专利名称：爬阶梯电动车及爬阶梯车用变形轮的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种专门适用于病弱者的椅子，具体地说是一种带有克服障碍装置的爬阶梯电动车，以及适于在爬阶梯车上使用的爬阶梯车用变形轮。
背景技术：
目前所研制出的各种爬阶梯车主要有三大类第一类是步进式爬阶梯车，为断续前进方式，其操作较复杂，工效较低。第二类是星型轮式爬阶梯车，在上下楼梯时其稳定性较差，且体积较大，在窄小的楼梯上使用有所不便。第三类是履带式电动爬阶梯车，其结构是将座椅、前后车轮和电控盒等固定安装在车架上，在后车轮的轮轴上装有轮毂电机、变速器、离合器和制动器等，履带机构装在车架的下部，在履带机构的驱动轴上接有变速箱、驱动电机和制动机构等。这种电动爬阶梯车在上、下楼梯时要将车体部分全部托起，仅仅依靠履带机构运行爬楼，因此为保证安全和托起车体的稳定，履带机构比较庞大，控制机构复杂，运转不够灵活，并且能耗较高。
发明内容
本发明的目的之一就是提供一种体积小、运转灵活、运行稳定的爬阶梯电动车；本发明的目的之二就是提供一种适于在爬阶梯车上使用的爬阶梯车用变形轮。
本发明的目的之一是这样实现的一种爬阶梯电动车，在车架上安装有座椅、前后车轮、履带机构和电控盒，在后车轮的轮轴上装有轮毂电机、变速器、离合器和制动器，在履带机构的驱动轴上接有变速箱、驱动电机和制动机构，在履带机构上接有升降控制机构，升降控制机构的上端接横轴杆；在座椅下部的车架上通过两轴承座接调平轴，在轴承座内侧的调平轴上固接两伸缩杆，两伸缩杆的前端套接在横轴杆的端部；在调平轴的两外伸端固接大拨叉，大拨叉的下端套接在后车轮的轮轴上；在车架底部与履带机构的机架后部之间接有拉簧；在车架上装有防倾翻控制机构，防倾翻控制机构与电控盒中的控制电路电连接。
本爬阶梯电动车在平地上的运行，与其他电动爬阶梯车一样，是依靠前、后车轮，通过装在后车轮上的驱动机构，进行前进、后退、转向和制动的。其爬阶梯动作的实现过程是先背向阶梯或楼梯向后行进，当后车轮后退抵达至第一级台阶时，在轮毂电机和变速器的驱动下，后车轮继续后转而将本爬阶梯电动车的后部逐步抬起。在此过程中，当车体的前倾斜角度超过设定的5°时，防倾翻控制机构立即动作，通过升降控制机构下降履带机构。由于在车架底部与履带机构的机架后部之间接有拉簧，因此，履带机构的下降是前部(挨着前车轮的一端)在下、后部在上的前斜式下降，其目的是抬高履带后部，使之不与第一级台阶的立面相碰。当履带机构下降至前端与地面相接触后，就以地面为支点而逐步地将车体前部抬起，使车体基本保持在水平状态。同时，履带机构上的驱动电机也已受控起动，并在履带前部着地后立即与后车轮上的轮毂电机一道推动车体向后上行。在升降机构下推履带机构的同时，升降机构的上端也就同时下拉横轴杆，与横轴杆端部相接的伸缩杆在横轴杆的拉动下，以调平轴的轴心为轴向下转动，与之同轴的大拨叉则受控向后拨动后车轮的轮轴，这样就相对加长了履带机构的前端点与后车轮着地点的距离，其结果是与履带机构的下降调平动作协调配合，同时吸收了车体的部分倾斜度。这就使得爬阶梯电动车在爬楼梯时的安全性能明显提高。
本发明的这种后车轮轮轴可相对变动的结构，使得爬阶梯车的前后轮距可在爬楼时自动加长。由于车体的前后轮距可变，因此也就可相应地缩短履带机构自身的设计长度，减小履带机构的体积。这是目前各种电动爬阶梯车所不具有的特点和优势，也是本发明的一个关键所在。
