平面移動式停車設(shè)備的設(shè)計方法

余秋英

（廣州廣日智能停車設(shè)備有限公司，廣州 511447）

0 引言

近年來，汽車保有量逐年增高，導(dǎo)致停車位不能滿足要求[1]。中國作為全球第一大汽車市場，相應(yīng)帶動了停車設(shè)備行業(yè)的迅猛發(fā)展，市場需求每年以25%～28%趨勢遞增，機(jī)械式停車設(shè)備具有極好的發(fā)展前景[2]。安全性、停車密度、停車效率、成本、停車體驗作為五大核心要求為機(jī)械式立體停車庫的研發(fā)帶來了發(fā)展機(jī)遇[3]。立體停車庫具有占地小、自動化程度高、安裝拆卸方便、空間適應(yīng)性強(qiáng)等顯著特點[4]。在寸土寸金的城市中心區(qū)域，不同建筑規(guī)劃用于停車區(qū)域的空間往往存在較大差異，立體停車庫雖然種類較多，出于性價比的考慮，許多大類的智能停車庫不適用于偏定制化的客戶需求。平面移動式停車設(shè)備多用于多樣化的商業(yè)建筑，如商業(yè)區(qū)、學(xué)校、機(jī)場、火車站等地方，具有較強(qiáng)的可擴(kuò)展性[5]。目前，平面移動類停車設(shè)備的開發(fā)項目雖然較多，但對于集成升降機(jī)、搬運(yùn)器、電氣控制以及結(jié)構(gòu)受力分析的總計設(shè)計方法探討并不多見。綜合考慮，結(jié)合某一大型商業(yè)綜合體平面移動式停車庫開發(fā)項目，本文歸納了一種平面移動式停車設(shè)備的設(shè)計方法，既滿足高密度停車的市場需求，又為今后該類停車庫設(shè)計開發(fā)提供參考依據(jù)。

1 平面移動式立體停車設(shè)備

平面移動式停車設(shè)備是根據(jù)自動倉庫原理，利用成套搬運(yùn)設(shè)備、存取交換設(shè)備、出入口設(shè)備，通過安全檢測系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)將汽車進(jìn)行庫內(nèi)疊放式存儲的自動化停車設(shè)備，是集聲、光、電為一體的大型密集型停車系統(tǒng)[6]。升降機(jī)作為平面移動式停車設(shè)備的升降運(yùn)輸模塊，其搭載著橫移臺車、搬運(yùn)器、車輛在庫內(nèi)進(jìn)行換層運(yùn)行，將橫移臺車運(yùn)送至停車層及出入口層[7]。入庫時，司機(jī)只須將車輛開至出入口停車平臺，停好車、刷卡，系統(tǒng)發(fā)出指令，庫內(nèi)成套搬運(yùn)設(shè)備及存取交換設(shè)備便將車輛由出入口搬運(yùn)至庫內(nèi)停車位上。

智能停車設(shè)備的存取交換技術(shù)決定了拾取與放置車輛的方式，成套搬運(yùn)技術(shù)決定了不同路徑輸送車輛的方式，電氣控制技術(shù)決定了識別與記憶車輛的方式。平面移動式停車設(shè)備可與遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)、車場引導(dǎo)系統(tǒng)、尋車系統(tǒng)、停管收費(fèi)系統(tǒng)相融合，形成各異化的平面移動式停車設(shè)備庫。

2 平面移動式停車庫設(shè)計要點

2.1 項目概述

某綜合體規(guī)劃地面1～3層為商用空間，4～7層為智能停車庫。為了最大限度利用現(xiàn)有空間，保證車輛存取的綜合效率，低成本、高空間利用率的平面移動式立體停車庫成為優(yōu)選方案。適合于短巷道、中高層停放車輛的車庫方案如圖1所示，商用的架空車庫設(shè)置方案如圖2所示。當(dāng)同一巷道相對設(shè)置兩部中置升降機(jī)時，采用系統(tǒng)聯(lián)控方式或獨立控制方式。

2.2 總體方案規(guī)劃

巷道長度L由升降機(jī)端L1、停車列數(shù)M、停車位寬L2、建筑柱數(shù)N、建筑柱寬L3、車位與建筑柱間隙L4、橫移車運(yùn)行端部L5等決定。巷道長度L=L1+L2×M+L3×N+2L4×N+L5。

車庫由若干停車層、出入口層組成，中置升降機(jī)設(shè)置于巷道端部，井道垂直貫通，井道與巷道水平聯(lián)通。結(jié)合用地及系統(tǒng)能力確定停車層數(shù)、停車位數(shù)、出入口、最大垂直行程、最大水平行程等參數(shù)。

