集美大学《便捷式助力上楼运载小车说明书》

1、第十届全国大学生机械创新设计大赛预赛参赛作品便捷式助力上楼运载小车说明书 设计者：林烨 柯荜正 黄廷朝 吴晓峰 詹志坚指导教师：周梅 李波（集美大学机械与能源工程学院，厦门361021）摘要：以便捷、实用、有效的解决广大群体进行载运和搬动物品上楼等方面的问题为研究对象，设计出一种伞骨式折叠三角轮以及可滑动方便拆卸的置物分隔层的便捷式助力运载装置从而实现通过轮子的伸缩和置物分隔层的拆卸来提高他们在运载和搬运物品方面的效率。实践表明，该产品工作稳定，性能可靠，使用方便快捷。关键词：伞骨式折叠三角轮 滑轨置物分隔层 便捷 高效作品内容简介本作品根据本届机械创新设计大赛的主旨要求而设计，属于“商品载运

2、及助力机械装置”。未折叠前该作品长40cm，宽45cm，高100cm，折叠后长63cm，宽45cm，高18cm，作品可分为四个部分，车身、置物分隔层、伞骨式折叠三角轮以及动力装置，在使用前，将上拉杆逆时针翻转180度，扣上折叠扣手，装载物品时，将置物分隔层沿滑轨移入对应位置，之后倾斜车身，按下拉杆上的开关，打开电机即可。当遇到楼梯时，将三角轮沿水平面展开，顺时针旋转一定角度后锁定轮子，之后按下拉杆上的开关，打开电机即可。1研制背景及意义搬运物品上下楼梯是普通日常生活中很平常的一种行为，在那些大量不设电梯的七层以下的住宅房居住的居民，尤其是那些老年人和小孩，搬运物品时及其不方便的事情，根据国内实

3、际情况，目前大部分爬楼运货仍以传统人工或人力装置为主，而人力装置安全性不高，对人身和设备构成了威胁。面对能有效减轻工作强度，提高工作效率及安全性的迫切需求，项目团队设计了一款新型省力高效的爬楼搬运装置，该装置平地楼梯均适应，实用性强，既可以在平地上载物，也可以在不同构造的楼梯间将重物轻松快捷的搬运。于此同时该装置在实现轻松便捷拆卸货物方面起到了高效率的作用。在实用性方面该装置体积不大，可折叠携带方便，操作简单，价格适中，使用人群广泛，尤其是对于老人、孩子、及妇女携重物上楼更加方便。2便捷式助力上楼运载小车设计2.1设计理念 通过对市场上的大量的助力运载装置的实地调查，发现绝大多数助力运载装置的

4、设计较为单一，在人性化和工作效率上面程度不够，只能实现单一的载运，无法分类货物，而且轮子的设计也不够巧妙，虽然有的使用了星型三角轮，但是绝大多数星型三角轮都不可伸缩或折叠，针对以上问题我们设计出了一款新型的助力式运载装置，他不仅可以实现方便的装卸货物而且它的伞骨式折叠三角轮可伸缩折叠的人性化设计可以自由在三角轮和与之相连的定向轮之间转换以适应平地和爬楼梯的需求。2.2便捷式助力上楼运载小车结构设计 本作品主要由车身、置物分隔层、伞骨式折叠三角轮以及动力装置四大部分组成。2.2.1车身设计 车身作为整个助力式运载装置的主要支撑部分，采用不锈钢材质，考虑整体的美观效果，外部采用黑色涂料将其进行喷漆

5、，在连接方面，通过栓进行固定连接，在保证支撑强度的同时，车身可以进行折叠节省空间便于携带。设计的骨架如图2.1所示，外框箱如图2.2所示。图2.1骨架 图2.2 外框箱2.2.2置物分隔层设计 整个滑轨置物分隔层主要由平行置物篮、滑块和滑轨组成。置物篮设计成双层结构，通过螺钉进行与滑块的连接；滑轨安装在车身两侧的杆上，在滑块与滑轨的配合下置物篮进行与车身的简易拆装和篮子第横向运动。为保证有足够的置物空间同时适应不同物品体积大小安装了两条滑轨。置物分隔层如图2.2所示。图2.2 下拉篮2.2.3伞骨式折叠三角轮伞骨式折叠三角轮主要由外轮（定向轮）和内轮（三角轮）组成。外轮的设计上增加了定向导轨和

6、卡盘，保障三角轮的定向伸展和三角轮的连接;内轮由三个小轮，骨架和卡盘组成，小轮在骨架的地牵引下展开收起，实现定向轮与三角轮的转换。整个轮身用销连接，轮身为三D打印而成，使整个构件更加美观。伞骨式折叠三角轮设计如图2.3所示。图2.3 外框门2.2.4动力装置 动力设计如图2.4所示。 图2.4 隐藏置物板2.2.5挂钩的设计 挂钩横向安放于拉柄处，共三枚，主要用于挂放不易平放的物品。2.2.6设计效果图综上所述，结合实际生活中橱柜外形及结构利用Autodesk-Inventor设计出的三维效果图。隐藏置物板下拉篮完全关闭状态如图2.5所示，柜门开启状态如图2.6所示，隐藏置物板打开状态如图2.

