基于升降橫移式立體車庫的結(jié)構(gòu)研究

劉雪梅 高俊 張春 洪雪芬 鄭鵬

摘 要：目前為解決停車難的問題，立體車庫逐漸出現(xiàn)于人們的生活中，其研究與實(shí)現(xiàn)正在快速發(fā)展，為了追求安全性和實(shí)用性更高的立體車庫，對立體車庫的研究已經(jīng)成為熱點(diǎn)。本文對升降橫移式立體車庫的基本構(gòu)造進(jìn)行了介紹，并通過實(shí)物模型闡述了升降橫移式立體車庫的結(jié)構(gòu)。首先，對立體車庫的基本構(gòu)造進(jìn)行了剖析，然后通過機(jī)械結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了車輛的停、取過程，最后通過立體車庫的研究與發(fā)展做了總結(jié)并對未來進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：立體車庫;滾珠絲桿螺母副;升降橫移式

Abstract：At present，in order to solve the problem of parking difficulty the three-dimensional garage is gradually appearing in people's life.Its research and implementation are developing rapidly.In order to pursue a safer and more practical three-dimensional garage，the study of three-dimensional garage has become a hot topic.This paper describes the basic structure of the lifting and moving stereo garage and through the physical model the structure of lifting and moving stereo garage is expounded.First of all，the basic structure of stereo garage is analyzed.Then the stopping and taking process of vehicle is realized by mechanical structure.Finally，the research and development of stereoscopic garage are summarized and the future is prospected.

Key words：Stereo garage;Ball screw nut pair;Lifting and traversal type

一、緒論

當(dāng)前，隨著自動(dòng)化技術(shù)的不斷發(fā)展，國民經(jīng)濟(jì)逐年增長，城市化不斷推進(jìn)，居民收入水平也隨之提高，城市汽車保有量逐年上升，然而，汽車的停車位數(shù)量卻增長極其緩慢，停車難已經(jīng)成為全社會(huì)所面臨的問題。在人們生活中，路邊亂停亂放的停車現(xiàn)象隨處可見，從而導(dǎo)致道路實(shí)際可用寬度減少造成了道路擁堵，影響了人們的生活。市中心地區(qū)及部分規(guī)模比較大的住宅小區(qū)的停車問題也越來越嚴(yán)重，停車面積嚴(yán)重不足，違章停車經(jīng)常可見，停車難已成為城市發(fā)展中日益突出的矛盾。因此，如何停放更多的車輛，怎樣停放車輛等問題成為了學(xué)者思考的對象，人們開始把目光投向了立體車庫。地面長寬有限，但是可以在高度上進(jìn)行改進(jìn)，由此立體車庫的構(gòu)想便誕生了。立體車庫提高了停車場的利用率，讓相等的停車面積可以停放較之前數(shù)倍的車輛，讓人們對此類車庫很是青睞。為此，本文就立體車庫進(jìn)行了研究與討論，以及對未來立體車庫的發(fā)展做了簡單的預(yù)測。

二、立體車庫的構(gòu)成

該立體車庫由PLC控制系統(tǒng)、[1]-[4]電機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，傳感器等組成。傳感器由壓敏電阻構(gòu)成，在有車或者無車的情況下，壓敏電阻的阻值不同，由此可將車輛位置信息，車輛狀況信息進(jìn)行收集，反饋給PLC并在顯示器上實(shí)時(shí)顯示，（在絲桿的末端也可以加上部分傳感器，以保證電機(jī)在安全范圍內(nèi)工作），PLC接收到傳感器的信息后進(jìn)行處理，選擇正確的指令后控制步進(jìn)電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)通過滾珠絲桿螺母結(jié)構(gòu)對車輛進(jìn)行水平和垂直方向上的移動(dòng)，達(dá)到取車或者停放車輛的目的。通過PLC控制系統(tǒng)和傳感器相互配合從而實(shí)現(xiàn)對車庫的整體控制，調(diào)控各機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行有序的運(yùn)作，實(shí)現(xiàn)將車輛高效而準(zhǔn)確的停放或取出到相應(yīng)位置。實(shí)現(xiàn)了停取車方便且最大化利用空間資源的目的。

三、立體車庫的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

（一）立體車庫的框架結(jié)構(gòu)

立體車庫由立柱、橫梁、以及放置載車板和停車板的支撐桿等基本結(jié)構(gòu)構(gòu)成。立柱之間、立柱與橫梁之間均采用高強(qiáng)度螺栓連接起來，車庫底層立柱也通過特殊材質(zhì)的螺栓與地基穩(wěn)固的連接。車庫在其上部可增加多層停車位，每層分為若干個(gè)停車位，車位與車位之間設(shè)計(jì)了合理的安全距離，既最大化利用了空間，又保證了車之間的安全距離。在立體車庫重要的承載部位采用鋼制材料，形成承重骨架。汽車載車板、停車板，以及立體車庫的支架等也均由鋼制材料制成。

（二）滾珠絲桿螺母結(jié)構(gòu)

