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能又環保的交通工具，價格適中，維修方便。隨著環保健康的理念逐漸深入人心，城市自行車數量劇增，加上共享單車的投入，導致大中城市自行車車位供應不足，出現自行車停放亂象，影響城市形象和發展等。

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

課題研究內容與方法

調研發現由于自行車沒有足夠的停放空間導致出現各種亂放現象，即使現在有出現幾種自行車停放裝置，但由于其操作繁瑣、費力、空間利用率不高等原因，無法推廣此類裝置。本項目是對城市公共場所或小區自行車停放難的研究并制造出便捷高效的創新實踐裝置。

裝置結構與原理

本裝置同時采用臥式和立式兩種自行車停放方式。下層安裝兩條導軌，在下層兩條導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，達到節省空間的作用；同時，在立式軌道上安裝彈簧，利用彈簧伸長、壓縮變形產生的機械儲能起到輔助停車，節省人力的目的。

下層采取臥式停放方式。通過調研，裝置下層的兩條平行導軌確定兩車距離，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。相對直線導軌，其可減少自行車后架外伸的量，亦可達到節省空間。

圓弧導軌裝置有定滑輪、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。當固定架處于非工作狀體時，小彈簧處于原長狀態；當固定架處于工作狀體時，即當自行車前輪進入兩凸臺之間，小彈簧處于壓縮狀態。小彈簧產生垂直于輪胎表面的彈力，達到鎖緊自行車輪胎的作用。

后輪定位槽：當前輪定位架將自行車沿著軌道上升時，后輪隨即上升，經過后輪定位槽。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，安裝在圓弧導軌下端。非工作狀態時，彈簧處于原長狀態。取車時，前輪固定架沿著圓弧導軌下降，經過固定架凸臺，倒圓凸臺內彈簧受力壓縮，前輪固定架繼續下移；當前輪固定架完全經過凸臺，凸臺彈簧瞬間恢復原長，前輪固定架固定在固定架凸臺上。倒圓凸臺的結構設計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，前輪進入前輪固定架固定，與此同時，前輪觸碰圓弧凸臺，凸臺彈簧壓縮，前輪固定架順利經過固定架凸臺，沿著圓弧軌道上升，彈簧恢復原長。

裝置的運動過程

分為非工作狀態、停車、取車過程三個部分來體現。

一、非工作狀態時，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，此時彈簧處于壓縮狀態。

二、停車狀態時，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，大彈簧由壓縮恢復為原長狀態，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，達到省力的作用。

三、取車狀態時，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計，能減小自行車下滑速度；再者，前輪固定架下滑，彈簧從原長變為壓縮狀態，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，達到安全的目的。當自行車后輪經過固定架凸臺時，倒圓凸臺內彈簧受力壓縮，前輪固定架繼續下移；當前輪固定架完全經過凸臺，凸臺彈簧瞬間恢復原長，前輪固定架固定在固定架凸臺上。將自行車取出。

研究結果

我們的研究動機是利用所學的知識，加上社會實際需要，進行完美的結合，解決所面臨的問題。顯然，我們研究的產品在解決停車難及充分利用空間上取得不錯的成效，加之簡單的機構組合，造價低廉，操作方便，可以停放各式車輛，體現出我們產品在解決停車難問題上獨有的優勢。

創新點及課研究方向

我們這個輔助停車裝置，創新點體現在以下幾方面：

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

二，前輪固定架。一個機構同時實現了兩個功能：固定和牽引；充分體現機構的精簡和實惠。使得車能穩定得進行導軌上行運動，也能進行穩定取車運動。

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

四，固定架定位凸臺。靈活地運用按鈕的形式，配合前輪固定架，在未放置車輛時，使前輪固定架停滯在導軌下方，便于前輪固定架在停車時鎖住前輪。上車時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。

結束語

整個方案討論，方案設計等過程都經歷很長的時間，期間我們組員合理分配各項任務，雖然因為課程耽誤了不少時間，但是我們還是充分利用時間完成此次設計。收獲很多，感悟很多，經歷了此次課題設計，我們對自己本專業方向的認識頗為深刻，明白了如何設計一個產品，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 學歷：在讀本科，專業方向：機械設計制造及其自動化。

（作者單位：韶關學院物理與機電工程學院機電系）