辽宁科技学院 机械工程学院 辽宁本溪 117004
摘要：随着国家的不断发展，共享单车开始在全国各地流行起来，更多的人上下班选择骑共享单车，这样既能锻炼身体，又可以低碳出行保护环境，深受人们的欢迎。然而随着共享单车数量的增加，大量单车无序排放在街道两侧，占据了人行道等大量的公共资源。针对这一问题，该文设计了一款错位旋转单车的停放装置，该装置采用双层或多层的旋转式设计，增大了空间利用率，稳定安全，并且实现智能控制停取自行车的过程。
关键词：单车停放；立体式；旋转式；自动停放
0引言
随着社会飞速的发展，共享单车的乱停乱放成为了影响城市交通与美观度的一个重要问题。据统计，2017年北京已有15家共享单车企业,共享单车总数超过235万。如此庞大的单车数量自然也就需要巨大的占地面积。
为了有效的减少单车乱停乱放的占地问题，近年来，很多研究人员对单车停放装置进行了研究与创新，例如：自动式定位夹持助力抬升立式自行车停放装置[1]、旋转式自行车停放装置[2]、智能式双层自行车停放架设计[3]。自动式定位夹持助力抬升立式自行车停放装置，该装置采用助力式抬升系将使单车由水平停放改变为竖直停放状态，虽然空间利用率的提高不明显，但是单车停放的整齐度会得到很大的改善。旋转式自行车停放装置，该装置采用旋转式和竖直式停放形式为一体，全部采用机械结构，降低了成本，但是由于人为手动放置单车的特点，只能限定于单层构造，空间利用率不高。智能式双层自行车停放架，该装置采用了双层自行车停放设计，将指定面积内的单车停放量增加一倍，增大了空间的利用率，智能式的设计使得单车停放的便捷性大大提高。但由于上层的每个单车停放位都需要一个单独的伺服电机动力系统进行单车存放，因此增大了装置的建造成本，不适用于大规模的装置建造。
本文设计了一种新型错位旋转单车停放装置，该装置通过单车抓手、滑动托板、旋转圆环吊体、智能感应传感器等装置的协同作用，实现了单车的自动停放。该设计采用多层构造，容纳单车数量多，实现空间资源利用的最大化。同时智能化的加入使整个装置的反应速度更快，稳定性更强。
1停车装置的结构介绍
错位旋转单车停放装置结合多层式，旋转式，悬挂式，智能式等多种设计为一体，该单车停放装置使用范围较广，安装容易，成本低廉。本装置采用我们自主研发的单车抓手设计、智能单车防坠落设计和单车智能感应装置，大大提高了单车停放装置的安全性与稳定性。该装置中我们采用更智能、更人性化的设计，简化了使用者的操作步骤。使用者在进行单车停放时，只需将单车送到指定位置即可，单车就会自动被停放。使用者取出单车时，只需按【单车取出】按钮，单车便能自动取出。若被取出的单车在限定的时间内无人取走时，该装置便将单车自动收回。
错位旋转单车停放装置主要是由旋转圆环吊体、主滑道、单车抓手、滑动托板以及整体支架等结构构成。其中a为滑动托板，b为单车抓手，c为主滑道，d为旋转圆环吊体第一层，e为旋转圆环吊体第二层。
旋转圆环吊体
旋转圆环吊体主要负责悬挂停放的单车，并且可以使转盘进行旋转运动，控制单车停入与旋出。从而指定某一单车的升降动作。
主滑道
主滑道主要控制滑动托板和单车抓手进行上下运动，起到约束二者运动方向的作用。
单车抓手
单车抓手实现单车的加紧功能，并由滑动托板托起进行上下运动。当单车抓手到达指定层时，可随旋转圆环吊体做旋转运动。
1.1智能单车防坠落装置
为了防止在意外断电的情况下发生单车坠落危险，我们设计了一款电磁锁紧装置，此装置的自锁结构采用电磁吸附锁紧，通电时电磁吸附装置工作，卡簧被吸附，自锁装置处于开锁状态，此时装置可正常运行。当断电时，电磁吸附装置停止工作，卡簧弹出，装置自动锁死。
