助力旅行箱的研究設(shè)計(jì)

張洪　田桂林　趙英才　黃能

摘? ? 要：隨著現(xiàn)代快速發(fā)展的節(jié)奏，人們的出行頻率越來(lái)越高，旅行箱成為必需品。本文設(shè)計(jì)了一款以履帶為介質(zhì)，用機(jī)械動(dòng)力代替人力，實(shí)現(xiàn)助力爬樓梯的旅行箱，主要解決笨重旅行箱上下樓梯困難問(wèn)題，有效幫助出行人員節(jié)省勞動(dòng)力，降低出行安全風(fēng)險(xiǎn)。

關(guān)鍵詞：旅行箱;履帶;爬樓

在現(xiàn)代快速發(fā)展的進(jìn)程中，人們出行越來(lái)越頻繁，出行目的地也越來(lái)越廣，旅行箱成為眾多出行人士的必備品。現(xiàn)如今旅行箱樣式越來(lái)越多，功能越來(lái)越齊全，但普遍存在一大缺陷，缺乏跨越臺(tái)階功能。在面對(duì)樓梯臺(tái)階時(shí)，人們往往只能通過(guò)手提，一步一步走上（下）臺(tái)階。雖有電梯的普及，但在出行高峰期或者傳統(tǒng)建筑區(qū)域，大多數(shù)人們背負(fù)著旅行箱上下樓梯，往往很費(fèi)勁，也容易出現(xiàn)安全事故。

因此，一款具有上下樓能力的旅行箱顯得極其有意義。為此，本文針對(duì)性地設(shè)計(jì)了一款以履帶為介質(zhì)，用機(jī)械動(dòng)力代替人力，實(shí)現(xiàn)助力爬樓梯的旅行箱，主要解決笨重旅行箱上下樓梯困難問(wèn)題，有效幫助出行人員節(jié)省勞動(dòng)力。

一、設(shè)計(jì)方案

本旅行箱設(shè)計(jì)靈感來(lái)源于坦克爬坡思路，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)由三部分組成，分別是儲(chǔ)物箱體、四輪行走系統(tǒng)以及履帶行走系統(tǒng)。儲(chǔ)物箱體用于儲(chǔ)納出行物品，為內(nèi)中空箱型結(jié)構(gòu)，配抽拉桿，方便推動(dòng)箱體自由前進(jìn)。四輪行走系統(tǒng)，由兩個(gè)萬(wàn)向輪和兩個(gè)固定輪組成，安裝在箱體下方，實(shí)現(xiàn)旅行箱在水平地面上行走。履帶行走系統(tǒng)，由電機(jī)、履帶、履帶輪、支撐件等組成，安裝在箱體側(cè)面，主要實(shí)現(xiàn)旅行箱爬樓梯功能。整體結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

二、零部件設(shè)計(jì)

（一）箱體設(shè)計(jì)

結(jié)合市面旅行箱常用規(guī)格尺寸，參考人體工程學(xué)，考慮爬樓所需履帶等因素，箱體外形尺寸確定為長(zhǎng)800mm，寬450mm，高250mm，除去履帶行走系統(tǒng)占用部分空間以及殼體厚度等，箱體內(nèi)凈空尺寸為790mm*440mm*200mm。

箱體殼體選用硬質(zhì)耐磨CURV復(fù)合材料（100%聚丙烯），具有密度低、抗沖擊能力強(qiáng)、耐腐蝕等特點(diǎn)，箱體表面預(yù)留啟動(dòng)/停止控制按鈕、USB接口、蓄電池充電接口以及拉桿、把手位置。

（二）履帶行走系統(tǒng)設(shè)計(jì)

它主要由電機(jī)、履帶、履帶輪、支撐件等組成。電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)履帶傳動(dòng)，通過(guò)履帶外層齒狀結(jié)構(gòu)增加履帶與臺(tái)階面間的摩擦力，從而提供較大的爬樓作用力。

通過(guò)對(duì)本地地鐵站、火車站、大型商場(chǎng)、學(xué)生宿舍樓梯的實(shí)際測(cè)量，統(tǒng)計(jì)分析得到樓梯臺(tái)階水平長(zhǎng)度為300mm，臺(tái)階高度為140mm，與水平角度為25°，相鄰臺(tái)階斜面長(zhǎng)度為331mm。為使履帶能正常進(jìn)行樓梯臺(tái)階面的連續(xù)傳動(dòng)，選用履帶與地面接觸長(zhǎng)度為670mm。

本次設(shè)計(jì)選用ZRT-50B橡膠履帶，履帶輪直徑d=78mm，履帶寬度為50mm，履帶周長(zhǎng)為1585mm，如圖2、圖3所示。

選用24V直流電動(dòng)機(jī)，轉(zhuǎn)速150r/min，功率200W，配24V可充電蓄電池，電池組件布置于箱體底部。履帶輪支撐采用整體式徑向滑動(dòng)軸承座，結(jié)合箱子承載能力，綜合確定輪轂軸徑為8mm。電機(jī)通過(guò)電機(jī)座與箱體底面固定，與履帶輪輪轂軸徑通過(guò)套筒聯(lián)軸器聯(lián)接在一起，如圖所示。中間履帶輪為支撐組件，起負(fù)重及張緊作用。

（三）四輪行走系統(tǒng)

四輪行走系統(tǒng)，由兩個(gè)萬(wàn)向輪和兩個(gè)固定輪組成，安裝在箱體下方，通過(guò)傳統(tǒng)固定方式和箱體相連，實(shí)現(xiàn)旅行箱在水平地面上行走。

（四）其他功能設(shè)計(jì)

結(jié)合現(xiàn)代出行人士的多樣化需求，在箱體上增加USB接口，配以合適轉(zhuǎn)換電路，實(shí)現(xiàn)24V可充電蓄電池轉(zhuǎn)化為可供手機(jī)、平板等使用的充電寶。拉桿機(jī)構(gòu)、密碼鎖裝置，參照傳統(tǒng)旅行箱設(shè)計(jì)。

三、小結(jié)

本項(xiàng)目設(shè)計(jì)了一款借助機(jī)械動(dòng)力代替人力的旅行箱，相比市場(chǎng)現(xiàn)有旅行箱而言，具有以下特點(diǎn)：

（1）該旅行箱適用范圍廣，可在人們的正?；顒?dòng)范圍內(nèi)使用，不限于商場(chǎng)、火車站、地鐵站、宿舍等場(chǎng)所，具有極好的應(yīng)用市場(chǎng)。

（2）該旅行箱應(yīng)用機(jī)電一體化思想，操作簡(jiǎn)單，使用方便。

（3）該旅行箱在上下樓梯時(shí)，省力，減少勞動(dòng)強(qiáng)度，降低手提操作時(shí)易產(chǎn)生安全事故的風(fēng)險(xiǎn)。

（4）該旅行箱可做應(yīng)急電源使用，方便給出行人士外出手機(jī)、平板等進(jìn)行充電。

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