轨道式升降机是一种空间移动类的室内移动辅具，它借助轨道的设置及升降机的悬吊功能，实现上下、左右、前后移动，协助行动不便的残疾人、老年人以及身体虚弱的病人进行体位变换和位置移动，完成从床上移动到轮椅上，从卧室移动到卫生间、浴室等处的功能，解决他们的如厕、入浴等问题，其应用实例如图1所忝。伴随我国社会渐渐进人老龄化以及残疾人口的迅速增加，行动不便的人群在逐年增加，轨道式升降机将成为帮助行动功能丧失的老年人和残疾人完成一些基本日常生活功能的最佳选择，特别适用于家庭养老以及医院、敬老院和康复中心等残疾人集中供养的机构，可以大大减轻护理人员的负担，提高广大残疾人和老年人的生活质量⋯。由于目前我国轨道式升降机的研制和生产还处于空白阶段，它的设计和研究将具有重要的意义。

1设计要求

    1．1技术要求

    轨道式升降机必须达到一定的技术指标，以便保证升降机的正常运行和被升降者的舒适性，主要的技术指标有：承重量要满足每个升降机能够提升150kg的重物；升降速度要求满足加载条件下不超过O．15m／s，空载条件下超过0．25m／s；另外水平轨道每200mm的最大偏差不应大于lmm；升降装置可以360。

    1．2功能要求

    轨道式升降机主要是帮助肢体残障者和行动不便的老年人完成如厕、入浴和就餐等基本日常生活活动，因此应该具备垂直升降、水平移动和换带过门等功能，对于需要进行下肢康复训练的患者，还应该具有步行训练的功能。

    1．3安全性要求

    轨道式升降机的设计必须要保证被升降者的安全，因此要求传动机构能够自锁，并且要安装保险装置，防止被升降者在升降机发生故障时跌落，另外连接点的设计应能防止身体支撑部分发生意外时连接点脱离。现代制造工程2010年第7期设备设计诊断维缈再制造

    1．4其他要求

    由于轨道式升降机是供下肢残障者和行动不便的老年人使用的，因此在满足上述设计要求的前提下，轨道式升降机还应该满足体积小、重量轻、结构紧凑、噪声低、运行平稳、成本低和便于安装等要求。

    2功能设计

    为了满足下肢残障者和行动不便的老年人的多种需求，帮助他们完成入浴、如厕、就餐以及下肢康复训练等基本活动，轨道式升降机主要有以下几项功能。

    1)垂直升降功能：由于下肢残障者无法站立，所以轨道式升降机应该具备垂直升降功能，将残障者从床上或室内其他场所吊起，这样在水平移位的时候就可以跨越室内地面障碍物，使运行更加畅通，并且升降到一定的高度，不仅可以方便残障者到高处取物，例如拿起书架上的书，而且为护理人员减轻了负担。

    2)水平移动功能：下肢残障者大多数都行动不便，无法自己移动到其他场所完成基本的日常活动，因此轨道式升降机必须有水平移动功能，帮助残障者从卧室移动到卫生间、浴室和餐厅等房间，方便其进行如厕、入浴和就餐等活动。

    3)过门换带功能：由于两个房间之间一般会被门框、隔墙等隔断，在打通门框、隔墙的条件下，需要顶置式升降机具有过门换带功能，这样只要在每个房间的天花板上安装轨道，残障者就可以轻松地在屋内各个房间移动，增加残障者的活动范围。

    4)步行训练功能：对于需要进行步行训练的残障者，只需要在升降机上安装步行训练用的软支撑吊具，就可以进行步行训练。

    3工作原理

    轨道式升降机的运动主要包括垂直升降运动和水平移动，并且要求轻便、结构紧凑、噪声低、运行平稳和安全可靠，综合考虑，升降机的机械传动装置采用啮合传动的形式，该结构中主要采用的是蜗轮蜗杆传动、齿轮传动和带传动。轨道式升降机工作原理如图2所示，升降布带一端固定在缠带轮上，一端通过布带拉环挂在滑轮上。

