一种多功用拉杆箱设计与开发

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　　摘   要：針对现有行李箱功能较为单一、方便性有待提高、储物方式简单等问题，文章设计、开发了一种多功用拉杆箱，对拉杆箱进行扩展性设计，增添了拉杆箱座椅、桌子和分层储物功能。当有需要时，可使拉杆箱作为座椅和桌子使用。箱体部分采用分层设计，使不同物品分开放置，防止易损性物品在旅行中因颠簸等受损。基于SolidWorks软件对拉杆箱关键零部件进行静应力分析，结果显示零部件满足使用要求。对拉杆箱进行扩展性设计与开发，扩展了拉杆箱的功能，增强了拉杆箱的实用性，极大方便了人们的旅行。
　　关键词：拉杆箱;SolidWorks;静应力分析
　　随着我国基础设施建设不断完善，人们的出行日渐增多，交通运输部综合规划司公布数据显示，2018年国家铁路旅客发送量完成33.17亿人，公路旅客运输量完成136.7亿人，拉杆箱是一种具有拉杆和滚轮的储物工具，因其使用方便而成为现代人出行的必备工具[1]。在生活中，长途旅行的人常携带大量行李，甚至多个行李箱[2]，在火车站等人流量较大的场合，公共座椅数量有限，导致很多人需要站着候车。人们在出行时携带物品种类较多，不同种类的物品堆放在一起，较硬的物品容易对较软的物品造成损伤，当人们取出某个物品时，需要将别的物品先取出，使得出行大为不便。
　　在提高拉杆箱实用性、便捷性方面，国内外已经展开了一些研究。孙弘宁等[3]发明了一种智能拉杆箱，能够用手机进行控制，并且包含充电等功能，但是需要在拉杆箱限位部安装一部智能手机，通过与智能手机连接对拉杆箱进行控制，制造成本较高。王冲[4]设计了一种新型拉杆箱，在原有拉杆箱的基础上，在拉杆箱箱体外采用连杆的方式附加座椅，将座椅隐藏在拉杆箱背部，一定程度上方便了人们的出行，但是缺少分层分类设计，对座椅没有进行强度校核，可行性有待研究。李思潼等[5]提出一种新型多功用拉杆箱，包含行走功能、充电照明等功能，文章只对拉杆箱进行了理论上的功能探讨，具体设计方法及实施方案并未提及，可行性有待研究。
　　基于以上需求，本文设计的拉杆箱在原有拉杆箱储物等功能的基础上，扩展了分层储物功能、座椅功能、桌子功能以及箱体单独使用功能。
　　1    整体设计
　　图1为拉杆部分装配图。把手、1号杆、2号杆、3号杆和柱销定位装置能够实现拉杆箱拉杆的伸缩，拉杆箱箱体放在4号零件和5号零件之间，简易定位装置能够调节4号零件和5号零件之间的宽度，适应不同宽度的箱体，轮子实现拉杆箱的拖拉。当4号零件和10之间没有箱体时，把手、1号杆、2号杆、3号杆和柱销定位装置整体向前折叠，使带孔钢板到达拉杆部分上方，将拉杆部分作为座椅使用。当拉杆部分处于座椅状态时，将2号杆拉出、带孔钢板折开，从而使拉杆部分上方面积扩展一倍，将拉杆部分作为桌子使用。
　　图2为箱体部分装配图。原有普通拉杆箱只能进行简单的物品放置，多种物品放置在一起时不易对底层物品进行取放，且容易造成物品损坏。为了方便物品取放，对拉杆箱箱体部分进行了分层设计，将箱体分为上、中、下3层，每一层分配一定的空间，左上盖、右上盖、前盖均可以打开，方便物品取放。承重层左右两侧连接有拉线，当左上盖、右上盖打开时，拉线将承重层拉起，方便取放物品，当左上盖、右上盖合上时，承重层落下，使物品堆叠在一起，同时适应拉杆部分，使得箱体部分能够从拉杆部分分离。
　　2    扩展功能设计
　　图3为拉杆箱座椅状态实物。当拉杆箱箱体取出后，可以将伸缩杆向前折叠、弯曲、扣合，从而使拉杆箱背面的金属板折叠到上方，拉杆和箱体支架作为座椅的支架，能够承受大部分人的体重。
　　图4为拉杆箱桌子状态实物。当拉杆箱呈座椅状态时，将拉杆拉出，座椅上方的金属板展开，使上方面积扩展一倍，在户外可以作为小桌子使用。
　　图5为拉杆箱箱体部分实物。箱体分为下、中、上3层，箱体上方和后方可以打开，方便物品分类和取放。
　　3    静应力分析
　　拉杆箱支架部分以及上方的金属板为主要受力装置，因此需要对其进行静应力分析。
　　本文采用SolidWorks软件对拉杆箱进行三维建模，利用软件仿真功能对其进行静应力分析。SolidWorks SimulationXpress根据有限元法，使用线性静态分析从而计算应力[6]。
　　拉杆箱骨架采用201不锈钢型材（方管）焊接而成，拉杆部分采用市场上拉杆箱的拉杆改装而成;支撑部分全部为19 mm×19 mm×0.7 mm（边长×边长×壁厚）不锈钢方管;带孔钢板为1 mm厚201不锈钢钢板。查阅《中国男人（女子）标准体重对照表》知，身高188 cm的69岁男性标准体重为77 kg，假设体重为77 kg的人坐在金属板上，对金属板进行有限元分析。
　　假设人的重量均匀分布在金属板上，重力加速度取9.8 N/kg，则人的体重对金属板的作用力大小为754.6 N，为简化计算取755 N。用SolidWorks软件中Simulation插件对金属板进行有限元分析。位移分析结果如图6所示，金属板最大位移为9.775×10-1 mm，金属板位移较小，能够满足日常基本使用要求。应力分析结果如图7所示，金属板最大应力为1.199×108 N/m2，201不锈钢屈服极限为2.92×108 N/m2，满足要求。
　　4    结语
　　本文对拉杆箱进行了扩展性设计，在普通拉杆箱原有功能的基础上增添了座椅、桌子功能，同时对箱体部分进行分层设计，实现物品的分类放置，避免多种物品放在一个箱体中，实现对部分易损物品的保护。最后用SolidWorks软件中的Simulation插件对拉杆箱关键零部件进行静应力分析，分析结果显示零部件满足使用要求。
　　[参考文献] 　　[1]杜澤亮，秦增，梁尔国，等.无噪音拖动拉杆箱设计[J].科学与财富，2018（31）：208.
　　[2]赵艳妮，马顺，张书源，等. 基于视觉传感器的自动跟随行李箱设计[J].智能城市，2017（8）：23-24.
　　[3]孙弘宁，吴朝阳，李书铭.智能拉杆箱.中国：CN201820665487.9[P].2019.
　　[4]王冲，杨丽，陈学冬.一种新型拉杆箱的设计[J].科技经济市场，2016（4）：136.
　　[5]李思潼，康俊.一种新型多功能拉杆箱[J].魅力中国，2019（21）：285-286.
　　[6]赵罘，王平.SolidWorks2010中文版快速入门与应用[M].北京：电子工业出版社，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 people’s travel.
　　Key words：trolley case; SolidWorks; static stress analysis
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