双模式自行车自动停车库设计与分析

44科技2018年.第8期
双幄式S行£自动眉车库设计与只肮◊安徽农业大学胡思敏
安徽理工大学机械工程学院李成蹊宋皓然葛駿李月
针对现有城市社区内直线式自行车停车桩的短板，设计了一种将自行车呈辐射状进行布置的全自动停车库。

与传统自行车停车库停车方式相比，本设计采用了内外两种停
车模式，具有智能锁扣、矩形截面停车轨道、多绞盘提升机构等装置，其空间利用率
高，使用方便，且拥有良好的防盗性能。

最后利用有限元软件AN SY S对提升绞盘和主轴
自行车交通灵活、方便、省地，同时具有准时、快捷、门到门的优势，适合城市中短距离出行。

自行车停车难问题在我 国由来已久，一直没有很好地予以解决。

停车问题主要体现在 三个方面，一是缺乏空间引导，二是设施不佳，三是配套服务 不够完善。

现在市场上的自行车停车架存在如缺乏空间引导性、防盗性以及防护性等问题，且尚无良好的解决办法。

基于 此，设计一种双模式自行车自动停车设备用以解决小区居民区内自行车停放难问题，车库拥有内部停车和外部停车两种独立 操作模式。

小区车主在使用时，可根据情况自行选择将自行车 停放在其中一^车位上，锁车与存车动作只需通过手机APP即可 完成，方便_〇
1总体设计
1.1设计原则
如图1所示，双模式自行车自动停车设备主要由支撑外壳、外轨道动力提升机构、外壳与支撑结构、外部轨道提升牵引 绳、外部驻车轨道、外部驻车轨道锁扣、内部停车单元组成。

内外轨道的提升均由多绞盘机构提供动力，实现自动化，针对用户使用方便、节省空间等要求，做出以下设计要求。

1.支撑外壳；
2.外轨道动力提升机构；
3.外壳与支撢结构；
4.外部轨道提升牵引绳；5,外部驻车轨道；
6.外部驻车轨道锁扣；
7.内部停车单元；
8.自行车。

图1双模式自行车停车设备外部停车三维结构总图
(1)根据市面上自行车停车架的相关问题，确定一个在不 影响使用效率的情况下，加大空间利用率，能够较为自然地引 导用户将自行车停放在设计位置。

(2)采用了“外部停车离开地面”和“内部停车使用封闭空间”的双模式封闭环境。

外部车辆停放时，被举升离开地
面，内部车辆则是被收入封闭式的存储空间，杜绝车辆被盗。

(3)在实际的使用效果上已经可以看出，单单一个雨棚是 无法达到自行车长期室外存放的要求的。

为此，设计时要力求
内外两种模式存放的自行车都拥有良好的存放条件。

此外，为
达到效果，外部自行车存放时需被抬离地面，远离地面尘土和
污水。

(4)产品需要被应用到居民区内，因此设备的可安装性、可运营性、可维护性需要达到相应的要求。

所有部分都需采用
可拆卸式设计，同时采用模块化设计，易于生产、运输、安
氣调试，使用及维护。

1.2方案设计与分析
由于用户在传统式自行车桩停车时，往往为了方便，会占
用两到三个车位，从而导致空间浪费，而这是传统直线式停车
桩不可避免的问题。

为了达到节省空间的目的，必须采用新的
布置方式。

于是根据相应的计算，我们采用的圆形放射状的布
置方式，将自行车轨道均勻地安装在辐射线上，巧妙地避免了
相邻车位间互相干涉的问题，同时采用自主知识产权的绞盘机
构提供动力。

2结构设计
2.1内部停车模块
1.内部停车底盘；
2.内部停车轨道；
3.主立柱；
4.内轨道锁扣。

图2内层驻车轨道及其支撑结构示意图
如图2所示包括内部停车底盘、内部停车轨道、主立柱、
内
技术创新45
轨道锁扣、内轨道动力提升机构等。

将八个矩形截面轨道安装 在底盘上，底盘底部安装有定向轮，由旋转电机驱动可以使内部停车模块进行旋转，智能根据车位使用情况将可用车位或待 取车车位旋转至出口，由绞盘为自行车提供沿轨道上下的动 力。

2.2外部停车模块
由支撑外壳、轨道动力提升机构、外壳与支撑结构、轨道 提升牵引绳、驻车轨道、驻车轨道锁扣组成。

将多个矩形截面 轨道安装在圆柱形外壳上，分别由相应的牵引绳和绞盘提供升 降动力；用户存取车时，选择相应的车位后，打开或关闭轨道 上的智能锁扣，轨道升起或降下，完成存取车功能。

2.3多绞盘提升机构
如图3所示，由主轴驱动单元、绞盘卷扬单元、滑轮轴、钢 索、滑动齿条键驱动单元、棘轮锁止单元等组成。

若为车库内的每一条轨道提供动力都使用一套电机，那么结构和成本等显然是不符合实际的，这就要求设计一种可克服现有多组绞盘系 统的不足，提供一种自动控制多组绞盘间接运动的机械结构。

使用在长键槽内滑动的齿条键与对应的绞盘结合，可用一组主 轴电机分别驱动不同绞盘，达到结构简单等设计要求。

1.主轴驱动单元；
2.立柱；
3.绞盘卷杨单元;
4.滑轮轴；
5.滑轮；
6.钢索；
7.滑动齿条键驱动单元；
8.系统结构底座；9.右端轴承座；10.棘轮锁止单元。

