0 引言

近年来随着“低碳生活，绿色出行”的观念渐入人心，使用自行车作为主要的短程出行交通工具已被人们所接受。自行车作为短路程的交通工具具有简便易学、安全可靠、节省能源、绿色环保等优点，是一种能强身健体的交通工具。这些优势使得城市、学校等地自行车数量日益倍增，进而引发一系列自行车停放杂乱无序、存取费时等问题。而自行车停放设施作为城市小区环境设施的一部分，其装置设计与规划引起了学术界的广泛关注^[1-2] 。

目前市面上普遍存在的自行车停放装置分为停车架和公共智能自行车停车桩。自行车停车架分螺旋式、卡位式及双层式三种。其中螺旋式和卡位式停车架是由普通的金属制成的形状不同的栏杆，螺旋式依靠车锁将车轮固定在栏杆上，卡立式则依靠两杆之间的间隙将车轮夹持固定。这两种停车架都存在存放数目少、存取不易、存取时易造成自行车相互碰撞等缺点。双层式下层停放原理与卡位式一致，上层停放则需将抽拉架抽出，再将自行车推入抽拉架中，最后将抽拉架推回水平位置。此种停放装置虽充分利用了空间资源，解决存放数目少的问题，但却存在存放步骤繁琐费时、存取困难等缺点。公共智能自行车停车桩停放间距合理且排布整齐规律，存取者可通过专有的电子卡或电子锁存取自行车，但空间利用率较低。国外对于自行车停放装置的研究与设计已经普遍成熟^[3-5]，但国内对其的创新设计较少^[6]。因此，设计一种空间利用率高、存取快捷简便、存放数量较多、外形美观的自行车停放装置具有与一定的必要性与经济性。

1 垂直循环立体停车库设计

1.1 总体设计方案

基于上述国内普遍存在的各类自行车停车装置所存在的存放数量少、存取易受损、存取步骤繁琐费时等问题。为此，设计一款集立体化、存取便捷高效、存放数量多、外形美观于一体的自行车停车装置，其结构如下图1所示。

1-拨销及辊轮  2-停取支架  3-隔舱

 4-取车平台 5-转动导板 6-链轮 7-电机

图1 总体结构图

自行车立体停车库装置主要由拨动轮盘、转动导轨、停取支架、隔舱、链条、拨销、辊轮、顶板及电机组成。拨动轮盘用于拨动拨销，随即带动停取支架轴转动，以使得停取支架位于不同位置。转动导轨位于装置两侧，一侧转动导轨由两片大小不一的椭圆环板组成。停取支架以每5个拨销的距离均匀分布在整个转动导轨上（简化视图，图1只含一个停取支架）。隔舱用于稳定停靠自行车，每5隔舱均布于一个停取支架上，链条由多个链板组成，首尾相连安装于转动导轨两侧。顶板可对自行车停放装置进行一定的遮雨、遮阳等防护作用。

1.2 传动设计

整个自行车立体停车库的转动由步进电机来进行带动。电机与机构下部的D型轴相连，D型轴两侧末端安有与轴一起转动的拨动轮盘，拨动轮盘的槽口与拨销啮合。辊轮卡于两个大小不一的椭圆形环板的中间且与拨销和链板具有同等大小的内孔。将停取支架的光轴穿于辊轮、拨销及链板内孔，末端由套筒和紧定螺钉固定光轴。

传动部分设有控制电机转动按钮，每按一次按钮可控制电机转动一个工位。当控制电机转动时，带动下部D型轴转动，其安于D型轴上的转动轮盘即可拨动拨销，随即带动拨销上的停取支架光轴在整个转动导轨上循环运动，以此实现整个自行车立体停车库的垂直循环运动。

1.3 机构尺寸参数设计

由于自行车类型多，尺寸大小差距较大，根据中国男性和女性的平均人体尺寸并考虑南北方的差异，车型尺寸在24英寸的能满足绝大多数人的需求并取得使用效率上的平衡，由此隔舱尺寸由24英寸的自行车大小而定。据调查分析，24英寸自行车总长（前轮最前端至后轮最后端）约为1600mm，宽度（车把手最宽处）为约500mm，高度（轮胎与地面接触点到把手）约为1000mm，轮胎尺寸为660mm，轮宽54mm^[7]。则依据现有自行车尺寸，确定该立体停车库隔舱、停取支架和总体装置参数设计如下表1所示。

表1 装置参数表

Pro/E三维模型布局如下图2所示。

图2 Pro/E三维模型布局图

2. 垂直循环自行车立体停车库特点

2.1 传动特点

整个装置传动部分以拨动轮盘和带动链条为传动核心。为保证拨销在转动轨道上的运动能够连续顺畅且传动过程稳定可靠,其齿轮啮合很重要^[8]，在传统啮合传动的基础上，将拨动轮盘设计为内包拨销的结构（如下图3所示）。其具体结构为外圈等距9个凹槽，凹槽大小与拨销相配，拨动轮盘与转动导轨外圈半圆不同心，保证拨动轮盘与拨销其啮合度 。拨动轮盘设有9个等距凹槽，则控制按钮每走一个工位，拨动轮盘转动200°即可。

图3 拨动轮盘与拨销啮合图

传统的链条传动当链条的铰链磨损后,其节距会变大，易造成脱落现象，整个机构车平稳性较差^[9]。该垂直循环立体停车库其带动链条由多个大小一致的链板首尾串联而成，并与拨销及辊轮一起置于转动导轨上（如下图4所示）。有效解决了链传动磨损后脱落、啮合不当、平稳性差等问题。

图4 链条结构

2.2 存取特点及过程

现今普遍存在的自行车停取装置，在存取自行车时都只能实现单向存取，其存取效率不高。分析存取有效存取策略^[10]，设计该装置为双边存取平台。（如下图5所示），可双向同时进行存取自行车，存取效率极大提高。

图5 双向存取平台

双边平台内侧设有电磁铁。当按下控制按钮后，电磁铁自动断电1.5s后通电，当下一个停取支架达到平台时即可吸附住停取支架，防止停取车过程停取支架晃动。存入自行车时，若平台处有停车空位，可直接推入自行车进行存入；若装置顶部有停车空位，可按下控制按钮使停取支架到达平台处，推入自行车即可。提取自行车过程同存车原理一致。

2.3 各停车设备面积利用率比较

垂直循环自行车立体停车库将整个占地面积的空间部分利用起来，整个装置可容纳25辆自行车，占地总面积为13.3m²。单位面积可存车数量计算式为

            辆/m²         （1）

其中：S—每组停车装置存车后占地面积，m²；n—每组停车装置存车数，辆；

据市场调查后，利用式（1）计算螺旋式停车架、卡位式停车架、双层式停车架及公共智能自行车停车桩单位面积可存车数如下表 2所示。

表2 各停车设备单位面积可存车数表

从表中可看出，该垂直循环自行车立体停车库其存车数量较大，空间利用率与现今普遍存在的停取装置相比较高。

3 结论

相较于现有的结构单一、停车数量较少，存取效率不高的自行车停取装置。该垂直循环自行车立体停车库有着大容量、高效率存取、传动平稳顺畅的优势。为解决现今城市、小区、学校等自行车流通量较大地区存在的自行车停车杂乱、存取费时等问题提供了有利地帮助。该装置的应用及推广在促进城市低碳交通发展的同时，也为我国现今自行车停车设备的设计提供了新思路。

参考文献

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