電瓶車運(yùn)輸連接裝置改進(jìn)設(shè)計(jì)

周鳳敏

（青島濱海學(xué)院 山東青島 266555）

電瓶車運(yùn)輸連接裝置改進(jìn)設(shè)計(jì)

周鳳敏

（青島濱海學(xué)院 山東青島 266555）

電瓶車運(yùn)輸連接裝置是一種新型的自動(dòng)連接裝置，運(yùn)用裝置內(nèi)部的連桿等附屬零件實(shí)現(xiàn)兩車的自動(dòng)連接和斷開(kāi)。該裝置主要由T型桿、滑塊、銷釘、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、V型槽、電磁鐵和部分外部電路組成。主要包括連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、箱體設(shè)計(jì)、零件尺寸設(shè)計(jì)。該設(shè)計(jì)反復(fù)斟酌各種機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，全面考慮，反復(fù)校核，力求設(shè)計(jì)合理。

連接裝置；連桿機(jī)構(gòu)；仿真設(shè)計(jì)；旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)

引言

隨著社會(huì)的進(jìn)步，科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，人們的生活水平有了很大提高?？萍歼M(jìn)步也帶來(lái)了工業(yè)的快速發(fā)展，機(jī)械設(shè)計(jì)是機(jī)械行業(yè)的主要組成部分，是決定機(jī)械性能的主要因素。在2011年德國(guó)諾威工業(yè)博覽會(huì)上，德國(guó)相關(guān)協(xié)會(huì)提出了工業(yè)4.0的初步概念，從此，工業(yè)4.0在全世界興起，2014年工業(yè)4.0進(jìn)入中德合作新時(shí)代，在兩國(guó)簽署的綱要中，重點(diǎn)提出了工業(yè)生產(chǎn)的數(shù)字化、智能化、自動(dòng)化，這對(duì)我國(guó)機(jī)械行業(yè)的未來(lái)發(fā)展具有重大意義。

在加工制造類企業(yè)中，由于受到車間空間的限制，大多數(shù)企業(yè)生產(chǎn)車間選擇用電瓶車運(yùn)送車間里的材料和半成品。目前電瓶車運(yùn)輸連接裝置使用的是手動(dòng)銷軸連接，如圖1所示。物料車裝滿貨物后需駕駛員人工用銷軸把電瓶車和物料車連接起來(lái)，駕駛員把貨物運(yùn)到倉(cāng)庫(kù)，手動(dòng)去掉銷軸，斷開(kāi)物料車和電瓶車的鏈接，完成一次貨物運(yùn)輸。人工操作占用時(shí)間，增加勞動(dòng)成本。另外銷軸的手動(dòng)操作時(shí)間短，電瓶車往往不會(huì)熄火，增加額外危險(xiǎn)?；谝陨蠁?wèn)題，設(shè)計(jì)一種電瓶車自動(dòng)連接裝置，實(shí)現(xiàn)電瓶車和物料車的自動(dòng)連接。

圖1 現(xiàn)有物料車與電瓶車連接裝置

1 確定電瓶車連接裝置方案

現(xiàn)有的自動(dòng)鏈接斷開(kāi)裝置，大部分由液壓，氣壓驅(qū)動(dòng)，而企業(yè)使用的電瓶車動(dòng)力、體積小，安裝氣壓液壓設(shè)備，消弱電瓶車動(dòng)力，影響運(yùn)輸效率。針對(duì)現(xiàn)有情況選擇連桿方式實(shí)現(xiàn)連接。

在物料車前方設(shè)計(jì)一活動(dòng)推桿，電瓶車在倒車過(guò)程中，物料車前方的桿件順利進(jìn)入V型機(jī)構(gòu)，在V型機(jī)構(gòu)的底端安裝一滑塊，桿件推動(dòng)滑塊前進(jìn)，隨著底端的滑塊向前運(yùn)動(dòng)，銷軸滑塊貫穿物料車前方桿件上的通孔，從而實(shí)現(xiàn)電瓶車與物料車的自動(dòng)連接。銷軸滑塊末端安裝一電磁裝置，當(dāng)電瓶車到達(dá)倉(cāng)庫(kù)時(shí)，按下按鈕實(shí)現(xiàn)電瓶車與物料車的自動(dòng)分離。機(jī)構(gòu)示意圖如圖2所示。

圖2 連桿滑塊機(jī)構(gòu)示意圖

由機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)示意圖中不難看出，此機(jī)構(gòu)共有5個(gè)活動(dòng)構(gòu)件，7個(gè)低副，0個(gè)高副，故機(jī)構(gòu)的自由度為：

