一種無避讓可旋轉(zhuǎn)立體停車庫的仿真模型設(shè)計

曹泰銘 周桂宇

摘要：本裝置主要對新型無避讓可旋轉(zhuǎn)立體停車庫的慧魚模型進行搭建、仿真，采用改進的平行四邊形機構(gòu)實現(xiàn)車位升降，在二層底盤上安裝旋轉(zhuǎn)裝置，直接旋轉(zhuǎn)車頭方向，取車方便。并通過對關(guān)鍵結(jié)構(gòu)進行動力分析得出結(jié)論，其設(shè)計具有合理性，實際投產(chǎn)后，占地面積小，適應(yīng)路況多，減少停車時間，降低駕駛者取車難度。

Abstract： This device mainly constructs and simulates the hui fish model of the new rotating three-dimensional parking garage， adopts the improved parallelogram mechanism to realize the parking space lifting， installs the rotating device on the second floor chassis， directly rotates the direction of the locomotive， and takes the car conveniently. Through the dynamic analysis of the key structure， it is concluded that the design is reasonable. After the actual production， it will cover a small area， adapt to more road conditions， reduce the parking time and reduce the difficulty for drivers to get the car.

關(guān)鍵詞：旋轉(zhuǎn)立體停車庫;慧魚模型;動力分析

Key words： rotary three-dimensional parking garage;fish model;dynamic analysis

中圖分類號：U491.2 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1006-4311（2020）17-0137-02

1 ?立體車庫的背景

停車問題是城市在發(fā)展過程中出現(xiàn)的靜態(tài)交通（車輛停放狀態(tài)）問題，靜態(tài)交通是相對于動態(tài)交通（車輛行駛狀態(tài)）而存在的一種交通形態(tài)，二者相互聯(lián)系，互相影響。

當前，我國許多大城市如北京、上海、深圳都開始大力發(fā)展機械式立體停車產(chǎn)業(yè)。首先，機械車庫具有突出的節(jié)地優(yōu)勢。以往的地下車庫由于要留出足夠的行車通道，平均一輛車就要占據(jù)40平方米的面積，而如果采用雙層機械車庫，可使地面的使用率提高80%-90%，如果采用地上多層（21層）立體式車庫的話，50平方米的土地面積上便可存放40輛車，這可以大大地節(jié)省有限的土地資源，并節(jié)省土建開發(fā)成本。

目前常見的立體車庫有升降橫移類機械式，其缺點是每組設(shè)備必須留有至少一個空車位，鏈條牽動運行過程不具有防止傾斜墜落功能;垂直循環(huán)類機械式，設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，沒有完善的閉鎖和監(jiān)測系統(tǒng)，采用足夠的安全措施和消防系統(tǒng)，相對比較故障率高;水平循環(huán)類機械式，可以省去進出車道，提建于狹長地形的地方，降低拉通風(fēng)裝置的費用，若多層重疊可為大型停車場。但因一般只有一個出入口，所以存取車時間較長。在停車設(shè)備的市場份額約占3-5%。

本次設(shè)計旨在解決現(xiàn)有停車普遍存在的問題，多數(shù)立體停車裝置存在取車時車輛相互干擾的問題，本裝置采用改進的平形四邊形結(jié)構(gòu)，相互取車不影響，并且第二層車具有可旋轉(zhuǎn)功能，能方便進行車頭調(diào)換，存取車方便快捷。

2 ?總體方案分析

本裝置通過電機，齒輪齒條傳動，達到將汽車旋轉(zhuǎn)，提升目的，整體設(shè)計方案如圖1所示。

設(shè)計方案里面的旋轉(zhuǎn)底盤采用了齒輪系來解決問題，用于控制速度的變化，將齒輪與旋轉(zhuǎn)盤用一根旋轉(zhuǎn)軸固定，齒輪完全與旋轉(zhuǎn)盤配合。當齒輪旋轉(zhuǎn)時，旋轉(zhuǎn)盤隨之也跟著旋轉(zhuǎn)。也同樣利用軸分隔開了旋轉(zhuǎn)盤和托盤的距離，為中間發(fā)動機以及其他零部件的配合創(chuàng)造了空間，在下托盤上增加電機驅(qū)動，電機上同軸固定旋轉(zhuǎn)的齒輪，齒輪的模數(shù)等參數(shù)相同，在電機同軸上的齒輪采用的是小齒輪，固定于底盤的齒輪采用的是比較大的齒輪，為了保證汽車在地面上的穩(wěn)定性，本次設(shè)計將旋轉(zhuǎn)的時間定為10-20秒，若單純的電機驅(qū)動，速度難以控制且過快，所以采用了小齒輪帶動大齒輪的設(shè)計，這樣有效的減緩了速度，再加上本次設(shè)計采用了TX控制器，也能更合理有效的控制電機的轉(zhuǎn)速從而控制本次設(shè)計的旋轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)的速度以及時間，并且旋轉(zhuǎn)盤兩側(cè)加有兩個幅度極低的斜坡，便于汽車的行駛，并且下托盤和旋轉(zhuǎn)盤保持著一定的間隙，但是間隙非常的小，保證空間和成本的節(jié)省，旋轉(zhuǎn)盤的設(shè)計第一是為了節(jié)省時間，第二是為了適應(yīng)各種地形，特別是單行道路況。

