基于公交車的可伸縮式臺階設計

王睿 呂雪

摘 要：隨著低碳環保政策的實施，越來越多的人更加地注重環境的保護，以綠色出行為理念，因此，大多數人出行都優先選擇公交車。然而公交車的使用性能尚存在某些欠缺，不能滿足部分乘客的需求。為了解決乘客上下車不易，采用了機械式驅動裝置，利用公交車開門時車身的轉軸驅動臺階前伸供乘客踩踏，關門時轉軸驅動臺階自動縮回車身底部的凹槽內，實現其臺階的伸縮性；為了增強裝置使用安全性，采用限位傳感器實現踏板伸出和縮回處的位置定位；為了提高裝置的安全穩定性和使用壽命，采用了減震擋板配合減震擺桿減輕連架桿對裝置產生的沖擊，降低乘客踩踏臺階時的振動。

關鍵詞：公交車；伸縮；限位裝置；減震器

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

1 引言

公交車是日常生活中非常普遍的交通工具，對于人們上、下班通勤或外出都十分便利，然而公交車在上下車時，由于底部離地面的距離較遠，直接從路面跨入公交車內時會感到十分費力與不便，特別是老人、小孩或者帶有重物的乘客來說更是造成相當大的困擾，甚至會發生跌倒、撞傷的危險，因此需要一種穩定可靠、占地面積小且安全美觀的可伸縮式臺階，以便于公交車乘客上下車。目前公交車存在的技術缺點是供乘客上下車的臺階不能自動伸縮，沒有限位裝置和減震裝置來保障其穩定性與安全性。

2 伸縮式裝置

2.1 伸縮結構的構成

伸縮結構是一種具有伸展和縮回功能的結構，它在工程技術和日常生活中有廣泛的運用[1]。公交車伸縮式臺階的伸縮式結構由轉軸、蝸輪、箱體、固定連架桿、臺階板組成。車門轉軸與傳動蝸輪上端固定連接，傳動蝸輪的一側嚙合連接有傳動蝸桿，傳動蝸桿的下端與箱體下表面通過軸承轉動連接，傳動蝸輪通過擋圈固定，在車身的底部靠近固定座的一側固定連接箱體，固定連架桿與臺階板連接。伸縮結構采用蝸桿傳動的傳動比大，結構緊湊，傳動平穩，噪聲小，機械性能、摩擦性能和熱性能較好等特點[2]。

2.2 驅動方式的比較與選定

驅動結構可分為：彈簧驅動、氣壓驅動、電機驅動等。而電機驅動能夠實現機構的伸縮功能并且可控。

（1）彈簧驅動。它是通過將系統內部的扭簧等部件所儲存的彈性勢能釋放來實現機構的展開，但不能實現機構的縮回，也就是說機構的展開是單向的。因為彈性勢能所形成的驅動力不容易控制，伸展過程中會發生強烈的碰撞，會使得機構伸展過程不可控。

（2）氣壓驅動。它是通過向系統中注入硬化氣體來驅動機構的運動，并且通過對氣體注入速度的控制使得機構運動具有可控性。氣壓驅動還具有質量輕、承載能力強、實用性強等特點但提供驅動力氣體的儲存箱無法保證其氣密性，若一旦發生泄漏，將無法實現機構的展開與收縮。

（3）電機驅動。它是機械系統中最常見的驅動方式，驅動效率高，具有良好的調速、啟動、制動和反向控制性能，也易于實現自動化控制，并且工作時無環境污染。采用電機驅動時機構伸展平穩，驅動過程也易于可控，機構運動可逆。

3 限位保護裝置

電氣限位裝置包括限位傳感器和行程開關。當臺階板運動超過極限位置時所發出的限位信號將會被限位傳感器和行程開關的控制信號系統接收。當伸出位置傳感器接收到偏離系統設定位置信號之后控制系統將會釋放，驅動器斷開，臺階將停止運動，實現系統制動，達到限位保護的作用[3]。

