行李箱式折疊自行車的設(shè)計

武云峰，張 毅，劉 幫，宋留波

（新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)機電工程學(xué)院，新疆烏魯木齊830052）

0 引言

行李箱是我們出差和旅行游玩常見的工具，隨著生活水平的提高，人們出行越來越頻繁。自行車作為一種環(huán)保的交通工具，發(fā)展前景十分廣闊[1]。在注重環(huán)保的今天，自行車與電動車成為人們出行的首選。通過對日常生活中的觀察以及在機場、火車站、大型商場等地點的調(diào)研，開創(chuàng)性地提出了一種行李箱式折疊自行車的設(shè)計，它能夠?qū)崿F(xiàn)電動驅(qū)動、載人運動、儲存、折疊收縮、便攜使用等功能[2]。

1 設(shè)計思路

本設(shè)計主要研究如何將行李箱和自行車結(jié)合起來，最大限度地發(fā)揮各自的功能優(yōu)勢，既能滿足放置旅游物品的要求，又能解決出行不便和自行車攜帶存放困難的問題。在折疊自行車的基礎(chǔ)上，提出了一種新的車體折疊方案，改變了傳統(tǒng)鏈?zhǔn)阶孕熊嚨尿?qū)動和傳動方式，實現(xiàn)了自行車的無鏈?zhǔn)秸郫B。

2 整機結(jié)構(gòu)

行李箱式折疊自行車整機由轉(zhuǎn)向控制結(jié)構(gòu)、座板結(jié)構(gòu)、箱體結(jié)構(gòu)、輔助裝置以及驅(qū)動裝置5個部分組成（圖1）。車把手、車輪、車體座板可自由伸縮，分別放置在行李箱主體內(nèi)，既可以滿足人們外出攜帶行李的需求，又可以作為代步工具使用。

圖1 行李箱式折疊自行車

3 關(guān)鍵部件設(shè)計

通過查詢民航系統(tǒng)規(guī)定，飛機只能托運20寸（含20寸）及以下規(guī)格的行李箱。因此，行李箱式折疊自行車主體部分選用20寸旅行箱作為載體，行李箱的尺寸設(shè)計為長520 mm，寬360 mm，高240 mm。主體應(yīng)該滿足可折疊和容納行李兩種功能，初步確定以普通行李箱70%的箱體部分作為主要收納結(jié)構(gòu)，并在此基礎(chǔ)上增加自行車的折疊功能，此外還應(yīng)具備框架結(jié)構(gòu)，滿足行李箱尺寸最小化和空間利用最大化，且能與折疊機構(gòu)完整配合。

3.1 箱體結(jié)構(gòu)

圖2為箱體結(jié)構(gòu)示意，圖中1為轉(zhuǎn)向控制機構(gòu)的接收倉，用于對轉(zhuǎn)向控制機構(gòu)折疊后進(jìn)行收納，以確保行李箱式折疊自行車便于攜帶；2為行李存放空間，其功能為裝載用戶所要攜帶的行李物品[7]；3為電源插線板安裝槽，作用為安裝插線板和其他輔助裝置；4為電池安裝倉，用于安裝電池。

圖2 箱體結(jié)構(gòu)示意

硬鋁合金經(jīng)時效處理后具有很高的硬度和強度，抗剪強度和耐熱性能較好，具有優(yōu)良的加工性能，是制作各種結(jié)構(gòu)用鉚釘、螺鉚釘、高溫條件下的葉輪、飛機骨架、翼梁等的良好材料。所以箱體的材料初步選用硬鋁合金材料。

3.2 座椅結(jié)構(gòu)

座椅結(jié)構(gòu)如圖3。折疊座板在展開狀態(tài)時擰緊固定螺栓，此時行李箱式折疊自行車可實現(xiàn)載人功能，使用者可以坐在座板上駕駛行李箱式折疊自行車。根據(jù)駕駛的舒適性，選擇座板長度350 mm，寬度為160 mm，高度215mm，材料選用硬鋁合金。

圖3 座板結(jié)構(gòu)

3.3 轉(zhuǎn)向控制結(jié)構(gòu)

