居民用立體車庫設(shè)計

智惠

摘要：本文根據(jù)現(xiàn)在市場已存在的立體車庫為考察對象，分析了現(xiàn)有立體車庫的優(yōu)缺點，從中選取垂直升降類作為樣板，對其進(jìn)行改善。從叉車內(nèi)門架及叉架得到啟示，車輛的升降即采用仿叉車內(nèi)門架及叉架結(jié)構(gòu)提升車輛及載車板，將車輛放入八邊形十層的立體塔式車庫中，其中八邊形每一邊對應(yīng)兩個車位。本文所設(shè)計的立體車庫可以滿足同時存取八輛車，高效方便，節(jié)省空間，可以滿足同一小區(qū)居民在同一時間內(nèi)需要大量存取車的要求。

關(guān)鍵詞：垂直升降類立體車庫；叉車內(nèi)門架；八邊形

隨著我國當(dāng)前經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，人民生活水平的逐漸提升，越來越多的家庭有能力和必要進(jìn)行機(jī)動車的購置，但機(jī)動車日益增長，土地資源卻日趨緊張，導(dǎo)致了現(xiàn)在“停車難”的問題，而立體車庫是目前解決這一問題的行之有效的方法，所以目前我國的立體停車設(shè)備行業(yè)發(fā)展迅速。在國家質(zhì)量監(jiān)督檢查檢疫總局頒布的《特種設(shè)別目錄》中，將立體車庫分為“升降橫移類機(jī)械式停車設(shè)備，垂直循環(huán)類機(jī)械式停車設(shè)備，多層循環(huán)類機(jī)械式停車設(shè)備，平面移動類機(jī)械式停車設(shè)備，巷道堆垛類機(jī)械式停車設(shè)備，水平循環(huán)類機(jī)械式停車設(shè)備，垂直升降類機(jī)械式停車設(shè)備，簡易升降類機(jī)械式停車設(shè)備，汽車專用升降機(jī)類停車設(shè)備”這九大類。

1目前國內(nèi)現(xiàn)狀

目前市場上占有率多的是升降橫移類、平面移動類、巷道堆垛類和垂直升降類（圖1-4），這四類采用率多，而且更適合大型化發(fā)展。

其中第一類車庫選取的是跨梁式設(shè)計的結(jié)構(gòu)，同樣的空間可以存放更多的車輛，且存取方便，通過PLC對整體進(jìn)行控制，空載或帶車輛情況下的通過托運(yùn)托盤在通道內(nèi)垂直升降和水平橫移，實現(xiàn)車輛在立體車庫內(nèi)的存取。這種立體車庫采用模塊化設(shè)計，所以結(jié)構(gòu)配置會相對靈活，而且規(guī)模可大可小，造價較低。但是每組設(shè)備里需留一個車道，不能多個車輛同時作業(yè)，必須前一輛車存取完后再進(jìn)行下次操作，比較浪費(fèi)時間。

平面移動類車庫具有獨(dú)立的車臺和升降機(jī)，且相互之間沒有關(guān)聯(lián)可以獨(dú)立工作，減少了車輛出入庫擁堵的現(xiàn)象，停車規(guī)模較大，當(dāng)部分區(qū)域發(fā)生故障的時候，不影響其他區(qū)域的正常運(yùn)行，可以同時兩臺車出庫。但是存取車輛時間較長，且耗電量較大。

巷道堆垛類立體車庫受地點因素的限制較小，可以建在地下，對空間的整體利用性更強(qiáng)，在進(jìn)行存取車時是同升同降的，使得車輛出入庫效率較高，一般采用全封閉管理，整個過程全自動完成，可以充分保證人、車安全，可靠性高。但是設(shè)備相對比較復(fù)雜，運(yùn)動起來噪聲會相對比較大，故障率較高。

垂直升降類立體車庫占地少，容量大，平均每輛車占地面積小，可提供多個車位進(jìn)出口，存取車等待時間短，智能化程度高，操作簡單方便，空間利用率較高。但是故障率比較高，每次僅能完成一次取車任務(wù)，不能同時完成或逐步同時進(jìn)行任務(wù)，如果需要多人存取等待時間較長。