在后车轮继续后转、履带机构的前部着地推动行进的过程中，后车轮越上第一级台阶，并且履带机构的后部上翘端也就随之搭上了第一级台阶，这样就可主要依靠履带机构的推动作用，并在后车轮及轮毂电机的配合下，使本爬阶梯电动车逐级越上各层台阶。当后车轮到达阶梯上端的平层时，一旦车体的后倾斜角到达设定的5°时，防倾翻控制机构立即动作，通过升降控制机构缓缓地提升履带机构，以逐步减小车体的倾角，后车轮的轮轴也在横拉轴、伸缩杆和大拨叉的带动下，逐步回缩到接近正常的位置。而车体受履带机构的连续推动，逐步上到阶梯的平层。当车辆全部上到阶梯平层后，升降控制机构在将履带机构提升回原位后即停止动作，使爬阶梯电动车又回到前、后车轮着地并控制车体的平地运行工作状态。
如上可见，由于本爬阶梯电动车在爬阶梯时无须通过某种机构将车体全部托起，而是依靠履带机构和后车轮的配合动作，实现整车的上下阶梯。因此，本爬阶梯电动车中的履带机构无须过长，体积不用过大，并且由于省去了托起机构及相应的控制操作，而爬阶梯时的前后轮距改变，也是通过相应的连接机构自动完成的，因此本爬阶梯电动车的控制机构相对简洁，运转灵活，耗能也就随之减少，由此还可提高爬阶梯电动车的续航能力。
本发明还可这样实现爬阶梯电动车上的后车轮是在轮轴上安装有圆形轮盘，在轮盘的边缘和盘面上设有边轮圈和内轮圈，在轮盘的内轮圈内扣接有同轴心的凸轮体，凸轮体上设有边轮圈，凸轮体外侧接有调位挡板；在轮盘的边轮圈和内轮圈上穿接有一圈指向轴心的等高轮辐，在轮盘边轮圈和内轮圈之间的轮辐段上套接有弹簧并穿接限位销钉；各轮辐的外伸端上通过销轴连接有轮节，后车轮的弹性轮胎包覆在各轮节的外围。
正常状态下，爬阶梯电动车在平地上运行，凸轮体边轮圈上的凸缘位于车轮轮盘内竖直方向的最高点和最低点，接近轮盘的内轮圈。受车架对凸轮体外侧的调位挡板的阻挡，凸轮体不随后车轮一起转动。因此，在后车轮的转动过程中，每个通过最上端或最下端的轮辐，其位于轮盘内轮圈里的内顶端就顶在了凸轮体边轮圈的上边或下边的凸缘上，由此支撑起后车轮，并承担住了车体的重量。而在其他位置上的轮辐，虽然其内顶端与车轮凸轮体的边轮圈之间具有一定的距离，但在套接的弹簧的顶力作用下，也保持了向外的状态，使所有轮节都顶在了后车轮的弹性轮胎上，由此使得后车轮保持了基本的圆形运转状态。但是，由于这些位置上的轮辐的内顶端与车轮凸轮体的边轮圈之间有空挡存在，因此，当某个轮节遇到阻挡，受外力推顶时，连接其上的轮辐就会向轴心回缩，带动轮节回缩，使该轮节位置上的弹性轮胎产生内凹的形变。
本发明就是利用上述车轮结构的这一特性，制成了一种轮辋可随着地点的障碍凸起而有适当形变的变形车轮。也就是说，由于阶梯的每级台阶顶点都在变形车轮的前侧下方处，当本发明爬阶梯电动车在安装上这种变形车轮之后再爬阶梯时，此着力点处的轮辐就会因台阶顶点的触压而产生回缩凹陷。其有益效果，一是可适当增加后车轮上下台阶时的扒着力；二是由于轮辋上可有凹陷产生，此点处的车轮半径就随之减少，因爬阶梯所造成的车体倾斜程度就可随之降低。三是轮辐上套接的弹簧还对后车轮的上、下爬阶梯动作起到了有效的缓冲作用，使爬阶梯电动车的上、下楼梯运行比较平稳。这些有益效果不仅有利于车辆在爬阶梯时的安全性能的提高，而且还可使驾驶者在本车辆爬阶梯时的乘坐感觉更加舒适。这是本发明的另一个关键所在。
