李豐延，程婉琳

（1.廣西大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，廣西南寧530007；2.湖南大學(xué)設(shè)計(jì)藝術(shù)學(xué)院，湖南長(zhǎng)沙410012）

一種家用重物托舉輔助裝置設(shè)計(jì)

李豐延1，程婉琳2

（1.廣西大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，廣西南寧530007；2.湖南大學(xué)設(shè)計(jì)藝術(shù)學(xué)院，湖南長(zhǎng)沙410012）

介紹了一種家用重物托舉輔助裝置設(shè)計(jì)。本次設(shè)計(jì)旨在設(shè)計(jì)出一款輕巧省力、安全可靠、便于收納、適用范圍廣的重物托舉裝置來服務(wù)于人們的日常生活。該裝置主要包括升降機(jī)構(gòu)、進(jìn)給機(jī)構(gòu)、自鎖機(jī)構(gòu)、底座以及電路板。并對(duì)裝置進(jìn)行了詳細(xì)的外觀設(shè)計(jì)和樣機(jī)模型制作。

重物托舉裝置；家用；升降機(jī)構(gòu)

出于收納物品的需要，人們習(xí)慣將家中不常用的物品（如棉被、行李箱等）收納于高處，或是將貨物放置于貨架上等等，托舉的動(dòng)作相對(duì)于提拿的動(dòng)作更加吃力，對(duì)于女性和老年人等力氣較小的群體來說，放置重物是個(gè)不小的難題，所以起重裝置在現(xiàn)代化生產(chǎn)過程中應(yīng)用越來越廣，作用愈來愈大[1]。然而國內(nèi)外的起重裝置大多是用于工業(yè)生產(chǎn)當(dāng)中，針對(duì)家用的設(shè)備少之又少，在家用重物托舉裝置研究設(shè)計(jì)方面還存在著較大的空白，給人們?nèi)粘Ｉ钪型信e重物帶來了不便。所以有必要設(shè)計(jì)出一種輕巧省力、安全可靠、美觀實(shí)用、便于收納、適用范圍廣的重物托舉輔助裝置來服務(wù)于人們的日常生活，解決人們生活中放置重物的難題。

1 家用重物托舉輔助裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

家用重物托舉輔助裝置包括升降機(jī)構(gòu)、進(jìn)給機(jī)構(gòu)、自鎖機(jī)構(gòu)、底座以及電路板組成。本文重點(diǎn)對(duì)升降機(jī)構(gòu)、進(jìn)給機(jī)構(gòu)和自鎖機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

1.1 升降機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

家用重物托舉輔助裝置的升降機(jī)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)重物的升降。如圖1所示，升降機(jī)構(gòu)由6個(gè)剪叉單元組成，推拉桿在電動(dòng)液壓缸的推動(dòng)下做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)剪叉單元運(yùn)動(dòng)，通過剪刀式支承架的展開和折疊來完成重物平臺(tái)的升降[2]。

圖1 升降機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖

1.2 進(jìn)給機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

家用重物托舉輔助裝置的進(jìn)給機(jī)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)重物的卸載。如圖2為進(jìn)給機(jī)構(gòu)的整體結(jié)構(gòu)圖，家用重物托舉輔助裝置的進(jìn)給機(jī)構(gòu)主要由支承板、傳送板組成。

圖2 進(jìn)給機(jī)構(gòu)整體結(jié)構(gòu)圖

圖3 為支承板結(jié)構(gòu)圖。工作原理為絲桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與傳送板相連，傳送板在絲桿的作用下沿導(dǎo)軌做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)傳送板的進(jìn)給功能。

