臺階轉換斜面的助運裝置設計

王慶 陸衛豐 吳戰勝

摘 要：為了解決目前生產生活中臺階轉換斜面助運裝置的缺乏，通過簡單的連桿結構實現臺階和斜面切換原理，設計出臺階轉換斜面的助運裝置，實現了臺階和斜面的切換，產品操作簡便，加工簡單，使用生產成本低，具有極大的市場價值。

關鍵詞：臺階;斜面;連桿結構

1 引言

斜面和臺階在人們日常生產生活中應用非常廣泛。斜面即可以推、拉、滑動貨物到高處或低處，減輕勞動者的工作量，提高了工作效率;也可以保障殘障人士以及行動不便人士的通行方便。目前，多數新建公共場所已經新建基于斜面的無障礙通道，但仍有部分新建及早期建造的公共建筑及新建電梯住宅等樓宇通道在設計建造時未考慮斜面設計，造成某些特殊人士的出行不便。另外，在貨運方面，因為樓梯臺階的存在，致使貨運手拖車的使用受限，影響了裝卸貨效率;電氣工作現場，經常需要搬運物品，層層臺階為設備搬運帶來困難。經過大量的網絡搜索和市場調研之后，發現已有解決此類問題的技術，但是一些裝置運用了電機等結構不僅結構復雜且使得制造成本大，一些裝置則是體積過大，存儲空間需求大。本臺階轉換斜面助運裝置設計簡單，無復雜的零件，易于加工，成本低，可裝配性能與工藝性好，且操作簡單方便，可以快速實現斜坡與臺階之間的轉換，能降低存放設備所需的空間。

2 助運裝置設計

2.1 設計理念

臺階轉換斜面助運裝置由手柄桿、傳動桿、連接桿、平板組件等構成。在設計時首先考慮的是如何方便進行斜面和臺階切換，根據連桿機構原理可以實現平板組件在一定角度內轉動完成斜面和臺階的切換，根據這一原理需要手柄桿與傳動桿相連，按下手柄桿至合適的角度，并通過手柄桿上的凹槽固定這個角度，連接桿隨著傳動桿，輕輕將平板組件滑出至穩定狀態完成臺階至斜面的切換。平板組件與連接桿相連，平板組件是由一塊內部中空的大板和一塊兩端固定滑軌的小板組成，當連接桿頂起大板至合適的角度，小板通過滑軌滑出至臺階上沿;當連接桿收起，小板隱藏至大板內部，并一起收至臺階下沿，完成斜面至臺階的切換。

2.2 組成部分

臺階轉換斜坡的裝置（圖1所示），包括兩個連桿機構以及設置在兩連桿機構之間的若干平板組件，兩連桿機構均包括一根手柄桿1、一根傳動桿2以及若干連接桿3，手柄桿以及若干連接桿鉸接在傳動桿上且等距分布;若干平板組件4與連接桿一一對應鉸接。

圖2所示限止滑槽孔5設置在手柄桿1上，用于給當手柄桿被掰動到想要角度時的限位。若干平板組件側邊位置與若干連接桿上端一一鉸接在一起。手柄桿、傳動桿、連接桿組成一連桿機構，連桿機構之間為平板組件。限止滑槽孔6分布于若干連接桿上。平板組件由內部中空的所述大板7和兩端固定有滑軌的小板8構成。滾輪9設置于小板下方，厚度小于大板的厚度。

3 助運裝置工作狀態

3.1 助運裝置展開成斜面狀態

助運裝置展開成斜面的過程為：掰動手柄桿1，與其連接的所述傳動桿2就會帶動連接桿3轉動，連接桿3轉動到一定角度后，與其連接的平板組件4內小板8就會通過滑軌從大板7內滑出，至穩定狀態完成助運裝置臺階至斜面的切換。當小板8底端快要接觸到臺階上表面時，由于滾輪9的存在，避免了小板8直接滑出砸落到臺階上表面而導致小板8損害的情況，同時滾輪9能夠便于小板8快速的在臺階上表面滑到適合的位置形成斜面（圖3所示）。

3.2 助運裝置收起成臺階狀態

助運裝置收起成臺階狀態為：掰動所述手柄桿1到初始位置，與其連接的傳動桿2就會帶動連接桿3轉動還原到初始位置，連接桿3回到初始位置后，大板7將會轉動到與連接桿3豎直平行，小板8經過大板7以及連接桿3的轉動，被帶動往臺階內側直角處移動，在此過程中限止滑槽孔6上的限位塊會滑動，將小板8再次隱藏在大板7內部（圖4所示）。

3.3 助運裝置參數計算

設計助運裝置時的最大承載力為2000N（參考人的體重為650N、承載物重設計為1350N）。考慮實際工作中無特殊環境要求，可以降低部分工作精度，所以對整個助運裝置簡化進行分析。將負載機構化簡，其受力分析如圖5所示：單塊大小板總長LAB=850mm;斜面傾角θ=30°;集中載荷F=2000N。為了簡化計算，假設集中力F作用在LAB的中點上。對單塊大小板進行受力分析：

彎矩計算：在OC中區某一截面，設截面到C點平行于AB的距離為，其中為截面所受彎矩：

其中為B點垂直于斜面的一個分力。當取最大值時，即時，彎矩取得最大值。

4 結語

基于斜面和臺階轉換的助運裝置的設計通過采用連桿結構實現臺階和斜面切換，固定卡條使裝置更加穩定，同時方便切換不同的工作模式。基于斜面和臺階轉換的助運裝置實現斜面和臺階的自由切換，解決了現有技術臺階通道浪費場地空間，增加投資費用的缺陷，提高了生產生活中的工作效率、降低使用成本和減少存放空間。所設計的基于臺階和斜面轉換的助運裝置制造容易、使用方便，將該設計產品投放到市場中，會給人們的生產生活帶來極大的便利，產生一定的經濟效益。

參考文獻：

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[3]周瑞強，陳桂平，周培等.機械原理[M].西安：西北工業大學出版社，2016.

作者簡介：王慶（1979-），男，江蘇揚州人，副教授，研究方向：應用數學。