多功能商品载运爬楼车的三维设计与分析

娄季楠 桂伟 张盼盼 康渝佳 李洲 李霞

摘要：该文在Solidworks中建立多功能商品载运爬楼车结构的三维模型，将该爬楼车的结构简化分解后得到平面几何示意图，通过力学计算分析，判断升降平台和剪叉臂的承载能力；其中自主设计的棘齿三脚架，能够高效的防止商品在运输过程中摇晃受损。本文设计的多功能商品载运爬楼车三维模型为以后进行相关的设计提供了参考和借鉴。

关键词：多功能；商品载运；爬楼车；三维设计

中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2018）12-0191-04

随着Solidworks、PRO/E、3DMAX等三维建模技术的发展，现在各个领域都广泛应用三维设计技术。如叶江波对船体结构的研究[1]、陈楠对矿山机械产品的设计[2]、黄红辉等对复杂曲面注塑模具的设计[3]、王宁等对水利工程的设计[4]、刘岩对矿用防水闸门的工程分析[5]、李冠群設计研究一种新型电动自平衡爬楼车[6]等都用到了三维设计。目前市场上的爬楼车功能单一，并且无锁紧装置，在运输过程中不能保证商品的安全性。针对市面上用于搬运货物的爬楼车的不足，本文设计了具有锁紧装置的多功能商品载运爬楼车，利用Solidworks等软件对爬楼车的机械结构进行了三维设计和受力分析，提高了后期加工的准确性。

1三维设计的方法概述

三维设计方法是在平面和二维设计的技术上建立的，主要是可以实现目标的立体化，也是近些年出现的新型设计技术。同时，三维设计要有一定的立体感，需要操作者熟悉设计平台和软件。软件学习具有一定的技巧性，操作人员要在学习中了解更多的技巧，从而提高操作效率[1]。

2 爬楼车整体结构的三维设计

本文设计的多功能商品载运爬楼车采用平台升降机构、棘齿卡条机构、四行星多轮组爬楼结构，将货物卸载、平地运输、载货爬楼等功能有机组合。整体结构如图1所示。

平台升降机构采用剪叉式升降装置调节高度，以便送货员从不同高度卸载商品，减轻送货员体力消耗，利用液压推杆的阻力使得商品能够在升降平台上缓慢下降，保证人员与商品的安全；棘齿卡条机构，通过调整棘齿与卡条的接触位置，以固定不同大小尺寸的商品，保证商品安全；四行星多轮组爬楼结构类似于四叶草，由带轮提供动力，针对不同高度的台阶设计了多组小轮，小轮轮组具有减震作用，上楼运行平稳，有利于减轻送货员体力消耗，保证商品的安全。货物卸载、平地运输、载货爬楼等多功能的有机组合，以解决送货员从货车上卸下大件商品并送到用户家中的最后一段距离的搬运问题。

3 升降装置的三维设计

3.1设计计算

3.1.1平台升降高度计算

如图3液压推杆机构几何示意图所示，其中线段DE表示“双杆轴下”的水平行程，BD和CE指的是同一液压推杆在不同位置的示意图，AB和AC是指“双杆轴下”滑行到最远点E和最近点D时液压推杆的长度示意图。已知

如图4剪叉升降机构几何示意图所示，其中MN指的是升降装置的承载平台，DF指的是升降装置的底座，MH、HD、NG、GF指的是升降装置的升降活动杆件。

已知：MH=HD=NG=GF=300，DE=EF=MA=AF=MN，L、G、H分别为AE、MD、NF的中点.则有；四边形BGCH为菱形，△MBF和△DCF均为等腰三角形；

双杆滑行位置二，即液压推杆收缩行程最近时，结合图1中双杆滑行行程为49.1，和双杆滑DE=1/2DF行位置一时DF长得：此时

实际小车的尺寸为模型小车尺寸的两倍，实际小车平台可升降高度范围为

3.2升降装置受力分析

如图5升降机构整体几何示意图所示：

F表示的是升降平台承受的重力载荷；P1、P2表示液压缸作用于活塞的推力；f表示滚动摩擦系数；LNU表示载荷F的作用线到上平台右端铰支点U的水平距离；杆长SP、PE、UO、OV均为l；对升降平台四点S、U、E、V隔离受力分析得，如图6所示：

4 棘齿三脚架的三维设计

针对市面上的商品载运爬楼车在载运过程中易出现商品掉落、损坏的问题，设计了棘齿三脚架结构，通过卡槽竖条在齿条中的滑动与卡位，可灵活的将各种不同大小的商品稳固运载。

锁止的运动最大高度h即为卡槽竖杆的长度a：a=254mm

高度的范围：0——254mm

锁止的最小长度l：

由棘齿三脚架几何示意图12中几何关系可得：

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

锁止的最大长度即为卡槽侧杆的长度b：b=403mm

长度的范围：312mm——403mm

5 结语

本文设计的多功能商品载运爬楼车三维模型采用了液压缓降平台，相比丝杆剪叉式升降平台升降平稳，操作更加方便、简单。该多功能商品载运爬楼车在动力传输方面集带传动、连杆传动等多种传动方式于一体，一定程度上可以减轻搬运人员的体力消耗。另外为防止货物在搬运中发生滑动，在升降平台上设计一种棘齿卡条机构，将货物固定在平台上，保证货物的搬运安全。通过准确的设计计算和多种三维软件的应用，设计出了升降平稳、载物安全、爬楼灵活的多功能商品载运爬楼车的三维结构。

参考文献：

[1] 叶江波，船体结构的三维设计研究.2017

[2] 陈楠.三维设计在矿山机械产品设计中的应用.2017

[3] 黄红辉，王凌云.复杂曲面注塑模具三维设计.2017

[4] 王宁，陈嵘，杨新军，等.基于BIM技术的水利工程三维设计研究与实现.2017

[5] 刘岩.矿用防水闸门三维设计与工程分析2015

[6] 李冠群.一种新型电动自平衡爬楼车的设计与研究2015