某型深井式立體車庫升降動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的分析和評(píng)定

曹 強(qiáng)，李必文，胡西云

(南華大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，湖南衡陽 421001)

0 引言

相比于簡易升降式、升降橫移式、垂直循環(huán)式、巷道堆垛式和傳統(tǒng)垂直升降式停車庫，深井式立體車庫具有占地面積小、庫容大、能耗低、噪聲小、存取車時(shí)間短、能因地制宜地組合成車庫群的優(yōu)勢(shì)，適用于城市中心商業(yè)密集區(qū)、高容積率商務(wù)辦公樓區(qū)和住宅小區(qū)，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益明顯。某型深井式立體車庫適合X～C型汽車的停放，其升降動(dòng)力系統(tǒng)由液壓馬達(dá)、齒輪齒條機(jī)構(gòu)和同步裝置三部分組成，如圖1所示。

圖1 某型深井式立體車庫升降動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

在該系統(tǒng)零部件的設(shè)計(jì)制造和使用維護(hù)過程中，逐步形成了不同組合的設(shè)計(jì)方案。從系統(tǒng)工程的觀點(diǎn)出發(fā)，以各組合方案的技術(shù)特性、運(yùn)行特性、經(jīng)濟(jì)特性和社會(huì)特性為研究對(duì)象，提出并構(gòu)建升降動(dòng)力系統(tǒng)的評(píng)價(jià)模型，通過科學(xué)分析和量化評(píng)價(jià)，使其在加工、裝配、運(yùn)行、維護(hù)、成本控制和綠色環(huán)保等方面達(dá)到平衡與完善，就顯得十分必要［1-2］。

1 升降動(dòng)力系統(tǒng)的評(píng)價(jià)目標(biāo)

1.1 評(píng)價(jià)目標(biāo)樹

在設(shè)計(jì)原理正確、樣板工程得到廣泛認(rèn)可的基礎(chǔ)上，確定的升降動(dòng)力系統(tǒng)評(píng)價(jià)目標(biāo)包括:加工裝配性好;運(yùn)行安全可靠;成本合理;社會(huì)反響好，有發(fā)展前景。因此，課題組用系統(tǒng)分析方法對(duì)總評(píng)價(jià)目標(biāo)進(jìn)行了分解，形成了如圖2所示的評(píng)價(jià)目標(biāo)樹。圖2中g(shù)i為各評(píng)價(jià)分目標(biāo)的加權(quán)系數(shù)，上級(jí)目標(biāo)gi等于下級(jí)目標(biāo)gij之和，且gi＜1，∑gi=1，用矩陣表示為:G= ［g1，g2，g3，g4］。

圖2 升降動(dòng)力系統(tǒng)評(píng)價(jià)目標(biāo)樹

1.2 評(píng)價(jià)目標(biāo)的內(nèi)容

某型深井式立體車庫的珩架及附件共重5 t，車重按2.5 t計(jì)，對(duì)重設(shè)計(jì)為6 t。

(1)技術(shù)特性 技術(shù)特性包括零部件的加工工藝性和裝配工藝性。

零部件的復(fù)雜程度、加工難度影響其加工工藝性［3］。統(tǒng)中:①液壓馬達(dá)雖然都選取具有駐車制動(dòng)功能的NAM3-350ZP型徑向柱塞式液壓馬達(dá)，但其輸出軸連接法蘭孔系的孔徑大小和螺紋孔個(gè)數(shù)不同，一種為原始型的10-φ12.5，一種為定制型的15-φ17。經(jīng)螺紋組所受轉(zhuǎn)矩的分析與強(qiáng)度計(jì)算，原始型10-M12高強(qiáng)度螺栓組雖能滿足輸出驅(qū)動(dòng)扭矩472.5 N·m的需要，但法蘭螺栓組卻不能滿足極端狀況下(配重曳引鋼絲繩全部斷裂時(shí))所需靜態(tài)制動(dòng)力矩2 362.5 N·m的需要;定制型15-M16高強(qiáng)度螺栓組能滿足極端狀況，卻使液壓馬達(dá)及其安裝底座的機(jī)加工工作量加大;②齒條的兩種防松形式影響到其加工難度:單螺栓防松式齒條的螺紋盲孔加工難度大，多螺栓防松式齒條的光孔加工難度小，如圖3、4所示;③同步裝置兩種形式的錯(cuò)齒消隙機(jī)構(gòu)影響到錯(cuò)齒齒輪的加工難度，扭簧錯(cuò)齒式齒輪的加工難度顯然大于手工錯(cuò)齒式的。

圖4 多螺栓防松式齒條

圖3 單螺栓防松式齒條

零部件的復(fù)雜程度、定位特性、工裝夾具特性及裝配方式影響其裝配工藝性［4］。在該系統(tǒng)的現(xiàn)場安裝及后續(xù)的維護(hù)工作中，如采用圖5所示的精度為0.02 mm/m的磁性直角水平儀(替代建筑用垂直檢測(cè)尺)、圖6所示的自制高精度齒距規(guī)(不是依賴于齒條端部榫頭的加工精度)，則可方便地調(diào)整齒條的位置精度及控制齒條榫接部位的齒距誤差。

(2)運(yùn)行特性 運(yùn)行特性包括安全可靠性及可維護(hù)性［5-6］。在該系統(tǒng)中:①定制型液壓馬達(dá)的安全冗余度大于原始型;②對(duì)于齒條防松，多螺栓式比單螺栓式更加可靠;③高精度工裝夾具的應(yīng)用，不但可提高齒輪齒條機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)精度，也可降低運(yùn)行維護(hù)的技術(shù)難度;④扭簧錯(cuò)齒比手工錯(cuò)齒更便于消隙調(diào)整和機(jī)構(gòu)維護(hù)。

