摩天輪式自行車停放裝置設計

吳啟舟 陳善榮 曾欽 周左斌 宋佳雨 梁龍 張楚佩

摘 要：為響應低碳環保概念，改善自行車停放安全性、停放亂和占地多等問題，設計一種摩天輪式自行車停車裝置，該裝置主要采用半自動智能電控裝置，通過電機驅動鏈輪帶動懸掛的停車架完成特定運動，實現智能控制停取自行車的過程。

關鍵詞：自行車停車裝置；摩天輪式；智能電控

中圖分類號：U491225 文獻標識碼：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

自行車停放裝置的形式多樣，設計其停放裝置時應實用性強，且充分利用小區草坪、綠化帶或狹窄通道等區域。根據對武陵山地區的小區進行走訪發現，武陵山地區的小區公共面積較小，不利于一些大型停車裝置的安放，且遺留有許多尚未利用的空間。近年來，很多研究人員均對自行車停放裝置進行了研究。文國富[1]等主要設計了一種輪轉式自行車停放裝置，在保證裝置可靠性與安全性的前提下，裝置占地面積1125 m2，單面可停放24輛自行車，停放相同數量的自行車面積利用率達到192%；談文浩等[2]主要設計了錯位懸掛式自行車停放系統，該系統處于一個全封閉的裝置中，采用了高低錯位、立體懸掛的停車方式，通過控制系統完成自動停車取車過程；曾兵等[3]主要設計了基于PLC控制的輪式自行車停放裝置，將停放裝置設計成立式轉盤結構， 用PLC控制系統技術，使得自行車停放提取方便快捷；周哲等[4]主要設計了一種新型自行車停靠裝置，將自行車懸掛起來；劉長川[5]主要設計了校園自行車停放租賃系統，結合校園實際進行相關設計研究。通過以上敘述，故需設計的停車裝置應具有以下優點：（1）適應性強，空間利用率高；（2）操作方便，實現一定的自動化，后期維修成本低；（3）盡可能與小區里的其他空間和公共設施相結合。為實現在一定空間內能停放更多自行車、停車裝置與環境相融合和充分利用垂直空間，摩天輪型自行車停車裝置便正是其選擇。

1 總體結構設計

摩天輪停車裝置就是像摩天輪一樣可以旋轉的在有限面積內提高自行車停放率的裝置。在設計該停車裝置時可將其分為四大主要部分結構：（1）支撐該裝置的主體結構支架（序1）；（2）存放自行車的停車架（序4）；（3）米字形支架（序2）；（4）電控驅動裝置（序3），可通過電機驅動主軸帶動停車架的旋轉，以停車架位于最低位，實現自行車的存取。總體結構圖如圖1所示。

該支撐裝置主要由兩個固定支架與支架圓環焊接而成，米字支架由支桿與米字圓環焊接而成，停車架是由底框焊接，與停車位通過螺栓連接固定并與支撐桿通過螺栓連接。停車架懸掛在米字支架上，最后主軸與其裝配，實現整個停車裝置框架的形成。焊接部件主要選用的是型材，主軸選用的是40Cr。其停車架上的停車位主要采用垂直方向錯位擺放的結構形式，根據實地調查與測量，一般自行車長約1750 mm，車輪直徑約為600 mm，車輪厚度約50 mm，因此設計該停車位長1810 mm，寬度為68 mm（以保證自行車在推進時不與踏板發生干涉），在停車位兩側，設計有自行車停車位擋邊，用于自行車車輪橫向定位。同時，為保證停車架在旋轉過程中自行車不會沿導軌前后滑動，設計了能與自行車前輪吻合的弧形結構，該圓弧結構表面附有摩擦材料。防止停車架在轉動過程中自行車發生意外而掉落，設計有停車架橫撐，自行車車頭可以與橫撐用軟鎖固定，以防止自行車意外掉落。且該裝置的驅動裝置主要采用的是鏈傳動方式，減速電機提供動力，并配備有相應的停車控制器的設計。該裝置的主要外形結構參數為：裝置總體高度5900 mm；固定支座高度3860 mm；米字支桿長度2500 mm；停車架高度1280 mm；停車架底框2258 mm×1808 mm；主軸長度2754 mm。

2 工作原理

該摩天輪式自行車停放裝置主要由兩個固定支架和一個旋轉裝置組成，其中在兩個固定支架之間設計的有一個自行車停放式摩天輪結構，且摩天輪上懸掛有五個停車架，每個停車架上設有五個固定的停車位，如圖2、3所示。

存放自行車時，只需將自行車順著未停放車輛的固定軌道推上位于最低位的停車架即可。若最低位置的停車架停放已滿，通過按動控制面板上對應有空位的停車架序號，以使電動機驅動鏈輪，鏈輪帶動摩天輪以實現轉動，并使其旋至最低位，將自行車沿未停放車輛的固定軌道推上停車架即可。取車時，根據自己停放時的停車架號進行取車，取車方式與存車過程相反，操作簡單方便。

其傳動方式為鏈傳動，通過電動機驅動小鏈輪，小鏈輪帶動大鏈輪，從而帶動主軸按預定方向進行的轉動，因為此結構中長軸通過軸承裝配于大支架圓環中，而米字圓環與軸通過鍵連接，因此能實現大支架的固定不動與米字支架的轉動。米字支架中的米字支桿下方開有圓孔，停車架有專門與其配合的構件，以實現米字支架在轉動過程中停車架最底端始終保持與水平面平行，停車架與米字支桿通過自潤滑軸承連接。

3 結論

該停車裝置主要是以四個支撐腿安裝在小區草坪、綠化帶或狹窄通道等區域，占用面積小不影響草坪或綠化帶原有面貌，以12 m2的占地面積實現25輛自行車的停放。比起傳統的自行車停車裝置，該裝置能停放的自行車數量多、空間利用率高、結構簡單、成本較低，為小區自行車亂堆亂放、停取不便、阻礙交通、占用樓梯通道等問題提供了一種創新解決方案，在后期可以通過增長停車架的寬度來增加停車位的數量，進而極大增加自行車的停放數量，且其摩天輪外形不失為小區的一道風景線。

參考文獻：

[1] 文國富，李震宇.一種輪轉式自行車停放裝置的設計[J].農機使用與維修，2018（11）：1-2.

[2] 談文浩，安軍，唐東煒，等. 錯位懸掛式自行車停放系統的設計開發[J].現代機械，2018（5）：31-35.

[3] 曾兵，王傳毅，趙磊，等. 基于PLC控制的輪式自行車停放裝置[J].機械，2018（6）：61-63.

[4] 周哲，馮萬浩，張振東.一種新型自行車停靠裝置的設計[J].農業裝備與車輛工程，2017（4）：64-67.

[5] 劉長川.校園自行車停放租賃系統的設計研究[D].北京：北京理工大學，2015.

[6] 李柱國.機械設計及理論[M].2版.北京：科學出版社，2003.

[7] 成大先.機械設計手冊[M].5版.北京：化學工業出版社，2008.