胡剑雄,郭业,单亚军,韩雪颂,夏本清,韩良
摘要：随着人们对多样性现代化娱乐生活需求的增加，本项目组针对一种新型运动——旱冰车运动进行了积极的探索，给出了旱冰车的设计方案，包括机械结构设计、踏板的可折叠结构设计、助力杆设计以及技术动作设计。并制作出旱冰车样机同时进行各种测试，确保使其成为一款新型的集娱乐性、刺性、挑战性和实用性于一体的单排轮旱冰车。基于此款旱冰车可以折叠，携带方便，不受场地和气候环境的限制，是理想的代步工具，相信新型旱冰车运动能更好地普及，真正成为一种大众化的运动，为我们的生活增添光彩。
关键词：旱冰车；可折叠；新型运动；代步工具
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）18-0190-03
一、引言
近年来，随着人民生活水平日益提高，各种各样的体育娱乐活动逐渐融入人们的日常生活之中。轮滑可以不受气候的约束，在平整的地面上滑行，因而很受人们的欢迎；在一些崇尚极限运动的西方国家，滑板运动深受体育爱好者的青睐，而且近几年来也越来越为国人喜爱；更有滑雪运动，使得在本来不宜户外运动的冬季，人们也能获得运动的激情和乐趣。诸如此类运动的发展，使得相关的运动器械有了很大的市场发展空间。可是人们并不满足于此，滑雪受到气候的限制，在南方是体验不到这项运动的乐趣；轮滑和滑板对体育爱好者来说也会有难以取舍的时候，能不能有一项运动是集这三项运动于一身，集娱乐性、刺激性、挑战性和实用性于一体呢？为此，一项新型的旱冰车运动应运而生。新型旱冰车融合轮滑、滑板和滑雪的运动特色，基于它们又完全不同于原来的运动，赋予了旱冰车全新的活力。该旱冰车运动具有很强的娱乐性，既可以单人玩耍也可以群体竞技，能使人们从繁忙、压抑的学习工作中解脱出来；旱冰车还具有其他一些运动器械所不具有的功能，即它可以作为代步工具，节省人力，速度也毫不逊色，最快时可达到自行车的速度；而且相对于轮滑来说，旱冰车不用换鞋，使用起来很方便；除此之外，旱冰车使用安全，只要带上头盔及护具，即使摔倒受伤的几率也很小，因而可以说是老少咸宜。因此本项目组要创建一种新型的运动——旱冰车运动，图1是我们的示意图，结合轮滑、滑板、滑雪三种运动的工具设计结构；满足运动要求后进行改进优化，设计可折叠结构，增强旱冰车的便携性和运动性；编排一些相关的具有挑战性、刺激性和娱乐性的技术动作，提高其娱乐性和竞技性；最后在校内外开展推广宣传活动，争取将该运动打造成大众化的项目。
二、旱冰车机械结构设计
1.旱冰车车体设计。旱冰车的结构我们进行了两个阶段的设计，第一阶段考虑到单排轮旱冰车的代步工具功能，对于车轮及车轮支架的设计，以轮滑鞋为参考，采用四轮一排的机构，将人体的重力分散到四个车轮之上，以减小车轮的强度设计要求，如图2所示。
第二阶段实现运动要求后，考虑到实际运用和推广，单排轮旱冰车的机械结构兼顾了轮滑和滑板的结构特征，但是为了实现携带方便，且兼顾可靠等特点，需要将踏板实现可折叠功能。对于折叠，组员们提出了两种方案，即向下折叠和向上折叠两种方案。其中，向下折叠的方案，更为节省空间，但需要考虑到人在踏板上的支撑问题，防止人在踏板上压力过大，使踏板自动折起来，增加了滑行过程中的危险性，因而最后决定采用向上折叠的方案，该方案可行性高、安全性更强。最后，我们还做了适当地美化，消除一代车的尖锐棱角，并增加了适量的弧线图案，不仅更加美观，还能节约了很多材料，如图3所示。
