氣。

1. 3搬運過程控制

搬運裝置動作如圖3所示，氣力搬運裝置1與氣力搬運裝置4相互分開，互不干擾。兩裝置的氣力發生單元間距適合，當兩裝置靠攏時，相互的氣力發生單元不會干擾。

（1）對射式光電傳感器5及51。其底座為磁鐵可按需要吸附到指定的位置。其中5與5A 為一對，51與51A 為一對，左右布置，當重物移動跑偏時，如果對射式光電傳感器的光線被擋住就會觸發信號，對應控制氣力發生單元的噴出氣壓，控制重物糾偏[6]。

（2）漫反射式測距傳感器7。對應重物兩側各安裝兩個漫反射式測距傳感器7，可獨立檢測其相對重物的距離。因為每個氣力發生單元的尺寸完全一樣，通過檢測傳感器與重物相對距離就可以知道重物在哪一個氣力發生單元的正上方。

工作時先把氣力搬運裝置1與氣力搬運裝置4相互分開，根據重物的尺寸組合控制模塊6及氣力發生單元8，并按如圖位置擺放。設置對射式光電傳感器5 及51，使兩對傳感器的檢測光通路比重物寬度略寬，用漫反射式測距傳感器7及7A 分別檢測重物兩側到7及7A 的距離[7]。

在氣力搬運裝置4上把氣力發生單元按排列分為：A～ J 列，a～ f 行。當需要把重物從J往A 輸送時，先通過控制模塊6發出信號控制A～ J 列氣力發生單元向上噴氣，噴出氣體的壓力A 列最大，B 列次之，如此類推J列最小，這樣就可以產生一個從5A 向5的推力，推動重物向前運動。通過漫反射式測距傳感器7 及7A 檢測重物移動時的實時位置，就可以控制對應每一列氣力發生單元噴出氣體的壓力，從而推動重物一直到往前移動到氣力搬運裝置1末端。當重物被輸送至氣力搬運裝置1末端時，保持氣力搬運裝置1每個氣力發生單元噴氣壓力一致，這樣重物就會停下來保持不動，這時控制氣力搬運裝置4氣力發生單元的高壓風機反轉，由向上噴氣變為向下噴氣，向下噴出的氣體就會把這組設備推離地面懸浮，這樣方便人工把整個氣力搬運裝置4往前推，并插入氣力搬運裝置1的開放空間內。當氣力搬運裝置4被人工推到位后，控制其氣力發生單元的高壓風機反轉，由向下噴氣變為向上噴氣，并支撐托架2。然后氣力搬運裝置1通過同樣操作懸浮并人工向前拉出，通過氣力搬運裝置1與4的相互配合就可以實現重物的直線搬運[8]。

1. 4 搬運轉向控制

搬運轉向控制如圖4所示。如果搬運過程中需要轉向，可以用以下兩種辦法。

（1）如圖4（ a ）所示，當重物往前輸送至指定位置需要轉向90°時，只需要把氣力搬運裝置4由虛線位置移動到圖示位置，就可以直接轉向。

（2）如圖4（ b ）所示，也可以通過重新組合氣力發生單元陣列，通過氣力發生單元相互間的卯榫結構鏈接，調整其排列的方向，也可以使重物移動的路徑按需轉向[9]。

2 創新點

（1）把裝配重物置于專用托架承上方，把氣力發生單元置于托架底下。托架底部與氣力發生單元的接觸面均加工得非常平整，貼合效果非常好，這樣就可以保證能夠產生高效的托舉氣膜。地面不平整等因素就影響不了氣膜的形成[10]。

（2）整個搬運裝置的氣力發生單元為獨立設計，能根據需要組合成不同的形狀以方便運輸不同尺寸及重量的重物，還能把重物的重量分散作用于地面，以減少對地面的破壞。

（3）每個單元的氣壓均獨立可控，通過控制不同位置單元的輸出氣壓，可以推動重物前進;還能通過高壓風機的正反轉實現承托重物及裝置移動兩個功能。

（4）每個氣力發生單元底部配置了分瓣式承托氣墊，既能緩沖重物對地面的沖擊，又能適配不平整的地面，保證承托效果。

3 結束語

本設備在裝備的搬運過程中可針對不同的設備進行自由組合，以適應其不同的搬運尺寸;可通過組合不同的結構形狀對設備進行掉頭及轉向;可通過氣力抬升減少設備行進中的摩擦力，便于搬運[11];通過針對性設計的氣墊裝置減少對地面的壓強，可實現搬運對地面的零損傷，同時搬運中對地面的要求極低，可以是粗糙的毛坯水泥面或沙石面。故能解決現有各種方式在搬運中存在的問題，具有非常廣泛的應用前景[12]。

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第一作者簡介：曾杰華（1980-），女，廣東信宜人，大學本科，工程師，研究領域為水利機電技術.

（編輯：王智圣）