互联网物流环境下的机械式助力小车设计

2016-11-10陈晓航陈典叶园

现代工业经济和信息化 2016年17期

关键词：机械式小车助力

陈晓航，陈典，叶园

（武汉商学院汽车服务工程专业，湖北武汉430056）

互联网物流环境下的机械式助力小车设计

陈晓航，陈典，叶园

（武汉商学院汽车服务工程专业，湖北武汉430056）

通过设计一种在物联网物流环境下的机械式助力小车，希望为互联网物流作出一些贡献。

杠杆助力机构；受力分析；助力小车；剪式机构

引言

随着中国互联网经济的迅猛发展，物流运输行业也在快速的变化。但运输过程中存在着物流发展不完备、仓储不合理、配送渠道不完善、物流从业者劳动强度大等问题，急需进行相应的解决和优化。结合互联网环境下的中小型商品运输方式，设计出机械式助力小车，满足现阶段物流快速转运过程中终端代理点货物运输的需求。同时，对机械式助力小车进行受力分析，是小车能够正常使用的前提，避免小车在使用过程中由于受力缺陷问题造成的损失。

1　总体设计

1.1产品设计背景

中国互联网经济快速发展的同时，快递物流行业暴露出了上述诸多问题，再加上传统的运输工具特性使然的制约，物流行业运输工具的更新优化迫在眉睫。

伴随着工业的发展与进步，在快递物流终端代理点的商品搬运、摆放等工作过程中，小型的商品载运助力装置起到了至关重要的作用。

1.2设计产品的提出

结合现阶段物流行业的背景和发展需求，在原有手推车的基础上，充分发挥机械式助力装置灵活方便的特性，设计出了本机械式助力小车，旨在解决现阶段运输装置费力和分类难的问题。本机械式助力小车的整体结构图如图1所示，尺寸如图2所示。

2　工作原理

2.1商品转移过程

助力小车到达指定位置后，摇动小车侧边千斤顶手摇装置，调整助力小车高度，与快递车后备箱同一高度后配合，配合完成后，拉动置货架，进行商品位置转换。

图1　助力小车整体结构图

图2　助力小车主要尺寸（单位：mm）

2.2商品上升/下降状态

打开锁止装置，维持置货架稳定状态，推动助力小车到达商品摆放位置。扭动小车尾部手柄，带动L型支撑板平缓降至地面，解除锁止装置，拉动置货架经由L型支撑板到达地面合理位置摆放。

3　受力分析

如上文所述，本助力小车整体由分类机构、动力机构和杠杆助力机构组成，三大机构配合共同实现小车分类以及助力的功能。因此对三大机构进行受力分析，对助力小车整体进行稳定性分析。

3.1分类机构受力分析

图3　分类机构示意图

图4　动力机构示意图

托盘的横截面积为S，S=ab=0.4×0.06=0.024m2

假设两个托盘满负荷受力为500 N

此时托盘受到的压强为W1=F/S=250/0.024= 10 417 Pa

查询相关资料，σa=228MPa满足要求。而分类机构受力分析图如图3、4所示。

3.2动力机构受力分析

以千斤顶上半部分为研究对象，如图5所示，假设千斤顶上节点所受力为F，上端斜连杆与扭杆的夹角为θ。

图5　动力机构简化图

图6　动力机构B点受力示意图

对A进行分析，A节点受到力F时，上端斜连杆受力F1=F2

∴θ取最小值时，此时各个节点受力均为最大θ=17.76°

对B进行受力分析:

