基于雙軌探傷車的多功能組合搬運(yùn)車設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)*

丁旭升，陳榮昭，陳坤裕

（廣東汕頭超聲電子股份有限公司超聲儀器分公司，廣東汕頭 515041）

0 引言

目前，國內(nèi)自主研制的雙軌式鋼軌超聲波電動(dòng)探傷車，具有優(yōu)秀的缺陷檢測(cè)能力和精度，車子行駛穩(wěn)定性高，拆裝方便快捷，適應(yīng)43～75 kg／m多種軌型，能對(duì)高鐵、地鐵和普鐵等在役鋼軌線路進(jìn)行全方位檢測(cè)鋼軌內(nèi)部缺陷［1］?，F(xiàn)有的雙軌式鋼軌超聲波電動(dòng)探傷車均采用可快速拆裝分體式設(shè)計(jì)。由探傷工將車體、前橋和后橋分拆后，進(jìn)行分開搬運(yùn)。從高鐵站、地鐵站的入口到鋼軌線路，路途曲折，關(guān)口狹窄，樓梯多變，通常需要4人同時(shí)協(xié)力進(jìn)行平放搬運(yùn)；當(dāng)途經(jīng)多層樓房之間的電梯門時(shí)，因這種探傷車的車體寬度大于電梯門的寬度（一般只有1.1 m），無法平放搬入電梯門內(nèi)，需車體倒立側(cè)身出入，再加上其整體質(zhì)量仍十分笨重，耗時(shí)耗力，相當(dāng)不方便。到達(dá)待檢測(cè)的鋼軌線路后，仍需手動(dòng)搬放到鐵軌上并快速組裝。探傷作業(yè)完成后，還得把雙軌式鋼軌超聲波電動(dòng)探傷車就地快速分拆，從鋼軌線路搬運(yùn)到高鐵站、地鐵站的入口，再用卡車運(yùn)走。勞動(dòng)強(qiáng)度大，易疲勞，對(duì)探傷工的體能要求很高，大大增加了工作時(shí)間和人力資源。有限的天窗時(shí)間，低下的工作效率，極易影響工作進(jìn)度［2］。

現(xiàn)有市面搬運(yùn)小車能在機(jī)動(dòng)車輛不便使用的地方、狹小空間、短距離搬運(yùn)較輕的物品時(shí)十分方便［3-5］；電動(dòng)搬運(yùn)車能在寬廣空間、長(zhǎng)距離搬運(yùn)較重物品時(shí)有著安全省力、搬運(yùn)效率高等特點(diǎn)，能滿足企業(yè)大部分作業(yè)場(chǎng)景的需求［6-8］。但還沒有一款搬運(yùn)車能夠快速把笨重車體輕松倒立側(cè)移進(jìn)電梯進(jìn)行搬運(yùn)。為此，本文提出一種用于探傷車的多功能組合搬運(yùn)車，僅需2 人就能夠進(jìn)行平放或倒立推移車體，減少勞力，省力且安全，提高搬運(yùn)效率，便于人工搬運(yùn)。

1 設(shè)計(jì)原理

搬運(yùn)車采用平板車與手推車相結(jié)合設(shè)計(jì)，首要用于搬運(yùn)EGT-60 型雙軌式鋼軌超聲波探傷儀的車體，或是直接用于搬運(yùn)隨車配附件（諸如：水桶、驅(qū)動(dòng)電池、儀器電池、儀器主機(jī)和顯示器等），提起、翻轉(zhuǎn)、移動(dòng)、爬梯都是依托人力來完成。其作業(yè)原理如下。

（1）在提起車體時(shí)，是起了杠桿作用。如圖1所示，支點(diǎn)在輪子的軸心，動(dòng)力是人施的力F，阻力是總重力G。由力的作用線到支點(diǎn)的距離叫做力臂，動(dòng)力臂L1，阻力臂L2。根據(jù)公式F·L1＝G·L2可得力臂越長(zhǎng)力就越小。由于L1＞L2，可得F ＜G，所以是省力杠桿。

