一種新型曲臂式伸縮雨篷防積水結構優(yōu)化設計

周志紅，張鑫，高曉楓，唐鏡

（湖南工業(yè)職業(yè)技術學院，長沙 410208）

0 引言

隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，人們的審美逐漸提高，對各類建筑主入口造型的要求也越來越高，雨篷作為各類建筑造型的重要組成部分，被設計成豐富多樣的造型成為生活中一道亮麗的風景。而曲臂式伸縮雨篷是經(jīng)常見到的一種工業(yè)產(chǎn)品，它不僅能起到遮風擋雨的作用，還可以產(chǎn)生很好的遮陽效果，減少陽光直射帶來的負面影響[1-3]。通過在中國知網(wǎng)、萬方數(shù)據(jù)平臺上搜索發(fā)現(xiàn)：針對曲臂式伸縮雨篷產(chǎn)品結構設計方面的期刊論文較少，而主要集中研究鋼結構雨篷、混凝土雨篷與玻璃雨篷的結構設計、施工技術及操作控制等方面。如孫雪蕾等[4]設計一種基于光照強度和空氣濕度的智能陽臺遮陽遮雨裝置系統(tǒng)，避免無法及時拉下雨篷遮陽擋雨，研究主體是雨篷展開與收攏的控制模式；劉暢等[5]對預應力鋼結構懸挑雨棚進行設計并建模分析，討論這類剛性索結構建模分析方法的合理性和便捷性，以及操作過程中的注意事項等。曲臂式伸縮雨篷主要應用于別墅、商鋪、庭院等區(qū)域的遮陽、擋雨、裝飾等場合，但市場上曲臂式伸縮雨篷產(chǎn)品結構均無法有效避免雨篷積水問題，如何通過設計解決此細節(jié)問題對提升產(chǎn)品市場競爭力顯得至關重要，值得從業(yè)者去思考與研究。

1 曲臂式伸縮雨篷的結構特點

曲臂式伸縮雨篷作為一種被安裝在建筑物上的用來遮陽擋雨的篷子，它的運用不僅可以讓人們不受到烈日的暴曬，也可以實現(xiàn)擋雪擋雨的用途?；谶@些優(yōu)點，它在生活中深受大眾的青睞。市場上曲臂式伸縮雨篷產(chǎn)品從驅(qū)動方式上分為電動和手動伸縮雨篷兩種，文中以手動伸縮雨篷（如圖1）為例，簡要說明其結構組成。

曲臂式伸縮雨篷產(chǎn)品由多功能支座、卷布軸、曲臂、橫梁、活動連接件、篷布及其他附件裝配而成，其中多功能支座部件含有驅(qū)動器、安裝底座等零組件，具有排水角度調(diào)節(jié)功能。其工作原理：曲臂組件設置了強力彈簧，利用手動或電動驅(qū)動器驅(qū)動卷布軸帶動篷布，通過篷布張力來拉伸彈簧使篷布收攏；利用強力彈簧（收縮）的彈力使遮陽篷伸展，大小曲臂之間工作角度一般處于20°～160°之間[6]。曲臂式伸縮雨篷結構如圖1所示，有以下問題值得去深入研究解決。

圖1 曲臂式伸縮雨篷結構示意圖

1）由于篷布采用大面積平鋪，僅兩端（卷布軸與橫梁）約束，其覆蓋面積的中央部分因自重而不可避免地形成中央局部沉降區(qū)域，再加上灰塵、樹枝、樹葉等物體的堆積，隨著使用時間的推移，此沉降區(qū)域下沉現(xiàn)象越發(fā)明顯。

2）若在雨水天氣，此中央局部沉降區(qū)域會聚積雨水，隨著雨水集聚越多，加上篷布的彈性變形，則中央局部沉降區(qū)域下沉越明顯。此時，一般采用人工引導的方式排除積水，以免損壞雨篷，造成財產(chǎn)損失。

