袁興啟 李桂景 孫蘇平 戴永自

摘要：此文結合公共自行車的使用特點，以及市場使用公共自行車狀況，分析了自行車各主要零件的類型和常用材料，并對其使用優(yōu)缺點進行評價。從而推薦出適合公共自行車的選型和配置，對公共自行車相關企業(yè)有一定的指導意義。

關鍵字：公共自行車;零件;配置

1 公共自行車合理配置研究

1.1 車體（車架和前叉）

考慮到公共自行車必須適合男士和女士共用，因此車架應設計成彎梁形。為適合大部分國人使用，車架尺寸以南方24”、北方26”為宜。減震車架可以降低騎行時的震動，提高騎行舒適感受，但是公共自行車多為城市使用，騎行路面較好，震動不大，使用效果不是十分顯著，另外減震車架前后三角分別制作配合使用，前后輪對中性可能會比普通車差些，這樣會降低騎行感受，不予推薦。因此，車架結構推薦彎梁形、非避震款。

目前，自行車車架使用材料比較成熟的有碳素鋼、鉻鉬鋼、不銹鋼、鋁合金、鎂合金、其他合金（如鈧合金）、碳素纖維等，比較適合做公共自行車車架應屬鋁合金、不銹鋼，其優(yōu)良的耐腐蝕性能使鋼制材質望塵莫及，制作工藝非常成熟，材料取得也非常容易。鎂過于活潑，易氧化，按照目前的工藝，鎂合金自行車的強度還不能和鋁合金比。碳素纖維車架只適合高端車使用，配合輕質化的其他高端零件，最大限度發(fā)揮了其強度高而輕量的特質，是專業(yè)或騎行愛好者的首選，但其對碰撞過于敏感，需要使用者付出更專業(yè)的維護和保養(yǎng)，不適合使用頻率高的公共自行車。因此，車架材料推薦鋁合金、不銹鋼。

前叉作為重要的車體部件，是使用過程中出現(xiàn)安全事故的最大隱患，必須要強度高和韌性好。根據(jù)昆山及太原等地公共自行車長期使用經驗，鋼制前叉涂裝良好的情況下，可以長時間耐腐蝕使用，且其原材料應用普遍，容易取得，加工、焊接工藝成熟，可以達到很好的強韌性。當然鋁合金制前叉也是比較好的選擇。因此，前叉材料推薦鋼制和鋁合金制。

自行車的鎖車器一般焊接在車體上，昆山公共自行車采用單邊鎖車器，使用5年后，鎖車器折斷時有發(fā)生（見圖1）。雙立柱式具有明顯的優(yōu)勢，可以有效將自行車和鎖車樁連接，大大降低了有人在鎖車情況下，強行扭轉造成鎖車器損壞的可能性。

1.2操縱部

目前很多公司設計時將把橫管和前置物籃焊接在一起，這樣對把橫管就有更高的鎖緊要求。為此，最好把立管上有4個把橫管鎖緊螺釘，以增加防轉扭矩（見圖2）。但是如果把橫管和前置物籃非焊接一體式，把立管可以采用常規(guī)的一個螺釘?shù)逆i緊方式。考慮到耐腐性要求，鋁或不銹鋼材質把立管比較適合公共自行車。

鑒于把橫管和前置物籃經常與外物碰觸，鋼制涂裝部件經過碰觸碰傷后，生銹是不可避免的，故鋁合金或不銹鋼制才是把橫管合適的選擇。

把套作為手直接操縱車把方向的零件，其應能確保操控的有效，目前很多把套宣稱可以抑菌或符合人體工學，但是具體效果還不是十分明顯，沒有具體數(shù)據(jù)可以證明之。

1.3車閘

根據(jù)制動作用位置的不同，車閘可分為輪緣閘和非輪緣閘（或輪轂閘），輪緣閘可以分為鉗形閘、懸臂閘、V閘、桿閘等，非輪緣閘分為鼓閘、抱閘、漲閘、羅拉閘、腳閘、盤閘。公共自行車的使用者千差萬別，很多騎行者對自行車專業(yè)知識不了解?？紤]到這部分騎行者，選用的車閘應有足夠的制動力，但也并不是制動力越大越好。受力分析表明，超過0.6 g減速度的制動，一般自行車有翻車的隱患，尤其前置物籃放置了重物，下坡時，沒有經驗的騎行者不知道先剎后閘，更有導致翻車的可能。另公共自行車多采用免充氣輪胎，與地面摩擦力相對小些，制動力大于摩擦力時，容易打滑失控。由實驗數(shù)據(jù)和使用經驗來看，公共自行車比較適合用鼓閘、漲閘和羅拉閘（見圖3）。

這些非輪緣閘主要優(yōu)點有：1）前輪干態(tài)制動力值—般為300～500 N，后輪一般為200～400 N;但濕態(tài)制動力變化不大，既保證了剎車時能剎得住，又避免了因制動力過大造成打滑、失控或翻車的危險。抱閘的制動能力和鼓閘、漲閘基本類似，但其剎車是依靠閘帶和制動盤的摩擦，耐磨性和強度稍顯不足，且很多抱閘有異響現(xiàn)象。2）非輪緣閘剎車作用于輪轂上，避免了反復摩擦輪圈造成圈變薄，影響強度。

