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      一種家用重物托舉輔助裝置設(shè)計(jì)

      2017-07-31 20:40:33李豐延程婉琳
      裝備制造技術(shù) 2017年6期
      關(guān)鍵詞:托舉結(jié)構(gòu)圖重物

      李豐延,程婉琳

      (1.廣西大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院,廣西南寧530007;2.湖南大學(xué)設(shè)計(jì)藝術(shù)學(xué)院,湖南長(zhǎng)沙410012)

      一種家用重物托舉輔助裝置設(shè)計(jì)

      李豐延1,程婉琳2

      (1.廣西大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院,廣西南寧530007;2.湖南大學(xué)設(shè)計(jì)藝術(shù)學(xué)院,湖南長(zhǎng)沙410012)

      介紹了一種家用重物托舉輔助裝置設(shè)計(jì)。本次設(shè)計(jì)旨在設(shè)計(jì)出一款輕巧省力、安全可靠、便于收納、適用范圍廣的重物托舉裝置來(lái)服務(wù)于人們的日常生活。該裝置主要包括升降機(jī)構(gòu)、進(jìn)給機(jī)構(gòu)、自鎖機(jī)構(gòu)、底座以及電路板。并對(duì)裝置進(jìn)行了詳細(xì)的外觀設(shè)計(jì)和樣機(jī)模型制作。

      重物托舉裝置;家用;升降機(jī)構(gòu)

      出于收納物品的需要,人們習(xí)慣將家中不常用的物品(如棉被、行李箱等)收納于高處,或是將貨物放置于貨架上等等,托舉的動(dòng)作相對(duì)于提拿的動(dòng)作更加吃力,對(duì)于女性和老年人等力氣較小的群體來(lái)說(shuō),放置重物是個(gè)不小的難題,所以起重裝置在現(xiàn)代化生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)用越來(lái)越廣,作用愈來(lái)愈大[1]。然而國(guó)內(nèi)外的起重裝置大多是用于工業(yè)生產(chǎn)當(dāng)中,針對(duì)家用的設(shè)備少之又少,在家用重物托舉裝置研究設(shè)計(jì)方面還存在著較大的空白,給人們?nèi)粘I钪型信e重物帶來(lái)了不便。所以有必要設(shè)計(jì)出一種輕巧省力、安全可靠、美觀實(shí)用、便于收納、適用范圍廣的重物托舉輔助裝置來(lái)服務(wù)于人們的日常生活,解決人們生活中放置重物的難題。

      1 家用重物托舉輔助裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

      家用重物托舉輔助裝置包括升降機(jī)構(gòu)、進(jìn)給機(jī)構(gòu)、自鎖機(jī)構(gòu)、底座以及電路板組成。本文重點(diǎn)對(duì)升降機(jī)構(gòu)、進(jìn)給機(jī)構(gòu)和自鎖機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

      1.1 升降機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

      家用重物托舉輔助裝置的升降機(jī)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)重物的升降。如圖1所示,升降機(jī)構(gòu)由6個(gè)剪叉單元組成,推拉桿在電動(dòng)液壓缸的推動(dòng)下做往復(fù)運(yùn)動(dòng),從而帶動(dòng)剪叉單元運(yùn)動(dòng),通過(guò)剪刀式支承架的展開(kāi)和折疊來(lái)完成重物平臺(tái)的升降[2]。

      圖1 升降機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖

      1.2 進(jìn)給機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

      家用重物托舉輔助裝置的進(jìn)給機(jī)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)重物的卸載。如圖2為進(jìn)給機(jī)構(gòu)的整體結(jié)構(gòu)圖,家用重物托舉輔助裝置的進(jìn)給機(jī)構(gòu)主要由支承板、傳送板組成。

      圖2 進(jìn)給機(jī)構(gòu)整體結(jié)構(gòu)圖

      圖3 為支承板結(jié)構(gòu)圖。工作原理為絲桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與傳送板相連,傳送板在絲桿的作用下沿導(dǎo)軌做往復(fù)運(yùn)動(dòng),從而實(shí)現(xiàn)傳送板的進(jìn)給功能。

