半自動(dòng)平地、爬樓兩用搬運(yùn)小車設(shè)計(jì)

潘玉榮+王成繼+馬麗

摘 要：針對(duì)無(wú)電梯樓層居民上下樓搬運(yùn)重物不便，設(shè)計(jì)了一款半自動(dòng)爬樓搬運(yùn)小車。其既能在平地上行駛，又可以在臺(tái)階上搬運(yùn)貨物，在上下臺(tái)階時(shí)貨箱可以根據(jù)重心變化自動(dòng)調(diào)節(jié)貨箱的傾斜角度，對(duì)搬運(yùn)的貨物給予一定的保護(hù)，減少搬運(yùn)工程中對(duì)貨物的損壞。其最大創(chuàng)新點(diǎn)在于電磁離合器配合多輪式爬樓機(jī)構(gòu)的使用，使用使得小車的系統(tǒng)簡(jiǎn)化，機(jī)構(gòu)緊湊，運(yùn)行安全，具有積極的社會(huì)意義。

關(guān)鍵詞：爬樓；搬運(yùn)；輪組；電磁離合器

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.19.031

1 引言

隨著物流行業(yè)的迅猛發(fā)展，客戶對(duì)服務(wù)質(zhì)量要求越來(lái)越高，很多客戶要求送貨上門。按照GB50096-2011《住宅設(shè)計(jì)規(guī)范》要求[1]，大多數(shù)低于7層以下普通居民樓都還沒(méi)有安裝電梯，居民上下樓搬運(yùn)貨物很不方便[2]，迫切的需要一種能夠上下臺(tái)階且可在平地上行駛的助力工具。美國(guó)、日本、德國(guó)、中國(guó)等國(guó)家對(duì)爬樓機(jī)構(gòu)的做了研究，使其具有記憶路線、自動(dòng)避障、自動(dòng)行走等能力[3]。目前國(guó)際上使用較多的爬樓機(jī)構(gòu)有三種，多輪式、多腿式、履帶式[4-5]。

課題研究了一款可以用于平地、樓道及其它崎嶇地面等環(huán)境下的貨物半自動(dòng)搬運(yùn)小車。其最大承重100公斤，能原地轉(zhuǎn)彎，動(dòng)力由四個(gè)直流電機(jī)協(xié)作進(jìn)行提供，主要運(yùn)動(dòng)部分由4個(gè)輪組組成。電機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器與輪軸相連，輪軸和支架通過(guò)電磁離合器相連。其具有輕便簡(jiǎn)潔，操作簡(jiǎn)單，平穩(wěn)快速的特點(diǎn)。打開(kāi)電源后，操作人員只需要按動(dòng)操控面板上的按鍵就可以對(duì)小車進(jìn)行控制。

2 水平調(diào)節(jié)滑槽設(shè)計(jì)

爬樓搬運(yùn)小車在上下臺(tái)階時(shí)車身傾斜，使里面的貨物橫向受力，對(duì)貨物有一定的影響，特別是相對(duì)較精密易碎的物品。為減少搬運(yùn)過(guò)程中車身的傾斜角度，設(shè)計(jì)了圓弧形滑槽結(jié)構(gòu)。如圖1所示。該結(jié)構(gòu)利用軸承與滑槽的配合，在搬運(yùn)的過(guò)程中當(dāng)車身傾斜時(shí)，在重力的作用下整個(gè)貨箱部分就會(huì)在圓弧形滑槽內(nèi)自行滑動(dòng)，保持貨箱自身的水平，達(dá)到保護(hù)貨箱內(nèi)貨物的目的。

圓弧形滑槽內(nèi)孔下弧的半徑為900mm，弧對(duì)應(yīng)的圓心角為60度，支撐架的厚度為10mm，滑槽內(nèi)接觸面積S=πdn/360=942mm2；

滿載貨物時(shí)支撐架所受的壓強(qiáng)P=F/S=1200N/942 mm2=127.4MPa；

45鋼的屈服極限為355MPa滿足要求。

3 輪組支架的設(shè)計(jì)

