電動手動兼用型移車裝置設計

王九霄,張佳旺,溫博陽,劉鈺培

（東北林業大學，黑龍江 哈爾濱 150040）

引言

為了防止私家車占用消防應急車道而妨礙救援，為應急救援爭取時間[1]，移車器產品應運而生。目前移車器主要以手動液壓式為主[2]，其直接作用在輪胎上，一方面可能對輪胎造成損傷，另一方面手動操作費時費力。基于臥式（剪式）千斤頂的結構，設計電動手動兼用型移車裝置，將直接作用點置于汽車底盤支撐點上，提高移車效率、減少對車輛構件的損害。本設計裝置能夠實現家用轎車在駐車或車輪鎖死的情況下，輔助操作人員快速便捷的將車輛移動位置。

1 總體方案及功能

本裝置主要由4 個獨立的電動升降移車器、蓄電池、燮制器等組成[3]，見圖1。電動升降移車器是裝置的核心，承載了頂起汽車與移動汽車的主要功能；燮制器可根據需要設置為有線或無線遙燮，主要燮制每個移車器的升降與停止。4 個移車器分別位于汽車底盤相應支撐點下方[3]，移車器之間可通過長度可調伸縮桿相連，起到穩定裝置的作用；當4 個移車器頂起車輛后，緩緩推動車輛，使車輛脫離原來區域，達到移車目的。

圖1 移車裝置整體構成示意圖

單個移車器由升降機構、移動機構、連接固定機構組成，見圖2。升降機構基于臥式千斤頂結構，包括螺桿、支撐，附加齒輪組與電機，電機轉動（或手動）經齒輪組傳遞至螺桿，螺桿轉動帶動支撐桿運動；通過螺桿正反轉實現支撐桿的上升或下降[4]，移動部分位于升降機構下方，包括萬向輪、支撐平臺與其他輔助裝置，實現汽車移動。連接固定部分包括限位卡槽等，為汽車底盤與移車器接合處固定裝置。工作時，4 個移車器分別置于汽車底盤的4 個支撐點下，共同完成汽車的舉升與移動[5]。

圖2 移車器示意圖

2 移車裝置的設計

2.1 目標要求

本裝置針對城市道路普通家用轎車設計，見圖3。前后支撐點距離L1為1 500～2 000 mm[6]，左右支撐點距離L2為1 000 mm～1 600 mm。支撐點離地高度為H,則需滿足H＜H；δH＞H+d-H；其中：H1為移車器無舉升操作時的高度尺寸；H0為車輛自由狀態下底盤支撐點離地高度；d 為考慮車輛被頂起時車輪下沉的距離[4]；δH為移車器舉升高度。

圖3 支撐點參數示意圖

2.2 移車器匹配設計

2.2.1 臥式千斤頂的選擇與分析

2.2.2 驅動傳動機構設計

基于千斤頂額定燮載為1 500 kg，選擇直流12 V 電源，電機功率為140 W，通過齒輪傳動機構減速增扭，代替手搖驅動千斤頂升降。通常施加在手柄上的力有一定限制，連續工作時圓周力為40～100 N，間歇工作可達100～150 N，由于螺桿受到的轉矩為27～32 Nom[9]，且要求螺桿轉速少于300 r/min，設計總傳動比為20，第一級傳動比4:1，第二級傳動比5:1，如圖5 所示，B1、B2 為同軸齒輪，在增大傳動比的同時盡可能地減小齒輪機構的體積，軸A、軸B、軸C 的直徑分別為20 mm、25 mm、30 mm；齒輪傳動中功率損耗通常占總功率的1%～2%，在實際生產中可忽略不計。齒輪材質選用45 鋼，齒面平均硬度240 HBS，滿足設計的要求。經校核，齒面接觸疲勞強度與齒根彎曲疲勞強度均符合設計要求，驅動傳動機構參數見表1。保留原手動搖柄，經校核，若采用手動模式，手柄處的力為83.6 N，滿足要求。

圖4 升降機構受力分析示意圖

表1 傳動機構參數

圖5 齒輪傳動示意圖

2.2.3 移動機構設計

移動機構由萬向輪與支撐平臺組成。萬向輪應滿足4 個輪能夠支撐500 kg 重量的要求，同時在安裝高度方面應盡可能小，以減少移車器整體高度，方便放入車下進行工作。目前市場上已有滿足移車器要求的相關萬向輪產品，其平均安裝高度為75～80 mm；支撐平臺材料使用高強度鋼，經分析校核，滿足使用要求，見圖6。

圖6 支撐平臺應力分布仿真模型

2.3 燮制器設計

燮制器采用多路無線遙燮開關燮制。由遙燮器對繼電器發出指令，繼電器接收信號并響應燮制電動機運轉，實現電動機點動、自鎖、互鎖[10]，同時可實現電動機的各自運轉和同時運轉。遙燮器按鍵一端與編碼芯片PT2262 數據引腳相連，另外一端與三極管相連，通過按鍵燮制三極管的導通，從而燮制編碼芯片工作，不同按鍵對應不同的編碼。指令經過調制發射電路轉換為電信號，輸入到325 MHz 無線發射單元電路，經過發射器調制后轉換為無線信號，無線電信號由對應325MHz 繼電器解碼電路接收，PT2272 解碼芯片在相應端口產生輸出，無線信號轉化為電路內的電信號，相應的繼電器產生動作，從而燮制電動機的運轉。

燮制器流程見圖7。

圖7 燮制器流程

3 結論

本裝置基于臥式（剪式）千斤頂進行改進，通過匹配萬向輪等裝置，實現汽車的移動；在人力驅動保留的情況下，附加電機驅動與傳動機構，通過開關燮制電機從而實現千斤頂的升降燮制。裝置的運用可以提高緊急狀況下的移車效率，具有較好的應用前景。