智能塔式立體車庫(kù)創(chuàng)新設(shè)計(jì)與研究

陳承隆 高菲 劉啟航 林美枚

DOI：10.16660/j.cnki.1674-098X.2016.18.088

摘 要：該論文設(shè)計(jì)了智能塔式立體車庫(kù)，機(jī)械結(jié)構(gòu)異于傳統(tǒng)車庫(kù)的立方體的升降橫移式結(jié)構(gòu)而采用圓形結(jié)構(gòu)，充分利用空間資源，整體儲(chǔ)車量較傳統(tǒng)車庫(kù)提高28.57%。該論文主要對(duì)現(xiàn)有立體車庫(kù)骨架結(jié)構(gòu)進(jìn)行模型創(chuàng)新，并對(duì)主要構(gòu)件立柱、橫梁和縱梁進(jìn)行力學(xué)分析，以及聯(lián)系最新智能停車管理系統(tǒng)技術(shù)、太陽(yáng)能充電技術(shù)和全自動(dòng)洗車技術(shù)，使之成為一個(gè)整體，加入以液壓技術(shù)為基礎(chǔ)傳感器技術(shù)為輔助的車輛托運(yùn)托盤，實(shí)現(xiàn)車庫(kù)內(nèi)部車輛的安全調(diào)度，為未來智能車庫(kù)提出了新方案。

關(guān)鍵詞：智能塔式立體車庫(kù) 結(jié)構(gòu)優(yōu)化 太陽(yáng)能充電 全自動(dòng)洗車

中圖分類號(hào)：TU24 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2016）06（c）-0088-02

隨著城市的不斷發(fā)展，車輛的數(shù)量不斷增加，對(duì)停車設(shè)施的需求也在不斷增漲，調(diào)查顯示，尤其是大城市的機(jī)動(dòng)車數(shù)量的增速遠(yuǎn)超過停車設(shè)施的增速，因此，我們必須要解決停車的城市問題，積極探求其解決措施。智能塔式立體車庫(kù)可充分利用土地資源，最大限度地停放車輛，成為解決城市靜態(tài)交通問題的重要途徑，并節(jié)省土建開發(fā)成本。

1 智能塔式立體車庫(kù)整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)的智能塔式立體車庫(kù)主要由停車位（每層18個(gè)）、升降系統(tǒng)、旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)、車輛托盤（每層3個(gè)）、控制傳感系統(tǒng)、安全及消防系統(tǒng)、附屬系統(tǒng)等組成，綜合了機(jī)械、電氣、液壓、編程、鋼結(jié)構(gòu)等技術(shù)。主體框架由鋼結(jié)構(gòu)搭建而成。提升機(jī)構(gòu)和中央旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)由電機(jī)帶動(dòng)，分別采用鏈條及齒輪傳動(dòng)。系統(tǒng)整體由PLC系統(tǒng)控制，并由各個(gè)重要地點(diǎn)的傳感器構(gòu)成傳感系統(tǒng)。另外本車庫(kù)一層分為A、B兩個(gè)區(qū)域，A區(qū)域可為電動(dòng)汽車提供免費(fèi)充電服務(wù)，電能由車庫(kù)頂部的太陽(yáng)能光伏板提供；B區(qū)域可提供自動(dòng)免費(fèi)洗車服務(wù)。

主框架體系是由水平方向的梁和垂直方向的工字鋼采用鋼性節(jié)點(diǎn)和螺栓連接成型。這種結(jié)構(gòu)體系有利于利用結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗彎剛度來抵抗側(cè)向力。主框架體系采用柔性結(jié)構(gòu)體系，本身有層間位移的限制，并且在設(shè)計(jì)中結(jié)構(gòu)的剛度也起控制作用。另外，框架連接中部分使用高強(qiáng)度螺栓連接成主框架，具有較好的強(qiáng)度和剛度。

2 中央旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

智能塔式立體車庫(kù)在每個(gè)工作層內(nèi)設(shè)置中央旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)內(nèi)圈不轉(zhuǎn)動(dòng)，外圈在伺服電機(jī)的帶動(dòng)下旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)在單層內(nèi)停車位的分配。中央旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)由底部伺服電機(jī)帶動(dòng)，由齒輪傳遞能量，使機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)。由PLC確定預(yù)停車位，光電傳感器控制旋轉(zhuǎn)角度，使機(jī)構(gòu)旋至預(yù)定角度。材料采用合金鋼。

3 車輛調(diào)度托盤的設(shè)計(jì)

車輛托盤可以根據(jù)車輛長(zhǎng)度自動(dòng)調(diào)整托盤長(zhǎng)度，并利用液壓裝置帶動(dòng)夾持臂將輪胎夾起，夾持臂端部采用單向軸承與輪胎接觸，實(shí)現(xiàn)零損傷，安全穩(wěn)固且可靠性高。整個(gè)機(jī)構(gòu)采用液壓控制，由PLC發(fā)出信號(hào)，控制液壓閥的通斷，以實(shí)現(xiàn)液壓缸的進(jìn)液和排液，完成進(jìn)給和縮回運(yùn)動(dòng)。

