CHJ新型立体公共自行车车库设计

于翠玉，马海洋，殷海红，虞国强，韩世河

（潍坊职业学院机电工程学院，山东 潍坊 261031）

0 引言

公共自行车成为一种绿色交通工具，既保留了非机动车的轻便，又融入机动车的方便，而且车身占用车位小，大大提高了非机动车道的通行效率，非常适合城市内短程出行，具有其他交通工具无法比拟的优势，所以自行车作为一种环保交通工具越来越受到人们的青睐。然而，公共自行车的存放侵占城市公共空间却成为一个急需解决的问题[1]。现有的公共自行车存放大多停放在马路旁人行道边，影响公共出行空间。

现阶段，国内外常见的立体车库大多是停放汽车，立体自行车车库基本没有出现。虽然市面上有许多自行车存储装备，但这种自行车库投资较大，且需配合土建工作才能完成，成本较高。而本文设计的CHJ新型立体公共自行车车库占地面积小，结构紧凑，不需要配合大的土建工程，通过立柱安装在地面上，外形设计美观，不影响市容，车辆存取方便快捷，通过车库的收纳保护，可减少自行车的自然损坏及人为破坏，有效延长公共自行车的使用寿命，降低维护成本。

1 整体结构

CHJ新型立体公共自行车车库改变了以往沿地面停放的格局，通过创新设计的机械机构使公共自行车集中向上放置到封闭立体的自行车车库中，通过链轮链条传动机构带动自行车垂直上下移动及进出车库。CHJ新型立体公共自行车车库的总装配图如图1所示，整个车库由传动轴、挂车杆、托车板、从动链盘、提车板、外罩、立柱、传动链、驱动电动机、蜗轮蜗杆减速器、主动链盘、自行车固定端插口等部件组成。

图1 CHJ新型立体公共自行车车库总装配图

立体自行车车库整体是通过两根立柱支撑在地面之上，整体向地面投影的占地面积约为4 m2左右，自行车从车库最下方被带入内部，通过顺、逆时针循环的方式实现自行车的存入和取出功能，根据使用人的存取需要，利用智能控制系统，按顺逆时针方向，将最近的自行车旋转到存取口，进行车辆的存取操作，快捷方便。公共自行车库系统配备信息显示模块，可将各种信息形象地传输给显示模块。当出现故障时，通过远程控制系统发送信息到管理中心，以便及时处理，从而提高了整体的运行效率和可靠性。

2 工作原理

2.1 机械传动分析

立体自行车车库内部的核心机构是通过链条链轮传动来带动载车机构实现自行车的存取功能，如图1所示，首先驱动电动机9将动力通过蜗轮蜗杆减速器10传递给传动轴1，传动轴两端连接有两个主动链盘11，两个主动链盘分别与车库上方的两个从动链盘4通过传动链条8相连接，需要指出的是，主动链盘之间安装有驱动轴，用来驱动两链盘同时正转或反转，而从动链盘之间没有驱动轴，从动链盘的动力均来自于其下方的主动链盘，这样设计的目的是在自行车被带到顶部时，避免与驱动轴发生碰撞。

提车板5垂直焊接在托车板3上，并将托车板一分为二，一个托车板上可以放置两辆公共自行车，挂车杆2穿过提车板上方的两个套管，并与提车板、托车板形成一个承载自行车的整体部件。CHJ新型立体公共自行车车库截面图如图2所示，挂车杆的两端分别与两侧的链条相连接，在链条的带动下，挂车杆连同托车板一同带动两辆自行车上下运动，实现自行车在车库内部的循环存储。每个托车板被提车板分成两部分，分别放置两辆自行车，为提升空间利用率，两辆自行车相对放置，在托车板上设计有锁车器，用于车辆信息的出入库及车辆的固定。

图2 CHJ新型立体公共自行车车库截面图

由于自行车车库的车辆存储是分布在立柱两侧，在存取过程中会频繁出现立柱两侧自行车的储存量不同，从而造成车库内部载荷不均的情况，为防止载荷不均造成车库倾斜，在控制系统中增加了载荷检测传感器，使用者对自行车完成存取操作后，驱动机构会根据传感器发出的信号使托车板旋转到合适位置，确保立柱两侧的载荷相等[2]。

2.2 车辆存取分析

CHJ新型立体公共自行车车库核心系统使用单片机或PLC进行控制，可与目前使用的公共自行车卡系统相互融合，使用者在车库最下方的车辆存取口处按下存、取车功能按键（或刷卡存、取车），控制系统接到指令后按照内部设定程序一步步运行，将信息传送给各执行机构并最终带动主从动链轮旋转，进而带动车库内部的托车板在车库内部循环运动[3]。

