無避讓立體車庫整體設(shè)計研究

劉　杰　劉楠嶓　吳立輝　武照云　武少潔

（河南工業(yè)大學(xué)，鄭州 450007）

無避讓立體車庫整體設(shè)計研究

劉杰劉楠嶓吳立輝武照云武少潔

（河南工業(yè)大學(xué)，鄭州 450007）

近幾年，隨著中國綜合實力的提高，經(jīng)濟的快速發(fā)展，私家車的數(shù)量正在迅速增加。然而，在私家車給人們帶來便利的同時，也給我們帶來了各種各樣的問題。其中“如何在上下班高峰快速存取車”已成為我們不得不考慮的問題。針對當(dāng)前問題，本文設(shè)計了一種無需排隊等候、上下層無需避讓的立體車庫，將其稱為無避讓立體車庫。

私家車便捷存取車無避讓立體車庫機械系統(tǒng)設(shè)計

引言

隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展和人民生活水平的提高，私家車已經(jīng)非常普遍，使得人們的出行非常便利。從發(fā)展趨勢看，私家車保有量在未來仍會居高不下，導(dǎo)致了機動車保有量過多與停車位嚴(yán)重不足之間的矛盾。目前中國汽車保有量與停車位的比例僅為5：1，而車位和汽車保有量的合理比例應(yīng)為1.2：1。目前，許多社區(qū)都在擴建地下車庫，雖然可以適當(dāng)緩解當(dāng)前矛盾，但其土建投入成本相對較高，經(jīng)濟效益不佳。近幾年，利用豎向空間思維而發(fā)展起來的機械式雙層或多層停車設(shè)備組建有了較為成熟的技術(shù)，并且成本較低，經(jīng)濟效益非常樂觀。因此，本文通過對無避讓立體車庫的系統(tǒng)設(shè)計，來對此問題進行解決。

1　無避讓立體車庫總體設(shè)計

立體車庫是近幾年新興起來的，國內(nèi)外關(guān)于立體車庫的技術(shù)還不太成熟，這為無避讓立體車庫的設(shè)計帶來了很大的困難。本文主要針對使用量較多的大中型轎車的基本尺寸：車長4.6～4.9m，車寬1.7～1.9m，車高1.3～1.6m，軸距2.7～2.9m，對無避讓立體車庫的總體尺寸進行設(shè)計。通過對轎車各種基本參數(shù)以及其他方面的考慮，本文所設(shè)計的無避讓立體車庫擬定尺寸參數(shù)見表1。

表1　無避讓立體車庫的尺寸參數(shù)

通過對以上參數(shù)以及各種機械式立體車庫的優(yōu)缺點的分析與比較，得出無避讓立體車庫的整體設(shè)計圖如圖1所示，本文所設(shè)計的無避讓立體車庫的優(yōu)點：占地面積不太大，安置很方便，上層和下層取車不需要避讓，可以安裝多臺并且多臺車輛可以同時存取，最大的優(yōu)點就是不需要進行避讓。所設(shè)計的無避讓立體車庫解決了人們在上下班高峰期“如何才能便捷式快速存取車”迫切問題，降低了存取車所需時間，提高了辦事效率。本文就無避讓立體車庫整體設(shè)計進行簡要說明。

圖1　無避讓立體車庫整體設(shè)計圖

為了實現(xiàn)便捷式存取車這一系列動作，本文所設(shè)計的無避讓立體車庫初步包括五大系統(tǒng)和五大部件。五大系統(tǒng)分別是：回轉(zhuǎn)系統(tǒng)、提升系統(tǒng)、行走系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)以及安全防護系統(tǒng)。五大部件分別是：道軌、立柱、載車板、滑座、運行小車車體等五大結(jié)構(gòu)件。本文就無避讓立體車庫的五大系統(tǒng)以及五大部件功能進行簡要分析。

提升系統(tǒng)主要是實現(xiàn)通過滑座由載車板所搭載的車輛的升降運動。當(dāng)車輛到達(dá)載車板上后，通過提升系統(tǒng)把車輛由地面提升到空中指定位置?；剞D(zhuǎn)系統(tǒng)的主要功能就是實現(xiàn)載有車輛的載車板的回轉(zhuǎn)，使得載車板由當(dāng)前存取車的狀態(tài)恢復(fù)為原來的位置狀態(tài)。行走系統(tǒng)則是由驅(qū)動電機提供動力，然后帶動鏈條實現(xiàn)載有小車的整體無避讓立體車庫的前后移動。電氣控制系統(tǒng)以及安全防護系統(tǒng)主要是進行整體無避讓立體車庫的電氣控制以及安全控制。

