《棚车装载运送小车转向机构的虚拟设计》
作者：李有堂，纪宪军
(1.兰州理工大学数字制造技术及应用教育部实验室，甘肃 兰州 730050）
（2.兰州理工大学机电工程学院，甘肃 兰州 730050)
摘要：针对棚车装载运送小车工作空间狭小，导致装载运送小车无法完成90°转向的问题，提出并设计了一种新型的原地直角转向机构。该转向机构采用了左右各两个万向节的设计，且对运送小车底盘做了适应性设计，以使每个万向节均转过45°，实现转向平稳和高效的目的。由于直角转向后左右轮毂的转向相反，同时考虑到转向机构不宜过于复杂，故设计了左右轮毂间的简易差速器。结果表明：该棚车装载运送小车转向机构可实现小车在棚车内狭小空间的直角左右转向后平移至指定位置等动作。
关键词：棚车；运送小车；万向节；转向机构；仿真分析；虚拟设计
中图分类号：TP424.2 文献标识码：A 文章编号：2095-509X(2019)06-0005-04

火车棚车装载空间狭小，运送小车在车厢内只能平动，而国内外还没有用于此工况的机械，因此需要设计一种能够实现90°转向的机构。传统各类小车的转向机构最大转角都小于90°，由于转向机构的结构特点，转角达到90°时无法驱动轮毂转动。近几年为了满足一些特殊工况的需要，开发出了一些可以实现90°转向的特殊转向机构，但其结构复杂，装配时占用空间较大，而火车棚车内空间狭小，对运送小车的尺寸有严格要求，故不能应用于此工况下。因此传统的转向机构和新型的90°转向机构都不能用于此类需要90°侧移的运送小车上，需要设计一种适用于火车棚车自动装载运送小车的专用转向机构。

1转向机构的设计基础
1.1 装载运送小车的工作原理
火车棚车车门位于棚车中部，由于棚车车门尺寸的限制，故研究的装载运送小车应严格按照车门的尺寸进行设计。此外，装载运送小车从棚车中部的车门进入车厢后，需要向左或向右平移至卸载位置，此时需要转向机构驱动轮毂旋转90°，以实现小车侧移的目的。
运送小车在运送码垛好的货物时，首先在转向机构的驱动下，将轮毂旋转90°，然后小车再横向运动进入棚车内部，由于车门在棚车中部，故转向机构再反向驱动轮毂旋转90°，然后小车向前运动至指定位置，最后推板向前推动，完成货物的推卸。火车棚车车门的宽和高分别为2 590mm和3 012mm，运送小车的长和高均为2500mm 。由于棚车的宽度为2 190mm，故将该小车的宽度定为2000mm。

1.2 运送小车几何建模及虚拟装配
如图1所示，首先根据运送小车设计的尺寸，运用三维建模软件UG，对运送小车车身进行三维几何建模；然后根据曲柄滑块机构的运动规律确定连杆的尺寸，使推板有合理的推程，以保证推板能顺利推卸货物。根据设计要求，对各零部件进行虚拟装配，得到小车的装配体模型。

2 运送小车转向机构的设计
2.1 转向机构的结构设计
运送小车的运动轨迹比较特殊，需要实现原地90°侧移运动。另外，因为受到火车棚车的尺寸限制，运送小车车身的尺寸已经确定，所以此转向机构不宜做得过于复杂，以免机构尺寸过大，无法与小车车身进行装配。

作者简介：李有堂（1963—），男，教授，博士，主要从事裂纹理论、产品创新设计、寿命管理和虚拟技术等的研发工作，lyt@lut.cn.
通讯作者：纪宪军，2455510108@qq.com.