2.旱冰车助力杆设计。此旱冰车运动配备了助力杆，依靠双手施力作为动力使旱冰车前进，但助力杆的作用不仅仅是提供动力，它还可以更好的让运动者保持平衡，而且使旱冰车也具有了滑雪运动的特点。助力杆在设计研究时，需要充分考虑便携性和可靠性，因此要求不仅携带方便，而且能够满足强度要求，所以将主要采用碳纤维材料，把助力杆做成可伸缩式，这样既轻便又结实。在需要使用时，可逐节拉出，不用时再逐节缩回放入背包中即可。
3.材料选择。①单排轮的选择，轮子必须是高弹性轮，绝不能是塑料轮子。一般高弹性轮子比较软，弹性较好。至于轮子大小，项目组原先设计的是使用4*110mm的单排轮，但是在实验中发现，轮子直径过大导致车体重心高，不利于运动者保持平衡。经过试验，最终定出了两种轮子排列方式：一种是四个轮分别为72/76/76/72mm排列的方式，在这种配置中，中间的两个轮子较两端的轮子大一点，这种配置有利于减少与地面的接触。其配置的优点就是：两端轮子及其灵活轻便，转弯半径小，但同时带来的不足之处就是缺乏稳定性，对新手来说比较难把握；另一种是四个轮子为72/72/72/72mm，这种配置的特点就是4个轮子同时着地，有较好的速度和稳定性，同时带来它的缺点就是不大轻便灵巧，转弯较为困难。②踏板材料的选择，经过考虑，我们先用木头和铝合金两种材料。实践中发现，木材虽轻但强度不够好，且不容易加工螺纹，无法紧定好；而铝合金材料材质相对其他金属较轻，强度好，且易于用螺纹固定，是较好的踏板材料。但是，为了更好地实现折叠功能，并最大程度地减轻车身重量，我们选中了塑料3D打印。3D打印使用灵活，可以根据不同的方案设计图打出不同的图形，在前期的设计阶段方案尚不成熟，比起开模具可以节省很多研发费用，而且有利于得到最佳效果。采用了特殊的塑料ABS，这种材料不仅强度可以满足我们的要求，而且它的质量更为轻便，为我们的折叠也提供了便捷！ABS塑料有优良的力学性能，其冲击强度极好，兼具韧、硬、刚相均衡，可以在极低的温度下使用；具有优良的耐磨性，尺寸稳定性好，因此ABS塑料是一种用途极广的热塑性工程塑料。ABS塑料常规性能参数：密度为1.05—1.18g/cm3，收缩率为0.4%—0.9%，弹性模量值为0.2Gpa，泊松比值为0.394，屈服强度为50MPa，抗弯强度为80Mpa，抗剪强度为24Mpa，吸湿性<1%，熔融温度217—237℃，热分解温度>250℃。
4.旱冰车机械结构校核。针对图三所示的旱冰车结构，用两种方法校核如下。我们假设一名普通运动者的体重为70kg，则分配到四块踏板上的重量分别为：前板20kg，20kg；后板15kg，15kg。
方法一：分析旱冰车踏板的结构，可以把其简化为一个简单的悬臂梁进行校核。
1）已知后踏板参数l=90mm，b=70mm，h=10mm，
则q=■=■=1.67N/mm，
σmax=■=■
=5.80MPa≤[σ]，
τmax=■=■=0.322MPa≤[τ]
2）已知前踏板参数l=120mm，b=100mm，h=10mm，
则q=■=■=1.67N/mm，
σmax=■=■=7.21MPa≤[σ]，
τmax=■=■=0.301MPa≤[τ]
由上面分析可知按如上参数设计旱冰车结构符合强度要求。
方法二：利用Solidworks制图软件进行受力分析，分析结果如下：
图4 前踏板应力云图 图5 前踏板变形量云图
由图4可以看出，前踏板上的所受的应力值为0.021～17.114Mpa，远小于ABS塑料的最大屈服强度50Mpa，因此符合设计要求；由图5可以看出，前踏板受载荷后的型变量最大为1.853mm，在允许范围内。