（2）同理可推導(dǎo)出在翻轉(zhuǎn)車體時(shí)也是省力的，如圖2 所示。

（3）在倒立移動(dòng)車體過程中，搬運(yùn)車是平動(dòng)的，如圖3 所示，把滑動(dòng)摩擦變成滾動(dòng)摩擦，不起杠桿作用。

圖1 省力杠桿原理

圖2 車體翻轉(zhuǎn)

（4）搬運(yùn)車體爬樓梯時(shí)，搬運(yùn)車的轉(zhuǎn)腿輪可替換成3 輪（或3 輪以上）的輪輻。在結(jié)構(gòu)空間允許條件下，輪數(shù)越多，爬行越平穩(wěn)。如選用5 輪（五角星形的輪輻端頭均裝有一只小輪子）上下樓時(shí)，輪輻上的5 對(duì)輪子的輻條輪流著地。由于采用了5 對(duì)輪子，每對(duì)輪子的間隔為72°，上樓時(shí)，前一對(duì)輪子的輻條達(dá)到垂直位置前，即重心還未穩(wěn)，下一對(duì)輪子已經(jīng)接觸到上一個(gè)階梯，因而上下樓時(shí)不產(chǎn)生沖擊和跳躍現(xiàn)象，猶如走平地一樣平穩(wěn)。對(duì)于不同高度及陡度的階梯，只需調(diào)整輻條長(zhǎng)度就能達(dá)到同樣平穩(wěn)的走行效果［9-10］。一人在車體頭部推，另一人在車體尾部拉，即可實(shí)現(xiàn)爬梯。

2 硬件組成

多功能組合搬運(yùn)車由搬運(yùn)車和移動(dòng)架構(gòu)成，這兩個(gè)組件可以獨(dú)立使用，也可以組合使用?？梢云椒乓苿?dòng)，也可以倒立移動(dòng)，一車兩用，兩種使用狀態(tài)，可根據(jù)需要選擇。

2.1 搬運(yùn)車

圖3 車體倒立

搬運(yùn)車主要由伸縮車板、抓臂、轉(zhuǎn)腿和抓扣等構(gòu)成。能輕松折疊，瞬間變小身材，如圖4～5 所示，方便包裝運(yùn)輸。

圖4 搬運(yùn)車全展開狀態(tài)

圖5 搬運(yùn)車全收縮狀態(tài)

圖6 伸縮車板

2.1.1 伸縮車板

伸縮車板是由現(xiàn)成外購可伸縮搬運(yùn)車改造而成，去掉原配的扶手，然后兩側(cè)加裝座架，如圖6 所示。伸縮車板包括相互對(duì)接的第一支撐板、第二支撐板和第三支撐板，它們可沿車板長(zhǎng)邊方向、或?qū)掃叿较蛳鄬?duì)伸縮移動(dòng)并在極限位置自鎖，從而可以根據(jù)具體情況擴(kuò)大或縮小承載面積，可適用于不同場(chǎng)合［11］。第一支撐板和第二支撐板底下各裝有2 個(gè)平底萬向輪，中間第二支撐板底下裝有2 個(gè)平底定向輪。支撐板上還粘貼有防撞硅膠板來保護(hù)雙軌車頭。每側(cè)座架設(shè)有2 個(gè)防撞轉(zhuǎn)輪，既可以在搬運(yùn)車平移時(shí)防撞，也可以在搬運(yùn)車豎移時(shí)作為腳輪，方便運(yùn)輸。

2.1.2 抓臂

抓臂由支撐桿、定凸輪、導(dǎo)向管、扭簧和限位套組成。左右兩個(gè)抓臂分別安裝在伸縮車板兩側(cè)支撐板的支座上，繞著支座上的固定軸，可以實(shí)現(xiàn)0°～90°的可收縮動(dòng)作，如圖7 所示。

2.1.3 轉(zhuǎn)腿

轉(zhuǎn)腿主要由轉(zhuǎn)柱、動(dòng)凸輪、大平墊、折疊鉸、輪架和靜音腳輪等組成。通過折疊鉸，能實(shí)現(xiàn)0°立腿（圖8）和90°抬腿（圖9），并帶自鎖的兩個(gè)動(dòng)作。緊固在抓臂上的扭簧連接轉(zhuǎn)腿動(dòng)凸輪，當(dāng)抓臂收縮或是伸展時(shí)，扭動(dòng)動(dòng)凸輪，使轉(zhuǎn)腿圍繞抓臂的導(dǎo)向管同步實(shí)現(xiàn)0°～90°的收縮或是伸展，并帶自鎖的兩個(gè)動(dòng)作。

