一種自行車輔助停放裝置的研究

趙澤彬 陳錦洪 陳曉聰 郭榮傳 曾宸

課題背景

自行車作為一種既節(jié)能又環(huán)保的交通工具，價(jià)格適中，維修方便。隨著環(huán)保健康的理念逐漸深入人心，城市自行車數(shù)量劇增，加上共享單車的投入，導(dǎo)致大中城市自行車車位供應(yīng)不足，出現(xiàn)自行車停放亂象，影響城市形象和發(fā)展等。

因此，自行車停放裝置的設(shè)計(jì)及制造的發(fā)展前景極為樂觀。本課題組擬研究設(shè)計(jì)制造出一新穎的、高效的、空間利用率大的自行車停放裝置，以緩解當(dāng)今城市交通及居民區(qū)等公共區(qū)域的停車難問題。

課題研究內(nèi)容與方法

調(diào)研發(fā)現(xiàn)由于自行車沒有足夠的停放空間導(dǎo)致出現(xiàn)各種亂放現(xiàn)象，即使現(xiàn)在有出現(xiàn)幾種自行車停放裝置，但由于其操作繁瑣、費(fèi)力、空間利用率不高等原因，無法推廣此類裝置。本項(xiàng)目是對城市公共場所或小區(qū)自行車停放難的研究并制造出便捷高效的創(chuàng)新實(shí)踐裝置。

裝置結(jié)構(gòu)與原理

本裝置同時(shí)采用臥式和立式兩種自行車停放方式。下層安裝兩條導(dǎo)軌，在下層兩條導(dǎo)軌之間安裝兩條立式圓弧交叉軌道，使得在原本停放兩輛自行車的空間多停了兩輛立式停放的自行車，達(dá)到節(jié)省空間的作用；同時(shí)，在立式軌道上安裝彈簧，利用彈簧伸長、壓縮變形產(chǎn)生的機(jī)械儲能起到輔助停車，節(jié)省人力的目的。

下層采取臥式停放方式。通過調(diào)研，裝置下層的兩條平行導(dǎo)軌確定兩車距離，采用對立入庫、出庫的方式，充分利用下層原本的停車空間。

上層采取立式交叉的停放方式。利用兩個圓弧交叉導(dǎo)軌，在自行車上升下降的過程中起到緩沖的作用。相對直線導(dǎo)軌，其可減少自行車后架外伸的量，亦可達(dá)到節(jié)省空間。

圓弧導(dǎo)軌裝置有定滑輪、大彈簧、前輪固定架、后輪定位槽、固定架定位凸臺。

定滑輪：安裝在圓弧軌道最上端，改變尼龍繩上力的方向。

彈簧：上端固定在圓弧軌道，下端連接尼龍繩；尼龍繩另一端通過定滑輪連接在前輪定位架。

前輪固定架：由兩個凸臺和小彈簧組成。當(dāng)固定架處于非工作狀體時(shí)，小彈簧處于原長狀態(tài)；當(dāng)固定架處于工作狀體時(shí)，即當(dāng)自行車前輪進(jìn)入兩凸臺之間，小彈簧處于壓縮狀態(tài)。小彈簧產(chǎn)生垂直于輪胎表面的彈力，達(dá)到鎖緊自行車輪胎的作用。

后輪定位槽：當(dāng)前輪定位架將自行車沿著軌道上升時(shí)，后輪隨即上升，經(jīng)過后輪定位槽。后輪定位，裝置停止上升。

固定架定位凸臺：由倒圓凸臺和小彈簧組成，彈簧固定在凸臺下面，安裝在圓弧導(dǎo)軌下端。非工作狀態(tài)時(shí)，彈簧處于原長狀態(tài)。取車時(shí)，前輪固定架沿著圓弧導(dǎo)軌下降，經(jīng)過固定架凸臺，倒圓凸臺內(nèi)彈簧受力壓縮，前輪固定架繼續(xù)下移；當(dāng)前輪固定架完全經(jīng)過凸臺，凸臺彈簧瞬間恢復(fù)原長，前輪固定架固定在固定架凸臺上。倒圓凸臺的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有利于前輪固定架和定位架凸臺順利配合，固定定位。停車時(shí)，前輪進(jìn)入前輪固定架固定，與此同時(shí)，前輪觸碰圓弧凸臺，凸臺彈簧壓縮，前輪固定架順利經(jīng)過固定架凸臺，沿著圓弧軌道上升，彈簧恢復(fù)原長。

