多功能商品載運爬樓車的三維設(shè)計與分析

婁季楠 桂偉 張盼盼 康渝佳 李洲 李霞

摘要：該文在Solidworks中建立多功能商品載運爬樓車結(jié)構(gòu)的三維模型，將該爬樓車的結(jié)構(gòu)簡化分解后得到平面幾何示意圖，通過力學(xué)計算分析，判斷升降平臺和剪叉臂的承載能力；其中自主設(shè)計的棘齒三腳架，能夠高效的防止商品在運輸過程中搖晃受損。本文設(shè)計的多功能商品載運爬樓車三維模型為以后進(jìn)行相關(guān)的設(shè)計提供了參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：多功能；商品載運；爬樓車；三維設(shè)計

中圖分類號：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2018）12-0191-04

隨著Solidworks、PRO/E、3DMAX等三維建模技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在各個領(lǐng)域都廣泛應(yīng)用三維設(shè)計技術(shù)。如葉江波對船體結(jié)構(gòu)的研究[1]、陳楠對礦山機械產(chǎn)品的設(shè)計[2]、黃紅輝等對復(fù)雜曲面注塑模具的設(shè)計[3]、王寧等對水利工程的設(shè)計[4]、劉巖對礦用防水閘門的工程分析[5]、李冠群設(shè)計研究一種新型電動自平衡爬樓車[6]等都用到了三維設(shè)計。目前市場上的爬樓車功能單一，并且無鎖緊裝置，在運輸過程中不能保證商品的安全性。針對市面上用于搬運貨物的爬樓車的不足，本文設(shè)計了具有鎖緊裝置的多功能商品載運爬樓車，利用Solidworks等軟件對爬樓車的機械結(jié)構(gòu)進(jìn)行了三維設(shè)計和受力分析，提高了后期加工的準(zhǔn)確性。

1三維設(shè)計的方法概述

三維設(shè)計方法是在平面和二維設(shè)計的技術(shù)上建立的，主要是可以實現(xiàn)目標(biāo)的立體化，也是近些年出現(xiàn)的新型設(shè)計技術(shù)。同時，三維設(shè)計要有一定的立體感，需要操作者熟悉設(shè)計平臺和軟件。軟件學(xué)習(xí)具有一定的技巧性，操作人員要在學(xué)習(xí)中了解更多的技巧，從而提高操作效率[1]。

2 爬樓車整體結(jié)構(gòu)的三維設(shè)計

本文設(shè)計的多功能商品載運爬樓車采用平臺升降機構(gòu)、棘齒卡條機構(gòu)、四行星多輪組爬樓結(jié)構(gòu)，將貨物卸載、平地運輸、載貨爬樓等功能有機組合。整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

平臺升降機構(gòu)采用剪叉式升降裝置調(diào)節(jié)高度，以便送貨員從不同高度卸載商品，減輕送貨員體力消耗，利用液壓推桿的阻力使得商品能夠在升降平臺上緩慢下降，保證人員與商品的安全；棘齒卡條機構(gòu)，通過調(diào)整棘齒與卡條的接觸位置，以固定不同大小尺寸的商品，保證商品安全；四行星多輪組爬樓結(jié)構(gòu)類似于四葉草，由帶輪提供動力，針對不同高度的臺階設(shè)計了多組小輪，小輪輪組具有減震作用，上樓運行平穩(wěn)，有利于減輕送貨員體力消耗，保證商品的安全。貨物卸載、平地運輸、載貨爬樓等多功能的有機組合，以解決送貨員從貨車上卸下大件商品并送到用戶家中的最后一段距離的搬運問題。

3 升降裝置的三維設(shè)計

3.1設(shè)計計算

3.1.1平臺升降高度計算

如圖3液壓推桿機構(gòu)幾何示意圖所示，其中線段DE表示“雙桿軸下”的水平行程，BD和CE指的是同一液壓推桿在不同位置的示意圖，AB和AC是指“雙桿軸下”滑行到最遠(yuǎn)點E和最近點D時液壓推桿的長度示意圖。已知

如圖4剪叉升降機構(gòu)幾何示意圖所示，其中MN指的是升降裝置的承載平臺，DF指的是升降裝置的底座，MH、HD、NG、GF指的是升降裝置的升降活動桿件。

已知：MH=HD=NG=GF=300，DE=EF=MA=AF=MN，L、G、H分別為AE、MD、NF的中點.則有；四邊形BGCH為菱形，△MBF和△DCF均為等腰三角形；

雙桿滑行位置二，即液壓推桿收縮行程最近時，結(jié)合圖1中雙桿滑行行程為49.1，和雙桿滑DE=1/2DF行位置一時DF長得：此時

實際小車的尺寸為模型小車尺寸的兩倍，實際小車平臺可升降高度范圍為

3.2升降裝置受力分析

如圖5升降機構(gòu)整體幾何示意圖所示：

F表示的是升降平臺承受的重力載荷；P1、P2表示液壓缸作用于活塞的推力；f表示滾動摩擦系數(shù)；LNU表示載荷F的作用線到上平臺右端鉸支點U的水平距離；桿長SP、PE、UO、OV均為l；對升降平臺四點S、U、E、V隔離受力分析得，如圖6所示：

4 棘齒三腳架的三維設(shè)計

針對市面上的商品載運爬樓車在載運過程中易出現(xiàn)商品掉落、損壞的問題，設(shè)計了棘齒三腳架結(jié)構(gòu)，通過卡槽豎條在齒條中的滑動與卡位，可靈活的將各種不同大小的商品穩(wěn)固運載。

鎖止的運動最大高度h即為卡槽豎桿的長度a：a=254mm

高度的范圍：0——254mm

鎖止的最小長度l：

由棘齒三腳架幾何示意圖12中幾何關(guān)系可得：

[l=b2-a2=4032-2542=312mm]

鎖止的最大長度即為卡槽側(cè)桿的長度b：b=403mm

長度的范圍：312mm——403mm

5 結(jié)語

本文設(shè)計的多功能商品載運爬樓車三維模型采用了液壓緩降平臺，相比絲桿剪叉式升降平臺升降平穩(wěn)，操作更加方便、簡單。該多功能商品載運爬樓車在動力傳輸方面集帶傳動、連桿傳動等多種傳動方式于一體，一定程度上可以減輕搬運人員的體力消耗。另外為防止貨物在搬運中發(fā)生滑動，在升降平臺上設(shè)計一種棘齒卡條機構(gòu)，將貨物固定在平臺上，保證貨物的搬運安全。通過準(zhǔn)確的設(shè)計計算和多種三維軟件的應(yīng)用，設(shè)計出了升降平穩(wěn)、載物安全、爬樓靈活的多功能商品載運爬樓車的三維結(jié)構(gòu)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 葉江波，船體結(jié)構(gòu)的三維設(shè)計研究.2017

[2] 陳楠.三維設(shè)計在礦山機械產(chǎn)品設(shè)計中的應(yīng)用.2017

[3] 黃紅輝，王凌云.復(fù)雜曲面注塑模具三維設(shè)計.2017

[4] 王寧，陳嶸，楊新軍，等.基于BIM技術(shù)的水利工程三維設(shè)計研究與實現(xiàn).2017

[5] 劉巖.礦用防水閘門三維設(shè)計與工程分析2015

[6] 李冠群.一種新型電動自平衡爬樓車的設(shè)計與研究2015