可拆裝式E型物流運轉車結構設計*

王 俊，張志剛，吳洪杰，王 友

（1.湖北文理學院機械工程學院，湖北 襄陽 441053；2.北京博途機械設備有限公司，北京 100176）

0 引言

牽引車廣泛應用于農業及物流機械設備領域。楊孝文等[1]對一種小型物流搬運車結構設計的研究，大大提高了搬運車運輸效率以及準確性。史志明[2]通過調研成都平原糧食轉運的基本情況，結合生產實際和地理環境，從整體結構、車架、底盤、制動、液壓舉升機、輪胎和貨箱等各零部件進行設計，研制出農用牽引運輸車。王若超等[3]設計了一種基于阿克曼原理的梯形牽引轉向機構，具有更平滑的轉向軌跡、更小的轉向啟動力矩以及更高的能量轉化效率。周兵等[4]通過Adams軟件建立麥弗遜懸架轉向機構的樣機模型，分析車輪前束角和阿克曼特性受該機構關鍵點的影響。趙樹棟[5]對國內外輔助運輸設備概況及其性能和適用范圍等進行了介紹。可拆裝式E型物流運轉車可以實現阿克曼轉向，在轉向角度不大的情況下得以實現。以上學者針對物流車及牽引轉向機構的研究為本文提供了思路。

王守亮[6]提出了我國物流配送的發展趨勢以及應對策略，以不斷完善我國物流配送業，為人們提供更高質量的服務。李昕[7]提出擁有高效的物流配送能力不但是企業提高效率的關鍵，也是整個社會提高運行效率、提高生產率的關鍵。安改娣[8]提出了物流機械設施、設備的優化措施，從而達到延長使用壽命、提高物流企業工作效率的目的。白曉光[9]提出伴隨著物流的發展與進步，物流設備不斷得到提升與發展，其涉及的機械設備的創新及應用就顯得尤為重要。

隨著我國電商不斷發展，物流運轉需要處理的電商快件也越來越多，為了提高運輸效率和降低運費，會在集齊物品后一起運轉，因此需要運轉的運輸車。目前，運轉的手推車僅僅是單個的運轉單元，需要專人駕駛叉車，頻繁往返于倉庫-生產線的運輸，費時費力，而且擺放不整齊，當堆疊較高后容易傾倒，運轉效率低。

綜上所述，課題組根據《機械設計手冊》[10]設計出一種用于物流的機械設備，即可拆裝式E型物流運轉車。課題組設計的可拆裝式E型運轉車，既可單個使用，也可與多個運轉單元組合使用；一次可以牽引多輛可拆裝式E型物流運轉車，并且每輛車可以裝拆多個運轉單元，運轉單元拆裝方便。物流運轉配送快速、高效、便捷。

1 設計思路

課題組根據我國物流機械設備行業現狀，通過研究現有的物流運轉車的優缺點，設計了可拆裝式E型物流運轉車。可拆裝式E型物流運轉車框架上的裝拆機械裝置，具有拆裝功能，可與配套的運轉單元進行組合使用，而運轉單元小車可以裝載物料托盤，并且小車上還帶有4個萬向腳輪，這樣可拆裝式E型物流運轉車可以裝載多個如圖1所示的A型運轉單元，或者多個如圖2所示的B型運轉單元。由牽引車牽引，一輛可拆裝式E型物流運轉車可以將多個轉運單元運到不同的工位點，進行空載與滿載物料的交換，還可以把空的轉運單元回收至倉庫進行裝配物料，從而實現循環物料運送，高效、快速、便捷，提高了運輸效率，保證了行駛的安全性。而且不需要專人駕駛叉車頻繁往返于倉庫—生產線的運輸，既節省了時間，也提高了效率，又保證了物流運轉通道的安全性。可拆裝式E型物流運轉車模型如圖3所示。

圖1 A型運轉單元

圖2 B型運轉單元

圖3 可拆裝式E型物流運轉車模型

2 工作原理

可拆裝式E型物流運轉車由車體框架、A型運轉單元或B型運轉單元組成。

當需要裝拆運轉單元時，將運轉單元移動到裝拆機械裝置上方，通過第一次踩動踏板，使裝拆裝置移動到上端，將運轉單元固定在車架上，實現聯結功能；同時隨著踏板被踩下，踏板的顏色顯示器轉到紅色。此外，第二次踩動踏板，裝拆裝置松開運轉單元，實現脫離功能；踏板的顏色顯示器轉到綠色。共同實現運轉單元與車身的聯結或脫離，如圖4所示。