3 ?創(chuàng)新點分析

本次設(shè)計設(shè)計的無避讓轉(zhuǎn)向停車裝置運行過程中最大的兩個特點就是無避讓和可旋轉(zhuǎn)以及其的一些內(nèi)部構(gòu)造。

第一點無避讓，無避讓及時在盡可能節(jié)省時間的情況下，不挪動另一輛車的情況下，實現(xiàn)本次設(shè)計汽車進出和挪動。

第二點可旋轉(zhuǎn)功能。無避讓轉(zhuǎn)向停車裝置底盤與齒輪固定在一起，當發(fā)動機啟動帶動齒輪系，帶動齒輪系轉(zhuǎn)動，底盤隨之旋轉(zhuǎn)，本次設(shè)計利用小齒輪與大齒輪的嚙合，實現(xiàn)底盤旋轉(zhuǎn)的速度控制，并且增加控制器，可以根據(jù)實際的停車情況進行順時針轉(zhuǎn)動或者逆時針轉(zhuǎn)動。

假設(shè)本次設(shè)計停車位旁邊的路是單行道單行道一般寬度為3.5米左右，車長一般為5米左右，若車停在車庫中，車長遠大于單行道的寬度，司機至少需要三次的倒車轉(zhuǎn)向等各種操作來將車開出車庫，并且經(jīng)常會發(fā)生不必要擦掛。旋轉(zhuǎn)功能達到幫車主節(jié)省停車的時間，減少一些不必要損失的發(fā)生，以及減少司機停車取車難度的目的。

第三點平行四邊形結(jié)構(gòu)，平行四邊形對邊長度相等，具有較強的穩(wěn)定性，底盤固定的情況下平行四邊形兩邊同時運動，到達上平面平整且穩(wěn)定的目的，平行四邊形結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性確保了機構(gòu)能承載較大的力，保證了機構(gòu)的穩(wěn)定性與安全性。

4 ?立體車庫運動分析及動力分析

4.1 運動分析

正運動學(xué)和逆運動學(xué)共同組成了運動學(xué)研究中的正反兩個方面，聯(lián)系緊密、相輔相成。只有同時具備了這兩個方面的運動學(xué)方程表達式，才能完整的反映出來該裝置的運動情況。正運動學(xué)就是在知道了各桿件運動狀態(tài)的前提下，通過數(shù)學(xué)模型推算出來該裝置的運動姿態(tài)。反之，逆運動就是在知道了該裝置姿態(tài)的前提下，通過數(shù)學(xué)模型推算出來各桿件的運動狀態(tài)。

下方平臺的停車位可以供車輛自由停取存放，是一個獨立的空間。旋轉(zhuǎn)盤與托盤固定在在一起，支撐桿上固定齒條，太陽能微型馬達驅(qū)動減速箱，減速箱與齒條嚙合，控制電機往下運動，旋轉(zhuǎn)盤在支撐桿的帶動下緩慢往下降落，當下降到最底端時，觸碰式按鈕觸發(fā)，裝置自動停止運行，汽車可以正常駛?cè)胄D(zhuǎn)盤上停放，并占據(jù)下方平臺外的另一個車位。當處于狹小地形時，處于底端旋轉(zhuǎn)盤可以根據(jù)當時的路況選擇豎直或者橫向變換旋轉(zhuǎn)盤的方向，當汽車停車就緒后，旋轉(zhuǎn)盤復(fù)位，啟動開關(guān)，托盤承載著汽車緩慢上升，當達到限定高度時，觸發(fā)開關(guān)，裝置自動停止，完成停車任務(wù)。

4.2 動力學(xué)分析

動力學(xué)的分析不論是對該裝置的仿真研究，還是實時控制都是具有重要作用的。它反映出了此裝置的運動和力學(xué)特性之間存在的規(guī)律，對裝置的傳動方案具有重要的指導(dǎo)意義。動力學(xué)的研究中涉及多種物理量，用到的理論方法也更加深入，因此比運動學(xué)分析更加復(fù)雜。對停車裝置局部零件用PROE受力分析，包括支撐桿受力分析圖如圖2a）所示、齒根受力分析圖如圖2b）所示，齒頂受力分析圖如圖2c）所示。

5 ?總結(jié)

通過對雙層立體車庫進行模型搭建，控制器控制實現(xiàn)雙側(cè)無避讓可旋轉(zhuǎn)立體車庫，并對支撐桿、齒頂、齒根進行動力學(xué)分析，能達到城市用立體車庫的標準，實現(xiàn)停車空間的縱向合理分布，提高單位土地面積的“車容率”。一個平面車位平均占地面積為27.5平方米至35平方米，而立體車位只需0.9平方米到7.5平方米，優(yōu)勢明顯。

參考文獻：

[1]彭婷，袁艷平，袁中原，曹曉玲.圓筒形地下立體停車庫通風(fēng)排煙形式的數(shù)值模擬研究[J].制冷與空調(diào)（四川），2020，34（01）：111-121.

[2]李旭紅，潘欣宇，張泉東，王佳佳.基于環(huán)井式智能立體停車庫的車位資源分配技術(shù)研究[J].價值工程，2019，38（19）：273-277.

[3]劉婷，郭可佳，劉陽.談機械式立體停車庫在P+R停車場建設(shè)中的運用——以北京通州北苑P+R立體停車庫設(shè)計為例[J].價值工程，2017，36（22）：101-102.