淺談某地下機(jī)械立體停車庫設(shè)計方案要點分析

謝志文 趙磊 鐘軍

【摘要】城市規(guī)劃建設(shè)過程中面臨的公共停車緊張問題，催生了立體停車庫的發(fā)展。本工程項目地處城市中心，公共停車需求與資源矛盾更為緊張，在停車庫設(shè)計過程中，根據(jù)車位數(shù)量、項目實際場地情況，結(jié)合我國有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，本著技術(shù)先進(jìn)、運(yùn)轉(zhuǎn)可靠、操作方便、維修容易、高性價比的原則，采用地下四層平面移動式機(jī)械車庫方案。文章分析了設(shè)計方案擬定和設(shè)備選型計算過程，從升降機(jī)、智能搬運(yùn)器等硬件和監(jiān)控系統(tǒng)、收費系統(tǒng)等軟件兩個方面，著重介紹了本工程地下機(jī)械立體停車庫設(shè)計的主要特點。

【關(guān)鍵詞】停車庫；立體；智能；設(shè)計

1.項目概況和主要功能指標(biāo)要求

本項目地下車庫凈尺寸為長51米，寬21米，高10米。庫內(nèi)共設(shè)4層停車216個停車位，負(fù)1層可停5000mm×1950mm×2050mm規(guī)格車，負(fù)2至負(fù)4層可停5000mm×1950mm×1550mm規(guī)格車，容車質(zhì)量≤2000kg，最大存取車時間小于130秒。出入庫方式為前進(jìn)入庫、后退出庫。停車方式為單排停車。要求系統(tǒng)具有多種運(yùn)行模式，可以實現(xiàn)全自動、半自動、步進(jìn)和緊急事故處理等運(yùn)行模式，以滿足對設(shè)備進(jìn)行調(diào)試、檢修、緊急事故處理以及多種需求操作，升降機(jī)和智能搬運(yùn)器采用PLC和變頻器控制，可實現(xiàn)自動化和無機(jī)調(diào)速等功能。同時配置遠(yuǎn)程診斷和維護(hù)功能，可通過網(wǎng)絡(luò)或電話線對設(shè)備進(jìn)行控制，進(jìn)出口要求具備車型及停位安全檢測裝置，不符合要求時設(shè)備報警不能啟動。

2.方案簡介

2.1車庫方案擬定

根據(jù)車位數(shù)量、項目實際場地情況，結(jié)合我國有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，本著技術(shù)先進(jìn)、運(yùn)轉(zhuǎn)可靠、操作方便、維修容易、高性價比的原則，本方案采用地下四層平面移動式機(jī)械車庫，取車機(jī)構(gòu)采用摩擦輪存取車裝置立體車庫技術(shù)，是一種高端智能化的停車系統(tǒng)，通過不同組合可組成平面移動式、多層平面移動式、電梯式、電梯滑移式等多種形式和不同規(guī)模的停車設(shè)備系統(tǒng)，技術(shù)上處于國內(nèi)領(lǐng)先地位。一是考慮到升降高度較?。?2.4米），即使配置較高速升降機(jī)，也只能是有緩起緩?fù)５臅r間，中間高速距離也幾乎沒有，反而造成資源浪費，設(shè)計0.9m/s的升降機(jī)升降速度，既符合設(shè)備的要求，又能滿足設(shè)備的使用，而且節(jié)約資源，能夠達(dá)到最高效率。二是考慮到搬運(yùn)器運(yùn)行距離比較短（單行程21.8米左右），設(shè)計中速智能搬運(yùn)器，以較高速度存取車，節(jié)省時間，采用有板摩擦取車形式，單次摩擦取車時間≤13秒。

2.2設(shè)備配置組成

該車庫由6套相同車庫設(shè)備組成，共設(shè)6個出入口、6臺升降機(jī)和24套智能搬運(yùn)器，每個獨立單元設(shè)置一臺升降機(jī)，四個智能搬運(yùn)器，其中每層一個搬運(yùn)器，存取管理9個停車位，每個單元車庫機(jī)械停車位36個，共有機(jī)械停車位 216個。每套設(shè)備由鋼結(jié)構(gòu)框架、升降機(jī)、智能搬運(yùn)器、停車位、車庫門、安全裝置及電氣控制系統(tǒng)等組成。

