一种新型多幅面广告展示装置研究*

2021-07-30何靖文胡远忠付俊伟曹泳靖戴永祺黄子鹏

南方农机 2021年14期

何靖文，胡远忠，付俊伟，曹泳靖，戴永祺，黄子鹏

(广东海洋大学机械与动力工程学院，广东湛江 524088)

0 引言

广告是信息传播的主要途径之一，在当今信息流动快速的时代，广告在推动发展上有着无可替代的地位，没有广告就没有效益。而广告的宣传一大部分是建立在广告装置上的，这就意味着广告展示装置与广告都有着十分重要的作用。当今流行的户外广告装置形式主要有射灯广告牌、单面广告牌、多面翻广告牌、LED电子屏等，但都有着不同的缺点，导致广告的传播效果没有最大化。

目前，广告宣传装置可以归纳为两类：一类是单面或双面的灯箱、展板、条幅等，它们所含信息少，内容单一；另一类是电子显示屏、字幕机，这类广告展示设备所含信息量大，但在阳光直接照射下画面不清晰，效果差，只适合于室内或夜间使用[1-3]。另外，一些大型广告牌缺点也十分明显，一是体型巨大，对于场地的要求利用较高，多在高速公路出现，但广告牌过多不仅影响高速公路整体的美观性，同时，还会给驾驶者带来主观上和客观上的生命威胁[4]；二是制作的成本也相应较高，对于材料的硬度、抗性要求相应较高，不适用于人群密集的商业区、公园等；三是广告展示画面较少，空间利用率低，经济效益低。这些都是现代广告牌技术背景和使用上的一些缺点。

本设计的广告展示装置体型小，能安装于各种人流多的地方，自身能够旋转，吸引力、新颖性较好，并且获得了实用新型专利（ZL 2019 2 1881543.3）。同时，体型较小的优点也减少了结构材料和维护广告牌的人力费用，可改善当前广告装置成本问题。再者，现在固定式的广告装置还占大多数，而该广告展示装置特有的运动性质与展示功能可很大程度地吸引路人的注意力，因此，具有广阔的市场前景。

1 广告牌装置的结构和工作原理

1.1 整体结构

该广告牌装置三面翻转、四面展示，整体结构为800 mm×800 mm×1 200 mm的长方体，结构简图如图1所示，广告牌的组成结构有框架和广告主体。广告牌框架由钢材搭建，广告主体由一定数量的三棱柱条组成，正三棱柱条由铝合金板制成。每个三棱柱条间有一定的空隙以便广告内容的变换，三棱柱条顶部和底部中心处都各焊有一根转轴，转轴由滚动齿轮带动转动，从而实现广告画面的变换。广告牌框架底部焊有厚钢板，用于支撑三棱柱条和滚动齿轮，框架顶部安装顶盖，顶盖内将滚动齿轮和双面同步带安装于三棱柱条顶部的转轴，广告牌运行的基本框架完成。

广告画面用电脑设计，喷绘出图，将画面裁成数条，依次贴在图1上的正三棱柱条的一面。分别转动所有三棱柱120°、240°，可贴出另两个广告画面。广告牌设计的关键在于使各三棱柱按指定方式转动120°、240°，采用限位控制，形成3个平面，显示3个广告画面。

图1 广告牌装置结构简图

1.2 传动方案

传动方案采用小型电动机-蜗轮蜗杆减速机构-V形带-同步齿形带实现该运动。广告牌装置内部传动机构如图2所示。

图2 广告牌装置内部传动机构

广告牌的驱动结构中的核心设计是同步带的设计，采用蜗轮蜗杆传动减速的原理控制广告牌的转动与停止。为实现减速器即蜗轮蜗杆的减速功能，需要改变同步双面带的齿数，初步确定转轴齿轮的齿数为Z=15，加工双面同步带，将双面同步带外侧带齿，除了彼此相邻的Z/3=5个齿外，其余齿都磨去。当双面同步带运作时，5个齿依次通过三棱柱条的第一个带齿，带动三棱柱条旋转1/3转，然后再驱动下一个带齿旋转1/3转，使所有的带轮依次转动，使三棱柱条转动时是依次转动的，从而使广告变换具有渐变的美观，更具有吸引力。

在广告静止展示的设计上使用了弹簧片，在广告牌合适位置上设置刚度合适的弹簧片。在三棱柱条每转动到一面时，弹簧片可使其限位，让广告牌能静止一段时间，而电动机的驱动力也能够克服弹簧片的弹力，使三棱柱条的转动换面不受弹簧片的影响。

将广告画面制出，按照广告牌每面的三棱柱条数裁成相应数量，依次贴在广告牌的同一面上即可完成一幅完成的广告展示，利用同步带依次转动120°、240°，可贴出三棱柱另外两面的广告画面，依次贴完广告牌的四面，即可实现12幅广告画面的轮流展示。

