一種多功用拉桿箱設計與開發

郭鈺琪 郭紅利

摘 ? 要：針對現有行李箱功能較為單一、方便性有待提高、儲物方式簡單等問題，文章設計、開發了一種多功用拉桿箱，對拉桿箱進行擴展性設計，增添了拉桿箱座椅、桌子和分層儲物功能。當有需要時，可使拉桿箱作為座椅和桌子使用。箱體部分采用分層設計，使不同物品分開放置，防止易損性物品在旅行中因顛簸等受損。基于SolidWorks軟件對拉桿箱關鍵零部件進行靜應力分析，結果顯示零部件滿足使用要求。對拉桿箱進行擴展性設計與開發，擴展了拉桿箱的功能，增強了拉桿箱的實用性，極大方便了人們的旅行。

關鍵詞：拉桿箱;SolidWorks;靜應力分析

隨著我國基礎設施建設不斷完善，人們的出行日漸增多，交通運輸部綜合規劃司公布數據顯示，2018年國家鐵路旅客發送量完成33.17億人，公路旅客運輸量完成136.7億人，拉桿箱是一種具有拉桿和滾輪的儲物工具，因其使用方便而成為現代人出行的必備工具[1]。在生活中，長途旅行的人常攜帶大量行李，甚至多個行李箱[2]，在火車站等人流量較大的場合，公共座椅數量有限，導致很多人需要站著候車。人們在出行時攜帶物品種類較多，不同種類的物品堆放在一起，較硬的物品容易對較軟的物品造成損傷，當人們取出某個物品時，需要將別的物品先取出，使得出行大為不便。

在提高拉桿箱實用性、便捷性方面，國內外已經展開了一些研究。孫弘寧等[3]發明了一種智能拉桿箱，能夠用手機進行控制，并且包含充電等功能，但是需要在拉桿箱限位部安裝一部智能手機，通過與智能手機連接對拉桿箱進行控制，制造成本較高。王沖[4]設計了一種新型拉桿箱，在原有拉桿箱的基礎上，在拉桿箱箱體外采用連桿的方式附加座椅，將座椅隱藏在拉桿箱背部，一定程度上方便了人們的出行，但是缺少分層分類設計，對座椅沒有進行強度校核，可行性有待研究。李思潼等[5]提出一種新型多功用拉桿箱，包含行走功能、充電照明等功能，文章只對拉桿箱進行了理論上的功能探討，具體設計方法及實施方案并未提及，可行性有待研究。

基于以上需求，本文設計的拉桿箱在原有拉桿箱儲物等功能的基礎上，擴展了分層儲物功能、座椅功能、桌子功能以及箱體單獨使用功能。

1 ? ?整體設計

圖1為拉桿部分裝配圖。把手、1號桿、2號桿、3號桿和柱銷定位裝置能夠實現拉桿箱拉桿的伸縮，拉桿箱箱體放在4號零件和5號零件之間，簡易定位裝置能夠調節4號零件和5號零件之間的寬度，適應不同寬度的箱體，輪子實現拉桿箱的拖拉。當4號零件和10之間沒有箱體時，把手、1號桿、2號桿、3號桿和柱銷定位裝置整體向前折疊，使帶孔鋼板到達拉桿部分上方，將拉桿部分作為座椅使用。當拉桿部分處于座椅狀態時，將2號桿拉出、帶孔鋼板折開，從而使拉桿部分上方面積擴展一倍，將拉桿部分作為桌子使用。

圖2為箱體部分裝配圖。原有普通拉桿箱只能進行簡單的物品放置，多種物品放置在一起時不易對底層物品進行取放，且容易造成物品損壞。為了方便物品取放，對拉桿箱箱體部分進行了分層設計，將箱體分為上、中、下3層，每一層分配一定的空間，左上蓋、右上蓋、前蓋均可以打開，方便物品取放。承重層左右兩側連接有拉線，當左上蓋、右上蓋打開時，拉線將承重層拉起，方便取放物品，當左上蓋、右上蓋合上時，承重層落下，使物品堆疊在一起，同時適應拉桿部分，使得箱體部分能夠從拉桿部分分離。