參照民用建筑設(shè)計(jì)準(zhǔn)則國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB50352-2005，樓梯踏步寬度應(yīng)在26cm以內(nèi)，樓梯踏步高度在17.5cm以內(nèi)，樓梯寬度不大于110cm，樓梯臺(tái)階坡度為33.94°。為保證搬運(yùn)小車上下樓時(shí)的安全，必須使三星輪的兩小輪之間的夾角要大于33.94°，在上下樓時(shí)可以卡住臺(tái)階，從而保證安全可靠性。小車尺寸參照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，選取臺(tái)階寬為26cm，高為17.5cm，臺(tái)階整體傾斜角度為33.94°，為了保證輪組支架每次翻轉(zhuǎn)的準(zhǔn)確性，經(jīng)過(guò)計(jì)算：

支架每個(gè)分支長(zhǎng)為19mm，輪組支架結(jié)構(gòu)如圖2所示。電機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器與輪軸相連，輪軸末端和中心輪通過(guò)螺紋緊固在一起，中心輪通過(guò)鏈條帶動(dòng)鏈輪和著地輪轉(zhuǎn)動(dòng)。輪軸通過(guò)內(nèi)嵌在支架中心孔內(nèi)的軸承與支架相連，另外，輪軸和支架上各有一片電磁離合器，電磁離合器得電時(shí)，離合片貼合，主軸和支架保持相對(duì)靜止，支架隨主軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)。

小車在平地行駛時(shí)，電磁離合器處于斷電狀態(tài)，電機(jī)帶動(dòng)輪軸旋轉(zhuǎn)，中心鏈輪通過(guò)鏈條傳動(dòng)帶動(dòng)末端著地輪轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)搬運(yùn)小車在平地的平穩(wěn)行駛。小車上下臺(tái)階時(shí)，電磁離合器得電，輪軸和支架抱合，輪軸旋轉(zhuǎn)時(shí)支架隨之一起轉(zhuǎn)動(dòng)。此時(shí)末端著地輪通過(guò)鏈條與中心鏈輪保持相對(duì)靜止，處于自鎖狀態(tài)。四個(gè)輪組一起正向翻轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)上下臺(tái)階的功能。

4 結(jié)論

爬樓搬運(yùn)小車最大的創(chuàng)新點(diǎn)在于電磁離合器配合多輪式爬樓機(jī)構(gòu)的使用，相比于一般的爬樓機(jī)構(gòu)，電磁離合器的使用使得小車的系統(tǒng)簡(jiǎn)化，機(jī)構(gòu)緊湊，質(zhì)量大大減輕。該爬樓搬運(yùn)小車可用于樓道、臺(tái)階及其它小型崎嶇地面等特殊環(huán)境下的商品貨物運(yùn)輸，打開(kāi)電源后，操作人員只需要按動(dòng)操控面板上的按鍵就可以對(duì)小車進(jìn)行控制。具有輕便簡(jiǎn)潔，操作簡(jiǎn)單，平穩(wěn)快速的特點(diǎn)，可以大大減輕人們的勞動(dòng)負(fù)擔(dān)，有較好的市場(chǎng)前景。

參考文獻(xiàn)：

[1]GB50096-2011.住宅設(shè)計(jì)規(guī)范[S].2011.

[2]王曉鵬，甘新基.一種爬樓路行兩用電動(dòng)車的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].科技市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)，2015（01）：15-16.

[3]范星光.爬樓輪椅的總體設(shè)計(jì)及關(guān)鍵問(wèn)題研究[D].貴州大學(xué)，2016.

[4]童辰.一種平地、爬樓兩用助行裝置的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D].南京理工大學(xué)，2014（03）.

[5]章小兵，宋愛(ài)國(guó).基于視覺(jué)引導(dǎo)的機(jī)器人自主爬樓[J].安徽工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2006，23（02）：186-188.endprint