智能外卖存储柜柜体设计研究＊

2020-04-26林伟芬熊志平孙世华

科技与创新 2020年7期

关键词：柜体隔间弯矩

林伟芬，熊志平，孙世华，贺毅

（湖南工学院机械工程学院，湖南衡阳421002）

随着人们生活水平的不断提高，外卖被越来越多的人们认同和接受，成为了人们日常生活不可或缺的一部分。但是外卖行业的快速发展也暴露出来许多问题，其中，外卖临时放置、冬天保温等成为主要问题。此款简易外卖存储柜的设计正是解决上述问题的一种良好方案。

1 储存柜结构及工作原理

1.1 储存柜结构

局部结构及工作原理如图1 所示。

图1 柜体结构图

1.2 工作原理

外卖送达存储柜时，外卖员在扫码口扫描订单二维码。中控将根据二维码订单信息以及隔间内称重传感器检测到的状态选择适合尺寸的空置隔间打开柜门，外卖员将外卖放入隔间。关门后，中控根据隔间门开关接合和称重传感器的变化共同导通隔间内照明电路。同时，中控根据扫描到的二维码生成电子条形码，并发送设定的短信及其相应的条形码至用户的手机；如果用户关注相关公众号，信息将在第一时间内发送至用户微信，提醒顾客取餐。顾客取餐时，通过柜体扫描收到的条形码即可开门取餐。

开门取餐时，照明电路断开，直到称重传感器再次感应到重量才会接通照明。柜体语音提示用户随手关门，如果用户没有关闭隔间门，隔间称重传感器检测到隔间内重力撤销1 min 后，而柜门没有关闭，中控将导通磁性锁电路，吸附隔间门锁扣，自动关闭隔间门。

2 柜体的设计计算

2.1 柜体尺寸计算

人体相关尺寸如表1 所示。考虑到特殊情况，比如大份或多份的情况，则将大隔间尺寸设计为800 mm×200 mm×200 mm。考虑其经济型成本，取基本型号外卖存储柜设计隔间数为小隔间42 个，大隔间7 个。

表1 人体相关尺寸

2.2 柜体材料承重性计算

此款外卖存储柜主体材料为常规储物柜材料，即箱体采用镀锌钢板材料。钢板材料采用Q235 一级钢，许用应力为160 MPa，密度为7.85 g/cm3。

由表1 可知，取50 百分位男性及女性身高设计柜体高度。设计人伸手取高处物品一般的扬起角度（以水平为界线）约13.344°。即人取高处物品的总高度约为：身高+（上臂长+前臂长）×sin13.344°=1 570+（284+213）×sin13.344°≈1 685 mm（考虑女性身高）。所以，柜体最高层隔间底板L1高度约1 685 mm。

根据常规的外卖盒尺寸，考虑保温材料、存放及取件方便，设计每一个小隔间的尺寸为200 mm×200 mm×100 mm。

2.2.1 横板承重性计算

2.2.1.1 绘制弯矩图

画计算简图，此板可视为矩形截面静定梁，承受弯曲正应力，其受力分析如图2 所示。

图2 横板受力简图

支座反力F=RA+RB。

绘制弯矩图，A 截面：x=0，MA=0。C 截面：x=l，MC=RAl=Fl。B 截面：x=2l，MB=0。

此静定梁弯矩如图3 所示。

图3 横板弯矩图

2.2.1.2 计算截面尺寸

小隔间底板的计算公式为：

Wz=bh2/6，σmax=Mmax/Wz=σ≤[σ]，h1≥9.7 mm （1）式（1）中：Wz为抗弯截面系数；b 为横板宽度；h 为横板高度；σ为抗弯强度；[σ]为许用应力。

同理可得大隔间底板h2≥27.4 mm。b1=200 mm，h1≥9.7 mm，取10 mm；b2=200 mm，h2≥27.4 mm，取28 mm。

2.2.2 竖板承重性计算

此板可看为轴，承受轴向压力及横板的剪切力。σmax=FN/A≤[σ]，所受载荷、材料的许用应力之和τmax=Fs/A≤[τ]，只需设计截面面积和剪切面积。[τ]为许用剪应力，Fs为单个剪切面上的剪力，Q235 抗压强度≥370 MPa。

2.2.2.1 计算截面面积

截面面积的计算公式σmax=FN/A≤[σ]。

小隔间竖板FN=14×0.5×9.8+16×ρ×b12h1×9.8，截面面积A≥1 516.09 mm2。

大隔间竖板FN=7×4×9.8+8×ρ×b22h2×9.8+ρ×b12h1×9.8，截面面积A≥3 269.92 mm2。

小隔间竖板的尺寸取200 mm×8 mm×1 800 mm，大隔间竖板的尺寸取200 mm×17 mm×1 800 mm。

2.2.2.2 计算剪切面面积

剪切面面积计算公式为A≥Fs/[τ]。钢材剪切极限=抗拉强度×0.6=222 MPa（剪切极限与抗拉强度之间系数取值为0.6～0.8）。

小隔间底板剪切力Fs=F外；剪切面面积A1≥22.52 mm2。大隔间底板剪切力Fs=F外；剪切面面积A2≥180.18 mm2。因为b1×h1=2 000 mm2，b2×h2=5 600 mm2，所以，小隔间横板的尺寸取200 mm×200 mm×10 mm，大隔间横板的尺寸取800 mm×200 mm×28 mm。综上所述，柜子整体尺寸为1 434 mm×200 mm×1 800 mm。