升降橫移式立體車(chē)庫(kù)液壓升降系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

蘇杰義

（閩南理工學(xué)院，福建 石獅 362700）

0 引言

升降橫移式立體車(chē)庫(kù)就其組成部分而言，可大致分為六大部分：①立架式鋼結(jié)構(gòu)：利用螺栓將鋼結(jié)構(gòu)連接成為立體車(chē)庫(kù)的主體框架；②提升裝置：采用液壓升降臺(tái)來(lái)實(shí)現(xiàn)承載行走小車(chē)、橫移機(jī)構(gòu)、載車(chē)板、汽車(chē)上下交換運(yùn)行；③行走機(jī)構(gòu)：采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)滾輪來(lái)實(shí)現(xiàn)縱向行走，當(dāng)滾輪在導(dǎo)軌上運(yùn)動(dòng)到停車(chē)位時(shí)，由行走機(jī)構(gòu)上的橫移機(jī)構(gòu)對(duì)車(chē)輛進(jìn)行存?。虎軝M移機(jī)構(gòu)：采用鏈傳動(dòng)載車(chē)式，其基本原理是以鏈傳動(dòng)的形式，通過(guò)一次微橫移和一次橫向橫移來(lái)實(shí)現(xiàn)載車(chē)板的存取；⑤控制系統(tǒng)：采用PLC 自動(dòng)控制系統(tǒng)，傳感器把信號(hào)傳輸給PLC，由PLC 來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制；⑥安全保護(hù)裝置：主要是制動(dòng)裝置以及車(chē)輛的安全保護(hù)和照明等設(shè)備。

升降橫移立體停車(chē)庫(kù)車(chē)位結(jié)構(gòu)為2 維矩陣形式，也可設(shè)計(jì)為多層多列式。但由于受鏈裝置及進(jìn)出車(chē)時(shí)間的限制，最高不超過(guò)4 層，一般為2～4 層，以2, 3 層者居多，一般根據(jù)泊車(chē)的數(shù)量來(lái)決定停車(chē)庫(kù)的規(guī)模大小。車(chē)庫(kù)可設(shè)在地下，也可設(shè)在地上，也可一半設(shè)在地下一半設(shè)在地上。其鋼結(jié)構(gòu)框架按一定規(guī)格的分單元進(jìn)行組裝，可縱向延伸分段集中控制，也可橫向并列分排單獨(dú)控制。車(chē)庫(kù)組合的不同布置形式可適應(yīng)不同場(chǎng)地條件的需要，配置靈活。現(xiàn)以地上（3×3）升降橫移式車(chē)庫(kù)為例，說(shuō)明車(chē)庫(kù)的運(yùn)行原理。

1 升降橫移式立體車(chē)庫(kù)組成和運(yùn)行原理

升降橫移立體停車(chē)庫(kù)利用托盤(pán)移位產(chǎn)生垂直通道，實(shí)現(xiàn)高層車(chē)位升降存取車(chē)輛，全部邏輯過(guò)程均由PLC 進(jìn)行控制。地面以上布置的升降橫移立體車(chē)庫(kù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：上層只能升降，底層只能平移，中間層既可平移又可升降。除上層外，中間層和底層必須預(yù)留一個(gè)空車(chē)位，供進(jìn)出車(chē)升降之用。當(dāng)?shù)讓榆?chē)位進(jìn)出車(chē)時(shí)，無(wú)需移動(dòng)其他托盤(pán)就可直接進(jìn)出車(chē)；中間層、上層進(jìn)出車(chē)時(shí)，先要判斷其對(duì)應(yīng)的下方位置是否為空，不為空時(shí)要進(jìn)行相應(yīng)的平移處理，直到下方為空才可進(jìn)行下降和進(jìn)出車(chē)動(dòng)作，進(jìn)出車(chē)后再上升回到原位置。其運(yùn)動(dòng)總原則是：升降復(fù)位，平移不復(fù)位（見(jiàn)圖1）。地下布置、半地下半地上布置車(chē)庫(kù)的結(jié)構(gòu)與此相似。