本发明的目的之二是这样实现的一种爬阶梯车用变形轮，该变形轮是在轮轴上安装有圆形轮盘，在轮盘的边缘和盘面上设有边轮圈和内轮圈，在轮盘的内轮圈内扣接有同轴心的凸轮体，凸轮体上设有边轮圈，凸轮体外侧接有调位挡板；在轮盘的边轮圈和内轮圈上穿接有一圈指向轴心的等高轮辐，在轮盘边轮圈和内轮圈之间的轮辐段上套接有弹簧并穿接限位销钉；各轮辐的外伸端上通过销轴连接有轮节，变形轮的弹性轮胎包覆在各轮节的外围。
如上所述，这种轮辋可变形的车轮的最大特点是将传统车轮的、用于支撑轮辋的固定式轮辐结构，改变成为了在轮盘的边轮圈和内轮圈上可有相对运动的活动式轮辐结构；相应地，将传统的整体式轮辋结构，改变成为了由各轮辐外端轴连接的轮节拼接组合成的分体式轮辋结构。在车轮的轮盘中配置的、与轮盘同轴心的凸轮体，是使轮辐能够支撑车体或者使车轮产生局部形变的关键所在。本发明变形轮可适于在各种爬阶梯车上安装使用。
图1是本发明爬阶梯电动车的结构示意图。
图2是图1的A-A向剖视简图。
图3是图1的左视图。
图4是图1的B-B向剖视简图。
图5-图7是本发明爬阶梯电动车的使用状态示意图。
图8是本发明爬阶梯车用变形轮的局部结构示意图。
图9是图8的径向剖视图。
图10是图8的A向视图。
图11是本发明变形轮上楼梯时的状态图。
图12是本发明变形轮下楼梯时的状态图。
具体实施例方式
如图1所示，本发明爬阶梯电动车的结构是在车架1上安装座椅5，在车架底部安装前车轮11，前车轮最好为万向轮。后车轮2为轮轴通过大拨叉与车架连接的浮动连接方式。图3中，在后车轮2的轮轴上装有轮毂电机14、变速器21、离合器22和制动器23等部件。控制爬阶梯电动车运行状态的电控盒6可根据不同用户的使用需要，或者安装在车架的扶手上，或者安装在轮椅式车架的推柄上。在车架1的前端还设有护板9，该护板可在本车辆爬阶梯时起到一定的防护作用。
图1中，履带机构12装在车架的下部，在车架底部与履带机构的机架后部之间接有拉簧13。履带机构12可采用现有爬阶梯车上使用的常规结构，图2中所示的一种履带机构是在机架12a的两边分装两排轮子12e，在两边的轮子上各套有一圈履带12d，在机架后部的驱动轴12b上装有变速箱19、驱动电机17和制动机构18。
图1中，在车架1的底部还接有限位销10，限位销与履带机构12中的机架12a上下对齐，以对上升的履带机构起到限位作用。当履带机构上升到位后，行程开关动作，断开电机电源，即可使履带机构的上升动作停止。
图4中，在履带机构12上接有升降控制机构，升降控制机构的上端接横轴杆25，横轴杆位于座椅下部的车架上。本发明中的升降控制机构如图4所示，是在固定于车架1上的空心电机28上穿接螺杆26，空心电机的转子外接螺母27，螺母旋接在螺杆26上，螺杆上端通过管套接在横轴杆25的中部，螺杆26下端通过管套接在履带机构12中部的机架横支杆12c上。在横轴杆25和机架横支杆12c之间还接有两根导杆30，导杆上套接导管29，导管29固定在车架上。下放履带机构时，如图4和图1所示，空心电机28启动，转子带动螺母27旋转，由于电机位置不动，因此，螺杆26下降，与之下端相接的履带机构就被向下推动；履带机构着地后，螺杆继续下推，就使得车体被向上顶起。电机反向旋转，即可提升起履带机构。而在此过程中上、下随动的导杆30，由于受导管29所限，因而是对履带机构的升降动作起到了一种导向的作用。
图1中，在座椅下部的车架1上通过两边的轴承座4连接一根调平轴20，在轴承座内侧的调平轴上固接两根伸缩杆，两根伸缩杆的前端套接在横轴杆25的端部；在调平轴20的两外伸端固接有大拨叉3，大拨叉的下端套接在后车轮2的轮轴上。伸缩杆是由横伸管7和内插其中的内杆8所组成，内杆8的外伸端套接在横轴杆25的端部。在横轴杆25两端还穿接有定位销24，定位销穿接在连接内杆端套的紧邻处(图4)，其作用是用以稳定横轴杆25，防止其脱落。