可折疊控制轉(zhuǎn)向機構(gòu)控制整個行李箱式折疊自行車的轉(zhuǎn)向和運動。新型的前輪轉(zhuǎn)向與折疊機構(gòu)在前叉與車身連接部分增加一個轉(zhuǎn)動副，使得前輪可以向前后方向運動，既能作為自行車輪向前傾斜，以便承重和前行，又能作為行李箱輪豎直向下，便于拖動。用戶可通過轉(zhuǎn)動可折疊控制轉(zhuǎn)向桿來控制自行車車身的各種運動（圖4）。轉(zhuǎn)向控制手柄可折疊至轉(zhuǎn)向桿水平或垂直位置，可伸縮轉(zhuǎn)向桿共有三節(jié)伸縮零件組成，因此可伸縮轉(zhuǎn)向桿和轉(zhuǎn)向控制把手組合起來可以達(dá)到轉(zhuǎn)向控制機構(gòu)的展開和折疊狀態(tài)，轉(zhuǎn)向控制機構(gòu)布置在接收倉的轉(zhuǎn)向控制機構(gòu)的外殼中。通過查閱設(shè)計手冊確定轉(zhuǎn)向手柄長度為125 mm。考慮到箱體本身尺寸的限制，轉(zhuǎn)向手柄的寬度大致確定為350 mm?？紤]到行李箱內(nèi)部空間小，因此轉(zhuǎn)向輪的選擇應(yīng)盡量符合箱體的尺寸。在性能方面，轉(zhuǎn)向輪應(yīng)具有良好的穩(wěn)定性和耐磨性，選擇市場上常見的6英寸滑板車輪作為轉(zhuǎn)向輪，轉(zhuǎn)向輪直徑72 mm，寬度50 mm。

圖4 轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)

3.4 動力裝置

動力裝置的使用包括兩種狀態(tài)，當(dāng)處于騎行狀態(tài)時，驅(qū)動輪伸出著地，折疊坐板打開，這時用戶通過控制把手傳來的控制信號即可控制驅(qū)動電機轉(zhuǎn)動，從而帶動整個行李箱式折疊自行車運動；當(dāng)處于關(guān)閉狀態(tài)時，折疊坐板不打開，驅(qū)動輪半隱藏于安裝位置中。驅(qū)動裝置放置在箱體驅(qū)動輪安裝位置中。

目前國內(nèi)外使用的電動車的動力裝置大多采用直流電為主的驅(qū)動電機。通過分析小型電動車的設(shè)備使用狀況，尤其是電動滑板車的使用情況，行李箱式折疊自行車的驅(qū)動電機選擇輪轂電機[8-9]。輪轂電機的動力系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)相較于一般的直流驅(qū)動電機更為簡單，空間利用率和傳動效率更高。由于行李箱式折疊電動車本身的載體空間十分有限，因此采用輪轂電機可以縮小動力裝置的體積，使行李箱的空間變大；其次輪轂電機的控制相較于直流驅(qū)動電機更為方便，提高了行李箱式折疊自行車的行駛性能。行李箱式折疊電動車設(shè)計初衷為室內(nèi)大型場館使用，路面條件要求相對較好，所以使用輪轂電機更能提高整體的操控性能。

3.5 輔助裝置

除了以上主要結(jié)構(gòu)之外，箱體還設(shè)置了輔助裝置，例如腳蹬架用于在騎行時給用戶提供踩踏位置；揚聲器可以發(fā)出聲音警示；在使用者控制自行車轉(zhuǎn)向時，尾燈會不斷閃爍，用于提醒后方的行人；側(cè)向警示燈則采用LED燈條，在用戶騎行的過程中能夠持續(xù)閃爍，以提醒周圍的行人，保證用戶騎行和周圍行人的安全[10]。

4 結(jié)論

此行李箱式折疊自行車結(jié)構(gòu)配合緊密，既能滿足行李便攜的要求，又能解決自行車的攜帶和存放問題。一方面打破常規(guī)自行車（包括折疊自行車）單一功能的限制，另一方面也對行李箱的外形與結(jié)構(gòu)進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計，實現(xiàn)功能便捷，改善生活品質(zhì)。