任元清，陳 麗，趙競遠(yuǎn)，張銳環(huán)，楊金娣，沈宇亮，潘善俱

(嘉興學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院，浙江 嘉興 314001)

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智能便攜式折疊代步電動(dòng)車研究

任元清，陳 麗，趙競遠(yuǎn)，張銳環(huán)，楊金娣，沈宇亮，潘善俱

(嘉興學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院，浙江 嘉興 314001)

智能便攜式折疊代步電動(dòng)車，主要由車箱體及動(dòng)力裝置、電機(jī)車輪和減震彈簧以及車架等結(jié)構(gòu)組成。當(dāng)人需乘坐時(shí)，將折疊好的下箱體順時(shí)針旋轉(zhuǎn)180°做前車板，并將車把手拉伸出來作為電動(dòng)車的方向盤，將上箱面逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)180°做后車板，并將座椅拉伸出來，然后插上鑰匙啟動(dòng)，進(jìn)行自我駕駛。主要對(duì)智能便攜式折疊代步電動(dòng)車的原理方案以及主要性能參數(shù)進(jìn)行了分析與計(jì)算。采用計(jì)算機(jī)模擬仿真技術(shù)，驗(yàn)證了技術(shù)原理的正確性。

智能便攜式；折疊電動(dòng)車；原理設(shè)計(jì)；參數(shù)計(jì)算

目前，大部分老年人都是乘坐公共交通工具出行，而現(xiàn)在關(guān)于老年人與非老年人在公交車上的讓座矛盾日益突出，同時(shí)也要滿足城市公共交通供需平衡關(guān)系[1-2]，所以決定設(shè)計(jì)一個(gè)低速安全的老年人出行代步工具，這樣不僅解決了我國人口眾多、出行不便且交通壓力大的問題，還解決了老年人與非老年人之間的讓座矛盾。便攜式折疊代步電動(dòng)車的適用人群不僅僅是老年人，還可以面向大眾群體，由于規(guī)模較大城市的出行壓力很大，而便攜式折疊代步電動(dòng)車的折疊空間大，整體體積并不大，可以如自行車一樣自由地穿梭在人群中，既省心又省力，在不需要它的時(shí)候，可以進(jìn)行折疊，不會(huì)占用很大空間，所以對(duì)于年輕人和中年人群體，也是既安全又可靠的代步工具。

1 原理方案設(shè)計(jì)

1.1 基本構(gòu)造

智能便攜式折疊代步電動(dòng)車主要由車箱體及動(dòng)力裝置、電機(jī)車輪、連接軸、減震彈簧、座椅、車架等部分組成。其中動(dòng)力裝置為蓄電池，電機(jī)車輪3由電動(dòng)機(jī)和車輪組合在一起，節(jié)省了材料組成傳動(dòng)裝置。1板1和2板上2與2板下5連接在同一根軸上，組合并旋轉(zhuǎn)，2板上2和3板4也連接在同一根連接軸上，進(jìn)行組合并旋轉(zhuǎn)。兩個(gè)座椅分別嵌在2板上2和3板4中，座椅椅腿設(shè)計(jì)為滑槽，便可調(diào)節(jié)駕駛高度。減震彈簧安放在2板上2和2板下5，對(duì)其進(jìn)行減震，提高駕駛舒適性。

1.2 工作原理

當(dāng)兩人乘坐時(shí)，折疊打開過程如下:先將箱體豎直放置，通過拉動(dòng)把手6使得1板1順時(shí)針旋轉(zhuǎn)180°，然后水平放置并對(duì)其進(jìn)行固定，拉伸把手6，調(diào)節(jié)到適合自己的駕駛高度，再將3板下9繞連接在2板下4的連接桿10轉(zhuǎn)動(dòng)并水平放置，在將連接桿10鎖死，然后把嵌在2板上2和3板上8的座椅7拉伸到適合自己的高度，即可將電動(dòng)車折疊展開。

當(dāng)一人乘坐時(shí)，有兩種展開方案。方案一:前面步驟不變，只需將嵌在3板上9中的座椅拉伸，再將嵌在座椅7中的座椅面向四周展開，再進(jìn)行固定，這樣就可以形成一個(gè)儲(chǔ)物盒，便可以用來放置物品，然后固定就可以了，這樣在一個(gè)人乘坐時(shí)，可以將駕駛員的隨身物品放置在儲(chǔ)物盒中，提高駕駛安全性。方案二:通過拉動(dòng)把手6使得1板1順時(shí)針旋轉(zhuǎn)180°，然后水平放置并對(duì)其進(jìn)行固定，然后直接拉伸嵌在3板上8的座椅，使其替代2板作為駕駛位，這樣就省去了再展開3板的步驟，更加方便[3-5]。