圖7 抓臂

圖8 立腿

圖9 抬腿

2.1.4 抓扣

抓扣主要由拉桿、快速搭扣（帶自鎖）、快卸銷、絲桿靜音萬向腳輪和硅膠板等組成，如圖10 所示。抓扣為可拆卸，可每間隔90°旋轉(zhuǎn)鎖緊設(shè)計(jì)。按住快卸銷的按鈕，把抓扣插入到抓臂的限位套上，松開快卸銷的按鈕，抓扣就緊固在抓臂上。抓臂咬住抓扣后，可以通過抓扣的快速搭扣把車體緊固在搬運(yùn)車上。

圖10 抓扣

圖11 移動(dòng)架

2.2 移動(dòng)架

移動(dòng)架主要由1 個(gè)支撐架、2 個(gè)包膠滾筒、2 只絲桿萬向腳輪和2 只絲桿剎車腳輪等組成，用于搬運(yùn)雙軌車的前橋和后橋，每條橋配備2 個(gè)搬運(yùn)架（圖11）。

3 控制系統(tǒng)

3.1 搬運(yùn)車的控制

走平地或是進(jìn)電梯，需要車體倒立搬運(yùn)，如圖3 所示。搬運(yùn)車裝載車體并移動(dòng)到目的地，可參照從（1）→（4）控制步驟操作；當(dāng)卸下車體時(shí)，可反向按（3）→（1）控制步驟操作即可。

（1）車體平放于地面上，搬運(yùn)車倒立從車頭插入車體，如圖12 所示。

圖12 插入車體

（2）搬運(yùn)車緊貼車頭后，車體兩側(cè)扣上自鎖搭扣（圖1），把車體與搬運(yùn)車鎖緊。

（3）把搬運(yùn)車底下的萬向剎車腳輪剎住。兩人在車體尾端用力抬起車體，讓車體以搬運(yùn)車的轉(zhuǎn)腿輪為支點(diǎn)翻轉(zhuǎn)（圖2），最后倒立平放于地面（圖3）。

（4）由于搬運(yùn)車底下前后各2 個(gè)萬向剎車腳輪和中間2 個(gè)定向腳輪著地，所以沿著車板長(zhǎng)邊方向可采用前拉后推的控制方式。車體哪側(cè)在前，哪側(cè)在后，由用戶喜好而定。手推車體側(cè)面（類似扶手），很輕松就移動(dòng)到目的地。

圖13 移動(dòng)架工作狀態(tài)

3.2 移動(dòng)架的控制

把移動(dòng)架放置于走行輪下面，讓凸輪緣置于限位槽里，并處于包膠滾筒上（圖13），再用繩子把走行輪和移動(dòng)架綁住，防止走行輪因激烈跳動(dòng)而脫離移動(dòng)架。雙手推著限位桿帶動(dòng)前橋（或是后橋）移動(dòng)到目的地。若需要停放有坡度地面時(shí)，剎車腳輪需剎車，防止溜坡。

3.3 組合車的控制

搬運(yùn)車體上比較陡的坡度時(shí)，為安全起見，可以降低重心選擇“1 輛搬運(yùn)車＋2 個(gè)移動(dòng)架”的組合方式。組合搬運(yùn)車裝載車體并移動(dòng)到目的地，可參照從（1）→（5）控制步驟操作。

（1）車體平放于地面上，搬運(yùn)車倒立從車頭插入車體，見圖12。

（2）搬運(yùn)車緊貼車頭后，車體兩側(cè)扣上自鎖搭扣，把車體與搬運(yùn)車鎖緊。

（3）抬高車體前端，再按住轉(zhuǎn)腿上折疊鉸的按扣把折疊鉸從展開狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)檎郫B狀態(tài)，讓轉(zhuǎn)腿蹬高，如圖9和圖14 所示，即轉(zhuǎn)腿狀態(tài)從立腿轉(zhuǎn)為抬腿，再下放車體前端著地。

