可拆装式E型物流运转车结构设计*

王 俊，张志刚，吴洪杰，王 友

（1.湖北文理学院机械工程学院，湖北 襄阳 441053；2.北京博途机械设备有限公司，北京 100176）

0 引言

牵引车广泛应用于农业及物流机械设备领域。杨孝文等[1]对一种小型物流搬运车结构设计的研究，大大提高了搬运车运输效率以及准确性。史志明[2]通过调研成都平原粮食转运的基本情况，结合生产实际和地理环境，从整体结构、车架、底盘、制动、液压举升机、轮胎和货箱等各零部件进行设计，研制出农用牵引运输车。王若超等[3]设计了一种基于阿克曼原理的梯形牵引转向机构，具有更平滑的转向轨迹、更小的转向启动力矩以及更高的能量转化效率。周兵等[4]通过Adams软件建立麦弗逊悬架转向机构的样机模型，分析车轮前束角和阿克曼特性受该机构关键点的影响。赵树栋[5]对国内外辅助运输设备概况及其性能和适用范围等进行了介绍。可拆装式E型物流运转车可以实现阿克曼转向，在转向角度不大的情况下得以实现。以上学者针对物流车及牵引转向机构的研究为本文提供了思路。

王守亮[6]提出了我国物流配送的发展趋势以及应对策略，以不断完善我国物流配送业，为人们提供更高质量的服务。李昕[7]提出拥有高效的物流配送能力不但是企业提高效率的关键，也是整个社会提高运行效率、提高生产率的关键。安改娣[8]提出了物流机械设施、设备的优化措施，从而达到延长使用寿命、提高物流企业工作效率的目的。白晓光[9]提出伴随着物流的发展与进步，物流设备不断得到提升与发展，其涉及的机械设备的创新及应用就显得尤为重要。

随着我国电商不断发展，物流运转需要处理的电商快件也越来越多，为了提高运输效率和降低运费，会在集齐物品后一起运转，因此需要运转的运输车。目前，运转的手推车仅仅是单个的运转单元，需要专人驾驶叉车，频繁往返于仓库-生产线的运输，费时费力，而且摆放不整齐，当堆叠较高后容易倾倒，运转效率低。

综上所述，课题组根据《机械设计手册》[10]设计出一种用于物流的机械设备，即可拆装式E型物流运转车。课题组设计的可拆装式E型运转车，既可单个使用，也可与多个运转单元组合使用；一次可以牵引多辆可拆装式E型物流运转车，并且每辆车可以装拆多个运转单元，运转单元拆装方便。物流运转配送快速、高效、便捷。

1 设计思路

课题组根据我国物流机械设备行业现状，通过研究现有的物流运转车的优缺点，设计了可拆装式E型物流运转车。可拆装式E型物流运转车框架上的装拆机械装置，具有拆装功能，可与配套的运转单元进行组合使用，而运转单元小车可以装载物料托盘，并且小车上还带有4个万向脚轮，这样可拆装式E型物流运转车可以装载多个如图1所示的A型运转单元，或者多个如图2所示的B型运转单元。由牵引车牵引，一辆可拆装式E型物流运转车可以将多个转运单元运到不同的工位点，进行空载与满载物料的交换，还可以把空的转运单元回收至仓库进行装配物料，从而实现循环物料运送，高效、快速、便捷，提高了运输效率，保证了行驶的安全性。而且不需要专人驾驶叉车频繁往返于仓库—生产线的运输，既节省了时间，也提高了效率，又保证了物流运转通道的安全性。可拆装式E型物流运转车模型如图3所示。

图1 A型运转单元

图2 B型运转单元

图3 可拆装式E型物流运转车模型

2 工作原理

可拆装式E型物流运转车由车体框架、A型运转单元或B型运转单元组成。

当需要装拆运转单元时，将运转单元移动到装拆机械装置上方，通过第一次踩动踏板，使装拆装置移动到上端，将运转单元固定在车架上，实现联结功能；同时随着踏板被踩下，踏板的颜色显示器转到红色。此外，第二次踩动踏板，装拆装置松开运转单元，实现脱离功能；踏板的颜色显示器转到绿色。共同实现运转单元与车身的联结或脱离，如图4所示。

