一種折疊傘干燥與收納裝置的設(shè)計(jì)*

秦曉亞，成文娜，趙江珊，馮穎祺，云 忠

（中南大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，長沙 410083）

0 引言

每逢艷陽高照或雨滴飄落，在大街小巷就能看到行人舉起形形色色的折疊傘。折疊傘不僅可以完全實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)的長柄傘所具有的避雨、遮陽功能，而且更為小巧輕便，深受廣大用戶喜愛。但在日常使用折疊傘的過程中，用戶仍有一些痛點(diǎn)。例如，雨天使用折疊傘回到室內(nèi)后，如何清理傘面上殘留的雨水是一個(gè)棘手的問題，如圖1所示。為了晾干雨傘，只能把傘撐開放在地面上，占用很大空間，如圖1（a）所示，這些雨水會流到地面影響室內(nèi)環(huán)境，也會誘發(fā)傘骨銹蝕，如圖1（b）所示。此外，折疊傘的收納也是一個(gè)值得優(yōu)化的問題，如果隨意地卷傘，既不美觀又占體積，如圖1（c）所示，想要手工實(shí)現(xiàn)很好地收納，既費(fèi)時(shí)又費(fèi)力。

圖1 折疊傘使用過程中的痛點(diǎn)

在脫水方面，現(xiàn)有技術(shù)中，大多為利用離心力來實(shí)現(xiàn)雨傘脫水的裝置，且沒有把甩傘和烘?zhèn)愫芎玫亟Y(jié)合，使得雨傘脫水不是很流暢，使用效果并不理想，存在體積大占地多、脫水慢、脫水不徹底或不能適應(yīng)不同長度折疊傘等缺陷。在卷傘方面，市面上出現(xiàn)的大部分雨傘袋裝機(jī)也僅僅只是提供打包功能，打包時(shí)無法連續(xù)出袋，并且需要人工輔助才能完成打包，沒有完全解放人力，而且打包的傘依舊潮濕。最重要的是，這種包裝袋也無法直接回收重復(fù)利用，容易造成環(huán)境污染。

綜上所述，本文將設(shè)計(jì)一種折疊傘干燥與收納裝置，以改善用戶的折疊傘使用體驗(yàn)。

1 整體設(shè)計(jì)

裝置整體結(jié)構(gòu)如圖2 所示。外形呈長方體，長490 mm，寬450 mm，高580 mm，內(nèi)部有一放置折疊傘的圓柱形空腔，尺寸半徑為18 mm。裝置采用220 V市電供電。

圖2 裝置的外觀整體結(jié)構(gòu)

折疊傘干燥與收納裝置主要由固定裝置、干燥裝置、捆卷裝置3部分組成。3大部分緊密配合、共同作用，分別提供固定、甩干、捆扎3個(gè)工序，最終完成卷傘、收納、整理等功能。從圖中可以看出，設(shè)備整體簡潔大方，功能分區(qū)明顯，且由于結(jié)構(gòu)是規(guī)則的長方體，故不會占用太多空間。

2 固定裝置

固定裝置的設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)滿足3 個(gè)要求：（1）后續(xù)甩傘、捆卷傘時(shí)對雨傘的位置要求和穩(wěn)定性要求；（2）要適用于粗細(xì)、長短在一定范圍內(nèi)的折疊傘；（3）需要插傘、取傘方便。鑒于此3 點(diǎn)要求，設(shè)計(jì)的固定裝置結(jié)構(gòu)如圖3所示。此裝置由4 根桿組成，由螺母將這些桿子固定在圓柱臺上，以防其在旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)過程中產(chǎn)生太大偏移，起到良好的固定作用。在燕松山等[1]發(fā)明的一種適用于雨傘及鞋底的雨水去除裝置中，采用了三爪定心原理固定雨傘的頭部，其固定長度太短，雨傘在旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的過程中可能產(chǎn)生較大晃動(dòng)。

圖3 固定裝置結(jié)構(gòu)

3 干燥裝置

干燥裝置的設(shè)計(jì)也應(yīng)當(dāng)從3 個(gè)方面考慮：（1）傳動(dòng)模塊設(shè)計(jì)，要求轉(zhuǎn)動(dòng)固定裝置以達(dá)到去水的目的；（2）合理設(shè)計(jì)集水結(jié)構(gòu)，以便及時(shí)收集傘面脫落的雨水；（3）為加速雨傘的去水處理，應(yīng)當(dāng)合理設(shè)置熱風(fēng)烘干裝置。針對以上3點(diǎn)，分別進(jìn)行了設(shè)計(jì)分析。

設(shè)計(jì)的傳動(dòng)模塊由主動(dòng)軸、鍵及減速帶構(gòu)成。電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)輸入到該傳動(dòng)模塊，該模塊經(jīng)過一系列傳動(dòng)結(jié)構(gòu)輸出一個(gè)合適的轉(zhuǎn)速，進(jìn)而帶動(dòng)雨傘的旋轉(zhuǎn)，以實(shí)現(xiàn)利用離心運(yùn)動(dòng)將傘面上的雨水甩干的目的。

