狭小空间便携式移动举升装置的研制

屈彦杰 沈雪松

摘 要：本文介绍了一种用于狭小空间内设备转移的便携式全向移动举升装置。装置采用手动螺杆旋转方式，驱动两组四联杆曲柄式千斤顶实现垂向举升功能。与传统的举升设备相比，该装置可用于狭小空间作业，操作简单，人力劳动强度降低，移动效率增倍，转移安装的准确性和安全性突出。

关键词：狭小空间；便携式；全向移动；手动螺杆旋转；连杆曲柄式千斤顶

中图分类号：TE933.1 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2018）07-0040-03

The Development of a Portable Mobile Lifting Device in Small Space

QU Yanjie SHEN Xuesong

（The 20th Research Institute of China Electronic Technology Group Corporation，Xi'an Shaanxi 710068）

Abstract： This paper introduced the development of a portable omnidirectionally mobile lifting device for the transfer of equipment in a small space. The device uses a manual screw rotation mode to drive two groups of 4-connecting rod crank-lifting jacks to complete the vertical lifting function. Compared with the traditional lifting equipment， the device can be used for small space-operations， with simple operation， reduced labor force intensity and increased mobile efficiency. The accuracy and safety of transfer and installation are outstanding.

Keywords： small space；portable；omnidirectionally mobile；manual screw rotate；connecting rod crank-lifting jack

1 設计背景概述

近几年，随着中国电子科技集团公司第二十研究所科研生产规模的扩展，各类车载设备的集成装配工作越来越多。某些沉重的机柜在完成地面联调、搬入机车工作舱后，需要将数个机柜移动到舱内指定的安装孔处，以完成安装固定。各类端机机柜不仅沉重难以移动，更为棘手的是，由于工作舱内空间狭小、端机机柜安装间距小和安装位置要求精确等，人员工作强度、体力消耗非常大，而且容易导致机柜漆面的碰损，a威胁人员操作安全，影响安装质量且耽误进度。

如图1所示，在该工作舱内，除去办公桌、轨道式转椅、仓储式沙发等已安装物品，人员可作业的空间（即阴影区域）非常有限，仅有2.3m（长）×0.88m（宽）×1.73m（高），各机柜比较沉重（130kg），机柜支脚高度（即机柜底面距工作舱地板距离）约95mm，各机柜安装间距较小（20mm），机柜本身尺寸相对较大，为0.65m（长）×0.58m（宽）×1.56m（高），这导致机柜在舱内的移动非常困难。

常见的作业情况是，机柜用叉车运入舱门后，只能靠多人合力移动至舱内指定位置再进行安装固定，有时还需用撬杠撬起机柜，将机柜放置在铺好的数条钢管上面，利用钢管的滚动才能进行机柜的转移作业。这会产生三方面的问题：①狭窄空间内重型机柜的转移、安装作业对人员体力和人数均有较高要求，劳动强度较大；②存在潜在的危险性，容易造成不必要的设备碰损甚至人身伤害；③遇到需要在车内重新移动、安装机柜的特殊作业时，由于整机难以移动，只能拆移各设备甚至端机，完成机柜的移动后再重新安装设备，过程繁琐，灵活性低。

通常，在外部场所及较大的工作车间内可以采用桁吊、叉车等普通起重设备进行货物的搬运转移。但对于该工况下狭小的作业空间，这些起重设备均不能完全适用。例如，叉车在工作舱内占地面积较大，在狭小空间内无法自由调整方向和位置。又如，小型起重搬运车靠液压或气压驱动，提供压力源的设备体积较大，不便于携带，且需要电力驱动，不适合外场作业。

2 设计方案及实施

2.1 设计难点

按照常规的设计思路，体积越大的设备才能获得更大的起重量。由于车舱内空间狭窄，且机柜底部仅有650mm（长）×220mm（宽）×95mm（高）的空间可供放置举升设备，这就要求举升设备的体积不能过大，但对起重重量又是有要求的（至少大于200kg）。因此，设计的主要难点就是如何在限制体积的情况下获得足够的起重量[1]。

2.2 设计原理

升降机构原理如图2所示，采用了螺杆驱动等边连杆对开结构，通过转动摇杆，驱动螺纹结构，带动连杆做上升或下降运动。按照该原理设计的可升降机构小巧紧凑（闭合高度62mm，升程38mm），通过4枚螺栓与底盘连接，可快速拆卸，既适用于批量大的任务，又便于外场安装作业。

