◎浙江省邵興市新昌縣城關(guān)中學(xué) 潘榮輝

獨(dú)輪車又名手推獨(dú)輪車、羊角車等，由一個(gè)木質(zhì)框架和一個(gè)輪子構(gòu)成（如圖1），可由左右兩人扶持而推行，或操作熟練者一人推行。獨(dú)輪車的歷史悠久，它的前身?yè)?jù)傳是三國(guó)時(shí)代蜀國(guó)丞相諸葛亮發(fā)明的一種運(yùn)糧工具“木牛流馬”。北宋時(shí)期才有了“獨(dú)輪車”的叫法，畫(huà)家張擇端在《清明上河圖》中也畫(huà)有獨(dú)輪車。

圖1 早期農(nóng)村使用的獨(dú)輪車

由于農(nóng)村的田間道路比較窄，運(yùn)輸農(nóng)產(chǎn)品還需要用到手推獨(dú)輪車，獨(dú)輪車在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中仍發(fā)揮著作用。

一、問(wèn)題緣起

一次，我?guī)е鴮W(xué)生下鄉(xiāng)研學(xué)，正趕上農(nóng)民在田地里采收番薯，他們用手推獨(dú)輪車將番薯從田間小路運(yùn)送到大路上，再用拖拉機(jī)運(yùn)到菜市場(chǎng)售賣。

我發(fā)現(xiàn)，推著獨(dú)輪車行走也要講究技巧，尤其要始終保持車體平衡，但由于道路顛簸，再加上車上拉著物品，推起來(lái)很費(fèi)力。當(dāng)行進(jìn)到寬路上后，如果能將獨(dú)輪車變成兩輪車，推著就方便多了，如圖2所示。于是，我產(chǎn)生了一個(gè)發(fā)明設(shè)想，改變現(xiàn)在獨(dú)輪車的結(jié)構(gòu)，使其輪距可變，以適應(yīng)不同寬度的道路。

圖2 獨(dú)輪車與雙輪車轉(zhuǎn)換示意圖

二、設(shè)計(jì)思路

為了達(dá)到輪距可變的目的，需要設(shè)計(jì)一個(gè)可伸縮的機(jī)械結(jié)構(gòu)，我通過(guò)查閱相關(guān)資料，最后確定采用最簡(jiǎn)單的平行四邊形結(jié)構(gòu)。

我把平行四邊形畫(huà)在紙上，經(jīng)過(guò)反復(fù)推敲，不斷論證，終于想到了符合設(shè)計(jì)要求的方案，其基本結(jié)構(gòu)如圖3所示。圖中的紅色矩形代表車輪，車輪鑲嵌在車架的兩根較粗且相互平行的橫梁上。中間交叉的兩根連桿為平行四邊形的對(duì)角線（交點(diǎn)以軸相連），改變連桿相交的角度，即可改變兩根橫梁的間距，也就相當(dāng)于改變了輪距。

圖3 可伸縮的機(jī)械結(jié)構(gòu)圖

圖中的五個(gè)藍(lán)色圓點(diǎn)均為軸，右邊上下兩個(gè)圓點(diǎn)為固定軸，左邊上下兩個(gè)圓點(diǎn)為滑動(dòng)軸，橫梁上的白色矩形為滑槽，左邊的滑動(dòng)軸可在滑槽內(nèi)左右滑動(dòng)。根據(jù)平行四邊形原理，當(dāng)左邊兩個(gè)軸（藍(lán)色圓點(diǎn)）向左滑動(dòng)時(shí)，輪距變窄；向右滑動(dòng)時(shí)，輪距變寬。

那么，如何控制滑槽中的兩個(gè)軸左右移動(dòng)呢？受汽車前輪轉(zhuǎn)向裝置的啟發(fā)，我又增加了拉桿、驅(qū)動(dòng)拉桿的螺桿和滑塊傳動(dòng)裝置來(lái)解決這個(gè)難題。

三、結(jié)構(gòu)原理

整個(gè)手推車結(jié)構(gòu)如圖4所示。當(dāng)使用者旋轉(zhuǎn)搖把時(shí)，滑塊（黃色矩形）在滑槽中左右移動(dòng)，繼而帶動(dòng)拉桿移動(dòng)，拉桿再帶動(dòng)兩根連桿的角度發(fā)生變化。由于連桿的兩端與橫梁之間是以軸（藍(lán)色圓點(diǎn)）相連，且AO軸、BO軸、CO軸、DO軸又在圓形滑槽中移動(dòng)，可以使橫梁（手柄）展開(kāi)或收縮，車輪的間距就會(huì)跟著發(fā)生變化，即實(shí)現(xiàn)了輪距可調(diào)。

圖4 可調(diào)輪距的農(nóng)用手推車結(jié)構(gòu)圖

四、制作與推廣

為了驗(yàn)證我的設(shè)想，我準(zhǔn)備制作一個(gè)實(shí)物模型。但由于該發(fā)明設(shè)計(jì)里有許多傳動(dòng)裝置，部件之間也比較精密，制作有一定難度。好在學(xué)校里配備了3D打印機(jī)，我用123D Design軟件進(jìn)行了建模設(shè)計(jì)，并用3D打印機(jī)制作了推車的各個(gè)部件，組裝成型。

經(jīng)過(guò)調(diào)試，打印出來(lái)的裝置基本上符合預(yù)想。當(dāng)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)搖把時(shí)，車輪間距變小，兩個(gè)車輪向中間靠攏；當(dāng)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)搖把時(shí)，車輪間距變大，兩個(gè)車輪向外分開(kāi)，如圖5、圖6所示。

圖5 順時(shí)針旋轉(zhuǎn)搖把，輪距變窄

圖6 逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)搖把，輪距變寬

經(jīng)過(guò)一系列設(shè)計(jì)、驗(yàn)證、制作和調(diào)試，“可調(diào)輪距的農(nóng)用手推車”就這樣誕生了，并獲得了實(shí)用新型專利，模型外觀如圖7所示。今后，我想推廣這個(gè)專利，為農(nóng)民生產(chǎn)生活提供方便。

圖7 模型外觀

五、先進(jìn)性及創(chuàng)新點(diǎn)

1.先進(jìn)性：通過(guò)查閱相關(guān)資料，發(fā)現(xiàn)目前未出現(xiàn)同類產(chǎn)品，該作品結(jié)構(gòu)新穎、設(shè)計(jì)巧妙，緊貼生活需求，填補(bǔ)了市場(chǎng)空白，具有一定的先進(jìn)性。

2.創(chuàng)新點(diǎn)：該作品操作方便，旋轉(zhuǎn)搖把便可改變車輪輪距，使手推車能夠行進(jìn)在寬窄不一的道路上，方便農(nóng)民在田間作業(yè)。