自锁装置有效地防止了意外断电发生危险情况。同时，在防坠落装置的设计中，我们加入了自主研发的单车抓手，单车抓手采用了整体机械结构的设计，增强了抓取单车的力度，从而有效解决了因单车车轮的宽窄不同而引起的抓取力度不足所导致单车坠落的问题。智能单车防坠落设计使得整个单车停放装置在运行的过程中更加稳定。
1.2单车智能感应装置
单车智能感应装置由光电红外感应开关即智能控制系统组成，可以敏感的检测到单车的停入，并将信号传入智能控制系统。光电红外感应开关安装在滑动托板上方，通过检测停放时的单车前车轮的位置传达两种信息：1.确定停放单车时使用者是否将单车停放到位。2.取车时单车是否顺利取出。
当我们进行单车存放时，只需将单车停入指定停放位置即可。光电红外感应开关感应到单车停入，同时会发出预警声音并持续五秒，示意人们单车停放装置即将运行，提醒使用者注意安全。与此同时，单车停放装置系统会自动计算空余停车位，并规划系统运行时间最短的停车位置。
当使用者取车时，只需按动【单车取出】按钮，装置可自动将单车取出，并下落到取车位置。十秒后光电红外感应开关会再次进行感应，若单车未被使用者取出，单车智能感应装置会发出预警，并在五秒钟后将单车收回。不影响下一位使用者的单车存取过程。
1.3滑动托板装置
滑动托板外部安装电机，通过电机的正转与反转带动滑动托板上下运动。滑动托板负责托起单车抓手在主滑道中进行上下滑动。滑动托板上还安装有电磁锁紧装置，当单车抓手被运送到指定位置时，滑动托板上的电机停止运转，并且电磁锁紧装置自动锁紧。当滑动托板运动时，电磁装置自动解锁。
2停车装置的运行原理
当单车停放到指定位置时，光电感应开关感应到单车前轮，系统自动检测一层和二层的单车空余停放位置，并且由一层停满后，再继续向上层停放的顺序进行规划单车的停放位置。此时单车智能感应装置会发出预警。5秒后，运行装置开始运行，滑动拖板带动单车抓手向上运动。单车抓手在向上运动时自动抓取单车前轮并带动单车一起向上运动，当运动到指定层时，滑动托板停止运动，电磁装置自动锁紧。旋转圆环吊体进行旋转并停放自行车。滑动托板带动空余单车抓手向下运动。当二者运动到最底部时，单车停放过程结束。此时可进行下一次单车停放任务。当取出单车时取出者的只需按单车取出按钮，系统将会按照以上相类似的过程将单车取出。
3结论
本文设计了一款组装简单、造价较低、智能安全的错位单车旋转装置。该装置可在安装过程中根据当地单车停放数量，在一定范围内调整装置直径与安装层数，提高了空间利用率，从而适用于多种环境下的单车停放。该设计有效解决了小区学校以及各种公共场所的单车停放面积过大等问题，简化使用者的操作流程，是单车停放的一个不错的选择。
参考文献
[1] 赵宇辉，马佳宾，彭业振.自动式定位夹持助力抬升立式自行车停放装置[J].南方农机2019(14): 137-137
[2]张博超，郭军涛，黄艳，高涵，杨承强，马剑强.旋转式自行车停放装置的设计[J].机械制造 2019(6):73-76
[3]葛宜元，温晓鑫，周远航，付镜，黄达，于彬，贺奇，杨丽红，周思路，张伟伟，武赛娇.智能式双层自行车停放架设计[J].农机使用与维修2014(5):17-19
[4]蒋培卓，北京将暂停共享单车新增投放[J].雷锋2017(10):5-5
[5]王志高，刘岱宗.自行车停车设施规划设计要素[J].城市交通，2014(4):27-36.
基金项目：2020年辽宁科技学院大学生创新创业训练计划项目-错位旋转单车停放装置（202111430031）
*通讯作者：万帮琦（1983-），男，辽宁沈阳人，辽宁科技学院机械工程学院助教；