一種新型曲臂式伸縮雨篷防積水結構優化設計

周志紅，張鑫，高曉楓，唐鏡

（湖南工業職業技術學院，長沙 410208）

0 引言

隨著社會經濟的快速發展，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常見到的一種工業產品，它不僅能起到遮風擋雨的作用，還可以產生很好的遮陽效果，減少陽光直射帶來的負面影響[1-3]。通過在中國知網、萬方數據平臺上搜索發現：針對曲臂式伸縮雨篷產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，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、庭院等區域的遮陽、擋雨、裝飾等場合，但市場上曲臂式伸縮雨篷產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問題對提升產品市場競爭力顯得至關重要，值得從業者去思考與研究。

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，也可以實現擋雪擋雨的用途。基于這些優點，它在生活中深受大眾的青睞。市場上曲臂式伸縮雨篷產品從驅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動器、安裝底座等零組件，具有排水角度調節功能。其工作原理：曲臂組件設置了強力彈簧，利用手動或電動驅動器驅動卷布軸帶動篷布，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，此沉降區域下沉現象越發明顯。

2）若在雨水天氣，此中央局部沉降區域會聚積雨水，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，造成財產損失。

2 具有防積水功能的曲臂式伸縮雨篷結構優化設計

針對曲臂式伸縮雨篷存在積水現象，給篷布與支撐曲臂產生多余負載影響，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，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尺寸，方便后續調整導水橫梁上的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，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 關鍵質量控制點

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

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。

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，需優化計算，其數值應滿足：

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），mm；L2為兩側曲臂組件中間鉸鏈中心距尺寸（張開狀態），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要求。

3 結論

通過對曲臂式伸縮雨篷積水現象的分析，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，使用中央區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。