图2中，在车架上还装有防倾翻控制机构15。该防倾翻控制机构为现有与电控爬阶梯车配套使用的定型产品。在车架上安装的防倾翻控制机构15与电控盒6中的控制电路电连接。装在车架上的蓄电池16为车体提供所需电源。防倾翻控制机构除了具有当车体达到设定的倾斜启动角度时启动调平电机、下放履带机构的功能外，还同时具有锁定车体的指令发布功能，即当车体的前后倾斜角度大于10°时，启动履带制动机构18和后车轮制动器23，实现自动刹车，并断开轮毂电机14和驱动电机17的电源。
本发明爬阶梯电动车上的后车轮2可以使用普通车轮，但最好是采用前述的、轮辋可随障碍物产生形变的变形轮。该变形轮的具体结构在后详述。
本发明爬阶梯电动车的爬楼过程是在图5所示的上楼梯初始状态中，爬阶梯电动车的后车轮一端朝向楼梯，当后车轮开始爬梯导致车体倾斜达到5°时，防倾翻控制机构动作，启动调平电机，放下履带机构，保持车体平衡。图5也是下楼梯的结束状态图，随着下梯结束，履带机构被提起复位。
在图6所示的爬楼梯过程中，履带机构全部下放到位，车体前部和前轮被抬起，升降机构中的螺杆上端将横轴杆拉至最低点，大拨叉将后车轮的轮轴逐步拨转至最高点，由此拉长了后轮轴与履带机构前端的距离，并使后车轮处在最高点的位置。此时本爬阶梯电动车是通过履带机构和后车轮的协同作用，爬上或爬下楼梯台阶的。
在图7所示的下楼结束状态中，履带机构逐渐上提复位，前轮逐步着地，使车体回到平地运动状态。
本发明爬阶梯车用变形轮(如图9所示)，其结构是在轮轴2a上安装有圆形轮盘2b，在轮盘的边缘和盘面上设有垂直于盘面的边轮圈和内轮圈；在轮盘的内轮圈内扣接有同轴心的凸轮体2c，凸轮体上设有垂直于盘面的边轮圈，凸轮体外侧接有调位挡板2j。调位挡板的作用，一是可被车架上的相应部位遮挡，使凸轮体不随车轮转动；二是作为控制扳钮，以根据需要进行凸轮体凸缘的垂直位置或水平位置的调整。在轮盘2b的边轮圈和内轮圈上穿接有一圈指向轴心的等高轮辐2d，在轮盘边轮圈和内轮圈之间的轮辐段上套接有弹簧2e并穿接有垫圈和限位销钉2f，以在该轮辐外端的轮节被顶起而轮辐回缩时，带动垫圈和限位销钉2f，将弹簧2e压缩；在顶力消除后，弹簧扩张，推动垫圈和限位销钉，使该轮辐回位。各轮辐2d的外伸端上通过销轴2g连接有轮节2h，各轮辐外端的轮节拼接组合成分体式轮辋结构(图10)。轮节两边有翘边，以承载轮胎。变形轮的橡胶弹性轮胎2i包覆在各轮节的外围(图8)。
当爬阶梯车要上楼梯时，本发明变形轮中的凸轮体2c的凸缘位于垂直位置(如图11所示)，这样可使触接楼梯沿的轮辐的回缩量达到最大，使变形轮的弹性轮胎随楼梯沿有较大变形，从而有助于爬上楼梯台阶。
当爬阶梯车要下楼梯时，本发明变形轮中的凸轮体2c的凸缘通过调位挡板2j调整至水平位置(如图12所示)，这样才可使触接楼梯沿的轮辐的回缩量最大，使变形轮的弹性轮胎随楼梯沿的变形最大，从而有助于爬下楼梯台阶。此时，轮辐上套接的弹簧2e还可起到一定的缓冲作用，使爬阶梯车下楼梯时比较平稳。
本发明应用到轮椅上，可使轮椅具备爬楼梯的功能，从而方便病残人群。本发明也可应用到旅游景点的旅游车上，使其具备爬阶梯功能，以方便游客。
权利要求