图6 后踏板应力云图 图7 后踏板变形量云图
由图6可以看出，后踏板上的所受的应力值为0.006～9.165Mpa，远小于ABS塑料的最大屈服强度50Mpa，因此符合设计要求；由图7可以看出，后踏板受载荷后的型变量最大为1.961mm，在允许范围内。
三、技术动作设计与编排
为了能够作为大众运动形式，也为了增加娱乐的趣味性和刺激性，还将对一些技术动作做出研究设计和编排。主要包括：基础动作（如前进，转弯）、过障、旋转、空中翻转等花样动作。项目组将以花样轮滑，花样滑雪以及花样滑板的一些技术动作为参考研究对象，设计出一套适用于单排轮旱冰车的技术动作，使得其能够真正变成一项具有趣味性、刺激性和挑战性的全民运动。具体动作如下：1）蛇形滑行，也称S形滑行，按特定弧线轨道或障碍滑行；2）下蹲滑行，缩短助力杆到适当高度，运动者下蹲滑行；3）定点跳跃，滑行到适当高度的凸台位置，旱冰车随人跳跃，保持落地平稳；4）跳跃翻转，滑行过程中跳跃，四个车轮需同时离地，同时在空中实现180°、360°不等难度翻转；5）单轮顶地，由助力杆协助后三轮子离地，全轮单独顶地滑行一定距离这些动作是根据小组成员在平常的训练过程中所总结出来，还处于初期动作设计阶段，相信随着运动的推广和运动爱好者们的共同开发，会有更多更加完善、更加有趣且更具挑战性的技术动作。
四、旱冰车样机测试
基于上述设计方案，我们制作出了旱冰车样机并进行了测试，如图8所示。
测试结果显示，此旱冰车可以顺利实现前进，转弯等基本动作，车体结构可靠、轻便，轮架选择大小合适，助力杆收缩方便。相信多加练习，也可以像滑旱冰、滑雪一样，实现跳跃，旋转等各种花样动作。并在不久的将来，旱冰车运动足以成为一种及娱乐竞技于一身的新型运动。
五、结束语
本项目组针对一种新型运动——旱冰车运动进行了积极的探索，该运动结合了轮滑、滑板和滑雪三项运动于一身，使该运动在最大程度上减小了气候场地等限制，同时体验到多项不同运动的乐趣。该运动可以让我们体验到别样的魅力。相对于轮滑来说，此旱冰车整体重量较轻，可以折叠，携带方便，而且在不适用的场合，不需要换鞋；相对于滑雪板来说，此旱冰车并不受气候环境的影响，只要是在平地，就可以使用。另外，此旱冰车速度快，最大速度时可达自行车的速度，是理想的代步工具。通过编排一些相关的具有挑战性、刺激性和娱乐性的技术动作，更好的将其推广开来。该运动具有很强的娱乐性和趣味性，通过这项运动，可使人们从平时紧张、繁重的学习和工作中解脱出来，达到身心放松的目的；同时它又是一项全身性运动，它能促进心脑血管系统和呼吸系统机能的改善和代谢作用的加强，能增强臂、腿、腰、腹等肌肉的力量和身体各个关节的灵活性，特别是对人掌握平衡能力上有很大作用，具有很好的健身性；除了上述两个特性外，该运动还具有很多体育项目所不具备的一个特性，就是它可以当作交通工具。一般情况下，在平整的路面上，它都可以代步成为交通工具。在交通越来越拥挤的今天，旱冰车也不失为一种流行和时髦的交通工具。不过，在穿梭于车来人往的大街上时，一定要注意交通安全。总之，希望新型旱冰车运动能更好地普及，真正成为一种大众化的运动，为我们的生活增添光彩。
参考文献：
[1]秦吉宏.我国轮滑现状与发展战略研究[D].硕士学位论文，北京：北京体育大学，2006.
[2]韦见凡，丁旭编.轮滑技巧图解[M].北京体育大学出版社，2006.