2 ? ?擴展功能設計

圖3為拉桿箱座椅狀態實物。當拉桿箱箱體取出后，可以將伸縮桿向前折疊、彎曲、扣合，從而使拉桿箱背面的金屬板折疊到上方，拉桿和箱體支架作為座椅的支架，能夠承受大部分人的體重。

圖4為拉桿箱桌子狀態實物。當拉桿箱呈座椅狀態時，將拉桿拉出，座椅上方的金屬板展開，使上方面積擴展一倍，在戶外可以作為小桌子使用。

圖5為拉桿箱箱體部分實物。箱體分為下、中、上3層，箱體上方和后方可以打開，方便物品分類和取放。

3 ? ?靜應力分析

拉桿箱支架部分以及上方的金屬板為主要受力裝置，因此需要對其進行靜應力分析。

本文采用SolidWorks軟件對拉桿箱進行三維建模，利用軟件仿真功能對其進行靜應力分析。SolidWorks SimulationXpress根據有限元法，使用線性靜態分析從而計算應力[6]。

拉桿箱骨架采用201不銹鋼型材（方管）焊接而成，拉桿部分采用市場上拉桿箱的拉桿改裝而成;支撐部分全部為19 mm×19 mm×0.7 mm（邊長×邊長×壁厚）不銹鋼方管;帶孔鋼板為1 mm厚201不銹鋼鋼板。查閱《中國男人（女子）標準體重對照表》知，身高188 cm的69歲男性標準體重為77 kg，假設體重為77 kg的人坐在金屬板上，對金屬板進行有限元分析。

假設人的重量均勻分布在金屬板上，重力加速度取9.8 N/kg，則人的體重對金屬板的作用力大小為754.6 N，為簡化計算取755 N。用SolidWorks軟件中Simulation插件對金屬板進行有限元分析。位移分析結果如圖6所示，金屬板最大位移為9.775×10-1 mm，金屬板位移較小，能夠滿足日常基本使用要求。應力分析結果如圖7所示，金屬板最大應力為1.199×108 N/m2，201不銹鋼屈服極限為2.92×108 N/m2，滿足要求。

4 ? ?結語

本文對拉桿箱進行了擴展性設計，在普通拉桿箱原有功能的基礎上增添了座椅、桌子功能，同時對箱體部分進行分層設計，實現物品的分類放置，避免多種物品放在一個箱體中，實現對部分易損物品的保護。最后用SolidWorks軟件中的Simulation插件對拉桿箱關鍵零部件進行靜應力分析，分析結果顯示零部件滿足使用要求。

[參考文獻]

[1]杜澤亮，秦增，梁爾國，等.無噪音拖動拉桿箱設計[J].科學與財富，2018（31）：208.

[2]趙艷妮，馬順，張書源，等. 基于視覺傳感器的自動跟隨行李箱設計[J].智能城市，2017（8）：23-24.

[3]孫弘寧，吳朝陽，李書銘.智能拉桿箱.中國：CN201820665487.9[P].2019.

[4]王沖，楊麗，陳學冬.一種新型拉桿箱的設計[J].科技經濟市場，2016（4）：136.

[5]李思潼，康俊.一種新型多功能拉桿箱[J].魅力中國，2019（21）：285-286.

[6]趙罘，王平.SolidWorks2010中文版快速入門與應用[M].北京：電子工業出版社，2010.

Abstract：For the existing luggage， the function is relatively simple， the convenience needs to be improved， and the storage method is simple， a multi-purpose trolley case is designed and manufactured in this paper. The trolley case has been expanded to add a trolley case， table and tiered storage. When needed， the trolley case can be used as a seat and table. The box part is layered， so that different items can be placed separately to prevent the vulnerable items from being damaged due to bumps and other reasons during the performance process. Static stress analysis of key components of the trolley case based on SolidWorks software shows that the components meet the requirements for use. The expansion design and development of the trolley case expands the function of the trolley case and improves the practicality of the trolley case， which greatly facilitates peoples travel.

Key words：trolley case; SolidWorks; static stress analysis