王庆 陆卫丰 吴战胜

摘 要：为了解决目前生产生活中台阶转换斜面助运装置的缺乏，通过简单的连杆结构实现台阶和斜面切换原理，设计出台阶转换斜面的助运装置，实现了台阶和斜面的切换，产品操作简便，加工简单，使用生产成本低，具有极大的市场价值。

关键词：台阶;斜面;连杆结构

1 引言

斜面和台阶在人们日常生产生活中应用非常广泛。斜面即可以推、拉、滑动货物到高处或低处，减轻劳动者的工作量，提高了工作效率;也可以保障残障人士以及行动不便人士的通行方便。目前，多数新建公共场所已经新建基于斜面的无障碍通道，但仍有部分新建及早期建造的公共建筑及新建电梯住宅等楼宇通道在设计建造时未考虑斜面设计，造成某些特殊人士的出行不便。另外，在货运方面，因为楼梯台阶的存在，致使货运手拖车的使用受限，影响了装卸货效率;电气工作现场，经常需要搬运物品，層层台阶为设备搬运带来困难。经过大量的网络搜索和市场调研之后，发现已有解决此类问题的技术，但是一些装置运用了电机等结构不仅结构复杂且使得制造成本大，一些装置则是体积过大，存储空间需求大。本台阶转换斜面助运装置设计简单，无复杂的零件，易于加工，成本低，可装配性能与工艺性好，且操作简单方便，可以快速实现斜坡与台阶之间的转换，能降低存放设备所需的空间。

2 助运装置设计

2.1 设计理念

台阶转换斜面助运装置由手柄杆、传动杆、连接杆、平板组件等构成。在设计时首先考虑的是如何方便进行斜面和台阶切换，根据连杆机构原理可以实现平板组件在一定角度内转动完成斜面和台阶的切换，根据这一原理需要手柄杆与传动杆相连，按下手柄杆至合适的角度，并通过手柄杆上的凹槽固定这个角度，连接杆随着传动杆，轻轻将平板组件滑出至稳定状态完成台阶至斜面的切换。平板组件与连接杆相连，平板组件是由一块内部中空的大板和一块两端固定滑轨的小板组成，当连接杆顶起大板至合适的角度，小板通过滑轨滑出至台阶上沿;当连接杆收起，小板隐藏至大板内部，并一起收至台阶下沿，完成斜面至台阶的切换。

2.2 组成部分

台阶转换斜坡的装置（图1所示），包括两个连杆机构以及设置在两连杆机构之间的若干平板组件，两连杆机构均包括一根手柄杆1、一根传动杆2以及若干连接杆3，手柄杆以及若干连接杆铰接在传动杆上且等距分布;若干平板组件4与连接杆一一对应铰接。

图2所示限止滑槽孔5设置在手柄杆1上，用于给当手柄杆被掰动到想要角度时的限位。若干平板组件侧边位置与若干连接杆上端一一铰接在一起。手柄杆、传动杆、连接杆组成一连杆机构，连杆机构之间为平板组件。限止滑槽孔6分布于若干连接杆上。平板组件由内部中空的所述大板7和两端固定有滑轨的小板8构成。滚轮9设置于小板下方，厚度小于大板的厚度。

3 助运装置工作状态

3.1 助运装置展开成斜面状态

助运装置展开成斜面的过程为：掰动手柄杆1，与其连接的所述传动杆2就会带动连接杆3转动，连接杆3转动到一定角度后，与其连接的平板组件4内小板8就会通过滑轨从大板7内滑出，至稳定状态完成助运装置台阶至斜面的切换。当小板8底端快要接触到台阶上表面时，由于滚轮9的存在，避免了小板8直接滑出砸落到台阶上表面而导致小板8损害的情况，同时滚轮9能够便于小板8快速的在台阶上表面滑到适合的位置形成斜面（图3所示）。

3.2 助运装置收起成台阶状态

助运装置收起成台阶状态为：掰动所述手柄杆1到初始位置，与其连接的传动杆2就会带动连接杆3转动还原到初始位置，连接杆3回到初始位置后，大板7将会转动到与连接杆3竖直平行，小板8经过大板7以及连接杆3的转动，被带动往台阶内侧直角处移动，在此过程中限止滑槽孔6上的限位块会滑动，将小板8再次隐藏在大板7内部（图4所示）。

3.3 助运装置参数计算

设计助运装置时的最大承载力为2000N（参考人的体重为650N、承载物重设计为1350N）。考虑实际工作中无特殊环境要求，可以降低部分工作精度，所以对整个助运装置简化进行分析。将负载机构化简，其受力分析如图5所示：单块大小板总长LAB=850mm;斜面倾角θ=30°;集中载荷F=2000N。为了简化计算，假设集中力F作用在LAB的中点上。对单块大小板进行受力分析：

弯矩计算：在OC中区某一截面，设截面到C点平行于AB的距离为，其中为截面所受弯矩：

其中为B点垂直于斜面的一个分力。当取最大值时，即时，弯矩取得最大值。

4 结语

基于斜面和台阶转换的助运装置的设计通过采用连杆结构实现台阶和斜面切换，固定卡条使装置更加稳定，同时方便切换不同的工作模式。基于斜面和台阶转换的助运装置实现斜面和台阶的自由切换，解决了现有技术台阶通道浪费场地空间，增加投资费用的缺陷，提高了生产生活中的工作效率、降低使用成本和减少存放空间。所设计的基于台阶和斜面转换的助运装置制造容易、使用方便，将该设计产品投放到市场中，会给人们的生产生活带来极大的便利，产生一定的经济效益。

参考文献：

[1]濮良贵.机械设计[M].北京：高等教育出版社，2001.

[2]于永泗，齐民.机械工程材料[M].大连：大连理工大学出版社，2007.

[3]周瑞强，陈桂平，周培等.机械原理[M].西安：西北工业大学出版社，2016.

作者简介：王庆（1979-），男，江苏扬州人，副教授，研究方向：应用数学。