董兵兵，黃浩青，周軍，江倩，晨陽慧，張軍

（安徽新華學(xué)院，安徽合肥,230088）

0 引言

在舊小區(qū)，低層樓房等無電梯或電梯空間不足的情況下，搬運大件貨物成為了一個讓人頭疼的問題。例如在搬運洗衣機(jī)、電冰箱、電視機(jī)等大件重量級物品時，由于人的體力限制導(dǎo)致效率低下且成本較高，對此情況應(yīng)用履帶式載物爬樓機(jī)代替人力能實現(xiàn)高效省力搬運貨物的目的。目前市場上較為普遍的爬樓裝置為三輪滾動式爬樓機(jī)，該類產(chǎn)品的3個滾輪繞著一根主軸均布，靠主軸的轉(zhuǎn)動驅(qū)動3個滾輪依次與樓梯的上下兩個臺階面接觸，加上人力牽拉，實現(xiàn)爬樓的動作。雖然一定情況下實現(xiàn)了載物爬樓的功能，但其仍存在以下缺點：1）爬樓時裝置與臺面的接觸點只有2個，穩(wěn)定性較差，具有一定的危險性。2）為了適應(yīng)爬樓，該類產(chǎn)品的載物臺全為傾斜放置，仍需人為調(diào)節(jié)角度與重心位置。

為了現(xiàn)有裝置中的不足，本文設(shè)計了一種履帶式載物爬樓機(jī)，既能平穩(wěn)的運載大件貨物又不需人力作為輔助拉力，能夠確保貨物安全穩(wěn)定且省力的運到指定樓層。

1 履帶式載物爬樓機(jī)的整體結(jié)構(gòu)組成

圖1為履帶式載物爬樓機(jī)的整體結(jié)構(gòu)。整臺裝置由載物臺、平面支撐機(jī)構(gòu)，角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)以及控制系統(tǒng)等4個部分組成。

圖1 履帶式載物爬樓機(jī)的整體結(jié)構(gòu)

（1）載物臺：02.載物臺承載運輸?shù)呢浳?，將貨物捆綁?3.垂直擋架上，確保運行中的穩(wěn)定性。

（2）平面支撐結(jié)構(gòu)：由前后四個01.車輪組成，用于平地上的水平運動。

（3）角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)：由10.傾角傳感器06.07.液壓桿組成，用來調(diào)節(jié)載物板與水平面的角度。通過調(diào)節(jié)04、11、12來進(jìn)行人為輔助。

（4）控制系統(tǒng)：05.控制系統(tǒng)中包括液壓系統(tǒng)，單片機(jī)控制系統(tǒng)，配電系統(tǒng)，和13.控制開關(guān)。

最底端由四個輪子01做支撐，四個輪子與載物臺02相連，03.垂直擋板與載物臺為一體，推車架04安裝在垂直擋板的兩邊，控制系統(tǒng)05中包括液壓系統(tǒng)，單片機(jī)控制系統(tǒng)，配電系統(tǒng)等，液壓活塞桿06.垂直與載物臺安裝，液壓活塞桿07安裝在履帶地板上并成一定的角度。另一端與載物臺的底部相連并保留旋轉(zhuǎn)自由度。履帶08與伺服電機(jī)09配合安裝，不爬樓的情況下處于懸空狀態(tài)。伺服電機(jī)09、履帶及履帶底板配合安裝，傾角感應(yīng)器10安裝在載物臺的一側(cè)或者底部，推車架調(diào)節(jié)桿11位于垂直擋板的上部，把手12與開關(guān)13位于推車架上的中上部位，且開關(guān)位于把手的旁邊。

2 履帶式載物爬樓機(jī)的工作原理

2.1 平地行駛階段

如圖1狀態(tài)所置，01車輪接觸地面。08履帶與地面不接觸，并保持有一定的距離。13控制開關(guān)處于關(guān)閉狀態(tài)，通過調(diào)節(jié)04、11調(diào)節(jié)推車架的角度，人工推動推車架來完成裝置載物運載功能。

2.2 由平地向樓梯過渡階段

載物爬樓機(jī)由人工推至樓梯前，打開控制開關(guān)，06與07液壓桿同時動作，液壓活塞桿伸出，致使履帶接觸地面并使01車輪與地面分離，伺服電機(jī)動作，帶動履帶轉(zhuǎn)動。履帶與樓梯相接觸并帶動載物臺一同向樓梯方向運動，在向上運動過程中，通過10傾角感應(yīng)器檢測載物臺所在平面與水平面所成角度，傳遞信號給控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)根據(jù)感應(yīng)器所傳輸?shù)男盘栠M(jìn)行數(shù)據(jù)分析，利用單片機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)調(diào)節(jié)流量控制閥流量的大小進(jìn)而調(diào)節(jié)07液壓桿伸出的速度，06液壓桿保持不動作，傾角感應(yīng)器，控制裝置和液壓系統(tǒng)協(xié)調(diào)工作，以保證02載物臺始終保持水平（載物臺所在平面與水平面所成夾角保持在所設(shè)定角度之內(nèi)），直至整個裝置脫離水平地面完成平地至樓梯的過渡階段。

