一種履帶式載物爬樓機

董兵兵，黃浩青，周軍，江倩，晨陽慧，張軍

（安徽新華學院，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、電冰箱、電視機等大件重量級物品時，由于人的體力限制導致效率低下且成本較高，對此情況應用履帶式載物爬樓機代替人力能實現(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，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，本文設計了一種履帶式載物爬樓機，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 履帶式載物爬樓機的整體結(jié)構組成

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

圖1 履帶式載物爬樓機的整體結(jié)構

（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：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)機構：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)，單片機控制系統(tǒng)，配電系統(tǒng)，和13.控制開關。

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09配合安裝，不爬樓的情況下處于懸空狀態(tài)。伺服電機09、履帶及履帶底板配合安裝，傾角感應器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13位于推車架上的中上部位，且開關位于把手的旁邊。

2 履帶式載物爬樓機的工作原理

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控制開關處于關閉狀態(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

載物爬樓機由人工推至樓梯前，打開控制開關，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)感應器所傳輸?shù)男盘栠M行數(shù)據(jù)分析，利用單片機調(diào)節(jié)系統(tǒng)調(diào)節(jié)流量控制閥流量的大小進而調(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定值時，傾角感應器向控制系統(tǒng)傳出數(shù)據(jù)，05控制系統(tǒng)根據(jù)傾角感應器所傳輸?shù)男盘栠M行數(shù)據(jù)分析，利用單片機控制系統(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 履帶式載物爬樓機底座（局部）

2.4 由樓梯向平面過渡階段

當載物爬樓機將貨物運輸?shù)綐翘莸淖铐敹藴蕚溥M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，履帶式載物爬樓機全部進入平地階段。此時履帶完全接觸地面，01車輪懸空。當裝置完全進入平地時，按下圖3所示13.控制開關，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（局部）

此時履帶式載物爬樓機爬樓結(jié)束，進入平地階段，在平地階段主要以人工推行前進?？紤]到每個人的身形都大不相同，在推車的部位做了設計，將推車部位設計成可調(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.垂直擋架三者構成三角形，利用三角形的穩(wěn)定性，有效的提高了在平地進行過程中裝置的穩(wěn)定性以及工人在推車時的舒適性。

3 結(jié)束語

本文所設計的履帶式載物爬樓機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。