具體方案見下圖。

3.設(shè)備選型計算

3.1升降機(jī)設(shè)計

3.1.1升降機(jī)的選型設(shè)計

根據(jù)圖紙及設(shè)計要求，升降機(jī)采用側(cè)背包式，

驅(qū)動形式采用電機(jī)+鏈條，電機(jī)減速機(jī)采用：SEW品牌，功率：22kw，鏈條采用24A-2，速度0.9m/s。

3.1.2升降機(jī)速度計算

升降機(jī)驅(qū)動采用SEW品牌電機(jī)減速機(jī)，型號：K107，P=22KW，減速比i=22.62，輸出轉(zhuǎn)速65r/min，輸出扭矩Ma=3240Nm。 驅(qū)動鏈輪選用Z1=22，d1=267.7mm；

3.1.3升降機(jī)立柱計算

升降機(jī)立柱采用H350×350，用立柱做升降機(jī)的主導(dǎo)軌，橫梁采用H244×175雙排設(shè)計。

3.2智能搬運(yùn)器設(shè)計

3.2.1設(shè)計依據(jù)

根據(jù)要求，水平運(yùn)行速度≥1.0米/秒；取車機(jī)構(gòu)橫向運(yùn)動時間≤13秒；最大載車重2000Kg。

3.2.2設(shè)計運(yùn)行原理方式

搬運(yùn)器要實現(xiàn)的動作是水平運(yùn)動和橫向運(yùn)動取車，且能夠搭載載車板。水平運(yùn)動采用電機(jī)驅(qū)動行走輪的方式，行走輪轉(zhuǎn)動，帶著整個搬運(yùn)器沿著框架上的滾道運(yùn)行，且采用了雙輪驅(qū)動，而雙輪驅(qū)的動力源是同一臺電動機(jī)，能夠保證運(yùn)行平穩(wěn)，動作可靠。為了保證搬運(yùn)器能夠順利的沿著軌道運(yùn)行，所以設(shè)計了四個側(cè)導(dǎo)向輪，保證搬運(yùn)器能夠穩(wěn)步運(yùn)行，且在軌道的頂端設(shè)置極限緩沖裝置，給設(shè)計定位一個二次保護(hù)的作用，保證搬運(yùn)器在車位間順利運(yùn)行。

橫向取車運(yùn)動，采用的是電機(jī)通過一級鏈傳動把動力傳給設(shè)計的一分流器，此時可以把動力分配給四個齒輪，兩兩運(yùn)行方向相反，然后通過四個齒輪對外輸出聯(lián)接各自的摩擦輪，使運(yùn)動傳遞到摩擦輪上，摩擦輪可以與汽車拱載的載車板下的摩擦板進(jìn)行接觸，使載車板在搬運(yùn)器和停車位上進(jìn)行交換。搭載載車板，采用了和停車位相同形式的滾道架的方式，保證載車板能夠順利停放。

3.2.3計算主要考慮因素

（1）各位置速度校核，包括水平速度校核，取車機(jī)構(gòu)橫向運(yùn)動時間校核；

（2）電機(jī)功率校核，包括水平運(yùn)動電機(jī)功率校核，摩擦輪功率校核；

（3）各位置強(qiáng)度校核，包括行走輪部件強(qiáng)度校核，主要指行走輪軸強(qiáng)度校核，輪座聯(lián)接螺栓強(qiáng)度校核。

3.3滾道架

滾道架主體設(shè)計采用型鋼焊接而成，在主體上安裝有水平和側(cè)向的導(dǎo)向輪組，可以實現(xiàn)載車板的在滾道約束范圍內(nèi)的定向運(yùn)行，使載車板的運(yùn)行位置準(zhǔn)確，并且對位置誤差的自行調(diào)節(jié)性強(qiáng)。

3.4載車板設(shè)計

（1）長度方向上彎矩校核 （2）寬度方向上彎矩校核

3.5車庫控制管理系統(tǒng)

控制系統(tǒng)主要由以下部分組成：主控制箱盤、可編程控制器、電磁接觸器、按鍵式控制盤、光電開關(guān)、定位及逾限開關(guān)、安全裝置等。

4.主要設(shè)計特點

4.1升降機(jī)

