巷道平移式立體車庫結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)設(shè)計

梁秀英，段成財，李慶偉

LIANG Xiu-ying, DUAN Cheng-cai, LI Qing-wei

（華中農(nóng)業(yè)大學(xué) 工程技術(shù)學(xué)院，武漢 430070）

0 引言

近年來，隨著國民經(jīng)濟的增長和汽車工業(yè)的發(fā)展，我國汽車的使用量大幅上升，汽車泊位與汽車數(shù)量的比例嚴(yán)重失調(diào)，城市中停車難、違章停車的矛盾越來越尖銳[1～3]。針對這一現(xiàn)狀，向空中和地下發(fā)展的立體車庫成為現(xiàn)代泊車的必然選擇。立體車庫提高了土地使用率，實現(xiàn)了停車過程中人車分流，從而保障了人身安全。根據(jù)結(jié)構(gòu)形式的不同，立體車庫可分為升降橫移式、平面移動式、巷道堆垛式、垂直升降式、簡易升降式等多種形式[4]。本文提出的巷道平移式立體車庫，結(jié)合了巷道堆垛類的大容量和平面移動類的高效率等優(yōu)點。本文設(shè)計了巷道平移式立體車庫的機械結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作原理

1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

立體車庫的機械部分主要由移動平臺和車位組成，移動平臺的作用是實現(xiàn)車輛在X、Y、Z方向的移動，其中X軸方向的運動主要是由橫移機構(gòu)和微橫移機構(gòu)來完成，主要包括電機、減速器、傳動軸、橫移鏈輪、推拉銷、聯(lián)軸器、驅(qū)動齒輪以及齒條等部分組成；Y軸方向的運動由驅(qū)動輪和導(dǎo)軌來完成，主要包括電機、減速器、主動和從動鏈輪、傳動鏈條、傳動軸、驅(qū)動輪以及平行導(dǎo)軌等部分組成；Z軸方向運動由鋼絲繩帶動提升架來完成，主要包括電機、減速器、聯(lián)軸器、鋼絲滾筒、鋼絲繩、定滑輪和提升轎廂等部分組成。車位的功能是存放載車板，一般包括兩層或多層，主要結(jié)構(gòu)是型鋼聯(lián)接成的鋼架，此外還包括保險鉤和承載滾道等一系列輔助部件。立體車庫的總體布局如圖1所示。

圖1 立體車庫的總體布局圖

1.2 工作原理

1.2.1 存車

當(dāng)按下存車按鈕并選擇車位后，移動平臺就會在電機的驅(qū)動下沿著軌道進行Y方向的運動，移動平臺到位后提升電機開始正轉(zhuǎn)，提升架向上沿Z方向運動，提升架到位后驅(qū)動微橫移電機開始反轉(zhuǎn)，帶動微橫移機構(gòu)沿X負(fù)方向動作，微橫移機構(gòu)到位后橫移電機開始正轉(zhuǎn)，推拉銷在橫移鏈輪的帶動下由鏈輪的一端開始進行圓周運動，在這個運動過程中推拉銷實現(xiàn)了向Z軸正方向的運動，并實現(xiàn)了與推拉鉤的嚙合。推拉銷運動到鏈輪頂端后開始做水平運動并帶動推拉鉤和載車板X軸正向運動，到位后驅(qū)動提升電機反方向運動，提升轎廂沿Z軸向下運動，到位后平臺驅(qū)動電機反轉(zhuǎn)，實現(xiàn)Y軸負(fù)向運動，運動到位后電機停轉(zhuǎn)，實現(xiàn)了載車板的取出。

車停到載車板后，若車的長寬高滿足系統(tǒng)要求，則開始存車，否則發(fā)出報警信號。存車系統(tǒng)按照上述順序進行Y向和Z向運動，Z向到位后微橫移電機開始反轉(zhuǎn)，載車板在微橫移機構(gòu)的帶動下進行X負(fù)方向移動；到位后微橫移電機開始反轉(zhuǎn)，載車板在微橫移機構(gòu)的帶動下繼續(xù)向前運動，當(dāng)推拉銷運動到鏈輪端點時推拉銷和推拉鉤自動脫離，與此同時保險鉤的作用端在彈簧的拉力下向上翹起，起到保險作用。

存車完成后，微橫移機構(gòu)開始運動，到位后停止運動，然后再進行Z方向和Y方向的運動，最終回到原位，完成存車過程。車位、推拉銷嚙合、載車板的示意圖如圖2所示。

