關于一種新型傘套及一體式雨傘的研究

王旭陽，何慶飛，曹 琥，李雨濃，王雅博，王 浩

（西京學院機械工程學院，陜西西安 710123）

0 引言

雨傘是人們生活中必不可少的物品，隨著社會的不斷發展，人們在生活中的各方面都追求美觀、便捷與環保。傳統雨傘在諸多方面存在不便：①雨滴落在地面形成積水，當人們踩到積水時會沾濕鞋底，這樣鞋底所過之處都會留下污印，導致本身潔凈的地面變臟，甚至在瓷磚地面有積水時易使人滑倒摔傷；②下雨天人們為了去除傘面殘留的雨滴，有的會將傘撐開放在人行通道處來晾干雨滴，這樣嚴重影響他人通行；③傳統折疊傘只可以掛起，在無掛鉤的環境放傘就會不方便，顯得特別亂、不美觀。為了解決以上問題，為了讓人們有更便捷、更環保、更美觀的雨傘，人們想了很多辦法來改進，但始終沒法得到廣大群眾滿意的認可。而消費者在選購雨傘時更注重雨傘的質量和使用功能，由此誕生了傘套及一體式雨傘。設計這個新型傘的目的就是解決傘面上雨水滴落、便捷、美觀和物美價廉等問題。收起傘時，傘將被收進筒型傘套內，利用內壁的彈性夾固定住傘，閉合密封蓋，整體形狀為圓柱形，美觀時尚方便且環保，可直立放在辦公桌上、背包里，不用擔心有水滴流出。

1 雨傘的背景與現有技術的不足

現在市場上的折疊傘都采用軟布做傘套，當下雨天時人們打完傘，傘面上有雨滴，這時軟布的傘套就不能再套上去；沒有了傘套，當人們用完傘不知道傘該如何擺放，放在哪里都會被傘面上殘留的雨滴弄濕。為了解決這些問題，相關人員寫出了很多專利和論文，如雨傘的快干裝置，是由主控模塊、紅外傳感器、溫濕度傳感器和小型電機等組合而成的一種大型機械裝置[1-2]。此類裝置可以處理掉雨水，但是仍有自身缺點：①體積大，需要占用一定面積；②只能長時間停留在一處，人們必須走近才可以使用，使用不方便；③價格昂貴，并非每個人都愿意買。還有一種吸干機，將雨傘放入機內，利用機內的真空裝置將雨傘吸干，這種設備對雨傘本身會造成很大損傷，因此不可取[3-7]。為了解決這些缺點，新設計了一款更便捷、更經濟、更安全的傘套及一體式雨傘。

圖1 傘收束前截面模型

2 結構設計及力學分析

2.1 結構設計

在傳統的雨傘上增加了一個圓柱形可防雨滴滴落的傘套裝置，本傘套采用硬質材料，可以收納合起來的折疊傘，傘套與折疊傘上連接傘柄的最后一截傘竿固定，固定端稱為傘套底部（圖1～3）。

（1）彈性夾。彈性夾的作用是固定傘，傘被裝進傘套后由彈性夾來固定，防止傘遇到震蕩后來回擺動以至于對傘竿造成損害。彈性夾可以在彈性夾槽里上下移動，當拔出傘時，彈性夾隨著傘的拔出會移動到槽的最頂端，隨著傘被裝進傘套內時會隨著傘移動到槽的底部。

（2）花瓣形密封蓋。傘套的密封蓋采用花瓣式蓋，安裝在傘套的上部。這種蓋美觀且方便易操作，只需要將蓋轉一圈便會從中心向四周打開，再回轉一圈就會從四周往中心閉合，不用擔心密封蓋的存放問題。

（3）吸水材料。吸水材料采用竹纖維，附著在花瓣式密封蓋背面，設置吸水材料是為防雨滴流出的一道重要保險。竹纖維吸水性強、耐水性強，可長期使用且價格便宜，當雨滴沿傘面流下，竹纖維會將雨滴吸附，再加上花瓣式密封蓋兩層保險來防止雨滴流出。

2.2 運動分析

利用SoildWorks 軟件進行運動分析（圖4）。這一刻在傘架收入傘套時彈性夾槽將會給傘架一定的壓力F，F 會輔助傘架收緊，更方便傘架收入傘內。同時彈性夾槽將會發生一定的形變，彈性夾有一定的柔韌性在遭到撞擊時保護傘架不受損害。傘架與彈性夾接觸將會產生摩擦力f，借助摩擦力彈性夾與傘架同時收入傘套內。撐開傘架時與之相反，同時也是經過彈性夾對傘架穩定送出。

2.3 部分受力分析

圖2 傘收束后截面模型

圖3 傘收束后整體模型

圖4 新型傘某一位置截圖

本傘套設計簡單易制造，采用硬質鋁合金的圓柱形傘套，傘套的大小合適，傘套高度剛好將傘放入，傘套的直徑略大于傘合起來的直徑。在傘套內做凹槽軌道作為彈簧夾上下移動的軌道，彈性夾的頂部最大直徑比傘套的直徑不能過小，便于傘進入傘套時對傘的固定。彈性夾由形變后可自動還原的金屬制成，彈性夾最小直徑應略小于合起傘的直徑，以便對傘有一定的壓力將傘固定。應力為分散應力，為了方便計算將分散應力簡化為集中應力。

計算傘架與彈性夾的摩擦力f，彈性夾的受力面為粗糙面，摩擦因數為μ。

利用SoildWorks 軟件建立三維傘套及一體式雨傘的應力模型，模擬日常生活中人體正常施加的壓力及在大風等惡劣天氣情況下傘體的主要部分受力情況，以更好地保護傘架（圖5）。

3 結論

本設計從本質上優化了傳統傘給人們帶來的不便，根據以上的設計結構圖、設計原理與部分力學分析可以看出，本發明設計合理并且制作簡單、成本低廉，產品進入市場后更是受到廣大市民的青睞。經市場調查，可以看出市民對新型傘的認可度很高，未來新型傘會帶來很高的經濟效益（圖6）。不僅僅是經濟效益，同時也有很高的社會價值，若人們都采用新型傘，那么雨天人們更可放心出行，對環境零污染。相對于固定的大型雨傘速干機，新型傘更省錢、更方便快捷。

圖5 有限元模型應力分析

圖6 新型傘市場滿意度調查