圖4 踏板及裝拆機械裝置運動狀態圖

當正在由牽引車牽引運轉時，梯形牽引轉向機構具有更平滑的轉向軌跡、更小的轉向啟動力矩以及更高的能量轉化效率；控制車輪與擺桿隨動，力和運動傳遞平順。轉向快速、穩定、便捷，運轉效率高，如圖5所示。

圖5 梯形牽引轉向機構及隨動運動狀態圖

3 結構設計

E型物流運轉車總裝配圖如圖6所示。

圖6 總裝配圖

3.1 車體框架構成

車體框架由車身、置物臺、裝拆機械裝置、聯動桿、梯形牽引轉向機構、顏色顯示器、踏板、擺桿、腳輪等構成，詳細介紹如下。

車身：整體呈E字形，用于裝載、承重運轉單元或包裹；在它的基礎上保證其他零件和機構的裝配。

置物臺：其上的四排螺栓起緊固支撐作用，防止運轉單元滑落。

裝拆機械裝置：位于E形槽內部，三個裝拆機械臂分別裝配在兩個短軸上，并且通過聯動桿連接在一起構成裝拆機械裝置，實現運轉單元與車身的聯結或脫離功能。

聯動桿：兩端通過六角開槽螺母和開口銷分別連接踏板和裝拆機械裝置，實現踏板控制裝拆機械裝置轉動。

梯形牽引轉向機構：是一種基于阿克曼原理的梯形牽引轉向機構，位于左右兩端中心，裝配在車身下方，與短擺桿連接，使腳輪與擺桿隨動，可牽引多輛可拆裝式E型物流運轉車，達到同時運轉多個運轉單元的目的。

顏色顯示器：與左右踏板裝配到一起，隨踏板轉動而轉動，并且顯示紅綠兩種顏色，代表運轉單元與車體框架所處的聯結或脫離的狀態。

踏板：踏板位于左右下角，與聯動桿一端連接，而聯動桿的另一端與裝拆機械裝置連接，實現踏板控制裝拆機械裝置，使運轉單元與車身的聯結或脫離更方便、快捷。

擺桿：兩個短擺桿一端通過自潤滑桿端關節軸承、開口銷、螺桿與腳輪連接，而另一端與梯形牽引轉向機構連接。兩個長擺桿一端通過自潤滑桿端關節軸承與腳輪連接，另一端通過自潤滑桿端關節軸承、S形切割件與固定在機架上的轉向件安裝片及角接觸球軸承相連接。

腳輪：四只腳輪位于車身的四個角，對稱分布，分別與長、短擺桿連接，與梯形牽引轉向機構共同構成梯形牽引轉向機構隨動裝置。

3.2 踏板控制運轉單元與車身的聯結或脫離裝置

將運轉單元移動到裝拆機械裝置上方，通過第一次踩動踏板，控制裝拆機械裝置的機械臂轉動到上端，將運轉單元固定在車架上，并且隨著踏板被踩下，踏板的顏色顯示器轉到紅色，實現運轉單元與車身的聯結。第二次踩動踏板，裝拆機械裝置的機械臂松開運轉單元，踏板的顏色顯示器轉到綠色，實現運轉單元與車身的脫離，如圖7所示。

圖7 踏板控制運轉單元與車身的聯結或脫離裝置

3.3 梯形牽引轉向機構隨動裝置

梯形牽引轉向機構隨動裝置的優點是采用基于阿克曼原理的梯形牽引轉向機構，具有更平滑的轉向軌跡、更小的轉向啟動力矩以及更高的能量轉化效率，使腳輪與擺桿隨動，力和運動傳遞平順。隨著牽引機構運動，對稱分布的四個短擺桿分別與四個腳輪隨動，如圖8所示。兩個長擺桿分別與其中兩個腳輪隨動，如圖9所示。

圖8 短擺桿與腳輪隨動示意圖

圖9 長擺桿與腳輪隨動示意圖

4 總結

本文所述的可拆裝式E型物流運轉車設計，結合實際應用要求，對物流運轉車進行創新，踏板控制運轉單元與車身的聯結或脫離，可以實現快速、高效、便捷地運轉多個運轉單元，省時省力，轉運物料量大，在節約勞動力的同時大大提高了物流運輸的運轉效率。梯形牽引轉向機構隨動裝置，力和運動傳遞平順，設計安全可靠，堆疊效率高且不易傾倒，可用于倉庫物流運輸及生產運轉現場。