半自動平地、爬樓兩用搬運小車設計

潘玉榮+王成繼+馬麗

摘 要：針對無電梯樓層居民上下樓搬運重物不便，設計了一款半自動爬樓搬運小車。其既能在平地上行駛，又可以在臺階上搬運貨物，在上下臺階時貨箱可以根據重心變化自動調節貨箱的傾斜角度，對搬運的貨物給予一定的保護，減少搬運工程中對貨物的損壞。其最大創新點在于電磁離合器配合多輪式爬樓機構的使用，使用使得小車的系統簡化，機構緊湊，運行安全，具有積極的社會意義。

關鍵詞：爬樓；搬運；輪組；電磁離合器

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

1 引言

隨著物流行業的迅猛發展，客戶對服務質量要求越來越高，很多客戶要求送貨上門。按照GB50096-2011《住宅設計規范》要求[1]，大多數低于7層以下普通居民樓都還沒有安裝電梯，居民上下樓搬運貨物很不方便[2]，迫切的需要一種能夠上下臺階且可在平地上行駛的助力工具。美國、日本、德國、中國等國家對爬樓機構的做了研究，使其具有記憶路線、自動避障、自動行走等能力[3]。目前國際上使用較多的爬樓機構有三種，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境下的貨物半自動搬運小車。其最大承重100公斤，能原地轉彎，動力由四個直流電機協作進行提供，主要運動部分由4個輪組組成。電機通過聯軸器與輪軸相連，輪軸和支架通過電磁離合器相連。其具有輕便簡潔，操作簡單，平穩快速的特點。打開電源后，操作人員只需要按動操控面板上的按鍵就可以對小車進行控制。

2 水平調節滑槽設計

爬樓搬運小車在上下臺階時車身傾斜，使里面的貨物橫向受力，對貨物有一定的影響，特別是相對較精密易碎的物品。為減少搬運過程中車身的傾斜角度，設計了圓弧形滑槽結構。如圖1所示。該結構利用軸承與滑槽的配合，在搬運的過程中當車身傾斜時，在重力的作用下整個貨箱部分就會在圓弧形滑槽內自行滑動，保持貨箱自身的水平，達到保護貨箱內貨物的目的。

圓弧形滑槽內孔下弧的半徑為900mm，弧對應的圓心角為60度，支撐架的厚度為10mm，滑槽內接觸面積S=πdn/360=942mm2；

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

45鋼的屈服極限為355MPa滿足要求。

3 輪組支架的設計

參照民用建筑設計準則國家標準GB50352-2005，樓梯踏步寬度應在26cm以內，樓梯踏步高度在17.5cm以內，樓梯寬度不大于110cm，樓梯臺階坡度為33.94°。為保證搬運小車上下樓時的安全，必須使三星輪的兩小輪之間的夾角要大于33.94°，在上下樓時可以卡住臺階，從而保證安全可靠性。小車尺寸參照國家標準，選取臺階寬為26cm，高為17.5cm，臺階整體傾斜角度為33.94°，為了保證輪組支架每次翻轉的準確性，經過計算：

支架每個分支長為19mm，輪組支架結構如圖2所示。電機通過聯軸器與輪軸相連，輪軸末端和中心輪通過螺紋緊固在一起，中心輪通過鏈條帶動鏈輪和著地輪轉動。輪軸通過內嵌在支架中心孔內的軸承與支架相連，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，離合片貼合，主軸和支架保持相對靜止，支架隨主軸一起轉動。

小車在平地行駛時，電磁離合器處于斷電狀態，電機帶動輪軸旋轉，中心鏈輪通過鏈條傳動帶動末端著地輪轉動，從而實現搬運小車在平地的平穩行駛。小車上下臺階時，電磁離合器得電，輪軸和支架抱合，輪軸旋轉時支架隨之一起轉動。此時末端著地輪通過鏈條與中心鏈輪保持相對靜止，處于自鎖狀態。四個輪組一起正向翻轉，實現上下臺階的功能。

4 結論

爬樓搬運小車最大的創新點在于電磁離合器配合多輪式爬樓機構的使用，相比于一般的爬樓機構，電磁離合器的使用使得小車的系統簡化，機構緊湊，質量大大減輕。該爬樓搬運小車可用于樓道、臺階及其它小型崎嶇地面等特殊環境下的商品貨物運輸，打開電源后，操作人員只需要按動操控面板上的按鍵就可以對小車進行控制。具有輕便簡潔，操作簡單，平穩快速的特點，可以大大減輕人們的勞動負擔，有較好的市場前景。

參考文獻：

[1]GB50096-2011.住宅設計規范[S].2011.

[2]王曉鵬，甘新基.一種爬樓路行兩用電動車的結構設計[J].科技市場經濟，2015（01）：15-16.

[3]范星光.爬樓輪椅的總體設計及關鍵問題研究[D].貴州大學，2016.

[4]童辰.一種平地、爬樓兩用助行裝置的驅動系統設計[D].南京理工大學，2014（03）.

[5]章小兵，宋愛國.基于視覺引導的機器人自主爬樓[J].安徽工業大學學報，2006，23（02）：186-188.endprint