便捷多功能轎車側(cè)方停車機電裝置設(shè)計

原梓皓 林權(quán) 盧帥龍 林鑫 俞楓

摘要：基于當(dāng)前住宅小區(qū)停車難的狀況，研發(fā)設(shè)計了便捷式多功能轎車側(cè)方位停車裝置，該裝置主要由基礎(chǔ)支架、車輛承載板、地面導(dǎo)軌系統(tǒng)、底層兩輪車停車位平臺、升降傳動系統(tǒng)以及橫移傳動系統(tǒng)、電控系統(tǒng)等組成，利用對已有停車位的改造，通過水平移動和傾斜停放轎車，大幅縮小了側(cè)方停車位場地所需長度，節(jié)約了40%的停車空間，而且在原有場地不增加的情況下滿足了電動車、摩托車、自行車的停車需要。

關(guān)鍵詞：住宅區(qū);斜拉式;側(cè)方位停車;空間利用;自動化

0? ? 引言

隨著時代發(fā)展、社會進步，人民生活日漸豐富，汽車已成為新時代人們的必備工具。但是當(dāng)前住宅小區(qū)車輛停放擁擠和無序一直困惱著廣大民眾，尤其是年代久遠的居民小區(qū)建設(shè)時并未考慮到汽車的快速增長所帶來的停車位緊張問題，導(dǎo)致有車無車位的情況激增，因此住宅小區(qū)停車難的問題亟需解決[1-6]。

鑒于此，課題組研發(fā)了一種便捷式多功能轎車側(cè)方位停車機電裝置，該裝置主要由基礎(chǔ)支架、車輛承載板、地面導(dǎo)軌系統(tǒng)、一層停車位平臺、升降傳動系統(tǒng)以及橫移傳動系統(tǒng)、電控系統(tǒng)等組成，在不改變當(dāng)前住宅小區(qū)停車位的前提條件下，大幅縮小了側(cè)方停車位場地所需長度，而且在原有場地不增加的情況下滿足了電動車、摩托車、自行車的停車需要。

1? ? 支架設(shè)計

住宅小區(qū)停車裝置一般都安裝在室外，需要長時間承受風(fēng)吹日曬雨淋，因此停車裝置的材料選擇應(yīng)該耐腐蝕;同時，考慮到停車位的制造成本不能太高，而由于汽車重量較大，且比較貴重，因此材料的強度、剛度也要滿足使用。本裝置的整體支架材料主要選用H型鋼構(gòu)，材料為45#鋼。支架橫梁采用工字形截面，查表熱軋工字鋼（GB 706—88），選用型號為18 GB 706—88的工字鋼。支架立柱截面選擇矩形，同時為了加強立柱的強度及剛度，在立柱與底部支架之間焊接肋板結(jié)構(gòu)。依據(jù)轎車的尺寸，設(shè)計立柱長度為5 100 mm，橫梁寬度為3 500 mm，底部導(dǎo)軌的寬度為5 000 mm，長度為7 500 mm，底部橫柱的長度為5 200 mm。支架整體采用“L”型結(jié)構(gòu)布局，方便車輛進出車位，底部焊接的肋板與立柱形成三角形結(jié)構(gòu)，使整個機構(gòu)更加穩(wěn)重可靠。支架整體設(shè)計如圖1所示。

2? ? 車輛承載板設(shè)計

圖2為車輛承載板，主要作用是承載車輛，采用分體冷軋成型，該承載板為了應(yīng)對汽車在傾斜抬升30°之后不溜坡的要求，設(shè)計了防滑落裝置;同時該車輛承載板在設(shè)計的時候設(shè)計了停車定位器，使汽車能平穩(wěn)快速地定位?？俊榱吮ＷC車輛停取車時平穩(wěn)安全，該承重板設(shè)計防滑鋼板長為6 000 mm，寬為2 500 mm，厚1 mm。承重板下方的空心矩形方鋼設(shè)計尺寸為70 mm×50 mm×4 mm，理論重量6.710 kg/m，采用4條空心矩形方鋼作為支撐，經(jīng)過計算，承重板所能承受的載荷遠遠大于汽車的重量，故安全可靠。

3? ? 地面導(dǎo)軌設(shè)計

為了使整體停車裝置能快速地完成移動需要設(shè)計導(dǎo)軌，導(dǎo)軌需要具備抗腐蝕性、抗彎性，因此設(shè)計選用L型的等邊角鋼作為導(dǎo)軌。導(dǎo)軌上的載荷主要由立柱20 GB 707—88、橫梁18 GB 706—88、承重板、汽車自重構(gòu)成。