各地的公共自行車多用鋁合金制閘把，防腐且強度佳。閘把安置閘線外殼有兩種：有調節(jié)鈕和無調節(jié)鈕結構（見圖4）。對懸臂閘、V型閘等，剎車磨損時，可以通過旋進和旋出調節(jié)鈕，方便地進行剎車松緊的調整，但對鼓閘、漲閘和羅拉閘，其本身就帶有調節(jié)裝置，不用閘把調節(jié)鈕這種結構，每組閘把至少可以省下0.5元，也節(jié)約了調節(jié)鈕損壞造成的維護和維修成本。

剎車線在自行車中屬易損件，根據(jù)昆山公共自行車運營統(tǒng)計，其維護更換量比例為第一，雖然價格不大，但維修成本高。根據(jù)調研，其損壞主要表現(xiàn)在線管頭部靠近套管位置，塑料外管在內部繞制鋼帶的擠壓和端部銅套管反復碰擦的雙重作用下，開裂，露出鋼帶（見圖5），在雨水作用下很快腐蝕，影響了內線的順滑，影響剎車效果。為此，建議剎車線端部不采用銅套包覆，用塑料包覆（見圖6），且包覆長度適當加長些。

更有效的方法，是用變速線管代替剎車線管，剎車線采用鋼帶繞制制造，長度方向擠壓時會有一定變形，變速線采用鋼線集束制造，長度方向受力時，鋼線僅有彈性變形，變形量小很多，長時間使用不影響剎車松緊，基本不用調整;且其不像剎車線是用鋼帶繞制，彎折時鋼帶切割塑料線管，導致線管產生環(huán)狀裂紋。這兩種線結構差異（見圖7），當然，代用的變速線管直徑應

比普通的大，內線比普通的粗（串列車用剎車都采用這種結構的剎車線管），以保證強度。

1.4驅動系統(tǒng)

公共自行車驅動方式除了傳統(tǒng)鏈傳動，有部分企業(yè)采用軸傳動或帶傳動。鏈條長期使用過程中，會拉長松弛甚至掉鏈，應定期調整松緊度，維護工作量較大，且無論怎樣的表面處理方式，一年后都會生銹。軸傳動克服了這個缺點，但其齒輪和棘輪需定期清洗上潤滑油（一年至少維護一次），維護時較復雜，尤其安裝精度要求高，—般都是專業(yè)制造廠商進行，綜合考量，不具明顯優(yōu)勢。帶傳動具有不生銹、噪音小、沒有油污染等優(yōu)點，目前的驅動皮帶制造工藝已漸成熟，解決了以前皮帶強度和硬度不足，會變形跳齒的難題，皮帶的抗老化時間也提高到4年以上，非常適合公共自行車。但是，市場上皮帶質量良莠不齊，選用時應注意。

腳蹬是自行車中的易損件，根據(jù)調研，鋁合金、塑料、鋼制外框的腳蹬一年后都有損壞的現(xiàn)象，甚至軸承式腳蹬同樣也有，不過軸承式腳蹬更順滑還是毋庸置疑的。關鍵看廠商的制造水平，選用軸承的質量、腳蹬加工精度質量、裝配質量都會顯著影響性能和壽命。

鋁制單速鏈輪曲柄是公共自行車常用配置，市場很少發(fā)生問題。建議鏈輪齒數(shù)為33T或31T，奇數(shù)的齒數(shù)，每個齒都和任一鏈節(jié)有接觸的機會，使鏈齒和鏈條都磨損均勻。

中軸是受力較大的零件，軸承式中軸組件比普通中軸組件（中軸、中軸碗、鋼球組合件）在順滑度、密封性等方面更有優(yōu)勢（見圖8），屬于市場成熟產品，比較適合公共自行車使用。

有部分企業(yè)選用鏈條時，強調AR處理（不銹鏈條），鏈條使用時不斷同鏈齒和飛輪接觸磨損，表面層被磨損生銹是必然的，只是AR會將生銹時間延遲，而且，鏈條的鏈片、銷軸最合理的熱處理工藝為表面化學熱處理，不銹鋼或其他防腐蝕材料不適合。當然，鏈條上油保養(yǎng)到位的話，可以大大延緩生銹的期限和減輕生銹的程度。用驅動皮帶傳動時，應特別注意廠家產品質量，建議驅動皮帶用材料為邵氏硬度HA95以上，單邊拉伸強度滿足8 000 N以上，經過長時間水浸和油浸后拉伸強度還能達到7 400N以上的材質[1]。

飛輪齒數(shù)應配合鏈輪齒數(shù)，以達到合適速比，自行車行業(yè)輕快車標準配置為單速車速比1：2，即飛輪齒數(shù)/鏈輪齒數(shù)≈1/2，且飛輪齒數(shù)不宜太小，以免傳遞同樣扭矩時，飛輪棘輪和千斤承受更大的負荷，16T是最常規(guī)的配置。

