狹小空間便攜式移動(dòng)舉升裝置的研制

屈彥杰 沈雪松

摘 要：本文介紹了一種用于狹小空間內(nèi)設(shè)備轉(zhuǎn)移的便攜式全向移動(dòng)舉升裝置。裝置采用手動(dòng)螺桿旋轉(zhuǎn)方式，驅(qū)動(dòng)兩組四聯(lián)桿曲柄式千斤頂實(shí)現(xiàn)垂向舉升功能。與傳統(tǒng)的舉升設(shè)備相比，該裝置可用于狹小空間作業(yè)，操作簡(jiǎn)單，人力勞動(dòng)強(qiáng)度降低，移動(dòng)效率增倍，轉(zhuǎn)移安裝的準(zhǔn)確性和安全性突出。

關(guān)鍵詞：狹小空間；便攜式；全向移動(dòng)；手動(dòng)螺桿旋轉(zhuǎn)；連桿曲柄式千斤頂

中圖分類號(hào)：TE933.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-5168（2018）07-0040-03

The Development of a Portable Mobile Lifting Device in Small Space

QU Yanjie SHEN Xuesong

（The 20th Research Institute of China Electronic Technology Group Corporation，Xi'an Shaanxi 710068）

Abstract： This paper introduced the development of a portable omnidirectionally mobile lifting device for the transfer of equipment in a small space. The device uses a manual screw rotation mode to drive two groups of 4-connecting rod crank-lifting jacks to complete the vertical lifting function. Compared with the traditional lifting equipment， the device can be used for small space-operations， with simple operation， reduced labor force intensity and increased mobile efficiency. The accuracy and safety of transfer and installation are outstanding.

Keywords： small space；portable；omnidirectionally mobile；manual screw rotate；connecting rod crank-lifting jack

1 設(shè)計(jì)背景概述

近幾年，隨著中國電子科技集團(tuán)公司第二十研究所科研生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)展，各類車載設(shè)備的集成裝配工作越來越多。某些沉重的機(jī)柜在完成地面聯(lián)調(diào)、搬入機(jī)車工作艙后，需要將數(shù)個(gè)機(jī)柜移動(dòng)到艙內(nèi)指定的安裝孔處，以完成安裝固定。各類端機(jī)機(jī)柜不僅沉重難以移動(dòng)，更為棘手的是，由于工作艙內(nèi)空間狹小、端機(jī)機(jī)柜安裝間距小和安裝位置要求精確等，人員工作強(qiáng)度、體力消耗非常大，而且容易導(dǎo)致機(jī)柜漆面的碰損，a威脅人員操作安全，影響安裝質(zhì)量且耽誤進(jìn)度。

如圖1所示，在該工作艙內(nèi)，除去辦公桌、軌道式轉(zhuǎn)椅、倉儲(chǔ)式沙發(fā)等已安裝物品，人員可作業(yè)的空間（即陰影區(qū)域）非常有限，僅有2.3m（長(zhǎng)）×0.88m（寬）×1.73m（高），各機(jī)柜比較沉重（130kg），機(jī)柜支腳高度（即機(jī)柜底面距工作艙地板距離）約95mm，各機(jī)柜安裝間距較小（20mm），機(jī)柜本身尺寸相對(duì)較大，為0.65m（長(zhǎng)）×0.58m（寬）×1.56m（高），這導(dǎo)致機(jī)柜在艙內(nèi)的移動(dòng)非常困難。

常見的作業(yè)情況是，機(jī)柜用叉車運(yùn)入艙門后，只能靠多人合力移動(dòng)至艙內(nèi)指定位置再進(jìn)行安裝固定，有時(shí)還需用撬杠撬起機(jī)柜，將機(jī)柜放置在鋪好的數(shù)條鋼管上面，利用鋼管的滾動(dòng)才能進(jìn)行機(jī)柜的轉(zhuǎn)移作業(yè)。這會(huì)產(chǎn)生三方面的問題：①狹窄空間內(nèi)重型機(jī)柜的轉(zhuǎn)移、安裝作業(yè)對(duì)人員體力和人數(shù)均有較高要求，勞動(dòng)強(qiáng)度較大；②存在潛在的危險(xiǎn)性，容易造成不必要的設(shè)備碰損甚至人身傷害；③遇到需要在車內(nèi)重新移動(dòng)、安裝機(jī)柜的特殊作業(yè)時(shí)，由于整機(jī)難以移動(dòng)，只能拆移各設(shè)備甚至端機(jī)，完成機(jī)柜的移動(dòng)后再重新安裝設(shè)備，過程繁瑣，靈活性低。

通常，在外部場(chǎng)所及較大的工作車間內(nèi)可以采用桁吊、叉車等普通起重設(shè)備進(jìn)行貨物的搬運(yùn)轉(zhuǎn)移。但對(duì)于該工況下狹小的作業(yè)空間，這些起重設(shè)備均不能完全適用。例如，叉車在工作艙內(nèi)占地面積較大，在狹小空間內(nèi)無法自由調(diào)整方向和位置。又如，小型起重搬運(yùn)車靠液壓或氣壓驅(qū)動(dòng)，提供壓力源的設(shè)備體積較大，不便于攜帶，且需要電力驅(qū)動(dòng)，不適合外場(chǎng)作業(yè)。

