基于多功能移动梯的研究与设计

唐光超 张德虎 王浩丞 祝振赏

【摘  要】一种多功能移动梯由主副梯、驱动机构、行走机构以及可收缩工作平台等部件组成;使用者通过控制方向盘来控制传动杆及其所连接的齿轮组来达到梯子自由移动的效果。这样的设计可以保证梯子快速、平稳的移动，且功能多样、操作简单，安全可靠。进一步利用Solidworks对多功能移动梯的设计以及功能实现。详细说明了该机构的设计和工作原理。

【关键词】移动梯;齿轮传动;梯子设计

1.背景与意义

常见的梯子在完成一项作业之后，需要人从梯子上下来搬运梯子到下一项作业地点，然后再爬上梯子才能进行下一项作业，搬运不便，费时费力。同时，常见的梯子多是操作人员站在梯杆上进行操作，工具只能自己背一个工具包收纳，不安全而且容易产生疲劳。

现有技术也有采用电动机做驱动装置驱动梯子移动的技术，但是加上电机和蓄电池之后，梯子的体积更大，完成作业之后不便收纳，同时电机和蓄电池的重量再加上梯子的重量使梯子搬运以及运输更加困难，当电机发生故障或者蓄电池没有电时，原有的方便变得更加不便。故本设计提供一种可自行移动的多功能梯子的设计方案，能够使使用人员不必下梯便可移动梯子，机构工作可靠同时不会过多地增加梯子的重量，方便折叠，搬运。同时，本设计是一种纯机械的移动梯机构，结构简单、成本低廉、工作效率高、安全可靠、为该方面的设计提供了新思路。

本设计梯子的核心机构为行走机构。该机构由传动机构、行走轮，传动机构分别与驱动机构活动连接、行走轮活动连接。使用者通过转动传动机构上的方向盘来控制梯子的自由移动。在移动的过程中，主副梯架之间的支撑杆保持梯子稳定，保证了使用者的安全。

2.多功能移动梯的结构设计

2.1驱动机构的设计与研究

驱动机构是本设计的核心部分，它起到一个使梯子自由移动的功能。它由传动杆、方向盘组成，方向盘与传动杆固定连接;传动杆设置在梯子上，与传动机构活动连接。传动机构包括齿轮组，齿轮组包括主动齿轮、从动齿轮，主动齿轮与传动杆同轴心固定连接，从动齿轮与转动轴同轴心固定连接。通过转动方向盘来控制齿轮的转动，最后达到移动梯子的目的。

移速问题。因为该齿轮组是一对锥齿轮，所以能改变力的方向，而梯子的移动速度是通过改变转动方向盘的快慢来实现。

2.2可收缩工作平台的结构设计

相比于传统的人字梯，增加了一个与梯子顶部铰接的可收缩工作平台。包括左踏板、右踏板、踏板架、弹性复位件、固定部件，左踏板、右踏板与踏板架横边活动连接，左踏板、右踏板通过弹性复位件连接梯子，固定部件与梯子活动连接。而固定部件包括弹性复位件、卡扣，卡扣通过转轴固定在梯子上，弹性复位件一端与卡扣连接一端与梯子连接。在梯子展开时，转动卡扣使其卡住踏板侧边防止其因为弹力回转。

2.3梯子部分的结构设计及选材

主副梯子的设计主要是从使用者的安全角度出发。保证使用者在使用该梯子时，确保使用者的安全，鉴于研制机器和工具的各种技术措施都不完善，除非能适应人的因素，包括人体尺寸，常规的人体姿势、动作和行为。因此符合人机工程的要求时安全工作场所的首要条件。

（1）梯子倾斜角度的选择。梯子的倾斜角度会影响上下梯子的时间以及使用者的安全。而通过多次实验研究的分析，在梯子倾斜角度为60°时，生物力学条件最佳，容易保持身体平衡。在梯子倾斜角度为70°时，消耗的能量最少。假设使用者的能力和工作效率保持不变，梯子倾斜角度为70°时，使用者所受到的干扰以及不良因素较少，完成某一工作所用的时间也越短。

