一種裝卸作業機械手結構設計

喻志杰

（長安大學工程機械學院，陜西 西安 710064）

0 引言

裝卸活動[1]的基本動作包括裝車（船）、卸車（船）、堆垛、入庫、出庫以及連接上述各項動作的短程輸送，是隨運輸和保管等活動而產生的必要活動。在物流過程[2]中，裝卸活動是不斷出現和反復進行的，它出現的頻率高于其他各項物流活動，每次裝卸活動中花費的時間，往往成為決定物流速度的關鍵。裝卸活動所消耗的人力也很多，所以裝卸費用在物流成本中所占的比重也較高，以我國為例，鐵路運輸的始發和到達的裝卸作業費大致占運費的20%左右，船運占40%左右[3]。因此，為了降低物流費用，優化裝卸是個重要環節。此外，進行裝卸操作時往往需要接觸貨物，此過程是造成貨物破損、散失、損耗、混合等損失的主要環節，例如袋裝水泥紙袋破損和水泥散失主要發生在裝卸過程中，玻璃、機械、器皿、煤炭等產品在裝卸時最容易遭受損失[4]。由此可見，裝卸活動是影響物流效率[5]、決定物流技術經濟效果[6]的重要環節。

傳統的裝卸機械手[7-8]，大多數都是只適用于一定范圍的物品裝卸，無法做到對多種物品進行裝卸，這會使得在對不同物品裝卸時需要用到不同的設備，給物品裝卸帶來麻煩[9]。基于此，筆者設計了一種新型的裝卸作業機械手來解決上述問題，保證裝卸作業時的高效性[10-11]。

1 結構設計

1.1 設計要求

為了實現機械手裝卸作業高效率、高質量，裝卸作業機械手的設計應滿足以下設計要求：

1）機械手可以快速地更換不同設備來裝卸不同的物品；

2）機械手在工作過程中無磨損；

3）機械手在工作過程中可以穩定地裝卸；

4）機械手能循環使用；

5）機械手不會對物品造成損傷。

1.2 設計方案

裝卸作業的常用方式有氣力輸送裝卸搬運、重力裝卸搬運、機械裝卸搬運等。第一種耗費的人力物力財力太大，不適用于裝卸作業；第二種適用于裝卸大型重量級的物品；第三種適用范圍較廣，方法簡單，成本較低。比較這幾種裝卸作業方式之間的特點，考慮到裝卸作業的適用范圍和成本等因素，筆者擬借鑒機械手的方法進行相關設計。裝卸作業機械手就是使用機械手夾持不同的設備來對不同的物品進行裝卸，這樣不僅能提高工作效率，同時還能應用在更多的裝卸場合[12]。

基于機械手的基本原理，筆者在機械手的基礎上進行一定程度的改進，在滿足上述設計要求的基礎上，參考現有的一些機械手模型，設計了一種對不同物品都能裝卸的裝置[13]。

該裝置整體呈一個夾子結構，夾子結構的頂端是連接頭和連接桿，連接桿的底部固定連接箱，連接箱上開有滑槽，滑槽的內側壁滑動連接左右機械夾。機械夾的一側與異型齒輪通過弧形槽連接，另一側與復位彈簧連接，復位彈簧固定在連接箱內壁上，連接箱內還有限位桿，限位桿的外側壁與左右機械夾的側壁貫穿滑動連接。在工作箱內螺紋桿與齒輪嚙合連接，齒輪與轉桿固定連接，轉桿貫穿連接箱與工作箱，轉桿的底端固定連接異型齒輪。其中裝卸作業機械手的正面剖視結構示意圖如圖1 所示，裝卸作業機械手在圖1 中A 處放大結構示意圖如圖2 所示，裝卸作業機械手的異型齒輪與左機械夾連接處頂部俯視結構示意圖如圖3 所示，裝卸作業機械手的齒輪與螺紋桿頂部俯視結構示意圖如圖4 所示。圖中：1 為連接頭，2 為連接桿，3 為連接箱，4 為左機械夾，5 為右機械夾，6 為復位彈簧，7 為異型齒輪，8 為滑槽，9 為工作箱，10 為螺紋桿，11 為齒輪，12 為轉桿，13 為限位桿。

圖1 裝卸作業機械手的正面剖視結構示意圖

圖2 裝卸作業機械手在圖1 中A 處放大結構示意圖

圖3 機械手的異型齒輪與左機械夾連接處頂部俯視結構示意圖

圖4 機械手的齒輪與螺紋桿頂部俯視結構示意圖

筆者所設計的裝卸作業裝置是由一個機械手搭配不同設備的集合體，具有十分優越的工作性能，且操作簡單方便，成本低廉，其具體優越性如下：

1）滿足不同物品的裝卸；

2）機械手更換不同設備簡單高效；

3）不會對物品造成損傷；

4）機械手可以循環使用，滿足實際情況需求。

2 結構分析

該機械手通過螺紋桿、齒輪和轉桿配合使用。當需要對左機械夾和右機械夾進行間距調整時，通過轉動螺紋桿帶動與螺紋桿相互嚙合的齒輪轉動，帶動與齒輪內側壁貫穿固定連接的轉桿轉動，實現調整左機械夾和右機械夾的間距，使得該裝置能適用于不同物品的裝卸作業，擴大了該裝置的適用范圍[14]。

本實用新型裝置通過異型齒輪、限位桿、復位彈簧和滑槽的配合使用，在調整左機械夾和右機械夾間距時，通過異型齒輪的轉動，使得異型齒輪的不同齒牙與機械夾的外側壁相互嚙合，進而調整左、右機械夾的間距，在調整過程中通過復位彈簧進行彈性夾緊，防止機械夾的松動，提高了機械夾的穩定性。

3 實施方式

該裝置在使用時首先通過轉動螺紋桿，螺紋桿的轉動帶動與螺紋桿外側壁相互嚙合的齒輪轉動，帶動與齒輪內側壁貫穿固定連接的轉桿轉動，進而帶動與轉桿外側壁貫穿固定連接的異型齒輪轉動，最后使得與異型齒輪連接的左右機械夾在連接箱的滑槽內左右滑動，實現異型齒輪對左機械夾和右機械夾的間距調整，擴大了該裝置的適用范圍，使該裝置能夠裝卸更多的物品。復位彈簧的彈性可以對機械夾進行加緊固定，避免機械夾的松動給裝卸作業帶來麻煩。

4 結論

綜上所述，筆者設計了一種應用于裝卸作業的機械手新型裝置，該裝置能適用于不同物品的裝卸作業。該機械手通過螺紋桿、齒輪和轉桿的配合使用，實現對左機械夾和右機械夾的間距調整，使得該裝置能適用于不同物品的裝卸作業，擴大了該裝置的適用范圍。同時通過異型齒輪、限位桿、復位彈簧和滑槽的配合使用，防止機械夾的松動，提高了機械夾的穩定性。筆者設計的機械手裝置能夠實現裝卸作業的高效率、高穩定性，解決了現有裝卸作業過程中存在的技術難題，具有很高的實際應用價值。