升降機(jī)共有六臺，可以根據(jù)流量對存取車合理進(jìn)行分配，升降機(jī)的功能是將車輛運(yùn)送至庫層或從庫層中取出的裝置。采用了獨立的升降系統(tǒng)，側(cè)背包式提升架結(jié)構(gòu)，使智能搬運(yùn)器不上升降機(jī)，便可實現(xiàn)對庫內(nèi)所有車位的存取操作，提高效率。升降機(jī)采用變頻器控制，實現(xiàn)無級調(diào)速，底部設(shè)有緩沖裝置，在每層平層位置設(shè)置了防墜裝置。驅(qū)動方式采用電機(jī)減速機(jī)+鏈條的方式，更加安全可靠。減速機(jī)選用德國SEW傳動設(shè)備有限公司生產(chǎn)的斜齒輪帶制動減速電機(jī)，電機(jī)選用22KW電機(jī)，使驅(qū)動扭矩足以在提升速度達(dá)到0.9m/s的時候，提升額定載荷2000kg。并且選用帶制動型減速機(jī)，采取斷電制動的方式，減速機(jī)的制動力矩大于1.5倍的額定力矩，以保證在動力電源或控制電源失電的情況下能自動制動，以使載車板和升降機(jī)保持制動、靜止，保證車庫的安全，制動器滿足操作頻度的熱容量，并且摩擦片的磨損補(bǔ)償可以用螺紋進(jìn)行調(diào)整。制動系統(tǒng)設(shè)有常閉式制動器，在出現(xiàn)下述情況時能自動制動，以使車輛保持靜止?fàn)顟B(tài)：a）動力電源失電；b）控制電源失電。升降機(jī)在靜止?fàn)顟B(tài)設(shè)置了安全插銷保護(hù)裝置，保證在存取車時安全可靠。

4.2 智能搬運(yùn)器

搬運(yùn)器是完成縱向行走和車輛的存取部件，當(dāng)存入汽車時，搬運(yùn)器在框架軌道上做水平運(yùn)動，把車輛連同載車板送到鋼結(jié)構(gòu)存車位上，即由搬運(yùn)器上的行走系統(tǒng)向預(yù)存車位行走，行走至預(yù)存車位前時，通過搬運(yùn)器上的磨擦存取裝置把載車板連同汽車送至存車位上，取車則反之運(yùn)行。

取車裝置采用的摩擦傳動，輸送動力由摩擦輪發(fā)出，摩擦輪可以在垂直于?。ɑ虼妫┑姆较蜃魑⒘恳苿?，以補(bǔ)償安全間隙。各摩擦輪由同一臺電機(jī)帶動，保證了運(yùn)動的同步性?？v向行走采用的是電機(jī)加直聯(lián)聚胺脂輪的形式，依靠四個輪在軌道上進(jìn)行行走，并且有縱向限位導(dǎo)向輪組，行走四個輪中有二個輪是主動輪，有二個輪是從動輪，而兩主動輪采用的是一臺電機(jī)驅(qū)動，保證了車輪能夠同步運(yùn)行，也就防止了多臺電機(jī)驅(qū)動跑偏的問題，減少側(cè)向輪的磨損?？v向行走采用光電開關(guān)和編碼器雙向互校的方式，保證停車位的準(zhǔn)確，如果兩種檢測方式互校不一至，則進(jìn)行自動報警，顯示錯誤，以保證車輛的安全運(yùn)行。

4.3車庫門

車庫門共設(shè)3個門板。門開啟、閉合檢測是由地感線圈和射頻卡來完成，當(dāng)有車接近地感線圈時，射頻卡機(jī)開始檢測車中有無卡，如有則開門；如無不開。取完車關(guān)門，當(dāng)車被取到一層后，門自動打開，司機(jī)進(jìn)入取車，當(dāng)庫內(nèi)的有車信號成無車以后，且地感線圈也有了一個，從無到有到無的過程。證明車已被開出車庫，關(guān)門。

4.4安全裝置

安全裝置，也就是對整個設(shè)備的運(yùn)行和車輛起著一個安全保護(hù)作用的裝置的統(tǒng)稱。本次設(shè)計的車庫安全裝置裝考慮了每一個可能發(fā)生誤動作，或開關(guān)錯誤的情況。

a）設(shè)置緊急制動開關(guān)，當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)異常情況時，能使設(shè)備立即停止運(yùn)轉(zhuǎn)。緊急制動開關(guān)安裝在總監(jiān)控室。管理人員發(fā)現(xiàn)車庫運(yùn)行異常可以全部停止車庫的運(yùn)行。

b）設(shè)置車輛外形尺寸光電檢測裝置，能判斷入庫車輛的尺寸，對于停位不準(zhǔn)或超過機(jī)械車庫容車規(guī)格的車輛，設(shè)備不予運(yùn)行，并文字顯示，可以確保車輛和設(shè)備的安全。

超長檢測開關(guān)：在存取車室里，在與升降機(jī)橫向中心線的前后2.6米的位置上各裝有一對光電檢測開關(guān)，安裝高度在350—450mm左右，高度可以進(jìn)行短距離調(diào)整。當(dāng)車駛?cè)霑r，有車檢測，檢測到有車，此時前后超長檢測在進(jìn)行檢測過程中，如果對前后任何一個信號有阻擋則表示車前后方向沒有停好，前方LED顯示屏上就會顯示“前進(jìn)”或者“后退”，如果前后光電開關(guān)同時阻擋，則表示車輛超長，前方LED顯示屏上就會顯示“超長，請退出”字樣。

