智能翻轉(zhuǎn)車庫的結(jié)構(gòu)設(shè)計

施卓奇 徐翠 吳超杰

摘 要：本研究基于傳統(tǒng)二層自走式車庫基礎(chǔ)上，進(jìn)行結(jié)構(gòu)創(chuàng)新，建立智能感應(yīng)系統(tǒng)。具體分析了停車地況（車流量小的停車場），車庫靜止、動態(tài)受力及側(cè)翻受力的強度。在上述基礎(chǔ)上趨向輕量化結(jié)構(gòu)設(shè)計，創(chuàng)建智能感應(yīng)一體化，對車主下車及行人誤入等一系列突發(fā)情況進(jìn)行模擬，設(shè)計出安全保障結(jié)構(gòu)。根據(jù)車庫結(jié)構(gòu)設(shè)計的最終結(jié)果，通過solidworks拉伸裝配出車庫結(jié)構(gòu)設(shè)計，通過有限元分析模擬及強度計算顯示，創(chuàng)新設(shè)計后的車庫，可接受規(guī)格更大的汽車，維修周期增長，停車均為機械式，取車時間8到10秒。

關(guān)鍵詞：車庫；智能；結(jié)構(gòu)創(chuàng)新；安全保障；私家車

前言

隨著經(jīng)濟的發(fā)展，私家車保有量逐年上升，且一個家庭擁有兩輛及以上數(shù)目的私家車數(shù)不勝數(shù)[1]。日益嚴(yán)峻的停車空間催生了各種停車設(shè)備[2]，停車空間提升率高，停、取車時間短，環(huán)保整潔，維修周期短，成本低，地況兼容度大這些特點，成了企業(yè)客戶所追求的停車設(shè)備性能[3]。

傳統(tǒng)的雙側(cè)立體停車設(shè)備只是滿足了車位一變二[4]，導(dǎo)致使用體驗和安全防護(hù)不理想，有些車庫甚至對新手駕駛員來說十分不友好[5]。這極大破壞了人們對雙層車庫的使用印象，智能二層車庫是以車位一變二的設(shè)計理念上，創(chuàng)新結(jié)構(gòu)，建立智能系統(tǒng)，豐富了地況使用要求，改變以往客戶的停車印象，降低停、取車時間，大幅提高安全系數(shù)，也滿足企業(yè)要求的低制造成本，低維修成本。這款設(shè)備對于目前的停車?yán)砟罹哂泻艽蟮默F(xiàn)實意義。

1 研究方法

本研究的研究方案，通過傳統(tǒng)二層車庫的原始理念——車位一變二，運用solidworks三維軟件建立基礎(chǔ)構(gòu)架，選定私家車重量為3噸，總長度5米，寬度2.5米為實驗數(shù)據(jù)，因為鎂合金在汽車行業(yè)的應(yīng)用[6]，未來汽車逐漸趨于輕量化[7]，所以本實驗數(shù)據(jù)可看成極限數(shù)據(jù)。在基礎(chǔ)構(gòu)架上，創(chuàng)新結(jié)構(gòu)，建立出翻轉(zhuǎn)式二層車庫。然后進(jìn)行受力分析，計算出各個支撐桿所承受的載荷和彎曲強度，在通過滿足支撐桿的受力情況下，修建模型，重新建立出輕量化的車庫，最后用CAD導(dǎo)出，并進(jìn)行尺寸修正，獲得最終車庫模型。

再用solidworks三維軟件的觸碰檢查和運動算例[8]來對車輛停車進(jìn)行模擬，觀察車庫使用情況，及車主的使用體驗。在模擬過后，更改模型尺寸來符合車輛進(jìn)入的實際情況。

2 基礎(chǔ)模型的建立及結(jié)構(gòu)創(chuàng)新

2.1基礎(chǔ)幾何模型

雙層立體車庫的原始理念就是車位一變二，利用縱向空間，節(jié)省地面占用面積。與其他類型的車庫相比，其具有構(gòu)造簡單，無需地面工程動土，地況適應(yīng)性強[9]。還可任意搬遷，停、取車時間短，能適應(yīng)辦公人士快節(jié)奏的工作方式，也可用以家用收藏汽車位。但目前，二層立體車庫過多的注重結(jié)構(gòu)的簡便，卻忽視了用戶的停車體驗[10]。本車庫通過傳統(tǒng)雙層車庫的設(shè)計理念，建立了基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，根據(jù)以往雙層車庫出現(xiàn)的種種問題，進(jìn)行創(chuàng)新結(jié)構(gòu)如圖2所示。運用液壓缸作為動力元件，雙曲柄的結(jié)構(gòu)形式帶動二層載車板進(jìn)行翻升，經(jīng)過計算的曲柄可以保證二層載車板，在舉升的過程中始終與地面保持平行，這很好的保證了汽車在上升過程中的穩(wěn)定[11]。