1.一种爬阶梯电动车，在车架(1)上安装有座椅(5)、前后车轮(2、11)、履带机构(12)和电控盒(6)，在后车轮(2)的轮轴上装有轮毂电机(14)、变速器(21)、离合器(22)和制动器(23)，在履带机构的驱动轴(12b)上装有变速箱(19)、驱动电机(17)和制动机构(18)，其特征在于在履带机构(12)上接有升降控制机构，升降控制机构的上端接横轴杆(25)；在座椅下部的车架(1)上通过两轴承座(4)接调平轴(20)，在轴承座内侧的调平轴上固接两伸缩杆，两伸缩杆的前端套接在横轴杆(25)的端部；在调平轴(20)的两外伸端固接大拨叉(3)，大拨叉的下端套接在后车轮(2)的轮轴上；在车架底部与履带机构的机架后部之间接有拉簧(13)；在车架上装有防倾翻控制机构(15)，防倾翻控制机构与电控盒(6)中的控制电路电连接。
2.根据权利要求1所述的爬阶梯电动车，其特征在于所述的后车轮是在轮轴(2a)上安装有圆形轮盘(2b)，在轮盘的边缘和盘面上设有边轮圈和内轮圈，在轮盘的内轮圈内扣接有同轴心的凸轮体(2c)，凸轮体上设有边轮圈，凸轮体外侧接有调位挡板(2j)；在轮盘(2b)的边轮圈和内轮圈上穿接有一圈指向轴心的等高轮辐(2d)，在轮盘边轮圈和内轮圈之间的轮辐段上套接有弹簧(2e)并穿接限位销钉(2f)；各轮辐(2d)的外伸端上通过销轴(2g)连接有轮节(2h)，后车轮的弹性轮胎(2i)包覆在各轮节的外围。
3.根据权利要求1或2所述的爬阶梯电动车，其特征在于所述的升降控制机构是在固定于车架(1)上的空心电机(28)上穿接螺杆(26)，空心电机的转子外接螺母(27)，螺母旋接在螺杆(26)上，螺杆上端通过管套接在横轴杆(25)中部，螺杆(26)下端通过管套接在履带机构(12)中部的机架横支杆(12c)上；在横轴杆(25)和机架横支杆(12c)之间接有导杆(30)，导杆上套接导管(29)，导管(29)固定在车架(1)上。
4.根据权利要求1或2所述的爬阶梯电动车，其特征在于在车架(1)底部设有限位销(10)，限位销与履带机构(12)中的机架(12a)上下对齐。
5.根据权利要求1或2所述的爬阶梯电动车，其特征在于在车架(1)前端设有护板(9)。
6.一种爬阶梯车用变形轮，其特征在于该变形轮是在轮轴(2a)上安装有圆形轮盘(2b)，在轮盘的边缘和盘面上设有边轮圈和内轮圈，在轮盘的内轮圈内扣接有同轴心的凸轮体(2c)，凸轮体上设有边轮圈，凸轮体外侧接有调位挡板(2j)；在轮盘(2b)的边轮圈和内轮圈上穿接有一圈指向轴心的等高轮辐(2d)，在轮盘边轮圈和内轮圈之间的轮辐段上套接有弹簧(2e)并穿接限位销钉(2f)；各轮辐(2d)的外伸端上通过销轴(2g)连接有轮节(2h)，变形轮的弹性轮胎(2i)包覆在各轮节的外围。
全文摘要
本发明涉及一种爬阶梯电动车以及爬阶梯车用变形轮。爬阶梯电动车是在车架上安装有座椅、前后车轮、履带机构和电控盒，在履带机构上接有升降控制机构，升降控制机构的上端接横轴杆；在车架上通过两轴承座接调平轴，在轴承座内侧的调平轴上固接两伸缩杆，两伸缩杆的前端套接在横轴杆的端部；在调平轴的两外伸端上固接大拨叉，大拨叉的下端套接在后车轮的轮轴上；在车架底部有拉簧接履带机构；在车架上装有防倾翻控制机构，该机构与电控盒电连接。爬阶梯车用变形轮是在轮盘内装有同轴心的凸轮体，在轮盘上穿接轮辐和弹簧，轮辐的外端接轮节，弹性轮胎包覆在轮节外围。
文档编号A61G5/00GK101066235SQ20071006212
公开日2007年11月7日 申请日期2007年6月7日 优先权日2007年6月7日
发明者王彦杰, 刘志田 申请人:刘志田, 王彦杰