一種半嵌地式多功能醫(yī)用車庫結(jié)構(gòu)設(shè)計*

繆 也 ，孫 釗 ，曹夢琪 ，張國棟 ，孫奧奇 ，李成理

（巢湖學(xué)院機械工程學(xué)院，安徽 巢湖 238000）

0 引言

隨著轎車的普及，城市汽車保有量增加，醫(yī)院地面停車位已無法滿足人們?nèi)粘Ｋ鑋1]，建造多功能防疫車庫勢在必行。市面上較為常見的橫移式立體車庫功能比較單一，對地上和地下的空間利用不夠合理，容車量較小，安全措施較為簡陋，適用的范圍較小，停車和取車速度慢、等待時間長，工作效率低，適應(yīng)性較差，導(dǎo)致其市場應(yīng)用率較低[2]。而且現(xiàn)有的地面車庫空間利用率低、占地面積大、投資成本高，不適應(yīng)路邊停車位，例如一些市區(qū)街道旁的側(cè)方停車位，導(dǎo)致小區(qū)、街道升級改造具有較大難度[3]。

而半嵌地式多功能醫(yī)用車庫不僅適合這樣的路邊停車位，還可以在此基礎(chǔ)上升級改造，適合醫(yī)院等大型人流量多的場所。本文針對傳統(tǒng)的機械式立體車庫，創(chuàng)新設(shè)計了一種半嵌地式多功能醫(yī)用車庫結(jié)構(gòu)，既能夠提升傳統(tǒng)車庫的利用率，又能夠防止在醫(yī)院中出現(xiàn)病毒交叉感染的情況。

1 一種半嵌地式多功能防疫車庫的結(jié)構(gòu)組成及工作原理

1.1 結(jié)構(gòu)組成

該車庫主要由定軌機構(gòu)、防墜落機構(gòu)和傳送機構(gòu)組成，是一排車庫集群，每兩個車庫之間都有一個側(cè)方位輔助停車裝置，不僅可以最大化利用土地資源，而且為每輛車提供了兩個出入口，大大節(jié)約了人們?nèi)?、停車的時間。定軌機構(gòu)由三個滑桿和對應(yīng)的滑槽組成，能夠使載車板在運動的過程中保持穩(wěn)定和平衡。傳送機構(gòu)由齒輪和鏈條構(gòu)成，能夠保證載車板的循環(huán)交替。防墜裝置由滑桿、軸承、螺旋槽柱、棘輪構(gòu)成；滑桿與鏈條的銷軸連接，再與螺旋槽柱配合；軸承與固定軸配合，通過鏈條的運動帶動滑桿，使螺旋槽柱旋轉(zhuǎn)運動；而棘輪與螺旋槽柱銜接，當載車板墜落時，棘輪會反向卡死，使得螺旋槽輪柱靜止，以達到防止載車板墜落的目的。車庫的整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 車庫總體結(jié)構(gòu)

1.2 工作原理

半嵌地式多功能醫(yī)用車庫工作時，通過電機帶動傳動安排鏈條做垂直循環(huán)作業(yè)，以循環(huán)移動的方式進行存取或停放車輛。每隔一定距離安裝一個存車點，當電機轉(zhuǎn)動時，存車點隨鏈條一起做垂直循環(huán)運動，以達到存車的目的。垂直循環(huán)車庫三維建模設(shè)計圖如圖2所示。

圖2 垂直循環(huán)車庫三維建模設(shè)計圖

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.1 停車限位裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計

停車限位裝置包括兩個轉(zhuǎn)盤裝置，分別被對稱設(shè)置在停車位入口處，轉(zhuǎn)盤裝置的立體結(jié)構(gòu)示意圖如圖3 所示，俯視圖如圖4 所示，沿A-A 方向的剖視圖如圖5 所示。轉(zhuǎn)盤裝置包括底座、支座、中心支柱、擋葉、彈簧、擋塊、擋板；其中，底座預(yù)埋在停車位地面內(nèi)，且上端面與地面平齊，上端設(shè)有支座；底座與支座通過螺絲連接。支座與中心支柱活動連接，中心支柱外壁上設(shè)有三個擋葉，擋葉結(jié)構(gòu)示意圖如圖6 所示。三個擋葉互成120°，擋葉兩側(cè)邊上分別設(shè)有一個或一個以上的輔助滾輪，底座上端且位于其中兩個擋葉之間設(shè)有兩個凹槽，凹槽內(nèi)設(shè)有彈簧，彈簧上端與擋塊連接，擋塊上端呈半圓弧狀，中心支柱上端設(shè)有擋板，該擋板與中心支柱活動連接，擋板上設(shè)有裝置鎖，裝置鎖可以將中心支柱鎖住，使擋葉不能轉(zhuǎn)動，底座上端且位于擋塊上方部分設(shè)有防護殼。

