摘 要： 楼梯缓解了建筑用地压力，提高了人均住房面积，改善了人们居住条件，但是，楼梯在满足人们需求的同时，也给很多行动不便的老年人和残障人士带来了诸多不便。本文主要是对载人爬楼机爬楼机构和稳定性进行研究，针对不同场所的楼梯，选取行星轮式爬楼机结构，对轮系结构、爬楼稳定性进行了研究，并分析了影响爬楼机侧翻的原因。

关键词：  载人爬楼机;行星轮式;稳定性

一、载人爬楼机原理

按照爬楼原理的不同，爬楼机分为行星轮式爬楼机、履带式爬楼机、腿式爬楼机。

由上表可以看出，行星轮式爬楼机具有较好的综合优势，其结构简单、运动灵活、受到的运动阻力小，具有较好的行动性能且制造相对容易，工作过程中，控制简单，发出的噪音小，不会给乘坐者产生不适应的感觉，同时，稳定性好，安全性能高。选取行星轮式爬楼机，对其结构和稳定性进行分析。

不同场所的楼梯，参数有所差别，如表2所示

根据表2中楼梯的参数，对爬楼机的结构进行研究

二、行星轮系结构设计

1.星轮尺寸确定

采用行星轮系结构，行星轮的个数可以是两个，也可以是三个及以上，行星轮的个数越多，爬楼时候重心上下波动的幅度越小，但是，增加行星轮个数会增大爬楼机的尺寸，并降低其行动效率。

为了实现行动灵活、结构简洁的要求，采用两个尺寸大小相同的行星轮，行星轮系自转采用内轴的形式，公转采用外轴的形式，通过外轴驱动各个行星轮绕各自的轴心自转完成行走的功能，通过内轴驱动行星轮绕轮架中心公转实现爬楼功能。在轮系中安装一个齿轮过渡，保证单侧轮系的前后轴间距。受楼梯跨步宽度尺寸以及轮毂电机尺寸的限制，选用尺寸直径为r=190mm的轮毂电机尺寸，按照结构一致性原则的要求，另外两个星轮的直径尺寸确定为r=190mm。这样可以使星轮与楼梯之间有足够的接触面积，具有一定的调整空间，尽可能的适应各种不同类型的楼梯。

2.支撑辅助结构设计

爬楼机在爬楼梯时，安全性是非常重要的，支撑辅助结构的作用就是为了消除爬楼机在爬楼时轮子出现打滑的现象。支撑辅助结构主要由电动杆、支撑辅助架、轴承等组成。电动杆一端通过轴承安装在支撑辅助架上，另一端通过螺栓固定在爬楼机的底端。支撑辅助架通过卧式轴承安装在爬楼机上。爬楼机爬楼时，运动机构利用自锁装置推动电动杆工作，放下支撑辅助架，就可以防止爬楼机爬楼时的打滑现象。

三、爬楼机稳定性分析

1.速度改变对稳定性指标的影响

爬楼机在运行过程中，运行路线突然改变，这样在运行趋势方向内会产生一定的速度变化。 当速度发生变化的时候，爬楼机的稳定性与爬楼机重心高度成正比，与两轮之间的轮距成反比。

2.坡面角度对稳定性指标的影响

爬楼机在工作的过程当中，坡面存在一定的倾斜角度，这样，就会导致爬楼机本身也存在相应的倾斜角度，不同的倾斜角度会带来不同的倾斜影响，当倾斜角度发生变化以后，爬楼机的重力在水平方向和垂直方向产生两个分力，这两个分力会导致爬楼机产生翻转力矩，翻转力矩的大小会直接影响到爬楼机的安全性。

3.侧翻原因探讨

爬楼机在工作过程中，要面对很多复杂的情况，除了本体受到的外力作用以外，还有惯性对其的影响。如果假设爬楼机工作时，速度的改变量为a，那么爬楼机本体受到的惯性力就为ma，爬楼机前轮毂的转动惯量为J1，角速度为θ1，后轮毂的转动惯量为J2，角速度为θ2，那么，爬楼机重心产生的转动惯性力矩就为：J1θ1+ J2θ2。爬楼机侧翻的原因为：

从公式（3）和（4）可以得知，爬楼机在工作的过程中，可以通过调整左边轴或者右边轴到重心的水平距离，来增大或减小相应的作用力矩，以防止爬楼机发生侧翻。同时，也可以通过增加爬楼机质量的方式来增加防侧翻的能力，但是，考虑到爬楼机的灵活性，以及在工作过程中对楼梯的破坏性，爬楼机的质量可以稍微增加，但是不能增加的太多。

四、结论

（1）. 行星轮式结构爬楼机结构简洁、行动灵活、控制简单，具有很好的综合优势。同时，稳定性好，安全性能高，容易实现爬楼的功能。 （2）.爬楼机的侧翻受到多方面的因素影响，可以通过调整边轴到重心的水平距离来防止侧翻，也可以通過增加爬楼机的质量来防止侧翻。

作者简介：谭铮（1980-），男，民族：土家族，湖南常德人，常德职业技术学院讲师，研究方向为机械制造。

基金项目：湖南省教育厅2019年科学研究项目（项目编号：19C0252）