基于多功能移動梯的研究與設計

唐光超 張德虎 王浩丞 祝振賞

【摘? 要】一種多功能移動梯由主副梯、驅動機構、行走機構以及可收縮工作平臺等部件組成;使用者通過控制方向盤來控制傳動桿及其所連接的齒輪組來達到梯子自由移動的效果。這樣的設計可以保證梯子快速、平穩的移動，且功能多樣、操作簡單，安全可靠。進一步利用Solidworks對多功能移動梯的設計以及功能實現。詳細說明了該機構的設計和工作原理。

【關鍵詞】移動梯;齒輪傳動;梯子設計

1.背景與意義

常見的梯子在完成一項作業之后，需要人從梯子上下來搬運梯子到下一項作業地點，然后再爬上梯子才能進行下一項作業，搬運不便，費時費力。同時，常見的梯子多是操作人員站在梯桿上進行操作，工具只能自己背一個工具包收納，不安全而且容易產生疲勞。

現有技術也有采用電動機做驅動裝置驅動梯子移動的技術，但是加上電機和蓄電池之后，梯子的體積更大，完成作業之后不便收納，同時電機和蓄電池的重量再加上梯子的重量使梯子搬運以及運輸更加困難，當電機發生故障或者蓄電池沒有電時，原有的方便變得更加不便。故本設計提供一種可自行移動的多功能梯子的設計方案，能夠使使用人員不必下梯便可移動梯子，機構工作可靠同時不會過多地增加梯子的重量，方便折疊，搬運。同時，本設計是一種純機械的移動梯機構，結構簡單、成本低廉、工作效率高、安全可靠、為該方面的設計提供了新思路。

本設計梯子的核心機構為行走機構。該機構由傳動機構、行走輪，傳動機構分別與驅動機構活動連接、行走輪活動連接。使用者通過轉動傳動機構上的方向盤來控制梯子的自由移動。在移動的過程中，主副梯架之間的支撐桿保持梯子穩定，保證了使用者的安全。

2.多功能移動梯的結構設計

2.1驅動機構的設計與研究

驅動機構是本設計的核心部分，它起到一個使梯子自由移動的功能。它由傳動桿、方向盤組成，方向盤與傳動桿固定連接;傳動桿設置在梯子上，與傳動機構活動連接。傳動機構包括齒輪組，齒輪組包括主動齒輪、從動齒輪，主動齒輪與傳動桿同軸心固定連接，從動齒輪與轉動軸同軸心固定連接。通過轉動方向盤來控制齒輪的轉動，最后達到移動梯子的目的。

移速問題。因為該齒輪組是一對錐齒輪，所以能改變力的方向，而梯子的移動速度是通過改變轉動方向盤的快慢來實現。

2.2可收縮工作平臺的結構設計

相比于傳統的人字梯，增加了一個與梯子頂部鉸接的可收縮工作平臺。包括左踏板、右踏板、踏板架、彈性復位件、固定部件，左踏板、右踏板與踏板架橫邊活動連接，左踏板、右踏板通過彈性復位件連接梯子，固定部件與梯子活動連接。而固定部件包括彈性復位件、卡扣，卡扣通過轉軸固定在梯子上，彈性復位件一端與卡扣連接一端與梯子連接。在梯子展開時，轉動卡扣使其卡住踏板側邊防止其因為彈力回轉。

2.3梯子部分的結構設計及選材

主副梯子的設計主要是從使用者的安全角度出發。保證使用者在使用該梯子時，確保使用者的安全，鑒于研制機器和工具的各種技術措施都不完善，除非能適應人的因素，包括人體尺寸，常規的人體姿勢、動作和行為。因此符合人機工程的要求時安全工作場所的首要條件。

（1）梯子傾斜角度的選擇。梯子的傾斜角度會影響上下梯子的時間以及使用者的安全。而通過多次實驗研究的分析，在梯子傾斜角度為60°時，生物力學條件最佳，容易保持身體平衡。在梯子傾斜角度為70°時，消耗的能量最少。假設使用者的能力和工作效率保持不變，梯子傾斜角度為70°時，使用者所受到的干擾以及不良因素較少，完成某一工作所用的時間也越短。

最后，可以得出結論，梯子的傾斜角度為60°——70°時，人機工程條件良好，可以保證使用者安全、舒適的上下梯子。

（2）梯子收縮方式的設計。當前，梯子的發展方向向這占地面積小，安全可靠，操作簡便的方向發展，而對于占地面積小就需要梯子在不用時可以收縮。對此，設計出符合要求的支撐桿來達到梯子展開時能穩定整個梯子的平衡。

