新型垂直升降式自行车停车设备的设计与开发

郭少贤

（杭州奥斯停车设备有限公司，浙江 杭州 310053）

0 引言

为了解决城市自行车停放问题，规范自行车停放秩序，提升城市形象，我国出现了种类繁多、形式多样的自行车停放装置。目前常用的立体自行车停车设备有垂直升降式、直压式、抽拉式等，而垂直升降式自行车停车架具有操作简便、布置灵活、外观新颖、单位面积停车数量多等特点，使其迅速成为立体自行车停车设备中的高端产品，然而市面上现有的以两个卷簧驱动的垂直升降式自行车停车架只适用于特定质量的自行车，当自行车质量偏轻时，升降臂上升过程速度过快，甚至会出现自行车向上弹跳的现象，有很大的安全隐患；而以两根气弹簧驱动的垂直升降式自行车停车架解决了自行车质量偏轻时升降臂上升速度过快的问题，使自行车上升平缓稳定，安全性高，但气弹簧有速度平稳、弹力曲线平缓、动态力变化不大等特点，使升降臂下降所需压力过大，客户体验感差；针对现有技术中存在的升降臂上升过快、噪声大、安全性差或升降臂下降所需压力过大以及客户体验感差等问题，该文介绍了一种以卷簧与气弹簧为驱动原理的技术方法，解决了单一驱动型式各自的缺点，发挥了卷簧与气弹簧各自的优点，具有很高的实用性。

1 主要原理

为了解决上述问题，在充分了解气弹簧、卷簧的性能后，将二者结合使用，在空车状态时，采用卷簧驱动升降臂上下升降，具有操作简单、轻松、客户体验感好等优点；有车状态时采用以气弹簧带动卷簧驱动升降臂上下升降，具有速度平稳、噪声小、安全性高等优点。解决了单一驱动型式各自的缺点，具有较强的实用性。

新型垂直升降式自行车停车架包括立柱和升降臂，在升降臂底部设有升降小车，立柱的顶部设有卷簧和第一滑轮，卷簧的一端固定在立柱上，另一端与升降臂连接，立柱的内部设有气弹簧，气弹簧的缸筒固定在立柱上，气弹簧的活塞杆端部设有第二滑轮，在立柱内设有钢丝绳，钢丝绳一端与立柱固定，另一端依次绕过第二滑轮和第一滑轮后与升降小车连接。本技术原理是通过卷簧带动升降臂，气弹簧通过钢丝绳带动升降小车，从而实现空车状态下由卷簧驱动升降臂的上下升降，有车状态下由气弹簧驱动升降小车并带动卷簧实现升降臂的升降，如图1所示。

图1 升降横移式自行车停车架原理示意图

该技术由于采用了上述方案，具有显著的技术效果。例如提高了安全性能，在升降臂空载时，能轻松将升降臂降至底部；搭载质量较轻的自行车时，升降臂不会急速上升至最高点后骤停，避免了安全隐患；有车状态具有升降速度平稳、噪声小、安全性高等优点，因为导向轮和立柱的U型槽的紧密咬合，所以设备运行顺畅、噪声小，自行车从升降臂上取出时，车轮会触碰下压把手的空置端实现升降臂自动上升，自动化程度高。

2 实施案例分析

结合上述附图，通过实施案例对该技术作进一步详细描述。

存车过程原理分析如下。在停车架空车状态时，如图2所示，升降臂位于立柱的最高点，升降臂底部的第一铸钢件抵靠在第三挡块上；升降小车位于立柱的最低点，升降小车上的第三铸钢件抵靠在第二挡块上；此时卷簧处于自由状态，气弹簧处于完全伸张状态；按下把手的空置端，把手通过连接的第一拉杆带动第一铸钢件脱离第三挡块限位，在竖向力作用下，升降臂降至立柱底部，如图3所示，第一铸钢件抵靠在第一挡块上，在第一挡块的限位作用下，升降臂锁定在立柱底部，此时卷簧处于完全伸张状态，气弹簧处于完全压缩状态；将自行车推入升降臂上的弧形踏板，弧形踏板在横向推力的作用下驱动踏板支撑板绕转动轴转动，弧形踏板反转后踏板支撑板带动第二拉杆末端的第二铸钢件，第二铸钢件带动升降小车上的第三铸钢件联动，从而使第三铸钢件脱离立柱上第二挡块的限位作用，如图4所示。