圖1 地上（3×3）升降橫移立體車(chē)庫(kù)運(yùn)動(dòng)原理圖Fig.1（3×3）lifting and transferring ground motion Schematic three-dimensional garage

2 立體車(chē)庫(kù)提升系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)方式的選擇

在立體車(chē)庫(kù)中，升降系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是一項(xiàng)非常重要的任務(wù)，它的性能好壞直接影響到立體車(chē)庫(kù)運(yùn)行速度、運(yùn)行精度、可靠性、平穩(wěn)性以及框架結(jié)構(gòu)的整體受力情況，關(guān)系到整個(gè)車(chē)庫(kù)的安全運(yùn)行。立體車(chē)庫(kù)的提升系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)主要由驅(qū)動(dòng)方式?jīng)Q定，驅(qū)動(dòng)方式常用有曳引驅(qū)動(dòng)、卷筒驅(qū)動(dòng)、齒輪齒條、螺桿驅(qū)動(dòng)和液壓驅(qū)動(dòng)等方式。鏈條傳動(dòng)和卷筒驅(qū)動(dòng)運(yùn)行不平穩(wěn)、不太安全、噪音大、結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，車(chē)位的橫向移動(dòng)多采用鏈條傳動(dòng)。相比之下，液壓傳動(dòng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：①調(diào)速范圍大，可實(shí)現(xiàn)無(wú)極調(diào)速且調(diào)速簡(jiǎn)單；②使用溢流閥作為安全閥,可實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)；③液壓傳動(dòng)裝置重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊、慣性小和沖擊??；④操作控制簡(jiǎn)單方便，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，如電液聯(lián)合控制配合使用能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜順序控制自動(dòng)化運(yùn)行；⑤噪音小、工作平穩(wěn)。液壓傳動(dòng)屬柔性傳動(dòng),安裝位置可因地制宜,方便靈活。

本設(shè)計(jì)升降機(jī)構(gòu)采用單根多級(jí)舉升液壓缸驅(qū)動(dòng)的方式，以滿足安裝空間小行程大的技術(shù)要求。

3 主要技術(shù)參數(shù)

載重板臺(tái)面尺寸：（6×3）m

舉升重量：3.5T（汽車(chē)和載重板重量之和）

升降高度：3m（可根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)高度設(shè)計(jì)調(diào)整）

上升時(shí)間：＜1 min

下降時(shí)間：1～3 min（可調(diào)）

4 技術(shù)方案和工作原理

載重板采用焊接框架結(jié)構(gòu)以減輕自身重量；采用多組鏈輪一起來(lái)承重；鏈條設(shè)計(jì)用來(lái)解決臺(tái)面尺寸大，單缸舉升受力不均勻，平臺(tái)同步上升，消除液壓受橫向力等問(wèn)題；采用立柱導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)，使升降平穩(wěn)。

圖2 汽車(chē)庫(kù)液壓升降平臺(tái)液壓系統(tǒng)圖Fig.2 Garage hydraulic lifting platform hydraulic system of FIG

其工作原理如圖2 所示，采用柱塞缸可以實(shí)現(xiàn)較長(zhǎng)行程。上升時(shí)啟動(dòng)液壓泵2，電磁閥4 上的電磁鐵右位通電，舉升缸7 上升至上一層地平面，此時(shí)行程開(kāi)關(guān)到達(dá)極限位置發(fā)出信號(hào)，電磁閥4 斷電處于中位，液壓泵卸載停機(jī)；通過(guò)液控單向閥6 實(shí)現(xiàn)保壓作用，防止載車(chē)板墜落，當(dāng)臺(tái)面下降時(shí)，首先啟動(dòng)液壓泵2，然后電磁閥4 上的電磁鐵左位通電，接著電磁閥5 通電，打開(kāi)液控單向閥6，靠臺(tái)面及汽車(chē)自身重量使臺(tái)面緩慢下降,節(jié)流閥10 可以調(diào)節(jié)下降時(shí)間。