圖5 磁性直角水平儀

圖6 自制高精度齒距規(guī)

(3)經(jīng)濟(jì)特性 零部件的技術(shù)特性、運(yùn)行特性以及對(duì)裝配資源和維護(hù)資源的投入，均會(huì)影響成本、利潤及投資回收期［7］。

(4)社會(huì)特性 社會(huì)特性包括噪聲、振動(dòng)、環(huán)保、市場效應(yīng)及可持續(xù)發(fā)展等。

1.3 組合方案的確定

在樣機(jī)試制、樣板工程施工過程中，課題組針對(duì)升降動(dòng)力系統(tǒng)的不足之處加以改進(jìn)和完善，并按照優(yōu)化過程的順序，提煉出三種影響升降動(dòng)力系統(tǒng)技術(shù)特性、運(yùn)行特性和社會(huì)特性指標(biāo)的組合方案，即:

方案A:原始型液壓馬達(dá)、驅(qū)動(dòng)齒輪、單螺栓防松式齒條、不采用高精度工裝、手工錯(cuò)齒式消隙機(jī)構(gòu)、斷開式同步軸。

方案B:原始型液壓馬達(dá)、驅(qū)動(dòng)齒輪、單螺栓防松式齒條、采用高精度工裝、扭簧錯(cuò)齒式消隙機(jī)構(gòu)、斷開式同步軸。

方案C:定制型液壓馬達(dá)、驅(qū)動(dòng)齒輪、多螺栓防松式齒條、采用高精度工裝、扭簧錯(cuò)齒式消隙機(jī)構(gòu)、斷開式同步軸。

三種組合方案的確定，為研究如何以一種較經(jīng)濟(jì)合理的制造裝配工藝較好地滿足產(chǎn)品運(yùn)行維護(hù)、推廣應(yīng)用的需要提供了前提條件。

2 加權(quán)系數(shù)設(shè)置

圖2已對(duì)影響升降動(dòng)力系統(tǒng)方案評(píng)價(jià)總目標(biāo)的不同因素進(jìn)行了分類，要定量評(píng)價(jià)則需根據(jù)各分目標(biāo)的重要程度進(jìn)行加權(quán)系數(shù)的設(shè)置和計(jì)算。筆者采用強(qiáng)制判定法(FD法)計(jì)算加權(quán)系數(shù)，其判別表如表1所列。表1中，某項(xiàng)比另一項(xiàng)重要得多則分別給4分和0分，某項(xiàng)比另一項(xiàng)重要?jiǎng)t分別給3分和1分，兩目標(biāo)同等重要?jiǎng)t各給2分，最后根據(jù)各分目標(biāo)的判別分 ki計(jì)算求出其加權(quán)系數(shù) gi［1］。

3 對(duì)各組合方案的評(píng)價(jià)目標(biāo)評(píng)分

由設(shè)計(jì)制造工程師、現(xiàn)場施工人員、運(yùn)行維護(hù)人員、開發(fā)商和用戶代表等對(duì)升降動(dòng)力系統(tǒng)各組合方案的4個(gè)特性進(jìn)行集體評(píng)分，以減少個(gè)人主觀因素對(duì)分值的影響。采用百分制，對(duì)幾個(gè)評(píng)分者所評(píng)價(jià)的分?jǐn)?shù)取平均值或去除最大最小值后的平均值作為有效分值，如表2所列。

表1 加權(quán)系數(shù)的判別表

表2 升降動(dòng)力系統(tǒng)零部件及裝配資源評(píng)分表

依據(jù)表1的加權(quán)系數(shù)，將加工工藝性和裝配工藝性的分值按在技術(shù)特性中的占比組合，將安全可靠性和可維護(hù)性的分值按在運(yùn)行特性中的占比組合;再將每種方案的每個(gè)特性總分值均除以4。由此得到A、B、C三個(gè)方案對(duì)4個(gè)評(píng)價(jià)目標(biāo)的評(píng)分矩陣，即:

4 求各方案總分并進(jìn)行選擇

按公式N=GPT= [N1N2N3]計(jì)算 A、B、C 三個(gè)方案的總分，則

由此判斷在綜合考慮技術(shù)特性、運(yùn)行特性、經(jīng)濟(jì)特性和社會(huì)特性指標(biāo)的情況下，各組合方案的優(yōu)劣順序?yàn)镃、B、A?，F(xiàn)實(shí)際實(shí)施的項(xiàng)目即采用方案C。

5 結(jié)語

發(fā)展地下停車空間是解決城市停車難問題的有效途徑，深井式立體車庫正處于推廣應(yīng)用階段，有望取代傳統(tǒng)的機(jī)械式立體車庫。筆者應(yīng)用系統(tǒng)工程方法，對(duì)某型深井式立體車庫升降動(dòng)力系統(tǒng)提出了三種有利于進(jìn)行客觀、有效、高置信度評(píng)價(jià)的組合方案，構(gòu)建了多因素分析與評(píng)定模型，優(yōu)選出技術(shù)特性、運(yùn)行特性、經(jīng)濟(jì)特性和社會(huì)特性等方面達(dá)到平衡與完善的組合方案，實(shí)現(xiàn)了升降動(dòng)力系統(tǒng)的價(jià)值優(yōu)化，為其改進(jìn)、完善和推廣應(yīng)用提供了決策依據(jù)。

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