林新語等[2]在其雨傘甩干裝置中采用了行星齒輪的結(jié)構(gòu)來進(jìn)行傳動(dòng)，其考慮到了多把雨傘的處理，可根據(jù)處理傘的數(shù)量決定行星輪的個(gè)數(shù)，但齒輪的成本較高，且類比了洗衣機(jī)的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)[3]之后，采用了帶傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，帶傳動(dòng)在過載時(shí)會打滑，從而避免了燒毀電機(jī)，且成本更低。

在集水結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，在部分零件上設(shè)計(jì)斜面、導(dǎo)水孔，同時(shí)安裝導(dǎo)水管以及集水抽屜等來及時(shí)收集雨水，如圖4所示。

圖4 集水裝置

熱風(fēng)烘干裝置由烘干模塊、氣流循環(huán)模塊構(gòu)成，負(fù)責(zé)將傘面烘干，以防止水珠停留在傘上造成生銹，如圖5所示。烘干模塊指加熱風(fēng)扇及通氣管，起到加熱機(jī)器內(nèi)部空氣溫度，進(jìn)而加快水分蒸發(fā)的作用。氣流循環(huán)模塊指加熱風(fēng)扇及排氣扇，負(fù)責(zé)將熱空氣排出，以防溫度過高，也起到加快空氣流通的作用。

圖5 烘干裝置

4 捆卷裝置

捆傘裝置也應(yīng)當(dāng)考慮以下方面，一是卷傘工具的設(shè)計(jì)，卷傘機(jī)構(gòu)在運(yùn)動(dòng)過程中不僅要捋順傘面，而且不能破壞傘面；二是捆傘工具的設(shè)計(jì)，由于市場上的雨傘種類大小繁多，不同的傘卷好后的直徑大小有所不同，捆傘帶要能準(zhǔn)確有效地把傘包好，并且不宜散落。基于以上考慮，捆卷裝置實(shí)現(xiàn)以下2個(gè)過程，一是將松散的折疊傘捋順并卷好；二是用雙穩(wěn)態(tài)捆卷帶將卷好的傘包住，防止其再次散開。

為了實(shí)現(xiàn)前面一個(gè)過程，設(shè)計(jì)了卷傘模塊。如圖6 所示，卷傘模塊由卷傘葉片組成，葉片經(jīng)過設(shè)計(jì)仿真，能夠較好地實(shí)現(xiàn)傘面的捋順及包卷。支撐卷傘葉片的是4根運(yùn)動(dòng)軸，其中1根是由旋轉(zhuǎn)電機(jī)帶動(dòng)的主動(dòng)軸，其余是從動(dòng)軸，通過平行四邊形四桿機(jī)構(gòu)的聯(lián)動(dòng)，能實(shí)現(xiàn)4根軸的同步運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)卷傘葉片的同步旋轉(zhuǎn)及收攏。

圖6 卷傘模塊結(jié)構(gòu)

為了實(shí)現(xiàn)后一個(gè)過程，設(shè)計(jì)了捆傘模塊。捆傘模塊用雙穩(wěn)態(tài)捆卷帶將卷好的傘包住，防止其再次散開。雙穩(wěn)態(tài)捆傘帶由記憶金屬制成，類似于跑步愛好者喜愛的啪啪圈手環(huán)，其具有伸直及卷曲2種穩(wěn)定狀態(tài)，具有自適應(yīng)性，能根據(jù)不同傘的直徑大小進(jìn)行捆扎，根據(jù)三折傘收攏后最大寬度直徑為50～60 mm[4]，設(shè)定捆傘帶長度為300 mm，如圖7所示。

圖7 捆傘帶

經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明，用這種雙穩(wěn)態(tài)捆傘帶捆扎的傘在晃動(dòng)過程中不易散開，效果很好。實(shí)際工作時(shí)，一個(gè)直線電機(jī)推動(dòng)雙穩(wěn)態(tài)捆扎帶向著被卷好的雨傘靠近，碰到雨傘后雙穩(wěn)態(tài)捆扎帶發(fā)生從伸直態(tài)向卷曲態(tài)的突變，從而成功捆好雨傘。如圖8～9所示。

圖8 捆傘效果

圖9 包傘裝置結(jié)構(gòu)

5 結(jié)束語

本文在觀察到使用折疊傘時(shí)遇到的晾傘占空間、傘骨銹蝕、卷傘不便等痛點(diǎn)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一種折疊傘干燥與收納裝置。整個(gè)裝置由固定、干燥、捆卷3個(gè)模塊組成，實(shí)現(xiàn)了對濕折疊傘干燥處理、并卷好折疊傘的功能。其創(chuàng)新點(diǎn)如下：

（1）裝置采用雙穩(wěn)態(tài)捆扎帶作為卷傘的工具，既具有自適應(yīng)性，又能重復(fù)利用，減少污染；

（2）細(xì)節(jié)上的創(chuàng)新，例如考慮到一個(gè)家庭會同時(shí)有幾把傘的使用，而淋濕的傘面隨處擺放會給地面或者墻壁的打掃帶來不便，產(chǎn)品一側(cè)設(shè)置了放傘的機(jī)構(gòu)，方便收納及集水；

（3）結(jié)構(gòu)創(chuàng)新，卷傘葉片的設(shè)計(jì)既能捋順傘面又不會造成傷害，且本裝置可靠性佳，成本低廉，具有較好的實(shí)用性。