[3]蒋旻昱.折叠自行车设计探索[J].上海：包装工程，2010，31（10），16-18.
[4]罗小发.CAD/CAAPP/CAM技术在模具设计制造中的应用[J].橡塑技术与装备，2005，31（8），54-60.
[5]寿宏晓，张国凤，彭来湖.自动感应伸缩的雨布晾衣架[P].浙江：中国CN10115847，2008.
[6]高泽远，王金.机械设计基础课程设计[M].沈阳：东北工学院出版社，1987.
4.旱冰车机械结构校核。针对图三所示的旱冰车结构，用两种方法校核如下。我们假设一名普通运动者的体重为70kg，则分配到四块踏板上的重量分别为：前板20kg，20kg；后板15kg，15kg。
方法一：分析旱冰车踏板的结构，可以把其简化为一个简单的悬臂梁进行校核。
1）已知后踏板参数l=90mm，b=70mm，h=10mm，
则q=■=■=1.67N/mm，
σmax=■=■
=5.80MPa≤[σ]，
τmax=■=■=0.322MPa≤[τ]
2）已知前踏板参数l=120mm，b=100mm，h=10mm，
则q=■=■=1.67N/mm，
σmax=■=■=7.21MPa≤[σ]，
τmax=■=■=0.301MPa≤[τ]
由上面分析可知按如上参数设计旱冰车结构符合强度要求。
方法二：利用Solidworks制图软件进行受力分析，分析结果如下：
图4 前踏板应力云图 图5 前踏板变形量云图
由图4可以看出，前踏板上的所受的应力值为0.021～17.114Mpa，远小于ABS塑料的最大屈服强度50Mpa，因此符合设计要求；由图5可以看出，前踏板受载荷后的型变量最大为1.853mm，在允许范围内。
图6 后踏板应力云图 图7 后踏板变形量云图
由图6可以看出，后踏板上的所受的应力值为0.006～9.165Mpa，远小于ABS塑料的最大屈服强度50Mpa，因此符合设计要求；由图7可以看出，后踏板受载荷后的型变量最大为1.961mm，在允许范围内。
三、技术动作设计与编排
为了能够作为大众运动形式，也为了增加娱乐的趣味性和刺激性，还将对一些技术动作做出研究设计和编排。主要包括：基础动作（如前进，转弯）、过障、旋转、空中翻转等花样动作。项目组将以花样轮滑，花样滑雪以及花样滑板的一些技术动作为参考研究对象，设计出一套适用于单排轮旱冰车的技术动作，使得其能够真正变成一项具有趣味性、刺激性和挑战性的全民运动。具体动作如下：1）蛇形滑行，也称S形滑行，按特定弧线轨道或障碍滑行；2）下蹲滑行，缩短助力杆到适当高度，运动者下蹲滑行；3）定点跳跃，滑行到适当高度的凸台位置，旱冰车随人跳跃，保持落地平稳；4）跳跃翻转，滑行过程中跳跃，四个车轮需同时离地，同时在空中实现180°、360°不等难度翻转；5）单轮顶地，由助力杆协助后三轮子离地，全轮单独顶地滑行一定距离这些动作是根据小组成员在平常的训练过程中所总结出来，还处于初期动作设计阶段，相信随着运动的推广和运动爱好者们的共同开发，会有更多更加完善、更加有趣且更具挑战性的技术动作。
四、旱冰车样机测试
基于上述设计方案，我们制作出了旱冰车样机并进行了测试，如图8所示。
测试结果显示，此旱冰车可以顺利实现前进，转弯等基本动作，车体结构可靠、轻便，轮架选择大小合适，助力杆收缩方便。相信多加练习，也可以像滑旱冰、滑雪一样，实现跳跃，旋转等各种花样动作。并在不久的将来，旱冰车运动足以成为一种及娱乐竞技于一身的新型运动。
五、结束语