2.4二層載車板工作狀態(tài)

二層載車板的工作狀態(tài)，液壓缸回到原始位置，經(jīng)過計算，此時圓拱的兩個軸心對齊與地面平行，且液壓缸底面與底座的上表面貼合，這使車的載荷從圓拱過渡到底座時，為液壓缸提供承載力，保證設(shè)備的牢固性。二車載車板的實際有效寬度有2.2米。二車載車板在放置地面后，與行車道平行，這對新手駕駛員來說非常友好，車主直接將車開上平臺，隨即下車，控制APP或手動按鈕將平臺翻身至上空間位。

2.5一層載車板工作狀態(tài)

一層載車板的工作狀態(tài)，由安裝在底座內(nèi)側(cè)的齒輪齒條作為動力元件，傳動時保證了精確的傳動比[12].在前端兩側(cè)裝有導(dǎo)向輪，載車板的下方還擁有承載輪，其同樣裝有與二層載車板一樣的減速帶，用于給汽車進(jìn)行橫向定位。其也同樣是平行于行車道，一層載車板的有效寬度比二層板寬。移動時間為0.375m/s。

3強度分析

3.1支撐柱的強度校核

圖8所示本車庫在有限元分析下的結(jié)果顯示，二層載車板所受載荷為30000N，即三噸小轎車的重量，圓拱及前支撐柱和載車板均為Q235碳鋼，分析顯示，前支撐柱的屈服強度為282.7Mpa，而本車庫的受力最大點的載荷為62.59Mpa，完全可以承受中小型轎車。當(dāng)壓力升到13噸時，即1.3×10^5N，車庫實際所受的最大屈服強度接近理論最大屈服強度，即說明本車庫可承受13噸及以下的重物。數(shù)據(jù)顯示在二層載車板上有最大位移量為0.2mm，其他部件均有一定量的位移，但沒有發(fā)生肉眼可見的崩塌型形變。

4結(jié)果分析

4.1創(chuàng)新結(jié)構(gòu)優(yōu)化結(jié)果

從上述可知，本設(shè)備（翻轉(zhuǎn)式智能立體車庫）在結(jié)構(gòu)上與傳統(tǒng)二層車庫全然不同，后者往往采用單支撐型安全構(gòu)架，這具有極大的安全隱患，甚至連臺風(fēng)這些自然災(zāi)害都會使該設(shè)備發(fā)生坍塌。但本設(shè)備采用雙支柱構(gòu)架，在達(dá)到最大限位時，液壓缸與前曲柄及二層載車板形成三角形[13]，牢固穩(wěn)定，底座由地腳螺栓與地面緊密相連，當(dāng)然地腳螺栓拆裝方便，適于搬遷。本設(shè)備左右兩側(cè)的構(gòu)架，即已形成了保護(hù)功能，本設(shè)備的載車板寬度比傳統(tǒng)車庫更寬，更長，能接受市場上規(guī)模更大的汽車。汽車兼容性大幅提高。

本車庫最大可承受載荷為1.3×10^5N，此結(jié)果可承受所有中小型轎車。優(yōu)化后的車庫結(jié)構(gòu)更加簡明，支撐效果更好，性價比升高。

5結(jié)論

本研究通過翻轉(zhuǎn)式立體車庫的結(jié)構(gòu)設(shè)計，完全創(chuàng)新了以往所沒有出現(xiàn)過的車庫結(jié)構(gòu)，，重新定義了智能立體車庫。主要研究成果如下：

（1）采用雙支柱型的結(jié)構(gòu)，最大承受載荷提升至1.3×10^5N，更安全更牢固

（2）停、取車時間均縮短至8秒，提升用戶體驗。

（3）載車板更寬更長，汽車兼容性大幅提高，可接受SUV。

（4）視覺傳感器及紅外感應(yīng)裝置的安裝，確保行人安全，也起到恐嚇小偷的作用，在此基礎(chǔ)上，可以發(fā)展出更多的智能系統(tǒng)，對未來的立體車庫設(shè)計提供構(gòu)想。

（5）APP控制及手動緊急按鈕，保證設(shè)備在突發(fā)情況下的運行。

（6）運用solidworks三維軟件進(jìn)行了CAD圖紙的修正處理，以便于批量生產(chǎn)，通過三維軟件的碰撞檢查及運動算例，確認(rèn)了設(shè)備是滿足要求的。

（7）結(jié)構(gòu)清晰簡單，成本低，投放效果好，隨著私家車保有量的逐年上升，本設(shè)備具有很好的市場前景。

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作者簡介

施卓奇（1998-），男（漢族），浙江省余姚人。浙江師范大學(xué)工學(xué)院，本科在讀，專業(yè)：機電技術(shù)教育（師范）。Tel：17757992363；E-mail：17757992363@163.com。

（作者單位：浙江師范大學(xué)）