1.5車輪

單從騎行感受上看，1-3/8充氣內外胎最適合用于輕快車，但是根據(jù)市場反饋，維修保養(yǎng)是公共自行車用充氣胎不能承受之重。泉州公共自行車相關單位反饋，該項目用的是26×1.5（比1-3/8寬）充氣胎，投放3萬輛車，每個月?lián)Q胎600條左右。一個車輪維修更換需要10分鐘，一天一個人只能處理40個輪子。太原公共自行車采用更寬的26×1.75充氣胎，沒有具體換胎的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，據(jù)說維修量可以接受。免充氣胎目前主要有高溫硫化內胎（有冷裝和熱裝兩種）+普通橡膠外胎、PU內胎+普通橡膠外胎、PU 一體胎、橡膠—體胎等。PU -體胎不耐磨，同地面摩擦力小，尤其雨天，剎車時容易打滑造成失控，只適合做低速的兒童三輪車、兒童推車等。

車輪最好采用輻條輪，普通一體輪太硬，遇到沖擊減震效果差?？紤]到公共自行車多采用免充氣胎，對車輪強度要求應更高：輻條—般用強度高一級別的13G不銹鋼材質，而不用普通輕快車用的14G;花鼓采用鋁合金36孔;輪輞也多采用加厚或雙層鋁圈。

1.6鞍座

自行車鞍座是損壞比例較高的部件，根據(jù)昆山失效鞍座的分析，損壞方式基本為表皮破損，其中很大—部分應是人為惡意破壞（見圖9）。表皮破損后，鞍座內的發(fā)泡物在雨水作用下產生異味，影響使用。目前，有企業(yè)開發(fā)出了專為公共自行車和共享單車使用的鞍座，其表皮非常厚實，普通刀片或銳器難刺破或劃開;還有企業(yè)開發(fā)出真空鞍座，耐沖擊、劃不破、鞍座面不粘水，特別適合這種場合。另外，為了提高騎行舒適性，鞍座最好采用塑膠減震結構，彌補免充氣輪胎在減震方面的缺陷。

早期的公共自行車，為了防止生銹，由于經驗不足，多采用鋁合金鞍管，由于公共自行車使用者的眾多，鞍管高度經常需要調整。鋁合金硬度低不耐磨，鞍管在使用一段時間后，由于磨損直徑變細了，造成鞍管快拆鎖不緊，影響了騎行?，F(xiàn)在，更多企業(yè)采用不銹鋼鞍管有效解決了這個問題。

為了方便調整鞍管高度，鞍管夾緊裝置多用快拆式，普通自行車的騎行者比較固定，鞍管高度很少調整，快拆鎖緊后，不用頻繁打開、閉合，設計得比較小巧。但在公共自行車上使用時，損壞就比較嚴重，手柄斷裂、鎖母旋不動、手柄扳緊費力等各種故障都常發(fā)生，昆山公共自行車項目統(tǒng)計，每個月要更換約50組快拆。目前，各企業(yè)好像也沒有更好辦法，除了經常涂潤滑油，或手柄和快拆束子間加一個紫銅片（也是潤滑作用），把手柄特別制作得尺寸大和結實等外，還沒有徹底的解決方案。

近幾年，有企業(yè)積極創(chuàng)新，開發(fā)出了升降式鞍管（見圖10），松開扳手，鞍管自動上升至合適位置，壓緊扳手，即可將鞍管固定在某一高度，使用非常方便，也不用考慮更換和維護的問題。

1.7附件

為了方便日常生活時使用，前置物架（車籃）應屬于標配附件。鋁合金或不銹鋼制是比較適合的材質，最大負載10 kg 基本可滿足使用要求。

車鈴作為警告裝置，在城市騎行時也應是標配附件，轉鈴是企業(yè)專為公共自行車開發(fā)的產品。

各地對待自行車鎖的態(tài)度不一樣，有些企業(yè)認為，車鎖的使用會給客服帶來巨大麻煩，有些企業(yè)堅持提供車鎖，無法定論

隨著我國二孩政策的放開，孩童比例會有一定提高，借鑒日本城市自行車配置，建議適當安排部分自行車安裝兒童座椅滿足帶孩子出行的母親們的需求。當然，自行車兒童座椅必須是質量可靠產品，符合相關國家標準GB/T 23160_2008[2]。

2公共自行車配置優(yōu)化

根據(jù)上述分析，公共自行車配置推薦見表1。

參考文獻：

[1] 一般財團法人自行車產業(yè)振興協(xié)會.一般用自行車：JIS D9301-20，13 [S].東京：日本規(guī)格協(xié)會，2013：1 1

[2]國家認證認可監(jiān)督委員會.進出口自行車兒童座椅安全要求和測試方法：GB/T 23160-2008 [S].北京：中國標準出版社，2009：4.