張新運(yùn) 韓四娃 董威 謝小東

摘 要：為了解決城市自行車存取管理不當(dāng)造成一系列交通擁堵問題，在現(xiàn)有的各類自行車停放裝置的基礎(chǔ)上，文中提出一種懸掛式立體停車庫的設(shè)計方案。該方案為一種利用升降機(jī)構(gòu)、控制系統(tǒng)、卡盤、車輪導(dǎo)槽等組成的機(jī)電系統(tǒng)。經(jīng)過測試：該停車庫可以實(shí)現(xiàn)基本的存、取功能，具有方便、空間利用率較高、操作簡便的特點(diǎn)，對于新型的自行車庫設(shè)計具有一定的參考意義。

關(guān)鍵詞：自行車;立體車庫;懸掛式

隨著“綠色環(huán)保，低碳出行”倡議的提出，共享單車逐漸成了市民出行的首選，越來越多的共享單車占據(jù)了城市的空間，導(dǎo)致出現(xiàn)擁堵及自行車隨意堆放等問題，嚴(yán)重影響了城市的市容市貌，而且還會造成一定的安全隱患[1]。越來越多的自行車開發(fā)商提出不同的自行車停車單元以解決這一問題，但效果甚微，存在很多問題。目前推出的自行車停車棚、雙層立體式停車庫、隔間式自行車停放裝置都未能較好的解決這一問題。

自行車停車棚具有成本低廉、可轉(zhuǎn)移性好、普及性強(qiáng)的特點(diǎn)，適合于自行車停放量較少、停放面積充足、停放時間短的場合;雙層立體式自行車停車庫具有結(jié)構(gòu)簡單、節(jié)約空間的特點(diǎn)，適合于自行車停放量較大、停放面積有限的場合;隔間式自行車停放裝置具有防盜、防止車輛間磨損的特點(diǎn)，適合于對自行車保護(hù)要求較高、停放時間長的場合。

本設(shè)計研究的懸掛式自行車立體停車庫可以有效地解決占地面積大、停放混亂等問題，具有安全防盜、方便、美化環(huán)境的特點(diǎn)，適合于城市發(fā)展較成熟的商業(yè)中心地段、社區(qū)街道等。

1 總體設(shè)計

1.1 停車原理

由于自行車水平放置會占用很大的空間，間接導(dǎo)致混亂的停車秩序，故采用懸掛式停放方式，利用升降機(jī)構(gòu)和放置槽可以實(shí)現(xiàn)豎直停放，可以有效提高水平空間的利用率。

1.2 方案設(shè)計

懸掛式自行車立體停車庫主要包括升降機(jī)構(gòu)、控制系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)和機(jī)架。以電動機(jī)為動力源，動力由電機(jī)經(jīng)鏈輪傳動、減速器、齒輪輸出給主軸，通過鍵連接帶動牙盤轉(zhuǎn)動再帶動鏈條，以實(shí)現(xiàn)自行車立體停車架的轉(zhuǎn)動。停車時，車前輪撞擊前輪放置槽上的彈跳開關(guān)，彈跳開關(guān)下的彈簧受壓，使前輪卡在前輪放置槽中被提升彈簧提起，當(dāng)整個自行車被提起至豎直狀態(tài)時，自行車后輪放在底板上。在取車時，自行車轉(zhuǎn)動到取車處，人手動拉下自行車即可[2]。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.1 升降機(jī)構(gòu)

升降機(jī)構(gòu)主要負(fù)責(zé)對自行車的升降存取作用。如圖1所示，升降機(jī)構(gòu)主要由滑槽、彈跳開關(guān)、前輪放置槽、提升彈簧、底板等組成。彈跳開關(guān)下裝有彈簧，安裝在前輪放置槽上。前輪放置槽上裝有提升彈簧，可將前輪放置槽沿滑槽提起。自行車在停車時，車前輪撞擊前輪放置槽上的彈跳開關(guān)，彈跳開關(guān)下的彈簧受壓，使前輪卡在前輪放置槽中被提升彈簧提起，當(dāng)整個自行車被提起至豎直狀態(tài)時，自行車后輪停放在底板上，防止掉下。

2.2 傳動系統(tǒng)

傳動系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)如圖2所示，通過齒輪與齒輪嚙合轉(zhuǎn)動，齒輪通過鍵連接帶動軸轉(zhuǎn)動，軸通過和牙盤的連接，進(jìn)而與鏈條嚙合，鏈條上裝有自行車停車單元，驅(qū)動滑槽轉(zhuǎn)動，以實(shí)現(xiàn)自行車車架的轉(zhuǎn)動。