1.3 广告牌驱动装置设计的替代方案

替代方案：利用光电传感器-PLC-电动机-同步带实现三棱柱条的翻转与停止。该方案的核心是通过PLC的控制来运作的。

在广告牌每一面的其中一条三棱柱条上贴上光电传感器的反光膜，广告牌上安装光电传感器，当三棱柱条转动时，反光膜到达感应的位置，光电传感器就会感应到，从而发送信号到PLC处。而电动机由PLC控制，当三棱柱条转动到能完整地展示广告后，控制器即发出指令，控制电机停止运转，此时是展示广告的时间，展示时间可编程控制，展示时间到后，控制器又发出指令给电动机，使电动机运转，通过同步带使三棱柱条同时运转，从而切换到另一幅广告展示，实现广告牌的自动运转及其暂停。该方案中使用PLC运转与原方案使用蜗轮蜗杆驱动的不同在于三棱柱条是同时变换而不是依次变换，其他的运转方式基本相同。

2 整体效果以及特点

如图3所示，广告牌装置整体外观高度大约3 000 mm，可根据实际所需调节支撑座的高度。在喷贴广告时，将广告裁剪成8等份，分别按顺序贴在每个面上的三棱柱上，一面可贴3幅，四个面可贴12幅广告。在箱体顶部安装一个美观的街灯；广告画面4个角落处分别安装一条光管，光管用磨砂玻璃封住，将日光照射到广告画面上，以满足日夜两用。该广告装置造型美观大方，对改善城市环境、城市风貌有着很大的帮助作用。具体优点有：1）体型相对较小，能安装于城市各地，不占用大量空间，使广告信息的传播性更强。2）结构简单，材料质量要求较低，便于安装、日常的检修和广告的更换，节省人力，安全性较高。3）广告幅数多达12幅，内容传达性十分高，广告装置能实现自转，更具有吸引性，传达效率高，符合现代发展需求。4）可搭配性高，既能独立安装，又能安装在其他装置上，具有新颖性。5）使用太阳能供电，节省能源，绿色环保。

图3 广告牌装置效果图

3 设计与计算

3.1 广告牌基本参数的确定

广告牌规格：800 mm×800 mm×1 200 mm，立式，四面展示，每面3幅广告，初定每面由8个正三棱柱组成，正三棱柱每个面宽94 mm，一共有8×4=32个正三棱柱，同步带轮节径d=60 mm，4个角落由4根较粗的钢筋支撑。四面整体宽度920 mm，三棱柱的转轴直径为d=20 mm，相邻三棱柱之间的间隙为2 mm，每幅广告宽度为766 mm。

1）同步带的选取。同步带总长L=0.766×4+3.14×0.06=3.388 4 m，据GB/T11616—1989，选取带长代号为1250的同步带，为H型梯形同步带，其参数如下：规格型号为DA 1250 H 100 GB11616-1989，节线长为3 175 mm，带宽为25.4 mm，齿数为250，节距为12.7 mm。

2）同步带轮的选取。据GB/T11362—1989，选取H型梯形同步带轮。规格型号为15H，齿数为15，节径为60.64 mm，外径为59.27 mm，基本宽度为25.4 mm。

3）三棱柱上转轴的同步带轮的内径d=20 mm，另外四个起传动作用的同步带轮，取其内径为d=30 mm。

4）计算同步带轮的中心距和布局：因为带的长度为L=3 175 mm，所以每面带长：

仍然每面广告用8个同步带轮，则同步带轮的中心距：

把三棱柱子之间的间隙定为△=2 mm，

重新设计三棱柱的面宽，因为：

所以，面宽b=46.6×2=93.2 mm。

3.2 传动机构参数的确定

1）每幅画面展示时间：6 s。

2）翻转方式：逐页翻转，每面广告翻转时间为2 s。

3）初步设计得到如图4所示的结构：在图4中，设置了同步带的速度后，就能实现一个广告的翻转时间为2 s，转好一个广告后，其他三个面的广告翻转时间共需要2×3=6 s，故第一个广告就能得到6 s的停歇时间，也就是广告的展示时间。

4）同步带轮转速：总运动时间t=8 s。

在图4中，同步带轮的齿数为Z=15，使用双面同步带，但装配前要对其进行加工。将外侧带齿，除彼此相邻的Z/3=5个齿外，其余的带齿全部磨去。当同步带运动时，5个齿依次通过第一个带齿，驱动其转动3/15=1/3转，然后带齿再依次驱动第二、第三个带轮，带动所有的三棱柱条依次转动。在广告牌合适位置上设置刚度合适的弹簧片，在三棱柱条分别转动1/3、2/3、3/3时，弹簧片都可将其保持限位。电机的驱动力矩足以克服弹簧片的弹力，弹簧片不会影响广告画面。

图4 同步带与齿轮

3.3 三棱柱干涉问题

在图5中，先假设两三棱柱在排列时，两外接圆相切，在本次设计中，三棱柱是同向运动的，定为顺时针翻转，三棱柱O1从A点运动到B点时，三棱柱O3从E点到D点，两者并不会相遇。将三棱柱的中心移到O2，此时两三棱柱间的缝隙距离dmin=0，当三棱柱O2从F点运动到C点时，与三棱柱O3相遇，但是在随后的运动轨迹中，两者没有接触，因此，两三棱柱并不发生干涉，为了使画面更逼真，便于安装，取间隙d=2 mm，与初次定的数值一样。