      圖3 支承板結(jié)構(gòu)圖

      圖4為傳送板結(jié)構(gòu)圖。傳送板滑輪沿傳送板滑輪軌道滑動(dòng),使傳送板能沿支承板前后滑動(dòng)。支承滑輪能夠在傳送板的前端離開(kāi)支承板時(shí),為其提供支承力以及滑動(dòng)力。滾輪能減少重物與傳送板之間的摩擦,傾斜腳為重物離開(kāi)傳送板提供緩沖,方便卸載重物。傳送板的兩側(cè)設(shè)置有推拉桿,可拉伸以及收縮,當(dāng)所需要承載的重物過(guò)長(zhǎng)超出傳送板的長(zhǎng)度時(shí),可將推拉桿拉出,保證重物的平衡,增強(qiáng)裝置的穩(wěn)定性。

      圖4 傳送板結(jié)構(gòu)圖

      進(jìn)給機(jī)構(gòu)工作原理如圖5所示,當(dāng)升降機(jī)構(gòu)將重物抬升至一定高度,使傳送滑輪與衣柜置物板對(duì)齊,馬達(dá)開(kāi)始運(yùn)作,絲桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)將傳送板向前推進(jìn),傳送板沿支承板向前滑動(dòng),傳送滑輪能夠在傳送板的前端離開(kāi)支承板時(shí),為其提供支承力以及滑動(dòng)力。當(dāng)重物完全進(jìn)入衣柜后,絲桿反向轉(zhuǎn)動(dòng),傳送板抽出,自鎖機(jī)構(gòu)鎖死,阻隔重物,重物在滾輪傳動(dòng)作用下沿傾斜角離開(kāi)傳送板,從而將重物卸載至指定位置。

      圖5 進(jìn)給機(jī)構(gòu)工作原理圖

      1.3 自鎖機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

      自鎖機(jī)構(gòu)的作用是當(dāng)重物運(yùn)送至指定位置后,保證傳送板能順利抽離且不會(huì)帶動(dòng)重物再次移動(dòng),起到阻隔重物的作用。圖6為自鎖機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖。

      圖6自鎖機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖

      圖7 為自鎖機(jī)構(gòu)工作原理圖,傳送板開(kāi)始運(yùn)動(dòng)向前推進(jìn)時(shí),推動(dòng)自鎖滑輪以及推進(jìn)桿向前運(yùn)動(dòng),當(dāng)自鎖滑輪觸及自鎖鍵,可以輕易將自鎖鍵壓入槽中并繼續(xù)向前移動(dòng),當(dāng)自鎖滑輪離開(kāi)自鎖鍵時(shí),自鎖鍵在自鎖彈簧的作用下反彈,阻擋自鎖滑輪反向滑動(dòng)。卸載重物時(shí),傳送板向后滑動(dòng),自鎖機(jī)構(gòu)保持靜止,推進(jìn)桿將重物阻隔使其不隨傳送板運(yùn)動(dòng),當(dāng)重物完全脫離傳送板并且傳送板回復(fù)初始位置時(shí),扭轉(zhuǎn)手動(dòng)桿,使其帶動(dòng)傳動(dòng)桿轉(zhuǎn)動(dòng),在傳動(dòng)連桿的作用下,彈簧收縮,從而自鎖鍵向槽內(nèi)移動(dòng),不再阻隔自鎖滑輪以及推進(jìn)桿,使其在彈簧彈力作用下恢復(fù)到初始位置。

      圖7 自鎖機(jī)構(gòu)工作原理圖

      1.4 整機(jī)結(jié)構(gòu)

      如圖8所示為裝置的收納示意圖,當(dāng)升降機(jī)構(gòu)收縮時(shí),裝置的尺寸為600 mm×420 mm×140 mm.圖9為裝置的整體結(jié)構(gòu)圖。

      圖8 裝置收納圖

      圖9 裝置整體結(jié)構(gòu)圖

      根據(jù)國(guó)家規(guī)定,住宅高度不應(yīng)低于2.5 m,平均為2.8 m,一般衣柜頂層高度在1.8m~2.2m之間,2.2 m應(yīng)為人們所需的最大高度,所以將裝置上升的最大高度設(shè)定為2.2 m.人們通常需要托舉的重物中,較大的物件是行李箱,所以根據(jù)行李箱的尺寸來(lái)制定傳送板的尺寸。常見(jiàn)的行李箱尺寸如表1所示。

