一種家用重物托舉輔助裝置設計

李豐延，程婉琳

（1.廣西大學機械工程學院，廣西南寧530007；2.湖南大學設計藝術學院，湖南長沙410012）

一種家用重物托舉輔助裝置設計

李豐延1，程婉琳2

（1.廣西大學機械工程學院，廣西南寧530007；2.湖南大學設計藝術學院，湖南長沙410012）

介紹了一種家用重物托舉輔助裝置設計。本次設計旨在設計出一款輕巧省力、安全可靠、便于收納、適用范圍廣的重物托舉裝置來服務于人們的日常生活。該裝置主要包括升降機構、進給機構、自鎖機構、底座以及電路板。并對裝置進行了詳細的外觀設計和樣機模型制作。

重物托舉裝置；家用；升降機構

出于收納物品的需要，人們習慣將家中不常用的物品（如棉被、行李箱等）收納于高處，或是將貨物放置于貨架上等等，托舉的動作相對于提拿的動作更加吃力，對于女性和老年人等力氣較小的群體來說，放置重物是個不小的難題，所以起重裝置在現代化生產過程中應用越來越廣，作用愈來愈大[1]。然而國內外的起重裝置大多是用于工業生產當中，針對家用的設備少之又少，在家用重物托舉裝置研究設計方面還存在著較大的空白，給人們日常生活中托舉重物帶來了不便。所以有必要設計出一種輕巧省力、安全可靠、美觀實用、便于收納、適用范圍廣的重物托舉輔助裝置來服務于人們的日常生活，解決人們生活中放置重物的難題。

1 家用重物托舉輔助裝置結構設計

家用重物托舉輔助裝置包括升降機構、進給機構、自鎖機構、底座以及電路板組成。本文重點對升降機構、進給機構和自鎖機構進行設計。

1.1 升降機構設計

家用重物托舉輔助裝置的升降機構可實現重物的升降。如圖1所示，升降機構由6個剪叉單元組成，推拉桿在電動液壓缸的推動下做往復運動，從而帶動剪叉單元運動，通過剪刀式支承架的展開和折疊來完成重物平臺的升降[2]。

圖1 升降機構結構圖

1.2 進給機構設計

家用重物托舉輔助裝置的進給機構可實現重物的卸載。如圖2為進給機構的整體結構圖，家用重物托舉輔助裝置的進給機構主要由支承板、傳送板組成。

圖2 進給機構整體結構圖

圖3 為支承板結構圖。工作原理為絲桿傳動機構與傳送板相連，傳送板在絲桿的作用下沿導軌做往復運動，從而實現傳送板的進給功能。

圖3 支承板結構圖

圖4為傳送板結構圖。傳送板滑輪沿傳送板滑輪軌道滑動，使傳送板能沿支承板前后滑動。支承滑輪能夠在傳送板的前端離開支承板時，為其提供支承力以及滑動力。滾輪能減少重物與傳送板之間的摩擦，傾斜腳為重物離開傳送板提供緩沖，方便卸載重物。傳送板的兩側設置有推拉桿，可拉伸以及收縮，當所需要承載的重物過長超出傳送板的長度時，可將推拉桿拉出，保證重物的平衡，增強裝置的穩定性。

圖4 傳送板結構圖

進給機構工作原理如圖5所示，當升降機構將重物抬升至一定高度，使傳送滑輪與衣柜置物板對齊，馬達開始運作，絲桿傳動機構將傳送板向前推進，傳送板沿支承板向前滑動，傳送滑輪能夠在傳送板的前端離開支承板時，為其提供支承力以及滑動力。當重物完全進入衣柜后，絲桿反向轉動，傳送板抽出，自鎖機構鎖死，阻隔重物，重物在滾輪傳動作用下沿傾斜角離開傳送板，從而將重物卸載至指定位置。