7、7所示，下拉篮下拉状态如图2.8所示。图2.5 完全关闭状态图2.6 柜门开启状态图2.7 隐藏置物板打开状态图2.8 下拉篮下拉状态3理论设计与计算3.1下拉篮框内位置设计理论计算图3.1 下拉篮设计理论模型先将两个摇杆简化为一根至于外框中间位置的摇杆，此时要确定下铰支点距离外框下底面的距离才能保证整个下拉篮在下拉的过程中不会与外框下底板卡住。设杆长为L，下铰支点距外框下底面的y，上铰支点距拉篮下表面的距离为P摇杆转过的角度为b，上铰支点对应的拉篮的角度为a。 故而在定位下铰支点的位置时，在满足所需的条件下，只要设计的尺寸符合上式既可保证下拉篮不与外框的下底板接触。3.2下拉篮摇杆的强度计算

8、 当下拉篮拉至如图3.2所示位置时，此时拉篮处于最低位置。由理论力学分析可知，此时下拉篮摇杆受到最大载荷。通过Autodesk- Inventor对摇杆（材料为不锈钢）进行有限元分析，结果表明摇杆承受的最大应力远小于材料的许用应力（图3.3所示），所以下拉篮摇杆不会发生强度上的屈服。图3.3下拉篮应力分析视图 图3.2 下拉篮下拉状态 1-下拉篮固定支座；2-表示下拉篮摇杆；3-表示下拉篮；4-便是液压杆 4部分工程图4.1隐藏置物板下拉篮总装配图隐藏置物板下拉篮总装配图如图4.1所示。图4.1总装配图4.2下拉篮部件装配图下拉篮部件装配图如图4.2所示。图4.2 部件装配图4.3下拉篮固定支

9、座工程图下拉篮固定支座工程图如图4.3所示。图4.3下拉篮固定支座工程图4.4下拉篮摇杆工程图下拉篮摇杆工程图如图4.4所示。图4.4下拉篮摇杆工程图5实物模型展示及功能分析5.1便捷助力上楼运载小车实物展示该作品是根据现代家庭和快递行业的需要，针对城乡中小层建筑没有安装电梯，携物上下楼困难的传统特点，经过对便携式助力上楼运载小车的设计，可轻松携带多种物品杂物上下楼。将车身，伞骨式折叠三角轮，动力装置，置物层集成为一体。外形美观、大方、机构独特，具有灵活、方便、快捷、节约空间的特点。真正解决了携带杂物上下楼不便的问题。实物展示如下图所示。图5.1 柜门开启状态图5.2 下拉篮半开启状态5.2功

10、能分析5.2.1下拉篮下拉过程从闭合状态到开启状态，在此过程中平行摇杆绕固定支座向外转动，液压杆被压缩；平行四边机构实现了置物篮的水平下移，侧置的液压杆保证了下拉篮在下拉过程中的平稳。闭合状态如图5.3所示，开启状态如图5.4所示。图5.3 下拉篮闭合状态图 5.4 置物篮开启状态5.2.2隐藏过程开启过程中，通过四根平行摇杆带动置物板从闭合状态转至开启状态。闭合状态时能有效的节省空间，处于开启状态时，可用于厨房用具的放置。隐藏置物板隐藏状态如图5.5所示，开启状态如图5.6所示。 图5.5 隐藏置物板隐藏状态 图5.6 隐藏置物板5.2.3柜门开启当轻按柜门时反弹铰链将柜门弹出，由于限位合页

11、的作用，柜门只能开启至90度位置，这时可直接沿直线滑道推至里侧。这样一来既防止刮伤，又节省了空间，更能体现出整体的美观性。柜门翻转状态如图5.7所示，完全开启状态如图5.8所示。 图5.7柜门翻转状态 图5.8柜门完全开启状态6创新点(1)伞骨式折叠三角轮：可轻松的在三角轮与定向轮之间转换，以便于助力车在平地与楼梯两者之间自由行使。同时将三角轮与定向轮科学的组合，节省了制作费用和占有空间。(2)置物分隔层：通过滑轨与滑块的连结可自由的拆装分隔层，以适应不同大小的货物地安放，可横向平移伸展，有利于快递的取放。同时拆装简单，易使用。橱柜尺寸和安装高度根据人机工程学原理设计让大多数人群拥有最好的舒适

12、感。(3)可折叠车身：车身整体由杆链连接，可轻松折叠携带方便节约空间。(4)自锁装置：通过凹槽与键的连结，在扭转一定角度后实现三角轮与定向轮的锁定。(5)电力自动化：安装电机电池等动力装置，实现助力车的自动化行使节省人力。(6)人机平衡：助力车尺寸和结构根据人机工程学原理设计让大多数人群拥有最好的舒适感。7成本分析及推广价值7.1成本分析材料费用：木质三合板35元，三角铁38元，不锈钢板53元，滑到与块25元，螺栓螺母诺干8元，铁棒一只3元，合页四个6元，液压杆两只20元，柜门把手两个8元，反弹铰链2个17元。加工费：板材冲压成型55元。以上费用均是以单个生产所需的费用，若批量生产成本将大大降低。7.2推广价值电梯虽说已十分普及，但许多城乡中小层建筑物仍然使用楼梯，所以日常中携带杂物重物上下楼梯实在不便，尤其是送货上门的快递员和天天外出买菜购物的家庭主妇们。对此，我们根据这一问题和市场需求，设计出这款便携式上楼运载小车。该小车采用机电一体化技术，平地楼梯两用的人性化设计，操作简单，使用方便易于携带，十分适合家庭和快递员使用。作品的尺寸符