圖3 支承板結(jié)構(gòu)圖

圖4為傳送板結(jié)構(gòu)圖。傳送板滑輪沿傳送板滑輪軌道滑動(dòng)，使傳送板能沿支承板前后滑動(dòng)。支承滑輪能夠在傳送板的前端離開支承板時(shí)，為其提供支承力以及滑動(dòng)力。滾輪能減少重物與傳送板之間的摩擦，傾斜腳為重物離開傳送板提供緩沖，方便卸載重物。傳送板的兩側(cè)設(shè)置有推拉桿，可拉伸以及收縮，當(dāng)所需要承載的重物過長(zhǎng)超出傳送板的長(zhǎng)度時(shí)，可將推拉桿拉出，保證重物的平衡，增強(qiáng)裝置的穩(wěn)定性。

圖4 傳送板結(jié)構(gòu)圖

進(jìn)給機(jī)構(gòu)工作原理如圖5所示，當(dāng)升降機(jī)構(gòu)將重物抬升至一定高度，使傳送滑輪與衣柜置物板對(duì)齊，馬達(dá)開始運(yùn)作，絲桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)將傳送板向前推進(jìn)，傳送板沿支承板向前滑動(dòng)，傳送滑輪能夠在傳送板的前端離開支承板時(shí)，為其提供支承力以及滑動(dòng)力。當(dāng)重物完全進(jìn)入衣柜后，絲桿反向轉(zhuǎn)動(dòng)，傳送板抽出，自鎖機(jī)構(gòu)鎖死，阻隔重物，重物在滾輪傳動(dòng)作用下沿傾斜角離開傳送板，從而將重物卸載至指定位置。

圖5 進(jìn)給機(jī)構(gòu)工作原理圖

1.3 自鎖機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

自鎖機(jī)構(gòu)的作用是當(dāng)重物運(yùn)送至指定位置后，保證傳送板能順利抽離且不會(huì)帶動(dòng)重物再次移動(dòng)，起到阻隔重物的作用。圖6為自鎖機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖。

圖6自鎖機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖

圖7 為自鎖機(jī)構(gòu)工作原理圖，傳送板開始運(yùn)動(dòng)向前推進(jìn)時(shí)，推動(dòng)自鎖滑輪以及推進(jìn)桿向前運(yùn)動(dòng)，當(dāng)自鎖滑輪觸及自鎖鍵，可以輕易將自鎖鍵壓入槽中并繼續(xù)向前移動(dòng)，當(dāng)自鎖滑輪離開自鎖鍵時(shí)，自鎖鍵在自鎖彈簧的作用下反彈，阻擋自鎖滑輪反向滑動(dòng)。卸載重物時(shí)，傳送板向后滑動(dòng)，自鎖機(jī)構(gòu)保持靜止，推進(jìn)桿將重物阻隔使其不隨傳送板運(yùn)動(dòng)，當(dāng)重物完全脫離傳送板并且傳送板回復(fù)初始位置時(shí)，扭轉(zhuǎn)手動(dòng)桿，使其帶動(dòng)傳動(dòng)桿轉(zhuǎn)動(dòng)，在傳動(dòng)連桿的作用下，彈簧收縮，從而自鎖鍵向槽內(nèi)移動(dòng)，不再阻隔自鎖滑輪以及推進(jìn)桿，使其在彈簧彈力作用下恢復(fù)到初始位置。

圖7 自鎖機(jī)構(gòu)工作原理圖

1.4 整機(jī)結(jié)構(gòu)

如圖8所示為裝置的收納示意圖，當(dāng)升降機(jī)構(gòu)收縮時(shí)，裝置的尺寸為600 mm×420 mm×140 mm.圖9為裝置的整體結(jié)構(gòu)圖。

圖8 裝置收納圖

圖9 裝置整體結(jié)構(gòu)圖

根據(jù)國家規(guī)定，住宅高度不應(yīng)低于2.5 m，平均為2.8 m，一般衣柜頂層高度在1.8m~2.2m之間，2.2 m應(yīng)為人們所需的最大高度，所以將裝置上升的最大高度設(shè)定為2.2 m.人們通常需要托舉的重物中，較大的物件是行李箱，所以根據(jù)行李箱的尺寸來制定傳送板的尺寸。常見的行李箱尺寸如表1所示。

