于翠玉，馬海洋，殷海紅，虞國(guó)強(qiáng)，韓世河

（濰坊職業(yè)學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院，山東 濰坊 261031）

0 引言

公共自行車成為一種綠色交通工具，既保留了非機(jī)動(dòng)車的輕便，又融入機(jī)動(dòng)車的方便，而且車身占用車位小，大大提高了非機(jī)動(dòng)車道的通行效率，非常適合城市內(nèi)短程出行，具有其他交通工具無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)，所以自行車作為一種環(huán)保交通工具越來(lái)越受到人們的青睞。然而，公共自行車的存放侵占城市公共空間卻成為一個(gè)急需解決的問題[1]?，F(xiàn)有的公共自行車存放大多停放在馬路旁人行道邊，影響公共出行空間。

現(xiàn)階段，國(guó)內(nèi)外常見的立體車庫(kù)大多是停放汽車，立體自行車車庫(kù)基本沒有出現(xiàn)。雖然市面上有許多自行車存儲(chǔ)裝備，但這種自行車庫(kù)投資較大，且需配合土建工作才能完成，成本較高。而本文設(shè)計(jì)的CHJ新型立體公共自行車車庫(kù)占地面積小，結(jié)構(gòu)緊湊，不需要配合大的土建工程，通過立柱安裝在地面上，外形設(shè)計(jì)美觀，不影響市容，車輛存取方便快捷，通過車庫(kù)的收納保護(hù)，可減少自行車的自然損壞及人為破壞，有效延長(zhǎng)公共自行車的使用壽命，降低維護(hù)成本。

1 整體結(jié)構(gòu)

CHJ新型立體公共自行車車庫(kù)改變了以往沿地面停放的格局，通過創(chuàng)新設(shè)計(jì)的機(jī)械機(jī)構(gòu)使公共自行車集中向上放置到封閉立體的自行車車庫(kù)中，通過鏈輪鏈條傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)自行車垂直上下移動(dòng)及進(jìn)出車庫(kù)。CHJ新型立體公共自行車車庫(kù)的總裝配圖如圖1所示，整個(gè)車庫(kù)由傳動(dòng)軸、掛車桿、托車板、從動(dòng)鏈盤、提車板、外罩、立柱、傳動(dòng)鏈、驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)、蝸輪蝸桿減速器、主動(dòng)鏈盤、自行車固定端插口等部件組成。

圖1 CHJ新型立體公共自行車車庫(kù)總裝配圖

立體自行車車庫(kù)整體是通過兩根立柱支撐在地面之上，整體向地面投影的占地面積約為4 m2左右，自行車從車庫(kù)最下方被帶入內(nèi)部，通過順、逆時(shí)針循環(huán)的方式實(shí)現(xiàn)自行車的存入和取出功能，根據(jù)使用人的存取需要，利用智能控制系統(tǒng)，按順逆時(shí)針方向，將最近的自行車旋轉(zhuǎn)到存取口，進(jìn)行車輛的存取操作，快捷方便。公共自行車庫(kù)系統(tǒng)配備信息顯示模塊，可將各種信息形象地傳輸給顯示模塊。當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)，通過遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)發(fā)送信息到管理中心，以便及時(shí)處理，從而提高了整體的運(yùn)行效率和可靠性。

2 工作原理

2.1 機(jī)械傳動(dòng)分析

立體自行車車庫(kù)內(nèi)部的核心機(jī)構(gòu)是通過鏈條鏈輪傳動(dòng)來(lái)帶動(dòng)載車機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)自行車的存取功能，如圖1所示，首先驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)9將動(dòng)力通過蝸輪蝸桿減速器10傳遞給傳動(dòng)軸1，傳動(dòng)軸兩端連接有兩個(gè)主動(dòng)鏈盤11，兩個(gè)主動(dòng)鏈盤分別與車庫(kù)上方的兩個(gè)從動(dòng)鏈盤4通過傳動(dòng)鏈條8相連接，需要指出的是，主動(dòng)鏈盤之間安裝有驅(qū)動(dòng)軸，用來(lái)驅(qū)動(dòng)兩鏈盤同時(shí)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，而從動(dòng)鏈盤之間沒有驅(qū)動(dòng)軸，從動(dòng)鏈盤的動(dòng)力均來(lái)自于其下方的主動(dòng)鏈盤，這樣設(shè)計(jì)的目的是在自行車被帶到頂部時(shí)，避免與驅(qū)動(dòng)軸發(fā)生碰撞。