查閱中國人民共和國標(biāo)準(zhǔn)熱軋槽鋼GB 707—88標(biāo)準(zhǔn)，20 GB 707—88的理論重量為12.777 kg/m，而立柱槽鋼總長為25 m，所以立柱槽鋼總重量為：

M1=25×12.777=319.425 kg? ? ? ? （1）

查閱中國人民共和國標(biāo)準(zhǔn)熱軋槽鋼GB 706—88標(biāo)準(zhǔn)，18 GB 706—88的理論重量為24.143 kg/m，而橫梁的總長為5 m，所以工字鋼總重量為：

M2=5×24.143=120.715 kg? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （2）

查閱鋼材理論重量表及計算公式，冷軋鋼板的密度為W1=

7.85 g/cm3，又因為鋼板長為6 000 mm，寬度為2 500 mm，厚度為1 mm，故其面積為：

S=6 m×2.5 m=15 m2? ? ? ? ? ? ? ? ?（3）

M3=W1×1 mm×S=117.75 kg? ? ? ?（4）

查閱鋼材理論重量表及計算公式，空心矩形方鋼的理論重量W2=6.710 kg/m，本裝置所用空心矩形方鋼總共4條，每條6 m，所以空心矩形方鋼總重量為：

M4=4×6 mm×W2=161.04 kg? ? ? ?（5）

以奧迪A6L3.0為例，查閱轎車自重：

M5=1×1 545=1 545 kg? （6）

所以總的重量為：

M總=M1+M2+M3+M4+M5=2 263.93 kg? ? ? ? （7）

根據(jù)L型導(dǎo)軌受力圖以及L型導(dǎo)軌的尺寸，以及導(dǎo)軌上所要承載的總重量，本設(shè)計采用等邊角鋼∠200 mm×200 mm×5 mm，根據(jù)角鋼的承重力計算公式得該角鋼足以滿足3 000 kg的承重量，故安全可靠。

4? ? 傳動系統(tǒng)設(shè)計

裝置傳動系統(tǒng)包括一個升降傳動系統(tǒng)和一個橫移傳動系統(tǒng)。傳動系統(tǒng)是核心部分，并且傳動系統(tǒng)直接關(guān)系到整個停車裝置的安全，傳動原理是通過啟動停車按鈕，電磁離合器1斷開，而電磁離合器2吸合，電機會帶動傳動軸轉(zhuǎn)動，軸帶動鏈條轉(zhuǎn)動，鏈條帶動絲杠轉(zhuǎn)動，進而帶動絲杠螺母轉(zhuǎn)動，此時整個裝置平移到路面上;當(dāng)汽車安全停穩(wěn)后，電機反轉(zhuǎn)，帶動整個裝置往里平移，當(dāng)?shù)竭_預(yù)定位置之后，此時電磁離合器1吸合，而電磁離合器2斷開，電機會帶動軸轉(zhuǎn)動，軸帶動斜拉板往上抬升，到達一定的角度之后，電機停止轉(zhuǎn)動，防墜落裝置開啟，即使意外斷電車輛也不會下墜。

4.1? ? 升降傳動系統(tǒng)

在升降傳動系統(tǒng)中，通過鋼絲繩傳輸升降動作，該系統(tǒng)主要由齒輪傳動馬達、卷軸、電磁離合器、鋼絲、棘輪以及軸組成，如圖3所示。當(dāng)啟動升降傳動系統(tǒng)時，電磁離合器1會吸合，而電磁離合器2會斷開，電機會帶動傳動軸轉(zhuǎn)動，軸帶動滾筒，滾筒帶動鋼絲繩，而鋼絲繩帶動斜拉板（即承載板）往上抬升，當(dāng)上升到30°時，電機停止轉(zhuǎn)動，棘輪卡住，防止車體墜落;當(dāng)要取車時，電磁鐵吸住棘爪，軸帶動鋼絲繩，使汽車安全下降后，電機停止工作。

4.2? ? 橫移傳動系統(tǒng)

橫移傳動系統(tǒng)是實現(xiàn)整個停車裝置平移的關(guān)鍵部分，主要由電機、離合器、鏈條、絲杠、絲杠螺母組成，如圖4所示。該系統(tǒng)通過電機轉(zhuǎn)動，離合器1斷開，離合器2吸合，電機帶動軸以及鏈輪轉(zhuǎn)動，通過兩級鏈輪傳動，然后帶動絲杠轉(zhuǎn)動，絲杠帶動絲杠螺母轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)整個裝置的橫移傳動。

