电动载物爬楼机的开发设计与优化研究

陈泓岩 田力 沈诗祎 陈松 李超凡

【摘 要】随着社会城市化建设的加快，高楼的普及在一定程度上缓解了城市生活空间小的问题，然而，一些老式住宅尚无条件配备电梯，异常窄小的楼梯给居民上下楼搬运货物带来很多困难与不便，并且存在安全隐患。本文所探讨的钢瓶搬运小车以普通的电动载物爬楼机为蓝本，将之优化改进，使其应用于SF6钢瓶的自动爬楼和智能化搬运。

【关键词】电动载物爬楼机；开发设计；优化

一、电动载物爬楼机的开发设计

电动载物爬楼机是一种实用型省力机械，它可以搬运、抬升、携带重物上下楼梯，不仅可提高产品运输的速度与速率，而且对保障人身安全、改善劳动环境、减轻劳动强度、提高劳动生产率、节约原材料消耗以及降低生产成本等有着十分重要的意义。该装置包括扶把、锂电池、爬楼轮，抱箍、滚轮，扶把联接在上部两端，不同部位配装有数个活扣抱箍，下部与支撑架联接，支撑架的一端两侧分别固定有滚轮。机器人高度方向轴线与支撑架的水平面垂直，有效防止侧翻。钢瓶通过不锈钢框架固定在主体上。机器人利用电机驱动行心轮机构完成爬楼的动作，仅需一人辅助操作控制器控制攀爬的速度和方向。该装置可应用于SF6钢瓶的自动爬楼和智能化搬运，对于位于二楼及以上配电室的组合电器新建、扩建、技术改造、大修、故障处理等工作，可有效降低SF6钢瓶搬运带来的安全风险，大幅提高工作效率。

1、总体设计

本设计组成部分如图 1 所示，主要由主车体机架、运动机构、驱动机构构成，在平地运动时由使用者提供动力，依靠轮子和机架实现普通手推车的功能。做爬楼运动时采用 48 V 锂电池提供动力，配合爬楼装置实现载物上楼的功能。爬楼装置由电机、减速器、曲柄、滑块、支撑连杆等组成，其关键部位为曲柄滑块机构。

2、主体机架

爬楼车的主体机架采用铝合金，由于铝合金的强度比较高，具有硬度大、质量轻的特点，可达到相同性能装置轻量化的目的，使爬楼车在搬运过程中更便捷。

结构主要由电池、载物架、电机承载、连杆、接触杆、滚子组成。电机承载机构用于盛放锂离子电池，与车架采用焊接方式连接。曲柄与连杆、连杆与接触杆通过螺栓连接。

3、运动机构

运动机构如图 2所示，由减速电机、轮胎、曲柄、滑块、支撑连杆、接触杆构成，其关键为曲柄滑块机构。曲柄滑块机构由连杆、曲柄、机架构成，如图4所示。曲柄一端通过普通平键与减速机相连，以24 r /min相对机架做匀速定轴转动，另一端与支撑连杆连接组成转动副，使支撑连杆在曲柄组的带动下完成平面运动，接触杆与支撑连杆连接，其两端各有一个滚子用来与楼梯台阶面接触，提高结构的稳定性。为了美观设计，将运动机构用塑料进行封装。

4、传动系统

为满足电助力爬楼车的使用要求，采用48V锂离子电池作为车载电源，400W-1000W直流无刷电机作为动力源，由直流无刷电机驱动器实现其正反转及调速功能，进而实现平稳的载物上下楼梯功能。

利用四杆机构来实现动力传输，如图3所示，在电机通电时，通过减速箱带动四杆机构装置，利用曲柄摇杆机构运动特性实现往复升降動作，从而使电动载物爬楼机实现上楼或者下楼的功能。电动载物爬楼车的运动大轮采用高强度充气橡胶车轮，支撑臂所需小轮则采用固定式高强度橡胶小轮，在保证小轮与台阶接触不损坏台阶的同时，利用橡胶的缓冲作用降低运动时产生的噪音。

二、优化研究

由于主要利用电动载物爬楼机搬运SF6钢瓶（如图4），因此对此方面相较于市面上的电动载物爬楼机做了一些方面的优化。

图4 钢瓶

1、固定主体使用不锈钢框架，表层添加塑料压条固定钢瓶，并且使用铰链机构快速打开和固定，固定使用锁扣（如图5）。

图5 铰链

2、1）该电动载物爬楼机采用48V6.6AH锂电池，快速插拔，使爬楼机运行稳定可靠，使用安全，不易损坏失效，且运动方便；2）爬楼机占地面积更小，功能多，对楼道转角空间要求相对于其他助力机械设备要求较小，在狭小楼梯口相对灵活，自主研发控制板，全面掌控设备运行，保证安全稳定；3）在主体支架上添加支杆与滑轮，使在平路上使用更省力，且新增适应边缘刹车系统，防止下滑，确保下楼准确；4）该爬楼机使用方便，操作简单，普适性较高，且多轴传动，在使用过程中不会产生较大阻力，操作起来更加顺手。

三、结语

此爬楼机用于SF6钢瓶的搬运，采用铝合金做主体，48 V 锂离子电池提供动力，大大减轻了搬运工人的劳动量，漏电防护电路保证了使用者的安全操作，为生产与筑造提供了极大便利。

参考文献：

[1].顾艳红，王晟楠等.轻载型电动载物爬楼机[J]机械传动，2018（2）：161

[2].董淑婧，程瑞.一种四杆机构式电动载物爬楼机[J]信息技术，2016（1）

[3].刘柄辰，宋其江，凌志成等. 一种新型全控式自平衡爬楼车的设计与研究[J].机电产品开发与创新，2015（4）：34-36.

（作者单位：国网银川供电公司）