梯子小车的改进和制作

吴一诺

摘 要：家里和实验室经常需要梯子和小车，而且一个人能方便安全使用梯子或小车，能否把梯子和小车结合在一起？利用弹簧的伸长与压力成正比的原理对梯子进行改进，使重力起到自动锁定定位的作用。

关键词：梯子小车；改进；制作

一、研究背景

有一次，我外婆一个人站在凳子上挂窗帘，下来的时候一不小心踩空了，摔倒在地上，肩膀着地，造成了肩膀中的骨头粉碎性骨折。妈妈也曾提到说，她们学校的物理实验员站在凳子上拿器材时，人一倾斜，人和凳子都倒了，还造成骨折。经过我们调查发现，站在凳子上往高处拿放东西时经常会发生意外。于是我就想：能否制造一个梯子，人既能平平稳稳走上走下，还能方便拿取东西？

后来我又发现，物理的仪器储藏室到学生的实验室有一定的距离，要把器材从仪器室搬到实验室比较麻烦，往往需要较长时间，有时准备一次学生的分组实验需要在仪器室和实验室来回几十次。我们又想：能否制作一辆小车来运输实验器材，并一次能运输很多器材？可实验室毕竟地方有限，能否把梯子和小车结合在一起，既可以当梯子，又能够当小车使用呢？

二、研究思路

先去调查学校实验室器材的准备和拿取情况，得知实验员拿放在高处的器材，大多是站在桌子上，或者站在凳子上去拿的，很不方便，也不安全。器材拿在手上，很多时候经常人站不稳。而且由于实验员只有一位，没有人帮助扶住凳子，也曾有人因此摔倒。我们咨询实验员需要怎样的梯子？他们认为现在市场上的梯子都不太合适，因为手上拿着器材，上下梯子同样不便。

为了进一步开启思路，我们利用周六的时间到路桥的装饰城、五金城等各大商场寻找，也去超市、图书馆等实地调查，发现现在市场上梯子的形式比较多，有折叠的，有台阶的，有铝合金做的，也有不锈钢做的，有固定的，也有带滑轮的，做得都比较轻巧。但它们有一个共同缺点，就是上下时都至少需要一只手扶住两侧的扶手。而台阶式的楼梯，由于上下两格高度大，宽度小，如果不用双手扶住两侧，很难上下。并且这些梯子都比较轻巧，需要有人在下面帮助扶着。超市和图书馆中的有滑轮的梯子可移动，但是这样问题就来了，脚轮锁定时人站在梯子仍会晃动，遇到外力作用时还是会移动，稳定性不好，存在一定的安全隐患。

我们希望能研制出上下楼梯比较方便，并且不需要用手扶着的梯子小车。这样，实验员能空出两只手去拿取仪器，上下走动比较容易且安全，而且能当小车运实验器材。

三、作品结构

在梯子底部设置了带脚轮的底座，底座与梯子之间通过弹簧连接，到人体或有重物压在梯子上时，梯子压缩弹簧使得梯子下降的支脚着地，而当梯子没有承重时梯子在弹簧的作用下处于悬空状态，此时可以通过带脚轮的底座推动梯子移动。

四、工作原理

利用重力起到自动锁定定位的作用，其原理是弹簧的伸长与压力成正比。压力越大，弹簧压缩得越多。在小车的四个角落安装四只脚，与四个轮子相连的安装弹簧。当人站上去时，弹簧压缩，随着弹簧缩短，此时小车的四只脚与地面接触，梯子就很稳当，不会移动。当人体走下梯子或撤去重物时，或者人体或重物的重量要轻于40kg，支撑脚则不会着地，梯子本体在弹簧的作用下自动复位，此时梯子又可以自由移动，可当小车用。

制作小车时，我们发现与轮子相连的弹簧很关键。我们在购买前，先计算了弹簧的弹性系数，但是到五金店购买的时候，老板说，产品上没有弹性系数，别人都是估计买的，我们购买了三次才找到合适的弹簧，前两次都由于选择的弹簧钢丝太小而力度不够。

五、产品测试与结果

当小车上没有人或重物时，小车可以灵活推动。当人站上去后，小车不能滑动，可以当作梯子，且不需要手扶着。要使多重才能使小车不能转动，我们用了砖头进行测试，发现当堆积20块砖头（41 kg）时，小车的轮子发挥不了作用。我们让体重45～90千克的人上去测试，均安全可靠。

人站在梯子的任何一个角度，做任何动作，只要脚站在梯子上，该梯子小车不会滑动，也不会侧翻。

小车梯子的台阶比较宽，离地面有一定距离，实验器材放置比较简单，人站立时也不需要弯腰很低来取放实验器材，拉动比较稳固，不会下滑。

市场上卖的梯子没有小车的功能，人上下梯子还至少一只手扶住梯子，取放实验器材很难操作。市场上的小车没有梯子的功能，并且货物位置很低，取放器材要弯腰进行，人取放器材比较困难。本装置不但拥有小车和梯子的功能，而且还能优化原有的功能。

六、实验创新点

1.创新性

本装置利用重力起到自动锁定定位的作用，设计合理并且巧妙，梯子的定位无需人工操作，使用更加方便。其结构是小车四只脚边上安装弹簧。当人踩上去的压力增大，弹簧压缩，四个轮子随着弹簧缩短，轮子与地面没有受力，小车的四只脚与地面接触，使得轮子不能发挥作用，四只脚与地面受力，梯子很平稳。人下来，压力减少，弹簧恢复原状，小车四只脚离开地面，轮子能灵活滑动。

2.科学性

本装置是利用受压力后弹簧发生形变后变短引起的。小车本身重36 kg，当压力再增加到40 kg时，弹簧缩短了1厘米，而四个角落地。

3.实用性

这个新型的梯子小车既能当小车又能当梯子。当小车时，推行方便，进退自如。当梯子不需外人帮助，就能方便上下，并能安全使用，能使实验员的实验器材准备更加快捷。

七、进一步完善的构想

1.减少梯子小车的质量，尝试用铝合金代替铁。本梯子小车是用钢材做的，因為制作厂认为铝合金不易焊接，要焊接只能用铁才能制成。我们思考用钉子之类能否把它做成呢？

2.小车的宽度要缩小到60厘米，这样更加灵巧，特别在门口及转弯时候使用起来更加灵活，方便。