蔡 鵬 吳立波

(邯鄲職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)電工程系，河北 邯鄲 056005)

1 引言

家具是每個家庭的必需品，種類繁多，功能各異，中大型家具普遍較重，靠人力搬運(yùn)比較吃力。但是日常生活中又不可避免需要對家具進(jìn)行移動，有一些大型家具的移動工作純靠手抬非常困難，尤其對老年人來說就更加困難了。所以迫切需要一種簡單便捷的家具搬運(yùn)設(shè)備，在節(jié)省人力、物力的基礎(chǔ)上有效完成家具搬運(yùn)工作。

2 國內(nèi)外研究概況

家具搬運(yùn)工具在國內(nèi)外都有一定的發(fā)展，生活中也可見到各種搬運(yùn)工具，這些工具也各有優(yōu)缺點(diǎn)。常見的有平板小推車，工作時可將家具搬至小車上再進(jìn)行移動，該設(shè)備運(yùn)動靈活，但是依然需要人力去抬家具，沒有最大限度解放人力。還有一種杠桿小推車，需要人力翹起家具，然后移動，應(yīng)用杠桿原理，比手抬較為省力，但是搬運(yùn)過程中的穩(wěn)定性較差，需要人力輔助。還有一些大型的智能化搬運(yùn)設(shè)備，功能強(qiáng)大，最大程度節(jié)省人力，但是設(shè)備成本比較高，不適合家用。

3 設(shè)計目標(biāo)

考慮到現(xiàn)在市場上的搬運(yùn)工具的優(yōu)缺點(diǎn)，現(xiàn)研制一款便攜式的家用搬運(yùn)設(shè)備。該設(shè)備應(yīng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1）設(shè)備體積不易過大，便于在家中存放。

2）有效節(jié)省人力，搬與運(yùn)兩個環(huán)節(jié)有機(jī)結(jié)合。

3）運(yùn)輸環(huán)節(jié)需靈活平穩(wěn)。

4）設(shè)備成本不高，可用性高。

4 方案設(shè)計

家具一般都比較重，想要輕松搬起家具需要借助一些特殊的機(jī)械結(jié)構(gòu)，達(dá)到最佳的省力效果。螺旋千斤頂是一種非常省力的頂舉機(jī)構(gòu)，是由人力通過螺旋副傳動，螺桿或螺母套筒作為頂舉件。普通螺旋千斤頂靠螺紋自鎖作用支持重物，構(gòu)造簡單。螺旋千斤頂能長期支持重物，最大起重量已達(dá) 100噸，應(yīng)用較廣。家具搬運(yùn)設(shè)備可充分借鑒螺旋千斤頂?shù)脑?，運(yùn)用螺旋機(jī)構(gòu)作為舉升運(yùn)動的驅(qū)動機(jī)構(gòu)[1]。設(shè)備的整體框架可以應(yīng)用空間連桿機(jī)構(gòu)，隨著連桿角度的變化，實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)整體高度的變化。和平面連桿機(jī)構(gòu)相比，空間連桿機(jī)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)緊湊、運(yùn)動靈活多樣的特點(diǎn)[2]。設(shè)備具有運(yùn)輸能力就需要安裝腳輪，考慮到搬運(yùn)位置的靈活性，應(yīng)安裝萬向輪。

設(shè)備的主體結(jié)構(gòu)設(shè)計為空間八連桿機(jī)構(gòu)，基本組成部分是交叉連桿，四個方向各有一個交叉連桿，交叉連桿通過連接塊連接組成一個整體?？偣灿邪藗€連接塊，上下各四個。上連接塊起支撐家具的作用，表面粗糙度高，防止家具在上面滑動，下連接塊安裝萬向輪。每個連接塊安裝不同交叉桿的兩端，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的閉合。隨著交叉連桿角度的變化，可實(shí)現(xiàn)主體結(jié)構(gòu)的展開和收攏。結(jié)構(gòu)的對稱性可使受力更平穩(wěn)，結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定。交叉連桿的連接部分是一個設(shè)計重點(diǎn)，要考慮到整體的空間性。所以連接塊的設(shè)計尤為重要，需要計算連接塊上交叉桿的安裝位置。如果安裝位置不準(zhǔn)確，整體結(jié)構(gòu)就會扭勁兒，且支撐面不平齊。連桿機(jī)構(gòu)的具體三維模型如圖1所示：