表1 常見的行李箱尺寸

根據(jù)拉桿箱尺寸，家庭使用的最常用拉桿箱尺寸為24寸和28寸。24寸拉桿箱的尺寸為380 mm ×600 mm×280 mm，28寸拉桿箱的尺寸為480 mm ×700 mm×300 mm，所以將傳送板的長(zhǎng)度設(shè)置為590mm，根據(jù)需要，可將傳送板的推拉桿拉出，拉出后傳送板的最大長(zhǎng)度可達(dá)到890 mm.將傳送板的寬度設(shè)定為410 mm，若重物過寬，超過傳送板尺寸，可適當(dāng)超出傳送板放置。根據(jù)內(nèi)部結(jié)構(gòu)所需的空間以及裝置收納后的體積，將傳送板的厚度設(shè)定為30 mm.

如圖10為升降機(jī)構(gòu)的尺寸圖，當(dāng)剪叉桿與水平面的夾角為67°時(shí)，機(jī)構(gòu)上升到最大高度，此時(shí)升降機(jī)構(gòu)的高度為2 200 mm，當(dāng)剪叉桿與水平面的夾角為45°時(shí)，各剪叉之間的夾角成直角，此時(shí)升降機(jī)構(gòu)的高度為1 700 mm，當(dāng)剪叉桿與水平面的夾角為30°時(shí)，升降機(jī)構(gòu)的高度為1 200 mm，當(dāng)剪叉桿收縮到最小時(shí)，機(jī)構(gòu)的高度為105 mm.

圖10 升降機(jī)構(gòu)尺寸圖

2 家用重物托舉輔助裝置外觀設(shè)計(jì)

2.1 材料選擇

家用重物托舉輔助裝置所選的材料需要有較大的硬度，同時(shí)重量要輕，要保證整個(gè)產(chǎn)品的穩(wěn)定性和安全性，同時(shí)減輕裝置自身的重量，所以內(nèi)部機(jī)構(gòu)支架主要選用鋁合金材料。鋁合金密度低，但強(qiáng)度比較高，塑性好，可加工成各種型材，但鋁合金的造價(jià)較高，不適宜大量普及，除了鋁合金外，還可以選用45#鋼，45#鋼是常用的中炭調(diào)制結(jié)構(gòu)鋼，具有較高的強(qiáng)度和較好的切削加工性，經(jīng)適當(dāng)?shù)臒崽幚硪院罂色@得一定的韌性、塑形和耐磨性，但其密度較大，相較于鋁合金材質(zhì)而言，質(zhì)量較重。所以裝置內(nèi)部機(jī)構(gòu)材料選用鋁合金或45#鋼。

裝置的外包裝材料在滿足設(shè)計(jì)要求的基礎(chǔ)上，盡量降低成本，優(yōu)先選用資源豐富、價(jià)格低廉、安全牢固、有利于生態(tài)環(huán)境保護(hù)的材料。可選擇聚碳酸酯工程塑料（PC）。

2.2 色彩選擇

家用重物托舉輔助裝置除了具備托舉重物的實(shí)用性功能外，還有一定裝飾生活環(huán)境、體現(xiàn)生活品味的精神功能。良好的造型和色彩搭配可以創(chuàng)造產(chǎn)品的個(gè)性，提高價(jià)值[3]。因?yàn)檠b置的使用環(huán)境是室內(nèi)，所以要與室內(nèi)其他物品的色調(diào)相呼應(yīng)，不能夠太突兀，設(shè)計(jì)的色彩要符合大眾的心理，同時(shí)顏色搭配要突出裝置的美感以及科技感，讓使用者得到美的享受。

色彩方案：整體裝置主色調(diào)為白色，燈光部分為藍(lán)色，裝置的保護(hù)蓋為半透明黑色。白色明亮干凈，沒有強(qiáng)烈的個(gè)性，在設(shè)計(jì)中，白色象征高級(jí)，科技的意象，可以與室內(nèi)的其他物品搭配而不顯突兀。燈光部分為藍(lán)色，藍(lán)色在商業(yè)設(shè)計(jì)中，強(qiáng)調(diào)科技、效率，如電腦、汽車、影印機(jī)、攝影器材等等。裝置的保護(hù)蓋為半透明黑色，目的是將裝置內(nèi)部的機(jī)構(gòu)隱藏起來而不顯雜亂。