2.3 爬樓梯階段

從平面向樓梯過度階段完成后開始進(jìn)入樓梯階段。在爬樓梯階段履帶與樓梯相接觸并穩(wěn)步運行，載物板始終保持與地面平行，由于樓梯的尺寸大小不完全一致導(dǎo)致載物臺會跟著履帶一起傾斜，此時圖2中固定在載物臺上的傾角感應(yīng)器檢測到載物臺所在平面與水平面之間所成夾角超出所設(shè)定值時，傾角感應(yīng)器向控制系統(tǒng)傳出數(shù)據(jù)，05控制系統(tǒng)根據(jù)傾角感應(yīng)器所傳輸?shù)男盘栠M(jìn)行數(shù)據(jù)分析，利用單片機(jī)控制系統(tǒng)控制液壓系統(tǒng)中的換向閥來調(diào)節(jié)液壓油的流向進(jìn)而調(diào)節(jié)07液壓桿的伸縮，從而起到在爬樓梯過程中調(diào)節(jié)載物臺所在平面與水平面之間所成角度的作用，以達(dá)到在爬樓梯的過程中載物臺始終保持與地面平行狀態(tài)，確保貨物可以安全平穩(wěn)的被運載。為更進(jìn)一步確保載物爬樓時的安全性，可人工牽引圖1中的把手12進(jìn)行人工牽引，以防系統(tǒng)故障而造成意外事故的發(fā)生，人工在牽引的過程中不需要消耗大量的體力，一個人就可以輕松操作完成，大大節(jié)省了人力物力的同時還能確保運載貨物時的穩(wěn)定性。

圖2 履帶式載物爬樓機(jī)底座（局部）

2.4 由樓梯向平面過渡階段

當(dāng)載物爬樓機(jī)將貨物運輸?shù)綐翘莸淖铐敹藴?zhǔn)備進(jìn)入平面階段時，人為將載物臺向平地方向傾斜，由于傾角感應(yīng)器檢測到載物臺所在平面與水平面之間的角度增大，控制系統(tǒng)使液壓系統(tǒng)工作，控制液壓油的流向使07液壓桿收縮，此時履帶繼續(xù)轉(zhuǎn)動，直至將載物臺的重心由樓梯移至平地，停止人工傾斜載物臺的動作，此時由于載物臺與地面之間仍有夾角，07液壓桿繼續(xù)收縮直至載物臺所在平面水平，履帶式載物爬樓機(jī)全部進(jìn)入平地階段。此時履帶完全接觸地面，01車輪懸空。當(dāng)裝置完全進(jìn)入平地時，按下圖3所示13.控制開關(guān)，06.07.液壓桿同時協(xié)調(diào)收縮，直至車輪接觸地面，履帶懸空至所設(shè)定距離時06.07.液壓桿停止收縮。此時裝置全部位于平地上。

圖3 把手及控制開關(guān)（局部）

此時履帶式載物爬樓機(jī)爬樓結(jié)束，進(jìn)入平地階段，在平地階段主要以人工推行前進(jìn)。考慮到每個人的身形都大不相同，在推車的部位做了設(shè)計，將推車部位設(shè)計成可調(diào)節(jié)式的，11.推車架調(diào)節(jié)桿是活動可調(diào)節(jié)裝置，一段固定在03.垂直擋架上，但保留旋轉(zhuǎn)自由度，另一端與04.推車架相連，當(dāng)推車架調(diào)節(jié)到與垂直擋板所需角度時將11.推車架調(diào)節(jié)桿固定卡在推車架上。此時11.推車架調(diào)節(jié)桿、04.推車架與03.垂直擋架三者構(gòu)成三角形，利用三角形的穩(wěn)定性，有效的提高了在平地進(jìn)行過程中裝置的穩(wěn)定性以及工人在推車時的舒適性。

3 結(jié)束語

本文所設(shè)計的履帶式載物爬樓機(jī)在平地行駛時依靠四個輪子做支撐，在平地向樓梯過度階段，爬樓梯階段以及從樓梯向平地過度階段，控制系統(tǒng)可對載物臺的角度進(jìn)行調(diào)節(jié)，使得載物臺始終保持在水平位置，以確保裝置在載物爬樓階段的平穩(wěn)運行，實現(xiàn)了貨物的安全、平穩(wěn)運載。