图2 空车状态下，升降臂在柱顶时的侧视图

此时，按下把手，升降臂底部的第一铸钢件脱离第一挡块的限位，立柱内部的气弹簧的活塞杆从完全压缩状态开始伸张，活塞杆杆端的第二滑轮推动钢丝绳，钢丝绳绕过第一滑轮对升降小车施加向上的拉力，同时，立柱顶部的卷簧对升降臂施加向上的拉力，在卷簧和气弹簧带动钢丝绳的共同拉力作用下，升降臂和升降小车整体上升到立柱的最高点，如图5所示，此时卷簧处于自由状态，气弹簧处于完全伸张状态；卷簧的劲度系数较小，仅适用于提升空车状态时的升降臂的质量，无法提升有车状态时的质量，有车状态时，需要依靠驱动力更大的气弹簧带动钢丝绳给升降小车施加拉力，在卷簧的辅助力下带动升降小车与升降臂整体上升，因为气弹簧具有速度平稳、弹力曲线平缓、动态力变化不大等特点，从而保证升降小车与升降臂平稳匀速上升，有良好的安全性能。

取车过程原理分析如下。如图5、图6所示，把手与升降臂通过把手转轴连接，把手转轴将把手分为两端，一端与第一拉杆连接，另一端空置，在有车状态时，按下把手的空置端，把手通过连接的第一拉杆带动第一铸钢件脱离第三挡块限位，在竖向力作用下，升降臂降至立柱底部，如图4所示，在第一挡块的限位作用下，升降臂锁定在立柱底部。在弧形踏板上停放的自行车被取出时，第四拉簧复位并带动弧形踏板反转，进而推动第二拉杆脱离第二铸钢件，第二拉簧拉动第二铸钢件复位，第二铸钢件与第三铸钢件解除限位关系。第三铸钢件在第三拉簧的作用下复位，与第二挡块形成抵靠限位，如图3所示，当车轮触碰下压把手的空置端时，第一拉杆带动第一铸钢件脱离第一挡块的限位，在卷簧的驱动下，升降臂自动上升至最高点，如图2所示，第一铸钢件抵触第三挡块实现限位，而升降小车因为第三铸钢件与第二挡块形成的限位关系而锁定在立柱的底部。

图3 空车状态下，升降臂在柱底时的侧视图

图4 有车状态下，升降臂在柱底时的侧视图

图5 有车状态下，升降臂在柱顶时的侧视图

图6 升降臂的平面视图

3 结语

通过对市面上现有垂直升降式自行车停车设备的调研，发现市面上均以两个卷簧气弹簧驱动的垂直升降式自行车停车设备，只适用于特定质量的自行车，当自行车质量偏轻时，升降臂上升过程速度过快，甚至会出现自行车向上弹跳的现象，有很大的安全隐患；而以两根气弹簧驱动的垂直升降式自行车停车架解决了当自行车质量偏轻时，升降臂上升速度过快的问题，使自行车上升平缓稳定，安全性高，但气弹簧具有速度平稳，弹力曲线平缓，动态力变化不大等特点，使升降臂下降所需压力过大，客户体验感差；该文提供了一种以卷簧与气弹簧为驱动原理的技术方法，解决了单一驱动型式各自的缺点，发挥了卷簧与气弹簧各自的优点，有较强的实用性。

为了提高单位面积停车数量，该设备一般与下层水平移动式自行车停车设备组合使用。如图1所示，下层水平移动式自行车停车设备包括轨道和在轨道上滑动的下层停车架，下层停车架的一端设有可在轨道上滑动的滑块，另一端设有可在地面滚动的脚轮，滑块上预留有固定下层停车架用的螺栓孔，下层停车架可根据场地情况调整与滑块的角度，上层车架调整相应角度后与下层车架组合实现不同角度排列以满足通道宽度需求。下层取车不受上层车架影响，上层取车时将下层车架横向移开让出空间完成上下升降，上层车架与下层车架可进行自由排列组合，并根据不同场地条件调整车架角度以满足通道宽度要求，充分提高场地利用率。