助力旅行箱的研究设计

2020-03-25 02:52张洪田桂林赵英才黄能
新一代 2020年4期
关键词:爬楼旅行箱履带

张洪 田桂林 赵英才 黄能

摘    要:随着现代快速发展的节奏,人们的出行频率越来越高,旅行箱成为必需品。本文设计了一款以履带为介质,用机械动力代替人力,实现助力爬楼梯的旅行箱,主要解决笨重旅行箱上下楼梯困难问题,有效帮助出行人员节省劳动力,降低出行安全风险。

关键词:旅行箱;履带;爬楼

在现代快速发展的进程中,人们出行越来越频繁,出行目的地也越来越广,旅行箱成为众多出行人士的必备品。现如今旅行箱样式越来越多,功能越来越齐全,但普遍存在一大缺陷,缺乏跨越台阶功能。在面对楼梯台阶时,人们往往只能通过手提,一步一步走上(下)台阶。虽有电梯的普及,但在出行高峰期或者传统建筑区域,大多数人们背负着旅行箱上下楼梯,往往很费劲,也容易出现安全事故。

因此,一款具有上下楼能力的旅行箱显得极其有意义。为此,本文针对性地设计了一款以履带为介质,用机械动力代替人力,实现助力爬楼梯的旅行箱,主要解决笨重旅行箱上下楼梯困难问题,有效帮助出行人员节省劳动力。

一、设计方案

本旅行箱设计灵感来源于坦克爬坡思路,其结构设计由三部分组成,分别是储物箱体、四轮行走系统以及履带行走系统。储物箱体用于储纳出行物品,为内中空箱型结构,配抽拉杆,方便推动箱体自由前进。四轮行走系统,由两个万向轮和两个固定轮组成,安装在箱体下方,实现旅行箱在水平地面上行走。履带行走系统,由电机、履带、履带轮、支撑件等组成,安装在箱体侧面,主要实现旅行箱爬楼梯功能。整体结构示意图如图1所示。

二、零部件设计

(一)箱体设计

结合市面旅行箱常用规格尺寸,参考人体工程学,考虑爬楼所需履带等因素,箱体外形尺寸确定为长800mm,宽450mm,高250mm,除去履带行走系统占用部分空间以及壳体厚度等,箱体内净空尺寸为790mm*440mm*200mm。

箱体壳体选用硬质耐磨CURV复合材料(100%聚丙烯),具有密度低、抗冲击能力强、耐腐蚀等特点,箱体表面预留启动/停止控制按钮、USB接口、蓄电池充电接口以及拉杆、把手位置。

(二)履带行走系统设计

它主要由电机、履带、履带轮、支撑件等组成。电机的输出转矩带动驱动轮转动,实现履带传动,通过履带外层齿状结构增加履带与台阶面间的摩擦力,从而提供较大的爬楼作用力。

通过对本地地铁站、火车站、大型商场、学生宿舍楼梯的实际测量,统计分析得到楼梯台阶水平长度为300mm,台阶高度为140mm,与水平角度为25°,相邻台阶斜面长度为331mm。为使履带能正常进行楼梯台阶面的連续传动,选用履带与地面接触长度为670mm。

本次设计选用ZRT-50B橡胶履带,履带轮直径d=78mm,履带宽度为50mm,履带周长为1585mm,如图2、图3所示。

选用24V直流电动机,转速150r/min,功率200W,配24V可充电蓄电池,电池组件布置于箱体底部。履带轮支撑采用整体式径向滑动轴承座,结合箱子承载能力,综合确定轮毂轴径为8mm。电机通过电机座与箱体底面固定,与履带轮轮毂轴径通过套筒联轴器联接在一起,如图所示。中间履带轮为支撑组件,起负重及张紧作用。

(三)四轮行走系统

四轮行走系统,由两个万向轮和两个固定轮组成,安装在箱体下方,通过传统固定方式和箱体相连,实现旅行箱在水平地面上行走。

(四)其他功能设计

结合现代出行人士的多样化需求,在箱体上增加USB接口,配以合适转换电路,实现24V可充电蓄电池转化为可供手机、平板等使用的充电宝。拉杆机构、密码锁装置,参照传统旅行箱设计。

三、小结

本项目设计了一款借助机械动力代替人力的旅行箱,相比市场现有旅行箱而言,具有以下特点:

(1)该旅行箱适用范围广,可在人们的正常活动范围内使用,不限于商场、火车站、地铁站、宿舍等场所,具有极好的应用市场。

(2)该旅行箱应用机电一体化思想,操作简单,使用方便。

(3)该旅行箱在上下楼梯时,省力,减少劳动强度,降低手提操作时易产生安全事故的风险。

(4)该旅行箱可做应急电源使用,方便给出行人士外出手机、平板等进行充电。

参考文献:

[1].濮良贵,陈国定,吴立言主编.机械设计(第十版)[M].北京:高等教育出版社,2019.7.

[2].张荣. 机械原理[M].武汉:华中科技大学出版社,2015.

[3].成大先. 机械设计手册[M].化学工业出版社,2002.

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