因为车库中一个托车板上可以放置两辆自行车，所以该自行车库采用双向存车、取车的设计方式，在这种设计方式中，两名使用者可以同时对车库存取口处的托车板上的车辆进行存取。

通过对控制系统的设计，对自行车的存取顺序进行了科学的规划，计算出最优存取路线，即使用者在存取车时，系统根据存车或取车信号，驱动链轮正转或反转，从而将车库中离存取口最近的无自行车或载有自行车的托车板旋转到车库的存取口，供使用者存取车辆。

3 市场前景分析

当今各大城市均已大规模使用公共自行车系统，形成了一套较成熟的公共自行车运营模式。随着公共自行车热潮的持续，将有更多的公共自行车投入到城市的街道中，由于其在路边分散式的排列方式，造成了大量的公共绿地和人行道被公共自行车占据，CHJ新型立体公共自行车车库将原来沿地面排列的自行车实现立体存储，有效释放了公共绿地空间，将带来巨大的社会效益。

CHJ新型立体公共自行车车库释放城市空间的对比图如图3所示，图3中左侧为目前城市公共自行车的排列方式，24辆自行车占用了大片的城市道路和绿地空间，而右图中两座立体自行车车库即可将24辆公共自行车收纳其中，提升城市形象的同时，为城市释放了公共绿地空间。

图3 CHJ新型立体公共自行车车库释放城市空间对比

经济效益方面，首先，立体自行车车库外部设计有外罩，通过喷涂广告和架设显示屏投放广告的方式进行收费，将是投资立体自行车车库的收益之一[4]，其次，开发独立的APP或小程序方便用户车辆的存取操作，起到了商业引流的作用，投资者可获得更高的资金回报。

4 自行车车库布局模式

目前，由于城市中心区域城市规划相对密集，自行车停车难是许多上班族放弃骑自行车的主要原因，所以解决停车空间问题就很大程度上解决了碳排放和交通拥挤等多项社会问题。

4.1 设置地面停车区域

在城市交通干线上设置立体公共自行车车库，既要保证设置足够数量的立体车库的同时，还要确保不影响交通。如在地铁车站出入口处，将使用立体自行车车库节省出的地面空间建设成公共绿地，通过设立导向标志，引导乘客使用公共自行车，打造绿色骑乘的理念，这样的出行过程不仅成本较低，而且美化城市环境，有效减少土地资源的浪费。

4.2 有效利用绿化带

各大城市道路两侧均设置有绿化带，各条绿化带之间都设置一定数量的间隙，可以根据实际情况，在绿化带的间隙之间安装立体公共自行车车库，并在车库表面设置广告显示屏用于广告投放，这种设置不仅减少了由于增加用地的额外建设成本，而且充分利用了现有城市公共资源，还可根据自行车的使用情况调整立体自行车车库的投入规模。

4.3 车站大厅设置车库

在车站大厅设置公共自行车立体车库，车库的设置位置应靠近大厅出口处，有单独的通道与外界道路相连，以方便乘客存取自行车。这种设置既可以最大限度地释放车站周围公共空间以增加汽车停车位数量，又可以方便乘客更换交通工具，增加乘客的出行方式，减少出站高峰期车辆的拥堵[5]。

5 主要技术指标

CHJ新型立体公共自行车车库通过必要的立柱整体安装在地面上，向地面的投影面积约为4.4 m2，高度约为5.5 m，通过外壳将自行车库整体包裹，下方留有存取口，方便车辆上下，该公共自行车库可容纳12辆自行车，通过主从动链轮机构带动6个载车板在车库内部旋转，每个载车板上可放置2辆自行车，根据使用人的存取需要，通过智能控制系统，按顺逆时针方向，将最近的载车板旋转到存取口，进行车辆的存取操作，快捷方便。

6 结语

1）CHJ新型立体公共自行车车库，通过主从动链轮链条带动载车板按顺逆时针旋转，使用时，链轮会将离地面最近且存有车辆的载车板运送到存取口，用户可方便地将车取出，存车时此过程亦然。

2）公共自行车车库垂直于地面向上存储自行车，减少了对地面道路及公共空间的侵占，方便了市民出行和生活。

3）公共自行车车库对外密封，有效减少了自行车的自然损害及人为破坏，延长了自行车使用寿命，降低了车辆的维护成本。车库外罩用于广告位运营，运营收入可用于自行车维护与发展，具有较好的经济效益。