五大部件如同人體的骨架，構(gòu)成了無避讓立體車庫的整體框架結(jié)構(gòu)，其中導(dǎo)軌如同人的雙腳，用于承受整體重量，立柱如同人的脊椎，用于支撐。載車板主要是用來車輛的承載，滑座則是用來連接立柱和載車板。

2　無避讓立體車庫關(guān)鍵構(gòu)件設(shè)計計算及其強度校核

本文選用了綜合性能較好的Q235低碳鋼。在根據(jù)強度、剛度、經(jīng)濟性等要求下，初步設(shè)計出關(guān)鍵構(gòu)件的結(jié)構(gòu)及主要用料。本節(jié)將主要對載車板及立柱進行設(shè)計以及有限元分析，得出受力以及變形圖，驗證結(jié)構(gòu)件的強度需求。

（1）載車板設(shè)計計算及其強度校核。本文是通過ABAQUS軟件對關(guān)鍵構(gòu)件進行強度校核，根據(jù)忽略次要矛盾，抓住主要矛盾的原則，進行對載車板的簡化，忽略了圓角、小凸臺等不影響受力的結(jié)構(gòu)設(shè)計。

定義材料屬性和截面屬性。劃分網(wǎng)格，本文采用四面體free網(wǎng)格劃分，且本文選擇計算精度比較高的C3D10 （10節(jié)點二次四面體單元）網(wǎng)格劃分。網(wǎng)格劃分完成后，對載車板進行載荷以及約束的加載。載荷以及約束條件建立后，進行提交分析作業(yè)步驟，之后進入了Visualization模塊。圖2是載車板變形前與變形后的對比圖。

如圖2可看出載車板的應(yīng)力云圖顯示等效應(yīng)力的最大值為53.23Mpa，位置為載車板與滑座連接處。上文所述載車板所選材料為Q235低碳鋼，其屈服極限為235Mpa，許用應(yīng)力為180.77Mpa，載車板等效應(yīng)力的最大值遠(yuǎn)小于其材料的屈服極限，所以載車板的強度滿足使用要求，且有一定的余量。

圖2　載車板S，Mises等效應(yīng)力云圖

圖3　立柱S，Mises等效應(yīng)力云圖

（2）立柱設(shè)計計算及其強度校核。首先定義材料屬性、截面屬性，然后將定義好的截面屬性賦予整個立柱，詳細(xì)步驟與載車板分析步驟相同。

如圖3可看出立柱的應(yīng)力云圖顯示最大等效應(yīng)力為68.82MPa，且位置為立柱最底端，立柱使用的材料為Q235碳素鋼，其屈服極限為235Mpa，許用應(yīng)力為180.77Mpa，遠(yuǎn)大于68.82MPa。所以立柱的強度足夠，且有一定的余量。

3　結(jié)論

隨著私家車數(shù)量的逐年增加并且在未來仍會居高不下，解決當(dāng)前社會所面臨的停車難以及存取車費時的難題刻不容緩，本文所設(shè)計的無避讓立體車庫可以有效的解決這些問題，提高人們的生活質(zhì)量，所以無避讓立體車庫的發(fā)展是符合當(dāng)前需求的，肯定會得到社會認(rèn)可的，能夠給社會以及公司帶來巨大的利益。

［1］劉麗娜.淺談立體車庫的特點及其應(yīng)用［J］.技術(shù)與工程，2007，（12）：96-97.

［2］何守訓(xùn).無避讓立體車庫機械部分的研究［碩士］，2012-山東科技大學(xué)：機械工程.

［3］俞天明.無避讓立體停車庫的設(shè)計［J］.機械工程師，2012，07：143-144.

［4］石亦平，周玉蓉.ABAQUS有限元分析實例詳解［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2006.1-25

［5］俞天明.無避讓立體停車庫的設(shè)計［J］.機械工程師，2012，07：143-144.

［6］Chen，W.F.and Lui，E.M.Structural Stability-Theory and Implementation［M］，Elsevier，NewYork，1957

［7］劉麗娜.淺談立體車庫的特點及其應(yīng)用［J］.技術(shù)與工程，2007，（12）：96-97.

Mechanical System Design of No Need to Avoid Stereo Garage

LIU Jie，LIU Nanbo，WU Lihui，WU Zhaoyun，Wu Shaojie
（Henan University of Technology，Henan，Zhengzhou，4500070）

Inrecentyears，withthedevelopmentofChina’s comprehensive strength and the rapid development of economy，more and more cars appeared.However，the private cars bring convenience to people at the same time，also brought us all kinds of problems.How to access car in the rush rapidly has become a problem we have to consider.In view of the current problems，we design a kind of no need to wait in line，the lower level without collision avoidance stereo garage，we call it a no need to avoid stereo garage.

privatecars，portableaccesscar，stereogarage without collision avoidance，mechanical system design

河南省科技計劃項目（152102210070）。