基于公交车的可伸缩式台阶设计

    王睿 吕雪

    摘 要：随着低碳环保政策的实施，越来越多的人更加地注重环境的保护，以绿色出行为理念，因此，大多数人出行都优先选择公交车。然而公交车的使用性能尚存在某些欠缺，不能满足部分乘客的需求。为了解决乘客上下车不易，采用了机械式驱动装置，利用公交车开门时车身的转轴驱动台阶前伸供乘客踩踏，关门时转轴驱动台阶自动缩回车身底部的凹槽内，实现其台阶的伸缩性；为了增强装置使用安全性，采用限位传感器实现踏板伸出和缩回处的位置定位；为了提高装置的安全稳定性和使用寿命，采用了减震挡板配合减震摆杆减轻连架杆对装置产生的冲击，降低乘客踩踏台阶时的振动。

    关键词：公交车；伸缩；限位装置；减震器

    DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.07.122

    1 引言

    公交车是日常生活中非常普遍的交通工具，对于人们上、下班通勤或外出都十分便利，然而公交车在上下车时，由于底部离地面的距离较远，直接从路面跨入公交车内时会感到十分费力与不便，特别是老人、小孩或者带有重物的乘客来说更是造成相当大的困扰，甚至会发生跌倒、撞伤的危险，因此需要一种稳定可靠、占地面积小且安全美观的可伸缩式台阶，以便于公交车乘客上下车。目前公交车存在的技术缺点是供乘客上下车的台阶不能自动伸缩，没有限位装置和减震装置来保障其稳定性与安全性。

    2 伸缩式装置

    2.1 伸缩结构的构成

    伸缩结构是一种具有伸展和缩回功能的结构，它在工程技术和日常生活中有广泛的运用[1]。公交车伸缩式台阶的伸缩式结构由转轴、蜗轮、箱体、固定连架杆、台阶板组成。车门转轴与传动蜗轮上端固定连接，传动蜗轮的一侧啮合连接有传动蜗杆，传动蜗杆的下端与箱体下表面通过轴承转动连接，传动蜗轮通过挡圈固定，在车身的底部靠近固定座的一侧固定连接箱体，固定连架杆与台阶板连接。伸缩结构采用蜗杆传动的传动比大，结构紧凑，传动平稳，噪声小，机械性能、摩擦性能和热性能较好等特点[2]。

    2.2 驱动方式的比较与选定

    驱动结构可分为：弹簧驱动、气压驱动、电机驱动等。而电机驱动能够实现机构的伸缩功能并且可控。

    （1）弹簧驱动。它是通过将系统内部的扭簧等部件所储存的弹性势能释放来实现机构的展开，但不能实现机构的缩回，也就是说机构的展开是单向的。因为弹性势能所形成的驱动力不容易控制，伸展过程中会发生强烈的碰撞，会使得机构伸展过程不可控。

    （2）气压驱动。它是通过向系统中注入硬化气体来驱动机构的运动，并且通过对气体注入速度的控制使得机构运动具有可控性。气压驱动还具有质量轻、承载能力强、实用性强等特点但提供驱动力气体的储存箱无法保证其气密性，若一旦发生泄漏，将无法实现机构的展开与收缩。

    （3）电机驱动。它是机械系统中最常见的驱动方式，驱动效率高，具有良好的调速、启动、制动和反向控制性能，也易于实现自动化控制，并且工作时无环境污染。采用电机驱动时机构伸展平稳，驱动过程也易于可控，机构运动可逆。

    3 限位保护装置

    电气限位装置包括限位传感器和行程开关。当台阶板运动超过极限位置时所发出的限位信号将会被限位传感器和行程开关的控制信号系统接收。当伸出位置传感器接收到偏离系统设定位置信号之后控制系统将会释放，驱动器断开，台阶将停止运动，实现系统制动，达到限位保护的作用[3]。