2 設(shè)計(jì)方案及實(shí)施

2.1 設(shè)計(jì)難點(diǎn)

按照常規(guī)的設(shè)計(jì)思路，體積越大的設(shè)備才能獲得更大的起重量。由于車艙內(nèi)空間狹窄，且機(jī)柜底部?jī)H有650mm（長(zhǎng)）×220mm（寬）×95mm（高）的空間可供放置舉升設(shè)備，這就要求舉升設(shè)備的體積不能過大，但對(duì)起重重量又是有要求的（至少大于200kg）。因此，設(shè)計(jì)的主要難點(diǎn)就是如何在限制體積的情況下獲得足夠的起重量[1]。

2.2 設(shè)計(jì)原理

升降機(jī)構(gòu)原理如圖2所示，采用了螺桿驅(qū)動(dòng)等邊連桿對(duì)開結(jié)構(gòu)，通過轉(zhuǎn)動(dòng)搖桿，驅(qū)動(dòng)螺紋結(jié)構(gòu)，帶動(dòng)連桿做上升或下降運(yùn)動(dòng)。按照該原理設(shè)計(jì)的可升降機(jī)構(gòu)小巧緊湊（閉合高度62mm，升程38mm），通過4枚螺栓與底盤連接，可快速拆卸，既適用于批量大的任務(wù)，又便于外場(chǎng)安裝作業(yè)。

2.3 設(shè)計(jì)方案

便攜式全向舉升裝置整機(jī)由升降機(jī)構(gòu)和底盤構(gòu)成。如圖3、圖4所示，虛線內(nèi)部分是升降機(jī)構(gòu)，其余部分為底盤。

采用手動(dòng)螺桿旋轉(zhuǎn)方式，驅(qū)動(dòng)兩組四聯(lián)桿曲柄式千斤頂實(shí)現(xiàn)垂向舉升功能，達(dá)到抬升機(jī)柜離地的目的；將升降機(jī)構(gòu)安裝在可全向移動(dòng)的底盤上，完成機(jī)柜的水平全向移動(dòng)。

2.3.1 超薄型全向自由移動(dòng)式底盤。根據(jù)機(jī)柜底部的最小空間尺寸及機(jī)柜的自重，底盤應(yīng)滿足超薄、全向自由移動(dòng)等特點(diǎn)，同時(shí)應(yīng)留有升降機(jī)構(gòu)的安裝空間，能伸進(jìn)機(jī)柜底部。綜合分析后，決定采用鋁板組焊結(jié)構(gòu)。選用3只低重心、高承載的萬向輪（輪子材料：玻纖增強(qiáng)尼龍，每支可承載350kg，安裝高度72mm）與底盤連接，主體部分寬198mm，整體閉合高度設(shè)計(jì)為80mm。底盤安裝滾輪部分的結(jié)構(gòu)與升降機(jī)構(gòu)等高。

2.3.2 超薄型雙聯(lián)動(dòng)升降機(jī)構(gòu)。由于整機(jī)最小高度不超過80mm，底盤的盤面高度是18mm，預(yù)留給升降機(jī)構(gòu)的安裝空間僅剩62mm。從省力、實(shí)用和可靠性角度出發(fā)，采用四連桿曲柄式千斤頂結(jié)構(gòu)（兩組聯(lián)動(dòng)）通過手動(dòng)旋轉(zhuǎn)螺桿的方式同時(shí)驅(qū)動(dòng)兩組千斤頂，同步升起和放下，升降機(jī)構(gòu)最小閉合高度62mm，升程32mm。經(jīng)計(jì)算，按機(jī)構(gòu)連桿受力條件最差的4處軸（直徑9mm）抗彎強(qiáng)度可承載28t重物，用臂長(zhǎng)為300mm的扳手轉(zhuǎn)動(dòng)M20螺桿可舉升326kg的重物，底盤能夠承載500kg不變形。絲杠端頭可安裝棘輪扳手或萬向十字聯(lián)軸器，通過旋轉(zhuǎn)絲杠的方式驅(qū)動(dòng)兩組托板升起和放下，可達(dá)到結(jié)構(gòu)緊湊牢固、力學(xué)性能好的要求。

在托板下方空間里，采用兩組連桿驅(qū)動(dòng)的雙齒輪鎖向結(jié)構(gòu)和托板頂輪限位機(jī)構(gòu)，保證了舉升機(jī)構(gòu)的可靠性。

3 裝置作業(yè)流程

依據(jù)圖3詳述舉升裝置的作業(yè)流程。

①將托盤深入設(shè)備底部中間位置，保證設(shè)備平衡；用棘輪扳手逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)手搖桿4，通過絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)結(jié)構(gòu)使搖桿連接件（左旋）7和搖桿連接件（右旋）8發(fā)生平移，兩個(gè)連接件之間的距離逐漸縮短，帶動(dòng)由托盤長(zhǎng)圓桿5與滾輪長(zhǎng)圓桿6組成的兩級(jí)折疊結(jié)構(gòu)逐漸伸展，使托盤3上升，進(jìn)而舉升機(jī)柜。

