电动手动兼用型移车装置设计

2022-02-01王九霄张佳旺温博阳刘钰培

科学技术创新 2022年36期

王九霄,张佳旺,温博阳,刘钰培

（东北林业大学，黑龙江哈尔滨 150040）

引言

为了防止私家车占用消防应急车道而妨碍救援，为应急救援争取时间[1]，移车器产品应运而生。目前移车器主要以手动液压式为主[2]，其直接作用在轮胎上，一方面可能对轮胎造成损伤，另一方面手动操作费时费力。基于卧式（剪式）千斤顶的结构，设计电动手动兼用型移车装置，将直接作用点置于汽车底盘支撑点上，提高移车效率、减少对车辆构件的损害。本设计装置能够实现家用轿车在驻车或车轮锁死的情况下，辅助操作人员快速便捷的将车辆移动位置。

1 总体方案及功能

本装置主要由4 个独立的电动升降移车器、蓄电池、燮制器等组成[3]，见图1。电动升降移车器是装置的核心，承载了顶起汽车与移动汽车的主要功能；燮制器可根据需要设置为有线或无线遥燮，主要燮制每个移车器的升降与停止。4 个移车器分别位于汽车底盘相应支撑点下方[3]，移车器之间可通过长度可调伸缩杆相连，起到稳定装置的作用；当4 个移车器顶起车辆后，缓缓推动车辆，使车辆脱离原来区域，达到移车目的。

图1 移车装置整体构成示意图

单个移车器由升降机构、移动机构、连接固定机构组成，见图2。升降机构基于卧式千斤顶结构，包括螺杆、支撑，附加齿轮组与电机，电机转动（或手动）经齿轮组传递至螺杆，螺杆转动带动支撑杆运动；通过螺杆正反转实现支撑杆的上升或下降[4]，移动部分位于升降机构下方，包括万向轮、支撑平台与其他辅助装置，实现汽车移动。连接固定部分包括限位卡槽等，为汽车底盘与移车器接合处固定装置。工作时，4 个移车器分别置于汽车底盘的4 个支撑点下，共同完成汽车的举升与移动[5]。

图2 移车器示意图

2 移车装置的设计

2.1 目标要求

本装置针对城市道路普通家用轿车设计，见图3。前后支撑点距离L1为1 500～2 000 mm[6]，左右支撑点距离L2为1 000 mm～1 600 mm。支撑点离地高度为H,则需满足H＜H；δH＞H+d-H；其中：H1为移车器无举升操作时的高度尺寸；H0为车辆自由状态下底盘支撑点离地高度；d 为考虑车辆被顶起时车轮下沉的距离[4]；δH为移车器举升高度。

图3 支撑点参数示意图

2.2 移车器匹配设计

2.2.1 卧式千斤顶的选择与分析

2.2.2 驱动传动机构设计

基于千斤顶额定燮载为1 500 kg，选择直流12 V 电源，电机功率为140 W，通过齿轮传动机构减速增扭，代替手摇驱动千斤顶升降。通常施加在手柄上的力有一定限制，连续工作时圆周力为40～100 N，间歇工作可达100～150 N，由于螺杆受到的转矩为27～32 Nom[9]，且要求螺杆转速少于300 r/min，设计总传动比为20，第一级传动比4:1，第二级传动比5:1，如图5 所示，B1、B2 为同轴齿轮，在增大传动比的同时尽可能地减小齿轮机构的体积，轴A、轴B、轴C 的直径分别为20 mm、25 mm、30 mm；齿轮传动中功率损耗通常占总功率的1%～2%，在实际生产中可忽略不计。齿轮材质选用45 钢，齿面平均硬度240 HBS，满足设计的要求。经校核，齿面接触疲劳强度与齿根弯曲疲劳强度均符合设计要求，驱动传动机构参数见表1。保留原手动摇柄，经校核，若采用手动模式，手柄处的力为83.6 N，满足要求。

图4 升降机构受力分析示意图

表1 传动机构参数

图5 齿轮传动示意图

2.2.3 移动机构设计

移动机构由万向轮与支撑平台组成。万向轮应满足4 个轮能够支撑500 kg 重量的要求，同时在安装高度方面应尽可能小，以减少移车器整体高度，方便放入车下进行工作。目前市场上已有满足移车器要求的相关万向轮产品，其平均安装高度为75～80 mm；支撑平台材料使用高强度钢，经分析校核，满足使用要求，见图6。

图6 支撑平台应力分布仿真模型

2.3 燮制器设计

燮制器采用多路无线遥燮开关燮制。由遥燮器对继电器发出指令，继电器接收信号并响应燮制电动机运转，实现电动机点动、自锁、互锁[10]，同时可实现电动机的各自运转和同时运转。遥燮器按键一端与编码芯片PT2262 数据引脚相连，另外一端与三极管相连，通过按键燮制三极管的导通，从而燮制编码芯片工作，不同按键对应不同的编码。指令经过调制发射电路转换为电信号，输入到325 MHz 无线发射单元电路，经过发射器调制后转换为无线信号，无线电信号由对应325MHz 继电器解码电路接收，PT2272 解码芯片在相应端口产生输出，无线信号转化为电路内的电信号，相应的继电器产生动作，从而燮制电动机的运转。

燮制器流程见图7。