超寬檢測開關(guān)：在存取車室里在前后補(bǔ)板平臺上裝有2套鏡反光電開關(guān)，安裝高度80-1500mm左右，對車輛進(jìn)行寬度檢查。主要是用來檢測后視鏡是否超過停車范圍2200mm，在升降機(jī)下降過程中，如果此套光電系統(tǒng)有阻擋，表示超過停車范圍，則升降機(jī)在下降過程，自動停止運(yùn)行，并報警，提示收起后視鏡，此兩套光電開關(guān)，一般不會動作，因為只要車輪正確停在載車板內(nèi)，適停車輛后視鏡是不會超出2200mm數(shù)值范圍的，所以此套開關(guān)，只起一個二次保護(hù)作用。

升降機(jī)有無車檢測開關(guān)：在存取車室的前后斜裝有一對光電開關(guān)，安裝高度500—600mm，是對存取車室內(nèi)有無車輛進(jìn)行檢測，只要有車輛停在升降臺上，此套光電就會被阻擋，給PLC信號，表示升降機(jī)有車。

c）入口擋車安全裝置。

在車板上設(shè)置有擋車器高80mm，既是對車輛正確停位的一個限制，又防止車輛進(jìn)車時發(fā)生碰撞事故。在搬運(yùn)器前后兩側(cè)也設(shè)置有高80cm擋車裝置，搬運(yùn)器前設(shè)置有固定的緩沖阻車器，后設(shè)置有活動的緩沖阻車器。當(dāng)進(jìn)出車時后活動阻車器降到載車板下，給車輛行走讓出空間，當(dāng)車停好位后，活動阻車裝置升起，負(fù)責(zé)防止車輛因沒有手剎制動的前后滑動，使車輛保證在搬運(yùn)器內(nèi)。保證車輛的安全。

d）搬運(yùn)器和升降機(jī)都設(shè)置運(yùn)行雙檢測互校、終端開關(guān)、越程極限開關(guān)。搬運(yùn)器上設(shè)置有光電開關(guān)進(jìn)行檢測停車位，升降機(jī)上設(shè)置有光電開關(guān)進(jìn)行檢測哪一個是正確的停車層，并且上面都設(shè)置有編碼器，與光電開關(guān)檢測出的停車位進(jìn)行著互校，以保證停車位和停車層的準(zhǔn)確。即使上述兩個開關(guān)全部顯示錯誤，本次設(shè)計還在兩個極限位置設(shè)有終端開關(guān)，一旦此終端開關(guān)接通，則表示搬運(yùn)器或升降機(jī)已經(jīng)超越行程，有故障產(chǎn)生，立即停止車庫運(yùn)行。另外還裝有越程極限緩沖部份，防止以上檢測仍沒有停車，而設(shè)置的一個機(jī)械的限位。

e）防載車板墜落保護(hù)裝置，設(shè)置光電自動鎖閉系統(tǒng)。在載車板設(shè)置有逆止器，防止載車板的墜落和超出停車邊界，另外在框架上裝有光電檢測部份，如果有載車板的停放位置超出正確的停放邊界，那么光電檢測系統(tǒng)會自動報警，提示載車板位停到位，保證車輛的安全。

4.5出入口安全檢測裝置

出入口設(shè)置安全檢測裝置，光電開關(guān)（歐姆龍對射式光電開關(guān)）裝在車庫門內(nèi)側(cè)，共計兩組，檢測高度1550mm和2050mm，如進(jìn)車的過程中第一層檢測高度都無阻擋，說明車高為低于1550mm，可以自動分配車位存車；如果高出1550mm且低于2050mm，可自動分配至頂層；如阻擋了2050mm開關(guān)，則在正前方的LED顯示屏上顯示車輛“超高請退出”。

4.6運(yùn)行狀況監(jiān)控反饋系統(tǒng)和電視監(jiān)控系統(tǒng)