上下端斜面连杆受力：F3=F5=1.64×500=820 N

扭杆受力：F4=-1.72×500=-860 N

对端斜面连杆的强度分析：

对扭杆的强度分析：

查询相关资料，σa=287 MPa满足要求。

3.3杠杆助力机构受力分析

图7　杠杆助力机构示意图

图8　杠杆助力机构等效受力示意图

1）手柄处于初始状态

L型挡板受到的力FK＜500N，L2=130mm，L1=300mm F2L2=FkL1Fk=（F2F2）/L1=0.433F2

当F2取最大值500 N的时候，Fk仍能满足要求。

2）手柄处于运动状态

此时，L型挡板较长端收到的压力为F1，只要L型挡板最长端能够保证承受抗压强度，就能够保证整个L型支架强度符合要求（如图7所示）。

查询相关资料，σa=228MPa满足要求。

对其进行挠度检验，根据假设，此时挠度最大，转角最小（如图8所示）。

此时F=500 N l=300mm

查资料可知：铝合金的弹性模量E=72 GPa I=108 000mm4

所求的截面的转角为：

所求的截面的挠度为：

查资料可知：当跨度不超过7 500 mm时，铝型材的挠度W≤L/180且W≤20mm

计算可知W=300/180=1.667mm

WB＜W故该设计符合要求

3.4整体稳定性分析

助力小车整体呈现左右对称，受压时压力也呈现左右分布。

1）当负载呈现左右两边完全均匀增加时，由于助力小车左右对称，此时小车正常受力，不会出现失稳。

2）当助力小车非对称增加商品时，此时假设小车一端增加到满负载，另一端负载为0。

查资料可知：铝合金的σs=110 MPa，E=72 GPa σp=265 MPa。

4　薄弱部位优化

4.1判定薄弱部位

当手柄朝槽体内移动至短板与所述槽体的侧壁相抵时，所述L型长端向下倾斜。运动的范围保证为45°，在此运动过程中为满足自身工作需求，该机构需要外部提供动力。

结合该机构维持自身工作的受力需求以及上述对杠杆助力机构进行的受力分析，确定该机构为助力小车的薄弱部位。

4.2优化模型

本助力小车属于耐用品，因此在考虑实现助力功能的同时，也要确保小车易损件的使用寿命，图9所示零件为易损件零件的优化图：

图9　优化杠杆助力机构示意图

图10　优化结构A点受力示意图

其中F2=F1sinθF3=F1cosθ（θ为夹角保持不变）。

此时在沿长端1垂直方向F合=F-F2＜F

在垂直方向减小节点的受力，提高L型支撑板的工作寿命，且夹角不变，受力维持稳定，保证优化后未影响助力小车整体的稳定性。优化结构A点受力示意图如图10所示。

5　设计产品竞争分析

根据调查分析发现，随着互联网经济的快速发展，工作人员对商品装卸摆放的工具以及分类的效率要求提高，本设计产品就是为适应他们的工作需求而研发的。

5.1产品竞争分析

现阶段市场运输装置呈现液、电动的发展趋势，体积大、价格昂贵、不易操作、维护繁琐、不利于快递终端代理点商品的装卸和摆放。本机械式助力小车结合快递行业需求、造价低、功能多和操作灵活，适用于终端代理点多种复杂环境，具有明显优势。

5.1.1市场分析

物流快递公司众多，各个代理点运输配置参差不齐，而目前市场上存在最多的为手拖车或液压叉车，受限于终端代理点的复杂环境，这些搬运工具并不适用。我们设计出的助力小车，在适应现阶段物流环境的同时，充分体现其助力功能，利用其差异化迅速的占领市场；而目前市场上存在的机械式助力装置很少，因此又可以利用其专门化，在该领域内占领领导地位。

5.1.2用户分析

直接用户：全国各大快递终端代理点。

周边用户：搬运行业。

本助力小车旨在服务终端代理点工作人员，为其提供一个优质的助力搬运工具，解决现阶段他们面临的问题。通过实际调查和样品测试反馈，本助力小车符合终端代理点工作人员的工作需求。

5.1.3竞争对手分析

受到搬运装置市场呈现大型液压的发展趋势影响，目前机械式助力搬运装置市场还未出现有力竞争者，市场风向良好，且作为机械式助力小车，工作环境要求低，产品具有针对性，相对于目前市场上的大型液压搬运装置，该机械助力装置具有诸多优点，竞争优势更大。