基于重型装备室内搬运及移位的组合式气力搬运装置设计

2021-08-21曾杰华梁健

机电工程技术 2021年12期

曾杰华梁健

摘要：对现有的室内大型装备的搬运方式的优缺点进行了阐述，并针对其缺点自主研发出一种组合式气力搬运装置。设计了一个可前后卯榫链接，上下喷气的气力发生单元，然后再由多组的气力发生单元联成一个承托面，再由承托面向上喷气支撑重物，最后通过不同的姿态控制来实现重物的前后运动及转向。详述了装置的设计方案、关键结构及技术原理。设计的装置有体积小、操作简单、转向灵活、不损伤地面、性价比高等优点，适用于重型装备的室内搬运及移位。

关键词：搬运;组合式;气力;设计;原理

中图分类号：TH48文献标志码：A文章编号：1009-9492（2021）12-0239-03

Design of Combined Pneumatic Handling Device Based onIndoor Handling and Displacement of Heavy Equipment

Zeng Jiehua1，Liang Jian2

（1. Guangdong Yuantian Engineering Co. ，Ltd. ，Guangzhou 511338，China;

2. Guangdong Water Conservancy and Electric Power Vocational and Technical College，Guangzhou 510925，China ）

Abstract：The advantagesanddisadvantagesof theexisting handlingmethodsof indoor largeequipment wasexpounded，andindependentlydeveloped a combined pneumatic handling device according to its disadvantages. A pneumatic generating unit was designed，which could connectthe front andrearmortiseandtenonandj etupanddown，andthenasupportingsurfacewasconnectedbymultiplegroupsof pneumaticgenerating units，and then the supporting surface j et up tosupport theheavy object. Finally，the frontandrear movementandsteering of theheavy object wererealizedthroughdifferentattitudecontrol. Thedesignscheme，keystructureandtechnicalprincipleofthedeviceweredescribed in detail. The refitted device has the advantages of small volume，simple operation，flexible steering，no damage to the ground and highcost performance，it is suitable for indoor handling and displacement of heavy equipment.

Key words：handling;combined;pneumatic;design;principle

0 引言

随着我国经济的迅猛发展，各行各业对能源的需求越来越大，国家也在大力发展水电建设，通过水利电力建设充分开发我国的水电资源，以更快更好地服务我国的发展战略。在水利水电项目施工中，经常需要在已经完成土建的建筑内安装大型装备，这些装备体积大、重量大，在有限的空间内搬运极不方便。按照不同的搬运方式，一般有以下几种。

（1）天车行吊搬运，又称桥式起重机。是桥架在高架轨道上运行的一种桥架型起重机。这种设备需要在场地进行永久性的设备安装，对场地要求高，成本投入大;后期需要专人管理、操作及维护，该方式只适用于空间大且开阔的厂房内使用。

（2）电动平车搬运。以电力驱动的一种工业用的短途转运物料的平板车，载重量大，结构简单。但存在车身体积大，无法根据重物调整自身尺寸，且转向不便，对地面平整度要求高;搬运过程中还容易损坏地面。

（3）辊轴搬运。这种方法需要在设备底下预先铺垫一层辊轴，通过人工撬动设备使其在辊轴上滚动前进，该方法效率低，速度慢，需要大量的人力辅助，而且还会严重损坏装备及地面[1]。

针对以上问题，本文开发了一种组合式气力搬运装置，通过针对设计的组合式气力单元相互配合，既能实现不同尺寸的装备搬运，还能轻松实现搬运转向，搬运过程对地面无损伤，搬运过程轻松快捷，安全可靠。

1 设计方案制定

1. 1总体设计

本文设计了一种组合式气力搬运装置，通过气力发生单元产生的气膜托起装备，还可通过控制气力发生单元喷出的气流强度推动装备前进及转向;因为气力单元跟地面以及重物均通过气流接触，故搬运过程中对装备及地面均无损伤[2]。

设备总体效果如图1所示，该装置由气力搬运装置1、重物2、托架3、气力搬运装置4组成。其中，气力搬运装置1与气力搬运装置4结构及功能完全一样，搬运时，通过两者相互错开步进实现重物搬运。托架2为一实心高强度板状结构，其底部光滑平整，以便于与气力发生单元8喷出的气环形成气膜。其顶部加工有花纹，目的增加与重物的摩擦力，以保持重物平稳，不会侧滑。其周边加工有倒角，目的方便前進时平滑过渡。

1. 2 气力发生单元设计

气力发生单元结构如图2所示。

（1）气囊9。用耐磨的高强度弹性材料制作，用于支撑气力发生单元。往里面充气时，膨胀鼓起呈四瓣式，每瓣之间留有开口，目的在气力发生单元向上喷气时，方便高压风机由底部吸入空气。气囊还起到分散重量，保护地板的作用;遇到凹凸不平的地面，气囊还能自动适应，保证足够的贴地面积以保证支撑效果。

（2）壳体11。用于安装气力发生器及前后气力发生单元链接，并传递电力。壳体前部有凸出的半圆柱状连接块，后部有凹陷的半圆柱嵌槽，凹凸两部分尺寸一致，这样相同结构的壳体就可以轻松的链接，连接后前后壳体还可以自由摆动，以便于摆出各种搬运的路线。壳体内部还布置有无线信号接收装置及控制系统，通过该系统控制高压风机的动作。

