楊 波 韓 偉 張家檀 董德良 賀 波 安西友 李彥濤 黃 南 白凱旭 王文杰 李彥紅

(1 中儲糧成都儲藏研究院有限公司 610091)(2 中國儲備糧管理集團有限公司山東分公司 250013)(3 中國儲備糧管理集團有限公司山西分公司 030001)(4 中央儲備糧菏澤直屬庫有限公司 274000)(5 中央儲備糧太原直屬庫有限公司 030008)

1 研究背景

本研究背景來源于中國儲備糧管理集團有限公司“‘三小成果’提升轉(zhuǎn)化研究”項目中的車廂觀察鏡和移動照明工具兩個“三小成果”的優(yōu)化。

出庫車輛在裝車工作時，需要到車輛馬槽上觀察裝車情況，司機上下車登高作業(yè)存在一定的安全隱患[1]。而原方案中車廂觀察鏡使用時高度較高，收納不便。若要擴大應用，需要收納的便捷性和安全性。

移動照明工具能夠?qū)崿F(xiàn)作業(yè)現(xiàn)場夜間照明、工具歸置、現(xiàn)場二次物檢把關(guān)、應急管理等功能。工具箱內(nèi)能夠放置物檢工具，把關(guān)現(xiàn)場的二次物檢，避免感官檢驗造成的誤差；還能規(guī)范作業(yè)現(xiàn)場管理，提高工作效率；燈桿上方的LED照明燈，能夠滿足夜間作業(yè)現(xiàn)場照明需要。但是工具車功能分區(qū)不明顯、工具放置較凌亂，還需要進一步優(yōu)化，豐富功能多樣性。

針對上述兩個“三小成果”的背景和問題，從實用性、人性化、人體工程學和環(huán)境可持續(xù)性等角度[2]，進行產(chǎn)品整合和方案優(yōu)化，具體優(yōu)化思路如表1。

表1 成果優(yōu)化方案表

2 研究內(nèi)容

2.1 技術(shù)方案

新型的多功能工具車可攜帶小型工具在現(xiàn)場移動作業(yè)，省時省力；也可攜帶檢驗工具現(xiàn)場檢測，高效及時。同時外形輕巧靈活，移動輕盈順暢，十分方便[3]。兩個“三小成果”整合的重點在于產(chǎn)品功能的重新優(yōu)化，支撐桿伸縮和收納的便捷性。通過資料查詢和供應商咨詢，發(fā)現(xiàn)碳纖維材料在國內(nèi)外已普遍應用，生產(chǎn)成本低[4]，可用于取代工具車上的支撐桿，降高降重。車廂觀察鏡同樣采用高強度碳纖維伸縮桿降高降重。同時在工具車上增設(shè)了登高爬梯，儲物區(qū)做了功能分區(qū)，使產(chǎn)品更適用于現(xiàn)場作業(yè)的要求。

對產(chǎn)品詳細設(shè)計后，進行了試制、調(diào)試、試用。第一版工具車樣車在大連直屬庫北方片區(qū)儲糧科技成果展上進行了實物展示，后期在大連直屬庫進行了試驗試用，征求了試用單位的使用意見。第一版工具車關(guān)鍵圖紙見圖1，第一版工具車樣車結(jié)構(gòu)組成如圖2所示。

圖1 第一版裝配圖

圖2 現(xiàn)場作業(yè)工具車第一版結(jié)構(gòu)圖

第一版樣車試用后，總結(jié)存在以下缺陷：(1)工具車體積過大，(2)自動化程度不高，難以滿足大庫區(qū)作業(yè)要求。針對試用單位提出的意見，優(yōu)化了產(chǎn)品尺寸和自動化程度。優(yōu)化后的工具箱減重20%，能夠?qū)崿F(xiàn)自動行走作業(yè)。主要由電動加強型平板車、定制工具箱、爬梯、碳纖維伸縮桿、觀察鏡、夜間照明燈具、轉(zhuǎn)換連接件、前置物架、騎馬卡管夾、固定繃帶、繃帶壓片等組成[5]。具體結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 現(xiàn)場作業(yè)工具車第二版結(jié)構(gòu)圖

