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        基于TRIZ的共享單車車鎖的創(chuàng)新設計

        2021-07-16 02:44:56王日君吳曉李壯張明勤
        科技創(chuàng)新與品牌 2021年5期

        王日君 吳曉 李壯 張明勤

        摘? ?要:針對目前共享單車在鎖車時插桿會與輻條碰撞的問題,依據TRIZ理論,分析共享單車車鎖在設計過程中的技術矛盾和物理矛盾,應用分割原理和部分超越原理,對共享單車車鎖進行創(chuàng)新設計,發(fā)明了一種三分式的插桿結構,有效解決了在共享單車鎖車時插桿與輻條相碰撞的問題。

        關鍵詞:TRIZ;單車車鎖;矛盾矩陣;發(fā)明原理

        引言

        共享單車近年來發(fā)展迅速,因其便捷性和低成本,成為城市中理想的交通工具,得到廣泛的應用[1-3]。共享單車在發(fā)展過程中,結構設計基本成熟,共享單車輻條也在發(fā)展過程中由多根細輻條變?yōu)樯倭康拇州棗l,但在鎖車過程中車鎖的插桿與輻條的碰撞問題隨之而來。

        TRIZ即發(fā)明問題解決理論,是一種基于知識的、面向人的解決發(fā)明問題的系統(tǒng)化方法,可以解決工程以及管理類方面的問題[4-5]。本文應用TRIZ理論進行共享單車車鎖結構原理的改進設計,提高了共享單車在鎖車過程中的便利性。

        當前問題描述

        單車在鎖車的過程中插桿會與輻條碰撞(如圖1所示),這時需要滾動后輪,以避免碰撞。此過程不僅浪費時間,還容易改變單車的停放位置,這在初代的共享單車中表現明顯。后續(xù)的共享單車采用更細的輻條,可以降低碰撞幾率,但是沒有徹底解決這個問題,主要原因是輻條有寬度,在支撐車輪的情況下不能無限變細。插桿同樣,在保護車輛的情況下不能無限變細。

        基于發(fā)明原理的車鎖改進設計

        3.1 物理矛盾的解決原理

        TRIZ理論中,工程類矛盾包括技術矛盾和物理矛盾兩種。技術矛盾是發(fā)生在兩個參數之間的矛盾,當一個參數得到改善時,另一個參數則變得惡化,解決方法是四十條發(fā)明原理;物理矛盾是同一系統(tǒng)同一參數內的矛盾,解決物理矛盾要應用四大分離原理。技術矛盾和物理矛盾是可以相互轉化的,同樣四大分離原理和40發(fā)明原理也存在如下的對應關系:

        3.2 共享單車車鎖的改進

        (1)物理矛盾分析

        車鎖插桿要保證強度和承重,所以插桿要粗;在鎖車的時候,插桿又要不與輻條相碰撞,所以插桿要細。根據在不同時間插桿的物理性質不同,選擇的分離原理為時間分離。

        (2)查找發(fā)明原理

        根據查找,有12條發(fā)明原理可以解決與時間分離有關的物理矛盾,以下對幾個可行性發(fā)明原理進行分析。

        15號原理(動態(tài)化):使系統(tǒng)的狀態(tài)或屬性成為短暫的、臨時的、可動的、自適用的、柔性的或可變的。將插桿設計成柔性化,雖一定程度可以繞過輻條,但插入另一邊的孔又會變得困難。

        11號原理(預補償):對將要發(fā)生的事情,預先做好防范措施,以防止或降低危險的發(fā)生。采用磁力輪轂,這樣就會完全擺脫輻條的束縛,但是車鎖就需要完全改變形式,隨之而來的是費用的增加。

        16號原理(未達到或過度作用原理):運用“多于”或“少于”所需的某種作用或物質獲得最終結果。在將輻條變細的過程中可以適當增加插桿的寬度,使插桿大于輻條的寬度。把插桿分成幾根細插桿,當插桿與輻條碰撞時,碰撞的插桿停止運動,而未碰撞的插桿繼續(xù)運動,鎖住單車。

        3.3 最終方案

        結合分析,最終采取的方案為將插桿增粗,分成三部分,三個插桿分別有三個彈簧連接,使之能獨立來回運動并可以單獨完成鎖車的動作。在關鎖過程中,如果其中一個插桿被阻擋,那么對應的彈簧便被拉伸,而另外兩個插桿依舊可以進行運動,實現鎖的關閉。方案示例如圖2所示,實現原理如圖3所示。

        共享單車車鎖的內部結構圖如圖4所示。

        結論

        本文基于TRIZ理論,根據共享單車鎖車時的插桿與輻條碰撞的問題,分析其中的物理矛盾,采用時間分離原理,對車鎖的插桿結構進行創(chuàng)新設計。應用未達到或過度作用發(fā)明原理,提出將插桿進行加粗分段,使三條彈簧分別控制運動的方案,有效解決了鎖車過程中插桿與輻條碰撞的問題。

        參考文獻

        [1]成都一步共享科技有限公司.一種用于共享單車的自動開閉的鎖:CN201720392201.X[P].2018-02-01.

        [2]深圳市中智車聯科技有限責任公司.用于規(guī)范共享單車停放姿態(tài)和方向的方法及其車鎖:CN201910412416.7[P].2019-10-17.

        [3]夏進軍,李洋.卡扣輻條盤式自行車鎖的設計[J].機械設計,2013,30(1):110-112.

        [4]張明勤,范存禮,王日君,張士軍.TRIZ入門100問--TRIZ創(chuàng)新工具導引[M].北京:機械工業(yè)出版社,2012.

        [5]劉曉敏,黃水平,王建輝,林貴杰.基于TRIZ及功能類比的產品概念設計創(chuàng)新[J].機械工程學報,2016,52(23):34-42.

        責編/樊力行

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