搬运HMB-4型液压机构的三维全向移动的圆盘托运小车设计与实现

广东电网有限责任公司中山供电局 姚光久 闫 超 方泽彬 陈伟明 黄 建 梁群锋 何潇柳

1 传统搬运HMB-4型液压机构的不足之处

目前，市面上常见的HMB-4托运小车因机构制造水平、内部零部件精度、长时间外部运行等诸多原因，导致其可靠性不高频发故障，当出现频繁打压、缸体裂纹、滤芯脏污、密封圈失效、液压油变质等故障影响安全运行时，须对其进行拆装搬运更换处理。因机构箱内部空间狭小，无法在机构内进行维修，需要将液压机构移出机构箱，才能实现360°无障碍检修，但是液压机构凸出的部分电子元器件到机构箱两边距离过小，造成水平移出前柜门时，会磕碰到前柜门左右门槛，需要通过圆盘托运小车的自旋转功能将凸出的部分电子元器件改变位置，方便水平移出液压机构。因HMB-4型液压机构制造水平、内部零部件精度、长时间外部运行等诸多原因导致其可靠性不高频发故障，当出现严重故障时需对其进行拆装搬运更换处理。

更换过程存在以下弊端[1]：托运小车没有自旋转功能，需要围绕一个圆点做圆周运动，运动半径大；其拆装精度无法得到保障，作业流程也烦琐；托运小车只具备水平移动功能，没有升降功能；在狭小空间内不具备测距、避障、闭锁功能[2]；传统托运小车体积大且笨重，动作迟缓，不适合有门槛的区域搬运[3]；HMB机构为不规则图形，重心不位于液压机构几何体中心，人工搬运会造成液压机构前后左右晃动，会造成磕碰设备，检修人员意外跌倒等情况。

2 三维全向移动的圆盘托运小车结构组成及原理

针对传统搬运HMB-4型托运小车存在的不足，如图1所示，本文提出一种新型的快速更换HMB-4型托运小车，该装置可实现优化现有搬运效率，模块化结构设计、装置同步升降、中心自旋转等功能，适用窄小搬运环境，提高搬运效率，杜绝了人为搬运HMB-4对人身和设备造成的伤害[4]。

图1 圆盘托运小车整体外观图

2.1 三维全向移动的圆盘托运小车结构组成

本文研制的“搬运HMB-4型液压机构的三维全向移动的圆盘托运小车”由超薄液压分体式油缸泵顶、横向轴承、自旋转动力装置、激光测距单元、万向轮、底盘、中盘、顶盘等部分组成（以下简称“托运小车”）。其中，托运小车具有自旋转和任意方向移动特性，可根据拆装需要灵活使用。装置主要技术原理、功能如下。

本发明的托运小车同时具备水平移动、垂直移动、自旋转功能，实现三维全向移动，在不增加空间和不改变圆盘托运小车结构的前提下实现多功能简单结构设计；托运小车采用底盘、中盘、顶盘叠加，底盘、中盘、顶盘的大小一致，底盘、顶盘为圆盘结构，中盘为中空内齿轮圆盘结构，零部件采用可视化设计，方便维护检修。

超薄液压分体式油缸泵顶的泵顶放置于顶盘底部四个位置，泵顶关于中心对称放置，泵顶位于中盘和顶盘之间，且固定于中盘和顶盘之间，如图2所示中盘的自旋转通过泵顶带动顶盘同步自旋转，油缸放置于中盘上面，油缸与泵顶之间通过软管连接，软管连接油缸部分为一个接口，连接泵顶部分为4个接口，通过四通阀连接，四个泵顶同时抬升同时下落，可以避免泵顶高度不一致造成顶盘倾斜，分体式设计可以防止压力异常突然下坠对工作人员的伤害，松开回油开关，活塞自动回位。油缸泵顶的配合使用可以实现顶盘的抬升和下降，油缸外置液晶显示屏，内置WI-FI、RFID、蓝牙等无线连接单元，可以通过远程遥控油缸实现泵顶的抬升和下降。

图2 圆盘托运小车底盘和中盘自旋转动力结构

如图3所示，中盘与底盘之间通过横向轴承相连接，通过自旋转动力装置在底盘不动的情况下带动中盘旋转。底盘上端有一圈凹槽，中盘下端有一圈相同直径凹槽，底盘上端的凹槽内置一圈滚珠，中盘底盘凹槽相嵌合时，两个盘面间距为滚珠直径的一半，此时在底盘不同的情况下，中盘可单独自旋转，这种结构就是横向轴承结构。自旋转动力装置如图2所示，可通过电机所在垂直转向的主动轮带动中盘所在结构的水平方向从向轮旋转（中盘就是中空内齿轮圆盘的从动轮），实现垂直转向动力传递，主动轮所在结构的电机内置WI-FI、RFID、蓝牙等无线连接单元，可通过远程遥控主动轮旋转实现中盘的自旋转，通过电机的减速器和控制模块，控制中盘的旋转方向和角度。

