高速液壓立體車庫的設計

□李志斌 □李文波 □竇 暉 □李永登

大洋泊車股份有限公司 山東濰坊 261055

1 設計背景

機械式立體停車庫是21世紀隨著汽車工業(yè)的發(fā)展而興起的朝陽產業(yè)，已被國家發(fā)改委列入國家重點鼓勵發(fā)展的產品目錄[1]。根據近幾年中國機械式停車設備工作委員會發(fā)布的數據，目前市場上的車庫類型中，升降橫移類所占比重最大，為86.29%，接近90%，而且從新增加的立體車庫來看，升降橫移類車庫的市場占有份額還有增大的趨勢。傳統(tǒng)的高層升降橫移類立體車庫受所采用的提升結構的限制，層數只能做到6層以內，且存取車效率低，清庫時間長，存在安全隱患。筆者設計一種新型高速液壓立體車庫，采用液壓傳動方式實現設備的提升，同時配有壓力繼電器、溢流閥、電控雙向截止閥等保護裝置，保證設備安全運行，具有升降速度快、存取時間短、運行平穩(wěn)及安全無噪聲等優(yōu)勢。

2 傳統(tǒng)結構分析

傳統(tǒng)高層升降橫移類立體車庫所采用的提升結構主要分為兩種：電機減速器加卷筒鋼絲繩驅動式、電機減速器加鏈條驅動式[2]。此外，采用傳統(tǒng)液壓驅動式的停車設備由于受到油缸行程的限制，只適用于2～3層設備，在此不做分析。

對于電機驅動立體停車設備，隨著層高的增加，鋼絲繩的長度也隨之加長。為了保證載車板四吊點結構的平穩(wěn)性，滾筒需采用雙槽結構，鋼絲繩不能疊加，所用滾筒的長度也必須相應增加。當層數增加到6層時，繩輪偏角已達到極限。如增大滾筒直徑，減小繩輪偏角，則占用停車空間，影響設備的整體長度和高度，以及電機減速器的傳動比。隨著鋼絲繩行程加長，升降速度保持不變，則會導致存取車速度變慢，清庫時間加長，設備的使用效率降低。

鑒于以上原因，電機減速器加卷筒鋼絲繩驅動式高層升降橫移立體車庫最多只能做到6層[3]。

同理，電機減速器加鏈條驅動式高層升降橫移立體車庫因循環(huán)鏈的長度經折疊后已無空間放置，下降和提升距離長，導致取車慢，清庫時間長。可見，電機減速器加鏈條驅動式高層升降橫移立體車庫最多也只能做到6層。

立體車庫無論是電機減速器加卷筒鋼絲繩驅動，還是電機減速器加鏈條驅動，提升電機功率一般都選用2.2 kW，升降速度恒定不變。隨著設備層數的增加，提升高度增大，存取車時間變長，影響設備的使用效率。

電機的運轉沒有死點，一旦防護措施失效，很容易發(fā)生冒頂、摔車等事故。若為了提高安全防護措施的可靠性，又會增加制造成本。

3 鋼結構設計

如圖1所示，筆者所設計的高速液壓立體車庫鋼結構框架包括立柱、橫梁、橫支撐、左側縱支撐等，采用不同類型的H型鋼或槽鋼制作，由高強度螺栓連接而成，再輔以輔助梁、斜拉筋等，增加車庫的整體穩(wěn)定性及剛度、強度。主體框架及主要結構件表面采用噴砂除銹及噴鋅處理工藝。泊車位尺寸由容車尺寸、消防系統(tǒng)所占空間等確定。

圖1 高速液壓立體車庫鋼結構框架

4 提升機構設計

升降驅動系統(tǒng)采用液壓驅動，由液壓泵帶動液壓缸，液壓缸采用多級滑輪組方案，實現高速變比，大大提高了車庫的使用率。

4.1 橫移框架結構

如圖2所示，兩根平行的橫支撐與左側縱支撐、右側縱支撐連接成矩形橫移框架結構，水平放置于主體框架橫梁的導軌上，在兩側縱支撐上通過繩索懸吊裝置連接載車板。其中，繩索懸吊裝置包括懸吊載車板的繩索及多個動滑輪組，液壓缸和各級定滑輪橫向安裝在橫移框架左側縱支撐上，各級動滑輪安裝在滑輪架上，滑輪架固定于液壓缸的活塞桿上。

圖2 橫移框架結構

4.2 兩側縱支撐傳動結構

如圖3所示，懸吊載車板的鋼絲繩有四條，固定于左側縱支撐的同一點，依次穿過各級動滑輪和定滑輪。其中兩根鋼絲繩經過左側縱支撐上的兩個豎直換向輪，然后固定于載車板左側兩個吊點上。另兩根鋼絲繩經過位于縱橫支撐連接處的兩個水平換向輪，引入右側縱支撐，再經過位于右側縱支撐上的兩處豎直換向輪，最后固定于載車板右側兩個吊點上。

