履帶式旅行箱結構設計

韓成勇 郝繪坤 張彥波

摘 要：目前市場上的旅行箱比較笨重，在上下樓時無助力功能，不適合長途旅行攜帶，無法滿足人們快節奏的工作和生活。現設計一款履帶式行李箱，采用履帶式傳動裝置，安裝履帶裝置、起升機構、電機和控制裝置。它可以實現水平平面和傾斜平面的運動。履帶式行李箱適應性強，靈活性強，它減輕了人們旅行的疲憊，提高了工作效率和生活質量，彌補市場的高端需求。在我國國民生產和生活中需求較大，具有較高的投資價值和廣闊的發展前景。

關鍵詞：履帶旅行箱;動力裝置;驅動傳動裝置;履帶執行裝置

引言

目前市場上的旅行箱大多比較笨重，在上下樓時中心變化較大，也比較費力。本文采用履帶式傳動裝置，設計一款履帶式旅行箱。履帶式傳動裝置，目前使廣泛應用在上下樓的爬升裝置中，比傳統的旅行箱運行更加連貫，能量轉化率和傳動比例也有很大提高。在工作的時候，設備的重心可以順著和臺階線貼合的斜上方運動，重心變化幅度不大，運行比較平穩。

一、履帶式旅行箱的整體方案設計

履帶式旅行箱的主體包括箱體、動力裝置、驅動傳動裝置、履帶執行裝置和助力拉桿裝置，整體結構如圖1所示。箱體內部設計了不同的功能區域，把履帶執行裝置與使用者的私人物品分離。箱體的下部安裝電池，箱體的背部安裝履帶執行裝置，箱體的底部安裝無刷電機、橡膠履帶、固定件、主動輪、固定輪和從動輪。固定件左右兩邊安裝驅動輪和從動輪，驅動輪和從動輪設計在橡膠履帶的兩頭，在驅動輪和從動輪中間安裝有固定輪。箱體的上部安裝助力拉桿，上下樓梯時，用戶用手拉動動力桿，讓行李箱通過履帶鏈節在樓梯上爬行。在爬行過程中，驅動電機為履帶鏈節的轉動提供動力，節省人力，便于搬運。

二、履帶式旅行箱的工作原理

提升裝置使固定件實現上升與下落，固定件兩邊安裝驅動輪和從動輪，驅動輪和從動輪設計在橡膠履帶的兩頭。驅動輪設計在整體的下部分，它與無刷電機連接，驅動輪和從動輪上設有固定輪。在地面摩擦力的作用下，橡膠履帶上的兩個牽引輪可以固定橡膠履帶，通過履帶與驅動輪和從動輪嚙合，帶動履帶轉動。

箱子背面安裝履帶執行結構，箱體的背面有兩個上下通道，橡膠履帶設在通道的凹槽內。不使用橡膠履帶行走時，通過提升電機將履帶上升，外觀保持美觀大方。使用橡膠履帶行走時，橡膠履帶通過提升電機放下，凸出于箱體，在爬樓過程中增加摩擦動力。

助力拉桿設計成可彎折結構，使行李箱上下樓梯時能被拖拽，解決了上下樓梯的搬運問題。助力連桿像普通旅行箱的拉桿一樣，只是拉出時候可以彎折。使用橡膠履帶上樓時，橡膠履帶由起升電機凸出箱體，整體放下，使橡膠履帶與臺階觸碰。用戶可以拉動助力拉桿改變上樓方向而省力的實現上下樓梯。同時，無刷電機可為橡膠履帶提供轉向力，節省使用者的力量。此外，還實現了自動稱重、人臉識別等智能功能，使行李箱的使用更加方便、智能。

三、電動機的選擇

根據國家航空局對于蓄電池容量規定，電池容量為120Wh（一次行程25—30km），最大運行速度為6km/小時。因此選用JETBeam品牌24v多塊鋰電池組。

履帶旅行箱本身及滿載質量總20kg，履帶旅行箱在上下樓梯過程中，重心與驅動軸之間的垂直距離L為60mm，需要克服阻力矩為11.76Nm。上樓的最大速度n=30rpm，主動輪的最大角速度為3.14rad/s，爬樓時驅動電機的功率滿足36.9W。

選用電機型號為Z4D25，電機功率40w，輸出轉速為560r/min，允許力矩轉矩最大2.25N·m，質量為1.7kg。通過分析和計算，各項參數的選擇符合零件的強度需求，選用無級調速電機除了能滿足功率要求。

四、結語

履帶式旅行箱的結構設計是在積極探索、認真查閱大量相關資料和實踐制作的基礎上完成的。在深入了解履帶式爬樓結構的依據和部件結構構成的基礎上，科學地設計和構思履帶式旅行箱的主要部件，對履帶式旅行箱進行三維構圖和受力分析，以確保所選部件的合理性和科學性。但是本設計仍然存在許多不足之處，之后我會繼續研究和探索，不斷更新和完善設計，更好地發揮履帶式旅行箱快捷方便的功能。更完美的實現輕松上下樓梯和人機交互功能，提高便捷性，減輕旅途疲憊，解放雙手，還旅客一個輕松舒適的旅途。

參考文獻：

[1]王淑坤，孟曉東，尚鴻鵬.一種輪履組合式爬樓輪椅的設計[J].機械傳動，2013（10）：163-166.

[2]陳渤燕，蔡曉君，郭強，馮致勝，周寧，楊希.助力爬樓裝置分析研究[J].新技術新工藝，2019（02）：70-72.

[3]范星光.爬樓輪椅的總體設計及關鍵問題研究[J].中國優秀碩士學位論文全文數據庫，2016（03）：81-81.

[4]蘇世勇.爬樓梯機器人[J].中國科技信息，2014（14）：174-175.

[5]王馨婧，高陽洋，焦悅.智能行李箱的研究[J].科技風，2019（08）：13-13.