5 舉升缸行程的倍增舉升平臺(tái)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

為了減小液壓缸的行程和加工制造成本，本設(shè)計(jì)采用了鏈輪-承重鏈條機(jī)構(gòu)，如圖2 所示，以較短的液壓缸行程來(lái)獲得較大的平臺(tái)升降高度。

由圖3 可知，當(dāng)舉升缸活塞桿上升時(shí)，通過(guò)鏈輪1及鏈條3 舉升平臺(tái)4，且平臺(tái)4 的上升行程是活塞桿2行程的2 倍。本設(shè)計(jì)用1.5m的舉升缸行程使平臺(tái)升降高度達(dá)3m。

對(duì)于（6×3）m 的大平臺(tái)面，如用一個(gè)缸舉升，很難解決受力不均勻，臺(tái)面易變形,升降不平穩(wěn)等技術(shù)問(wèn)題。針對(duì)這些問(wèn)題，本設(shè)計(jì)采用了鏈輪-承重鏈條機(jī)構(gòu)巧妙地解決了這個(gè)問(wèn)題。其具體工作原理如圖4 所示。當(dāng)舉升缸向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，平臺(tái)上4 點(diǎn)以2 倍于舉升缸的速度上升，通過(guò)鏈輪組承重鏈條帶動(dòng)平臺(tái)上B 點(diǎn)以與A 點(diǎn)相同的速度同步上升。同理，下降時(shí)亦然。

圖3 行程倍增機(jī)構(gòu)示意圖Fig.3 Stroke doubled organization charts

圖4 平穩(wěn)同步舉升原理圖Fig.4 Schematic smooth synchronous lifting

在此設(shè)計(jì)中，承重鏈條Ⅰ所承受的力是整個(gè)平臺(tái)及汽車(chē)的重力之和，而承重鏈條Ⅱ所受的拉力僅是前者的一半。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，在平臺(tái)水平面內(nèi)，設(shè)計(jì)不得少于2 個(gè)B 點(diǎn)，根據(jù)具體情況，通常設(shè)計(jì)有3個(gè)B 點(diǎn)，既有3 組如圖4 所示的鏈輪組及承重鏈條2。3 個(gè)B 點(diǎn)再加上1 個(gè)A 點(diǎn)，平臺(tái)共有4 個(gè)提升點(diǎn)，使平臺(tái)升降平穩(wěn)，同步上升，且僅需一個(gè)舉升缸，大大簡(jiǎn)化了液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，也避開(kāi)了多缸同步運(yùn)動(dòng)精度問(wèn)題。

6 創(chuàng)新點(diǎn)總結(jié)

（1）采用液壓驅(qū)動(dòng)能夠?qū)崿F(xiàn)過(guò)載保護(hù)，能有效防止停車(chē)板墜落導(dǎo)致車(chē)輛損毀。

（2）本設(shè)計(jì)采用了鏈輪-承重鏈條機(jī)構(gòu)，以較短的液壓缸行程來(lái)獲得較大的平臺(tái)升降高度。用1.5m 的舉升缸行程使平臺(tái)升降高度達(dá)3m。使平臺(tái)升降平穩(wěn)，同步上升，且用一個(gè)舉升缸，大大簡(jiǎn)化了液壓系統(tǒng)，也避開(kāi)了多缸同步運(yùn)動(dòng)精度問(wèn)題。

[1]付翠玉，關(guān)景泰.立體車(chē)庫(kù)發(fā)展的現(xiàn)狀與挑戰(zhàn)[M].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2005.

[2]李興慧，張光明，等. 固定液壓升降臺(tái)的優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].科學(xué)技術(shù)與工程，2012.

[3]張啟君.立體車(chē)庫(kù)的主要型式及技術(shù)特點(diǎn)[J].機(jī)電產(chǎn)品開(kāi)發(fā)與創(chuàng)新，1999.

[4]楊奇順，侯波.剪叉式升降臺(tái)節(jié)能液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].煤礦機(jī)械，2009.