一种新型移动式千斤顶的结构和控制研究

周子悦

摘要：针对传统的千斤顶适用范围小，无法在特殊环境下放置工作的问题，提出了一种新的搭载有无线远程控制和实时通信模块的移动式千斤顶，通过手机等设备来控制千斤顶的起落和移动，解决千斤顶人工操作局限性大的问题，实现特殊地段的勘察和特殊的救援场合。

关键词：无线远程控制;实时通信;千斤顶

0  引言

天灾人祸往往是一种不可抗拒的力量，由于自然灾害、公共安全事件等因素而造成的灾害时常发生，在救灾过程中，救援人员因为不能及时的把倒塌的楼板撑开缝隙而导致被困人员残疾或死亡的例子比比皆是。所以在一些场合，新型的移动式千斤顶运用前景广阔。基于这种情况，利用电力驱动的千斤顶，通过手机APP等操作平台使其自行进入到指定地点起顶撑开重物，减少因地形原因导致被困人员无法被及时救出的事件。

在千斤顶技术的研究方面，千斤顶技术的研究现状与展望[1]一文中就提出了千斤顶未来发展的方向是重量轻，携带方便，外形美观，使用可靠，自动化，智能化的。而现在的千斤顶大部分都是朝着这个方向在发展，不过大多都是在普通环境下使用的，对于应用在特殊环境中的很少。一种T-32遠程手动控制救援液压千斤顶的设计与研究[2]论文中对一种在特殊环境下使用的千斤顶进行了论述，但这种千斤顶还是需要人工放置，在某些环境中十分受限。

1  千斤顶总体设计方案

本设计的一个千斤顶由底座、千斤顶、摄像头和单片机组成。以移动救援的案例为设计场景。一个智能千斤顶结构示意图见图1。

底座由三角履带支撑，使得底座的灵活性得到极大地提升。同时底座上带有一个活动块，活动块的上部为半圆形，由拉簧与底座相连。

千斤顶的底部为半圆形，在立起的时候与底座上的活动块上部相交使活动块下降，让活动块的底部落地，起到支撑千斤顶的作用。

该结构操作简单，制作方便，可降低生产成本，且有如下优点：

①性能良好：起顶高度低，可达高度高;

②结构简单：重量轻，坚固耐用，成本低;

③操作方便。

针对目前市面上存在人力搬运千斤顶费时费力的不足，设计改良千斤顶能够自行运动，同时拥有无线控制功能， 在千斤顶起顶时，可以通过手机等设备来控制推拉杆使千斤顶立起着地，千斤顶起顶示意图如图2所示。当千斤顶处于起顶状态时，底座下方的活动块会与千斤顶的底部接触，使活动块的弹簧拉伸，在此过程中活动块底部会慢慢的接触地面，直至起顶结束。当千斤顶收回时，活动块弹簧收缩，使活动块离开地面，并且千斤顶底部也会与活动块分离。

2  控制硬件设计

2.1 硬件总体设计

为克服传统千斤顶需人力搬运并手工操作的问题，采取用履带底盘载运千斤顶，上位机远程对其起顶收放控制的总体方案。运动时，利用直流电机，控制履带转动及转向。单片机通过控制舵机转动的角度来实现千斤顶的顶起、回落过程。而底座头部的摄像头则实时传输环境图像，便于监控人员调整位置。硬件总体设计见图3。

2.2 千斤顶的主要设计技术指标

千斤顶作为常用的举升工具，其主要功能是承受被举物体的重量。设计是根据车用千斤顶改进的，因此为了使设计的产品具有普遍适用性，将其最大承受载荷设计为1000kg，其具体技术指标如下：

①最大承受载重：1000kg;②最低高度：165mm;③起升高度：220mm;④最大高度：385mm;⑤驱动方式：电动;⑥净重：5kg;⑦外型尺寸：257×248×136。

由于受材料及现实问题，采用模型试验方式来验证设计的千斤顶结构及功能。

3  软件设计

软件总体设计部分拟按照如图4所示流程设计。

软件总体设计分为三部分：第一部分为主控单片机控制程序设计，负责控制底座运动、千斤顶的起顶及摄像头模块的工作。第二部分为无线通讯模块的程序设计，是无线远程控制千斤顶工作的保障。第三部分为上位机及手机APP程序的开发，它是接收摄像头输送图像的窗口，利用它可以实时监控周围环境状况并及时调整达到最佳起顶位置。

系统主函数流程及代码如图5所示。

综合考虑选取的单片机规格和编写程序的难易，采用裸机程序开发。第一、第二软件编程部分均采用stm32库函数方式完成编写，采用模块化的设计方法，与各子程序做为实现各部分功能和过程的入口，完成底盘前进、后退和转向，舵机转动，视频传输等功能的设计。

程序的编写采用模块化的编程思想，提高代码的移植能力，对代码进行模块化设计。

单片机根据写入内部的程序直接控制直流电机、舵机以及车载其他部件。搭载的摄像头能将视频传送上位机，便于用户监控;另外，用户也可在远处使用手机APP操作端实现对千斤顶的控制。

PC机的软件采用VB编写，主要用来完成数据存储、界面显示、与单片机的通信等功能，工作界面直观，操作简单，实现了良好的人机对话。单片机的软件采用C语言编写，用来完成与PC机的通信，数据采集，以及通过人机交互监控画面，进而实现对千斤顶的远程控制。

4  总结

随着突发安全事件在各种复杂地形中发生，千斤顶的适应性也日益受到关注，而改变运动方式，提高灵活性是提高适应性的途径之一。当在复杂环境和空间未知时，人为安放千斤顶无法确保准确性，环境越复杂，千斤顶的适应性越低。因此本文提出了采用带三角履带的底座承载千斤顶来控制千斤顶运动到合适位置展开。最后采用无线通讯传输使地形内部信息传输到外界，为监控千斤顶工作提供了可靠性保证，对于实际应用还有待验证，特别是在特殊环境下如何选取合适的千斤顶支点，还需要综合考虑很多因素。由于实验条件所限，本设计只能做一个大概的模型，如果有条件的话，还可以对千斤顶进行全面的优化设计。

参考文献：

[1]陈燕，欧阳加强.千斤顶技术的研究现状与展望[J].现代机械，2002（04）：58-60，50.

[2]李英，茹正华.一种T-32远程手动控制救援液压千斤顶的设计与研究[J].液压与气动，2013（06）：76-78.

[3]黄兴明.一种车载便捷式停车器的研制[J].时代汽车，2018（08）：125-126.

[4]胡新林，李双弟.一种便携式汽车多功能千斤顶设计[J].蚌埠学院学报，2014，3（06）：4-6.

[5]卢远西.车用千斤顶研究与设计[J].中国高新技术企业，2016（31）：7-8.

[6]周广智.家用汽车电动液压千斤顶的设计[J].现代制造技术与装备，2016（09）：60-61.