基于此，本文所設(shè)計的居民用的立體車庫會綜合以上立體車庫優(yōu)點，選擇垂直升降類立體車庫作為基本載體，對其存取車時長進(jìn)行改善。

2工作原理

垂直升降類汽車停車庫的工作原理是依靠提升機(jī)的帶動承載結(jié)構(gòu)的升降運(yùn)動和橫移運(yùn)動的合成作用，完成車輛的進(jìn)入庫工作，主要動力設(shè)備是提升機(jī)，垂直升降類汽車停車庫有時也被叫做塔式立體停車庫，其完成出入庫的具體操作過程主要為：存車時，駕駛員將車輛開入車庫入口處，人員撤離，根據(jù)控制系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)汽車或者載車板至合適方向，提升機(jī)帶動承載機(jī)構(gòu)將車輛或者載車板提升到相應(yīng)高度，接下來再通過提升機(jī)的橫移設(shè)備完成車輛的橫移運(yùn)動，進(jìn)而使車輛停在固定停車位；同樣，當(dāng)取車時，則是利用橫移設(shè)備先使車輛完成橫移運(yùn)動，到達(dá)提升機(jī)設(shè)備上，繼而進(jìn)行下降，到達(dá)車輛出口處時，旋轉(zhuǎn)方向使車頭向外，打開車庫門，駕駛員將車開走。

居民區(qū)所設(shè)計的立體車庫應(yīng)該滿足能快速同時提取多個車輛的要求，因為每天小區(qū)居民的上下班時間會相對比較集中，所以在上下班時間里需要同時提取多個車輛，以適應(yīng)小區(qū)居民的要求，同時多個車輛的存取之間也不要有過多干涉，基于此，本文設(shè)計了一款專門用于小區(qū)居民的立體車庫。

本文所設(shè)計的居民用立體車庫（圖5）為正八面體結(jié)構(gòu)，每層可容納16輛汽車，最寬處28米，共十層，總高度27米，八面體每個對應(yīng)邊外圈長12米，內(nèi)圈長6米。最下層為存取車盤，向上五層每層層高2.6米，可放置車體本身較高的車輛，例如越野車等，再上四層每層層高2.15米，可以存放車體本身不是很高的車輛，比如轎車。每個停車位上均有載車板以及相配的自動控制部分，為防止車輛下墜，加裝立體車庫防墜裝置，同時，為了防止車輛放置時震動對車體造成的影響，增加相應(yīng)的防震裝置。立體車庫中部由八根類似于叉車內(nèi)門架的結(jié)構(gòu)來支撐，保證叉架的提升、運(yùn)輸、放置車輛。叉架從底層將車體連同載車板一同提起，通過液壓裝置略向內(nèi)傾斜，以保證車輛不會脫離載車板。當(dāng)叉架根據(jù)控制系統(tǒng)的控制將車輛運(yùn)送至相應(yīng)樓層時，液壓系統(tǒng)向前推動，將叉架前伸，向外傾斜，將車輛連同載車板一起放入相應(yīng)樓層中，八面體每一邊設(shè)計成可同時容納兩輛車的設(shè)計，故當(dāng)車進(jìn)入相應(yīng)樓層時，八邊形樓層中每個邊的傳送帶會將車停到相應(yīng)的的停車位中。取車時候過程相反。這樣的做法，可以同時提取八輛汽車，而并非如同現(xiàn)在立體停車庫的，只能單個車輛進(jìn)入或者提出。大大提高了取車效率，滿足了小區(qū)居民相對集中的存取車的要求。

在梁的設(shè)計中，梁的剛度和強(qiáng)度對截面設(shè)計起控制作用。安全性是設(shè)計車庫系統(tǒng)時所應(yīng)注意到的首要因素，因此設(shè)計時先需對整個系統(tǒng)的穩(wěn)定及安全予以分析。在進(jìn)行梁的截面設(shè)計時，梁的強(qiáng)度應(yīng)該得到足夠的保證，腹板宜選擇高度較高且較薄的板，同時需要系統(tǒng)的安全性，在選擇翼緣板時，需要使用同時滿足寬、薄條件的翼緣板。通常當(dāng)翼緣板在應(yīng)力作用下時，翼緣板和腹板可能會超出自身承載能力發(fā)生變形現(xiàn)象，此時梁不再具備整體穩(wěn)定性。當(dāng)出現(xiàn)此種情形時，梁不再是一個全部整體都在工作的狀態(tài)，只有部分梁仍在進(jìn)行有效工作，導(dǎo)致系統(tǒng)的穩(wěn)定性降低，承載能力也欠佳，此時為了滿足系統(tǒng)的整體穩(wěn)定性可以利用的措施一般有加厚腹板、翼緣板或設(shè)置加強(qiáng)肋。