滾輪13頂緊托盤3并在其下方滾動(dòng)，托盤長(zhǎng)圓桿5、滾輪長(zhǎng)圓桿6、托盤13組成三角形穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，并進(jìn)一步通過聯(lián)動(dòng)長(zhǎng)圓桿17將部分承載分配到后齒輪10和前齒輪11上，使底盤1受力更為均勻。此外，在雙齒輪鎖向機(jī)構(gòu)中，兩個(gè)齒輪10、11緊密嚙合，互相受到對(duì)方的作用力，通過聯(lián)動(dòng)長(zhǎng)圓桿17使兩級(jí)折疊結(jié)構(gòu)的伸縮更為穩(wěn)定，能減緩起升過程中舉升裝置和被舉升設(shè)備的震顫，使設(shè)備的起升過程更加平穩(wěn)。

②推動(dòng)由舉升裝置舉起的設(shè)備，設(shè)備借助舉升裝置的萬向輪子19可以在水平面上做各個(gè)方向的平移或轉(zhuǎn)動(dòng)。

③當(dāng)將設(shè)備移動(dòng)到指定位置后，用棘輪扳手或萬向聯(lián)軸器搖動(dòng)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)手搖桿4，兩個(gè)搖桿連接件7、8之間的距離逐漸擴(kuò)大，兩級(jí)折疊機(jī)構(gòu)逐漸收縮，托盤3和被舉升設(shè)備同步下降，設(shè)備支腳接觸地面后進(jìn)一步轉(zhuǎn)動(dòng)手搖桿4，待托盤3完全脫離被舉升設(shè)備底面后，抽出舉升裝置。

在使用前，應(yīng)檢查舉升裝置并保持萬向輪子19和前齒輪11、后齒輪10轉(zhuǎn)動(dòng)靈活，可適當(dāng)加注潤(rùn)滑酯。

4 實(shí)現(xiàn)效果

便攜式全向舉升裝置經(jīng)試用驗(yàn)證完全達(dá)到設(shè)計(jì)要求，具備全向移動(dòng)和舉升功能。一人即可手提帶進(jìn)狹窄作業(yè)區(qū)，通過轉(zhuǎn)動(dòng)搖桿可安全方便地將機(jī)柜舉升離地并作任意方向移動(dòng)。整個(gè)機(jī)構(gòu)強(qiáng)度能滿足目前在中國電子科技集團(tuán)公司第二十研究所在產(chǎn)的各類車載單體機(jī)柜的負(fù)重移動(dòng)。綜合比較，使用該設(shè)備在艙內(nèi)作業(yè)，人力需求減半，移動(dòng)效率增倍，安全性突出。

舉升裝置研制完成，如圖5所示。整體最大承載500kg，整機(jī)閉合高度80mm，最大舉升高度112mm，升程32mm，托架寬198mm，全重17kg，采用手動(dòng)螺桿驅(qū)動(dòng)，底盤可實(shí)現(xiàn)全向水平移動(dòng)。同國內(nèi)同類產(chǎn)品比較、整機(jī)結(jié)構(gòu)新穎獨(dú)特，功能齊全，攜帶方便，使用靈活，維護(hù)簡(jiǎn)單，負(fù)重力強(qiáng)，適應(yīng)性強(qiáng)，可廣泛應(yīng)用于各種狹窄區(qū)域內(nèi)的機(jī)柜類移動(dòng)安裝作業(yè)。

5 優(yōu)化與改進(jìn)措施

①根據(jù)便攜式全向舉升設(shè)備的使用情況及中國電子科技集團(tuán)公司第二十研究所內(nèi)同類產(chǎn)品的安裝條件，今后可在該設(shè)備上適當(dāng)增加等邊連桿的長(zhǎng)度，在不改變?cè)O(shè)備閉合高度的前提下，大幅提高升降行程，提高設(shè)備的舉升能力。

②加入自動(dòng)化控制系統(tǒng)，使該舉升裝置實(shí)現(xiàn)手動(dòng)和電力驅(qū)動(dòng)一體化，且兩種狀態(tài)可切換。使手動(dòng)狀態(tài)滿足軍用戰(zhàn)時(shí)等緊急狀況，發(fā)揮輕巧易攜帶、易拆裝、不受電液氣條件限制、應(yīng)用范圍廣、純機(jī)械傳動(dòng)穩(wěn)定性高、適用于軍車和艦船艙內(nèi)操作等優(yōu)勢(shì)；電動(dòng)狀態(tài)亦滿足家庭、辦公及工廠等民用場(chǎng)所，發(fā)揮其適用于狹小空間、操作簡(jiǎn)單、省時(shí)省力、轉(zhuǎn)移安裝準(zhǔn)確性高、操作安全性高等特點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]聞邦椿.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010.