5? ? 底層兩輪車停車位設(shè)計

住宅小區(qū)原有的一個側(cè)方位停車位在采用此裝置后，不僅可以順利快速地將轎車停放在承載板上，而且能節(jié)約40%的停車空間，每個車位可以多停放0.75輛轎車。該裝置安裝便捷性高，停車方案能在短期內(nèi)實現(xiàn)，不僅如此，為滿足多種需求，該裝置還設(shè)計了底層電動車、自行車等兩輪車停車位。如圖5所示，底層兩輪車停車位設(shè)計在承載板的下面，它固定在地面上，高度比底層支架略高，這樣就能做到互不干涉，底層兩輪車停車位與停放轎車相互依存，但又能做到互不干涉，該裝置無論是停轎車還是取轎車都不影響停電動車、自行車。這樣的設(shè)計不僅解決了小區(qū)轎車停車難、停車亂的問題，還解決了小區(qū)摩托車、電動車、自行車的停車問題，極大地方便了用戶的使用，使停車不熟練的司機也能快速安全地停車。

6? ? 停車裝置整體結(jié)構(gòu)

綜上設(shè)計，整個停車裝置的機械部分主要由支架、地面導(dǎo)軌、承載板、傳動系統(tǒng)、底層停車裝置組成，整個停車裝置如圖6所示。

7? ? 控制程序設(shè)計

圖7為停車程序流程圖，圖8為取車程序流程圖。

整個程序設(shè)計首先是初始化，然后如果是停車，按下停車按鈕，電磁離合器1會斷開，而電磁離合器2會吸合，電機會帶動軸轉(zhuǎn)動，軸帶動鏈條轉(zhuǎn)動，鏈條會帶動絲杠轉(zhuǎn)動，進而帶動絲杠螺母轉(zhuǎn)動，帶動整個裝置平移到路面上，當(dāng)汽車安全停穩(wěn)后，電動機反轉(zhuǎn)，帶動整個裝置往里平移，當(dāng)?shù)竭_預(yù)定位置之后，這時電磁離合器1會吸合，而電磁離合器2會斷開，電機會帶動軸轉(zhuǎn)動，軸帶動斜拉板往上抬升，當(dāng)?shù)竭_一定的角度之后，觸發(fā)限位開關(guān)，電機停止轉(zhuǎn)動，防墜落裝置開啟，實現(xiàn)整個裝置的平移入位。

如果按下取車按鈕，電磁離合器1會斷開，而電磁離合器2會吸合，電機會帶動軸轉(zhuǎn)動，軸帶動鏈條轉(zhuǎn)動，鏈條會帶動絲杠轉(zhuǎn)動，進而帶動絲杠螺母轉(zhuǎn)動，帶動整個裝置平移到路面上，這時電磁鐵會斷開，電磁離合器1會吸合，而電磁離合器2會斷開，電機轉(zhuǎn)動，把車平穩(wěn)地放下來，電機停止，然后車開走，這時電磁離合器1會斷開，而電磁離合器2會吸合，電機會帶動軸轉(zhuǎn)動，軸帶動鏈條轉(zhuǎn)動，鏈條會帶動絲杠轉(zhuǎn)動，進而帶動絲杠螺母轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)整個裝置的平移入位。如果按下急停按鈕，整個控制系統(tǒng)會停止，防墜落裝置開啟。

8? ? 結(jié)語

本課題研發(fā)的便捷式多功能轎車側(cè)方停車機電裝置，主要由基礎(chǔ)支架、車輛承載板、地面導(dǎo)軌系統(tǒng)、一層停車位平臺、升降傳動系統(tǒng)以及橫移傳動系統(tǒng)、電控系統(tǒng)等組成。應(yīng)用該裝置不僅停車、取車方便快捷，而且占地面積小，空間利用率高，可以節(jié)省40%的車位場地，極大地改善了現(xiàn)有住宅小區(qū)停車難的問題，具有很大的社會意義。

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收稿日期：2019-12-18

作者簡介：原梓皓（1997—），男，山西晉城人，研究方向：機械設(shè)計制造。

通信作者：林權(quán)（1980—），男，福建福州人，碩士，副教授，研究方向：機械制造及自動化。