智能外賣存儲(chǔ)柜柜體設(shè)計(jì)研究＊

林偉芬，熊志平，孫世華，賀 毅

（湖南工學(xué)院 機(jī)械工程學(xué)院，湖南 衡陽(yáng)421002）

隨著人們生活水平的不斷提高，外賣被越來(lái)越多的人們認(rèn)同和接受，成為了人們?nèi)粘Ｉ畈豢苫蛉钡囊徊糠?。但是外賣行業(yè)的快速發(fā)展也暴露出來(lái)許多問(wèn)題，其中，外賣臨時(shí)放置、冬天保溫等成為主要問(wèn)題。此款簡(jiǎn)易外賣存儲(chǔ)柜的設(shè)計(jì)正是解決上述問(wèn)題的一種良好方案。

1 儲(chǔ)存柜結(jié)構(gòu)及工作原理

1.1 儲(chǔ)存柜結(jié)構(gòu)

局部結(jié)構(gòu)及工作原理如圖1 所示。

圖1 柜體結(jié)構(gòu)圖

1.2 工作原理

外賣送達(dá)存儲(chǔ)柜時(shí)，外賣員在掃碼口掃描訂單二維碼。中控將根據(jù)二維碼訂單信息以及隔間內(nèi)稱重傳感器檢測(cè)到的狀態(tài)選擇適合尺寸的空置隔間打開(kāi)柜門(mén)，外賣員將外賣放入隔間。關(guān)門(mén)后，中控根據(jù)隔間門(mén)開(kāi)關(guān)接合和稱重傳感器的變化共同導(dǎo)通隔間內(nèi)照明電路。同時(shí)，中控根據(jù)掃描到的二維碼生成電子條形碼，并發(fā)送設(shè)定的短信及其相應(yīng)的條形碼至用戶的手機(jī)；如果用戶關(guān)注相關(guān)公眾號(hào)，信息將在第一時(shí)間內(nèi)發(fā)送至用戶微信，提醒顧客取餐。顧客取餐時(shí)，通過(guò)柜體掃描收到的條形碼即可開(kāi)門(mén)取餐。

開(kāi)門(mén)取餐時(shí)，照明電路斷開(kāi)，直到稱重傳感器再次感應(yīng)到重量才會(huì)接通照明。柜體語(yǔ)音提示用戶隨手關(guān)門(mén)，如果用戶沒(méi)有關(guān)閉隔間門(mén)，隔間稱重傳感器檢測(cè)到隔間內(nèi)重力撤銷1 min 后，而柜門(mén)沒(méi)有關(guān)閉，中控將導(dǎo)通磁性鎖電路，吸附隔間門(mén)鎖扣，自動(dòng)關(guān)閉隔間門(mén)。

2 柜體的設(shè)計(jì)計(jì)算

2.1 柜體尺寸計(jì)算

人體相關(guān)尺寸如表1 所示。考慮到特殊情況，比如大份或多份的情況，則將大隔間尺寸設(shè)計(jì)為800 mm×200 mm×200 mm?？紤]其經(jīng)濟(jì)型成本，取基本型號(hào)外賣存儲(chǔ)柜設(shè)計(jì)隔間數(shù)為小隔間42 個(gè)，大隔間7 個(gè)。

表1 人體相關(guān)尺寸

2.2 柜體材料承重性計(jì)算

此款外賣存儲(chǔ)柜主體材料為常規(guī)儲(chǔ)物柜材料，即箱體采用鍍鋅鋼板材料。鋼板材料采用Q235 一級(jí)鋼，許用應(yīng)力為160 MPa，密度為7.85 g/cm3。

由表1 可知，取50 百分位男性及女性身高設(shè)計(jì)柜體高度。設(shè)計(jì)人伸手取高處物品一般的揚(yáng)起角度（以水平為界線）約13.344°。即人取高處物品的總高度約為：身高+（上臂長(zhǎng)+前 臂長(zhǎng)）×sin13.344°=1 570+（284+213）×sin13.344°≈1 685 mm（考慮女性身高）。所以，柜體最高層隔間底板L1高度約1 685 mm。

