摩天轮式自行车停放装置设计

    吴启舟 陈善荣 曾钦 周左斌 宋佳雨 梁龙 张楚佩

    摘 要：为响应低碳环保概念，改善自行车停放安全性、停放乱和占地多等问题，设计一种摩天轮式自行车停车装置，该装置主要采用半自动智能电控装置，通过电机驱动链轮带动悬挂的停车架完成特定运动，实现智能控制停取自行车的过程。

    关键词：自行车停车装置；摩天轮式；智能电控

    中图分类号：U491225 文献标识码：A

    doi：10.14031/j.cnki.njwx.2019.05.005

    Design of Ferris Wheel Bicycle Parking Device

    Wu Qizhou， Chen Shangrong， Zeng Qin， Zhou Zuobing， Song Jiayu， Liang Long， Zhang Chupei

    （College of Physics， Mechanical and Electrical Engineering ，Jishou University，Jishou 416000， China）

    Abstract：In response to low carbon environmental protection concept， improve the bicycle safety， parking problems such as disorderly and covers an area of more than， we design a ferris wheel bike parking device， the device is mainly used semi-automatic intelligent electronic control device， through the motor drive sprocket drive hanging racks to complete specific movement， realization of intelligent control stop take a bicycle.

    Key words： bicycle parking device； ferris wheel； intelligent electronic control

    0 引言

    自行車停放装置的形式多样，设计其停放装置时应实用性强，且充分利用小区草坪、绿化带或狭窄通道等区域。根据对武陵山地区的小区进行走访发现，武陵山地区的小区公共面积较小，不利于一些大型停车装置的安放，且遗留有许多尚未利用的空间。近年来，很多研究人员均对自行车停放装置进行了研究。文国富[1]等主要设计了一种轮转式自行车停放装置，在保证装置可靠性与安全性的前提下，装置占地面积1125 m2，单面可停放24辆自行车，停放相同数量的自行车面积利用率达到192%；谈文浩等[2]主要设计了错位悬挂式自行车停放系统，该系统处于一个全封闭的装置中，采用了高低错位、立体悬挂的停车方式，通过控制系统完成自动停车取车过程；曾兵等[3]主要设计了基于PLC控制的轮式自行车停放装置，将停放装置设计成立式转盘结构， 用PLC控制系统技术，使得自行车停放提取方便快捷；周哲等[4]主要设计了一种新型自行车停靠装置，将自行车悬挂起来；刘长川[5]主要设计了校园自行车停放租赁系统，结合校园实际进行相关设计研究。通过以上叙述，故需设计的停车装置应具有以下优点：（1）适应性强，空间利用率高；（2）操作方便，实现一定的自动化，后期维修成本低；（3）尽可能与小区里的其他空间和公共设施相结合。为实现在一定空间内能停放更多自行车、停车装置与环境相融合和充分利用垂直空间，摩天轮型自行车停车装置便正是其选择。

    1 总体结构设计

    摩天轮停车装置就是像摩天轮一样可以旋转的在有限面积内提高自行车停放率的装置。在设计该停车装置时可将其分为四大主要部分结构：（1）支撑该装置的主体结构支架（序1）；（2）存放自行车的停车架（序4）；（3）米字形支架（序2）；（4）电控驱动装置（序3），可通过电机驱动主轴带动停车架的旋转，以停车架位于最低位，实现自行车的存取。总体结构图如图1所示。

    该支撑装置主要由两个固定支架与支架圆环焊接而成，米字支架由支杆与米字圆环焊接而成，停车架是由底框焊接，与停车位通过螺栓连接固定并与支撑杆通过螺栓连接。停车架悬挂在米字支架上，最后主轴与其装配，实现整个停车装置框架的形成。焊接部件主要选用的是型材，主轴选用的是40Cr。其停车架上的停车位主要采用垂直方向错位摆放的结构形式，根据实地调查与测量，一般自行车长约1750 mm，车轮直径约为600 mm，车轮厚度约50 mm，因此设计该停车位长1810 mm，宽度为68 mm（以保证自行车在推进时不与踏板发生干涉），在停车位两侧，设计有自行车停车位挡边，用于自行车车轮横向定位。同时，为保证停车架在旋转过程中自行车不会沿导轨前后滑动，设计了能与自行车前轮吻合的弧形结构，该圆弧结构表面附有摩擦材料。防止停车架在转动过程中自行车发生意外而掉落，设计有停车架横撑，自行车车头可以与横撑用软锁固定，以防止自行车意外掉落。且该装置的驱动装置主要采用的是链传动方式，减速电机提供动力，并配备有相应的停车控制器的设计。该装置的主要外形结构参数为：装置总体高度5900 mm；固定支座高度3860 mm；米字支杆长度2500 mm；停车架高度1280 mm；停车架底框2258 mm×1808 mm；主轴长度2754 mm。

    2 工作原理

    该摩天轮式自行车停放装置主要由两个固定支架和一个旋转装置组成，其中在两个固定支架之间设计的有一个自行车停放式摩天轮结构，且摩天轮上悬挂有五个停车架，每个停车架上设有五个固定的停车位，如图2、3所示。

    存放自行车时，只需将自行车顺着未停放车辆的固定轨道推上位于最低位的停车架即可。若最低位置的停车架停放已满，通过按动控制面板上对应有空位的停车架序号，以使电动机驱动链轮，链轮带动摩天轮以实现转动，并使其旋至最低位，将自行车沿未停放车辆的固定轨道推上停车架即可。取车时，根据自己停放时的停车架号进行取车，取车方式与存车过程相反，操作简单方便。

    其传动方式为链传动，通过电动机驱动小链轮，小链轮带动大链轮，从而带动主轴按预定方向进行的转动，因为此结构中长轴通过轴承装配于大支架圆环中，而米字圆环与轴通过键连接，因此能实现大支架的固定不动与米字支架的转动。米字支架中的米字支杆下方开有圆孔，停车架有专门与其配合的构件，以实现米字支架在转动过程中停车架最底端始终保持与水平面平行，停车架与米字支杆通过自润滑轴承连接。

    3 结论

    该停车装置主要是以四个支撑腿安装在小区草坪、绿化带或狭窄通道等区域，占用面积小不影响草坪或绿化带原有面貌，以12 m2的占地面积实现25辆自行车的停放。比起传统的自行车停车装置，该装置能停放的自行车数量多、空间利用率高、结构简单、成本较低，为小区自行车乱堆乱放、停取不便、阻碍交通、占用楼梯通道等问题提供了一种创新解决方案，在后期可以通过增长停车架的宽度来增加停车位的数量，进而极大增加自行车的停放数量，且其摩天轮外形不失为小区的一道风景线。

    参考文献：

    [1] 文国富，李震宇.一种轮转式自行车停放装置的设计[J].农机使用与维修，2018（11）：1-2.

    [2] 谈文浩，安军，唐东炜，等. 错位悬挂式自行车停放系统的设计开发[J].现代机械，2018（5）：31-35.

    [3] 曾兵，王传毅，赵磊，等. 基于PLC控制的轮式自行车停放装置[J].机械，2018（6）：61-63.

    [4] 周哲，冯万浩，张振东.一种新型自行车停靠装置的设计[J].农业装备与车辆工程，2017（4）：64-67.

    [5] 刘长川.校园自行车停放租赁系统的设计研究[D].北京：北京理工大学，2015.

    [6] 李柱国.机械设计及理论[M].2版.北京：科学出版社，2003.

    [7] 成大先.机械设计手册[M].5版.北京：化学工业出版社，2008.