电瓶车运输连接装置改进设计

周凤敏

（青岛滨海学院 山东青岛 266555）

电瓶车运输连接装置改进设计

周凤敏

（青岛滨海学院 山东青岛 266555）

电瓶车运输连接装置是一种新型的自动连接装置，运用装置内部的连杆等附属零件实现两车的自动连接和断开。该装置主要由T型杆、滑块、销钉、旋转机构、V型槽、电磁铁和部分外部电路组成。主要包括连杆机构设计、箱体设计、零件尺寸设计。该设计反复斟酌各种机构设计方案，全面考虑，反复校核，力求设计合理。

连接装置；连杆机构；仿真设计；旋转机构

引言

随着社会的进步，科学技术的飞速发展，人们的生活水平有了很大提高。科技进步也带来了工业的快速发展，机械设计是机械行业的主要组成部分，是决定机械性能的主要因素。在2011年德国诺威工业博览会上，德国相关协会提出了工业4.0的初步概念，从此，工业4.0在全世界兴起，2014年工业4.0进入中德合作新时代，在两国签署的纲要中，重点提出了工业生产的数字化、智能化、自动化，这对我国机械行业的未来发展具有重大意义。

在加工制造类企业中，由于受到车间空间的限制，大多数企业生产车间选择用电瓶车运送车间里的材料和半成品。目前电瓶车运输连接装置使用的是手动销轴连接，如图1所示。物料车装满货物后需驾驶员人工用销轴把电瓶车和物料车连接起来，驾驶员把货物运到仓库，手动去掉销轴，断开物料车和电瓶车的链接，完成一次货物运输。人工操作占用时间，增加劳动成本。另外销轴的手动操作时间短，电瓶车往往不会熄火，增加额外危险。基于以上问题，设计一种电瓶车自动连接装置，实现电瓶车和物料车的自动连接。

图1 现有物料车与电瓶车连接装置

1 确定电瓶车连接装置方案

现有的自动链接断开装置，大部分由液压，气压驱动，而企业使用的电瓶车动力、体积小，安装气压液压设备，消弱电瓶车动力，影响运输效率。针对现有情况选择连杆方式实现连接。

在物料车前方设计一活动推杆，电瓶车在倒车过程中，物料车前方的杆件顺利进入V型机构，在V型机构的底端安装一滑块，杆件推动滑块前进，随着底端的滑块向前运动，销轴滑块贯穿物料车前方杆件上的通孔，从而实现电瓶车与物料车的自动连接。销轴滑块末端安装一电磁装置，当电瓶车到达仓库时，按下按钮实现电瓶车与物料车的自动分离。机构示意图如图2所示。

图2 连杆滑块机构示意图

由机构运动示意图中不难看出，此机构共有5个活动构件，7个低副，0个高副，故机构的自由度为：

F=3n-（2p1+ph）=3×5-（2×7+0）=1

机构有确定的运动。

2 电瓶车连接装置主要零部件设计

2.1 连接装置的基本原理

电瓶车自动连接装置连接过程：连杆机构由原始状态转变为锁定状态，连杆机构由锁定状态转变为原始状态。改进连接装置原理图，如图3所示。

图3 改进连接装置基本原理图

2.1.1 原始状态

原始状态示意图如图4所示，原始状态是未连接物料车的状态，此时该机构中T型杆1与电磁铁1有一定距离，电磁铁1不带电。销轴5与电磁铁2紧密贴合，电磁铁2带电。V型槽与销轴5对应位置开有通孔，利于销轴的水平往复运动。由于机构为水平放置的，机构受到的重力不对运动效果造成影响。

图4 原始状态示意图

2.1.2 闭锁状态

图5为机构的闭锁状态，锁定状态为电瓶车与物料车连接的状态。T型杆1与电磁铁1紧密贴合，电磁铁1通电。销轴5穿过V型槽和物料车的推杆。

图5 闭锁状态示意图

2.2 物料车前端推杆

现有物料车的前端推杆，已经不能满足现在装置的需求，新设计的物料车前端推杆如图6，具体尺寸见图纸推杆。当推杆受力转动时，两侧弹簧控制推杆恢复原始位置，方便找正，使推杆能够顺利的进入装置的V型槽。推杆进入一定深度，销轴穿过通孔，完成锁定。