升降與橫移裝置均采用滾珠絲杠螺母結(jié)構(gòu)，[5]-[7]以此達(dá)到托盤上升及橫移的目的。滾珠絲杠螺母結(jié)構(gòu)是將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)了托盤的水平橫移運(yùn)動(dòng)和垂直升降運(yùn)動(dòng)。其滾珠絲杠螺母結(jié)構(gòu)的原理如圖1所示。在絲杠和螺母上都有半圓弧形的螺旋槽，當(dāng)它們套裝在一起時(shí)便形成了滾珠的螺母滾道。螺母上有滾珠回路管道，將幾圈螺母滾道的兩端連接起來，構(gòu)成封閉的循環(huán)滾道，并在滾道內(nèi)裝滿滾珠。當(dāng)絲杠旋轉(zhuǎn)時(shí)，滾珠在滾道內(nèi)既自轉(zhuǎn)又沿滾道循環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而迫使螺母軸向移動(dòng)基本上是滾動(dòng)摩擦。

滾珠絲杠螺母結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)：

（1）傳動(dòng)效率高，磨損損失小。滾珠絲杠螺母結(jié)構(gòu)的傳動(dòng)效率比常規(guī)螺母結(jié)構(gòu)高。因此，功率消耗只相當(dāng)于常規(guī)滾珠絲杠螺母結(jié)構(gòu)的1/4—1/3。

（2）給予適當(dāng)預(yù)緊，可消除絲杠和螺母的螺紋間隙，反向運(yùn)動(dòng)時(shí)就可以消除空行程死區(qū)，定位精度高，剛度強(qiáng)。

（3）運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，無爬行現(xiàn)象，傳動(dòng)精度高。

（4）有可逆性，可以從旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)，也可以從直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，即絲杠和螺母都可以作為主動(dòng)件。

（5）磨損小，使用壽命長。

（三）立體車庫工程圖（正、側(cè)視圖）

立體車庫的工程圖如圖2（正視圖）和圖3（側(cè)視圖）所示。在圖2中，零件1和零件8為停放車輛的載車板，零件4為感知汽車位置的傳感器，零件5為步進(jìn)電機(jī)，零件6為固定機(jī)架，零件9為橫桿，零件10和11分別為托盤桿和豎直桿。在圖3中與圖2零件序號(hào)標(biāo)注相同的零件則為相同零件，與圖2不同序號(hào)標(biāo)注的零件2為便于汽車開入初始車位的上坡板，零件7為載車板，零件12為橫桿，零件13為放置步進(jìn)電機(jī)的底座。

四、總結(jié)與展望

（一）論文總結(jié)

現(xiàn)如今人們生活水平的提高，車輛的擁有量逐年上升，以致停車成為一大難題，目前這個(gè)問題需亟待解決。本文就此研究了升降橫移式立體車庫的結(jié)構(gòu)，其主要由滾珠絲桿螺母結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了托盤的水平和垂直運(yùn)動(dòng)來停、取車輛，使操作更加簡便與安全，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了充分利用上部空間的目的，基本解決了停車難的問題。本車庫高效的利用了上層空間，能在一輛車的占地面積下在上層空間停放多輛車，充分利用了上層空間。采用模塊拼接式，可將本車庫在水平和豎直方向上根據(jù)小區(qū)停車場地的大小進(jìn)行擴(kuò)大或減小停車數(shù)量。同時(shí)減少甚至省卻采暖、通風(fēng)、內(nèi)部裝修等設(shè)施，即成本低，安裝維護(hù)方便。節(jié)能環(huán)保，本車庫機(jī)械結(jié)構(gòu)簡單，[8]該車庫停、取車動(dòng)作都由停車設(shè)備來完成，減少了尾氣排放，對環(huán)境的影響比較小。

（二）前景展望

升降橫移式立體車庫很好地解決了停車難的問題，但是在智能停、取車方面還大有發(fā)展，立體車庫可以與互聯(lián)網(wǎng)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)智能停、取車的目的。主要以手機(jī)終端為載體，通過服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)、終端全部實(shí)時(shí)連接形成一個(gè)統(tǒng)一的系統(tǒng)，當(dāng)車主利用終端將信息發(fā)送至云端處理器，處理器接受并處理后，再反饋至PLC，使PLC按照車主的指令來控制車庫，使車庫執(zhí)行對車輛的停、取操作，實(shí)現(xiàn)車主在較遠(yuǎn)的地方就可以控制車庫，因此對于取、停過程中所需的時(shí)間進(jìn)行了壓縮，還可以在立體車庫中加入監(jiān)控裝置和有關(guān)傳感器，當(dāng)車主需要了解自己車輛的狀況時(shí)，也可以通過手機(jī)終端，向云端處理器發(fā)出指令，云端處理器接收到信號(hào)后控制監(jiān)控裝置和有關(guān)傳感器的工作，使它們將有效信息反饋至車主手機(jī)終端。當(dāng)然，也可以有多個(gè)指令一起發(fā)出，云端處理器接收后一一進(jìn)行處理。車主通過手機(jī)終端不及可以了解更新車位的空缺情況，還可以知道汽車的停放狀態(tài)。立體車庫在同一時(shí)間可以有序并且高效的滿足多個(gè)停、取需要，既順應(yīng)了時(shí)代發(fā)展，也滿足了車主所需，做到了真正智能的立體車庫。

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通訊作者：高?。?988-），男，助教，主要從事機(jī)電液一體化研究。