      表1 常見(jiàn)的行李箱尺寸

      根據(jù)拉桿箱尺寸,家庭使用的最常用拉桿箱尺寸為24寸和28寸。24寸拉桿箱的尺寸為380 mm ×600 mm×280 mm,28寸拉桿箱的尺寸為480 mm ×700 mm×300 mm,所以將傳送板的長(zhǎng)度設(shè)置為590mm,根據(jù)需要,可將傳送板的推拉桿拉出,拉出后傳送板的最大長(zhǎng)度可達(dá)到890 mm.將傳送板的寬度設(shè)定為410 mm,若重物過(guò)寬,超過(guò)傳送板尺寸,可適當(dāng)超出傳送板放置。根據(jù)內(nèi)部結(jié)構(gòu)所需的空間以及裝置收納后的體積,將傳送板的厚度設(shè)定為30 mm.

      如圖10為升降機(jī)構(gòu)的尺寸圖,當(dāng)剪叉桿與水平面的夾角為67°時(shí),機(jī)構(gòu)上升到最大高度,此時(shí)升降機(jī)構(gòu)的高度為2 200 mm,當(dāng)剪叉桿與水平面的夾角為45°時(shí),各剪叉之間的夾角成直角,此時(shí)升降機(jī)構(gòu)的高度為1 700 mm,當(dāng)剪叉桿與水平面的夾角為30°時(shí),升降機(jī)構(gòu)的高度為1 200 mm,當(dāng)剪叉桿收縮到最小時(shí),機(jī)構(gòu)的高度為105 mm.

      圖10 升降機(jī)構(gòu)尺寸圖

      2 家用重物托舉輔助裝置外觀設(shè)計(jì)

      2.1 材料選擇

      家用重物托舉輔助裝置所選的材料需要有較大的硬度,同時(shí)重量要輕,要保證整個(gè)產(chǎn)品的穩(wěn)定性和安全性,同時(shí)減輕裝置自身的重量,所以內(nèi)部機(jī)構(gòu)支架主要選用鋁合金材料。鋁合金密度低,但強(qiáng)度比較高,塑性好,可加工成各種型材,但鋁合金的造價(jià)較高,不適宜大量普及,除了鋁合金外,還可以選用45#鋼,45#鋼是常用的中炭調(diào)制結(jié)構(gòu)鋼,具有較高的強(qiáng)度和較好的切削加工性,經(jīng)適當(dāng)?shù)臒崽幚硪院罂色@得一定的韌性、塑形和耐磨性,但其密度較大,相較于鋁合金材質(zhì)而言,質(zhì)量較重。所以裝置內(nèi)部機(jī)構(gòu)材料選用鋁合金或45#鋼。

      裝置的外包裝材料在滿足設(shè)計(jì)要求的基礎(chǔ)上,盡量降低成本,優(yōu)先選用資源豐富、價(jià)格低廉、安全牢固、有利于生態(tài)環(huán)境保護(hù)的材料??蛇x擇聚碳酸酯工程塑料(PC)。

      2.2 色彩選擇

      家用重物托舉輔助裝置除了具備托舉重物的實(shí)用性功能外,還有一定裝飾生活環(huán)境、體現(xiàn)生活品味的精神功能。良好的造型和色彩搭配可以創(chuàng)造產(chǎn)品的個(gè)性,提高價(jià)值[3]。因?yàn)檠b置的使用環(huán)境是室內(nèi),所以要與室內(nèi)其他物品的色調(diào)相呼應(yīng),不能夠太突兀,設(shè)計(jì)的色彩要符合大眾的心理,同時(shí)顏色搭配要突出裝置的美感以及科技感,讓使用者得到美的享受。

      色彩方案:整體裝置主色調(diào)為白色,燈光部分為藍(lán)色,裝置的保護(hù)蓋為半透明黑色。白色明亮干凈,沒(méi)有強(qiáng)烈的個(gè)性,在設(shè)計(jì)中,白色象征高級(jí),科技的意象,可以與室內(nèi)的其他物品搭配而不顯突兀。燈光部分為藍(lán)色,藍(lán)色在商業(yè)設(shè)計(jì)中,強(qiáng)調(diào)科技、效率,如電腦、汽車(chē)、影印機(jī)、攝影器材等等。裝置的保護(hù)蓋為半透明黑色,目的是將裝置內(nèi)部的機(jī)構(gòu)隱藏起來(lái)而不顯雜亂。