立體車庫鋼結(jié)構(gòu)主體骨架由立柱、橫梁、縱梁及附屬裝置等構(gòu)成，其立柱的連接是依靠螺栓和底座完成的，其他鋼梁的連接則是通過焊接方式或者螺栓之間連接的方式。立柱在力的作用下會產(chǎn)生相應(yīng)扭矩，此時的力，扭矩則包含壓應(yīng)力和部分剪應(yīng)力；縱梁所受的力主要是在拉伸作用下形成的拉應(yīng)力及彎曲應(yīng)力；側(cè)面也具有橫梁結(jié)構(gòu)，且作用在其上的拉應(yīng)力和剪應(yīng)力相比其他橫梁都較小。立體車庫的各部分需要有極高的強(qiáng)度和剛度，這是出于降低振動頻率以提高系統(tǒng)整體穩(wěn)定性的目的。

3組成裝置

液壓提升：采用液壓傳動，提升過程保證叉架處于先加速，再勻速，后減速，直至到達(dá)預(yù)定位置停止。對于液壓提升，優(yōu)點是結(jié)構(gòu)相對緊湊，對系統(tǒng)的反應(yīng)迅速，受外界因素影響小，精度高誤差小、穩(wěn)定性強(qiáng)、運(yùn)用范圍廣、可對系統(tǒng)本身起到冷卻潤滑作用、安全性高等；與之相應(yīng)的，液壓提升也有各自弊端：成本不菲、系統(tǒng)要求完全密封、有油液污染的可能、能源傳輸不便。

防墜落裝置：防墜落裝置是固定在立體停車設(shè)備上，用來防止車輛或者載車板在靜態(tài)下的意外墜落的裝置。防墜落裝置在升降式立體車庫起著關(guān)鍵作用，可以在傳動裝置出現(xiàn)損害時保障系統(tǒng)安全，減少事故發(fā)生帶來的危害。新版的《機(jī)械式停車設(shè)備通用安全要求》（GB 17907-2010）中明確規(guī)定，“搬運(yùn)器（或載車板）運(yùn)行到位后，若出現(xiàn)意外，有可能使搬運(yùn)器或載車板從高處墜落時，應(yīng)設(shè)置防墜落裝置”。本設(shè)計當(dāng)中防墜落裝置采用的是最常見的機(jī)械+電磁鐵式。采用一個電磁鐵拖動兩個安全掛鉤的方式。綜合了純電磁鐵式防墜落裝置以及純龍門架防墜落裝置的優(yōu)點，本身結(jié)構(gòu)特點為：首先選用龍門架代替了后部的電磁鐵，降低了故障的發(fā)生概率。同時在前部則是采用電磁鐵代替了龍門架，拓展了入口處的空間，加快了車輛的進(jìn)入庫速度。但是，這種結(jié)構(gòu)也有缺點，對于多層的升降橫移車庫而言，這種裝置是否合法還存在疑問。

存取部分：存取部分仿照叉車的前叉，用兩個前叉直接承受全部貨重，完成對車輛的叉取，升降，放置等工序。前叉架由鋼板焊接構(gòu)成，具有滾輪組，門夾內(nèi)側(cè)具有上下方向的槽型軌道，內(nèi)門架有兩個槽型作為立柱和棟梁組焊的框架結(jié)構(gòu)。下部鉸接在立柱的驅(qū)動橋上，借助于傾斜液壓缸的作用，門架可在前后方向傾斜一定角度。門架前傾為了裝卸車輛方便，后傾的目的是當(dāng)前叉架運(yùn)行時，使貨叉上的車輛不至于滑落。

減震裝置：載車板底部裝有減振裝置，當(dāng)載車板下降時工作，起減振、緩沖的作用，確保車輛在下降時的安全。

4主要零件有限元分析

對承重梁進(jìn)行有限元分析，分析結(jié)果如圖所示：

5結(jié)語

本文中的居民用立體車庫設(shè)計共十層，底層用于存取車，從第二層以上均采用八邊形設(shè)計，每邊可存放兩輛汽車，每層可以同時存放16輛車，八邊形每個對應(yīng)邊采用仿叉車中內(nèi)門架以及叉架結(jié)構(gòu)提升車輛，可以同時做到八輛車的存取過程，互不干涉，存取效率高，可以滿足居民存取車時間相對集中的要求，可以同時兼顧節(jié)省空間，又快捷高效提車的要求，適合推廣。