圖3 轉(zhuǎn)盤裝置的立體結(jié)構(gòu)示意圖

圖4 轉(zhuǎn)盤裝置俯視圖

圖5 圖4沿A-A 方向的剖視圖

該停車限位裝置具有以下優(yōu)勢：1）方便、成本低，使車位的專有性得以體現(xiàn)，能夠有效防止車位被占、車輛亂停等現(xiàn)象發(fā)生；2）擋葉的設(shè)置不僅對停車位進行了限制，同時對停車位的有效空間進行了最大化利用，大大節(jié)省了地面空間。

2.2 一種具有上坡防溜車功能的減速帶結(jié)構(gòu)設(shè)計

為保證立體車庫安全運行[4]，一種具有上坡防溜車功能的減速帶由迎車面減速帶、背車面減速帶、減速帶內(nèi)腔、抗壓回彈裝置四部分組成，減速帶主視圖及俯視圖分別如圖7、圖8 所示。迎車面減速帶是截面為鈍角三角形的長條狀結(jié)構(gòu)，減速面的傾斜角度小于迎車面減速帶止動面的傾斜角度，且迎車面減速帶的減速面寬度應(yīng)大于止動面的寬度。背車面減速帶也是截面為鈍角三角形的長條狀結(jié)構(gòu)，沿長度方向安裝在迎車面減速帶的止動面上，且背車面減速帶的上部止動面寬度小于下部止動面的寬度。迎車面減速帶、背車面減速帶的表面均設(shè)置有防滑紋絡(luò)，凹槽開口處設(shè)有擋板，擋板內(nèi)有回位彈簧。減速帶內(nèi)腔中設(shè)有抗壓回彈裝置，抗壓回彈裝置由套筒、伸縮桿、彈簧限位環(huán)和回位彈簧組成，套筒內(nèi)設(shè)置有伸縮桿，伸縮桿頂端設(shè)置有彈簧限位環(huán)，伸縮桿上、套筒頂端與彈簧限位環(huán)之間套設(shè)有回位彈簧。

圖7 一種具有上坡防溜車功能的減速帶主視圖

圖8 一種具有上坡防溜車功能的減速帶俯視圖

一種具有上坡防溜車功能的減速帶具有以下優(yōu)勢：1）在上側(cè)方位輔助停車裝置段可以防止汽車啟動時熄火向后溜車，減少交通事故的發(fā)生，提高安全性。2）提升了減速帶的減速效果，避免了減速帶長時間被碾壓損壞導(dǎo)致減速效果降低。

2.3 自由度可移動的洗車裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計

洗車裝置主要由平面任意移動機構(gòu)、多級電動液壓伸縮裝置和空間2 自由度洗頭機構(gòu)組成，洗車機構(gòu)三維模型視圖、主視圖、側(cè)視圖分別如圖9、圖10、圖11 所示。

圖9 洗車機構(gòu)三維模型視圖

圖10 洗車機構(gòu)主視圖

圖11 洗車機構(gòu)側(cè)視圖

平面任意移動機構(gòu)由7 個皮帶輪、皮帶、滑塊、多個固定滑輪組成，主要由兩個電動機控制移動方向，平面任意移動機構(gòu)的三維模型視圖和三維模型透視圖分別如圖12、圖13 所示。當兩個電動機同速反向旋轉(zhuǎn)時，滑塊沿縱向移動；當兩個電動機同速同向旋轉(zhuǎn)時，滑塊沿橫向移動；當只有一個電動機旋轉(zhuǎn)時，滑塊傾斜運動，這樣可以任意調(diào)動多級電動液壓伸縮機構(gòu)和2自由度洗頭機構(gòu)在車長方向的位置。

圖12 平面任意移動機構(gòu)三維模型視圖

圖13 平面任意移動機構(gòu)三維模型透視圖

多級電動液壓伸縮裝置主要由三級減速機構(gòu)和伸縮桿構(gòu)成，可以調(diào)動2 自由度洗頭機構(gòu)在車寬方向的位置。2 自由度洗頭機構(gòu)視圖如圖14 所示，洗頭機構(gòu)主要由兩組蝸輪蝸桿配合、一組傘狀齒輪嚙合和軸承來完成洗頭機構(gòu)2 自由度運動，下蝸輪與同軸傘狀齒輪連接，上蝸輪與外殼體連接，洗頭機構(gòu)與另一個傘狀齒輪通過連桿連接。下蝸桿轉(zhuǎn)動，洗頭機構(gòu)在殼口方向可180°旋轉(zhuǎn)；上下蝸桿一起轉(zhuǎn)動，洗頭機構(gòu)可360°旋轉(zhuǎn)；綜合運動可實現(xiàn)洗頭機構(gòu)全方位、無死角地對車身進行清洗工作。