2.3 控制系統(tǒng)

該懸掛式自行車立體停車庫的電路控制模塊主要由51單片機(jī)主控模塊、超聲波模塊、繼電器模塊、電機(jī)和電源模塊組成，可實(shí)現(xiàn)220V交流電給電機(jī)供電，通過轉(zhuǎn)220V交流電轉(zhuǎn)24V直流電，24V轉(zhuǎn)5V直流模塊給單片機(jī)供電，由單片機(jī)控制超聲波模塊和繼電器模塊實(shí)現(xiàn)距離監(jiān)測功能。另外在底座加裝限位開關(guān)，用以檢測自行車是否空位，通過限位開關(guān)反饋的信號傳給51單片機(jī)，控制車架輪的移動。

2.4 機(jī)架

自行車機(jī)架主要由單個自行車停車單元、底板組成。單個自行車停車單元由支撐架、牙盤、底板構(gòu)成。車庫的上端和下端通過鏈條進(jìn)行傳動，支撐架對整個停車裝置起支撐作用，升降機(jī)構(gòu)可與鏈條連接實(shí)現(xiàn)對車位的旋轉(zhuǎn)。

3 車庫的工作流程

該立體停車庫主要包括：存車、空位、取車三個過程。存車時，當(dāng)人靠近車庫，超聲波模塊檢測到信號，電動機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，人手動把車的前輪放在前輪放置槽中，車前輪撞擊前輪放置槽上的彈跳開關(guān)，彈跳開關(guān)下的彈簧受壓，使前輪卡在前輪放置槽中被提升彈簧提起，當(dāng)整個自行車被提起至豎直狀態(tài)時，自行車后輪停放在底板上，自動上鎖，存車結(jié)束。此時電動機(jī)開始工作，進(jìn)行空位，電動機(jī)經(jīng)鏈輪傳動和減速器、齒輪輸出給主軸，通過鍵連接帶動牙盤轉(zhuǎn)動再帶動鏈條，以實(shí)現(xiàn)自行車立體停車架的轉(zhuǎn)動，為下一位車主進(jìn)行空位。當(dāng)需要取車時，超聲波模塊檢測，電動機(jī)開始工作，將相應(yīng)的自行車轉(zhuǎn)到出車位，人手動拉下自行車，即可完成取車過程。

4 結(jié)語

目前，國內(nèi)的自行車使用者越來越多，自行車在公共場所的傳統(tǒng)停車方式占用大量空間并擾亂人行通道，一直是一個亟待解決的問題。本文提出的懸掛式立體自行車停車庫的設(shè)計方案，在很大程度上減小了自行車停車時占用的空間，又解決了自行車頻頻失竊等問題[3]。懸掛式自行車立體車庫結(jié)構(gòu)簡單、占地面積小、安全性高，獨(dú)特的停車設(shè)計也有效地提高了停車設(shè)備的空間利用率。該設(shè)計采用軟硬件相結(jié)合的方式，使得存取車輛的效率提高，提高人們的出行體驗(yàn)，讓人們享受到科技發(fā)展為交通出行帶來的便利[4]，且有著廣闊的市場應(yīng)用空間，在都市區(qū)、學(xué)校等單車密集的區(qū)域具有較強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。

參考文獻(xiàn)：

[1] 常青青.自行車智能存取立體車庫建設(shè)可行性調(diào)查研究[J].科技視界，2019（29）：12-13.

[2]譚川東，陳夢楠，劉偉，楊成宇，孫茜，包澤軍.自行車停車裝置發(fā)展研究[J].內(nèi)江科? ? ? ? ?技，2018，39（05）：97+127.

[3]盧正，劉磊.一種懸掛式立體自行車停車位的設(shè)計[J].機(jī)電信息，2017（06）：77-78.

[4]趙陽，李中武，楊狀，劉冰杰，張業(yè)明.基于雙鏈條高度差的自動立體停車庫設(shè)計[J].科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新，2019（19）：186-187.

作者簡介：

張新運(yùn)（1972-），男，漢族，籍貫：陜西富平，副教授，碩士學(xué)歷，研究方向：主要從事機(jī)械設(shè)計及理論。

基金項(xiàng)目：陜西省自然科學(xué)基礎(chǔ)研究計劃項(xiàng)目資助（2019JM-579）;西安工業(yè)大學(xué)2020年國家級大創(chuàng)項(xiàng)目（S202010702043）