小型多層無避讓式立體停車庫的設(shè)計*

□夏宗佑 □周陳林 □牟方才 □李 軍

重慶交通大學(xué) 機(jī)電與車輛工程學(xué)院 重慶 400074

1 設(shè)計背景

解決路邊停車難的問題，并對已建成的老舊小區(qū)停車庫進(jìn)行改造，是解決我國各大城市停車難問題的重要方法之一[1]。傳統(tǒng)的機(jī)械立體式停車庫開發(fā)難度大，資金投入多，成本回收期長。老舊小區(qū)則車庫資源緊張，難以進(jìn)行大面積改造。相比而言，小型多層無避讓式立體停車庫具有占地面積小、停取車方便、建設(shè)難度低、故障少、靈活性好等特點[2]，更適合于大中城市的老舊居民小區(qū)、道路邊等停車環(huán)境。俞天明設(shè)計了旋轉(zhuǎn)升降式無避讓停車庫，但只能設(shè)計至兩層，停車靈活性差，空間利用率低[3]。

筆者通過借鑒已有的停車方式[4-5]，研究設(shè)計了一種小型多層無避讓式立體停車庫，由單元組合式立體停車單元組成，可以根據(jù)已有車庫面積和方位進(jìn)行組合及擴(kuò)展，形成多層多方位無避讓式立體停車庫，以實現(xiàn)停車庫的最大化利用。

2 停車庫整體設(shè)計

小型多層無避讓式立體停車庫工作流程如圖1所示。

在理論研究的基礎(chǔ)上，小型多層無避讓式立體停車庫采用模塊化設(shè)計。停車庫由架構(gòu)、升降模塊、橫移層三部分組成，借助SolidWorks軟件對停車庫結(jié)構(gòu)進(jìn)行三維建模驗證，然后應(yīng)用ANSYS軟件對停車庫結(jié)構(gòu)和關(guān)鍵零部件進(jìn)行受力分析，并對結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化[6]。停車庫結(jié)構(gòu)如圖2所示，單元組合如圖3所示。

圖1 小型多層無避讓式立體停車庫工作流程圖

圖2 小型多層無避讓式立體停車庫結(jié)構(gòu)

圖3 小型多層無避讓式立體停車庫單元組合

3 架構(gòu)

小型多層無避讓式立體停車庫架構(gòu)包括框架與鎖緊機(jī)構(gòu)。

3.1 框架

框架采用H型鋼搭建，用以防止載車板在移動過程中出現(xiàn)偏移，在每層框架上有兩根U形截面導(dǎo)軌。

框架以每個車位為單元，可以向上疊加和前后疊加。通過擴(kuò)展停車車位以充分有效利用已有空間，實現(xiàn)多層組合式結(jié)構(gòu)。

3.2 鎖緊機(jī)構(gòu)

每個車位都有載車板，為防止載車板滑落，在每根導(dǎo)軌的后部都設(shè)置了一個鎖緊機(jī)構(gòu)。鎖緊機(jī)構(gòu)采用了剪式閉鎖結(jié)構(gòu)設(shè)計，并用連桿機(jī)構(gòu)傳動，采用推拉式電磁鐵作為動力源，如圖4所示。

圖4 鎖緊機(jī)構(gòu)

4 升降模塊

小型多層無避讓式立體停車庫升降模塊包括升降機(jī)構(gòu)、翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)與安全防墜鎖止機(jī)構(gòu)。

4.1 升降機(jī)構(gòu)

升降機(jī)構(gòu)采用電動機(jī)驅(qū)動，行星輪減速箱減速，鏈輪鏈條傳動，直線導(dǎo)軌導(dǎo)向，由16#B槽鋼支撐，以實現(xiàn)升降功能。

對于停車庫而言，其所需提升的車輛屬于較大載荷，且傳動跨距較大，工作環(huán)境較為惡劣，因此采用鏈輪鏈條傳動[7]。同時停車庫提升精度的要求較高，并且需要克服一定的傾覆力矩，因此采用了直線導(dǎo)軌進(jìn)行導(dǎo)向。由于導(dǎo)軌所受軸向壓力較大，若導(dǎo)軌直接受壓，易產(chǎn)生變形，對于傳動會有較大影響，因此添加了16#B槽鋼作為支撐，以提高剛性。升降機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)如圖5所示。

4.2 翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)

為了不占用車道，不對空間產(chǎn)生阻擾干涉，停車庫采用了升降臺可翻轉(zhuǎn)式設(shè)計。翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)采用電動機(jī)驅(qū)動，行星輪減速箱減速，蝸輪蝸桿傳動。

圖5 升降機(jī)構(gòu)

由于受空間及結(jié)構(gòu)的限制，翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)翻轉(zhuǎn)時要求靈活順暢且載荷不大，并要求有一定的自鎖功能，防止滑落，因此，采用了蝸輪蝸桿傳動。在翻轉(zhuǎn)至水平位置之后，由于要對車輛進(jìn)行升降操作，因此翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的強(qiáng)度要求比較高。在翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)中采用了限位銷進(jìn)行限位，并增強(qiáng)其可靠性。翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)如圖6所示。

