基于特征實(shí)體建模技術(shù)的垂直停車裝置設(shè)計(jì)

彭雙雙，王憲菊

（阜陽師范學(xué)院 物理與電子工程學(xué)院，安徽 阜陽 236037）

如今社會的快速發(fā)展，經(jīng)濟(jì)水平的提升，使得汽車發(fā)展迅速，數(shù)量劇增，截至2017年，中國汽車年銷量已連續(xù)8年世界第一，目前我國汽車保有量2億輛，保有量占全球20%，銷量占全球30%.目前我國千人汽車保有量140輛，總體而言仍屬于年輕的汽車消費(fèi)市場.統(tǒng)計(jì)局最新的數(shù)據(jù)表明，2016年私家車保有量達(dá)到1.46億輛，這個(gè)數(shù)字已經(jīng)超過了2013年統(tǒng)計(jì)汽車的總量，而這些私家車正是占領(lǐng)小區(qū)停車位的主要原因.隨著人均擁有汽車量的增加，小區(qū)停車難的問題也越來越被社會所關(guān)注，汽車在方便人類的同時(shí)，隨之也帶來了一系列的問題.在寸土寸金的城市中，停車位一直以來成為城市小區(qū)主要關(guān)注問題之一，停車難問題也越發(fā)突出.據(jù)統(tǒng)計(jì)城市中車輛亂停亂放情況有很多是由于停車位數(shù)量不夠?qū)е碌?，不但會引起交通不便，還可能會發(fā)生車輛剮蹭等現(xiàn)象.

我國普通小區(qū)的停車位大致可以區(qū)分兩種分布情況：一是2000年之前建造的老舊小區(qū)，往往在建設(shè)之初并未規(guī)劃正式的停車位.隨著小區(qū)居民對車位的需求逐漸增加，這類小區(qū)開始規(guī)劃正式的地面停車位.起初只是在綠化帶和建筑周邊環(huán)繞規(guī)劃車位，但隨著私車的增加，甚至綠化帶本身也被清理出來，規(guī)劃做車位使用.二是2000年之后建造的次新商品房小區(qū)，在規(guī)劃之初就建設(shè)了地下停車庫和地面停車位，通常車位設(shè)置的比例為3-4戶有1個(gè)車位.雖然在使用之初可以適應(yīng)住宅業(yè)主的停車需要，但隨著私家車的不斷增加，此類小區(qū)的物業(yè)方面往往劃出了原來行車的通道一邊作為停車位使用，如圖1所示.

圖1 城市普通小區(qū)停車環(huán)境

本文設(shè)計(jì)的新型垂直停車裝置，旨在解決以上城市普通小區(qū)內(nèi)占用車道停車問題，改善小區(qū)機(jī)動車道堵塞情況，節(jié)省空間，節(jié)約成本.

1 垂直停車裝置的結(jié)構(gòu)組成

設(shè)計(jì)的垂直停車裝置結(jié)構(gòu)如圖2所示，整個(gè)停車裝置采用框架式結(jié)構(gòu)，主要由支撐件1，滑輪2，金屬底板3，夾臂4，螺筒及固定支架5，金屬軸及固定支架6，一號齒輪7，二號齒輪8，一號蝸桿9，二號蝸桿10，電機(jī)11、12，鋼絲繩索13，繞線輪14，開關(guān)15，電源設(shè)備16，導(dǎo)線17，金屬導(dǎo)軌18.

其中，所述的支撐架1安裝在金屬導(dǎo)軌18上，繞線輪14、一號齒輪8與金屬軸及固定支架6連為一體并固定在支撐架1底部,滑輪2固定在支撐架1頂部的兩側(cè)由鋼絲繩索帶動金屬底板3上升或下降運(yùn)動，二號齒輪8、金屬螺筒及固定支架5與夾臂4連接成一整體并固定在金屬底板3上，金屬底板3與支撐架1連接并可繞支撐架1轉(zhuǎn)動，鋼絲繩索13通過滑輪2連接到繞線輪14和金屬底板3，一號蝸桿9與一號電機(jī)11連接為一體與一號齒輪7配合并固定在支撐架1底部，二號蝸桿10與二號電機(jī)12連接為一體，所述的電源設(shè)備16提供電力，由導(dǎo)線17連接電源16和開關(guān)15，二號電機(jī)11通過導(dǎo)線17連接到開關(guān)15，通過開關(guān)15調(diào)節(jié)二號電機(jī)11的正反轉(zhuǎn)控制夾臂4的收縮與伸張，實(shí)現(xiàn)對汽車的鎖定與解鎖，一號電機(jī)12通過導(dǎo)線17連接到開關(guān)15，通過開關(guān)15調(diào)節(jié)一號電機(jī)12正反轉(zhuǎn)控制金屬底板3的旋轉(zhuǎn)，汽車行駛到金屬底板3上，夾臂4在二號電機(jī)11的控制下收縮夾緊汽車輪胎，從而把汽車固定，一號電機(jī)12通過鋼絲繩索13拉起金屬底板3，支撐架1整體在金屬導(dǎo)軌上18上滑到另一側(cè)，取車時(shí)，支撐架1整體沿金屬導(dǎo)軌18滑動到原來一側(cè)，一號電動機(jī)12反轉(zhuǎn)放下金屬底板3，二號電機(jī)11反轉(zhuǎn)使夾臂4伸張，汽車駛出，從而節(jié)約停車的占地面積.