本项目组针对一种新型运动——旱冰车运动进行了积极的探索，该运动结合了轮滑、滑板和滑雪三项运动于一身，使该运动在最大程度上减小了气候场地等限制，同时体验到多项不同运动的乐趣。该运动可以让我们体验到别样的魅力。相对于轮滑来说，此旱冰车整体重量较轻，可以折叠，携带方便，而且在不适用的场合，不需要换鞋；相对于滑雪板来说，此旱冰车并不受气候环境的影响，只要是在平地，就可以使用。另外，此旱冰车速度快，最大速度时可达自行车的速度，是理想的代步工具。通过编排一些相关的具有挑战性、刺激性和娱乐性的技术动作，更好的将其推广开来。该运动具有很强的娱乐性和趣味性，通过这项运动，可使人们从平时紧张、繁重的学习和工作中解脱出来，达到身心放松的目的；同时它又是一项全身性运动，它能促进心脑血管系统和呼吸系统机能的改善和代谢作用的加强，能增强臂、腿、腰、腹等肌肉的力量和身体各个关节的灵活性，特别是对人掌握平衡能力上有很大作用，具有很好的健身性；除了上述两个特性外，该运动还具有很多体育项目所不具备的一个特性，就是它可以当作交通工具。一般情况下，在平整的路面上，它都可以代步成为交通工具。在交通越来越拥挤的今天，旱冰车也不失为一种流行和时髦的交通工具。不过，在穿梭于车来人往的大街上时，一定要注意交通安全。总之，希望新型旱冰车运动能更好地普及，真正成为一种大众化的运动，为我们的生活增添光彩。
参考文献：
[1]秦吉宏.我国轮滑现状与发展战略研究[D].硕士学位论文，北京：北京体育大学，2006.
[2]韦见凡，丁旭编.轮滑技巧图解[M].北京体育大学出版社，2006.
[3]蒋旻昱.折叠自行车设计探索[J].上海：包装工程，2010，31（10），16-18.
[4]罗小发.CAD/CAAPP/CAM技术在模具设计制造中的应用[J].橡塑技术与装备，2005，31（8），54-60.
[5]寿宏晓，张国凤，彭来湖.自动感应伸缩的雨布晾衣架[P].浙江：中国CN10115847，2008.
[6]高泽远，王金.机械设计基础课程设计[M].沈阳：东北工学院出版社，1987.
4.旱冰车机械结构校核。针对图三所示的旱冰车结构，用两种方法校核如下。我们假设一名普通运动者的体重为70kg，则分配到四块踏板上的重量分别为：前板20kg，20kg；后板15kg，15kg。
方法一：分析旱冰车踏板的结构，可以把其简化为一个简单的悬臂梁进行校核。
1）已知后踏板参数l=90mm，b=70mm，h=10mm，
则q=■=■=1.67N/mm，
σmax=■=■
=5.80MPa≤[σ]，
τmax=■=■=0.322MPa≤[τ]
2）已知前踏板参数l=120mm，b=100mm，h=10mm，
则q=■=■=1.67N/mm，
σmax=■=■=7.21MPa≤[σ]，
τmax=■=■=0.301MPa≤[τ]
由上面分析可知按如上参数设计旱冰车结构符合强度要求。
方法二：利用Solidworks制图软件进行受力分析，分析结果如下：
图4 前踏板应力云图 图5 前踏板变形量云图
由图4可以看出，前踏板上的所受的应力值为0.021～17.114Mpa，远小于ABS塑料的最大屈服强度50Mpa，因此符合设计要求；由图5可以看出，前踏板受载荷后的型变量最大为1.853mm，在允许范围内。
图6 后踏板应力云图 图7 后踏板变形量云图
由图6可以看出，后踏板上的所受的应力值为0.006～9.165Mpa，远小于ABS塑料的最大屈服强度50Mpa，因此符合设计要求；由图7可以看出，后踏板受载荷后的型变量最大为1.961mm，在允许范围内。
三、技术动作设计与编排