圖5 進給機構工作原理圖

1.3 自鎖機構設計

自鎖機構的作用是當重物運送至指定位置后，保證傳送板能順利抽離且不會帶動重物再次移動，起到阻隔重物的作用。圖6為自鎖機構結構圖。

圖6自鎖機構結構圖

圖7 為自鎖機構工作原理圖，傳送板開始運動向前推進時，推動自鎖滑輪以及推進桿向前運動，當自鎖滑輪觸及自鎖鍵，可以輕易將自鎖鍵壓入槽中并繼續向前移動，當自鎖滑輪離開自鎖鍵時，自鎖鍵在自鎖彈簧的作用下反彈，阻擋自鎖滑輪反向滑動。卸載重物時，傳送板向后滑動，自鎖機構保持靜止，推進桿將重物阻隔使其不隨傳送板運動，當重物完全脫離傳送板并且傳送板回復初始位置時，扭轉手動桿，使其帶動傳動桿轉動，在傳動連桿的作用下，彈簧收縮，從而自鎖鍵向槽內移動，不再阻隔自鎖滑輪以及推進桿，使其在彈簧彈力作用下恢復到初始位置。

圖7 自鎖機構工作原理圖

1.4 整機結構

如圖8所示為裝置的收納示意圖，當升降機構收縮時，裝置的尺寸為600 mm×420 mm×140 mm.圖9為裝置的整體結構圖。

圖8 裝置收納圖

圖9 裝置整體結構圖

根據國家規定，住宅高度不應低于2.5 m，平均為2.8 m，一般衣柜頂層高度在1.8m~2.2m之間，2.2 m應為人們所需的最大高度，所以將裝置上升的最大高度設定為2.2 m.人們通常需要托舉的重物中，較大的物件是行李箱，所以根據行李箱的尺寸來制定傳送板的尺寸。常見的行李箱尺寸如表1所示。

表1 常見的行李箱尺寸

根據拉桿箱尺寸，家庭使用的最常用拉桿箱尺寸為24寸和28寸。24寸拉桿箱的尺寸為380 mm ×600 mm×280 mm，28寸拉桿箱的尺寸為480 mm ×700 mm×300 mm，所以將傳送板的長度設置為590mm，根據需要，可將傳送板的推拉桿拉出，拉出后傳送板的最大長度可達到890 mm.將傳送板的寬度設定為410 mm，若重物過寬，超過傳送板尺寸，可適當超出傳送板放置。根據內部結構所需的空間以及裝置收納后的體積，將傳送板的厚度設定為30 mm.

如圖10為升降機構的尺寸圖，當剪叉桿與水平面的夾角為67°時，機構上升到最大高度，此時升降機構的高度為2 200 mm，當剪叉桿與水平面的夾角為45°時，各剪叉之間的夾角成直角，此時升降機構的高度為1 700 mm，當剪叉桿與水平面的夾角為30°時，升降機構的高度為1 200 mm，當剪叉桿收縮到最小時，機構的高度為105 mm.

圖10 升降機構尺寸圖

2 家用重物托舉輔助裝置外觀設計

2.1 材料選擇

家用重物托舉輔助裝置所選的材料需要有較大的硬度，同時重量要輕，要保證整個產品的穩定性和安全性，同時減輕裝置自身的重量，所以內部機構支架主要選用鋁合金材料。鋁合金密度低，但強度比較高，塑性好，可加工成各種型材，但鋁合金的造價較高，不適宜大量普及，除了鋁合金外，還可以選用45#鋼，45#鋼是常用的中炭調制結構鋼，具有較高的強度和較好的切削加工性，經適當的熱處理以后可獲得一定的韌性、塑形和耐磨性，但其密度較大，相較于鋁合金材質而言，質量較重。所以裝置內部機構材料選用鋁合金或45#鋼。