2.3 外觀設(shè)計(jì)

在外觀設(shè)計(jì)上，裝置前端采用的曲線造型設(shè)計(jì)，裝置的后端為規(guī)則的方形，一方面可以使裝置緊貼柜子邊緣，方便放置物體，另一方面方便裝置的收納放置，節(jié)約空間。保護(hù)板采用滑動(dòng)設(shè)計(jì)，當(dāng)其滑動(dòng)至邊緣時(shí)可以繞邊緣旋轉(zhuǎn)，一端與地面接觸，可以當(dāng)斜坡使用，用于將行李箱等重物沿斜坡進(jìn)入傳送板上，輕松省力。增設(shè)顯示屏顯示裝置上升的高度，物體的重量。裝置采用遙控器控制。裝置底部設(shè)置有萬向輪，用遙控控制其運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)裝置的移動(dòng)，到達(dá)指定位置時(shí)，輪子上鎖，使其固定。圖11為裝置收納時(shí)的外觀效果圖。圖12為裝置使用效果圖。

圖11 裝置外觀效果圖

圖12 裝置使用效果圖

3 實(shí)物模型制作

根據(jù)上述設(shè)計(jì)，制作了家用重物托舉輔助裝置1∶1樣機(jī)模型，如圖13所示。裝置的額定載荷為500 N，裝置自重為85 N，升降機(jī)構(gòu)的上升速率為4~6 m/min，下降速度小于上升速度，為3~5 m/min.

圖13 裝置樣機(jī)圖

4 結(jié)論

通過三維建模及模型制作，證明家用重物托舉輔助裝置結(jié)構(gòu)合理，所能承受的額定載荷為500 N，寬大的作業(yè)平臺(tái)和較高的承載能力能夠適用于不同形態(tài)的物體，使安全更有保障。裝置可折疊收納，體積小，節(jié)省空間。

家用重物托舉輔助裝置可應(yīng)用于家庭住宅，商鋪和小型物品倉庫等等，以機(jī)械代替繁瑣的人工操作，更加的安全便捷。文中所述家用重物托舉輔助裝置為我國的家用重物托舉裝置的創(chuàng)新提供了新思路。

[1]趙世元．自鎖型重物提升機(jī)構(gòu)在生產(chǎn)中的應(yīng)用[J]．航空精密制造技術(shù)，2013，49（2）：60．

[2]趙金元，易德高，何文勝，等．UVL-5地下雙鉸接剪叉式升降臺(tái)車的研制[J]．有色設(shè)備，2012（6）：22．

[3]悠然．絢麗斑斕多彩繽紛斗艷奇[J]．?dāng)?shù)碼先鋒，2008（10）：94．

A Design of Household Assist Equipment for Lifting Heavy Matters

LI Feng-yan1，CHENG Wan-lin2
（1.School of Mechanical Engineering，Guangxi University，Nanning Guangxi 530007，China；2.School of Design，Hunan University，Changsha Hunan 410012，China）

This paper describes adesign of householdassist equipment for lifting heavy matters.It aims to design a weight lifting device which is light，energy-saving，safe，reliable，convenient，and widely applicable to serve people’s daily life.This equipment mainly includes the lifting mechanism，feed unit，self-locking mechanism，the base and circuit board.Besides，the appearance design and prototype production of the equipment were carried out in details.

weight liftingequipment；household；liftingmechanism

TH211.6

A

1672-545X（2017）06-0119-04

2017-03-11

李豐延（1981-），男，廣西天峨人，講師，研究方向?yàn)楣I(yè)設(shè)計(jì)；程婉琳（1994-），女，廣西柳州人，碩士研究生，研究方向?yàn)楣I(yè)設(shè)計(jì)工程。