提車板5垂直焊接在托車板3上，并將托車板一分為二，一個(gè)托車板上可以放置兩輛公共自行車，掛車桿2穿過提車板上方的兩個(gè)套管，并與提車板、托車板形成一個(gè)承載自行車的整體部件。CHJ新型立體公共自行車車庫(kù)截面圖如圖2所示，掛車桿的兩端分別與兩側(cè)的鏈條相連接，在鏈條的帶動(dòng)下，掛車桿連同托車板一同帶動(dòng)兩輛自行車上下運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)自行車在車庫(kù)內(nèi)部的循環(huán)存儲(chǔ)。每個(gè)托車板被提車板分成兩部分，分別放置兩輛自行車，為提升空間利用率，兩輛自行車相對(duì)放置，在托車板上設(shè)計(jì)有鎖車器，用于車輛信息的出入庫(kù)及車輛的固定。

圖2 CHJ新型立體公共自行車車庫(kù)截面圖

由于自行車車庫(kù)的車輛存儲(chǔ)是分布在立柱兩側(cè)，在存取過程中會(huì)頻繁出現(xiàn)立柱兩側(cè)自行車的儲(chǔ)存量不同，從而造成車庫(kù)內(nèi)部載荷不均的情況，為防止載荷不均造成車庫(kù)傾斜，在控制系統(tǒng)中增加了載荷檢測(cè)傳感器，使用者對(duì)自行車完成存取操作后，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)會(huì)根據(jù)傳感器發(fā)出的信號(hào)使托車板旋轉(zhuǎn)到合適位置，確保立柱兩側(cè)的載荷相等[2]。

2.2 車輛存取分析

CHJ新型立體公共自行車車庫(kù)核心系統(tǒng)使用單片機(jī)或PLC進(jìn)行控制，可與目前使用的公共自行車卡系統(tǒng)相互融合，使用者在車庫(kù)最下方的車輛存取口處按下存、取車功能按鍵（或刷卡存、取車），控制系統(tǒng)接到指令后按照內(nèi)部設(shè)定程序一步步運(yùn)行，將信息傳送給各執(zhí)行機(jī)構(gòu)并最終帶動(dòng)主從動(dòng)鏈輪旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而帶動(dòng)車庫(kù)內(nèi)部的托車板在車庫(kù)內(nèi)部循環(huán)運(yùn)動(dòng)[3]。

因?yàn)檐噹?kù)中一個(gè)托車板上可以放置兩輛自行車，所以該自行車庫(kù)采用雙向存車、取車的設(shè)計(jì)方式，在這種設(shè)計(jì)方式中，兩名使用者可以同時(shí)對(duì)車庫(kù)存取口處的托車板上的車輛進(jìn)行存取。

通過對(duì)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，對(duì)自行車的存取順序進(jìn)行了科學(xué)的規(guī)劃，計(jì)算出最優(yōu)存取路線，即使用者在存取車時(shí)，系統(tǒng)根據(jù)存車或取車信號(hào)，驅(qū)動(dòng)鏈輪正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，從而將車庫(kù)中離存取口最近的無(wú)自行車或載有自行車的托車板旋轉(zhuǎn)到車庫(kù)的存取口，供使用者存取車輛。

3 市場(chǎng)前景分析

當(dāng)今各大城市均已大規(guī)模使用公共自行車系統(tǒng)，形成了一套較成熟的公共自行車運(yùn)營(yíng)模式。隨著公共自行車熱潮的持續(xù)，將有更多的公共自行車投入到城市的街道中，由于其在路邊分散式的排列方式，造成了大量的公共綠地和人行道被公共自行車占據(jù)，CHJ新型立體公共自行車車庫(kù)將原來(lái)沿地面排列的自行車實(shí)現(xiàn)立體存儲(chǔ)，有效釋放了公共綠地空間，將帶來(lái)巨大的社會(huì)效益。

CHJ新型立體公共自行車車庫(kù)釋放城市空間的對(duì)比圖如圖3所示，圖3中左側(cè)為目前城市公共自行車的排列方式，24輛自行車占用了大片的城市道路和綠地空間，而右圖中兩座立體自行車車庫(kù)即可將24輛公共自行車收納其中，提升城市形象的同時(shí)，為城市釋放了公共綠地空間。