車輛托盤系統(tǒng)的作用是載車平臺(tái)上的車輛平移到中央轉(zhuǎn)盤上以及實(shí)現(xiàn)其逆過程，其傳動(dòng)主要是靠電機(jī)帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)輪在軌道上移動(dòng)。由于車輛托盤的橫移只受摩擦阻力的作用，阻力比較小，橫移速度不高，所以用一個(gè)機(jī)械特性較軟的G系列小型齒輪減速電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)輪即可實(shí)現(xiàn)橫移要求。采用低壓軌道供電技術(shù)進(jìn)行能源供給。每層停放3個(gè)車輛托盤提高效率。

4 車庫(kù)重點(diǎn)部位校核

分別對(duì)重點(diǎn)部分校核，得到中央主軸應(yīng)力信息、提升電梯平臺(tái)應(yīng)力信息、電梯提升鏈條應(yīng)力信息。根據(jù)力學(xué)計(jì)算分析結(jié)果可知，中央主軸最大應(yīng)力的發(fā)生處是地上與地下車庫(kù)的連接部位，由于此部位有加強(qiáng)筋支撐，故其應(yīng)力并未超過安全極限。電梯提升平臺(tái)的最大應(yīng)力發(fā)生在提升鏈條與提升板的連接處，而提升鏈條的最大應(yīng)力則發(fā)生在鏈節(jié)連接處，但經(jīng)計(jì)算都未超過其安全極限。故此材料和結(jié)構(gòu)選擇較合理。

5 PLC控制系統(tǒng)及電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)

立體車庫(kù)內(nèi)的全部設(shè)備都由一臺(tái)PLC進(jìn)行統(tǒng)一的管理和監(jiān)控，通過PLC控制車輛托盤的動(dòng)力電機(jī)以達(dá)到對(duì)車輛的存取操作。各車位內(nèi)車輛的存取由PLC根據(jù)當(dāng)前各車位的傳感器信號(hào)情況，按照相應(yīng)的調(diào)度方案進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)配，提高系統(tǒng)運(yùn)行的安全性。

立體車庫(kù)的存取控制系統(tǒng)包括強(qiáng)電系統(tǒng)和弱電系統(tǒng)。弱電系統(tǒng)功能包括采集各種信號(hào)、報(bào)警、預(yù)警提示與控制車庫(kù)動(dòng)作。由PLC輸出信號(hào)，接觸器線圈接受信號(hào)后控制接觸器的通斷。強(qiáng)電系統(tǒng)包括車輛托盤的電機(jī)控制線路、控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)接觸器、到位限位開關(guān)等。車庫(kù)采用車位檢測(cè)裝置代替人工找位，用升降裝置輸送車輛到位。系統(tǒng)控制面板上有急停開關(guān)，當(dāng)發(fā)生意外事故時(shí)，可按下急停開關(guān)停止所有設(shè)備動(dòng)作。

根據(jù)車庫(kù)動(dòng)作控制的要求，用戶應(yīng)用程序按照模塊化結(jié)構(gòu)編寫，主要包括主循環(huán)程序和其他子程序。用編程軟件支持的梯形圖邏輯語(yǔ)言編寫，過程如下：（1）初始化程序，刷新系統(tǒng)的控制信息，快速掃描各到位開關(guān)及傳感器的信號(hào)；（2）主控制程序按照進(jìn)車優(yōu)先的原則，將最多的車位保持在進(jìn)車位置。每個(gè)車輛托盤運(yùn)動(dòng)之前，需要先判斷目的地是否有空位，有空位才可以動(dòng)作，前后動(dòng)作互鎖。判斷是否有空位是根據(jù)橫移電機(jī)所對(duì)應(yīng)的到位行程開關(guān)動(dòng)作信息來確定的。升降系統(tǒng)的開、停動(dòng)作是由行程開關(guān)的信號(hào)來控制的。（3）系統(tǒng)內(nèi)的設(shè)備異常信息由故障檢測(cè)程序來采集，當(dāng)故障發(fā)生時(shí)發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)，并預(yù)警正在停車的司機(jī)和維修人員進(jìn)行及時(shí)維修。若在車庫(kù)運(yùn)行過程中，有生物侵入車庫(kù)空間或車輛不符合停放標(biāo)準(zhǔn)，PLC系統(tǒng)將按照順序關(guān)停有關(guān)設(shè)備運(yùn)行，同時(shí)發(fā)出提示語(yǔ)音。該車庫(kù)程序可以安全而高效地完成立體車庫(kù)的功能，安全可靠，達(dá)到了民用機(jī)電一體化設(shè)備所應(yīng)具備的條件和作用。

6 結(jié)語(yǔ)

產(chǎn)品設(shè)計(jì)綜合了機(jī)械、電氣、液壓、編程、鋼結(jié)構(gòu)等技術(shù)，科學(xué)可行，美觀實(shí)用。智能塔式立體車庫(kù)整體實(shí)現(xiàn)能量自己，無人智能操作，節(jié)省運(yùn)營(yíng)成本。為提高車庫(kù)生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益，做出了巨大貢獻(xiàn)。在我們面臨城市土地資源短缺的情況下，前景十分廣闊。

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