图4 踏板及装拆机械装置运动状态图

当正在由牵引车牵引运转时，梯形牵引转向机构具有更平滑的转向轨迹、更小的转向启动力矩以及更高的能量转化效率；控制车轮与摆杆随动，力和运动传递平顺。转向快速、稳定、便捷，运转效率高，如图5所示。

图5 梯形牵引转向机构及随动运动状态图

3 结构设计

E型物流运转车总装配图如图6所示。

图6 总装配图

3.1 车体框架构成

车体框架由车身、置物台、装拆机械装置、联动杆、梯形牵引转向机构、颜色显示器、踏板、摆杆、脚轮等构成，详细介绍如下。

车身：整体呈E字形，用于装载、承重运转单元或包裹；在它的基础上保证其他零件和机构的装配。

置物台：其上的四排螺栓起紧固支撑作用，防止运转单元滑落。

装拆机械装置：位于E形槽内部，三个装拆机械臂分别装配在两个短轴上，并且通过联动杆连接在一起构成装拆机械装置，实现运转单元与车身的联结或脱离功能。

联动杆：两端通过六角开槽螺母和开口销分别连接踏板和装拆机械装置，实现踏板控制装拆机械装置转动。

梯形牵引转向机构：是一种基于阿克曼原理的梯形牵引转向机构，位于左右两端中心，装配在车身下方，与短摆杆连接，使脚轮与摆杆随动，可牵引多辆可拆装式E型物流运转车，达到同时运转多个运转单元的目的。

颜色显示器：与左右踏板装配到一起，随踏板转动而转动，并且显示红绿两种颜色，代表运转单元与车体框架所处的联结或脱离的状态。

踏板：踏板位于左右下角，与联动杆一端连接，而联动杆的另一端与装拆机械装置连接，实现踏板控制装拆机械装置，使运转单元与车身的联结或脱离更方便、快捷。

摆杆：两个短摆杆一端通过自润滑杆端关节轴承、开口销、螺杆与脚轮连接，而另一端与梯形牵引转向机构连接。两个长摆杆一端通过自润滑杆端关节轴承与脚轮连接，另一端通过自润滑杆端关节轴承、S形切割件与固定在机架上的转向件安装片及角接触球轴承相连接。

脚轮：四只脚轮位于车身的四个角，对称分布，分别与长、短摆杆连接，与梯形牵引转向机构共同构成梯形牵引转向机构随动装置。

3.2 踏板控制运转单元与车身的联结或脱离装置

将运转单元移动到装拆机械装置上方，通过第一次踩动踏板，控制装拆机械装置的机械臂转动到上端，将运转单元固定在车架上，并且随着踏板被踩下，踏板的颜色显示器转到红色，实现运转单元与车身的联结。第二次踩动踏板，装拆机械装置的机械臂松开运转单元，踏板的颜色显示器转到绿色，实现运转单元与车身的脱离，如图7所示。

图7 踏板控制运转单元与车身的联结或脱离装置

3.3 梯形牵引转向机构随动装置

梯形牵引转向机构随动装置的优点是采用基于阿克曼原理的梯形牵引转向机构，具有更平滑的转向轨迹、更小的转向启动力矩以及更高的能量转化效率，使脚轮与摆杆随动，力和运动传递平顺。随着牵引机构运动，对称分布的四个短摆杆分别与四个脚轮随动，如图8所示。两个长摆杆分别与其中两个脚轮随动，如图9所示。

图8 短摆杆与脚轮随动示意图

图9 长摆杆与脚轮随动示意图

4 总结

本文所述的可拆装式E型物流运转车设计，结合实际应用要求，对物流运转车进行创新，踏板控制运转单元与车身的联结或脱离，可以实现快速、高效、便捷地运转多个运转单元，省时省力，转运物料量大，在节约劳动力的同时大大提高了物流运输的运转效率。梯形牵引转向机构随动装置，力和运动传递平顺，设计安全可靠，堆叠效率高且不易倾倒，可用于仓库物流运输及生产运转现场。