圖1 連桿機(jī)構(gòu)

設(shè)備的頂起工作通過一個螺旋夾緊機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，根據(jù)實(shí)際需求調(diào)整工作行程，然后旋轉(zhuǎn)螺桿對連桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行夾緊。隨著連桿受力，機(jī)構(gòu)收緊，升高支撐面。螺桿預(yù)緊后，反向?qū)崿F(xiàn)自鎖。夾緊機(jī)構(gòu)如圖2所示：

圖2 夾緊機(jī)構(gòu)

夾緊機(jī)構(gòu)兩端的工作面夾緊對稱兩側(cè)的交叉連桿，機(jī)構(gòu)一端固定，另一段可螺旋移動，調(diào)整工作行程。預(yù)夾緊后，旋轉(zhuǎn)可移動端的螺桿，使螺桿左移，減小夾緊空間，促使連桿機(jī)構(gòu)收攏抬高，達(dá)到舉升目的。設(shè)備整體結(jié)構(gòu)的工作狀態(tài)如圖3所示：

圖3 整體結(jié)構(gòu)工作狀態(tài)

5 設(shè)備制作

設(shè)備的制作過程，選取φ16×320厚1的鋼管，通過鉚釘軸實(shí)現(xiàn)交叉連接。交叉桿通過螺釘軸與連接塊裝配在一起，底部四個萬向輪通過螺釘安裝在下連接塊上。調(diào)試過程中，連桿機(jī)構(gòu)收縮順暢，萬向輪移動靈活。但是負(fù)載狀態(tài)下，夾緊機(jī)構(gòu)工作過程不穩(wěn)定，易脫落。由于夾緊機(jī)構(gòu)的工作面是平面，交叉桿的接觸面是曲面，兩者接觸不穩(wěn)定，所以需要輔助元件來保證接觸穩(wěn)定。此處的關(guān)鍵點(diǎn)是解決夾緊機(jī)構(gòu)與交叉連桿的接觸平穩(wěn)，不松動，所以需要限位裝置保證接觸。該處設(shè)計采用兩個大彈簧夾做輔助件，夾住螺旋夾緊機(jī)構(gòu)和交叉桿的接觸部位，限制其相對運(yùn)動，防止脫落，使工作時保持接觸穩(wěn)定。調(diào)試過程中，使用夾子做輔助元件后，結(jié)構(gòu)接觸良好，負(fù)載狀態(tài)下運(yùn)行良好。

6 創(chuàng)新特色

該設(shè)備創(chuàng)新特色主要有以下幾點(diǎn)：

1） 相比一般的千斤頂，小巧、輕便，起始工作高度低，可適用于底盤低的重型家具搬運(yùn)。

2） 設(shè)備把家具的提升和運(yùn)輸兩項(xiàng)功能集為一體，萬向輪可實(shí)現(xiàn)家具搬運(yùn)方向靈活。

3） 空間連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動靈活，結(jié)構(gòu)閉合對稱，穩(wěn)定性良好。

4） 夾緊機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)設(shè)備的提升和自動鎖緊，有效節(jié)省人力。

5） 上連接塊表面粗糙度大，保證家具設(shè)備接觸面的摩擦力，使移動過程中家具在支撐面上保持穩(wěn)定。

7 結(jié)束語

家具搬運(yùn)是日常生活，該設(shè)備可滿足大量人群的使用要求，節(jié)省人力，尤其對于老年人來說，應(yīng)用價值極高?；诖私Y(jié)構(gòu)原理，可設(shè)計多種型號的家具搬運(yùn)設(shè)備，滿足不同類型的家具搬運(yùn)工作。設(shè)備限定額定承載重量，可作出系列化產(chǎn)品，有很大的市場價值，可大力推廣。該設(shè)備除了滿足家具搬用功能外，也可以應(yīng)用到貨物運(yùn)輸領(lǐng)域，如快遞業(yè)、零食加工廠、機(jī)場和火車站行李搬運(yùn)等等，應(yīng)用價值很廣。