秦曉亞，成文娜，趙江珊，馮穎祺，云 忠

（中南大學機電工程學院，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。例如，雨天使用折疊傘回到室內后，如何清理傘面上殘留的雨水是一個棘手的問題，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，想要手工實現(xiàn)很好地收納，既費時又費力。

圖1 折疊傘使用過程中的痛點

在脫水方面，現(xiàn)有技術中，大多為利用離心力來實現(xiàn)雨傘脫水的裝置，且沒有把甩傘和烘?zhèn)愫芎玫亟Y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也僅僅只是提供打包功能，打包時無法連續(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利用，容易造成環(huán)境污染。

綜上所述，本文將設計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。

1 整體設計

裝置整體結構如圖2 所示。外形呈長方體，長490 mm，寬450 mm，高580 mm，內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 裝置的外觀整體結構

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個工序，最終完成卷傘、收納、整理等功能。從圖中可以看出，設備整體簡潔大方，功能分區(qū)明顯，且由于結構是規(guī)則的長方體，故不會占用太多空間。

2 固定裝置

固定裝置的設計應當滿足3 個要求：（1）后續(xù)甩傘、捆卷傘時對雨傘的位置要求和穩(wěn)定性要求；（2）要適用于粗細、長短在一定范圍內的折疊傘；（3）需要插傘、取傘方便。鑒于此3 點要求，設計的固定裝置結構如圖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，以防其在旋轉運動過程中產生太大偏移，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，雨傘在旋轉運動的過程中可能產生較大晃動。

圖3 固定裝置結構

3 干燥裝置

干燥裝置的設計也應當從3 個方面考慮：（1）傳動模塊設計，要求轉動固定裝置以達到去水的目的；（2）合理設計集水結構，以便及時收集傘面脫落的雨水；（3）為加速雨傘的去水處理，應當合理設置熱風烘干裝置。針對以上3點，分別進行了設計分析。

設計的傳動模塊由主動軸、鍵及減速帶構成。電機的轉動輸入到該傳動模塊，該模塊經過一系列傳動結構輸出一個合適的轉速，進而帶動雨傘的旋轉，以實現(xiàn)利用離心運動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構來進行傳動，其考慮到了多把雨傘的處理，可根據(jù)處理傘的數(shù)量決定行星輪的個數(shù)，但齒輪的成本較高，且類比了洗衣機的傳動結構[3]之后，采用了帶傳動結構，帶傳動在過載時會打滑，從而避免了燒毀電機，且成本更低。

在集水結構設計中，在部分零件上設計斜面、導水孔，同時安裝導水管以及集水抽屜等來及時收集雨水，如圖4所示。

圖4 集水裝置

熱風烘干裝置由烘干模塊、氣流循環(huán)模塊構成，負責將傘面烘干，以防止水珠停留在傘上造成生銹，如圖5所示。烘干模塊指加熱風扇及通氣管，起到加熱機器內部空氣溫度，進而加快水分蒸發(fā)的作用。氣流循環(huán)模塊指加熱風扇及排氣扇，負責將熱空氣排出，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

捆傘裝置也應當考慮以下方面，一是卷傘工具的設計，卷傘機構在運動過程中不僅要捋順傘面，而且不能破壞傘面；二是捆傘工具的設計，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，捆傘帶要能準確有效地把傘包好，并且不宜散落?；谝陨峡紤]，捆卷裝置實現(xiàn)以下2個過程，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。

為了實現(xiàn)前面一個過程，設計了卷傘模塊。如圖6 所示，卷傘模塊由卷傘葉片組成，葉片經過設計仿真，能夠較好地實現(xiàn)傘面的捋順及包卷。支撐卷傘葉片的是4根運動軸，其中1根是由旋轉電機帶動的主動軸，其余是從動軸，通過平行四邊形四桿機構的聯(lián)動，能實現(xiàn)4根軸的同步運動，從而帶動卷傘葉片的同步旋轉及收攏。

圖6 卷傘模塊結構

為了實現(xiàn)后一個過程，設計了捆傘模塊。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)，具有自適應性，能根據(jù)不同傘的直徑大小進行捆扎，根據(jù)三折傘收攏后最大寬度直徑為50～60 mm[4]，設定捆傘帶長度為300 mm，如圖7所示。

圖7 捆傘帶

經實驗證明，用這種雙穩(wěn)態(tài)捆傘帶捆扎的傘在晃動過程中不易散開，效果很好。實際工作時，一個直線電機推動雙穩(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 包傘裝置結構

5 結束語

本文在觀察到使用折疊傘時遇到的晾傘占空間、傘骨銹蝕、卷傘不便等痛點的基礎上，設計了一種折疊傘干燥與收納裝置。整個裝置由固定、干燥、捆卷3個模塊組成，實現(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，既具有自適應性，又能重復利用，減少污染；

（2）細節(jié)上的創(chuàng)新，例如考慮到一個家庭會同時有幾把傘的使用，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，產品一側設置了放傘的機構，方便收納及集水；

（3）結構創(chuàng)新，卷傘葉片的設計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，具有較好的實用性。