1.3 仿真驗(yàn)證

采用計(jì)算機(jī)模擬仿真技術(shù)，對(duì)采用技術(shù)原理方案的可行性進(jìn)行了驗(yàn)證，模擬仿真系列截圖如圖1所示。結(jié)果表明，本設(shè)計(jì)的技術(shù)原理方案正確。

圖1 模擬仿真系列截圖Fig.1 Analog simulation series screenshots

2 性能分析與參數(shù)計(jì)算[3-5]

2.1 軸的彎曲應(yīng)力計(jì)算

設(shè)人的體重為F1，連接板5的軸1直徑為D1，軸的彎曲所許用應(yīng)力為[σ]:

W=Mmax=Fd1

(1)

最大彎曲應(yīng)力：σ max=Mmax/W≤[σ]1

(2)

軸的彎曲應(yīng)力計(jì)算σ max=49.9 MPa

軸的彎曲所許用應(yīng)力為[σ]=80 MPa，軸的強(qiáng)度驗(yàn)算σ max< [σ]，滿足要求。

2.2 板的計(jì)算

板厚度15 mm，長a500 mm，寬b400 mm，剪切強(qiáng)度80 N/mm，抗彎強(qiáng)85 N/mm，彈性模量72 000 N/mm，[f]=300 MPa。截面慣性矩I和截面抵抗矩W分別為:

W=bh2/6

(3)

I=ab3/12

(4)

M=Fd2

(5)

2.2.1 抗彎強(qiáng)度計(jì)算

f=M/W<[f]

(6)

f-面板的抗彎強(qiáng)度計(jì)算值(N/mm2)；

M-面板的最大彎距(N.mm)；

W-面板的凈截面抵抗矩；

[f]-面板的抗彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，取15.00 N/mm2；

q-荷載設(shè)計(jì)值(kN/m)。

經(jīng)計(jì)算得到面板抗彎強(qiáng)度計(jì)算值f=118.5 MPa，面板的抗彎強(qiáng)度驗(yàn)算f<[f]，滿足要求。

2.2.2 抗剪計(jì)算

T=3Q/2bh<[T]

(7)

截面抗剪強(qiáng)度計(jì)算值T=140.8 MPa，截面抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值 [T]=400 MPa，面板抗剪強(qiáng)度驗(yàn)算 T < [T]，滿足要求。

3 規(guī)格及系列化設(shè)計(jì)

為了滿足不同人群的需要，進(jìn)行了規(guī)格及系列化的初步設(shè)計(jì)。

A.全部展開式:車長1 315 mm，寬510 mm，高845 mm。雙人座椅。

B.半展開式:車長865 mm，寬510 mm，高855 mm。單人座椅。

4 結(jié)語

第一，老年人和年輕人的便捷代步工具，可以載兩個(gè)人，低速安全可靠，平穩(wěn)舒適，操作難度低，省心省力。第二，壓縮空間更大，空間占有率更小，適合擺放。第三，方便攜帶，無須工具可直接瞬間折疊。第四，易拆裝電池，方便駕駛?cè)穗S身攜帶，方便隨時(shí)充電，動(dòng)力充足。

[1] 董建華.超微型可折疊電動(dòng)汽車關(guān)鍵技術(shù)研究[D].鄭州:鄭州大學(xué)，2014.

[2] 馬榮國.城市公共交通系統(tǒng)發(fā)展問題研究[D].西安:長安大學(xué)，2003.

[3] 濮良貴，陳國定，吳立言.機(jī)械設(shè)計(jì)[M].北京:高等教育出版社，2013.

[4] 劉鴻文.材料力學(xué)1[M]. 北京:高等教育出版社，2010.

[5] 陳秀寧，施高義.機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)[M].杭州:浙江大學(xué)出版社，2013.

Research on intelligent portable folding vehicle

REN Yuan-qing, CHEN Li, ZHAO Jing-yuan, ZHANG Rui-huan, YANG Jin-di, SHEN Yu-liang, PAN Shan-ju

(College of Mechanical and Electrical Engineering, Jiaxing University, Jiaxing 314001, China)

Intelligent portable folding electric vehicle is mainly composed of the car body and power plant, motor wheel and shock absorber spring and frame structure. When people need to ride, to make clockwise rotation 180° of the folding of box as the front plate, and pull the handle out as the electric car steering wheel, rotated 180° counter clockwise of the upper side of the box, and stretch the seat out, and then plug in the key to start. Principle program and the main performance parameters of the intelligent portable folding electric vehicle were analyzed and calculated. The correctness of the technical principle is verified by computer simulation technology.

Intelligent portable; Folding electric vehicle; Principle design; Parameter calculation

2017-03-07

任元清(1996-)，男，嘉興學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院機(jī)械(卓越)141班本科學(xué)生，研究方向?yàn)闄C(jī)械設(shè)計(jì)(校級(jí)SRT科研)。

U484

A

1674-8646(2017)10-0012-02