圖2 垂直停車裝置模型

2 垂直停車裝置主要機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

2.1 上車位傳動機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

車位的存取是該裝置的基礎(chǔ)和重要步驟，該垂直停車裝置上車位車輛舉升機(jī)構(gòu)采用鋼絲繩索，裝置結(jié)構(gòu)圖如圖3所示；金屬底板通過鉸鏈機(jī)構(gòu)與固定的支撐架連接，通過支撐架上的兩個(gè)滑輪轉(zhuǎn)動帶動金屬底板（載車板）產(chǎn)生升降運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)存取車輛的功能.存車時(shí),后齒輪7轉(zhuǎn)動，使得1號蝸桿逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，蝸桿兩端的滑輪旋轉(zhuǎn)拉伸鋼絲繩索，帶動底板降落至地面，司機(jī)將車輛安全停在底板上離開，這里要求汽車兩個(gè)后車輪與停車裝置底板上的車輪固定器保持在同一水平線上，開始舉升過程，前齒輪轉(zhuǎn)動，底板上的夾臂裝置收縮至車輪固定器緊緊夾住汽車的兩個(gè)后車輪停止夾緊，后齒輪順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，帶動1號蝸桿轉(zhuǎn)動，滑輪轉(zhuǎn)動收緊鋼絲繩索，底板逐漸運(yùn)動到垂直位置.

圖3 上車位裝置結(jié)構(gòu)圖

上車位車輛存取流程圖如圖4所示.

圖4 上車位車輛存取流程圖

2 上車位機(jī)構(gòu)主要構(gòu)件結(jié)構(gòu)解析

2.1 夾臂機(jī)構(gòu)

圖5 夾臂機(jī)構(gòu)

夾臂機(jī)構(gòu)包括車輪固定器、減速帶、底板、夾臂裝置、伸縮彈簧、前齒輪，如圖5所示.當(dāng)?shù)装逑路胖了轿恢?，此時(shí)的夾臂裝置為最大伸狀態(tài)，汽車開始駛?cè)氲装?，?dāng)汽車后輪接觸到減速帶時(shí)汽車立即停止.人離開汽車至安全區(qū)域，此時(shí)電機(jī)帶動前齒輪再由前齒輪帶動伸縮彈簧和夾臂裝置，直至車輪固定器卡緊車后輪.

2.2 升降機(jī)構(gòu)

升降機(jī)構(gòu)由后齒輪、下滑輪、繩索、上滑輪、拱門組成，如圖6所示.當(dāng)汽車由夾臂機(jī)構(gòu)卡住后，電機(jī)帶動后齒輪，后齒輪再收回繩索，繩索連帶夾臂裝置向上回收.當(dāng)?shù)装迮c地面垂直時(shí)，電機(jī)停止工作進(jìn)入自鎖狀態(tài).

圖6 升降機(jī)構(gòu)

2.3 平移機(jī)構(gòu)

平移機(jī)構(gòu)由導(dǎo)軌組成，位于拱門下方，用于平移停車裝置.當(dāng)裝置由個(gè)人啟動時(shí)，停車裝置會由路邊從導(dǎo)軌上平移略大于一個(gè)車寬的距離，到達(dá)指定位置.當(dāng)汽車與地面垂直固定時(shí)，停車裝置會從指定位置沿導(dǎo)軌平移回初始位置.

2.4 存儲設(shè)備

由于該停車裝置主要考慮到停車占用面積問題，為了節(jié)省空間，減少交通堵塞問題，采用垂直式，可能會造成一些車主的車內(nèi)放置的個(gè)人物品的移動錯(cuò)亂，基于此問題，該裝置在停車裝置旁邊設(shè)置了一個(gè)儲物柜，以便車主存放個(gè)人物品.整體結(jié)構(gòu)模型如圖7所示.

圖7 垂直停車裝置整體結(jié)構(gòu)模型

3 下車位存取機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

下車位車輛存取機(jī)構(gòu)采用齒輪蝸桿傳動方式，支撐架1整體沿金屬導(dǎo)軌18滑動到原來一側(cè)，一號電動機(jī)12反轉(zhuǎn)放下金屬底板3，二號電機(jī)11反轉(zhuǎn)使夾臂4伸張，汽車駛出，實(shí)現(xiàn)下車位車輛的存取功能.

4 垂直式停車裝置控制機(jī)構(gòu)分析

該垂直停車裝置利用電動機(jī)來控制齒輪與蝸桿的傳動，存車時(shí)利用電機(jī)12帶動前齒輪和二號蝸桿傳動，實(shí)現(xiàn)汽車的固定夾緊，然后利用電機(jī)11帶動后齒輪和一號蝸桿傳動，使得滑輪旋轉(zhuǎn)使汽車運(yùn)動到垂直位置，取車時(shí)利用電機(jī)翻轉(zhuǎn)將底板緩緩放下.電機(jī)控制原理圖如圖8所示.

圖8 電機(jī)控制原理圖

5 結(jié)論

本文設(shè)計(jì)的停車裝置主要用于生活小區(qū)、購物中心、寫字樓等停車位緊張的地方，大大解決停車難，亂停亂放導(dǎo)致的交通堵塞的問題.相對于小區(qū)大規(guī)模改造停車場來說，本文設(shè)計(jì)的垂直式停車樁裝置小巧簡單，便于安置，停車量相對于傳統(tǒng)停車量之比約為3：1，這能使小區(qū)有更多的活動空間供人們活動.位于垂直式停車裝置的底板位置也可放置宣傳標(biāo)語和廣告位，這可使小區(qū)帶來可觀的收益，也可減少居民的物業(yè)負(fù)擔(dān).

隨著電動汽車的普及與發(fā)展，本垂直停車裝置可在轉(zhuǎn)軸處安置充電設(shè)備，來解決小區(qū)電動汽車充電樁的數(shù)量和占地不足的問題.通過大學(xué)生學(xué)科競賽實(shí)踐，證明本裝置在使用中體現(xiàn)了操作方便、翻轉(zhuǎn)靈活、穩(wěn)定性好等特點(diǎn)，具有良好的應(yīng)用前景.