助力旅行箱的研究设计

张洪　田桂林　赵英才　黄能

摘    要：随着现代快速发展的节奏，人们的出行频率越来越高，旅行箱成为必需品。本文设计了一款以履带为介质，用机械动力代替人力，实现助力爬楼梯的旅行箱，主要解决笨重旅行箱上下楼梯困难问题，有效帮助出行人员节省劳动力，降低出行安全风险。

关键词：旅行箱;履带;爬楼

在现代快速发展的进程中，人们出行越来越频繁，出行目的地也越来越广，旅行箱成为众多出行人士的必备品。现如今旅行箱样式越来越多，功能越来越齐全，但普遍存在一大缺陷，缺乏跨越台阶功能。在面对楼梯台阶时，人们往往只能通过手提，一步一步走上（下）台阶。虽有电梯的普及，但在出行高峰期或者传统建筑区域，大多数人们背负着旅行箱上下楼梯，往往很费劲，也容易出现安全事故。

因此，一款具有上下楼能力的旅行箱显得极其有意义。为此，本文针对性地设计了一款以履带为介质，用机械动力代替人力，实现助力爬楼梯的旅行箱，主要解决笨重旅行箱上下楼梯困难问题，有效帮助出行人员节省劳动力。

一、设计方案

本旅行箱设计灵感来源于坦克爬坡思路，其结构设计由三部分组成，分别是储物箱体、四轮行走系统以及履带行走系统。储物箱体用于储纳出行物品，为内中空箱型结构，配抽拉杆，方便推动箱体自由前进。四轮行走系统，由两个万向轮和两个固定轮组成，安装在箱体下方，实现旅行箱在水平地面上行走。履带行走系统，由电机、履带、履带轮、支撑件等组成，安装在箱体侧面，主要实现旅行箱爬楼梯功能。整体结构示意图如图1所示。

二、零部件设计

（一）箱体设计

结合市面旅行箱常用规格尺寸，参考人体工程学，考虑爬楼所需履带等因素，箱体外形尺寸确定为长800mm，宽450mm，高250mm，除去履带行走系统占用部分空间以及壳体厚度等，箱体内净空尺寸为790mm*440mm*200mm。

箱体壳体选用硬质耐磨CURV复合材料（100%聚丙烯），具有密度低、抗冲击能力强、耐腐蚀等特点，箱体表面预留启动/停止控制按钮、USB接口、蓄电池充电接口以及拉杆、把手位置。

（二）履带行走系统设计

它主要由电机、履带、履带轮、支撑件等组成。电机的输出转矩带动驱动轮转动，实现履带传动，通过履带外层齿状结构增加履带与台阶面间的摩擦力，从而提供较大的爬楼作用力。

通过对本地地铁站、火车站、大型商场、学生宿舍楼梯的实际测量，统计分析得到楼梯台阶水平长度为300mm，台阶高度为140mm，与水平角度为25°，相邻台阶斜面长度为331mm。为使履带能正常进行楼梯台阶面的連续传动，选用履带与地面接触长度为670mm。

本次设计选用ZRT-50B橡胶履带，履带轮直径d=78mm，履带宽度为50mm，履带周长为1585mm，如图2、图3所示。

选用24V直流电动机，转速150r/min，功率200W，配24V可充电蓄电池，电池组件布置于箱体底部。履带轮支撑采用整体式径向滑动轴承座，结合箱子承载能力，综合确定轮毂轴径为8mm。电机通过电机座与箱体底面固定，与履带轮轮毂轴径通过套筒联轴器联接在一起，如图所示。中间履带轮为支撑组件，起负重及张紧作用。

（三）四轮行走系统

四轮行走系统，由两个万向轮和两个固定轮组成，安装在箱体下方，通过传统固定方式和箱体相连，实现旅行箱在水平地面上行走。

（四）其他功能设计

结合现代出行人士的多样化需求，在箱体上增加USB接口，配以合适转换电路，实现24V可充电蓄电池转化为可供手机、平板等使用的充电宝。拉杆机构、密码锁装置，参照传统旅行箱设计。

三、小结

本项目设计了一款借助机械动力代替人力的旅行箱，相比市场现有旅行箱而言，具有以下特点：

（1）该旅行箱适用范围广，可在人们的正常活动范围内使用，不限于商场、火车站、地铁站、宿舍等场所，具有极好的应用市场。

（2）该旅行箱应用机电一体化思想，操作简单，使用方便。

（3）该旅行箱在上下楼梯时，省力，减少劳动强度，降低手提操作时易产生安全事故的风险。

（4）该旅行箱可做应急电源使用，方便给出行人士外出手机、平板等进行充电。

参考文献：

[1].濮良贵，陈国定，吴立言主编.机械设计（第十版）[M].北京：高等教育出版社，2019.7.

[2].张荣. 机械原理[M].武汉：华中科技大学出版社，2015.

[3].成大先. 机械设计手册[M].化学工业出版社，2002.