運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)，根據(jù)搬運(yùn)器和升降機(jī)上安裝的編碼器返回的數(shù)據(jù)信號，在系統(tǒng)中做成顯示畫面，顯示升降機(jī)或搬運(yùn)器運(yùn)行狀態(tài)和運(yùn)行位置速度。電視監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)視車庫內(nèi)的運(yùn)行情況，而監(jiān)控畫面在每個車庫的等候區(qū)都對本車庫有顯示屏顯示，而總監(jiān)控室對每個車庫的監(jiān)控畫面都有顯示屏顯示，以利于當(dāng)?shù)群騾^(qū)的司機(jī)或監(jiān)控室的工作人員了解設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)如發(fā)現(xiàn)異?？梢愿髯园催\(yùn)顯示屏附近的急停開關(guān)，停止設(shè)備的運(yùn)行，保證設(shè)備和車輛的安全。

4.7聲光警示裝置提示設(shè)備處于運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)及對異常情況報警

l） 庫門閉鎖，升降臺不在1層，庫門打不開。庫門不關(guān)，升降機(jī)不能起動。

2） 庫門防夾保護(hù)，汽車出入車庫過程中，庫門不能關(guān)。

4.8電氣控制系統(tǒng)

電氣控制系統(tǒng)的變頻器、PLC均采用國際知名品牌、配置較高、可靠、技術(shù)先進(jìn)。變頻器采用日本安川，PLC采用德國西門子品牌，從元器件保證產(chǎn)品質(zhì)量。車庫控制管理系統(tǒng)主要由以下部分組成：主控制箱盤、西門子可編程控制器、安川變頻器、電磁接觸器、人機(jī)界面、光電開關(guān)、定位及逾限開關(guān)、安全裝置等。對操作失誤應(yīng)有簡易糾正方式，確保操作失誤不會給系統(tǒng)造成任何損害。

4.9遠(yuǎn)程管理及故障診斷

現(xiàn)場控制器或監(jiān)控計算機(jī)可以通過網(wǎng)卡、Hub等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備與控制中心的局域網(wǎng)相連接，或通過現(xiàn)場監(jiān)控畫面WEB發(fā)布的形式實現(xiàn)遠(yuǎn)程管理，監(jiān)測現(xiàn)場運(yùn)行情況，當(dāng)現(xiàn)場出現(xiàn)故障時，在控制中心即可進(jìn)行解決，方便管理人員、安保人員異地辦公。

現(xiàn)場通過監(jiān)控計算機(jī)對自動停車所有設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控及故障診斷，PLC系統(tǒng)充分利用自診斷功能，能夠精確判斷具體的傳感器或開關(guān)點故障及故障的處理方法，對一些重要的操作采用二次確認(rèn)的方式，防止由于操作人員的疏忽而產(chǎn)生的誤操作問題。另外，還設(shè)計了車庫定時自診斷功能，可自己修復(fù)簡單的錯誤功能，可自己設(shè)定自診斷時間。

4.10智能收費管理系統(tǒng)

系統(tǒng)設(shè)計要點：車庫設(shè)有收費及管理系統(tǒng)，一套系統(tǒng)是對固定車位的租戶（月?；蚰瓯；蛸徺I車位者），采用停車卡操作或管理人員操作方式管理；另一套為臨時用戶停車系統(tǒng)，即取車時先到中央控制室繳費，再有管理人員操作取車。

4.11出入口智能引導(dǎo)裝置

每個庫的入口有個指示燈，有紅、綠兩種顏色，綠燈表示車庫正?？梢赃M(jìn)行存取車輛，紅燈表示車庫正在運(yùn)行，以指示存取車人員等待處理，勿靠近。車庫內(nèi)有大屏幕LED顯示器，用于指導(dǎo)駕駛員停車，合理分配，調(diào)度使用好車庫。停車入位有語音提示功能，比如：往前開，往后退，停車?yán)謩x等，引導(dǎo)駕駛員停車入位。

4.12 停車設(shè)備操作模式

本操作模式為無人管理模式，即停車設(shè)備無需專人操作，正常情況下駕駛員在出入口自行操作取車。設(shè)備采用按鍵+IC卡操作模式，正常使用運(yùn)行狀態(tài)以IC卡操作為主，按鍵在維修保養(yǎng)時手動操作。

6.結(jié)束語

本設(shè)計方案采用全智能立體車庫，不僅配備了高智能停車管理和控制系統(tǒng)，高智能化程度和方便快捷的存取車方式，極大地提高了車庫存取車效率，同時對場地的高適應(yīng)性，對土建結(jié)構(gòu)需求的靈活性，使其能夠自由利用地上地下立體空間，占地面積小，停車規(guī)模大，再者其多重保護(hù)措施，運(yùn)行安全穩(wěn)定可靠，維護(hù)形式便捷，環(huán)境污染小，較好地解決了當(dāng)前城市規(guī)劃建設(shè)過程中面臨的公共停車緊張問題，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，必將發(fā)揮更大的作用。