回轉(zhuǎn)式小型智能立體車庫的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與研究

胡義華，張樹林，靳龍

（1. 廣西科技大學(xué)工程訓(xùn)練中心，廣西 柳州 545006；2. 廣西科技大學(xué)鹿山學(xué)院，廣西 柳州545616；3. 廣西科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，廣西 柳州 545006）

0 引言

未來我國(guó)汽車保有量將保持較高增速，汽車總量會(huì)變得更加龐大。大批量的汽車走進(jìn)居民家庭，大部分汽車集中在大城市，造成了停車難、亂停車造成交通堵塞等一系列現(xiàn)象，解決停車難問題已經(jīng)非常緊迫。特別是一些經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)、商業(yè)貿(mào)易區(qū)，人們很難能尋覓到一個(gè)車位。當(dāng)今社會(huì)停車位及車庫的發(fā)展已經(jīng)滿足不了人們的需求，更不能適應(yīng)現(xiàn)代化城市的發(fā)展，尤其是土地價(jià)格昂貴的大城市里。向空中發(fā)展充分利用空間的立體車庫，已經(jīng)成為政府部門、房地產(chǎn)開發(fā)商等社會(huì)各界人士關(guān)注的焦點(diǎn)。

機(jī)械式立體車庫現(xiàn)在應(yīng)用較多的主要有以下幾種類型：升降橫移式立體車庫、垂直升降式立體車庫、巷道堆垛式立體車庫、垂直循環(huán)式立體車庫、汽車專用升降機(jī)式立體車庫、簡(jiǎn)易升降傾斜式立體車庫，車庫普遍有二層以上，一個(gè)車位通?？梢酝７哦_(tái)車以上。與一般停車場(chǎng)相比，立體車庫有著自動(dòng)化程度較高、車位多、占地面積較小等特點(diǎn)，可最大限度地利用空間，是解決城市用地緊張，緩解停車難、交通擁堵的一種有效手段。日本等許多發(fā)達(dá)國(guó)家都在寸土寸金的黃金地帶修立體式停車設(shè)備。近10年來立體停車庫在我國(guó)得到了高速的發(fā)展，智能停車設(shè)備行業(yè)己經(jīng)成為一個(gè)新興的行業(yè)。從2007年到2012年，年遞增速度在30%以上，2012年到2017年，年遞增速度達(dá)50%以上。實(shí)踐證明，越是在寸土寸金的中心地帶，立體車庫的投資效益越是明顯。

1 回轉(zhuǎn)式智能車庫結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

回轉(zhuǎn)式智能立體車庫裝置主要由上位架部分、支承柱部分、水平移動(dòng)部分、回轉(zhuǎn)部分、升降部分、電氣智能控制部分組成，下位車直接停放在底面上；上位車停置在上位架上，上位架與回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)連接，回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)又與升降機(jī)構(gòu)連接，上位架、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和升降機(jī)構(gòu)的總成安裝連接在支承柱機(jī)構(gòu)上，支撐柱機(jī)構(gòu)安裝連接在水平移動(dòng)機(jī)構(gòu)上。

通過電氣智能控制，分別驅(qū)動(dòng)水平移動(dòng)機(jī)構(gòu)中的水平電機(jī)及減速傳動(dòng)裝置、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)中的回轉(zhuǎn)電機(jī)及減速傳動(dòng)裝置、升降電機(jī)及減速傳動(dòng)裝置，從而使上位車實(shí)現(xiàn)水平移動(dòng)、回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和升降運(yùn)動(dòng)，即實(shí)現(xiàn)上位車直接越過下位車的出庫和入庫運(yùn)動(dòng)，完成自動(dòng)存取車作業(yè)。

通過附加手柄，在停電時(shí)可手動(dòng)旋轉(zhuǎn)相應(yīng)的減速裝置，實(shí)現(xiàn)上位車的手動(dòng)運(yùn)行出、入庫。產(chǎn)品結(jié)構(gòu)圖如下圖所示：

