一种新型曲臂式伸缩雨篷防积水结构优化设计

周志红，张鑫，高晓枫，唐镜

（湖南工业职业技术学院，长沙 410208）

0 引言

随着社会经济的快速发展，人们的审美逐渐提高，对各类建筑主入口造型的要求也越来越高，雨篷作为各类建筑造型的重要组成部分，被设计成丰富多样的造型成为生活中一道亮丽的风景。而曲臂式伸缩雨篷是经常见到的一种工业产品，它不仅能起到遮风挡雨的作用，还可以产生很好的遮阳效果，减少阳光直射带来的负面影响[1-3]。通过在中国知网、万方数据平台上搜索发现：针对曲臂式伸缩雨篷产品结构设计方面的期刊论文较少，而主要集中研究钢结构雨篷、混凝土雨篷与玻璃雨篷的结构设计、施工技术及操作控制等方面。如孙雪蕾等[4]设计一种基于光照强度和空气湿度的智能阳台遮阳遮雨装置系统，避免无法及时拉下雨篷遮阳挡雨，研究主体是雨篷展开与收拢的控制模式；刘畅等[5]对预应力钢结构悬挑雨棚进行设计并建模分析，讨论这类刚性索结构建模分析方法的合理性和便捷性，以及操作过程中的注意事项等。曲臂式伸缩雨篷主要应用于别墅、商铺、庭院等区域的遮阳、挡雨、装饰等场合，但市场上曲臂式伸缩雨篷产品结构均无法有效避免雨篷积水问题，如何通过设计解决此细节问题对提升产品市场竞争力显得至关重要，值得从业者去思考与研究。

1 曲臂式伸缩雨篷的结构特点

曲臂式伸缩雨篷作为一种被安装在建筑物上的用来遮阳挡雨的篷子，它的运用不仅可以让人们不受到烈日的暴晒，也可以实现挡雪挡雨的用途。基于这些优点，它在生活中深受大众的青睐。市场上曲臂式伸缩雨篷产品从驱动方式上分为电动和手动伸缩雨篷两种，文中以手动伸缩雨篷（如图1）为例，简要说明其结构组成。

曲臂式伸缩雨篷产品由多功能支座、卷布轴、曲臂、横梁、活动连接件、篷布及其他附件装配而成，其中多功能支座部件含有驱动器、安装底座等零组件，具有排水角度调节功能。其工作原理：曲臂组件设置了强力弹簧，利用手动或电动驱动器驱动卷布轴带动篷布，通过篷布张力来拉伸弹簧使篷布收拢；利用强力弹簧（收缩）的弹力使遮阳篷伸展，大小曲臂之间工作角度一般处于20°～160°之间[6]。曲臂式伸缩雨篷结构如图1所示，有以下问题值得去深入研究解决。

图1 曲臂式伸缩雨篷结构示意图

1）由于篷布采用大面积平铺，仅两端（卷布轴与横梁）约束，其覆盖面积的中央部分因自重而不可避免地形成中央局部沉降区域，再加上灰尘、树枝、树叶等物体的堆积，随着使用时间的推移，此沉降区域下沉现象越发明显。

2）若在雨水天气，此中央局部沉降区域会聚积雨水，随着雨水集聚越多，加上篷布的弹性变形，则中央局部沉降区域下沉越明显。此时，一般采用人工引导的方式排除积水，以免损坏雨篷，造成财产损失。

2 具有防积水功能的曲臂式伸缩雨篷结构优化设计

针对曲臂式伸缩雨篷存在积水现象，给篷布与支撑曲臂产生多余负载影响，如曲臂变形量大无法收展、结构件开裂、篷布老化加速等现象，缩短了伸缩雨篷的使用寿命。而新型防积水曲臂式伸缩雨篷通过对结构优化设计，设置导水横梁结构，采用快装快拆模式，安装于大小曲臂中间铰接处定位随动座组件上，使两侧曲臂组件活动连接，增强了雨篷整体抗扭强度。同时，导水横梁支撑部位设计成滚筒结构支撑篷布，很大程度解决了篷布中央局部沉降问题，防止积水现象，延长了雨篷的使用寿命。新型防积水曲臂式伸缩雨篷结构如图2、图3 所示。

图2 新型防积水伸缩雨篷结构方案效果图

经对比分析，新型防积水曲臂式伸缩雨篷结构在目前曲臂式伸缩雨篷基础上，增加2个定位随动座组件（如图4）和1个导水横梁组件（如图5）。先将2个定位随动座组件分别与大小曲臂铰接处销轴装配紧固，然后将导水横梁组件两端分别插入随动座102导向孔内，按图3所示固定侧挡支撑块201，使导水横梁上2个侧挡支撑块与中间支撑块均与篷布接触，起支撑作用。其中钢管202采用薄不锈钢管，定位随动座组件、侧挡支撑块201与中间支撑块203均采用ABS料或轻质且具有一定硬度的材料。

图3 新型防积雨水伸缩雨篷分解效果图

图4 定位随动座组件装配示意图101.定位块 102.随动座

图5 导水横梁组件装配示意图

2.1 装配要点

针对定位随动座组件与导水横梁组件的装配特点说明如下。

1）定位随动座组件（100）装配要点。将多功能支座与两侧曲臂组件装配好，然后在每组大小曲臂铰接处销轴上，用螺纹紧固方式装配定位块101并做防松处理，同时在定位随动座组件轴线方向上有一定微调尺寸，方便后续调整导水横梁上的3个支撑块紧贴篷布，最后将随动座102装入定位块101中，保持随动座102能灵活转动。

2）导水横梁组件（200）装配要点。先将钢管202与中间支撑203装配，并限制中间支撑203在钢管202上的轴向移动自由度，然后将钢管202插入随动座102孔中（间隙配合）并能在孔中移动顺畅，接着将侧挡支撑块201与钢管202按图3所示装配并约束其在钢管202上的轴向移动自由度，另一端装配方式同上。

完成定位随动座组件与导水横梁组件装配后，检查导水横梁上的3个支撑块与篷布贴合状态，最终装配效果如图6所示。

图6 导水横梁组件装配效果示意图

2.2 关键质量控制点

新型防积水曲臂式伸缩雨篷产品整个装配过程，需要重点关注以下新增的关键质量控制点：

1）定位随动座组件，确保随动座102装入定位块101中后，能灵活转动；且定位块101与大小曲臂铰接处销轴装配紧固，其轴向尺寸能微调。

2）导水横梁组件中钢管202能在随动座102导向孔中灵活移动，且侧挡支撑块201与中间支撑块203装配好后，均约束轴向移动自由度。

3）导水横梁组件工作尺寸（如图7）有要求，需优化计算，其数值应满足：

图7 导水横梁组件工作尺寸示意图

式中：L1为两侧曲臂组件中间铰链中心距尺寸（收缩状态），mm；L2为两侧曲臂组件中间铰链中心距尺寸（张开状态），mm。确保雨篷收缩与展开动作时，导水横梁组件工作尺寸满足技术参数要求。

3 结论

通过对曲臂式伸缩雨篷积水现象的分析，设计出一种防积水功能的曲臂式伸缩雨篷结构，采用导水横梁方案，使用中央区域篷布处于相对高位，不再沉降，从结构设计上解决积水缺陷。此技术可直接在目前伸缩雨篷结构上改进应用，易于拆装与维护，成本可控，其研究成果对曲臂式伸缩雨篷设计有一定的借鉴价值。