共有兩個支撐桿，左右一個，分別與主副梯活動連接。支撐桿一端端頭設置成環形，一端設置成半圓形，主梯側邊中下部設置連接結構，該連接結構由兩塊具有螺孔的擋片和螺栓構成并且連接結構對稱設置。螺柱穿過擋片以及支撐桿的環形端頭，隨后擰上螺母。副梯側邊同樣高度的位置設置吊環螺釘，當梯子處于張開狀態時，轉動支撐桿，使支撐桿半圓的端口扣入吊環螺釘中。主梯側邊中上部設置吊環螺釘，當梯子處于折疊狀態時，轉動支撐桿，使支撐桿半圓的端口扣入吊環螺釘中。

（3）梯子頂部平臺的設計。多數梯子都無法給使用者提供一個坐在梯子上工作的環境，所以，為了解決此問題，設計了一個平臺。平臺包括主板與承載部件，主板與承載部件固定連接，承載部件與梯子固定連接。而承載部件是由三根金屬桿組成的凹字形框架，豎直的金屬桿與主板通過螺栓連接，橫向的金屬桿與主梯的橫向短邊螺栓連接，從而形成可坐下的平臺。

（4）梯子的所用材料選擇。通常梯子的材料有木制、鋁合金、玻璃纖維等等材質。而木質梯子結實耐用，紋理美觀，給人一種自然舒適的感覺，在一定程度上也是一種家居裝飾品。但它與其他材質的梯子相比則顯得重量過重，而且比較占據空間。同時木質梯子由于潮濕或暴曬等因素容易腐蝕老化，易發生安全事故。鋁合金梯子采用高強度的鋁合金型材制成，密度低，所以具有重量輕、攜帶方便的優勢。而且它強度較高并采用先進的方管擠鉚技術，配有強固的防滑梯腳，不易變形，穩固耐用，安全高效。但由于鋁合金具有良好的導電性，所以不適合用于家庭電力作業。同時鋁合金材質也應注意保養，進內行定期清理與維護。玻璃纖維梯子在大多數工作場所中還是比較少見，玻璃纖維梯子極大程度上是考慮到了它的絕緣性。玻璃纖維梯是采用玻璃纖維和不飽和樹容脂等幾大復合材料加工成型的，強度高，具有良好的絕緣性，主要用于電力作業。

所以，綜上所述選擇鋁合金材質滿足該功能梯的使用。

3.多功能移動梯的三維建模及功能實現

多功能移動梯的展開與折疊狀態，在展開狀態時，可適用于安裝廣告橫幅，粉刷墻壁等場景，使用梯子時，首先將梯子張開，隨后支撐桿卡入副梯的吊環螺栓中，張開折疊踏板;隨后操作人員爬上梯子，開始作業，當一處工作完成時，可轉動方向盤進行移動，直至完成作業。

在折疊狀態時，因采用鋁合金材質，重量較輕，操作人員只需用手提或肩扛來進行搬運。同時折疊后占地空間小，方便放置。

4.結語

隨著時代經濟的發展，梯子作為人們日常生活中最為典型的一種實用工具，梯子的安全性和穩定性在某種程度上是對人們的生命極大的保障。而本文介紹的多功能移動梯，不僅僅有著一定的安全保障和穩定性，同時也具備移動和折疊的功能，為人們在日常生活中帶來極大的便利也保障了使用者的安全。

在Solidworks環境下進行多功能移動梯的設計，通過一些巧妙的結構設計，賦予梯子可以折疊、可以移動，使用者可以站立與坐在梯子的功能，避免了功能單一，極大的提高了梯子的使用頻率。可以運用于普通家庭、超市、學校、醫院、工廠等適用場合。生產成本低、便于制造且操作簡便，值得技術推廣。

參考文獻

[1]于飛. 斜度不同時人爬梯子的行為特點（三）[J]. 工業安全與防塵， 1995（8）：39-41.

[2]許建設， 楊飛. 多功能伸縮梯： CN.

[3]佚名. 一種新型移動不倒梯的設計和分析[J]. 機電技術， 2018， 120（5）：22-24.

項目名稱：西南科技大學大學生創新基金項目精準資助專項，項目編號：jz19-116。