室内无级登高架设计

1. 问题描述

现有的人字形登高梯大都是阶梯式的，如图7−14（a）所示，其尺寸较为固定，不能准确定位到需求的高度，尤其对有高度限制的场合，它的使用相当不便，需要进一步改进。

于是出现了一些能够伸缩的登高梯，如铝合金关节伸缩梯，其结构图如图7−14（b）所示。利用其伸缩性，大大节省了存放空间，解决了存放的问题，但还是不能较好地满足不同登高高度的要求。刚性链是一种既能传递拉力，又能承受推力的装置。它在垂直的时候可变为刚性，用于承载；又可以卷曲存放，节省了储存所需的空间。由于其独特的优点被运用在某些特殊的场合中，因此，可以考虑利用这些特点进行无级定位。

图7−14 现有的梯具

（a）人字梯；（b）铝合金关节伸缩梯

下面拟在伸缩梯的基础上，利用可拓学与TRIZ相结合的方法，对登高架进行改进。

2. 基于基元模型的矛盾分析

运用可拓学知识先建立伸缩梯物元M的基元模型，即

要对其进行改进，就必须研究它的组成结构及各部件间的功能。因此，做变换T，使

TM={M1,M2,M3,M4}={分段圆管，踏板，锁紧装置，橡胶套}

其中，。

若采用刚性链作为其传动装置，需将圆管用刚性链替代。则有变换T1，使

通过用刚性链替代分段圆管后，虽然能满足无级登高的要求，但同时也产生新的问题。刚性链在沿竖直方向承载能力较好，但在侧向受外界的干扰时，会导致链的稳定性不佳。而且当链调节到一定高度时，人的登高动作也可能导致链条松动，无法保证人登高的安全。

链传动的稳定性不佳归根结底是由链自身的结构决定的。在不增加装置复杂性的前提下，就必须对链的结构进行改进。因此，从该问题中提取出一组相互制约的矛盾参数。待改善的参数为：结构的稳定性（NO.13）；导致恶化的参数为：形状（NO.12）。

3. 基于TRIZ创新原理的可行解预测

查询经典冲突矩阵表，得相应的发明原理为：#22变害为利原理，#01分割原理，#18振动原理，#04不对称性原理。经过比较，选用分割原理#01和不对称原理#4，具体内容如下。

分割原理#01 a. 将物体分成独立的部分；b. 使物体成为可拆卸的；c. 增加物体的分割程度。

不对称性原理#04 a. 物体的对称形式转为不对称形式；b. 如果物体不是对称的，则加强它的不对称程度。

根据上述原理得到启示：将伸缩梯一侧的分段圆管用刚性链替代，另一侧采用伸缩圆管结构。改进后的结构通过对刚性链的定位实现无级登高，另一侧的伸缩圆管对链条的传动起着一定的导向作用，提高了结构的稳定性和链传动的可靠性。这样通过伸缩圆管和刚性链的组合，得到了无级登高架设计的基本原理。

4. 可行解的基元变换

根据TRIZ原理解的提示，只用刚性链来替代伸缩梯一侧的分段圆管。

由于链的伸长和缩短一般依靠链轮来驱动，因此，在原装置中还应增加一手摇轮，来控制链的伸缩。即做变换T2，使

T 2 M=M⊕M11

考虑到分段圆管在非工作时可以通过圆管间的嵌套收缩起来，而刚性链没有相应的存储装置，因此，还需做变换T3，使

T 3 M=M⊕M12

通过上述变换，可以得到改进后无级登高架的基本结构。

5. 最终方案

最终无级登高梯的设计原理图如图7−15所示。