太陽能旋轉(zhuǎn)升降雙層停車庫

陳超 黃根 林存寧 劉卉

摘要：“太陽能旋轉(zhuǎn)升降雙層停車庫”巧妙地運用雙滑塊機構(gòu)，連桿機構(gòu)，鏈輪鏈條等機構(gòu)。利用雙滑塊機構(gòu)帶動二層托車板運動，分時同步實現(xiàn)水平伸出與豎直下降過程聯(lián)動。采用傳感器與機械結(jié)構(gòu)相結(jié)合的方式，利用紅外傳感器、壓力開關(guān)、電子鎖、空間四桿合頁機構(gòu)組成的安全系統(tǒng)，可立即停車并保證設(shè)備與車輛安全。通過一系列的結(jié)構(gòu)設(shè)計、運動仿真以及強度校核，最終設(shè)計出一種小區(qū)家用雙層停車裝置，實現(xiàn)自動倒車入庫，保證兩層車輛停取時互不干擾，同時加入太陽能發(fā)電、照明設(shè)備夜間照明。

關(guān)鍵詞：新型停車裝置;太陽能;旋轉(zhuǎn)雙層;智能

中圖分類號：TG156文獻標識碼：A文章編號：1671-2064（2019）16-0000-00

0 前言

隨著人們生活水平的提高，我國機動車保有量持續(xù)增長，生活越加方便幸福的同時，人們又面臨著新的問題：一戶大多擁有兩車甚至更多，而小區(qū)的車位配比大多為一戶一車位，私家車數(shù)量與越來越緊缺的車位資源供求關(guān)系失衡。按一對夫妻一人擁有一輛車設(shè)想，一個車位至少要容納兩個車位，同時考慮到存取車時間及結(jié)構(gòu)可靠程度，我們決定設(shè)計一款雙層停車裝置。除此之外，傳統(tǒng)停車過程往往需要倒車入位，需要較長的倒車距離，存取車時需要不斷地掉轉(zhuǎn)車頭方向，給駕駛員的操作帶來困難，且具有刮擦、碰撞其他車輛的危險，為此我們將雙層停車系統(tǒng)設(shè)計成旋轉(zhuǎn)升降式。

1設(shè)計方案

1.1總體說明

設(shè)備總體由動力系統(tǒng)和傳動系統(tǒng)組成。

實物圖如圖1所示。

1.2雙滑塊機構(gòu)

1.2.1運動原理

雙滑塊機構(gòu)如圖2所示，主要由鏈輪1，擺桿2，張緊輪3，張緊輪4，鏈輪5，剪式支撐架6，下層板7組成。電機通過減速箱帶動鏈輪1轉(zhuǎn)動，鏈輪1帶動鏈輪5，使擺桿2轉(zhuǎn)動，與剪式支撐架6共同使二層板完成伸出及下降的聯(lián)動，張緊輪3、4用于將鏈條張緊，消除空程。

1.3螺旋槽旋轉(zhuǎn)升降機構(gòu)

1.3.1 運動原理

如圖3所示該機構(gòu)主要由與下層板相連的中心軸，電機軸，軸承，剪氏機構(gòu)，螺旋槽組成。軸承通過軸與中心軸相連。機構(gòu)運動為：電機軸轉(zhuǎn)動帶動剪氏機構(gòu)升降，將豎直面的平動轉(zhuǎn)換為水平面的轉(zhuǎn)動。通過3個軸承在螺旋槽內(nèi)的轉(zhuǎn)動，限制旋轉(zhuǎn)角度為90°，保證旋轉(zhuǎn)機構(gòu)每次旋轉(zhuǎn)到位。

1.4太陽能蓄電系統(tǒng)

由太陽能板收集能源，經(jīng)過控制器整流后給蓄電池充電。充滿電的蓄電池分別給傳動系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、安全系統(tǒng)供電。

1.5安全系統(tǒng)

由壓力開關(guān)、串聯(lián)四桿合頁機構(gòu) 、紅外傳感器、電磁鎖組成。

1.5.1壓力開關(guān)與紅外傳感器

檢測車輛到位與否、對運動過程進行反饋。

1.5.2串聯(lián)四桿合頁機構(gòu)

待車輛進入二層板，由傳感器判斷車輛停到位后，電機帶動合頁收攏，防止由于系統(tǒng)故障引發(fā)車輛跌落危險。

1.5.3電磁鎖

在四根立柱上分別裝有四個電磁鎖，在二層板停車到位后，電磁鎖打開，確保在故障、停電情況下，二層板不會下墜。

2 強度校核

對框架是否發(fā)生整體傾覆和螺栓強度的校核：

已知總長6m、總寬2.3m、總高3.0m，二層停車板長5.0m、寬2.0m，外伸梁長5.5m，取車重為M=2.5t，如圖4所示。

每個立柱均采用4個M16地腳螺栓固定，選擇螺栓材料為Q235、性能等級為4.6。

取安全系數(shù)