（3）气垫13。用耐磨的高强度弹性材料制作，用于支撑气膜发生板15。当高压风机向上喷气时，该气垫膨胀并推动气膜发生板15向上运动，因为气垫固有的弹性能，可以起到很好的缓冲作用，并能根据随着托架移动过程中摆动自动调整方向适配[3-5]。

（4）支撑块14。主要用于高压风机向下喷气时，顶住托架，以保证气膜发生板15的气孔能够顺利吸入空气。在托架气膜发生板15上，中心位置气孔的数量较多，这样就可以保证喷出气流强度的主要集中在板中央，可提高起来的支撑作用。输送重物时，如果托架刚好压住气膜发生板15一半面积，那么没被压到的圆球就会把气孔堵住，使所有高压空气都从被压住的圆球处的气孔处喷出，这样就可以保证这部分气孔喷出气体的气压不会降低。

（5）高压风机16。内部由多层叶片组成，通过多级叶片逐级增压，可产生高压大流量的气流。通过控制叶片正反转，可控制风喷气或吸气。

1. 3搬运过程控制

搬运装置动作如图3所示，气力搬运装置1与气力搬运装置4相互分开，互不干扰。两装置的气力发生单元间距适合，当两装置靠拢时，相互的气力发生单元不会干扰。

（1）对射式光电传感器5及51。其底座为磁铁可按需要吸附到指定的位置。其中5与5A 为一对，51与51A 为一对，左右布置，当重物移动跑偏时，如果对射式光电传感器的光线被挡住就会触发信号，对应控制气力发生单元的喷出气压，控制重物纠偏[6]。

（2）漫反射式测距传感器7。对应重物两侧各安装两个漫反射式测距传感器7，可独立检测其相对重物的距离。因为每个气力发生单元的尺寸完全一样，通过检测传感器与重物相对距离就可以知道重物在哪一个气力发生单元的正上方。

工作时先把气力搬运装置1与气力搬运装置4相互分开，根据重物的尺寸组合控制模块6及气力发生单元8，并按如图位置摆放。设置对射式光电传感器5 及51，使两对传感器的检测光通路比重物寬度略宽，用漫反射式测距传感器7及7A 分别检测重物两侧到7及7A 的距离[7]。

在气力搬运装置4上把气力发生单元按排列分为：A～ J 列，a～ f 行。当需要把重物从J往A 输送时，先通过控制模块6发出信号控制A～ J 列气力发生单元向上喷气，喷出气体的压力A 列最大，B 列次之，如此类推J列最小，这样就可以产生一个从5A 向5的推力，推动重物向前运动。通过漫反射式测距传感器7 及7A 检测重物移动时的实时位置，就可以控制对应每一列气力发生单元喷出气体的压力，从而推动重物一直到往前移动到气力搬运装置1末端。当重物被输送至气力搬运装置1末端时，保持气力搬运装置1每个气力发生单元喷气压力一致，这样重物就会停下来保持不动，这时控制气力搬运装置4气力发生单元的高压风机反转，由向上喷气变为向下喷气，向下喷出的气体就会把这组设备推离地面悬浮，这样方便人工把整个气力搬运装置4往前推，并插入气力搬运装置1的开放空间内。当气力搬运装置4被人工推到位后，控制其气力发生单元的高压风机反转，由向下喷气变为向上喷气，并支撑托架2。然后气力搬运装置1通过同样操作悬浮并人工向前拉出，通过气力搬运装置1与4的相互配合就可以实现重物的直线搬运[8]。

1. 4 搬运转向控制

搬运转向控制如图4所示。如果搬运过程中需要转向，可以用以下两种办法。

（1）如图4（ a ）所示，当重物往前输送至指定位置需要转向90°时，只需要把气力搬运装置4由虚线位置移动到图示位置，就可以直接转向。

（2）如图4（ b ）所示，也可以通过重新组合气力发生单元阵列，通过气力发生单元相互间的卯榫结构链接，调整其排列的方向，也可以使重物移动的路径按需转向[9]。

2 创新点

（1）把装配重物置于专用托架承上方，把气力发生单元置于托架底下。托架底部与气力发生单元的接触面均加工得非常平整，贴合效果非常好，这样就可以保证能够产生高效的托举气膜。地面不平整等因素就影响不了气膜的形成[10]。

（2）整个搬运装置的气力发生单元为独立设计，能根据需要组合成不同的形状以方便运输不同尺寸及重量的重物，还能把重物的重量分散作用于地面，以减少对地面的破坏。

（3）每个单元的气压均独立可控，通过控制不同位置单元的输出气压，可以推动重物前进;还能通过高压风机的正反转实现承托重物及装置移动两个功能。

（4）每个气力发生单元底部配置了分瓣式承托气垫，既能缓冲重物对地面的冲击，又能适配不平整的地面，保证承托效果。

3 结束语

本设备在装备的搬运过程中可针对不同的设备进行自由组合，以适应其不同的搬运尺寸;可通过组合不同的结构形状对设备进行掉头及转向;可通过气力抬升减少设备行进中的摩擦力，便于搬运[11];通过针对性设计的气垫装置减少对地面的压强，可实现搬运对地面的零损伤，同时搬运中对地面的要求极低，可以是粗糙的毛坯水泥面或沙石面。故能解决现有各种方式在搬运中存在的问题，具有非常广泛的应用前景[12]。

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