電動(dòng)載物爬樓機(jī)的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)與優(yōu)化研究

陳泓巖 田力 沈詩(shī)祎 陳松 李超凡

【摘 要】隨著社會(huì)城市化建設(shè)的加快，高樓的普及在一定程度上緩解了城市生活空間小的問(wèn)題，然而，一些老式住宅尚無(wú)條件配備電梯，異常窄小的樓梯給居民上下樓搬運(yùn)貨物帶來(lái)很多困難與不便，并且存在安全隱患。本文所探討的鋼瓶搬運(yùn)小車(chē)以普通的電動(dòng)載物爬樓機(jī)為藍(lán)本，將之優(yōu)化改進(jìn)，使其應(yīng)用于SF6鋼瓶的自動(dòng)爬樓和智能化搬運(yùn)。

【關(guān)鍵詞】電動(dòng)載物爬樓機(jī)；開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)；優(yōu)化

一、電動(dòng)載物爬樓機(jī)的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)

電動(dòng)載物爬樓機(jī)是一種實(shí)用型省力機(jī)械，它可以搬運(yùn)、抬升、攜帶重物上下樓梯，不僅可提高產(chǎn)品運(yùn)輸?shù)乃俣扰c速率，而且對(duì)保障人身安全、改善勞動(dòng)環(huán)境、減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、節(jié)約原材料消耗以及降低生產(chǎn)成本等有著十分重要的意義。該裝置包括扶把、鋰電池、爬樓輪，抱箍、滾輪，扶把聯(lián)接在上部?jī)啥耍煌课慌溲b有數(shù)個(gè)活扣抱箍，下部與支撐架聯(lián)接，支撐架的一端兩側(cè)分別固定有滾輪。機(jī)器人高度方向軸線與支撐架的水平面垂直，有效防止側(cè)翻。鋼瓶通過(guò)不銹鋼框架固定在主體上。機(jī)器人利用電機(jī)驅(qū)動(dòng)行心輪機(jī)構(gòu)完成爬樓的動(dòng)作，僅需一人輔助操作控制器控制攀爬的速度和方向。該裝置可應(yīng)用于SF6鋼瓶的自動(dòng)爬樓和智能化搬運(yùn)，對(duì)于位于二樓及以上配電室的組合電器新建、擴(kuò)建、技術(shù)改造、大修、故障處理等工作，可有效降低SF6鋼瓶搬運(yùn)帶來(lái)的安全風(fēng)險(xiǎn)，大幅提高工作效率。

1、總體設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)組成部分如圖 1 所示，主要由主車(chē)體機(jī)架、運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)構(gòu)成，在平地運(yùn)動(dòng)時(shí)由使用者提供動(dòng)力，依靠輪子和機(jī)架實(shí)現(xiàn)普通手推車(chē)的功能。做爬樓運(yùn)動(dòng)時(shí)采用 48 V 鋰電池提供動(dòng)力，配合爬樓裝置實(shí)現(xiàn)載物上樓的功能。爬樓裝置由電機(jī)、減速器、曲柄、滑塊、支撐連桿等組成，其關(guān)鍵部位為曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。

2、主體機(jī)架

爬樓車(chē)的主體機(jī)架采用鋁合金，由于鋁合金的強(qiáng)度比較高，具有硬度大、質(zhì)量輕的特點(diǎn)，可達(dá)到相同性能裝置輕量化的目的，使爬樓車(chē)在搬運(yùn)過(guò)程中更便捷。

結(jié)構(gòu)主要由電池、載物架、電機(jī)承載、連桿、接觸桿、滾子組成。電機(jī)承載機(jī)構(gòu)用于盛放鋰離子電池，與車(chē)架采用焊接方式連接。曲柄與連桿、連桿與接觸桿通過(guò)螺栓連接。

3、運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)