为了能够作为大众运动形式，也为了增加娱乐的趣味性和刺激性，还将对一些技术动作做出研究设计和编排。主要包括：基础动作（如前进，转弯）、过障、旋转、空中翻转等花样动作。项目组将以花样轮滑，花样滑雪以及花样滑板的一些技术动作为参考研究对象，设计出一套适用于单排轮旱冰车的技术动作，使得其能够真正变成一项具有趣味性、刺激性和挑战性的全民运动。具体动作如下：1）蛇形滑行，也称S形滑行，按特定弧线轨道或障碍滑行；2）下蹲滑行，缩短助力杆到适当高度，运动者下蹲滑行；3）定点跳跃，滑行到适当高度的凸台位置，旱冰车随人跳跃，保持落地平稳；4）跳跃翻转，滑行过程中跳跃，四个车轮需同时离地，同时在空中实现180°、360°不等难度翻转；5）单轮顶地，由助力杆协助后三轮子离地，全轮单独顶地滑行一定距离这些动作是根据小组成员在平常的训练过程中所总结出来，还处于初期动作设计阶段，相信随着运动的推广和运动爱好者们的共同开发，会有更多更加完善、更加有趣且更具挑战性的技术动作。
四、旱冰车样机测试
基于上述设计方案，我们制作出了旱冰车样机并进行了测试，如图8所示。
测试结果显示，此旱冰车可以顺利实现前进，转弯等基本动作，车体结构可靠、轻便，轮架选择大小合适，助力杆收缩方便。相信多加练习，也可以像滑旱冰、滑雪一样，实现跳跃，旋转等各种花样动作。并在不久的将来，旱冰车运动足以成为一种及娱乐竞技于一身的新型运动。
五、结束语
本项目组针对一种新型运动——旱冰车运动进行了积极的探索，该运动结合了轮滑、滑板和滑雪三项运动于一身，使该运动在最大程度上减小了气候场地等限制，同时体验到多项不同运动的乐趣。该运动可以让我们体验到别样的魅力。相对于轮滑来说，此旱冰车整体重量较轻，可以折叠，携带方便，而且在不适用的场合，不需要换鞋；相对于滑雪板来说，此旱冰车并不受气候环境的影响，只要是在平地，就可以使用。另外，此旱冰车速度快，最大速度时可达自行车的速度，是理想的代步工具。通过编排一些相关的具有挑战性、刺激性和娱乐性的技术动作，更好的将其推广开来。该运动具有很强的娱乐性和趣味性，通过这项运动，可使人们从平时紧张、繁重的学习和工作中解脱出来，达到身心放松的目的；同时它又是一项全身性运动，它能促进心脑血管系统和呼吸系统机能的改善和代谢作用的加强，能增强臂、腿、腰、腹等肌肉的力量和身体各个关节的灵活性，特别是对人掌握平衡能力上有很大作用，具有很好的健身性；除了上述两个特性外，该运动还具有很多体育项目所不具备的一个特性，就是它可以当作交通工具。一般情况下，在平整的路面上，它都可以代步成为交通工具。在交通越来越拥挤的今天，旱冰车也不失为一种流行和时髦的交通工具。不过，在穿梭于车来人往的大街上时，一定要注意交通安全。总之，希望新型旱冰车运动能更好地普及，真正成为一种大众化的运动，为我们的生活增添光彩。
参考文献：
[1]秦吉宏.我国轮滑现状与发展战略研究[D].硕士学位论文，北京：北京体育大学，2006.
[2]韦见凡，丁旭编.轮滑技巧图解[M].北京体育大学出版社，2006.
[3]蒋旻昱.折叠自行车设计探索[J].上海：包装工程，2010，31（10），16-18.
[4]罗小发.CAD/CAAPP/CAM技术在模具设计制造中的应用[J].橡塑技术与装备，2005，31（8），54-60.
[5]寿宏晓，张国凤，彭来湖.自动感应伸缩的雨布晾衣架[P].浙江：中国CN10115847，2008.
[6]高泽远，王金.机械设计基础课程设计[M].沈阳：东北工学院出版社，1987.