裝置的外包裝材料在滿足設計要求的基礎上，盡量降低成本，優先選用資源豐富、價格低廉、安全牢固、有利于生態環境保護的材料。可選擇聚碳酸酯工程塑料（PC）。

2.2 色彩選擇

家用重物托舉輔助裝置除了具備托舉重物的實用性功能外，還有一定裝飾生活環境、體現生活品味的精神功能。良好的造型和色彩搭配可以創造產品的個性，提高價值[3]。因為裝置的使用環境是室內，所以要與室內其他物品的色調相呼應，不能夠太突兀，設計的色彩要符合大眾的心理，同時顏色搭配要突出裝置的美感以及科技感，讓使用者得到美的享受。

色彩方案：整體裝置主色調為白色，燈光部分為藍色，裝置的保護蓋為半透明黑色。白色明亮干凈，沒有強烈的個性，在設計中，白色象征高級，科技的意象，可以與室內的其他物品搭配而不顯突兀。燈光部分為藍色，藍色在商業設計中，強調科技、效率，如電腦、汽車、影印機、攝影器材等等。裝置的保護蓋為半透明黑色，目的是將裝置內部的機構隱藏起來而不顯雜亂。

2.3 外觀設計

在外觀設計上，裝置前端采用的曲線造型設計，裝置的后端為規則的方形，一方面可以使裝置緊貼柜子邊緣，方便放置物體，另一方面方便裝置的收納放置，節約空間。保護板采用滑動設計，當其滑動至邊緣時可以繞邊緣旋轉，一端與地面接觸，可以當斜坡使用，用于將行李箱等重物沿斜坡進入傳送板上，輕松省力。增設顯示屏顯示裝置上升的高度，物體的重量。裝置采用遙控器控制。裝置底部設置有萬向輪，用遙控控制其運動，實現裝置的移動，到達指定位置時，輪子上鎖，使其固定。圖11為裝置收納時的外觀效果圖。圖12為裝置使用效果圖。

圖11 裝置外觀效果圖

圖12 裝置使用效果圖

3 實物模型制作

根據上述設計，制作了家用重物托舉輔助裝置1∶1樣機模型，如圖13所示。裝置的額定載荷為500 N，裝置自重為85 N，升降機構的上升速率為4~6 m/min，下降速度小于上升速度，為3~5 m/min.

圖13 裝置樣機圖

4 結論

通過三維建模及模型制作，證明家用重物托舉輔助裝置結構合理，所能承受的額定載荷為500 N，寬大的作業平臺和較高的承載能力能夠適用于不同形態的物體，使安全更有保障。裝置可折疊收納，體積小，節省空間。

家用重物托舉輔助裝置可應用于家庭住宅，商鋪和小型物品倉庫等等，以機械代替繁瑣的人工操作，更加的安全便捷。文中所述家用重物托舉輔助裝置為我國的家用重物托舉裝置的創新提供了新思路。

[1]趙世元．自鎖型重物提升機構在生產中的應用[J]．航空精密制造技術，2013，49（2）：60．

[2]趙金元，易德高，何文勝，等．UVL-5地下雙鉸接剪叉式升降臺車的研制[J]．有色設備，2012（6）：22．

[3]悠然．絢麗斑斕多彩繽紛斗艷奇[J]．數碼先鋒，2008（10）：94．

A Design of Household Assist Equipment for Lifting Heavy Matters

LI Feng-yan1，CHENG Wan-lin2
（1.School of Mechanical Engineering，Guangxi University，Nanning Guangxi 530007，China；2.School of Design，Hunan University，Changsha Hunan 410012，China）

This paper describes adesign of householdassist equipment for lifting heavy matters.It aims to design a weight lifting device which is light，energy-saving，safe，reliable，convenient，and widely applicable to serve people’s daily life.This equipment mainly includes the lifting mechanism，feed unit，self-locking mechanism，the base and circuit board.Besides，the appearance design and prototype production of the equipment were carried out in details.

weight liftingequipment；household；liftingmechanism

TH211.6

A

1672-545X（2017）06-0119-04

2017-03-11

李豐延（1981-），男，廣西天峨人，講師，研究方向為工業設計；程婉琳（1994-），女，廣西柳州人，碩士研究生，研究方向為工業設計工程。