动车组智能大件行李储物柜设计.pdf

2023 年 27 期设计创新科技创新与应用Technology Innovation and Application动车组智能大件行李储物柜设计李纯，张宇海，曹永健，张晨阳（南京铁道职业技术学院，南京 210015）目前乘坐动车组已经成为人们旅行生活热衷的选择，部分型号的动车组列车中设计有大件行李放置处，设置在车厢端部，但传统的大件行李架是一种普通的栏杆隔板，当人们需要放置大件行李时，由于行李较大较重，会优先将行李放置在下层，而上层行李架往往会被空置，造成资源浪费。即便乘客想要将行李放置在上层，往往需要花费很大的力气，而且在放置过程中存在安全隐患。因此本文以 CR400BF 动车组为设计基础，充分利用车辆的有限空间，以使用者多元化、个性化的需求为导向，设计了一种垂直循环式大件行李智能储物柜。1总体设计参考升降横移式、垂直循环式、垂直升降式和巷道堆垛式 4 种技术成熟的立体车库原理，综合考虑CR400BF 动车组过道空间有限，为了使设计结构简单，避免占用太多空间，提高车厢内部空间利用率，最终选用垂直循环式立体储物柜的方案。结构如图 1 所示。短编的 CR400BF 动车组列车为 8 辆编组，其中商务/一等车 1 辆、商务/二等车 1 辆、二等车 4 辆、带无障碍设施二等车 1 辆及餐车二等座合造车 1 辆，本文以该车为设计基础，其中参考的尺寸为车厢长度 25000mm；车体宽度 3 360 mm；车顶距轨面高度 4 050 mm。在实际运用过程中，除动力车顶部设有高压用电设备（如受电弓车顶避雷器）以外，还设有检修天窗、动车信号及电台系统。大部分车厢顶部空间是待用状态，车体长度为 25 500 mm，除去水箱、空调设备，经计算可得知各车厢安装空间十分充足。图 1智能储物柜总体结构图基金项目：江苏省高校青蓝工程资助（无编号）；江苏省自然科学研究面上项目（19KJB580014）第一作者简介：李纯（1988-），女，硕士，副教授。研究方向为轨道车辆系统动力学。摘要：为方便旅客携带与放置大件行李，结合垂直循环式立体车库的基本原理，以 CR400BF 动车组为设计原型，参考其车内设备安装及空间尺寸，设计一种垂直循环式大件行李智能储物柜，该智能储物柜是机电一体化产品，由 PLC 程序控制驱动电机，储物柜机械箱体循环转动方便乘客取放行李。关键词：动车组；大件行李；智能储物柜；设计；垂直循环式中图分类号院TP273文献标志码院A文章编号院2095-2945渊2023冤27-0104-04Abstract:In order to facilitate passengers to carry and place large luggage,combined with the basic principle of verticalcirculation three-dimensional garage,taking CR400BF EMU as the design prototype and referring to the installation and space sizeof the equipment in the car,a vertical circulation intelligent locker for large baggage is designed.The intelligent locker is amechatronics product,which is driven by PLC program,and the mechanical box of the locker rotates to facilitate passengers topick up and put their luggage.Keywords:EMU;large luggage;intelligence locker;design;vertical circulationDOI：10.19981/j.CN23-1581/G3.2023.27.025104-设计创新科技创新与应用Technology Innovation and Application2023 年 27 期2机械部分设计2.1主体支撑座主体支撑座（图 2）作为自动化行李架的主要部件之一，主要用于承载行李以及其余零件的重量和对单元托盘进行路径固化。