最后，可以得出结论，梯子的倾斜角度为60°——70°时，人机工程条件良好，可以保证使用者安全、舒适的上下梯子。

（2）梯子收缩方式的设计。当前，梯子的发展方向向这占地面积小，安全可靠，操作简便的方向发展，而对于占地面积小就需要梯子在不用时可以收缩。对此，设计出符合要求的支撑杆来达到梯子展开时能稳定整个梯子的平衡。

共有两个支撑杆，左右一个，分别与主副梯活动连接。支撑杆一端端头设置成环形，一端设置成半圆形，主梯侧边中下部设置连接结构，该连接结构由两块具有螺孔的挡片和螺栓构成并且连接结构对称设置。螺柱穿过挡片以及支撑杆的环形端头，随后拧上螺母。副梯侧边同样高度的位置设置吊环螺钉，当梯子处于张开状态时，转动支撑杆，使支撑杆半圆的端口扣入吊环螺钉中。主梯侧边中上部设置吊环螺钉，当梯子处于折叠状态时，转动支撑杆，使支撑杆半圆的端口扣入吊环螺钉中。

（3）梯子顶部平台的设计。多数梯子都无法给使用者提供一个坐在梯子上工作的环境，所以，为了解决此问题，设计了一个平台。平台包括主板与承载部件，主板与承载部件固定连接，承载部件与梯子固定连接。而承载部件是由三根金属杆组成的凹字形框架，竖直的金属杆与主板通过螺栓连接，横向的金属杆与主梯的横向短边螺栓连接，从而形成可坐下的平台。

（4）梯子的所用材料选择。通常梯子的材料有木制、铝合金、玻璃纤维等等材质。而木质梯子结实耐用，纹理美观，给人一种自然舒适的感觉，在一定程度上也是一种家居装饰品。但它与其他材质的梯子相比则显得重量过重，而且比较占据空间。同时木质梯子由于潮湿或暴晒等因素容易腐蚀老化，易发生安全事故。铝合金梯子采用高强度的铝合金型材制成，密度低，所以具有重量轻、携带方便的优势。而且它强度较高并采用先进的方管挤铆技术，配有强固的防滑梯脚，不易变形，稳固耐用，安全高效。但由于铝合金具有良好的导电性，所以不适合用于家庭电力作业。同时铝合金材质也应注意保养，进内行定期清理与维护。玻璃纤维梯子在大多数工作场所中还是比较少见，玻璃纤维梯子极大程度上是考虑到了它的绝缘性。玻璃纤维梯是采用玻璃纤维和不饱和树容脂等几大复合材料加工成型的，强度高，具有良好的绝缘性，主要用于电力作业。

所以，综上所述选择铝合金材质满足该功能梯的使用。

3.多功能移动梯的三维建模及功能实现

多功能移动梯的展开与折叠状态，在展开状态时，可适用于安装广告横幅，粉刷墙壁等场景，使用梯子时，首先将梯子张开，随后支撑杆卡入副梯的吊环螺栓中，张开折叠踏板;随后操作人员爬上梯子，开始作业，当一处工作完成时，可转动方向盘进行移动，直至完成作业。

在折叠状态时，因采用铝合金材质，重量较轻，操作人员只需用手提或肩扛来进行搬运。同时折叠后占地空间小，方便放置。

4.结语

随着时代经济的发展，梯子作为人们日常生活中最为典型的一种实用工具，梯子的安全性和稳定性在某种程度上是对人们的生命极大的保障。而本文介绍的多功能移动梯，不仅仅有着一定的安全保障和稳定性，同时也具备移动和折叠的功能，为人们在日常生活中带来极大的便利也保障了使用者的安全。

在Solidworks环境下进行多功能移动梯的设计，通过一些巧妙的结构设计，赋予梯子可以折叠、可以移动，使用者可以站立与坐在梯子的功能，避免了功能单一，极大的提高了梯子的使用频率。可以运用于普通家庭、超市、学校、医院、工厂等适用场合。生产成本低、便于制造且操作简便，值得技术推广。

參考文献

[1]于飞. 斜度不同时人爬梯子的行为特点（三）[J]. 工业安全与防尘， 1995（8）：39-41.

[2]许建设， 杨飞. 多功能伸缩梯： CN.

[3]佚名. 一种新型移动不倒梯的设计和分析[J]. 机电技术， 2018， 120（5）：22-24.

项目名称：西南科技大学大学生创新基金项目精准资助专项，项目编号：jz19-116。