F=3n-（2p1+ph）=3×5-（2×7+0）=1

機(jī)構(gòu)有確定的運(yùn)動(dòng)。

2 電瓶車連接裝置主要零部件設(shè)計(jì)

2.1 連接裝置的基本原理

電瓶車自動(dòng)連接裝置連接過(guò)程：連桿機(jī)構(gòu)由原始狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)殒i定狀態(tài)，連桿機(jī)構(gòu)由鎖定狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)樵紶顟B(tài)。改進(jìn)連接裝置原理圖，如圖3所示。

圖3 改進(jìn)連接裝置基本原理圖

2.1.1 原始狀態(tài)

原始狀態(tài)示意圖如圖4所示，原始狀態(tài)是未連接物料車的狀態(tài)，此時(shí)該機(jī)構(gòu)中T型桿1與電磁鐵1有一定距離，電磁鐵1不帶電。銷軸5與電磁鐵2緊密貼合，電磁鐵2帶電。V型槽與銷軸5對(duì)應(yīng)位置開(kāi)有通孔，利于銷軸的水平往復(fù)運(yùn)動(dòng)。由于機(jī)構(gòu)為水平放置的，機(jī)構(gòu)受到的重力不對(duì)運(yùn)動(dòng)效果造成影響。

圖4 原始狀態(tài)示意圖

2.1.2 閉鎖狀態(tài)

圖5為機(jī)構(gòu)的閉鎖狀態(tài)，鎖定狀態(tài)為電瓶車與物料車連接的狀態(tài)。T型桿1與電磁鐵1緊密貼合，電磁鐵1通電。銷軸5穿過(guò)V型槽和物料車的推桿。

圖5 閉鎖狀態(tài)示意圖

2.2 物料車前端推桿

現(xiàn)有物料車的前端推桿，已經(jīng)不能滿足現(xiàn)在裝置的需求，新設(shè)計(jì)的物料車前端推桿如圖6，具體尺寸見(jiàn)圖紙推桿。當(dāng)推桿受力轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，兩側(cè)彈簧控制推桿恢復(fù)原始位置，方便找正，使推桿能夠順利的進(jìn)入裝置的V型槽。推桿進(jìn)入一定深度，銷軸穿過(guò)通孔，完成鎖定。

圖6 物料車推桿示意圖

2.3 轉(zhuǎn)動(dòng)桿的設(shè)計(jì)

2.3.1 材料選擇

在滿足實(shí)用要求和工藝可行的前提下，應(yīng)盡量選用價(jià)格便宜的和供應(yīng)充足的材料，提倡選用國(guó)產(chǎn)材料。45鋼屬于優(yōu)質(zhì)飛合金結(jié)構(gòu)鋼（中碳鋼），具有一定的塑形和韌性，較高的強(qiáng)度，切削性能良好。經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后具有良好的綜合力學(xué)性能，用于制造受力較大要求強(qiáng)度、塑形和韌性都較高的機(jī)械零件，連桿材料選用45鋼，毛坯尺寸精度要求為IT7～I(xiàn)T8級(jí)。

2.3.2 轉(zhuǎn)動(dòng)桿尺寸設(shè)計(jì)

設(shè)定T型桿向左推進(jìn)60mm完成此過(guò)程。推桿GH長(zhǎng)度是100mm，根據(jù)設(shè)計(jì)需要推桿需要向上推進(jìn)80mm，為了避免運(yùn)動(dòng)到死點(diǎn)位置，假定原始位置如圖7所示，經(jīng)過(guò)仿真模擬分析此位置，運(yùn)動(dòng)速度較快，可以滿足要求。

圖7 運(yùn)動(dòng)狀態(tài)分析圖

如圖7實(shí)線為初始狀態(tài)，虛線為最終狀態(tài)。原則上線段OE和線段OB均與T型桿一桿平行，為了方便觀察畫(huà)成圖示樣式。作輔助線AC、DF分別與OB、OE垂直。即：AC=GH=60mm、DF=QP=80mm。連桿逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)a度。

有以上已知條件可知：

T型桿水平移動(dòng)距離：

設(shè)桿件OD=140mm，則有上述式子可得OB=105mm，即連桿的兩桿在初始位置垂直的情況下，如果滿足設(shè)計(jì)要求需要連接T型桿的長(zhǎng)度為105mm，連接銷軸分支的桿的長(zhǎng)度為140mm。