根據(jù)常規(guī)的外賣盒尺寸，考慮保溫材料、存放及取件方便，設(shè)計(jì)每一個(gè)小隔間的尺寸為200 mm×200 mm×100 mm。

2.2.1 橫板承重性計(jì)算

2.2.1.1 繪制彎矩圖

畫(huà)計(jì)算簡(jiǎn)圖，此板可視為矩形截面靜定梁，承受彎曲正應(yīng)力，其受力分析如圖2 所示。

圖2 橫板受力簡(jiǎn)圖

支座反力F=RA+RB。

繪制彎矩圖，A 截面：x=0，MA=0。C 截面：x=l，MC=RAl=Fl。B 截面：x=2l，MB=0。

此靜定梁彎矩如圖3 所示。

圖3 橫板彎矩圖

2.2.1.2 計(jì)算截面尺寸

小隔間底板的計(jì)算公式為：

Wz=bh2/6，σmax=Mmax/Wz=σ≤[σ]，h1≥9.7 mm （1）式（1）中：Wz為抗彎截面系數(shù)；b 為橫板寬度；h 為橫板高度；σ為抗彎強(qiáng)度；[σ]為許用應(yīng)力。

同理可得大隔間底板h2≥27.4 mm。b1=200 mm，h1≥9.7 mm，取10 mm；b2=200 mm，h2≥27.4 mm，取28 mm。

2.2.2 豎板承重性計(jì)算

此板可看為軸，承受軸向壓力及橫板的剪切力。σmax=FN/A≤[σ]，所受載荷、材料的許用應(yīng)力之和τmax=Fs/A≤[τ]，只需設(shè)計(jì)截面面積和剪切面積。[τ]為許用剪應(yīng)力，F(xiàn)s為單個(gè)剪切面上的剪力，Q235 抗壓強(qiáng)度≥370 MPa。

2.2.2.1 計(jì)算截面面積

截面面積的計(jì)算公式σmax=FN/A≤[σ]。

小隔間豎板FN=14×0.5×9.8+16×ρ×b12h1×9.8，截面面積A≥1 516.09 mm2。

大隔間豎板FN=7×4×9.8+8×ρ×b22h2×9.8+ρ×b12h1×9.8，截面面積A≥3 269.92 mm2。

小隔間豎板的尺寸取200 mm×8 mm×1 800 mm，大隔間豎板的尺寸取200 mm×17 mm×1 800 mm。

2.2.2.2 計(jì)算剪切面面積

剪切面面積計(jì)算公式為A≥Fs/[τ]。鋼材剪切極限=抗拉強(qiáng)度×0.6=222 MPa（剪切極限與抗拉強(qiáng)度之間系數(shù)取值為0.6～0.8）。

小隔間底板剪切力Fs=F外；剪切面面積A1≥22.52 mm2。大隔間底板剪切力Fs=F外；剪切面面積A2≥180.18 mm2。因?yàn)閎1×h1=2 000 mm2，b2×h2=5 600 mm2，所以，小隔間橫板的尺寸取200 mm×200 mm×10 mm，大隔間橫板的尺寸取800 mm×200 mm×28 mm。綜上所述，柜子整體尺寸為1 434 mm×200 mm×1 800 mm。

3 結(jié)語(yǔ)

隨著人們生活節(jié)奏不斷加快，外賣行業(yè)迅速發(fā)展，外賣已成為日常生活一部分，該款外賣存儲(chǔ)柜將有效解決外賣臨時(shí)放置、冬天保溫問(wèn)題，提高外賣行業(yè)送餐效率，降低成本，進(jìn)一步提高外賣員的送餐量，增加外賣員的收入。該設(shè)計(jì)填補(bǔ)了目前外賣行業(yè)的相關(guān)漏洞，一定程度上促進(jìn)了外賣行業(yè)的發(fā)展。