圖14 2自由度洗頭機構(gòu)視圖

2.4 載車板設(shè)計

2.4.1 載車板的尺寸

根據(jù)大眾普遍使用的中、小型車輛的尺寸規(guī)格以及國家標準中救護車的運行安全條件，載車板尺寸應(yīng)符合GB 7258—2017《機動車運行安全技術(shù)條件》。本車庫針對救護車、家用車等中小型車輛，其尺寸范圍為：車長5.8 m 以下、車寬2.9 m 以下、車高2.6 m以下，質(zhì)量2 200 kg 以下；單個停車位的尺寸設(shè)定為6 m（長）×3.5 m（寬）×3 m（高）。

2.4.2 載車板的選擇

載車板是用來承載庫存車輛的[5]，主要采用框架式載車板，為保證運行過程穩(wěn)定，于載車板下方附加兩塊加強板，加強板的作用是削弱停放車輛的重力產(chǎn)生的影響，減小對載車板的損害。為達到上述目的，決定選用Q345 鋼為主要建造材料。Q345鋼的彈性模量為206 GPa，泊松比為0.28，屈服強度為345 MPa，抗拉強度為470 MPa，具有非常良好的力學(xué)性能[6]。

3 關(guān)鍵部件強度載荷分析

3.1 鏈條加長銷的設(shè)計與受力分析

對鏈條加長銷的尺寸進行設(shè)計，在存、取車過程中，銷軸受到與其連接的載車板的作用力，主要為剪切應(yīng)力。如果加長銷承受的最大剪切應(yīng)力在它所允許的剪切應(yīng)力范圍外，則加長銷易發(fā)生剪切斷裂。因此，應(yīng)首先對其進行受力計算及分析，繼而設(shè)計鏈板、槽輪等其他關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)?？紤]調(diào)質(zhì)后的45 號鋼機械性能良好，具有更高的強度、抗變形能力等特點[7]，可作為加長銷材料。45 號鋼的許用剪切應(yīng)力為146 MPa。加長銷承受的最大剪切應(yīng)力應(yīng)小于許用剪切應(yīng)力τmax。設(shè)直徑為d，最大剪切應(yīng)力為Fs，車庫處于極限偏載時的重力取87 600 N，安全系數(shù)為s。則由式（1）和式（2）可求得加長銷的最小直徑為47.8 mm，在此取48 mm。本車庫加長銷直徑為50 mm，大于最小直徑，故滿足要求。

在食品腐敗菌和病原體中具有抑菌作用的化學(xué)成分，如醇類化合物和酮類化合物等也存在于花椒的精油中[21]，它們會完全抑制金黃色葡萄球菌、炭疽桿菌、枯草桿菌等10 種革蘭氏陽性菌以及變形桿菌、炭疽桿菌、霍亂弧菌等7種革蘭氏陰性菌的活性。

3.2 加強板的強度校核及計算

加強板是承受載車板和汽車的裝置，當加強板處于下降狀態(tài)時，需承載兩塊載車板和小汽車的質(zhì)量，承載量較大且加強板的跨度較大，普通鋼材難以支撐[8]，因此選用Q345 鋼作為加強板的主架。車輛隨載車板在加強板上移動，停放車輛后，加強板的橫梁是加強板的主要承載單元，加強板受力情況如圖15所示。

圖15 加強板受力情況示意圖

圖中相應(yīng)的計算參數(shù)為：L=3.5 m，a=0.3 m，b=2.9 m，c=0.3 m。在計算時將受力情況視為恒載，Pg=87.6 kN，為恒載數(shù)值；γg=1.2，為恒載分項系數(shù)。因此可得設(shè)計值為Pd=Pgγg=105.1 kN。

由此可計算出：

最大剪應(yīng)力τmax=Ws/A=34 N/mm2；

彎曲正應(yīng)力σmax=43.8 N/mm2﹤抗彎應(yīng)力設(shè)計值f=295 N/mm2；

支座最大剪應(yīng)力τmax=34 N/mm2﹤抗剪應(yīng)力設(shè)計值fv=180 N/mm2；

綜上所述，加強板符合工況要求，可較好地保障整個車庫的運轉(zhuǎn)。

4 結(jié)語

針對垂直循環(huán)機械停車設(shè)備，本文設(shè)計了一種半嵌地式多功能循環(huán)車庫設(shè)備。該設(shè)備結(jié)構(gòu)簡易，多方面運轉(zhuǎn)穩(wěn)定。加強板是立體車庫的主要承重部分，其結(jié)構(gòu)設(shè)計直接影響著整個車庫的安全性和穩(wěn)定性，就此針對加強板進行了強度校核[9-10]，模擬現(xiàn)實中的真實情況，證明了該停車位結(jié)構(gòu)十分穩(wěn)定，安全性能高，為解決醫(yī)院停車不便提供了一種較為新穎而切實的解決辦法，具有可行性。