圖2 車位、推拉銷嚙合、載車板示意圖

1.2.2 取車

當(dāng)按下取車按鈕并選擇車位后，移動平臺就先按照上述步驟先進行Y軸正向運動，在進行Z軸正向運、X軸負(fù)向運動，推拉銷和推拉鉤嚙合后進行X軸正向運動、Z軸負(fù)向運動、Y軸負(fù)向運動，最終回到原位，實現(xiàn)車輛的取出。

2 控制系統(tǒng)設(shè)計

2.1 硬件設(shè)計

巷道平移式立體車庫控制系統(tǒng)按3層設(shè)計，每層3個庫位，分南北兩區(qū)，中間為移動平臺。其硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖3所示。其中存取車界面如圖4所示，采用與車位相對應(yīng)的指示燈來提示車位是否有車，即每個車位的狀態(tài)指示燈顯示了當(dāng)前該車位是否有車，如果已停車則該指示燈為亮，此時只能取車不能停車，反之，若該指示燈為滅的狀態(tài)，則可以存車；根據(jù)輸入輸出點數(shù)和存儲容量的要求，本系統(tǒng)的控制器選擇三菱FX2 N-80MT-D型PLC，具有40點輸入/40點晶體管輸出，存儲容量為8000步；傳感器有距離和位置傳感器兩類，距離傳感器是判斷移動平臺何時到達(dá)指定的位置，即控制X、Y和Z軸的位置，根據(jù)不同的檢測方式可以用不同的傳感器，在這里經(jīng)過綜合比較選擇最為普遍且能達(dá)到精度的 L5XCMN 2112 L 1型行程開關(guān)，位置傳感器是用來控制車長和車高，不讓其超過載車盤的極限位置[5]，選用三易電氣公司生產(chǎn)的型號為JCG-1650 D 03NO的常開型光電接近開關(guān)，安裝在升降平臺上；PLC輸入接口電路主要是采用光電耦合器把傳感器的輸出信號耦合到PLC的輸入口，而PLC輸出接口電路則采用固態(tài)繼電器（S S R）去控制執(zhí)行電機動作；另外當(dāng)所存車的高度超過了車庫所規(guī)定的高度時就發(fā)出報警信號。

圖3 立體車庫硬件結(jié)構(gòu)框圖

圖4 存取車控制界面

2.2 軟件設(shè)計

本立體車庫控制系統(tǒng)采用手動操作和自動操作兩部分，手動操作主要用于車庫設(shè)備的安裝調(diào)試、維修和故障處理，自動操作為車庫正常運行時使用，兩套系統(tǒng)互不影響[1]。自動操作的軟件流程圖如圖5所示。

圖5 自動操作的軟件流程圖

3 結(jié)論

在現(xiàn)有的多種自動化立體車庫的基礎(chǔ)之上，提出了一種新的設(shè)計思路，融合了平面移動類和巷道堆垛類兩種車庫的設(shè)計方法，既實現(xiàn)了Y軸方向的移動，增加存車容量，又能夠?qū)崿F(xiàn)X方向的水平無搬運平移；控制系統(tǒng)采用限位開關(guān)和光電接近開關(guān)，不但控制精度高而且使整個控制系統(tǒng)的輸入、輸出接口電路接線簡單、方便，運行穩(wěn)定、可靠；硬件和軟件設(shè)計中充分考慮車庫容量的問題，只需要很小的修改就能實現(xiàn)車庫容量的改變。

[1]張華強,王陶,蘇曉良,等.基于H MI和PLC的立體車庫自動控制系統(tǒng)[J].電氣傳動,2005,35(8):50-53.

[2]王雪潔,王國雄.PLC與變頻器在巷道堆垛式立體車庫控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].起重運輸機械,2005,(2):19-20.

[3]姚小明,白晨明,范多旺,等.巷道堆垛式自動化立體車庫監(jiān)控系統(tǒng)[J].電氣傳動,2005,35(11):41-44.

[4]李祥啟.立體車庫的選型與應(yīng)用[J].建設(shè)科技,2008，(10):66-67.

[5]馬幼捷,張海濤,周雪松,等.多層循環(huán)式立體車庫控制核心的研究——從PLC到D S P的升級[J].制造業(yè)自動化,2009,31(5):9-13.