圖1 立體車庫單元的主視圖Fig. 1 Main view of a stereo garage unit

圖2 立體車庫單元的左視圖Fig. 2 Left view of a stereo garage unit

圖中：1-水平導(dǎo)軌；2-上位架；3-下位車；4-水平滾輪；5-上位車；6-前升降鏈輪；7-升降伺服電機(jī)及減速機(jī)構(gòu)組件；8-升降鏈條；9-回轉(zhuǎn)伺服電機(jī)及減速機(jī)構(gòu)組件；10-蝸輪；11-縱向加強(qiáng)支架；12-支承方柱；13-水平基座；14-拉伸彈簧；15-向心推力軸承；16-軸承座；17-升降滾輪基座；18-升降滾輪；19-橫向加強(qiáng)支架；20-后升降鏈輪；21-升降滾輪上座；22-水平軌道；23-齒條；24-水平伺服電機(jī)及減速機(jī)構(gòu)組件；25-電氣控制箱。

圖3 立體車庫單元的俯視圖Fig. 3 Top-level view of a stereo garage unit

2 伺服電機(jī)及蝸輪蝸桿減速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

為了使水平運(yùn)動(dòng)、回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、升降運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)得到精確的控制，回轉(zhuǎn)式智能立體車庫采用伺服電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。由于回轉(zhuǎn)式智能立體車庫占地面積小，所以要求減速機(jī)的結(jié)構(gòu)緊湊、傳動(dòng)比大、扭矩大、承受過載能力高，并且裝置還需要有自鎖功能，所以選擇了蝸輪蝸桿減速機(jī)。蝸輪蝸桿減速機(jī)還具有以下優(yōu)勢(shì): ① 機(jī)械結(jié)構(gòu)緊湊、體積輕巧、小型高效; ② 熱交換性能好，散熱快；③ 安裝簡(jiǎn)易、靈活輕捷、性能優(yōu)越、易于維護(hù)；④ 傳動(dòng)速比大、扭矩大、承受過載能力高；⑤ 運(yùn)行平穩(wěn)，噪聲小，經(jīng)久耐用；⑥ 適用性強(qiáng)、安全可靠性大。

3 回轉(zhuǎn)式智能停取車原理

回轉(zhuǎn)式立體車庫，采用上位架水平移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)、升降的復(fù)合式運(yùn)動(dòng)方式實(shí)現(xiàn)上位車的出入庫運(yùn)動(dòng)，而不需要下車位的挪動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了上下車位的相互獨(dú)立。且不額外占地，存取車速度快，操作簡(jiǎn)便，運(yùn)行和停止?fàn)顟B(tài)平穩(wěn)。

工作時(shí)，下位車直接停取車。當(dāng)上位車需入庫時(shí)，先通過電控箱面板的操作實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的電氣控制，順序運(yùn)行：① 通過水平伺服電機(jī)及減速機(jī)構(gòu)組件和齒條的傳動(dòng)，使整個(gè)支承基礎(chǔ)和上位架水平移動(dòng)至車庫前方位置2；② 通過回轉(zhuǎn)伺服電機(jī)及減速機(jī)構(gòu)組件和蝸輪的傳動(dòng)，使軸承座連同上位架回轉(zhuǎn)90o至上位車上車位置的上方；③ 升降伺服電機(jī)及減速機(jī)構(gòu)組件和前后升降鏈輪以及升降鏈條的傳動(dòng)，使由升降滾輪基座、升降滾輪上座和升降滾輪組成的升降機(jī)構(gòu)連同上位架下降至基礎(chǔ)底面，使待入庫的上位車能夠駛?cè)肷衔患?；?按相反操作和運(yùn)行，順序使上位架連同上位車實(shí)現(xiàn)上升、反向回轉(zhuǎn)90o、水平后退移動(dòng)至規(guī)定的停車位置。上位車出庫時(shí)，操作和運(yùn)行順序與上相反。

4 手動(dòng)應(yīng)急操作機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

回轉(zhuǎn)式智能立體車庫在三個(gè)伺服電機(jī)和減速機(jī)構(gòu)組件中均設(shè)置了手動(dòng)應(yīng)急操作機(jī)構(gòu)和功能，當(dāng)車庫電力系統(tǒng)遇到無法預(yù)測(cè)的突發(fā)故障時(shí)，可以用手動(dòng)應(yīng)急機(jī)構(gòu)將上位車搖動(dòng)到車庫底部。因此，即使遇到停電場(chǎng)合，也可以采用手動(dòng)運(yùn)行方式實(shí)現(xiàn)上位車的出入庫。