    动力由电动机输出，分别经过蜗杆、蜗轮、小齿轮和大齿轮减速后传递给缠带轮，缠带轮带动升降布带转动，使升降机完成升降动作，滑轮在轨道的槽面中移动，带动升降机进行水平移动。为了保证被升降者的安全，设置了保险装置，在大齿轮上安装了扭簧和止动扣，并在支架上安装一个固定螺栓，当电动机以正常速度运转时，扭簧拉动止动扣与大齿轮一起转动，缠带轮可以正常旋转，保证升降机以正常的速度上升和下降；当出现故障时，由于升降机箱体的自重以及残障者的体重，使得升降机急速下落，大齿轮在升降布带的拉动下急速转动，使得离心力大于扭簧的拉力，此时止动扣被放松，卡在支架的固定螺栓上，大齿轮停止转动，升降机停止下落，防止被升降者跌落。

    4主要结构及作用

    轨道式升降机的机械部分主要包括升降装置、轨道装置和换带装置三部分，其中升降装置主要用来悬吊被升降者，是整个机构的最核心部分；轨道装置的作用主要是提供移动轨迹，使运行更加畅通；换带装置是当升降机要过门时用来切换轨道之用。

    4．1升降装置

    升降装置的内部结构主要由齿轮机构、支架、蜗轮蜗杆、导向机构、吊臂、上、下壳等组成。

    4．1．1齿轮机构

    齿轮机构主要包括大、小齿轮、缠带轮、中轴以及由止动扣、扭簧组成的保险装置。选用闭式齿轮传动，大、小齿轮均选用45钢，经调质处理，硬度为设备设计诊断维缈再制造现代制造工程2010年第7期250—280HB，属于软齿面，由于闭式软齿面齿轮传动常见的失效形式为齿面点蚀，故设计时按齿面接触疲劳强度计算，按齿根弯曲疲劳强度进行校核旧。

    4．1．2支架

    支架用于固定、支承升降机箱体内部所有的机械零件和部分电器元件，主要由侧板、连接管和连接片等零件焊接而成，材料均选用1Crl8Ni9Ti，其中两侧板的厚度为3mm，同时为了减轻支架的重量，在两侧板上设计了很多工艺孔。

    4．1．3蜗轮蜗杆

    由于蜗轮蜗杆机构具有传动比大、结构紧凑、冲击载荷小、传动平稳和噪声低等优点，并具有反向自锁的特性，可以保证搬运患者过程中，电动机断电时传动机构能够自锁，故选用蜗轮蜗杆减速器。采用渐开线蜗杆，材料为45钢，对其螺旋面进行淬火处理，以提高传动效率和增加耐磨性；蜗轮材料选用聚甲醛(POM)，塑料蜗轮具有加工经济性好、传动平稳、吸振降噪、质量轻、耐磨和自润滑等优点，使得升降机的设计更加人性化。

    4．1．4导向机构

    导向机构主要由导向塑料管、导向支架、压缩弹簧、安全塞、导向外壳和导向轴等零件组成，图4所示为导向机构的半剖视图，两个导向塑料管之间形成一个窄缝，升降布带从这个窄缝中伸出箱体，防止布带卷乱，起到导向的作用。安全塞由导向支架和压缩弹簧支承，为了防止压缩弹簧受力后失去稳定性，在安全塞上设计了一个小导杆，小导杆与弹簧间的间隙参照表1进行设计旧J。

    4．1．5吊臂

    吊臂结构如图5所示，吊臂由平衡杆、吊臂轴套和图4导向机构表1导杆与弹簧间的间隙吊臂轴焊接而成，两端分别安装一个吊臂挂钩，材料选用2Crl3，进行调质处理，与箱体下壳的挂钩一起构成三个悬吊点，通过软支承吊具将被升降者吊起，吊臂的承重量为150kg，为了使被升降者在乘坐时能够处于舒适状态，两吊臂挂钩间距参照GBl0000-88《中国正常成年人人体尺寸》国家标准H]，表2列出了我国成年男女人体水平尺寸的相关数据作为设计参考，其中百分位数指身材尺寸小于此值的人数占抽样样本中人群数的百分比；平衡杆用来保持升降装置的平衡，材料为Q235，设计成空心管状，减轻了吊臂整体的重量。