2.2 優(yōu)化分析

本產(chǎn)品以人性化設(shè)計理念為指導，優(yōu)化工具車的使用效能，有效提高其安全性，且對工具車的造型、結(jié)構(gòu)與功能進行了再設(shè)計，達到人、機、環(huán)境之間的協(xié)調(diào)[6]。工具箱定制化設(shè)計，規(guī)格和容量更大。工具箱分為上下兩層，上層兩個抽屜用于放置車廂觀察鏡和夜間照明燈具，下層雙開門置物柜可放置安全系固裝置、卸糧流量控制安全裝置、容重器、谷物選篩、水分儀等物檢工具和其他工具。工具車前端設(shè)置有現(xiàn)場作業(yè)工具的插口，便于掃帚、鐵锨、竹筢的放置和移取(見圖4)。將車廂觀察鏡、夜間照明燈具、爬梯整合到工具車上，增加功能多樣性。支撐桿優(yōu)化為三節(jié)式設(shè)計，重量更輕、作業(yè)范圍更廣。夜間照明燈可實現(xiàn)360°無死角照明，內(nèi)置電池單次充電可照明4 h～6 h，既方便又安全。側(cè)面爬梯通過插扣捆綁帶固定，方便拿??；爬梯和工具車上配備的常用工具，也進一步優(yōu)化了工具車的功能，使其不僅僅適用糧食出入庫作業(yè)現(xiàn)場工具的收納，還能適用于登高作業(yè)、機械設(shè)備維修、基建維修改造等現(xiàn)場作業(yè)。主要提升點歸納如下：

圖4 現(xiàn)場作業(yè)工具車第二版正面圖

(1)功能整合，將常用工具的需求整合到一個產(chǎn)品上，實現(xiàn)多功能。多種功能可以同時組合使用，也可以單獨使用。

(2)產(chǎn)品優(yōu)化，產(chǎn)品的造型、功能分區(qū)、工具的放置區(qū)域重新設(shè)計，更加規(guī)整。

(3)安全升級，無論是工具車本身的安全形式(防盜防止工具丟失)，還是工具車配備的爬梯、滅火器都能提高現(xiàn)場安全和應急管理水平。

2.3 電動加強型平板車設(shè)計及選型

電動加強型平板車前端有可旋轉(zhuǎn)的站架，使用時站架向下翻轉(zhuǎn)90°，作業(yè)人員站在平臺上即可操作。站架彈簧收縮，穩(wěn)定牢固。電動加強型平板車還具有燈光提示和語音提示，安全可靠指引性強，具體參數(shù)如表2。

表2 電動加強型平板車參數(shù)表

2.4 碳纖維伸縮桿應力分析

本產(chǎn)品的重點在碳纖維伸縮桿能否承受高空作業(yè)的要求。三節(jié)制的伸縮桿，針對其中一節(jié)做了受力分析，研究了其高空條件下的應力、位移和應變。通過SolidWorks Simulation(與SolidWorks軟件完全集成的設(shè)計分析系統(tǒng))對三維方案結(jié)構(gòu)進行應力仿真分析研究，并對方案的材料、質(zhì)量、結(jié)構(gòu)等進行優(yōu)化與改進[7]。

具體研究步驟如下：創(chuàng)建受力模型→加載Simulation模塊→施加應力→應用材料→夾具顧問→外部荷載顧問→連接顧問→運行此算例。

以上設(shè)置完成后，點擊“運行此算例”直接進行計算。并查看施加30 N作用力(模擬高空風力影響)情況下的模擬效果。伸縮桿下部施加的夾具顧問模擬的是管卡對其位置的固定，從圖中可以看出模擬效果最大的應力、位移和應變發(fā)生在伸縮桿的上端部，最大位移值為7.362e-003mm，模擬結(jié)果符合產(chǎn)品使用要求。

3 技術(shù)參數(shù)

現(xiàn)場作業(yè)工具車詳細技術(shù)參數(shù)見表3。

表3 現(xiàn)場作業(yè)工具車技術(shù)參數(shù)表

4 研究結(jié)論

目前，現(xiàn)場作業(yè)工具車已經(jīng)完成第二版樣車的試制，電動型工具車減重20%，自動化程度更高，安全性更佳，省時省力，大大提高了現(xiàn)場作業(yè)效率，改善了作業(yè)環(huán)境。產(chǎn)品應用達到了預期效果，下一步將擴大推廣應用范圍。