5 結(jié)論

回轉(zhuǎn)式智能立體車庫采用回轉(zhuǎn)支承技術(shù)，鏈條傳動(dòng)與齒輪傳動(dòng)技術(shù)、PLC控制技術(shù)，制造成本和維護(hù)成本低、取車時(shí)間短、上下兩層無干擾。與目前市面上具有的立體車庫相比：

1）市面現(xiàn)有的小型立體車庫：通常上下兩層相關(guān)聯(lián)，上層車要上去就要先把下層車挪出，上層車上去后再把下層車開進(jìn)去，比較麻煩。

2）回轉(zhuǎn)式智能立體車庫：采用上位架水平移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)、升降的復(fù)合式運(yùn)動(dòng)方式實(shí)現(xiàn)上位車的出入庫運(yùn)動(dòng)，而不需要下車位的挪動(dòng)，實(shí)現(xiàn)上、下位小車出入庫相互獨(dú)立。比較方便。同時(shí)設(shè)置升降安全防護(hù)裝置，確保升降運(yùn)動(dòng)的可靠和安全。

穩(wěn)定、安全、高效的回轉(zhuǎn)式智能立體車庫，大大減少了能耗而且方便了廣大人民，解決城市用地緊張，緩解城市停車難的問題，并將系統(tǒng)應(yīng)用于家庭用車庫、住宅小區(qū)車庫、單位車庫等空間狹小且原來有車庫的地方場(chǎng)合，提高停車場(chǎng)地利用率和立體車庫的操作方便性。

[1] 劉漢代，萬邵偉，田靳文，等. 小型側(cè)方位升降橫移式立體車庫的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].《現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備》，2017(12)：12-13.LIU Han-dai, WAN Shao-wei, TIAN Jin-wen, et al. Structural design of small side azimuth lift and transverse stereo garage[J]. The Journal of Modern Manufacturing Technology and Equipment, 2017(12): 12-13.

[2] 謝愛梅. 基于PLC的立體車庫控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. 《時(shí)代農(nóng)機(jī)》, 2017, 6(44): 76-77, 79.XIE Ai-mei. Design of control system of stereo garage based on PLC[J]. The Journal of Time Agricultural Machinery, 2017, 6(44): 76-77, 79.

[3] 吳瓊興, 許志國(guó), 陳江樺. 框架式立體車庫的軌跡優(yōu)化及機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)[J].《機(jī)電工程技術(shù)》, 2017, 46(3): 104-107.WU Qiong-xin, XU Zhi-guo, CHEN Jiang-hua. Optimization of track and mechanism of frame stereo garage[J]. The Journal of Electrical and Mechanical Engineering Technology, 2017, 46(3): 104-107.

[4] 李俊, 王津紅, 代美泉. 一種嵌入式立體車庫的設(shè)計(jì)與研究[J]. 《機(jī)械設(shè)計(jì)與制造工程》, 2017, 46(10): 60-62.LI Jun, WANG Jin-hong, DAI Mei-quan. Design and Research of an Embedded stereo Garage[J]. The Journal of Mechanical Design and Manufacturing Engineering, 2017, 46(10): 60-62.

[5] 裴雨紅. 垂直軸升降類立體車庫的研究與設(shè)計(jì)[D]. 蘇州: 蘇州大學(xué), 2013.Pei Yu-hong. Research and Design of Vertical Axial Lift Class stereo Garage[D]. Suzhou: Suzhou University, 2013.

[6] 王子煕. 機(jī)械式三層升降橫移式立體車庫的設(shè)計(jì)[J]. 集美大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2014, 19(2): 133-136.WANG Zi-xi. Design of mechanical three-story lifting and transverse stereo garage[J]. The Journal of Jimei University(Natural Science Edition), 2014, 19(2): 133-136.

[7] 張學(xué)典, 朱士強(qiáng). 一種新型升降橫移立體車庫設(shè)計(jì)[J]. 中國(guó)水運(yùn), 2015, 15(10): 313-316.ZHANG Xue-dian, ZHU Shi-qiang. Design of a new type of garage with horizontal lift and movement[J]. The Journal of China Water Transport, 2015, 15(10): 313-316.

[8] 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)編委會(huì). 起重運(yùn)輸機(jī)機(jī)械零部件、操作件和小五金[M]. 4版. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 2007.Mechanical Design Handbooks Committee. Lifting transport aircraft mechanical parts, operation parts and hardware[M]. 4th ed. Beijing: The Machinery Industry Press, 2007.