圖6 翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)

4.3 安全防墜鎖止機(jī)構(gòu)

為防止升降過程中鏈條突然斷裂導(dǎo)致車輛墜落，停車庫設(shè)計了安全防墜鎖止機(jī)構(gòu)[8]，結(jié)構(gòu)如圖7所示。

傳感器檢測到鏈條斷裂時，立即驅(qū)動推拉式電磁鐵動作，摩擦片相對于連接塊與導(dǎo)軌向上運動。由于摩擦片與連接塊之間設(shè)計有一定的楔形斜度，因此在導(dǎo)軌與滑塊之間可產(chǎn)生摩擦鎖止效果，使滑塊抱死，防止車輛墜落。

圖7 安全防墜鎖止機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)

5 橫移層

小型多層無避讓式立體停車庫橫移層包括橫移基架、中間層及載車板三部分[9]。

橫移層主要用于車輛的橫向移位，實現(xiàn)車輛的位置調(diào)整。將載車板從存車位中牽引到橫移層或?qū)⑤d車板從橫移層存入存車位中，以達(dá)到停車取車移位的目的。

橫移層結(jié)構(gòu)如圖8所示，橫移層傳動系統(tǒng)如圖9所示。

圖8 橫移層結(jié)構(gòu)

圖9 橫移層傳動系統(tǒng)

5.1 橫移基架

橫移基架在車輛升降過程中主要起承載車輛的作用。橫移基架兩邊的斜坡結(jié)構(gòu)便于車輛上下駛?cè)牖?，燕尾槽?dǎo)軌可以為中間層的移動提供導(dǎo)向，絲杠傳動機(jī)構(gòu)可以為中間層的移動提供動力，以實現(xiàn)中間層與載車板的預(yù)橫移，跨越升降機(jī)構(gòu)與框架之間的間隙。

橫移基架在車輛升降過程中主要起承載車輛的作用，其剛度和強(qiáng)度是停車庫穩(wěn)定性和安全性的關(guān)鍵所在。筆者應(yīng)用ANSYS軟件對橫移基架進(jìn)行了受力分析與優(yōu)化，根據(jù)某型轎車的主要基本參數(shù)及相關(guān)數(shù)據(jù)，橫移基架的設(shè)計載荷為21 kN，轎車軸距取2 800 mm，車寬為1 800 mm，輪胎寬度為235 mm。橫移基架結(jié)構(gòu)尺寸如圖10所示。

圖10 橫移基架結(jié)構(gòu)尺寸

由于轎車質(zhì)心不在其幾何中心，同時一般轎車的發(fā)動機(jī)前置，因此單個轎車后輪施加的載荷為4 200 N，單個轎車前輪施加的載荷為6 300 N。將橫移基架與升降機(jī)構(gòu)連接的部分，以及橫移基架橫桿接觸的面設(shè)置為固定約束[10]，具體載荷分布如圖11所示。

圖11 載荷分布

橫移基架受力分析結(jié)果如圖12所示，其最大變形位置為基架最遠(yuǎn)端，大小為17.437 mm，滿足結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度要求。

圖12 橫移基架受力分析

5.2 中間層

中間層作為預(yù)移動層，可在絲杠傳動的作用下承載載車板作短距離的橫向移動，同時可為載車板的長距離橫向移動直接提供導(dǎo)向作用和動力。中間層結(jié)構(gòu)如圖13所示。

圖13 中間層結(jié)構(gòu)

5.3 載車板

載車板為存取車輛的支撐載體，在齒輪齒條的作用下，可以實現(xiàn)框架與橫移層之間的移動與位置交換，以方便車輛挪動及移位。

6 結(jié)論

小型多層無避讓式立體車庫采用模塊化單元結(jié)構(gòu)設(shè)計，具有空間利用率高，可實現(xiàn)停車庫與車位擴(kuò)展，有利于老舊小區(qū)停車庫改造等特點。

停車庫解決了已有的無避讓式立體停車庫最大停車上限高度為兩層的局限性，可實現(xiàn)向上多層擴(kuò)展，以充分提升已有停車庫的空間利用率。

相較于簡易升降式立體停車庫，解決了停取上層車輛必須移走下層車輛的局限問題，優(yōu)化了停取車操作方式，縮短了取車時間，可實現(xiàn)便捷停取車輛。

停車庫采用模塊化設(shè)計和組合式結(jié)構(gòu)，維護(hù)相對方便，建造成本與難度相對較低，配置靈活，停取車輛方便。

針對市面上已有的無避讓式立體停車庫結(jié)構(gòu)多為單懸臂梁，穩(wěn)定性較差，面對風(fēng)載、雪載等自然因素會產(chǎn)生較大變形等問題[11-12]，將小型多層無避讓式立體停車庫設(shè)計為雙懸臂式，有效改進(jìn)和提高了結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，且可承受較大風(fēng)載。

停車庫的載車板可作為廣告牌使用，起到一物多用的效果，符合現(xiàn)代化城市的理念。

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