杨 波 韩 伟 张家檀 董德良 贺 波 安西友 李彦涛 黄 南 白凯旭 王文杰 李彦红
(1 中储粮成都储藏研究院有限公司 610091)(2 中国储备粮管理集团有限公司山东分公司 250013)(3 中国储备粮管理集团有限公司山西分公司 030001)(4 中央储备粮菏泽直属库有限公司 274000)(5 中央储备粮太原直属库有限公司 030008)
本研究背景来源于中国储备粮管理集团有限公司“‘三小成果’提升转化研究”项目中的车厢观察镜和移动照明工具两个“三小成果”的优化。
出库车辆在装车工作时，需要到车辆马槽上观察装车情况，司机上下车登高作业存在一定的安全隐患[1]。而原方案中车厢观察镜使用时高度较高，收纳不便。若要扩大应用，需要收纳的便捷性和安全性。
移动照明工具能够实现作业现场夜间照明、工具归置、现场二次物检把关、应急管理等功能。工具箱内能够放置物检工具，把关现场的二次物检，避免感官检验造成的误差；
还能规范作业现场管理，提高工作效率；
灯杆上方的LED照明灯，能够满足夜间作业现场照明需要。但是工具车功能分区不明显、工具放置较凌乱，还需要进一步优化，丰富功能多样性。
针对上述两个“三小成果”的背景和问题，从实用性、人性化、人体工程学和环境可持续性等角度[2]，进行产品整合和方案优化，具体优化思路如表1。
表1 成果优化方案表
2.1 技术方案
新型的多功能工具车可携带小型工具在现场移动作业，省时省力；
也可携带检验工具现场检测，高效及时。同时外形轻巧灵活，移动轻盈顺畅，十分方便[3]。两个“三小成果”整合的重点在于产品功能的重新优化，支撑杆伸缩和收纳的便捷性。通过资料查询和供应商咨询，发现碳纤维材料在国内外已普遍应用，生产成本低[4]，可用于取代工具车上的支撑杆，降高降重。车厢观察镜同样采用高强度碳纤维伸缩杆降高降重。同时在工具车上增设了登高爬梯，储物区做了功能分区，使产品更适用于现场作业的要求。
对产品详细设计后，进行了试制、调试、试用。第一版工具车样车在大连直属库北方片区储粮科技成果展上进行了实物展示，后期在大连直属库进行了试验试用，征求了试用单位的使用意见。第一版工具车关键图纸见图1，第一版工具车样车结构组成如图2所示。
图1 第一版装配图
图2 现场作业工具车第一版结构图
第一版样车试用后，总结存在以下缺陷：(1)工具车体积过大，(2)自动化程度不高，难以满足大库区作业要求。针对试用单位提出的意见，优化了产品尺寸和自动化程度。优化后的工具箱减重20%，能够实现自动行走作业。主要由电动加强型平板车、定制工具箱、爬梯、碳纤维伸缩杆、观察镜、夜间照明灯具、转换连接件、前置物架、骑马卡管夹、固定绷带、绷带压片等组成[5]。具体结构如图3所示。
图3 现场作业工具车第二版结构图
2.2 优化分析
本产品以人性化设计理念为指导，优化工具车的使用效能，有效提高其安全性，且对工具车的造型、结构与功能进行了再设计，达到人、机、环境之间的协调[6]。工具箱定制化设计，规格和容量更大。工具箱分为上下两层，上层两个抽屉用于放置车厢观察镜和夜间照明灯具，下层双开门置物柜可放置安全系固装置、卸粮流量控制安全装置、容重器、谷物选筛、水分仪等物检工具和其他工具。工具车前端设置有现场作业工具的插口，便于扫帚、铁锨、竹筢的放置和移取(见图4)。将车厢观察镜、夜间照明灯具、爬梯整合到工具车上，增加功能多样性。支撑杆优化为三节式设计，重量更轻、作业范围更广。夜间照明灯可实现360°无死角照明，内置电池单次充电可照明4 h～6 h，既方便又安全。侧面爬梯通过插扣捆绑带固定，方便拿取；
爬梯和工具车上配备的常用工具，也进一步优化了工具车的功能，使其不仅仅适用粮食出入库作业现场工具的收纳，还能适用于登高作业、机械设备维修、基建维修改造等现场作业。主要提升点归纳如下：
图4 现场作业工具车第二版正面图
(1)功能整合，将常用工具的需求整合到一个产品上，实现多功能。多种功能可以同时组合使用，也可以单独使用。
(2)产品优化，产品的造型、功能分区、工具的放置区域重新设计，更加规整。
(3)安全升级，无论是工具车本身的安全形式(防盗防止工具丢失)，还是工具车配备的爬梯、灭火器都能提高现场安全和应急管理水平。
2.3 电动加强型平板车设计及选型
电动加强型平板车前端有可旋转的站架，使用时站架向下翻转90°，作业人员站在平台上即可操作。站架弹簧收缩，稳定牢固。电动加强型平板车还具有灯光提示和语音提示，安全可靠指引性强，具体参数如表2。
表2 电动加强型平板车参数表
2.4 碳纤维伸缩杆应力分析
本产品的重点在碳纤维伸缩杆能否承受高空作业的要求。三节制的伸缩杆，针对其中一节做了受力分析，研究了其高空条件下的应力、位移和应变。通过SolidWorks Simulation(与SolidWorks软件完全集成的设计分析系统)对三维方案结构进行应力仿真分析研究，并对方案的材料、质量、结构等进行优化与改进[7]。
具体研究步骤如下：创建受力模型→加载Simulation模块→施加应力→应用材料→夹具顾问→外部荷载顾问→连接顾问→运行此算例。
以上设置完成后，点击“运行此算例”直接进行计算。并查看施加30 N作用力(模拟高空风力影响)情况下的模拟效果。伸缩杆下部施加的夹具顾问模拟的是管卡对其位置的固定，从图中可以看出模拟效果最大的应力、位移和应变发生在伸缩杆的上端部，最大位移值为7.362e-003mm，模拟结果符合产品使用要求。
现场作业工具车详细技术参数见表3。
表3 现场作业工具车技术参数表
目前，现场作业工具车已经完成第二版样车的试制，电动型工具车减重20%，自动化程度更高，安全性更佳，省时省力，大大提高了现场作业效率，改善了作业环境。产品应用达到了预期效果，下一步将扩大推广应用范围。
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