滑水运动卷扬机的设计与制造

李煜旻 刘素华 曹志鸿 王赵楠

（1.上海工程技术大学高职学院，上海 201620；2.上海市高级技工学校，上海 200437；3.上海石更箭数据有限公司，上海 200241）

0.引言

滑水运动是一项新兴的、近几年非常流行的水上运动项目，随着我国水上运动项目不断发展，喜欢和参与到滑水运动项目中的人群越来越多，但是由于受到场地、器材、成本等诸多方面的限制，滑水运动项目参与者数量有限。滑水运动借助牵引动力实现人在水面上“行走”，其牵引方式主要有快艇牵引和索道牵引两种（见图1和图2），相对于个人爱好者而言，这两种方式都有着价格较高、要求场地较大等缺点。

图1 快艇牵引滑水运动

图2 索道牵引滑水运动

我国国内电动自行车产业发展蓬勃，电瓶驱动技术成熟，结构简单。本文采用电动自行车的轮毂电机及其控制器结构，完成直接驱动方案设计，呈现一款结构简单、性价比高、操作方便等提升诸多性能的便携滑水运动牵引装置—高速卷扬机，激发滑水运动个人玩家活力与市场。

1.市场技术分析

国外流行的滑水牵引方式主要有两种：一种是将牵引绳的一端固定在游艇上，一端把握在玩家手上，玩家通过游艇的快速移动，操控滑板进行滑水运动；另一种是将一台专用的滑水运动卷扬机固定在陆地上，玩家拉住固定在对面装置里的皮带或者钢绳，通过卷扬机巨大的拉力实现体验滑水运动的刺激。快艇牵引的使用对场地和资金投入要求高，不适于城市体验。在自然江河湖波中通常使用卷扬机，要求其功率大、续航强，但体积和重量也都较大，不易携带与移动，对场地的要求也比较高，给城市体验的滑水运动玩家带来诸多困扰。

目前，国外在售有一款小型电动牵引装置（见图3），它使用航模电机以及航模电池驱动实现了小型化滑水运动的牵引，其供电方案采用的是4节3s电池，但是续航时间依旧很短；其动力方案采用的是双电机+齿轮传动的设计，具有结构复杂、效率较低等缺点。

图3 小型化滑水运动牵引驱动

2.结构设计方案

本项目以滑水运动体验者的主要需求为导向，综合市场现有技术的优缺点，基于上述市场技术情况分析，形成满足滑水运动体验者主要需求、降低成本、操作便捷的滑水运动卷扬机结构设计方案。本设计方案要点是：选用一台大容量电瓶提供能源；选用较大功率的电动机，提供足够的牵引力；基于电动车电瓶驱动技术完成卷扬机驱动装置设计。具体思路是选用一台电瓶车电动机，串联控制器，嵌入转把或控制按钮；连接电瓶与电动机，采用定滑轮固定皮带或钢绳的方向；整体结构以外部箱体框架支承，周边加盖板。此结构方案的优势为：（1）体积及质量大大缩小，具有便携性，在公园等小型湖泊中也可使用；（2）电瓶驱动在续航和功率上虽有减小，但性价比高，结构简单。（3）利用转把控制按钮，实现无级调速。

3.样品试制

根据项目的结构设计方案，完成滑水运动卷扬机设计图纸并试制样品如图4所示，该装置结构紧凑，功能满足使用要求，加以框架罩板即可实地使用。在图4所示的卷扬机基础上，本设计拓展开发了其升级款如图5所示，以电动独轮代步车为设计参考，采用电动独轮代步车的内部结构，在代步车的中层加入一台小功率电动机，装上控制按钮，新装入的电动机与代步车电动机共享电瓶，做到“玩到哪儿，骑到哪儿”的功能实现。

图4 滑水运动卷扬机样品

图5 升级款草图

4.结语

本文通过市场调研、对比与分析，结合滑水运动实际体验，利用电动控制技术原理完成了滑水运动卷扬机结构设计及其样品试制。该结构具有性能稳定、安全、结构简单、成本低、方便操作等特点，能够满足广大滑水运动爱好者的实际需求，具有良好实际应用和推广价值。