    4 减震器装置

    电流变减震器利用了电流变技术，这种减震器的阻尼流变特性具有响应快、可连续控制、变化可逆、变化范围大等特点[4]。它还采用了电控技术来调节阻尼特性。其工作原理：当传感器采集的台阶震动加速度信号转化成与之信号强度成比例的电压信号，通过该信号分压输出到有源带通滤波器电路进行选频，再将信号传输到控制单元根据信号进行分析判断和控制来确定ER减震器中的电压大小以提供阻尼力的大小。如图1所示为ER减震器的控制简图，因ER流体的电流灵敏度很高，能够保证减震器在各种情况下提供合适的阻尼力，减震摆杆和减震连杆采用这样的减震器就能够有效减少台阶板所受到的各种不同大小的震动[5]。

    可伸缩式台阶设计如图2，3，4所示，图中，11-公交车车身；12-固定座；13-U型槽；21-箱体；22-传动蜗轮；23-传动蜗杆；24-固定连架杆；25-同步传动轴；26-轴承；27-挡圈；3-车门转轴；41-伸出位置传感器；42-收回位置传感器；43-控制器；51-台阶板；52-防滑垫；61-第一减震连架杆；62-第二减震连架杆；7-车门；81-减震摆杆；82-减震挡板；83-弹簧。在公交车车身11的底部开设U型槽13，在车身11的底部靠近U型槽13的两侧设置固定座12，在固定座12的两侧分别转动连接第一减震连架杆61和第二减震连架杆62，其下端铰接有台阶板51，在台阶板51的上表面设置有防滑垫52，铰接有固定连架杆24，在固定连架杆24的上侧固定连接传动蜗轮22，蜗轮侧啮合连接传动蜗杆23，传动蜗杆23的上端与车门转轴3固定连接，下端与箱体21下表面通过轴承26转动连接，传动涡轮通过挡圈27固定，在车身11的底部靠近固定座12的一侧固定连接箱体21，传动蜗轮22与箱体21转动连接，采用机械式传动与电气驱动，利用公交车开门时车身的转轴驱动台阶前伸供乘客踩踏，关门时转轴驱动台阶自动缩回车身底部的凹槽内，稳定可靠而且占地面积小，采用三组平行四边形机构作为支撑部件，承载能力强，台阶前后两侧的两组连杆支座设置有减震器，降低了乘客踩踏台阶时的振动，提高了装置的安全稳定性。

    在固定座12的两侧分别连接伸出位置传感器41和收回位置传感器42，在车身11的底部固定连接控制器43，伸出位置传感器41和收回位置传感器42均通过信号线与控制器43连接，当台阶伸缩出现故障时，系统会感应到位置错误并发出警报，增强了装置使用时的安全性。

    在箱体21底部的一侧铰接有摆杆81，在摆杆81的中端固定连接弹簧83，弹簧上端与箱体固定连接，摆杆81的下端铰接减震挡板82，在台阶伸出、联架杆下落时，由减震挡板配合减震摆杆减轻连架杆对装置产生的沖击，提高了使用寿命。

    5 结语

    根据相关调查，国家标准《机动车运行安全技术条件》第八章第七条明确规定：“客车的第一级踏板高度不大于400mm”，显然公交车都符合规定，但是这样的高度对于老年人和有些携带重物的人来说是非常不便的。该设计解决了公交车“门槛高”的问题，实现了台阶的可伸缩，利用限位装置和减震器使得公交车可伸缩式台阶设计更加的安全可靠。

    参考文献：

    [1]刘杏，陈威，戴金耀，王伟.一种基于单片机控制的自动伸缩桌设计原理[J].林产工业，2017，44（07）：35-39+43.

    [2]赵延岭，杨文凯.蜗轮传动优缺点及研究方向[J].一重技术，2006

    （04）：19-20.

    [3]程亚静，李杨，熊霞元.程学艳限位保护装置在转台中的应用研究[J].航空精密制造技术，2012，48（02）：58-59+62.

    [4]陈旭.电流变液体减振器及其阻尼介质特性的研究[J].重庆大学，2003.

    [5]欧阳兆彰，王大承.摩托车减震器的结构特性分析[J].五邑大学学报（自然科学版），2007（03）：28-34.

    基金：国家级大学生创新训练项目：基于公交车的变形可伸缩式阶梯设计（201810959068）

    *为通讯作者