4 減震器裝置

電流變減震器利用了電流變技術，這種減震器的阻尼流變特性具有響應快、可連續控制、變化可逆、變化范圍大等特點[4]。它還采用了電控技術來調節阻尼特性。其工作原理：當傳感器采集的臺階震動加速度信號轉化成與之信號強度成比例的電壓信號，通過該信號分壓輸出到有源帶通濾波器電路進行選頻，再將信號傳輸到控制單元根據信號進行分析判斷和控制來確定ER減震器中的電壓大小以提供阻尼力的大小。如圖1所示為ER減震器的控制簡圖，因ER流體的電流靈敏度很高，能夠保證減震器在各種情況下提供合適的阻尼力，減震擺桿和減震連桿采用這樣的減震器就能夠有效減少臺階板所受到的各種不同大小的震動[5]。

可伸縮式臺階設計如圖2，3，4所示，圖中，11-公交車車身；12-固定座；13-U型槽；21-箱體；22-傳動蝸輪；23-傳動蝸桿；24-固定連架桿；25-同步傳動軸；26-軸承；27-擋圈；3-車門轉軸；41-伸出位置傳感器；42-收回位置傳感器；43-控制器；51-臺階板；52-防滑墊；61-第一減震連架桿；62-第二減震連架桿；7-車門；81-減震擺桿；82-減震擋板；83-彈簧。在公交車車身11的底部開設U型槽13，在車身11的底部靠近U型槽13的兩側設置固定座12，在固定座12的兩側分別轉動連接第一減震連架桿61和第二減震連架桿62，其下端鉸接有臺階板51，在臺階板51的上表面設置有防滑墊52，鉸接有固定連架桿24，在固定連架桿24的上側固定連接傳動蝸輪22，蝸輪側嚙合連接傳動蝸桿23，傳動蝸桿23的上端與車門轉軸3固定連接，下端與箱體21下表面通過軸承26轉動連接，傳動渦輪通過擋圈27固定，在車身11的底部靠近固定座12的一側固定連接箱體21，傳動蝸輪22與箱體21轉動連接，采用機械式傳動與電氣驅動，利用公交車開門時車身的轉軸驅動臺階前伸供乘客踩踏，關門時轉軸驅動臺階自動縮回車身底部的凹槽內，穩定可靠而且占地面積小，采用三組平行四邊形機構作為支撐部件，承載能力強，臺階前后兩側的兩組連桿支座設置有減震器，降低了乘客踩踏臺階時的振動，提高了裝置的安全穩定性。

在固定座12的兩側分別連接伸出位置傳感器41和收回位置傳感器42，在車身11的底部固定連接控制器43，伸出位置傳感器41和收回位置傳感器42均通過信號線與控制器43連接，當臺階伸縮出現故障時，系統會感應到位置錯誤并發出警報，增強了裝置使用時的安全性。

在箱體21底部的一側鉸接有擺桿81，在擺桿81的中端固定連接彈簧83，彈簧上端與箱體固定連接，擺桿81的下端鉸接減震擋板82，在臺階伸出、聯架桿下落時，由減震擋板配合減震擺桿減輕連架桿對裝置產生的沖擊，提高了使用壽命。

5 結語

根據相關調查，國家標準《機動車運行安全技術條件》第八章第七條明確規定：“客車的第一級踏板高度不大于400mm”，顯然公交車都符合規定，但是這樣的高度對于老年人和有些攜帶重物的人來說是非常不便的。該設計解決了公交車“門檻高”的問題，實現了臺階的可伸縮，利用限位裝置和減震器使得公交車可伸縮式臺階設計更加的安全可靠。

參考文獻：

[1]劉杏，陳威，戴金耀，王偉.一種基于單片機控制的自動伸縮桌設計原理[J].林產工業，2017，44（07）：35-39+43.

[2]趙延嶺，楊文凱.蝸輪傳動優缺點及研究方向[J].一重技術，2006

（04）：19-20.

[3]程亞靜，李楊，熊霞元.程學艷限位保護裝置在轉臺中的應用研究[J].航空精密制造技術，2012，48（02）：58-59+62.

[4]陳旭.電流變液體減振器及其阻尼介質特性的研究[J].重慶大學，2003.

[5]歐陽兆彰，王大承.摩托車減震器的結構特性分析[J].五邑大學學報（自然科學版），2007（03）：28-34.

基金：國家級大學生創新訓練項目：基于公交車的變形可伸縮式階梯設計（201810959068）

*為通訊作者