圖3 CHJ新型立體公共自行車車庫(kù)釋放城市空間對(duì)比

經(jīng)濟(jì)效益方面，首先，立體自行車車庫(kù)外部設(shè)計(jì)有外罩，通過噴涂廣告和架設(shè)顯示屏投放廣告的方式進(jìn)行收費(fèi)，將是投資立體自行車車庫(kù)的收益之一[4]，其次，開發(fā)獨(dú)立的APP或小程序方便用戶車輛的存取操作，起到了商業(yè)引流的作用，投資者可獲得更高的資金回報(bào)。

4 自行車車庫(kù)布局模式

目前，由于城市中心區(qū)域城市規(guī)劃相對(duì)密集，自行車停車難是許多上班族放棄騎自行車的主要原因，所以解決停車空間問題就很大程度上解決了碳排放和交通擁擠等多項(xiàng)社會(huì)問題。

4.1 設(shè)置地面停車區(qū)域

在城市交通干線上設(shè)置立體公共自行車車庫(kù)，既要保證設(shè)置足夠數(shù)量的立體車庫(kù)的同時(shí)，還要確保不影響交通。如在地鐵車站出入口處，將使用立體自行車車庫(kù)節(jié)省出的地面空間建設(shè)成公共綠地，通過設(shè)立導(dǎo)向標(biāo)志，引導(dǎo)乘客使用公共自行車，打造綠色騎乘的理念，這樣的出行過程不僅成本較低，而且美化城市環(huán)境，有效減少土地資源的浪費(fèi)。

4.2 有效利用綠化帶

各大城市道路兩側(cè)均設(shè)置有綠化帶，各條綠化帶之間都設(shè)置一定數(shù)量的間隙，可以根據(jù)實(shí)際情況，在綠化帶的間隙之間安裝立體公共自行車車庫(kù)，并在車庫(kù)表面設(shè)置廣告顯示屏用于廣告投放，這種設(shè)置不僅減少了由于增加用地的額外建設(shè)成本，而且充分利用了現(xiàn)有城市公共資源，還可根據(jù)自行車的使用情況調(diào)整立體自行車車庫(kù)的投入規(guī)模。

4.3 車站大廳設(shè)置車庫(kù)

在車站大廳設(shè)置公共自行車立體車庫(kù)，車庫(kù)的設(shè)置位置應(yīng)靠近大廳出口處，有單獨(dú)的通道與外界道路相連，以方便乘客存取自行車。這種設(shè)置既可以最大限度地釋放車站周圍公共空間以增加汽車停車位數(shù)量，又可以方便乘客更換交通工具，增加乘客的出行方式，減少出站高峰期車輛的擁堵[5]。

5 主要技術(shù)指標(biāo)

CHJ新型立體公共自行車車庫(kù)通過必要的立柱整體安裝在地面上，向地面的投影面積約為4.4 m2，高度約為5.5 m，通過外殼將自行車庫(kù)整體包裹，下方留有存取口，方便車輛上下，該公共自行車庫(kù)可容納12輛自行車，通過主從動(dòng)鏈輪機(jī)構(gòu)帶動(dòng)6個(gè)載車板在車庫(kù)內(nèi)部旋轉(zhuǎn)，每個(gè)載車板上可放置2輛自行車，根據(jù)使用人的存取需要，通過智能控制系統(tǒng)，按順逆時(shí)針方向，將最近的載車板旋轉(zhuǎn)到存取口，進(jìn)行車輛的存取操作，快捷方便。

6 結(jié)語(yǔ)

1）CHJ新型立體公共自行車車庫(kù)，通過主從動(dòng)鏈輪鏈條帶動(dòng)載車板按順逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，使用時(shí)，鏈輪會(huì)將離地面最近且存有車輛的載車板運(yùn)送到存取口，用戶可方便地將車取出，存車時(shí)此過程亦然。

2）公共自行車車庫(kù)垂直于地面向上存儲(chǔ)自行車，減少了對(duì)地面道路及公共空間的侵占，方便了市民出行和生活。

3）公共自行車車庫(kù)對(duì)外密封，有效減少了自行車的自然損害及人為破壞，延長(zhǎng)了自行車使用壽命，降低了車輛的維護(hù)成本。車庫(kù)外罩用于廣告位運(yùn)營(yíng)，運(yùn)營(yíng)收入可用于自行車維護(hù)與發(fā)展，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益。