滑桿長(zhǎng)度分析。

AG桿：

AG桿上滑塊在整個(gè)過(guò)程中運(yùn)動(dòng)的上下距離為BC。

BC=OB-OAcosa=OA-OAcosa=OA（1-cosa）

我們?cè)O(shè)計(jì)滑桿的長(zhǎng)度為189.8mm＞35.55mm。所以說(shuō)滿足要求。EP桿：

EP桿上滑塊在整個(gè)過(guò)程中運(yùn)動(dòng)的上下距離為EF。

EF=OE-ODcosa=OD-ODcosa=OD（1-cosa）

我們?cè)O(shè)計(jì)滑桿的長(zhǎng)度為120mm＞47.40mm，滿足要求。轉(zhuǎn)動(dòng)桿的尺寸設(shè)計(jì)示意圖如圖8。

圖8 轉(zhuǎn)動(dòng)桿尺寸設(shè)計(jì)示意圖

2.3.3 驅(qū)動(dòng)方式的選擇

常用的驅(qū)動(dòng)方式主要有液壓驅(qū)動(dòng)、氣壓驅(qū)動(dòng)、電氣驅(qū)動(dòng)和電磁驅(qū)動(dòng)四種基本類型，四種主要的驅(qū)動(dòng)方式比較如表1所示。

表1 驅(qū)動(dòng)方式的比較

該機(jī)構(gòu)要求質(zhì)量輕便，體積小，并且不能影響電瓶車的運(yùn)輸能力。綜合考慮以上驅(qū)動(dòng)方式均不能達(dá)到要求，經(jīng)過(guò)多方比較我們決定用電磁鐵作為該機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)裝置。

2.4 T型桿設(shè)計(jì)

T型桿整個(gè)裝置中起到傳遞運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的作用，物料車前端推桿推動(dòng)T型桿，T型桿把這個(gè)運(yùn)動(dòng)傳遞給滑塊，引起滑塊的變速圓周運(yùn)動(dòng)。進(jìn)而實(shí)現(xiàn)變形銷軸的直線運(yùn)動(dòng)。T型桿尺寸圖如圖9所示。

圖9 T型桿尺寸圖

2.5 滑塊的設(shè)計(jì)

滑塊的運(yùn)動(dòng)軌跡為圓周，滑塊管狀通孔與T型桿的下端過(guò)度配合。在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，滑塊相對(duì)于T型桿做直線運(yùn)動(dòng)。為了保證運(yùn)動(dòng)的精確，滑塊的尺寸精度要求相對(duì)較高，尺寸如圖10所示。

2.6 箱體的設(shè)計(jì)

根據(jù)機(jī)構(gòu)的尺寸設(shè)計(jì)箱體的尺寸，箱體是機(jī)械產(chǎn)品重要組成部件，它是傳動(dòng)零件的幾座，應(yīng)具有強(qiáng)度和剛度。箱體通常用灰鑄鐵制造，灰鑄鐵具有很好的鑄造性能和減震性能。為了便于軸系部件的安裝和拆卸，箱體制成沿軸心線水平剖分式。上箱蓋和下箱體用螺栓連接成一體。箱體和箱體蓋的立體圖如圖11～12所示。

根據(jù)整體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖，設(shè)計(jì)箱體，由于該裝置要求數(shù)量小，考慮到它的經(jīng)濟(jì)性。

3 運(yùn)動(dòng)仿真

采用UG軟件建立了實(shí)體模型并進(jìn)行虛擬裝配，運(yùn)用運(yùn)動(dòng)仿真功能進(jìn)行了連桿機(jī)構(gòu)的仿真設(shè)計(jì)，仿真效果如圖13所示。

圖10 滑塊尺寸圖

圖11 箱體

圖12 箱蓋

圖13 連接裝置運(yùn)動(dòng)仿真圖

4 結(jié)語(yǔ)

確定了電瓶車連接裝置設(shè)計(jì)方案，進(jìn)行了連接裝置原理分析，完成了推桿、T型桿、滑塊、箱體等的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和尺寸計(jì)算，并進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)仿真，仿真效果良好。電瓶車自動(dòng)連接裝置的設(shè)計(jì)解決了企業(yè)運(yùn)輸方面的技術(shù)難題，加強(qiáng)運(yùn)輸安全，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。

[1]孫開(kāi)元，駱?biāo)鼐?常見(jiàn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及應(yīng)用圖例[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010.

[2][日]騰森洋三.機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1985.

[3]張桂香.機(jī)電類專業(yè)設(shè)計(jì)指南[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.

TD524

A

1004-7344（2016）24-0309-03

2016-8-7

周鳳敏（1977-），女，漢族，山東臨清人，講師，碩士，主要研究方向?yàn)闄C(jī)電一體化技術(shù)專業(yè)。