圖3 兩側縱支撐傳動結構

4.3 滑輪組變比方案

液壓缸可采用單作用或雙作用油缸，利用油缸的推力來提升載車板。車庫運行時，液壓缸通過滑輪架帶動各級動滑輪沿左側縱支撐水平移動，通過動滑輪組的作用，提升或放下鋼索，從而完成載車板的升降動作。動滑輪架的提升距離與載車板的提升距離之比為1∶6，即滑輪架每動作1 m，載車板可升降6 m，大大提高了載車板的舉升高度和舉升速度，各層可根據實際高度設置 1∶2、1∶4、1∶6、1∶8 等不同的滑輪級數。

滑輪組達到了大傳動比和快速升降的目的，加上液壓泵站的變頻調速，使車庫層數最高可達15層，提升速度成倍加快，減少了車輛出入庫的時間。

4.4 升降速度計算

液壓系統(tǒng)泵站采用15 kW異步電動機,轉速為1 440 r/min，由25 mL柱塞泵供油，液壓缸的內徑為115 mm，因此可計算得到油缸活塞桿的伸出速度，即滑輪架的運行速度V：

式中：Q為液壓缸流量；D為液壓缸內徑。

本例中，滑輪組采用的是 1∶2、1∶6 和 1∶8 傳動比，則2～3層提升速度V1為：

4～10層提升速度V2為：

11～15層提升速度V3為：

4.5 鋼絲繩選用

鋼絲繩的類別由股的數量和股的類別來劃分，參照GB8903—2005《電梯用鋼絲繩》標準，選用6×19W+FC型鋼絲繩[4]。立體車庫的工作條件為準無人方式，其安全因子n不低于7[5]，則單根鋼絲繩的破斷拉力F應滿足：

式中：W為載車板質量；M為提升車輛質量；m為提升鋼絲繩數量。

鋼絲繩直徑根據F的計算數值對應選取。

5 工作原理

高速液壓立體車庫的出入口在1層，最高層的載車板只可做升降動作，最低層的載車板只可做橫移動作，中間各層載車板既可做升降動作又可做橫移動作[6-7]。除頂層外，其余層均設有一個空位，載車板通過橫移動作實現車輛存取，最底層車位則可直接存取。

6 液壓系統(tǒng)

由于設備運行速度過快，必須進行變頻調速，達到起停平衡的目的。但是，在液壓驅動的立體車庫中，變頻調速對負載下降時的調速效果不理想，在泵站設計時應考慮調速要求。本車庫泵站設計采用比例閥進行調速，控制升降載車板起停過程的平穩(wěn)性。其中，電磁雙向截止閥防止車位存取時因系統(tǒng)內泄漏而脫離標準位置；溢流閥具有良好的防過載能力，如果超重，系統(tǒng)自動溢流，停止上升動作；單向節(jié)流閥保證在意外情況時上層車位以工作速度下降，確保不會發(fā)生車輛摔落事故；平衡閥平衡油缸上下腔的壓力。

7 電氣控制

電氣控制采用可編程序控制器控制，能夠對汽車外形尺寸、人車誤入、超重等進行檢測，并可及時報警，保證車輛有序存取。按用戶的不同需求，操作方式可以分為按鈕式、集成電路卡式及人機界面式[8-10]。

8 結束語

筆者設計的高速液壓立體車庫已在多個工程案例中得到應用，在解決城市停車難問題、節(jié)約城市土地資源、推動行業(yè)進步等方面都產生了一定的社會效益和經濟利益。

[1] 溫沁月，魯力群，國內外立體車庫現狀及發(fā)展綜述[J].物流工程與管理，2016（7）：159-161.

[2] 機械式停車設備 分類：GB/T26559—2011[S].

[3] 石曉宇，湯綠汀.升降橫移類機械式停車設備安全防護裝置和基本尺寸的要求[J].起重運輸機械，2013（6）:11-13.

[4] 電梯用鋼絲繩：GB8903—2005[S].

[5] 機械式停車設備通用安全要求：GB17907—2010[S].

[6] 升降橫移類機械式停車設備：JB/T8910—2013[S].

[7] 張煒，沈林勇，章亞男，等.用于堆垛式立體車庫中的自動泊車機器人[J].機械制造，2008，46（6）：20-23.

[8] 蔣雪卿.塔式全自動立體停車系統(tǒng)的設計[J].起重運輸機械，2004（4）:14-16.

[9] 曹文祥，馮雪梅.工業(yè)機器人研究現狀及發(fā)展趨勢[J].機械制造，2011，49（2）：41-43.

[10]盧艷軍，任立義，聞邦春.基于軟件PLC的I/O控制研究[J].機械制造，2005，43（7）:37-39.

[11]李棟，朱序璋，楊宏剛.機械系統(tǒng)人機界面多級模糊綜合評判[J].機械制造，2006，44（12）：37-40.