圖1 短巷道車庫方案圖

圖2 含架空層車庫方案圖

2.3 庫內(nèi)輸送能力及出入口

庫內(nèi)輸送能力主要取決于升降機(jī)垂直運(yùn)行時間t1、升降機(jī)平層時間t2、橫移臺車水平運(yùn)行時間t3以及LAT智能搬運(yùn)器縱向運(yùn)行及存取時間t4。庫內(nèi)單程輸送時間Ta1=t1+t2+t3+t4。

車庫門開啟時間t7，司機(jī)開車至停車平臺、通過安全檢測、司機(jī)下車并離開入口的時間t8，車庫門關(guān)閉t7可以并行不予計算，停車平臺運(yùn)行t9，庫內(nèi)門開啟時間t10，滿足LAT智能搬運(yùn)器進(jìn)入停車平臺取車條件時，上述時間總和Tb1=t7+t8+t9+t10。

智能搬運(yùn)器駛至入口處停車平臺上搭載車輛后，返回橫移臺車上，根據(jù)系統(tǒng)指令，升降機(jī)、橫移臺車、智能搬運(yùn)器將車輛進(jìn)行空間輸送、存置在庫內(nèi)任意停車位上，單程時間Ta1；司機(jī)將車輛停至入口、安全確認(rèn)，車庫門開啟，LAT智能搬運(yùn)器方可進(jìn)行取車，時間Tb1；在滿足車位數(shù)需求條件下，合理平衡庫內(nèi)輸送能力及出入口能力，盡可能讓出入口能力Tb1不大于庫內(nèi)搬運(yùn)能力Ta1，即Tb1≤Ta1。出入口是人與車輛交換的轉(zhuǎn)換區(qū)，需考慮司機(jī)停車便捷性，減少人為停車時間，提高車庫系統(tǒng)運(yùn)行效率。可設(shè)置貫通式入口、出口，錯層式入口、出口等。

2.4 升降機(jī)

升降機(jī)搭載橫移臺車、LAT智能搬運(yùn)器以及車輛進(jìn)行垂直換層運(yùn)行，其上平層裝置搭建橋梁聯(lián)通停車層、出入口層；橫移臺車搭載LAT智能搬運(yùn)器及車輛在停車層或出入口層進(jìn)行水平橫移換列運(yùn)行；LAT智能搬運(yùn)器搭載車輛水平縱向運(yùn)行并進(jìn)行車輛放置或存取，如圖3所示。

圖3 升降機(jī)示意圖

圖4 齒形帶提升式升降機(jī)

升降機(jī)設(shè)計具有以下要點。

（1）升降機(jī)提升方式。停車層數(shù)、層間最大垂直距離決定升降機(jī)行程及運(yùn)行速度，低程升降機(jī)選擇鏈條提升方式或鋼絲繩纏繞提升方式；高程升降機(jī)選型齒形帶提升方式或鋼絲繩曳引提升方式，如圖4所示。鏈條提升方式、鋼絲繩纏繞提升方式、齒形帶提升方式為強(qiáng)制驅(qū)動方式，當(dāng)采用強(qiáng)制驅(qū)動時，應(yīng)在升降平臺端的頂部、底部，對重端的底部設(shè)置緩沖器。

（2）升降機(jī)結(jié)構(gòu)。升降機(jī)設(shè)置于井道中，井道位于巷道端部，并與巷道貫通，升降機(jī)采用雙立柱方式，與橫梁、井道建筑結(jié)構(gòu)梁形成框架結(jié)構(gòu)，提升驅(qū)動裝置設(shè)置于立柱框架的頂部，提升介質(zhì)（鋼絲繩、鏈條、齒形帶）安裝于提升驅(qū)動裝置的卷上輪或曳引輪上，一端聯(lián)接升降平臺端，另一端聯(lián)接對重端。升降機(jī)采用單側(cè)多點提升及平衡導(dǎo)輪方式，升降平臺采用T形框架結(jié)構(gòu)，T形框架的垂直結(jié)構(gòu)設(shè)置提升梁及平衡導(dǎo)向輪組織，通過4組導(dǎo)向輪組懸掛在升降立柱導(dǎo)軌上，上導(dǎo)向輪組受拉力、下導(dǎo)向輪組受壓力。T形框架的水平結(jié)構(gòu)承托及導(dǎo)引平層裝置，及其上橫移臺車及智能搬運(yùn)器等。

（3）全分離式平層裝置。平層時，防墜落裝置完全放置在井道兩側(cè)梁板上，與升降平臺完全分離，橫移臺車搭載智能搬運(yùn)器及汽車離開或進(jìn)入升降平臺時，所產(chǎn)生的重量變化作用于兩側(cè)梁板上，升降平臺端的重量變化不會引起提升介質(zhì)拉伸，實現(xiàn)0 mm平層精度。

