智能棉包搬運(yùn)小車的底盤設(shè)計(jì)

〔鄭州棉麻工程技術(shù)設(shè)計(jì)研究所，河南鄭州 450004〕

一、引言

目前，棉花加工廠通過清理、軋花、打包等一系列加工工藝將籽棉加工成227 kg左右的長(zhǎng)方體形狀標(biāo)準(zhǔn)的棉包，并以一定的組批規(guī)則進(jìn)行組批，所以棉花加工流水線生產(chǎn)出來的棉包在加工廠需要一個(gè)暫存的貨場(chǎng)，進(jìn)行組批后由專門的運(yùn)輸車運(yùn)送到皮棉儲(chǔ)備庫(kù)。

由于國(guó)內(nèi)棉花主要產(chǎn)地和大多數(shù)棉花加工廠都分布在新疆地區(qū)，并且加工時(shí)間主要是在秋季和冬季進(jìn)行，溫度最低可達(dá)零下四十多攝氏度，而且皮棉包從軋花車間加工完成到暫存貨場(chǎng)一般都有一段距離，這段距離的運(yùn)輸一般是由人工搬運(yùn)小車或燃油機(jī)械夾包車來完成。無論是人工搬運(yùn)還是機(jī)械夾包車搬運(yùn)，都會(huì)在這一段距離上浪費(fèi)大量的時(shí)間，不僅降低搬運(yùn)皮棉包的效率，而且會(huì)浪費(fèi)大量的人力物力，甚至搬運(yùn)工人的安全也得不到保障。

所以提高棉包搬運(yùn)的工作效率，對(duì)于降低棉花加工成本有著重要的經(jīng)濟(jì)效益。因此研制一種智能的棉包搬運(yùn)小車，對(duì)于減少人力成本、提高自動(dòng)化水平、降低棉花加工成本有重要的意義。

（一）小車底盤的設(shè)計(jì)

根據(jù)調(diào)研，每個(gè)棉花加工廠生產(chǎn)車間出包口輸送帶的高度不一致，并且與墻等一些障礙物的距離各不相同，場(chǎng)地的平整度也不盡相同，出包口和暫存包場(chǎng)的相對(duì)位置和距離也有很大的差異等。

圖1

考慮到上述因素，所以搬運(yùn)小車的尺寸和轉(zhuǎn)彎半徑不宜過大，底盤結(jié)構(gòu)盡量采用標(biāo)準(zhǔn)件，離地間隙要高，由蓄電池來提供動(dòng)力，由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，這樣來對(duì)搬運(yùn)小車的底板進(jìn)行設(shè)計(jì)既經(jīng)濟(jì)又環(huán)保?？紤]到工廠搬運(yùn)用車的通用性、承載能力和驅(qū)動(dòng)能力，選擇雙輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)，差速轉(zhuǎn)向，并根據(jù)棉花加工廠的作業(yè)環(huán)境，初步確定小車的總體參數(shù)如下表1。

表1 小車底盤的主要參數(shù)

（二）直流無刷電機(jī)的選擇

電機(jī)選用333.3 mm（10寸）車輪直流無刷電機(jī)。輪胎在電機(jī)輪轂上安裝，電機(jī)的最大轉(zhuǎn)速為500 r/min，根據(jù)查找資料得出如下表2。

表2 小車在某些路面上以中低速行駛時(shí)的滾動(dòng)阻力系數(shù)

選取一般瀝青或混凝土路面作為參考，底盤滿載時(shí)車重為710 kg，按照車重的分配比，每個(gè)輪子約占33%，輪子的承重為235 kg，滿載時(shí)行駛的車速25 km/h，保守估計(jì)最大的阻力系數(shù)0.020，則小車正常行駛的功率：

P=mgfv=235×9.8×0.02×35÷3.6＝448 W

至此，可以選出電機(jī)的各項(xiàng)參數(shù)，市場(chǎng)上800 W電機(jī)是最常用的，其詳細(xì)參數(shù)詳見下表3。

表3 電機(jī)參數(shù)

（三）小車電池的選型與計(jì)算

小車在行駛過程中的能量全部來自于電池組，電池組的容量越大，小車的行駛的里程越長(zhǎng)，但相應(yīng)的電池組的體積和重量就越大。

首先，電池組的總電壓要達(dá)到電機(jī)控制器的額定電壓，電機(jī)控制器的電壓與電機(jī)的電壓相同，電池組的電壓選取為60 V。

其次，根據(jù)設(shè)計(jì)的速度為35 km/h，行駛的里程為50 km來計(jì)算行駛所需要配備的電池的容量：

（式中：S為里程，V為速度，T為時(shí)間）

（式中：P為功率，U為電壓，I為電流）

（式中：W為電能、U為電壓、I為電流、T為時(shí)間）

（式中：C為電池容量、I為放電電流、T為放電時(shí)間）

可計(jì)算出電池容量C=19Ah

（四）小車底盤材料的選擇

根據(jù)對(duì)目前市面通用型材的選型和電池重量和電機(jī)重量，最終將搬運(yùn)小車底盤的主體型材確定為鋁合金成品型材，主要體用螺栓和銷釘連接，安裝和調(diào)整尺寸比較方便，不存在焊接變形造成輪子的不平衡等一系列問題。并且鋁型材比鐵的常用金屬密度小，質(zhì)量輕，密度僅為2.70 g/cm3，是鐵的1/3，達(dá)到相同的機(jī)械強(qiáng)度其自身需要的重量較輕；并且其有很強(qiáng)的耐腐蝕性能，表面處理性能良好，外觀色澤艷麗，彈性系數(shù)小，碰撞摩擦不起火花；而且其沒有金屬污染，沒有毒性，表面氧化層沒有揮發(fā)性金屬，化學(xué)性能穩(wěn)定，無磁性，可以重復(fù)回收利用，是一種良性可循環(huán)的金屬材料。不僅其載重能力達(dá)到要求，而且較輕的自重可以降低自身消耗的能量，價(jià)格也不算昂貴，并經(jīng)久耐用，無論從成本、性能還是環(huán)保方面考慮都是不錯(cuò)的選擇。

二、小結(jié)

隨著人們生活質(zhì)量的提高，人員工資也在不斷的提高，對(duì)工作環(huán)境適宜程度的要求也越來越高，使得整個(gè)棉花加工行業(yè)將會(huì)向著低碳環(huán)保且自動(dòng)化程度高的趨勢(shì)發(fā)展。如何提高工序的效率，降低生產(chǎn)成本是每個(gè)棉花加工廠首要考慮的問題，也是每個(gè)棉花加工生產(chǎn)廠家所考慮的問題。智能搬運(yùn)小車的出現(xiàn)使皮棉包從生產(chǎn)線到暫存庫(kù)的這一環(huán)節(jié)的生產(chǎn)效率提高，還能大大降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度和生產(chǎn)成本。不僅對(duì)于整個(gè)棉花加工環(huán)節(jié)的自動(dòng)化程度的提高具有重要的意義，而且大大降低工作人員在這一環(huán)節(jié)受到傷害的風(fēng)險(xiǎn)，避免因工作人員的操作失誤給棉花加工廠帶來不必要的損失。提高了棉花加工廠的效益，因此其市場(chǎng)應(yīng)用前景相當(dāng)廣闊。