利用图 2 后方立柱来作为力传递的最后一部分，同时也对下部电机、齿轮等进行初步防护，两导轨轨迹通过对单元托盘利用空间最大化的计算得出，若需要整改或改进，需要重新进行计算。其材料选择合金钢（ss），合金钢具有较好的塑、韧性和强度，以及一定的硬度，能承受震动和冲击负荷，但切削能力差。图 2主体支撑座与主体支撑座连接的零件为传动链条组合、防倾倒定位器，两者与主体支撑座为间隙配合。传动链条组合安装于内部导轨，从缺口处安装，中间滚轮卡于中间缝隙处；防倾倒定位器安装于外部导轨，利用防倾倒伸出立柱与导轨接触产生支撑与导向作用。2.2传动链条座传动链条座（图 3）内设有卡槽，与传动链条组合中的滚轮相配合，从而起到固定与力的传递的作用。安装方法为从缺口处安装，中间滚轮卡于中间缝隙处，其材料选择合金钢（ss）。图 3传动链条座与传动链条连接的零件为传动链条组合，传动链条组合安装于内部导轨，从缺口处安装，中间滚轮卡于卡槽。2.3防倾倒定位器防倾倒定位器（图 4）作为自动化行李架的主要导向部件，单元托盘有 3 格，可放置行李，该部件可以防止单元托盘出现倾斜现象，从而影响机器运行，是较为核心的部件。该零件与主体支撑座相配合，如需改动，则主题支撑座也需改动，产生连锁反应。其材料选择合金钢（ss）。该部件 4 条立柱与主体支撑座间隙配合；空洞需安装轴承后与单元托盘格圆柱相连接，均使用过盈配合。图 4防倾倒定位器2.4单元托盘格圆柱单元托盘格圆柱（图 5）作为自动化行李架的主要部件之一，主要用于承载单元托盘格所传递的重量以及提升板传递的动力。因需要与提升板、防倾倒定位器相配合，需在此部件上安装 4 个轴承（两端各 2 个），如需改进可增加轴承座。其材料选择 AISI 1020 钢材料（20#钢），该材料含碳量为 0.2%，属于低碳钢，其强度和硬度较低，塑性和韧性较好。该部件与轴承过盈配合，与单元托盘格过度配合。图 5单元托盘格圆柱2.5单元托盘格单元托盘格（图 6）内设 3 格行李格，用于放置行李。在保证承载以及单元托盘互不干扰的前提下可根据需要改变外形。为减轻该部件自重且符合行李最大承载需求，以轻木作为该部件材料。该部件与单元托盘格圆柱过度配合，不可发生相对位移。105-2023 年 27 期设计创新科技创新与应用Technology Innovation and Application2.6提升板提升板（图 7）是传递动力元件，表面设有 3 个通孔。图7 左侧 2 个孔与传动链条组合中的链条穿销相连接，右孔用于连接单元托盘圆柱。当电机带动链条转动时，左孔与链条一同转动，从而带动单元托盘格圆柱。其材料选择合金钢（ss），合金钢具有较好的塑、韧性和强度，以及一定的硬度，能承受震动和冲击负荷，但切削能力差。该零件通过螺栓配合与传动链条组合相连接，右孔则与轴承采用过盈配合安装。图 6单元托盘格图 7提升板2.7传动链条组合传动链条组合（图 8）由 2 片链条片、中间滚轮及穿销组成，是自动化行李架的主要传动部件之一。中间滚轮不但用于卡入传动链条座内卡槽，亦需要传递传动齿提供的动力。链条片采用 AISI 1045 钢材料（45#钢），该材料冷塑性一般，退火、正火比调质时要稍好，具有较高的强度和较好的切削加工性，经适当的热处理以后可获得一定的韧性、塑性和耐磨性，材料来源方便。图 8传动链条组合2.8传动齿片及传动轴传动齿片及传动轴（图 9）作用是将电机传递的动力传递给自动化行李架传动部分，该部件由 2 片传动齿以及传动轴组成，采用过盈配合。其材料选择 AISI1020 钢材料（20#钢），该材料含碳量为 0.2%，属于低碳钢，其强度和硬度较低，塑性和韧性较好。