（4）提升介質(zhì)安全倍率校驗?？紤]各種不利工況作用于提升介質(zhì)的最大靜拉力，升降平臺重量G1、平層裝置重量G2、橫移臺車重量G3、搬運(yùn)器重量G4，適停汽車重量G5，升降平臺端最大重量為G=G1+G2+G3+G4+G5；升降平臺端提升介質(zhì)的最大靜拉力為F1=（G1+G2+G3+G4）/4+0.6×G5/2；對重端重量G′=G1+K×（G2+G3+G4+G5），K為0.4～0.5；對重端提升介質(zhì)最大靜拉力F2=G′/4；提升介質(zhì)最小破斷拉力應(yīng)滿足FP/F1≥7、FP/F2≥7，如圖5所示。

（5）電機(jī)選型。設(shè)備選用三合一變頻調(diào)速電機(jī)，減速機(jī)輸出軸轉(zhuǎn)矩應(yīng)大于升降機(jī)運(yùn)行的最大負(fù)載扭矩，變頻減速電機(jī)速比按照預(yù)設(shè)的升降機(jī)運(yùn)行速度、加速度、卷上輪直徑計算，平衡選擇電機(jī)輸出軸轉(zhuǎn)矩、速度比、電機(jī)功率，確定電機(jī)制動轉(zhuǎn)矩。最大負(fù)載端扭矩為最不利工況下升降平臺的最大靜張力差、升降平臺運(yùn)行阻力、升降平臺不平衡作用力、升降系統(tǒng)加速運(yùn)行的最大慣性力等作用于卷上輪的扭矩和。

（6）升降機(jī)設(shè)置。升降平臺總高度L1、升降平臺下段高度L2、最大升降行程H、升降平臺最頂層時至驅(qū)動輪中心L3、對重最頂時至驅(qū)動輪中心L4、對重高度L5、升降平臺最底層時于緩沖器板高度L6、升降平臺最頂層時至緩沖器板高度L7、對重至緩沖器底板高度L8、井道機(jī)坑深度L9、驅(qū)動部底座高L10，L9=L2+L6；L3=L1-L2+D/2+L10；提升介質(zhì)總長度 L=H+L3+πD/2+L4，如圖5所示。

圖5 升降機(jī)示意圖

2.5 橫移臺車

橫移臺車采用框架式結(jié)構(gòu)，設(shè)置智能搬運(yùn)器運(yùn)行軌道、收容車停放空間，設(shè)置雙軸雙輪驅(qū)動、四點雙輪行走系統(tǒng)，確保橫移臺車平穩(wěn)越過導(dǎo)軌間隙，智能搬運(yùn)器出入時不產(chǎn)生竄動。采用多芯電纜進(jìn)行動力、通訊、控制傳輸，電纜收繩、放繩速度與橫移臺車速度相匹配。采用光通訊時，發(fā)射端固定在升降平臺，接收端固定在橫移臺車。采用激光測距時，激光器固定在升降機(jī)平臺，接收端固定在橫移臺車，通過激光進(jìn)行距離測量。采用條形碼識別系統(tǒng)時，將讀碼器設(shè)置在橫移臺車，通過讀碼器讀取固定車位的條形碼，進(jìn)行車位識別。

2.6 智能搬運(yùn)器

智能搬運(yùn)器搭載車車輛進(jìn)行縱向運(yùn)行、車輛放置及存取。搬運(yùn)器是存取交換技術(shù)的載體，決定著停車位的平面結(jié)構(gòu)型式、空間尺寸、收容車規(guī)格及搬運(yùn)車輛能力。輸送帶交換式搬運(yùn)器（以下稱為LAT智能搬運(yùn)器）是一種可實現(xiàn)在光整純平面上進(jìn)行車輛存取的停車設(shè)備搬運(yùn)器，停車位表面光滑平整，如圖6所示。

圖6 停車位表面及停車動作圖

LAT智能搬運(yùn)器的存取交換能力由工作原理及結(jié)構(gòu)確定。采用伺服電機(jī)驅(qū)動，高扭矩兼快速反應(yīng)，確保行走系統(tǒng)、輸送帶系統(tǒng)、機(jī)械臂系統(tǒng)的動作協(xié)調(diào)一致。設(shè)置多排、單點雙輪全驅(qū)動行走系統(tǒng)，保持直線行駛能力。收容汽車最大質(zhì)量為2 500 kg、最大軸距為3 400 mm，汽車車輪完全自由停放在搬運(yùn)器輸送帶表面。承載裝置采用隼接并焊接的箱式結(jié)構(gòu)，強(qiáng)度高、抗變形能力強(qiáng)。

