悬挂式自行车立体停车库设计

张新运 韩四娃 董威 谢小东

摘 要：为了解决城市自行车存取管理不当造成一系列交通拥堵问题，在现有的各类自行车停放装置的基础上，文中提出一种悬挂式立体停车库的设计方案。该方案为一种利用升降机构、控制系统、卡盘、车轮导槽等组成的机电系统。经过测试：该停车库可以实现基本的存、取功能，具有方便、空间利用率较高、操作简便的特点，对于新型的自行车库设计具有一定的参考意义。

关键词：自行车;立体车库;悬挂式

随着“绿色环保，低碳出行”倡议的提出，共享单车逐渐成了市民出行的首选，越来越多的共享单车占据了城市的空间，导致出现拥堵及自行车随意堆放等问题，严重影响了城市的市容市貌，而且还会造成一定的安全隐患[1]。越来越多的自行车开发商提出不同的自行车停车单元以解决这一问题，但效果甚微，存在很多问题。目前推出的自行车停车棚、双层立体式停车库、隔间式自行车停放装置都未能较好的解决这一问题。

自行车停车棚具有成本低廉、可转移性好、普及性强的特点，适合于自行车停放量较少、停放面积充足、停放时间短的场合;双层立体式自行车停车库具有结构简单、节约空间的特点，适合于自行车停放量较大、停放面积有限的场合;隔间式自行车停放装置具有防盗、防止车辆间磨损的特点，适合于对自行车保护要求较高、停放时间长的场合。

本设计研究的悬挂式自行车立体停车库可以有效地解决占地面积大、停放混乱等问题，具有安全防盜、方便、美化环境的特点，适合于城市发展较成熟的商业中心地段、社区街道等。

1 总体设计

1.1 停车原理

由于自行车水平放置会占用很大的空间，间接导致混乱的停车秩序，故采用悬挂式停放方式，利用升降机构和放置槽可以实现竖直停放，可以有效提高水平空间的利用率。

1.2 方案设计

悬挂式自行车立体停车库主要包括升降机构、控制系统、传动系统和机架。以电动机为动力源，动力由电机经链轮传动、减速器、齿轮输出给主轴，通过键连接带动牙盘转动再带动链条，以实现自行车立体停车架的转动。停车时，车前轮撞击前轮放置槽上的弹跳开关，弹跳开关下的弹簧受压，使前轮卡在前轮放置槽中被提升弹簧提起，当整个自行车被提起至竖直状态时，自行车后轮放在底板上。在取车时，自行车转动到取车处，人手动拉下自行车即可[2]。

2 结构设计

2.1 升降机构

升降机构主要负责对自行车的升降存取作用。如图1所示，升降机构主要由滑槽、弹跳开关、前轮放置槽、提升弹簧、底板等组成。弹跳开关下装有弹簧，安装在前轮放置槽上。前轮放置槽上装有提升弹簧，可将前轮放置槽沿滑槽提起。自行车在停车时，车前轮撞击前轮放置槽上的弹跳开关，弹跳开关下的弹簧受压，使前轮卡在前轮放置槽中被提升弹簧提起，当整个自行车被提起至竖直状态时，自行车后轮停放在底板上，防止掉下。

2.2 传动系统

传动系统基本结构如图2所示，通过齿轮与齿轮啮合转动，齿轮通过键连接带动轴转动，轴通过和牙盘的连接，进而与链条啮合，链条上装有自行车停车单元，驱动滑槽转动，以实现自行车车架的转动。

2.3 控制系统

该悬挂式自行车立体停车库的电路控制模块主要由51单片机主控模块、超声波模块、继电器模块、电机和电源模块组成，可实现220V交流电给电机供电，通过转220V交流电转24V直流电，24V转5V直流模块给单片机供电，由单片机控制超声波模块和继电器模块实现距离监测功能。另外在底座加装限位开关，用以检测自行车是否空位，通过限位开关反馈的信号传给51单片机，控制车架轮的移动。

2.4 机架

自行车机架主要由单个自行车停车单元、底板组成。单个自行车停车单元由支撑架、牙盘、底板构成。车库的上端和下端通过链条进行传动，支撑架对整个停车装置起支撑作用，升降机构可与链条连接实现对车位的旋转。

3 车库的工作流程

该立体停车库主要包括：存车、空位、取车三个过程。存车时，当人靠近车库，超声波模块检测到信号，电动机停止运转，人手动把车的前轮放在前轮放置槽中，车前轮撞击前轮放置槽上的弹跳开关，弹跳开关下的弹簧受压，使前轮卡在前轮放置槽中被提升弹簧提起，当整个自行车被提起至竖直状态时，自行车后轮停放在底板上，自动上锁，存车结束。此时电动机开始工作，进行空位，电动机经链轮传动和减速器、齿轮输出给主轴，通过键连接带动牙盘转动再带动链条，以实现自行车立体停车架的转动，为下一位车主进行空位。当需要取车时，超声波模块检测，电动机开始工作，将相应的自行车转到出车位，人手动拉下自行车，即可完成取车过程。

4 结语

目前，国内的自行车使用者越来越多，自行车在公共场所的传统停车方式占用大量空间并扰乱人行通道，一直是一个亟待解决的问题。本文提出的悬挂式立体自行车停车库的设计方案，在很大程度上减小了自行车停车时占用的空间，又解决了自行车频频失窃等问题[3]。悬挂式自行车立体车库结构简单、占地面积小、安全性高，独特的停车设计也有效地提高了停车设备的空间利用率。该设计采用软硬件相结合的方式，使得存取车辆的效率提高，提高人们的出行体验，让人们享受到科技发展为交通出行带来的便利[4]，且有着广阔的市场应用空间，在都市区、学校等单车密集的区域具有较强的现实意义。

参考文献：

[1] 常青青.自行车智能存取立体车库建设可行性调查研究[J].科技视界，2019（29）：12-13.

[2]谭川东，陈梦楠，刘伟，杨成宇，孙茜，包泽军.自行车停车装置发展研究[J].内江科         技，2018，39（05）：97+127.

[3]卢正，刘磊.一种悬挂式立体自行车停车位的设计[J].机电信息，2017（06）：77-78.

[4]赵阳，李中武，杨状，刘冰杰，张业明.基于双链条高度差的自动立体停车库设计[J].科学技术创新，2019（19）：186-187.

作者简介：

张新运（1972-），男，汉族，籍贯：陕西富平，副教授，硕士学历，研究方向：主要从事机械设计及理论。

基金项目：陕西省自然科学基础研究计划项目资助（2019JM-579）;西安工业大学2020年国家级大创项目（S202010702043）