    4．2轨道装置

    轨道式升降机的轨道主要由横轨、侧梁、底座和滑轮等5／部件组成，横轨、侧梁和底座之间通过螺栓、螺钉等连接构成升降机的运行轨道，滑轮在横梁的槽面中滑动，带动升降装置进行水平移动。

    4．2．1横轨

    为了保证升降机运行时的安全性、稳定性和舒适性，横轨槽面的加工精度和水平度都要达到一定的要求，再加上横轨较长且截面形状较复杂，考虑到材料的可成形性、可机加工性及抗腐蚀性等，横轨的材料选用铝合金6063，表面进行喷塑处理b。

    4．2．2侧梁和底座

    侧梁由60ram×40ram5mm空心矩形管、矩形片、脚支座和梯形块焊接而成，而底座由60ram×40mm×3．5mm空心矩形管、半圆柱和焊接螺钉焊接成，焊后表面均进行喷塑处理。为了方便护理人员取挂升降机箱体以及换带操作，在设计侧梁高度时应满足人机工程学的要求，由于涉及到伸手够东西的问题，如果采用高百分位数据就无法适应小个子的人，所以参照我国成人男女立姿双手功能上举高度的低百分位数据现代制造工程2010年第7期设备设计／诊断维缈再制造进行设计，这样同样也能适应大个子的人。

    4．2．3滑轮

    滑轮与轨道示意如图6所示。滑轮由滑轮轴、滑轮外壳、橡胶轮、深沟球轴承和吊钩等组成，采用橡胶轮可以降低噪声，使运行平稳，为了减少橡胶轮与轨道接触面的摩擦，两个橡胶轮的中心距a应该不超过轨道内部水平槽面的宽度b，即a≤b在滑轮轴与滑轮外壳之间安装一个深沟球轴承，这样滑轮轴便可以360。转动，从而带动升降装置实现3600回转，方便被升降者在升降过程中的转向。

    4．3换带装置

    4．3．1方案选取

    为了使残障人能够从一个房间移到另一个房间，而不对门框、隔墙进行再加工，最好的方法就是设计具有换带功能的轨道式升降机，在查阅大量国外资料两套齿轮机构，方便护理人员操作，但结构较复杂，且箱体的重量增加；方案二是在轨道上设置换带机构，同时箱体上安装两个拉环，这样不仅便于操作，而且结构简单，重量轻，成本低。综合考虑后选用第二种方案，在轨道上安装一个转换带，转换带由板钩和布带构成，结构非常简单，布带有长短两条，一端穿过同一个板钩缝合在一起，另一端分别缝合在另外两个板钩上，长布带为切换布带，短布带为悬挂布带，布带的材料均选用合成纤维，承重量为150kg。

    4．3．2换带过门过程

    顶置式升降机的换带操作需要在护理人员的协助下完成，整个换带过程分四步。

    1)当升降机靠近隔壁房间曰时，将切换布带3下端的吊钩挂到升降机箱体顶端的固定拉环5上。

    2)按动下降按钮，升降布带2拉长，升降机箱体由于自重，被切换布带3拉到房间曰中。

    3)把升降布带2的拉环从吊钩1上取下，并将其挂在吊钩4上。

    4)按动上升按钮，升降布带2卷起，拉动升降机箱体上升，将切换布带3下端的吊钩从固定拉环5上的前提下，拟定出两种方案：方案一是在箱体内安装取下，这样升降机就可以在房间日中移动了。

    本文设计的轨道式升降机符合人机工程学的要求，可以在护理人员的协助下完成室内、室间的移动，设计了保险装置，保证被升降者的安全。简单、可靠的换带机构设计，使升降机具有换带过门的功能，能够实现在不同房间中移动，给护理人员和残障人士带来方便。经过多次样机试验，均取得了成功，满足设计要求，表明设计方案是可行的。