高 欢，李 敏，张 珩，桂康迪，汤宇轩，雷诗云

(江汉大学 化学与环境工程学院，湖北 武汉 430000)

自行车的出现，为人们的短途出行提供了低碳、绿色的交通工具。然而在公交车站、地铁出入口等人流量较大的公共场所，自行车的无序停放占用了大量公共空间，严重影响了市容市貌和人流通行。

自行车停车装置是解决以上问题的有效措施。如插槽式停车桩(如图1所示)，其结构简单、造价低廉、易于安装、使用方便，但占地较大；2013 年日本推出由Giken设计的地下自行车停车塔(如图2所示)，自动化高、存储量大，但其高造价、难施工等问题也制约了它的广泛推广。

图1 插槽式停车桩

图2 日本地下自行车停车塔

由此，本文提出了一种新型自行车立式停车装置，具有占地面积小，造价低、易安装等特点。

1 自行车立体停车装置的结构及工作原理

自行车立体停车装置包括停车架，线性导轨，滑块，前轮支撑架，夹紧机构，刹车片，后轮锁死机构组成，如图3所示。整个装置使用方式如下：

使用者推动自行车前轮放置在支撑架上，同时夹紧机构夹住前轮轮胎以固定车轮。随后，使用者稍提起自行车的车把，前轮随支撑架沿线导上升，后轮随动前行。当自行车最终直立时，后轮触发后轮锁死机构锁死后轮。

取用时，使用者脚踏锁死机构中簧片，支架在收回。使用者握住车把，拉动自行车使前轮随支撑架沿线导下降，后轮随动。当自行车完全水平时，可向后拉动使前轮离开夹紧机构。

整个过程由机械结构助力完成，无需外部能源，减少了装置的安装和制造成本。然而，人力是否足够完成这一系列操作，成为本装置可行性的关键，因此，本文通过运动仿真分析，对装置运动所需动力进行计算。

图3 自行车立体停车装置示意图

2 自行车立体停车装置三维建模和运动仿真分析[3]

根据以上设计思路，笔者利用UG建立了停车装置及自行车的三维模型。并运用UG软件的运动仿真模块，利用曲柄连杆[3]的原理及step函数[4]对时间的控制，对自行车进行运功轨迹分析[5]。设置整个模型运动时长为15 s，步数为300。利用step函数设置前轮支架0～11 s时，上升1010 mm，11～14 s时下降20 mm，带动自行车向上运动。当0～11 s时，锁死机构中的后支架保持不变，当11～13 s时，后支架顺时针旋转60°，当13～13.5 s时，后支架逆时针旋转1°。当10～11 s时，，锁死机构中的连杆逆时针旋转2°。分析自行车的位移、速度、加速度，如图4、5所示。

通过查阅相关资料，公路车的质量在10 kg左右，山地车的质量在15 kg左右。本文取自行车质量为15 kg。设置装置完成的不同时间，得到不同时间下自行车的加速度，利用公式F=ma[6]，可求出自行车所需要的动力，如表1所示 。

图4 自行车支架的运动分析

图5 前轮的运动分析

表1 自行车停车装置停车过程参数

由表1可知，该装置完成的时间越短所需要的动力越大。当时间为4 s时，自行车所需要的动力为69 N，69 N的力相当于提升一个6.9 kg的物体，而且施加的时间较短，一个成年人能够承受该力的负荷，所以该方案是可行的。

3 结论

本文提出了一种方便、快捷且造价低的自行车立体停车装置，并利用UG软件对该装置进行建模和运动仿真分析，对其可行性进行了验证。结果表明，该立体停车装置可不借助外部能源，仅靠人力可完成自行车的立式停放。