則設(shè)計總載荷為

假設(shè)左右兩側(cè)承擔載荷相等，則單邊總載荷為

由于實際中車輛發(fā)動機多為前置，使車輛重心與外伸梁中心不重合;此處假設(shè)車輛重心位于外伸梁（5.5m）的前端（以車輛進出方向為前）的1/3處，且近似為峰值是的三角形均布載荷。

均布載荷峰值為

對B點取彎矩平衡（以B點為坐標原點）

其中

解得

對整體取力平衡

解得

由于，所以此處僅校核立柱A。每個立柱均采用4個地腳螺栓固定，則每個地腳螺栓的軸向工作載荷為

由《機械設(shè)計 第九版》P83查得，此處?。?/p>

則軸向總載荷為：

螺栓公稱直徑為M16，小徑為，材料為Q235、性能等級為4.6的地腳螺栓，由《機械設(shè)計 第九版》P86表5-8查得，材料屈服極限。

由《機械設(shè)計 第九版》P87表5-10查得安全系數(shù)。

則由《機械設(shè)計 第九版》P87式5-42求得螺栓材料的許用應(yīng)力

根據(jù)《機械設(shè)計 第九版》P84式5-35求得螺紋危險截面（小徑）處的計算應(yīng)力為：

，螺栓強度合格。

單個螺栓可提供的最大約束力為：

綜上所述當4個立柱均采用M16的地腳螺栓時，整體框架不發(fā)生整體傾覆現(xiàn)象。

3設(shè)計亮點及應(yīng)用前景

3.1設(shè)計亮點

（1）太陽能板供電;（2）利用螺旋槽旋轉(zhuǎn)升降機構(gòu)，完成調(diào)轉(zhuǎn)車頭動作，實現(xiàn)自動倒車入庫;（3）早上和晚上光線不足，設(shè)置兩處燈帶，安全;（4）利用雙滑塊機構(gòu)帶動二層托車板運動，分時同步實現(xiàn)水平伸出與豎直下降過程聯(lián)動，從而減少電機及其他電控設(shè)備所需要的工作，保證了兩輛車停放的互不干擾，減少了動力源;（5）本車庫采用紅外傳感器、壓力開關(guān)、電子鎖、空間四桿合頁機構(gòu)組成的安全系統(tǒng)，能保證在系統(tǒng)運行過程中可隨時停車，保證設(shè)備與車輛安全。

3.2 應(yīng)用前景

發(fā)展旋轉(zhuǎn)升降雙層停車讓人、車、路之間的相互作用關(guān)系以新的方式呈現(xiàn)，將調(diào)轉(zhuǎn)車頭動作交由本產(chǎn)品完成，減少倒車入庫距離，方便快捷，應(yīng)用了環(huán)保新能源;實現(xiàn)停車的實時、準確、高效、安全、節(jié)能的目標，使以往交通擁堵、違章停車、交通安全、停車收費等問題得到緩解和解決，提高人們的出行效率，提升人們的日常生活質(zhì)量。

4結(jié)語

“太陽能旋轉(zhuǎn)升降雙層停車庫”通過巧妙的雙滑塊機構(gòu)和螺旋槽旋轉(zhuǎn)升降機構(gòu)設(shè)計，實現(xiàn)了兩輛車停放時的互不干擾和車輛轉(zhuǎn)向，完成了預(yù)期的停車效果，增加了單位面積的停車數(shù)量，解決了小區(qū)家庭私家車位不足問題。我們?nèi)娴乜紤]了停車過程中會遇到的諸多問題，因此加入太陽能板為產(chǎn)品供電，照明燈帶照明，如果車庫安放在戶外，白天可以通過太陽能板將太陽能轉(zhuǎn)化為電能儲存在蓄電池里面供車庫全天運轉(zhuǎn)的工作需要。同時設(shè)計了完備的安全系統(tǒng)提高產(chǎn)品的安全性。在設(shè)備調(diào)試過程中我們發(fā)現(xiàn)設(shè)備有幾處地方仍然需要改進，我們會在以后的研究過程中加以改進。

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收稿日期：2019-07-05

基金項目：本文系天津科技大學(xué)實驗室創(chuàng)新基金（1801A201），市級大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計（201910057050）。

作者簡介：陳超（1998—），男，福建福州人，本科在讀，研究方向：機械結(jié)構(gòu)設(shè)計。

通訊作者：劉卉（1961—），女，天津人，學(xué)士，副教授，研究方向：機械結(jié)構(gòu)設(shè)計。