2.3 设计方案

便携式全向举升装置整机由升降机构和底盘构成。如图3、图4所示，虚线内部分是升降机构，其余部分为底盘。

采用手动螺杆旋转方式，驱动两组四联杆曲柄式千斤顶实现垂向举升功能，达到抬升机柜离地的目的；将升降机构安装在可全向移动的底盘上，完成机柜的水平全向移动。

2.3.1 超薄型全向自由移动式底盘。根据机柜底部的最小空间尺寸及机柜的自重，底盘应满足超薄、全向自由移动等特点，同时应留有升降机构的安装空间，能伸进机柜底部。综合分析后，决定采用铝板组焊结构。选用3只低重心、高承载的万向轮（轮子材料：玻纤增强尼龙，每支可承载350kg，安装高度72mm）与底盘连接，主体部分宽198mm，整体闭合高度设计为80mm。底盘安装滚轮部分的结构与升降机构等高。

2.3.2 超薄型双联动升降机构。由于整机最小高度不超过80mm，底盘的盘面高度是18mm，预留给升降机构的安装空间仅剩62mm。从省力、实用和可靠性角度出发，采用四连杆曲柄式千斤顶结构（两组联动）通过手动旋转螺杆的方式同时驱动两组千斤顶，同步升起和放下，升降机构最小闭合高度62mm，升程32mm。经计算，按机构连杆受力条件最差的4处轴（直径9mm）抗弯强度可承载28t重物，用臂长为300mm的扳手转动M20螺杆可举升326kg的重物，底盘能够承载500kg不变形。丝杠端头可安装棘轮扳手或万向十字联轴器，通过旋转丝杠的方式驱动两组托板升起和放下，可达到结构紧凑牢固、力学性能好的要求。

在托板下方空间里，采用两组连杆驱动的双齿轮锁向结构和托板顶轮限位机构，保证了举升机构的可靠性。

3 装置作业流程

依据图3详述举升装置的作业流程。

①将托盘深入设备底部中间位置，保证设备平衡；用棘轮扳手逆时针转动手摇杆4，通过丝杠螺母传动结构使摇杆连接件（左旋）7和摇杆连接件（右旋）8发生平移，两个连接件之间的距离逐渐缩短，带动由托盘长圆杆5与滚轮长圆杆6组成的两级折叠结构逐渐伸展，使托盘3上升，进而举升机柜。

滚轮13顶紧托盘3并在其下方滚动，托盘长圆杆5、滚轮长圆杆6、托盘13组成三角形稳定结构，并进一步通过联动长圆杆17将部分承载分配到后齿轮10和前齿轮11上，使底盘1受力更为均匀。此外，在双齿轮锁向机构中，两个齿轮10、11紧密啮合，互相受到对方的作用力，通过联动长圆杆17使两级折叠结构的伸缩更为稳定，能减缓起升过程中举升装置和被举升设备的震颤，使设备的起升过程更加平稳。

②推动由举升装置举起的设备，设备借助举升装置的万向轮子19可以在水平面上做各个方向的平移或转动。

③当将设备移动到指定位置后，用棘轮扳手或万向联轴器摇动顺时针转动手摇杆4，两个摇杆连接件7、8之间的距离逐渐扩大，两级折叠机构逐渐收缩，托盘3和被举升设备同步下降，设备支脚接触地面后进一步转动手摇杆4，待托盘3完全脱离被举升设备底面后，抽出举升装置。

在使用前，应检查举升装置并保持万向轮子19和前齿轮11、后齿轮10转动灵活，可适当加注润滑酯。

4 实现效果

便攜式全向举升装置经试用验证完全达到设计要求，具备全向移动和举升功能。一人即可手提带进狭窄作业区，通过转动摇杆可安全方便地将机柜举升离地并作任意方向移动。整个机构强度能满足目前在中国电子科技集团公司第二十研究所在产的各类车载单体机柜的负重移动。综合比较，使用该设备在舱内作业，人力需求减半，移动效率增倍，安全性突出。

举升装置研制完成，如图5所示。整体最大承载500kg，整机闭合高度80mm，最大举升高度112mm，升程32mm，托架宽198mm，全重17kg，采用手动螺杆驱动，底盘可实现全向水平移动。同国内同类产品比较、整机结构新颖独特，功能齐全，携带方便，使用灵活，维护简单，负重力强，适应性强，可广泛应用于各种狭窄区域内的机柜类移动安装作业。

5 优化与改进措施

①根据便携式全向举升设备的使用情况及中国电子科技集团公司第二十研究所内同类产品的安装条件，今后可在该设备上适当增加等边连杆的长度，在不改变设备闭合高度的前提下，大幅提高升降行程，提高设备的举升能力。

②加入自动化控制系统，使该举升装置实现手动和电力驱动一体化，且两种状态可切换。使手动状态满足军用战时等紧急状况，发挥轻巧易携带、易拆装、不受电液气条件限制、应用范围广、纯机械传动稳定性高、适用于军车和舰船舱内操作等优势；电动状态亦满足家庭、办公及工厂等民用场所，发挥其适用于狭小空间、操作简单、省时省力、转移安装准确性高、操作安全性高等特点。

参考文献：

[1]闻邦椿.机械设计手册[M].北京：机械工业出版社，2010.