图6 物料车推杆示意图

2.3 转动杆的设计

2.3.1 材料选择

在满足实用要求和工艺可行的前提下，应尽量选用价格便宜的和供应充足的材料，提倡选用国产材料。45钢属于优质飞合金结构钢（中碳钢），具有一定的塑形和韧性，较高的强度，切削性能良好。经调质处理后具有良好的综合力学性能，用于制造受力较大要求强度、塑形和韧性都较高的机械零件，连杆材料选用45钢，毛坯尺寸精度要求为IT7～IT8级。

2.3.2 转动杆尺寸设计

设定T型杆向左推进60mm完成此过程。推杆GH长度是100mm，根据设计需要推杆需要向上推进80mm，为了避免运动到死点位置，假定原始位置如图7所示，经过仿真模拟分析此位置，运动速度较快，可以满足要求。

图7 运动状态分析图

如图7实线为初始状态，虚线为最终状态。原则上线段OE和线段OB均与T型杆一杆平行，为了方便观察画成图示样式。作辅助线AC、DF分别与OB、OE垂直。即：AC=GH=60mm、DF=QP=80mm。连杆逆时针旋转a度。

有以上已知条件可知：

T型杆水平移动距离：

设杆件OD=140mm，则有上述式子可得OB=105mm，即连杆的两杆在初始位置垂直的情况下，如果满足设计要求需要连接T型杆的长度为105mm，连接销轴分支的杆的长度为140mm。

滑杆长度分析。

AG杆：

AG杆上滑块在整个过程中运动的上下距离为BC。

BC=OB-OAcosa=OA-OAcosa=OA（1-cosa）

我们设计滑杆的长度为189.8mm＞35.55mm。所以说满足要求。EP杆：

EP杆上滑块在整个过程中运动的上下距离为EF。

EF=OE-ODcosa=OD-ODcosa=OD（1-cosa）

我们设计滑杆的长度为120mm＞47.40mm，满足要求。转动杆的尺寸设计示意图如图8。

图8 转动杆尺寸设计示意图

2.3.3 驱动方式的选择

常用的驱动方式主要有液压驱动、气压驱动、电气驱动和电磁驱动四种基本类型，四种主要的驱动方式比较如表1所示。

表1 驱动方式的比较

该机构要求质量轻便，体积小，并且不能影响电瓶车的运输能力。综合考虑以上驱动方式均不能达到要求，经过多方比较我们决定用电磁铁作为该机构的驱动装置。

2.4 T型杆设计

T型杆整个装置中起到传递运动状态的作用，物料车前端推杆推动T型杆，T型杆把这个运动传递给滑块，引起滑块的变速圆周运动。进而实现变形销轴的直线运动。T型杆尺寸图如图9所示。

图9 T型杆尺寸图

2.5 滑块的设计

滑块的运动轨迹为圆周，滑块管状通孔与T型杆的下端过度配合。在运动过程中，滑块相对于T型杆做直线运动。为了保证运动的精确，滑块的尺寸精度要求相对较高，尺寸如图10所示。

2.6 箱体的设计

根据机构的尺寸设计箱体的尺寸，箱体是机械产品重要组成部件，它是传动零件的几座，应具有强度和刚度。箱体通常用灰铸铁制造，灰铸铁具有很好的铸造性能和减震性能。为了便于轴系部件的安装和拆卸，箱体制成沿轴心线水平剖分式。上箱盖和下箱体用螺栓连接成一体。箱体和箱体盖的立体图如图11～12所示。

根据整体设计结构图，设计箱体，由于该装置要求数量小，考虑到它的经济性。

3 运动仿真

采用UG软件建立了实体模型并进行虚拟装配，运用运动仿真功能进行了连杆机构的仿真设计，仿真效果如图13所示。

图10 滑块尺寸图

图11 箱体

图12 箱盖

图13 连接装置运动仿真图

4 结语

确定了电瓶车连接装置设计方案，进行了连接装置原理分析，完成了推杆、T型杆、滑块、箱体等的结构设计和尺寸计算，并进行了运动仿真，仿真效果良好。电瓶车自动连接装置的设计解决了企业运输方面的技术难题，加强运输安全，提高劳动生产率。

[1]孙开元，骆素君.常见机构设计及应用图例[M].北京：化学工业出版社，2010.

[2][日]腾森洋三.机构设计[M].北京：机械工业出版社，1985.

[3]张桂香.机电类专业设计指南[M].北京：机械工业出版社，2004.

TD524

A

1004-7344（2016）24-0309-03

2016-8-7

周凤敏（1977-），女，汉族，山东临清人，讲师，硕士，主要研究方向为机电一体化技术专业。