      2.3 外觀設(shè)計(jì)

      在外觀設(shè)計(jì)上,裝置前端采用的曲線造型設(shè)計(jì),裝置的后端為規(guī)則的方形,一方面可以使裝置緊貼柜子邊緣,方便放置物體,另一方面方便裝置的收納放置,節(jié)約空間。保護(hù)板采用滑動(dòng)設(shè)計(jì),當(dāng)其滑動(dòng)至邊緣時(shí)可以繞邊緣旋轉(zhuǎn),一端與地面接觸,可以當(dāng)斜坡使用,用于將行李箱等重物沿斜坡進(jìn)入傳送板上,輕松省力。增設(shè)顯示屏顯示裝置上升的高度,物體的重量。裝置采用遙控器控制。裝置底部設(shè)置有萬(wàn)向輪,用遙控控制其運(yùn)動(dòng),實(shí)現(xiàn)裝置的移動(dòng),到達(dá)指定位置時(shí),輪子上鎖,使其固定。圖11為裝置收納時(shí)的外觀效果圖。圖12為裝置使用效果圖。

      圖11 裝置外觀效果圖

      圖12 裝置使用效果圖

      3 實(shí)物模型制作

      根據(jù)上述設(shè)計(jì),制作了家用重物托舉輔助裝置1∶1樣機(jī)模型,如圖13所示。裝置的額定載荷為500 N,裝置自重為85 N,升降機(jī)構(gòu)的上升速率為4~6 m/min,下降速度小于上升速度,為3~5 m/min.

      圖13 裝置樣機(jī)圖

      4 結(jié)論

      通過(guò)三維建模及模型制作,證明家用重物托舉輔助裝置結(jié)構(gòu)合理,所能承受的額定載荷為500 N,寬大的作業(yè)平臺(tái)和較高的承載能力能夠適用于不同形態(tài)的物體,使安全更有保障。裝置可折疊收納,體積小,節(jié)省空間。

      家用重物托舉輔助裝置可應(yīng)用于家庭住宅,商鋪和小型物品倉(cāng)庫(kù)等等,以機(jī)械代替繁瑣的人工操作,更加的安全便捷。文中所述家用重物托舉輔助裝置為我國(guó)的家用重物托舉裝置的創(chuàng)新提供了新思路。

      [1]趙世元.自鎖型重物提升機(jī)構(gòu)在生產(chǎn)中的應(yīng)用[J].航空精密制造技術(shù),2013,49(2):60.

      [2]趙金元,易德高,何文勝,等.UVL-5地下雙鉸接剪叉式升降臺(tái)車(chē)的研制[J].有色設(shè)備,2012(6):22.

      [3]悠然.絢麗斑斕多彩繽紛斗艷奇[J].?dāng)?shù)碼先鋒,2008(10):94.

      A Design of Household Assist Equipment for Lifting Heavy Matters

      LI Feng-yan1,CHENG Wan-lin2
      (1.School of Mechanical Engineering,Guangxi University,Nanning Guangxi 530007,China;2.School of Design,Hunan University,Changsha Hunan 410012,China)

      This paper describes adesign of householdassist equipment for lifting heavy matters.It aims to design a weight lifting device which is light,energy-saving,safe,reliable,convenient,and widely applicable to serve people’s daily life.This equipment mainly includes the lifting mechanism,feed unit,self-locking mechanism,the base and circuit board.Besides,the appearance design and prototype production of the equipment were carried out in details.

      weight liftingequipment;household;liftingmechanism

      TH211.6

      A

      1672-545X(2017)06-0119-04

      2017-03-11

      李豐延(1981-),男,廣西天峨人,講師,研究方向?yàn)楣I(yè)設(shè)計(jì);程婉琳(1994-),女,廣西柳州人,碩士研究生,研究方向?yàn)楣I(yè)設(shè)計(jì)工程。

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