滑水運(yùn)動卷揚(yáng)機(jī)的設(shè)計與制造

李煜旻 劉素華 曹志鴻 王趙楠

（1.上海工程技術(shù)大學(xué)高職學(xué)院，上海 201620；2.上海市高級技工學(xué)校，上海 200437；3.上海石更箭數(shù)據(jù)有限公司，上海 200241）

0.引言

滑水運(yùn)動是一項新興的、近幾年非常流行的水上運(yùn)動項目，隨著我國水上運(yùn)動項目不斷發(fā)展，喜歡和參與到滑水運(yùn)動項目中的人群越來越多，但是由于受到場地、器材、成本等諸多方面的限制，滑水運(yùn)動項目參與者數(shù)量有限。滑水運(yùn)動借助牽引動力實現(xiàn)人在水面上“行走”，其牽引方式主要有快艇牽引和索道牽引兩種（見圖1和圖2），相對于個人愛好者而言，這兩種方式都有著價格較高、要求場地較大等缺點。

圖1 快艇牽引滑水運(yùn)動

圖2 索道牽引滑水運(yùn)動

我國國內(nèi)電動自行車產(chǎn)業(yè)發(fā)展蓬勃，電瓶驅(qū)動技術(shù)成熟，結(jié)構(gòu)簡單。本文采用電動自行車的輪轂電機(jī)及其控制器結(jié)構(gòu)，完成直接驅(qū)動方案設(shè)計，呈現(xiàn)一款結(jié)構(gòu)簡單、性價比高、操作方便等提升諸多性能的便攜滑水運(yùn)動牽引裝置—高速卷揚(yáng)機(jī)，激發(fā)滑水運(yùn)動個人玩家活力與市場。

1.市場技術(shù)分析

國外流行的滑水牽引方式主要有兩種：一種是將牽引繩的一端固定在游艇上，一端把握在玩家手上，玩家通過游艇的快速移動，操控滑板進(jìn)行滑水運(yùn)動；另一種是將一臺專用的滑水運(yùn)動卷揚(yáng)機(jī)固定在陸地上，玩家拉住固定在對面裝置里的皮帶或者鋼繩，通過卷揚(yáng)機(jī)巨大的拉力實現(xiàn)體驗滑水運(yùn)動的刺激。快艇牽引的使用對場地和資金投入要求高，不適于城市體驗。在自然江河湖波中通常使用卷揚(yáng)機(jī)，要求其功率大、續(xù)航強(qiáng)，但體積和重量也都較大，不易攜帶與移動，對場地的要求也比較高，給城市體驗的滑水運(yùn)動玩家?guī)碇T多困擾。

目前，國外在售有一款小型電動牽引裝置（見圖3），它使用航模電機(jī)以及航模電池驅(qū)動實現(xiàn)了小型化滑水運(yùn)動的牽引，其供電方案采用的是4節(jié)3s電池，但是續(xù)航時間依舊很短；其動力方案采用的是雙電機(jī)+齒輪傳動的設(shè)計，具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、效率較低等缺點。

圖3 小型化滑水運(yùn)動牽引驅(qū)動

2.結(jié)構(gòu)設(shè)計方案

本項目以滑水運(yùn)動體驗者的主要需求為導(dǎo)向，綜合市場現(xiàn)有技術(shù)的優(yōu)缺點，基于上述市場技術(shù)情況分析，形成滿足滑水運(yùn)動體驗者主要需求、降低成本、操作便捷的滑水運(yùn)動卷揚(yáng)機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計方案。本設(shè)計方案要點是：選用一臺大容量電瓶提供能源；選用較大功率的電動機(jī)，提供足夠的牽引力；基于電動車電瓶驅(qū)動技術(shù)完成卷揚(yáng)機(jī)驅(qū)動裝置設(shè)計。具體思路是選用一臺電瓶車電動機(jī)，串聯(lián)控制器，嵌入轉(zhuǎn)把或控制按鈕；連接電瓶與電動機(jī)，采用定滑輪固定皮帶或鋼繩的方向；整體結(jié)構(gòu)以外部箱體框架支承，周邊加蓋板。此結(jié)構(gòu)方案的優(yōu)勢為：（1）體積及質(zhì)量大大縮小，具有便攜性，在公園等小型湖泊中也可使用；（2）電瓶驅(qū)動在續(xù)航和功率上雖有減小，但性價比高，結(jié)構(gòu)簡單。（3）利用轉(zhuǎn)把控制按鈕，實現(xiàn)無級調(diào)速。

3.樣品試制

根據(jù)項目的結(jié)構(gòu)設(shè)計方案，完成滑水運(yùn)動卷揚(yáng)機(jī)設(shè)計圖紙并試制樣品如圖4所示，該裝置結(jié)構(gòu)緊湊，功能滿足使用要求，加以框架罩板即可實地使用。在圖4所示的卷揚(yáng)機(jī)基礎(chǔ)上，本設(shè)計拓展開發(fā)了其升級款如圖5所示，以電動獨輪代步車為設(shè)計參考，采用電動獨輪代步車的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，在代步車的中層加入一臺小功率電動機(jī)，裝上控制按鈕，新裝入的電動機(jī)與代步車電動機(jī)共享電瓶，做到“玩到哪兒，騎到哪兒”的功能實現(xiàn)。

圖4 滑水運(yùn)動卷揚(yáng)機(jī)樣品

圖5 升級款草圖

4.結(jié)語

本文通過市場調(diào)研、對比與分析，結(jié)合滑水運(yùn)動實際體驗，利用電動控制技術(shù)原理完成了滑水運(yùn)動卷揚(yáng)機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計及其樣品試制。該結(jié)構(gòu)具有性能穩(wěn)定、安全、結(jié)構(gòu)簡單、成本低、方便操作等特點，能夠滿足廣大滑水運(yùn)動愛好者的實際需求，具有良好實際應(yīng)用和推廣價值。