圖14 組合搬運(yùn)車蹬高動(dòng)作

（4）抬高車體尾端，把兩個(gè)搬運(yùn)架放置于車體下面，讓車體后端支腳置于限位槽里，并處于包膠滾筒上（圖15），再用繩子把支腳和搬運(yùn)架綁住，防止支腳因激烈跳動(dòng)而脫離搬運(yùn)架。

圖16 組合搬運(yùn)車爬坡狀態(tài)

圖15 組合搬運(yùn)車平動(dòng)狀態(tài)

（5）由于搬運(yùn)車左右兩側(cè)的轉(zhuǎn)腿定向腳輪著地，搬運(yùn)架所有萬向腳輪著地，所以適合推車頭拉車尾的控制方式搬運(yùn)。即手推車體前端或是手拉車體后端在平地移動(dòng)或是爬坡（圖16）到目的地。

4 測(cè)試驗(yàn)證與結(jié)果分析

組合搬運(yùn)車的樣車研制出來后，搬運(yùn)車和移動(dòng)架的參數(shù)分別見表1 和表2，并完成了出廠測(cè)試。測(cè)試是以在廠區(qū)內(nèi)搬運(yùn)EGT-60 型雙軌式鋼軌超聲波探傷儀的車體進(jìn)行各種試驗(yàn)為主。

（1）提起、翻轉(zhuǎn)測(cè)驗(yàn)。由2 人按照前文3.1 節(jié)步驟（1）→（3）操作，實(shí)現(xiàn)將車體提起、翻轉(zhuǎn)，耗時(shí)20 s。隨之熟練程度增加，耗時(shí)持續(xù)縮短。

（2）平穩(wěn)性測(cè)試。1 人手拉車體側(cè)面在前，另1 人手推車體側(cè)面在后，進(jìn)行各種復(fù)雜地形移動(dòng)測(cè)試。不管途徑平路還是泥路、坡路，推拉起來都很省力輕松，車體不搖晃。

（3）狹小空間搬運(yùn)測(cè)試。電梯空間為長(zhǎng)1.5 m ×寬1.1 m×高2.1 m，車體倒立搬運(yùn)的空間為長(zhǎng)1.2 m ×寬0.92 m ×高2 m，很輕松就進(jìn)入電梯里，上下樓層很方便。

（4）組合車搬運(yùn)測(cè)試。由2 人按照前文3.3 節(jié)步驟（1）→（4）操作，耗時(shí)25 s。不但平地移動(dòng)車體很穩(wěn)，就是途徑比較陡的坡度時(shí)，車體重心也非常穩(wěn)。

試驗(yàn)結(jié)果表明該車各方面性能完全滿足預(yù)期設(shè)計(jì)要求。

表1 搬運(yùn)車參數(shù)

表2 移動(dòng)架參數(shù)

5 結(jié)束語

本文通過對(duì)省力杠桿的運(yùn)用，集合可伸縮平板車與可折疊手推車的功能特點(diǎn)，設(shè)計(jì)出一種適應(yīng)于雙軌探傷車的多功能組合搬運(yùn)車，解決了雙軌式鋼軌超聲波電動(dòng)探傷車從站口到鋼軌線路之間的往返路途人工搬運(yùn)難題。實(shí)際測(cè)試表明，該組合車能夠在復(fù)雜的地形穩(wěn)定運(yùn)行，可以平放移動(dòng)，也可以倒立移動(dòng)，還可以輕松折疊，省力且安全，大大提高搬運(yùn)效率，并具有低成本和易操作等特點(diǎn)，這也對(duì)傳統(tǒng)搬運(yùn)車升級(jí)改造具有一定的實(shí)用和推廣價(jià)值。但是，本代產(chǎn)品在輕質(zhì)化、多用途上有待提升。下一步，將不斷改進(jìn)優(yōu)化，力求精益求精，盡最大努力滿足用戶個(gè)性化需求，同時(shí)盡可能降低成本，保持核心競(jìng)爭(zhēng)力。