裝置的運(yùn)動過程

分為非工作狀態(tài)、停車、取車過程三個部分來體現(xiàn)。

一、非工作狀態(tài)時(shí)，大彈簧一端固定在圓弧軌道，另一端連接尼龍繩，尼龍繩另一端通過定滑輪連接在前輪固定架上，而前輪固定架固定在固定架凸輪上，此時(shí)彈簧處于壓縮狀態(tài)。

二、停車狀態(tài)時(shí)，前輪觸碰固定架上的凸臺，凸臺小彈簧壓縮，前輪順利固定住，沿著圓弧軌道上升，直到自行車后輪進(jìn)入后輪固定槽，過程由于前輪固定架上移，大彈簧由壓縮恢復(fù)為原長狀態(tài)，通過定滑輪的作用，給前輪固定架一個沿著圓弧軌道向上的力，減少了人力的輸入，達(dá)到省力的作用。

三、取車狀態(tài)時(shí)，將自行車后輪從后輪定位槽拉下，由于自行車重力作用，自行車與前輪固定架會自然沿著圓弧軌道下滑。裝置采用圓弧軌道設(shè)計(jì)，能減小自行車下滑速度；再者，前輪固定架下滑，彈簧從原長變?yōu)閴嚎s狀態(tài)，通過定滑輪，能給前輪固定架一個向上的彈力，也能減少自行車下滑速度，達(dá)到安全的目的。當(dāng)自行車后輪經(jīng)過固定架凸臺時(shí)，倒圓凸臺內(nèi)彈簧受力壓縮，前輪固定架繼續(xù)下移；當(dāng)前輪固定架完全經(jīng)過凸臺，凸臺彈簧瞬間恢復(fù)原長，前輪固定架固定在固定架凸臺上。將自行車取出。

研究結(jié)果

我們的研究動機(jī)是利用所學(xué)的知識，加上社會實(shí)際需要，進(jìn)行完美的結(jié)合，解決所面臨的問題。顯然，我們研究的產(chǎn)品在解決停車難及充分利用空間上取得不錯的成效，加之簡單的機(jī)構(gòu)組合，造價(jià)低廉，操作方便，可以停放各式車輛，體現(xiàn)出我們產(chǎn)品在解決停車難問題上獨(dú)有的優(yōu)勢。

創(chuàng)新點(diǎn)及課研究方向

我們這個輔助停車裝置，創(chuàng)新點(diǎn)體現(xiàn)在以下幾方面：

一，圓弧導(dǎo)軌設(shè)計(jì)。使停車、取車過程更加平穩(wěn)，提高安全性。圓弧導(dǎo)軌設(shè)計(jì)，使得車輛在停車導(dǎo)軌上更能減少突出所占據(jù)的空間，對比直線導(dǎo)軌可知。

二，前輪固定架。一個機(jī)構(gòu)同時(shí)實(shí)現(xiàn)了兩個功能：固定和牽引；充分體現(xiàn)機(jī)構(gòu)的精簡和實(shí)惠。使得車能穩(wěn)定得進(jìn)行導(dǎo)軌上行運(yùn)動，也能進(jìn)行穩(wěn)定取車運(yùn)動。

三，后輪定位槽。在保證下方停車夠用空間的同時(shí)，充分利用圓弧形槽設(shè)計(jì)，一方面使得上方車輛后輪定位固定；另一方面減少整個機(jī)構(gòu)的空隙空間，使得整個裝置更加緊湊。

四，固定架定位凸臺。靈活地運(yùn)用按鈕的形式，配合前輪固定架，在未放置車輛時(shí)，使前輪固定架停滯在導(dǎo)軌下方，便于前輪固定架在停車時(shí)鎖住前輪。上車時(shí)靠前輪固定架下方剛性擠壓凸臺，使前輪固定架脫離固定，完成停車過程。

結(jié)束語

整個方案討論，方案設(shè)計(jì)等過程都經(jīng)歷很長的時(shí)間，期間我們組員合理分配各項(xiàng)任務(wù)，雖然因?yàn)檎n程耽誤了不少時(shí)間，但是我們還是充分利用時(shí)間完成此次設(shè)計(jì)。收獲很多，感悟很多，經(jīng)歷了此次課題設(shè)計(jì)，我們對自己本專業(yè)方向的認(rèn)識頗為深刻，明白了如何設(shè)計(jì)一個產(chǎn)品，如何解決一個難題等。

作者簡介

趙澤彬（1996-）男，廣東省汕頭人，漢族 學(xué)歷：在讀本科，專業(yè)方向：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化。

（作者單位：韶關(guān)學(xué)院物理與機(jī)電工程學(xué)院機(jī)電系）