图3 底盘和中盘横向轴承连接结构

激光测距单元位于底盘外圆周一圈，在中盘自旋转和底盘水平移动的情况下，可探测底盘与前后左右障碍物的距离，如果物体位于柜体中，且前柜门有门槛，在托运小车移动，测距大于门槛的纵深尺寸，此时可实现物体搬运，不会出现磕碰柜门情况；如图4所示为底盘万向轮，可实现水平任意方向的移动，万向轮实现360°旋转，刹车板的作用是制动刹车，具有刹车功能的万向轮结构保证了托运小车的平稳固定，便于调节转运小车的转移方向，提高转运效率。

图4 底盘万向轮

万向轮位于小车底盘底部，激光测距单元位于底盘周边；横向轴承、自旋转动力装置位于底盘和中盘之间；超薄液压分体式油缸泵顶位于中盘和顶盘之间；托运小车采用垂直可视化设计，零部件维护检修方便，利用重力固定零部件，避免了传统螺丝螺钉固定的繁琐维护检修；托运小车顶盘具有磁性吸附功能，实现托运吸附一体化，可在物体完全移出机构箱后再拿掉圆盘小车。在搬运重物底部有凹槽的情况下，凸出顶盘可嵌合在凹槽起到固定作用，同时磁性吸附功能可以实现双重固定重物功能。

在圆盘托运小车完成HMB-4型液压机构与合闸模块的圆心重合后，下一步升高圆盘托运小车实现液压机构与合闸模块的无缝对接，实现液压机构与合闸模块的螺孔对位后，用螺丝进行固定，实现HMB-4液压机构的悬空，HMB-4液压机构在合闸、分闸状态与汇控箱底面保持悬空距离，留足液压机构底部叠簧储能和泄压空间。

2.2 一种快速更换HMB-4型液压机构装置技术关键点

如图5所示，该装置可达到快速搬运液压机构目的，同时可实现模块化等功能，安全搬运设备，提高检修效率，其技术关键点如下。

图5 HMB-4型液压机构平面图

超薄液压分体式油缸泵顶实现油缸泵顶的分离，油缸位于机构箱外，泵顶位于重物底部，可实现远距离操作，避免重物突然跌落对人身和设备造成的伤害。结构紧凑，降低了常规一体式油缸泵顶的高度，具有耐用、防腐、耐磨、低噪声等优点。HMB为不规则形状，重量为280kg，不规则造成HMB-4的重心与其几何中心不重合，为了避免升降过程中重心不稳造成HMB-4倾倒，在HMB-4底部对称安装泵顶，超薄液压分体式油缸泵顶同步升降，避免不同步升降的高度差造成重物倾倒。

HMB为不规则形状，左侧突出部分为辅助开关，右侧凸出部分为二次接线及分合闸线圈，后侧凸出部分为电机，HMB四周有3个对称储能模块，通过自旋转避免更换过程对精密元件磕碰。圆盘小车的自旋转可在达到避障目的时候水平无障碍移出。可实现水平移出物体过程，避开周围障碍物对精密电子元器件的磕碰；圆盘小车底部的万向轮，可实现任意方向旋转，实现复杂的弧线运动，带动圆盘小车上方的物体任意方向运动。当需要被搬运物体固定的时候，使用金属材料的制动刹车板进行固定，踩下刹车板，金属夹具固定于万向轮上，阻止万向轮的移动。

底盘与中盘之间的自旋转动力结构，通过电机的减速器和控制模块，控制中盘的旋转方向和角度。其旋转的通过水平电机带动主动轮旋转，从而实现从动轮的旋转，从动轮固定于中盘，实现中盘的同步旋转，电机齿轮动轮组合装置的配合可以实现精确启停、精确旋转，避免的滚珠圆盘在重物的移动下出现的打滑现象；激光测距单元可以探测底盘与前后左右障碍物的间距，实现避障和防磕碰功能。激光测距单元采用可吸附式测距装置，不需要使用的时候可以取下，需要的时候可以根据HMB-4金属特性，吸附在HMB-4机构上。

圆盘小车具有磁性吸附功能，实现托运吸附一体化，可在物体完全移出机构箱后再拿掉圆盘小车。在搬运重物底部有凹槽的情况下，凸出顶盘可以嵌合在凹槽起到固定作用，同时磁性吸附功能可以实现双重固定重物功能；无线连接控制单元，可远程实现小车自旋转角度、方向、水平移动、垂直升降的精准控制。远距离操作，避免重物突然跌落对人身和设备造成的伤害；托运小车整体采用不锈钢材料，坚固耐用、不易变形。一体式模块化组合设计，方便拆装和改变模块，以适应不同尺寸的搬运物；托运小车采用垂直可视化设计，零部件维护检修方便，利用重力固定零部件，避免了传统螺丝螺钉固定的繁琐维护检修。

3 结语

本文提出的一种搬运HMB-4型液压机构的三维全向移动的圆盘托运小车，提供了一种简单小巧灵活的重物搬运工具，无须人工搬运，避免夹伤，误伤检修人员，安全可靠。且该装置适用于各种大小类型的物体搬运，效率高，适合有障碍的水平地面，采用零部件可视化设计维修简单可靠。快速安全搬运，缩短了检修时间，提高了系统供电可靠性及用户供电可靠性。