潘玉荣+王成继+马丽
摘 要：针对无电梯楼层居民上下楼搬运重物不便，设计了一款半自动爬楼搬运小车。其既能在平地上行驶，又可以在台阶上搬运货物，在上下台阶时货箱可以根据重心变化自动调节货箱的倾斜角度，对搬运的货物给予一定的保护，减少搬运工程中对货物的损坏。其最大创新点在于电磁离合器配合多轮式爬楼机构的使用，使用使得小车的系统简化，机构紧凑，运行安全，具有积极的社会意义。
关键词：爬楼；搬运；轮组；电磁离合器
DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.19.031
1 引言
随着物流行业的迅猛发展，客户对服务质量要求越来越高，很多客户要求送货上门。按照GB50096-2011《住宅设计规范》要求[1]，大多数低于7层以下普通居民楼都还没有安装电梯，居民上下楼搬运货物很不方便[2]，迫切的需要一种能够上下台阶且可在平地上行驶的助力工具。美国、日本、德国、中国等国家对爬楼机构的做了研究，使其具有记忆路线、自动避障、自动行走等能力[3]。目前国际上使用较多的爬楼机构有三种，多轮式、多腿式、履带式[4-5]。
课题研究了一款可以用于平地、楼道及其它崎岖地面等环境下的货物半自动搬运小车。其最大承重100公斤，能原地转弯，动力由四个直流电机协作进行提供，主要运动部分由4个轮组组成。电机通过联轴器与轮轴相连，轮轴和支架通过电磁离合器相连。其具有轻便简洁，操作简单，平稳快速的特点。打开电源后，操作人员只需要按动操控面板上的按键就可以对小车进行控制。
2 水平调节滑槽设计
爬楼搬运小车在上下台阶时车身倾斜，使里面的货物横向受力，对货物有一定的影响，特别是相对较精密易碎的物品。为减少搬运过程中车身的倾斜角度，設计了圆弧形滑槽结构。如图1所示。该结构利用轴承与滑槽的配合，在搬运的过程中当车身倾斜时，在重力的作用下整个货箱部分就会在圆弧形滑槽内自行滑动，保持货箱自身的水平，达到保护货箱内货物的目的。
圆弧形滑槽内孔下弧的半径为900mm，弧对应的圆心角为60度，支撑架的厚度为10mm，滑槽内接触面积S=πdn/360=942mm2；
满载货物时支撑架所受的压强P=F/S=1200N/942 mm2=127.4MPa；
45钢的屈服极限为355MPa满足要求。
3 轮组支架的设计
参照民用建筑设计准则国家标准GB50352-2005，楼梯踏步宽度应在26cm以内，楼梯踏步高度在17.5cm以内，楼梯宽度不大于110cm，楼梯台阶坡度为33.94°。为保证搬运小车上下楼时的安全，必须使三星轮的两小轮之间的夹角要大于33.94°，在上下楼时可以卡住台阶，从而保证安全可靠性。小车尺寸参照国家标准，选取台阶宽为26cm，高为17.5cm，台阶整体倾斜角度为33.94°，为了保证轮组支架每次翻转的准确性，经过计算：
支架每个分支长为19mm，轮组支架结构如图2所示。电机通过联轴器与轮轴相连，轮轴末端和中心轮通过螺纹紧固在一起，中心轮通过链条带动链轮和着地轮转动。轮轴通过内嵌在支架中心孔内的轴承与支架相连，另外，轮轴和支架上各有一片电磁离合器，电磁离合器得电时，离合片贴合，主轴和支架保持相对静止，支架随主轴一起转动。
小车在平地行驶时，电磁离合器处于断电状态，电机带动轮轴旋转，中心链轮通过链条传动带动末端着地轮转动，从而实现搬运小车在平地的平稳行驶。小车上下台阶时，电磁离合器得电，轮轴和支架抱合，轮轴旋转时支架随之一起转动。此时末端着地轮通过链条与中心链轮保持相对静止，处于自锁状态。四个轮组一起正向翻转，实现上下台阶的功能。
4 结论
爬楼搬运小车最大的创新点在于电磁离合器配合多轮式爬楼机构的使用，相比于一般的爬楼机构，电磁离合器的使用使得小车的系统简化，机构紧凑，质量大大减轻。该爬楼搬运小车可用于楼道、台阶及其它小型崎岖地面等特殊环境下的商品货物运输，打开电源后，操作人员只需要按动操控面板上的按键就可以对小车进行控制。具有轻便简洁，操作简单，平稳快速的特点，可以大大减轻人们的劳动负担，有较好的市场前景。
参考文献：
[1]GB50096-2011.住宅设计规范[S].2011.
[2]王晓鹏，甘新基.一种爬楼路行两用电动车的结构设计[J].科技市场经济，2015（01）：15-16.
[3]范星光.爬楼轮椅的总体设计及关键问题研究[D].贵州大学，2016.
[4]童辰.一种平地、爬楼两用助行装置的驱动系统设计[D].南京理工大学，2014（03）.
[5]章小兵，宋爱国.基于视觉引导的机器人自主爬楼[J].安徽工业大学学报，2006，23（02）：186-188.endprint
