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，導致大中城市自行車車位供應不足，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計及制造的發(fā)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(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(qū)自行車停放難的研究并制造出便捷高效的創(chuàng)新實踐裝置。

裝置結(jié)構(gòu)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(jié)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(chǎn)生的機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(jié)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(tài)；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(tài)。小彈簧產(chǎn)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(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，安裝在圓弧導軌下端。非工作狀態(tài)時，彈簧處于原長狀態(tài)。取車時，前輪固定架沿著圓弧導軌下降，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；當前輪固定架完全經(jīng)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(jié)構(gòu)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(jīng)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(tài)、停車、取車過程三個部分來體現(xiàn)。

一、非工作狀態(tài)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(tài)。

二、停車狀態(tài)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(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，達到省力的作用。

三、取車狀態(tài)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?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，達到安全的目的。當自行車后輪經(jīng)過固定架凸臺時，倒圓凸臺內(nèi)彈簧受力壓縮，前輪固定架繼續(xù)下移；當前輪固定架完全經(jīng)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(jié)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(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，加之簡單的機構(gòu)組合，造價低廉，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有的優(yōu)勢。

創(chuàng)新點及課研究方向

我們這個輔助停車裝置，創(chuàng)新點體現(xiàn)在以下幾方面：

一，圓弧導軌設計。使停車、取車過程更加平穩(wěn)，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(jù)的空間，對比直線導軌可知。

二，前輪固定架。一個機構(gòu)同時實現(xiàn)了兩個功能：固定和牽引；充分體現(xiàn)機構(gòu)的精簡和實惠。使得車能穩(wěn)定得進行導軌上行運動，也能進行穩(wěn)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(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(jié)束語

整個方案討論，方案設計等過程都經(jīng)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(jīng)歷了此次課題設計，我們對自己本專業(yè)方向的認識頗為深刻，明白了如何設計一個產(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 學歷：在讀本科，專業(yè)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）