一種立體循環式自行車停車裝置的設計優化

譚嘉 吳啟舟 畢仁貴 陳正剛

摘要：設計了一種立體循環式自行車停車裝置，主要由三角形支撐框架、環形承載框架、自行車停放框架、棘輪止動裝置和動力裝置等五部分組成，對其各部分均從結構上進行了一定的優化;同時在機械結構設計優化的基礎上，結合電控裝置，實現了半自動停取車。

關鍵詞：自行車;優化設計;電控裝置

0 ? ?引言

本設計主要是為了解決目前大部分小區和街道自行車亂停亂放問題，在原有自行車停放裝置的基礎上，基于Pro/E軟件繪制設計優化模型，以更好地滿足結構工藝性要求，保障自行車停取安全[1]。主要從以下幾種結構進行設計優化：（1）三角形支撐框架;（2）環形承載框架;（3）自行車停放框架;（4）棘輪止動裝置[2]。該款優化設計的自行車停放裝置具備安全性高、結構工藝性好和實用性強等特點。

1 ? ?結構設計

該裝置主要由以下五大部分組成：（1）三角形支撐框架;（2）環形承載框架;（3）自行車停放框架;（4）棘輪止動裝置;（5）動力裝置。該裝置主體框架結構主要是以槽鋼、Q235板材、棒料等拼組焊而成，主軸作為主要受力部件，選取力學性能較好的40Cr材料。為使整體結構工藝性得到加強，對三角形支撐框架在其高度方向增焊一根橫梁，以增加整體結構強度并作為棘輪止動裝置的扣環安裝位置;對環形承載框架分別在5根梁上增焊一根短梁，連接左右環形承載框架以形成一個整體，增加其結構強度;對自行車停放框架在其底部增焊一塊3 mm厚的網板，并在其5個錯位擺放車位上增焊后輪止退座，前端位置增焊一根和停車位對應的自行車龍頭卡位鎖橫梁，以確保自行車停取時在風載、振動和不確定人為因素下的安全性;考慮到停取車時電機故障，主軸因裝置慣性而旋轉的不安全性，在動力裝置主軸處左右各安裝一個棘輪止動裝置，通過棘爪和棘輪的相互配合，防止主軸向順時針或逆時針旋轉，以達到雙重保護的作用;該裝置的動力部分主要是采用減速電機驅動，以同步帶將動力傳遞到鏈輪直至主軸上，并設電控裝置，以實現停取車的半自動。該自行車停車裝置整體外形尺寸為（長×寬×高）：6 600 mm×3 034 mm×5 900 mm[3]。

在停取車時，因左右各增加了一個棘輪止動機械裝置，正常情況下棘爪是卡住棘輪的，可以鎖死主軸。在停放自行車時，需先將左右棘輪止動裝置的手桿向下拉，卡住第二個或第三個卡扣，使棘爪脫離棘輪，壓縮板簧，棘輪和主軸作為一個整體共同旋轉。這時再去觀察停車架上自行車停放的滿與空的情況，通過按動控制面板上對應的有空位停車架的序號，使減速電機驅動同步帶，帶動鏈輪，使主軸和棘輪一同旋轉，將有空位停車架轉到最低位，將自行車順著停放軌道推至自行車前龍頭卡位于擋桿卡槽上，并通過自行車鎖進行二次鎖死。停好后，需再次將左右棘輪止動裝置的手桿向上提起，卡住第一個卡扣，使棘爪在板簧作用力下卡住棘輪，二次鎖死主軸。取車時，根據停放時的停車架號進行，取車方式與存車過程相反。部分結構圖如圖1、圖2、圖3所示。

2 ? ?電控裝置設計

2.1 ? ?控制器輸入端

（1）共8個按鍵（1～6號按鍵為車庫位置），7號按鍵取、停車，8號按鍵確定輸入;

（2）一體紅外檢測器：在一塊設定的安全區域內檢測是否有人在內，若有人則蜂鳴器報警且斷電，若無人則正常工作;

（3）2路車位最低位置檢測：查看停車位是否在最低位置。

2.2 ? ?控制器輸出端

（1）4位七段數碼管：用于顯示當前車庫及調試;

（2）一個蜂鳴器：用于報警;

（3）一個紅燈警示燈;

（4）一個綠燈安全燈;

（5）用燈帶畫出的安全區域。

2.3 ? ?硬件設計

EEPROM存儲當前車庫位置，38 kHz紅外信號發生器，PWM產生，反射式;發送、接收頭做到一塊電路板上，VCC、GND、PWM、IR與主板連接;PWM加兩個限流電阻，IR連接P32、P33外部中斷;用12 V 2811芯片燈帶，系統用12 V開關電源供電，單片機用5 V供電。

2.4 ? ?停取車電控流程

（1）在確保棘爪和棘輪脫離的前提下，先按取、停車鍵7，響鈴回應輸入，同時數碼顯示器顯示“----”，等待輸入車庫編號（還有空位的車庫編號或需要取的車所在車庫的編號1～6）。

（2）輸入后，顯示該車庫編號，如果輸入錯誤，直接再輸入即可，按8確定輸入的車庫編號，紅燈閃亮，區域紅燈閃亮，蜂鳴器連續報警音，2 s后檢測紅外安全區域有無遮擋，有遮擋持續等待，沒有遮擋可按就近原則（順時針或逆時針）旋轉車庫，如果意外遮擋立即停止旋轉，直到遮擋解除才繼續旋轉，使輸入編號的車庫停到最低位置，停穩后，區域燈帶轉換為綠燈，蜂鳴器停止，顯示當前車庫編號。如果取車，此時可將車取走;如果停車，當前車庫有空位，即可將車停入車庫。

3 ? ?結語

該優化設計的停車裝置不僅在結構工藝性上更加完善，而且在停取車的安全性上也有很大的提高，能夠更好地融合自然環境以利用合理的占地空間去停放更多的車輛，為解決小區、街道等自行車亂停亂放問題提供了一種可行的方案。

[參考文獻]

[1] 王龍飛.基于Pro/E的自行車停車裝置設計與分析[J].輕工科技，2019，35（3）：48-49.

[2] 王琳，劉軍.用于爬樓小車的端面棘輪機構的設計與性能研究[J].機械制造與自動化，2015（3）：113-115.

[3] 成大先.機械設計手冊[M].5版.北京：化學工業出版社，2008.

收稿日期：2020-07-06

作者簡介：譚嘉（2000—），男，湖南衡陽人，研究方向：機械設計制造及其自動化。

通信作者：吳啟舟（1989—），男，湖南湘西人，講師，從事機械工程方面的科研與教學工作。