陳 璐，陳 博，宋健波，陳奕豪

(吉林建筑科技學(xué)院，長春 130114)

升降機是通過改變勢能進(jìn)行運輸?shù)拇笮蜋C械設(shè)備，即通過動力機械拖動柔性件鋼絲繩及貨物進(jìn)行上下運動完成運輸過程。升降機是一種工程機械，其結(jié)構(gòu)與技術(shù)應(yīng)用均較為成熟。目前，國內(nèi)外對升降機的研究均集中于數(shù)字控制與自動化技術(shù)研究，如遠(yuǎn)程遙控與自動控速，多繩拖拽用以提高升降機的工作效率，增加安全系數(shù)等[1-3]。

基于小型工程施工場所，充分考慮了缺乏電力設(shè)備的環(huán)境下，結(jié)合貨物升降機結(jié)構(gòu)與工作原理，設(shè)計了一種人力腳踏式的驅(qū)動方式，采用齒輪機構(gòu)與螺紋連接的傳動方式，實現(xiàn)貨物上下運輸與中途停止。簡易的腳踏式貨物升降機省工、省費用、安全，大大減輕了勞動強度，提升了施工進(jìn)度。

1 腳踏式貨物升降機的結(jié)構(gòu)設(shè)計

設(shè)計的腳踏式貨物升降機結(jié)構(gòu)主要包括驅(qū)動機構(gòu)、傳動機構(gòu)、制動機構(gòu)與繞線機構(gòu)。

1.1 驅(qū)動機構(gòu)

升降機的動力系統(tǒng)是驅(qū)動機器的動力來源。傳統(tǒng)的動力系統(tǒng)主要分為強制式、曳引式和直頂液壓式三種。強制式動力系統(tǒng)主要采用電動葫蘆或電動卷揚機進(jìn)行強制驅(qū)動；曳引式主要采用曳引機驅(qū)動，利用鋼絲繩曳引輪之間的摩擦驅(qū)動；直頂液壓式主要通過液壓動力源，把油壓入油缸，使柱塞做直線運動，直接使升降機運動。

本項目設(shè)計的貨物提升機完成了缺乏電力設(shè)備下的貨物提升，驅(qū)動機構(gòu)采用人力進(jìn)行動力輸出，即踏板結(jié)構(gòu)，如圖1所示。通過轉(zhuǎn)動踏板，將踏板軸的動能傳遞到主軸上，實現(xiàn)貨物的提升與下降。

圖1 踏板驅(qū)動方式

1.2 傳動機構(gòu)

傳動機構(gòu)主要采用齒輪傳動，如圖2所示。主動軸即為踏板軸，當(dāng)踏板轉(zhuǎn)動時，主動軸隨其轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生動力；主動軸上齒輪與從動軸上齒輪相嚙合，運動從動輪傳遞到從動輪。從動軸上的齒輪與繞線機構(gòu)的齒輪相嚙合，控制金屬繩的升高及降落。

圖2 傳動機構(gòu)

1.3 制動機構(gòu)

在貨物垂直運輸中，上升與下降是相反的兩個過程，必須能夠隨時使貨物停止在空中，因此需要有制動機構(gòu)。本項目的制動機構(gòu)采用螺紋連接與棘輪共同作用，如圖2所示。從動軸上齒輪與軸采用螺紋連接的方式，利用螺紋的自鎖性，起到一定的制動作用。棘輪作為一種間歇運動機構(gòu)，其獨特的結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)順向轉(zhuǎn)動，逆向停止。當(dāng)轉(zhuǎn)動踏板時，主動軸上的齒輪與從動軸上的齒輪嚙合，從動軸上齒輪與軸之間采用的螺紋連接能夠壓緊棘輪帶動從動軸轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)貨物向上運動；當(dāng)踏板停止轉(zhuǎn)動時，棘輪機構(gòu)中棘爪卡住棘輪，使其不能逆向轉(zhuǎn)動，主軸停止轉(zhuǎn)動，貨物能夠停在半空中；反向轉(zhuǎn)動踏板時，主動軸齒輪反轉(zhuǎn)，此時棘爪將棘輪松開，齒輪被擋圈擋住，帶動從動軸反向轉(zhuǎn)動，使貨物向下運動。在傳動機構(gòu)與制動機構(gòu)的共同作用下，使貨物實現(xiàn)上升和下降，還能使貨物在空中自鎖，不會在重力的作用下快速降落。

2 基于Solidworks 軟件的結(jié)構(gòu)建模與仿真

2.1 Solidworks 軟件

Solidworks是世界上第一個基于Windows開發(fā)的三維CAD系統(tǒng)，利用數(shù)值參數(shù)完成3D幾何體建模過程，生產(chǎn)3D零件與裝配體，再根據(jù)工程實際需要作出2D視圖并完成尺寸標(biāo)注，完成零件圖與裝配圖。根據(jù)幾何約束能夠進(jìn)行受力分析與運動分析，因此Solidworks軟件廣泛應(yīng)用于機械設(shè)計、模具設(shè)計、結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計、有限元分析、動漫設(shè)計等。

2.2 腳踏式貨物升降機三維建模

根據(jù)設(shè)計與計算的各項幾何參數(shù)與運動參數(shù)，利用Solidworks軟件對腳踏式貨物升降機進(jìn)行三維建模，主要零部件如圖3所示。

圖3 主要結(jié)構(gòu)設(shè)計

3 結(jié)語

本項目根據(jù)小型工地電力不足的情況，利用Solidworks軟件設(shè)計了一款簡易的腳踏式貨物升降機。該設(shè)計的難點在于如何利用傳動機構(gòu)與制動機構(gòu)實現(xiàn)物體的升降，抵抗重力停留在半空中。經(jīng)過對樣機的生產(chǎn)與實驗，證明本設(shè)計安全可靠，成本低，具有一定的實際應(yīng)用特點。后續(xù)研究將集中在如何增大重物的質(zhì)量，完成更嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目煽啃苑治霾⒔鉀Q潤滑問題。