運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)如圖 2所示，由減速電機(jī)、輪胎、曲柄、滑塊、支撐連桿、接觸桿構(gòu)成，其關(guān)鍵為曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。曲柄滑塊機(jī)構(gòu)由連桿、曲柄、機(jī)架構(gòu)成，如圖4所示。曲柄一端通過(guò)普通平鍵與減速機(jī)相連，以24 r /min相對(duì)機(jī)架做勻速定軸轉(zhuǎn)動(dòng)，另一端與支撐連桿連接組成轉(zhuǎn)動(dòng)副，使支撐連桿在曲柄組的帶動(dòng)下完成平面運(yùn)動(dòng)，接觸桿與支撐連桿連接，其兩端各有一個(gè)滾子用來(lái)與樓梯臺(tái)階面接觸，提高結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。為了美觀設(shè)計(jì)，將運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)用塑料進(jìn)行封裝。

4、傳動(dòng)系統(tǒng)

為滿足電助力爬樓車(chē)的使用要求，采用48V鋰離子電池作為車(chē)載電源，400W-1000W直流無(wú)刷電機(jī)作為動(dòng)力源，由直流無(wú)刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)器實(shí)現(xiàn)其正反轉(zhuǎn)及調(diào)速功能，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)的載物上下樓梯功能。

利用四桿機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)動(dòng)力傳輸，如圖3所示，在電機(jī)通電時(shí)，通過(guò)減速箱帶動(dòng)四桿機(jī)構(gòu)裝置，利用曲柄搖桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)特性實(shí)現(xiàn)往復(fù)升降動(dòng)作，從而使電動(dòng)載物爬樓機(jī)實(shí)現(xiàn)上樓或者下樓的功能。電動(dòng)載物爬樓車(chē)的運(yùn)動(dòng)大輪采用高強(qiáng)度充氣橡膠車(chē)輪，支撐臂所需小輪則采用固定式高強(qiáng)度橡膠小輪，在保證小輪與臺(tái)階接觸不損壞臺(tái)階的同時(shí)，利用橡膠的緩沖作用降低運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的噪音。

二、優(yōu)化研究

由于主要利用電動(dòng)載物爬樓機(jī)搬運(yùn)SF6鋼瓶（如圖4），因此對(duì)此方面相較于市面上的電動(dòng)載物爬樓機(jī)做了一些方面的優(yōu)化。

圖4 鋼瓶

1、固定主體使用不銹鋼框架，表層添加塑料壓條固定鋼瓶，并且使用鉸鏈機(jī)構(gòu)快速打開(kāi)和固定，固定使用鎖扣（如圖5）。

圖5 鉸鏈

2、1）該電動(dòng)載物爬樓機(jī)采用48V6.6AH鋰電池，快速插拔，使爬樓機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，使用安全，不易損壞失效，且運(yùn)動(dòng)方便；2）爬樓機(jī)占地面積更小，功能多，對(duì)樓道轉(zhuǎn)角空間要求相對(duì)于其他助力機(jī)械設(shè)備要求較小，在狹小樓梯口相對(duì)靈活，自主研發(fā)控制板，全面掌控設(shè)備運(yùn)行，保證安全穩(wěn)定；3）在主體支架上添加支桿與滑輪，使在平路上使用更省力，且新增適應(yīng)邊緣剎車(chē)系統(tǒng)，防止下滑，確保下樓準(zhǔn)確；4）該爬樓機(jī)使用方便，操作簡(jiǎn)單，普適性較高，且多軸傳動(dòng)，在使用過(guò)程中不會(huì)產(chǎn)生較大阻力，操作起來(lái)更加順手。

三、結(jié)語(yǔ)

此爬樓機(jī)用于SF6鋼瓶的搬運(yùn)，采用鋁合金做主體，48 V 鋰離子電池提供動(dòng)力，大大減輕了搬運(yùn)工人的勞動(dòng)量，漏電防護(hù)電路保證了使用者的安全操作，為生產(chǎn)與筑造提供了極大便利。

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（作者單位：國(guó)網(wǎng)銀川供電公司）