2 具有防積水功能的曲臂式伸縮雨篷結構優(yōu)化設計

針對曲臂式伸縮雨篷存在積水現(xiàn)象，給篷布與支撐曲臂產(chǎn)生多余負載影響，如曲臂變形量大無法收展、結構件開裂、篷布老化加速等現(xiàn)象，縮短了伸縮雨篷的使用壽命。而新型防積水曲臂式伸縮雨篷通過對結構優(yōu)化設計，設置導水橫梁結構，采用快裝快拆模式，安裝于大小曲臂中間鉸接處定位隨動座組件上，使兩側曲臂組件活動連接，增強了雨篷整體抗扭強度。同時，導水橫梁支撐部位設計成滾筒結構支撐篷布，很大程度解決了篷布中央局部沉降問題，防止積水現(xiàn)象，延長了雨篷的使用壽命。新型防積水曲臂式伸縮雨篷結構如圖2、圖3 所示。

圖2 新型防積水伸縮雨篷結構方案效果圖

經(jīng)對比分析，新型防積水曲臂式伸縮雨篷結構在目前曲臂式伸縮雨篷基礎上，增加2個定位隨動座組件（如圖4）和1個導水橫梁組件（如圖5）。先將2個定位隨動座組件分別與大小曲臂鉸接處銷軸裝配緊固，然后將導水橫梁組件兩端分別插入隨動座102導向孔內(nèi)，按圖3所示固定側擋支撐塊201，使導水橫梁上2個側擋支撐塊與中間支撐塊均與篷布接觸，起支撐作用。其中鋼管202采用薄不銹鋼管，定位隨動座組件、側擋支撐塊201與中間支撐塊203均采用ABS料或輕質(zhì)且具有一定硬度的材料。

圖3 新型防積雨水伸縮雨篷分解效果圖

圖4 定位隨動座組件裝配示意圖101.定位塊 102.隨動座

圖5 導水橫梁組件裝配示意圖

2.1 裝配要點

針對定位隨動座組件與導水橫梁組件的裝配特點說明如下。

1）定位隨動座組件（100）裝配要點。將多功能支座與兩側曲臂組件裝配好，然后在每組大小曲臂鉸接處銷軸上，用螺紋緊固方式裝配定位塊101并做防松處理，同時在定位隨動座組件軸線方向上有一定微調(diào)尺寸，方便后續(xù)調(diào)整導水橫梁上的3個支撐塊緊貼篷布，最后將隨動座102裝入定位塊101中，保持隨動座102能靈活轉(zhuǎn)動。

2）導水橫梁組件（200）裝配要點。先將鋼管202與中間支撐203裝配，并限制中間支撐203在鋼管202上的軸向移動自由度，然后將鋼管202插入隨動座102孔中（間隙配合）并能在孔中移動順暢，接著將側擋支撐塊201與鋼管202按圖3所示裝配并約束其在鋼管202上的軸向移動自由度，另一端裝配方式同上。

完成定位隨動座組件與導水橫梁組件裝配后，檢查導水橫梁上的3個支撐塊與篷布貼合狀態(tài)，最終裝配效果如圖6所示。

圖6 導水橫梁組件裝配效果示意圖

2.2 關鍵質(zhì)量控制點

新型防積水曲臂式伸縮雨篷產(chǎn)品整個裝配過程，需要重點關注以下新增的關鍵質(zhì)量控制點：

1）定位隨動座組件，確保隨動座102裝入定位塊101中后，能靈活轉(zhuǎn)動；且定位塊101與大小曲臂鉸接處銷軸裝配緊固，其軸向尺寸能微調(diào)。

2）導水橫梁組件中鋼管202能在隨動座102導向孔中靈活移動，且側擋支撐塊201與中間支撐塊203裝配好后，均約束軸向移動自由度。

3）導水橫梁組件工作尺寸（如圖7）有要求，需優(yōu)化計算，其數(shù)值應滿足：

圖7 導水橫梁組件工作尺寸示意圖

式中：L1為兩側曲臂組件中間鉸鏈中心距尺寸（收縮狀態(tài)），mm；L2為兩側曲臂組件中間鉸鏈中心距尺寸（張開狀態(tài)），mm。確保雨篷收縮與展開動作時，導水橫梁組件工作尺寸滿足技術參數(shù)要求。

3 結論

通過對曲臂式伸縮雨篷積水現(xiàn)象的分析，設計出一種防積水功能的曲臂式伸縮雨篷結構，采用導水橫梁方案，使用中央?yún)^(qū)域篷布處于相對高位，不再沉降，從結構設計上解決積水缺陷。此技術可直接在目前伸縮雨篷結構上改進應用，易于拆裝與維護，成本可控，其研究成果對曲臂式伸縮雨篷設計有一定的借鑒價值。