LAT智能搬運(yùn)器由橫移車上駛?cè)胪＼囄换虺鋈肟谕＼嚻脚_進(jìn)行取車或存車時，通過設(shè)置雙滑輪收線裝置實現(xiàn)動力、通訊、控制3條電纜的同步收放，與LAT智能搬運(yùn)器的運(yùn)行相匹配，進(jìn)行電纜的自如收纜、放纜。

2.7 電氣控制與綜合管理

控制系統(tǒng)是通過識別記憶方式實現(xiàn)車輛的入庫存放、出庫取車。需根據(jù)庫內(nèi)搬運(yùn)系統(tǒng)、智能搬運(yùn)器、出入口、停車位的布局與配置，搭建電氣控制系統(tǒng)總體框架，通過具體分模塊控制技術(shù)，按照各種條件規(guī)劃設(shè)計出不同位置、不同尋車條件等實現(xiàn)對車庫整體的控制。

通過定制開發(fā)的管理軟件，利用物聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)建設(shè)停車的統(tǒng)一管理平臺，如圖7所示。把立體車庫和駕車者緊密聯(lián)系在一起，提高立體車庫的運(yùn)行效率與資源利用率，為車庫管理提供實時查詢、統(tǒng)計、分析功能，為駕車者提供停車導(dǎo)航、車位預(yù)定、預(yù)報、在線交易等便捷服務(wù)。

圖7 車庫控制及管理系統(tǒng)示意

圖8 鋼結(jié)構(gòu)主體

圖9 混凝土結(jié)構(gòu)主體

2.8 停車位及主體結(jié)構(gòu)

停車位布置在巷道兩側(cè)，可單列或重列布置，層層疊放式設(shè)置，停車位表面結(jié)構(gòu)為光整平面，停車位凈空高度較低。

車庫主體結(jié)構(gòu)主要包括設(shè)備運(yùn)行區(qū)、車輛停放區(qū)、出入口交換區(qū)等，還需考慮設(shè)置消防配套、通風(fēng)及排水、設(shè)備維修通道及樓梯、電源引入等功能性設(shè)置。車庫主體通常采用鋼結(jié)構(gòu)、混凝土結(jié)構(gòu)或鋼混結(jié)構(gòu)，如圖8～10所示。停車位樓板結(jié)構(gòu)受力按4.0 kN/m2，考慮終飾面平整度及表面承載能力，升降機(jī)井道、機(jī)坑、巷道等處的受力大小及空間尺寸應(yīng)按照項目設(shè)備受力圖的要求實施。主體框架可采用PKPM建模進(jìn)行受力驗算。

圖10 鋼混結(jié)構(gòu)主體

3 應(yīng)用情況

平面移動式停車設(shè)備采用齒形帶式升降機(jī)，具有速度快、行程高等優(yōu)勢，與橫移技術(shù)、搬運(yùn)器技術(shù)實現(xiàn)了在架空層上設(shè)置多層停車庫的方案，LAT智能搬運(yùn)器使得停車位平整且免維護(hù)，項目已完工投入使用，實際應(yīng)用情況如圖11～12所示。

圖11 項目停車入口

圖12 停車設(shè)備內(nèi)部概況

4 結(jié)束語

本文通過對平面移動式立體停車技術(shù)的設(shè)計方法進(jìn)行梳理，為今后該類型項目提供了設(shè)計經(jīng)驗及參考。同時，針對升降機(jī)設(shè)計、搬運(yùn)器設(shè)計等重點領(lǐng)域的概況總結(jié)，得出如下結(jié)論。

（1）中置升降機(jī)采用齒形帶提升方式，提升速度快、行程高、噪聲低，提高了平面移動式停車設(shè)備的垂直運(yùn)輸效率、垂直運(yùn)輸高度，有利于平面移動式停車庫朝著高層、架空式車庫設(shè)置發(fā)展。

（2）采用了T字形升降平臺，單側(cè)四點齒形帶提升方式，卷上輪直徑較小，使得驅(qū)動部體積小、成本低，可實現(xiàn)2 m/s的提升速度，運(yùn)行平穩(wěn)。

（3）采用輸送帶交換式汽車搬運(yùn)器，實現(xiàn)將車輛停放在光整的純平面上，停車位平整簡潔，停車泊位終身免維護(hù)。

（4）緊湊的存取小車框架與傳動結(jié)構(gòu)設(shè)計理念，載重2 500 kg，能快速平穩(wěn)運(yùn)行；更薄的存取技術(shù)，停車空間距離要求更少，能夠有效節(jié)約成本。

（5）首層架空設(shè)計，在大樓4F層相對標(biāo)高為+14.000以上，實現(xiàn)了4個停車層、96個獨立停放車位、最大升降行程20.5 m的設(shè)計，順利滿足首層架空、低層商用、高層車輛停放的項目要求，靈活定制車位存放形式，易于實現(xiàn)快速存取，使得整體方案擴(kuò)展性強(qiáng)。