图3提升系统结构图
2.4车库存取车工作流程
为提供良好的用户体验，方便使用本产品，团队开发了相 应的自动化系统和APP，整个存取车过程仅需用户在手机上点击相应按钮，工作流程如图4、图5所示。

系统使用外接电源，同时安装了 U PS不间断电源，正常情况 下保持充电待机。

在发生停电等情况失去外部供电后，UPS电源 上线，提供整个设备内所有自行车取出所需的电量。

同时为保 证絲，補接受自行车存入。

3关键零部件受力分析
3.1绞盘静力强度分析
可以根据提升自行车时，绳索上最大的拉力与主轴上键与 绞盘的反力二力平衡，得出作用在绞盘键槽面上的最大静应力：
i自行车
G51n45R
r
65SN
式中：M自行丨-自行车自重，kg;G-重力加速度，N/kg;R-绞盘外沿半径，m m;广绞盘孔半径，m tn。

对绞盘进行在最大压力下的分析，材料使用Q235,定义材 料属性，密度：7.85g/cm3,弹性模量（E/GPa):200~210,泊松比（v):0.25〜0.33,抗拉强度（（rb/MPa):370-500，屈 服强度（厚度或直径小于等于16m m):幻5。

使用ANSYS对绞盘模型进行网格划分（图6),在键槽一侧面施加658N力，约束绞盘夕卜沿面（图7)。

图6绞盘网格划分效果图图7绞盘栽荷与约束效果图对绞盘的静应力分析主要集中在，最大载荷下的与键接触 面处的应力与贼，进行ANSYS应力与
形变位移分析，得到如图8结果。

得出结果在施力位置最大压强为
4.86363MPa,最大形变量为0.00019961
mm，应变可忽略不计，最大应力远小
于材料的许用应力，安全系数n为
235/4.86363=48.32,满足设计安全要求。

3.2主轴静力强度分析
根据单个绞盘在载车锁止情况下的受力，计算出绞盘勻速 转动对主轴施加的力，对主轴进行在最大压力下的分析，材料 使用Q235,定义材料属性，密度：7.85g/cm3,弹性模量(E/GPa):200~210,泊松比（v):0.25~0.33,抗拉强度 ((rb/MPa):370-500,屈服强度（厚度或直径小于等于16 m m) :235。

使用ANSYS对主轴模型进行网格戈扮（图9)，在 键槽一侧面施加658N的力，约束主轴两端（图10) 〇
对主轴的静应力分析主要集中在，主轴转动时，绞盘、键、键槽之间的接触力对主轴的应力以及其造成的形变，进行 ANSYS应力与形变位移分析，得到如图11结果。

得出结果在施力位置最大压强为45.8599MPa，最大形变量 为0.094257 mm，可忽略不计，最大应力小于材料的许用应力，安全系数n为235/45.8599=5.12，满足设计安全要（下转28页）
图8绞盘静应力形变模拟结
果
28為扭科技2018年•第8期
3焊接技术在管道安装焊接过程中的应用
化工装置的管道的介质多数具有高温、高压、易燃易爆、有毒有害、强腐蚀性的特点，在不同工况下运行，管道焊接质量的合格与否，直接就影响着化工装置能否安全稳定的运行，关系着装置设备的安全和从业人员的生命安全，为此严格的管 道焊接监管是十分必要的。

在施工时，焊接施工应该根据焊接 工艺说明书（焊材、焊接方法、焊缝结构、焊前和焊后热处 理、检验方法），在焊接时必须严格按照焊接工艺说明书进行。

4发展趋势
现代化工项目建设中，焊接技术的应用越发的以安全、高 效、节能、快速等特征为要求，随着我国由粗放式向精细化制 作业的转变，无论是焊接设备和材料的制造技术必将迎来新的 发展机遇，我国现代焊接技术将继续向着高效、节能、自动化 和智能化的方向发展。

在未来的化工项目建设中，这些新的焊 接技术必将有着广泛的应用空间。

5结语
焊接技术是化工项目建设过程中的重要工艺、由于受焊接 空间和施工环境等因素的制约，其焊接施工目前仍以焊条电弧 焊和手工钨极氩弧焊为主，少量的半自动焊和自动焊为辅。

焊
(上接33页）着更为标准化、精密化、高效化及柔性化的方向 发展和精进，以求为传统制造业及相关行业带来更多便利与发 励可雛。

【参考文献】工是焊接实施的主体，是焊接质量控制过程中的重要组成部
分，焊工的专业素质是直接决定了焊接质量的好坏。

随着我国
现代化进程的不断加快，焊接技术在工程建设中的应用将更加
广泛，为此必须重财焊接从ik A员的培养和监管。

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(上接45页）求。

图11主轴静应力形变模拟结果
4小结
对双模式自行车自动停车库的设计进行设计，采用了圆形 布置的形式，以改良传统直线式自行车停车库本身存在的空间 利用率等问题，在不増加占地面积的情况下，达到了更高的空 间利用率，通过多绞盘机构达到了结构简单、控制精确的设计要求。

使用了SolidWorks进行产品模型搭建’对实际效果和可行 性进行了前期验证，紧接着使用ANSYS对主要结构进行校核，保障安全性，快速、高效、精确地达到了设计要求，产品具有 较高的使用价值，良好的市场前景，同时为自行车车库的设计提供了除了直线式停车之外的全新方向。

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