韓成勇 郝繪坤 張彥波

摘 要：目前市場(chǎng)上的旅行箱比較笨重，在上下樓時(shí)無(wú)助力功能，不適合長(zhǎng)途旅行攜帶，無(wú)法滿足人們快節(jié)奏的工作和生活。現(xiàn)設(shè)計(jì)一款履帶式行李箱，采用履帶式傳動(dòng)裝置，安裝履帶裝置、起升機(jī)構(gòu)、電機(jī)和控制裝置。它可以實(shí)現(xiàn)水平平面和傾斜平面的運(yùn)動(dòng)。履帶式行李箱適應(yīng)性強(qiáng)，靈活性強(qiáng)，它減輕了人們旅行的疲憊，提高了工作效率和生活質(zhì)量，彌補(bǔ)市場(chǎng)的高端需求。在我國(guó)國(guó)民生產(chǎn)和生活中需求較大，具有較高的投資價(jià)值和廣闊的發(fā)展前景。

關(guān)鍵詞：履帶旅行箱;動(dòng)力裝置;驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)裝置;履帶執(zhí)行裝置

引言

目前市場(chǎng)上的旅行箱大多比較笨重，在上下樓時(shí)中心變化較大，也比較費(fèi)力。本文采用履帶式傳動(dòng)裝置，設(shè)計(jì)一款履帶式旅行箱。履帶式傳動(dòng)裝置，目前使廣泛應(yīng)用在上下樓的爬升裝置中，比傳統(tǒng)的旅行箱運(yùn)行更加連貫，能量轉(zhuǎn)化率和傳動(dòng)比例也有很大提高。在工作的時(shí)候，設(shè)備的重心可以順著和臺(tái)階線貼合的斜上方運(yùn)動(dòng)，重心變化幅度不大，運(yùn)行比較平穩(wěn)。

一、履帶式旅行箱的整體方案設(shè)計(jì)

履帶式旅行箱的主體包括箱體、動(dòng)力裝置、驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)裝置、履帶執(zhí)行裝置和助力拉桿裝置，整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。箱體內(nèi)部設(shè)計(jì)了不同的功能區(qū)域，把履帶執(zhí)行裝置與使用者的私人物品分離。箱體的下部安裝電池，箱體的背部安裝履帶執(zhí)行裝置，箱體的底部安裝無(wú)刷電機(jī)、橡膠履帶、固定件、主動(dòng)輪、固定輪和從動(dòng)輪。固定件左右兩邊安裝驅(qū)動(dòng)輪和從動(dòng)輪，驅(qū)動(dòng)輪和從動(dòng)輪設(shè)計(jì)在橡膠履帶的兩頭，在驅(qū)動(dòng)輪和從動(dòng)輪中間安裝有固定輪。箱體的上部安裝助力拉桿，上下樓梯時(shí)，用戶用手拉動(dòng)動(dòng)力桿，讓行李箱通過(guò)履帶鏈節(jié)在樓梯上爬行。在爬行過(guò)程中，驅(qū)動(dòng)電機(jī)為履帶鏈節(jié)的轉(zhuǎn)動(dòng)提供動(dòng)力，節(jié)省人力，便于搬運(yùn)。

二、履帶式旅行箱的工作原理

提升裝置使固定件實(shí)現(xiàn)上升與下落，固定件兩邊安裝驅(qū)動(dòng)輪和從動(dòng)輪，驅(qū)動(dòng)輪和從動(dòng)輪設(shè)計(jì)在橡膠履帶的兩頭。驅(qū)動(dòng)輪設(shè)計(jì)在整體的下部分，它與無(wú)刷電機(jī)連接，驅(qū)動(dòng)輪和從動(dòng)輪上設(shè)有固定輪。在地面摩擦力的作用下，橡膠履帶上的兩個(gè)牽引輪可以固定橡膠履帶，通過(guò)履帶與驅(qū)動(dòng)輪和從動(dòng)輪嚙合，帶動(dòng)履帶轉(zhuǎn)動(dòng)。

箱子背面安裝履帶執(zhí)行結(jié)構(gòu)，箱體的背面有兩個(gè)上下通道，橡膠履帶設(shè)在通道的凹槽內(nèi)。不使用橡膠履帶行走時(shí)，通過(guò)提升電機(jī)將履帶上升，外觀保持美觀大方。使用橡膠履帶行走時(shí)，橡膠履帶通過(guò)提升電機(jī)放下，凸出于箱體，在爬樓過(guò)程中增加摩擦動(dòng)力。

助力拉桿設(shè)計(jì)成可彎折結(jié)構(gòu)，使行李箱上下樓梯時(shí)能被拖拽，解決了上下樓梯的搬運(yùn)問(wèn)題。助力連桿像普通旅行箱的拉桿一樣，只是拉出時(shí)候可以彎折。使用橡膠履帶上樓時(shí)，橡膠履帶由起升電機(jī)凸出箱體，整體放下，使橡膠履帶與臺(tái)階觸碰。用戶可以拉動(dòng)助力拉桿改變上樓方向而省力的實(shí)現(xiàn)上下樓梯。同時(shí)，無(wú)刷電機(jī)可為橡膠履帶提供轉(zhuǎn)向力，節(jié)省使用者的力量。此外，還實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)稱(chēng)重、人臉識(shí)別等智能功能，使行李箱的使用更加方便、智能。

三、電動(dòng)機(jī)的選擇

根據(jù)國(guó)家航空局對(duì)于蓄電池容量規(guī)定，電池容量為120Wh（一次行程25—30km），最大運(yùn)行速度為6km/小時(shí)。因此選用JETBeam品牌24v多塊鋰電池組。

履帶旅行箱本身及滿載質(zhì)量總20kg，履帶旅行箱在上下樓梯過(guò)程中，重心與驅(qū)動(dòng)軸之間的垂直距離L為60mm，需要克服阻力矩為11.76Nm。上樓的最大速度n=30rpm，主動(dòng)輪的最大角速度為3.14rad/s，爬樓時(shí)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的功率滿足36.9W。

選用電機(jī)型號(hào)為Z4D25，電機(jī)功率40w，輸出轉(zhuǎn)速為560r/min，允許力矩轉(zhuǎn)矩最大2.25N·m，質(zhì)量為1.7kg。通過(guò)分析和計(jì)算，各項(xiàng)參數(shù)的選擇符合零件的強(qiáng)度需求，選用無(wú)級(jí)調(diào)速電機(jī)除了能滿足功率要求。

四、結(jié)語(yǔ)

履帶式旅行箱的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是在積極探索、認(rèn)真查閱大量相關(guān)資料和實(shí)踐制作的基礎(chǔ)上完成的。在深入了解履帶式爬樓結(jié)構(gòu)的依據(jù)和部件結(jié)構(gòu)構(gòu)成的基礎(chǔ)上，科學(xué)地設(shè)計(jì)和構(gòu)思履帶式旅行箱的主要部件，對(duì)履帶式旅行箱進(jìn)行三維構(gòu)圖和受力分析，以確保所選部件的合理性和科學(xué)性。但是本設(shè)計(jì)仍然存在許多不足之處，之后我會(huì)繼續(xù)研究和探索，不斷更新和完善設(shè)計(jì)，更好地發(fā)揮履帶式旅行箱快捷方便的功能。更完美的實(shí)現(xiàn)輕松上下樓梯和人機(jī)交互功能，提高便捷性，減輕旅途疲憊，解放雙手，還旅客一個(gè)輕松舒適的旅途。

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