图 9传动齿片及传动轴2.9升降机构升降机构主要由电机、制动器、双级行星齿轮减速器、联轴器、开式齿轮和链传动等组成，其结构示意图如图 10 所示。1-电机曰2-制动器曰3-联轴器曰4-双级行星减速器曰5-联轴器曰6-开式齿轮 A曰7-开式齿轮 B曰 8-开式齿轮 C曰9-开式齿轮 D图 10升降机构结构图当需要存取行李的时候，行李箱自动控制系统发出信号，电动机开始转动，通过双级行星齿轮减速器进行第一次减速。减速器通过联轴器带动两级开式齿轮转动，进行第二次减速。第二级开式齿轮的大齿轮与链轮同轴，带动链轮转动，进而通过链条带动箱体完成升降运动。电机正转或者反转，可使箱体顺时针方向或者逆时针方向转动。3电气部分设计由用户发出指令，以 PLC 信号控制驱动电动机，对大件行李储物柜进行操作，PLC 中通过分析处理，控制气动门闭锁，在单元托盘上找到行李，输入位数，便会控制电动机以便用户取出行李，从而实现以 PLC 程124356789106-设计创新科技创新与应用Technology Innovation and Application2023 年 27 期序实现控制储物柜。而滤波、稳压部分则是为了保证电路输出的波形平滑，滤除脉动成分，以实现输出的电压不随外界因素的变化而变化。3.1PLC 程序设计PLC 主控台（图 11）提供 24 V 电压驱动电动机控制部分，用户放好行李后按下控制面板上的关门按钮，此时信息将通过控制系统传送到中心 PLC 中，PLC 通过分析处理，从而控制气动门闭锁，当用户回来取行李时，只要在单元托盘上找到行李，输入单元托盘位数，PLC 便会控制电动机，将用户行李降到最下方，以便用户取出。图 11PLC 接线图3.2稳压滤波电路设计输出的波形尽量平滑，滤除脉动成分，在电容的选择上要选择大容量电容，保证放电时间，时间越长、脉动成分就会越少，电压也会更稳定。当电源电压增加时，电容会将电能进行存储，当电源电压减小时，电容会将所存储的电能进行释放，利用电容器来降低输出电压的纹波，使输出波纹比较平滑，达到较好的滤波效果，如图 12 所示。图 12滤波电路稳压电路（图 13）的主要作用在于当外界因素发生变化时，保证输出的直流电压不受影响。稳压部分采用三端稳压器来实现电压平稳，将串联的稳压电源与保护电路集成在一起形成集成稳压器，稳压器包括输入端、输出端和公共端。图 13稳压电路4结束语垂直循环式大件行李储物柜的设计包含机械部分设计、电气部分设计，最终实现由用户发出指令，触发PLC 信号再由其发出控制信号来驱动电动机，从而控制储物柜的所用动作。该设计可以充分利用动车组车体内部的有限空间，改善大件储物的环境及条件，提升乘客的乘坐舒适度。参考文献院1 HU G Y，SUN W H，SONG Y Q.Study on SustainableDevelopment of Chinas Automated Stereoscopic WarehouseBuildingC/Advanced Materials Research.Trans Tech Publi原cations，2012（524）：2861-2866.2 程黎.基于 PLC 的智能立体车库车辆搬运机器人模型及控制系统设计J.南方农机，2023，54（11）：19-21，26.3 辜苇.基于模块化设计理念的京雄城际高铁大件行李储物柜再设计D.北京：北京交通大学，2019.5 杨元庆.基于刚柔耦合的垂直循环立体车库链传动结构优化方法研究D.淄博：山东理工大学，2022.6 郭联金，李会玲，周晶，等.垂直循环立体车库钢结构设计与分析J.特种设备安全技术，2022（3）：43-45.U1U1U2D4D3D2D1U0RLSbc1c2c0U0123RLRLU0C0C2C1123渊a冤输出正电压电路W78XXW79XX渊b冤输出负电压电路X1X0X2X3X4X5X6COMCOM1Y5Y3Y4Y2Y1Y0KM0KM1FX2N-48MRS01ST1ST3ST2ST4ST5ST6Fu107-