蔡 鹏 吴立波

(邯郸职业技术学院 机电工程系，河北 邯郸 056005)

1 引言

家具是每个家庭的必需品，种类繁多，功能各异，中大型家具普遍较重，靠人力搬运比较吃力。但是日常生活中又不可避免需要对家具进行移动，有一些大型家具的移动工作纯靠手抬非常困难，尤其对老年人来说就更加困难了。所以迫切需要一种简单便捷的家具搬运设备，在节省人力、物力的基础上有效完成家具搬运工作。

2 国内外研究概况

家具搬运工具在国内外都有一定的发展，生活中也可见到各种搬运工具，这些工具也各有优缺点。常见的有平板小推车，工作时可将家具搬至小车上再进行移动，该设备运动灵活，但是依然需要人力去抬家具，没有最大限度解放人力。还有一种杠杆小推车，需要人力翘起家具，然后移动，应用杠杆原理，比手抬较为省力，但是搬运过程中的稳定性较差，需要人力辅助。还有一些大型的智能化搬运设备，功能强大，最大程度节省人力，但是设备成本比较高，不适合家用。

3 设计目标

考虑到现在市场上的搬运工具的优缺点，现研制一款便携式的家用搬运设备。该设备应具有以下优点：

1）设备体积不易过大，便于在家中存放。

2）有效节省人力，搬与运两个环节有机结合。

3）运输环节需灵活平稳。

4）设备成本不高，可用性高。

4 方案设计

家具一般都比较重，想要轻松搬起家具需要借助一些特殊的机械结构，达到最佳的省力效果。螺旋千斤顶是一种非常省力的顶举机构，是由人力通过螺旋副传动，螺杆或螺母套筒作为顶举件。普通螺旋千斤顶靠螺纹自锁作用支持重物，构造简单。螺旋千斤顶能长期支持重物，最大起重量已达 100吨，应用较广。家具搬运设备可充分借鉴螺旋千斤顶的原理，运用螺旋机构作为举升运动的驱动机构[1]。设备的整体框架可以应用空间连杆机构，随着连杆角度的变化，实现机构整体高度的变化。和平面连杆机构相比，空间连杆机构具有结构紧凑、运动灵活多样的特点[2]。设备具有运输能力就需要安装脚轮，考虑到搬运位置的灵活性，应安装万向轮。

设备的主体结构设计为空间八连杆机构，基本组成部分是交叉连杆，四个方向各有一个交叉连杆，交叉连杆通过连接块连接组成一个整体。总共有八个连接块，上下各四个。上连接块起支撑家具的作用，表面粗糙度高，防止家具在上面滑动，下连接块安装万向轮。每个连接块安装不同交叉杆的两端，实现结构的闭合。随着交叉连杆角度的变化，可实现主体结构的展开和收拢。结构的对称性可使受力更平稳，结构更稳定。交叉连杆的连接部分是一个设计重点，要考虑到整体的空间性。所以连接块的设计尤为重要，需要计算连接块上交叉杆的安装位置。如果安装位置不准确，整体结构就会扭劲儿，且支撑面不平齐。连杆机构的具体三维模型如图1所示：

图1 连杆机构

设备的顶起工作通过一个螺旋夹紧机构实现，根据实际需求调整工作行程，然后旋转螺杆对连杆机构进行夹紧。随着连杆受力，机构收紧，升高支撑面。螺杆预紧后，反向实现自锁。夹紧机构如图2所示：

图2 夹紧机构

夹紧机构两端的工作面夹紧对称两侧的交叉连杆，机构一端固定，另一段可螺旋移动，调整工作行程。预夹紧后，旋转可移动端的螺杆，使螺杆左移，减小夹紧空间，促使连杆机构收拢抬高，达到举升目的。设备整体结构的工作状态如图3所示：

图3 整体结构工作状态

5 设备制作

设备的制作过程，选取φ16×320厚1的钢管，通过铆钉轴实现交叉连接。交叉杆通过螺钉轴与连接块装配在一起，底部四个万向轮通过螺钉安装在下连接块上。调试过程中，连杆机构收缩顺畅，万向轮移动灵活。但是负载状态下，夹紧机构工作过程不稳定，易脱落。由于夹紧机构的工作面是平面，交叉杆的接触面是曲面，两者接触不稳定，所以需要辅助元件来保证接触稳定。此处的关键点是解决夹紧机构与交叉连杆的接触平稳，不松动，所以需要限位装置保证接触。该处设计采用两个大弹簧夹做辅助件，夹住螺旋夹紧机构和交叉杆的接触部位，限制其相对运动，防止脱落，使工作时保持接触稳定。调试过程中，使用夹子做辅助元件后，结构接触良好，负载状态下运行良好。

6 创新特色

该设备创新特色主要有以下几点：

1） 相比一般的千斤顶，小巧、轻便，起始工作高度低，可适用于底盘低的重型家具搬运。

2） 设备把家具的提升和运输两项功能集为一体，万向轮可实现家具搬运方向灵活。

3） 空间连杆机构运动灵活，结构闭合对称，稳定性良好。

4） 夹紧机构实现设备的提升和自动锁紧，有效节省人力。

5） 上连接块表面粗糙度大，保证家具设备接触面的摩擦力，使移动过程中家具在支撑面上保持稳定。

7 结束语

家具搬运是日常生活，该设备可满足大量人群的使用要求，节省人力，尤其对于老年人来说，应用价值极高。基于此结构原理，可设计多种型号的家具搬运设备，满足不同类型的家具搬运工作。设备限定额定承载重量，可作出系列化产品，有很大的市场价值，可大力推广。该设备除了满足家具搬用功能外，也可以应用到货物运输领域，如快递业、零食加工厂、机场和火车站行李搬运等等，应用价值很广。