鄭雅如,王洪卓,唐鴻洋,王東輝,劉述崇
(遼寧忠旺集團(tuán)有限公司,遼寧 遼陽 111003)
目前,鋁合金材質(zhì)的優(yōu)勢(shì)逐漸吸引更多的研究學(xué)者和相關(guān)企業(yè)關(guān)注,在立體車庫的設(shè)計(jì)中,研究學(xué)者分別提出了自己的設(shè)計(jì)理念和觀點(diǎn)。例如,王海周[1]采用參數(shù)化設(shè)計(jì)方式設(shè)計(jì)了升降橫移式立體車庫,實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)代車庫結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)化、高效化等目標(biāo),為本產(chǎn)品設(shè)計(jì)提供了新的思路;呂二蒙[2]設(shè)計(jì)了單體式無避讓立體車庫,采用相關(guān)軟件進(jìn)行了可靠性分析,為立體車庫設(shè)計(jì)奠定良好的基礎(chǔ);江健等[3]設(shè)計(jì)了一款智能化車庫,減少了城區(qū)車輛的亂?,F(xiàn)象,占地面積小,美化環(huán)境;于陽等[4]對(duì)立體停車庫進(jìn)行簡單分析,主要研究的是輥?zhàn)邮浇Y(jié)構(gòu),采用較小的推理作用,使汽車推向指定車庫,實(shí)現(xiàn)了智能化;謝帥等[5]進(jìn)行了側(cè)方無避讓式多連桿雙層車庫設(shè)計(jì),增加了車庫空間的使用效率,節(jié)約成本?,F(xiàn)代研究基本采用鋼制結(jié)構(gòu),結(jié)構(gòu)、功能和美觀性比較單一,本文采用鋁合金材質(zhì),以現(xiàn)有的研究為設(shè)計(jì)基礎(chǔ),對(duì)立體車庫進(jìn)行智能化設(shè)計(jì),并對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了模擬分析與優(yōu)化,使最終產(chǎn)品滿足輕量化和智能化的發(fā)展需求。
本產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計(jì)使用三維設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行立體車庫的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),主要包括立柱框架組合、載車結(jié)構(gòu)、傳動(dòng)結(jié)構(gòu)3部分組成(圖1)。其加工工藝主要包括型材擠壓、零部件精加工、連接以及噴涂等,產(chǎn)品中的各構(gòu)件間的連接主要采用螺接、插接、鉚接以及少量焊接等方式,其中焊接方法采用131/141,焊縫質(zhì)量等級(jí)CPC2,焊接后未注公差尺寸的極限偏差執(zhí)行GB/T19804-2005-B,焊縫缺陷按ISO10042-C進(jìn)行檢驗(yàn)。
立柱框架組合主要采用120mm×150mm×5mm方管組成,方管之間均采用內(nèi)部角材進(jìn)行螺接固定,法蘭盤為500mm×500mm×10mm的鋁擠壓板材。
在一種鋁合金立體車庫載車結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,主要包括載車板1、載車板連接件2、框架支撐3、支撐連接系統(tǒng)4、邊緣擋板系統(tǒng)5等。
(1)載車板1(圖2)。采用新型鋁合金型材斷面,中間設(shè)有加強(qiáng)筋,可以加強(qiáng)承重能力。該型材兩端設(shè)有卡槽,一方面用于與載車板連接件2進(jìn)行插接固定,一方面可以插入邊緣擋板7,不僅能夠?qū)崿F(xiàn)載車板1的自由組合,形成多規(guī)格面板結(jié)構(gòu),同時(shí)也具有較高的強(qiáng)度,滿足相應(yīng)的力學(xué)要求。
(2)載車板連接件2(圖3)。主要用于載車板1之間的連接固定,采用插接的方式,實(shí)現(xiàn)了無縫對(duì)接,連接強(qiáng)度能夠得到保證,美觀漂亮。
(3)框架支撐3。使用的是鋁合金型材,作為框架連接的主要型材構(gòu)件,強(qiáng)度比較高,鋁方管相互之間采用U型材進(jìn)行螺栓固定,保證了使用和連接要求,連接后的框架支撐組合可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行自由選擇組合方式。
(4)支撐連接系統(tǒng)4。主要是起到支撐作用,中間3個(gè)固定塊與框架支撐3上端進(jìn)行螺栓連接固定,在固定塊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)中,中間小孔是用來連接中心管,外面大孔是用來與外部套管進(jìn)行焊接固定,雙層連接不僅能夠增強(qiáng)強(qiáng)度,同時(shí)左右兩端中心管伸出部分用于與立體車庫整體框架上對(duì)應(yīng)的孔進(jìn)行連接,均是外面大的套管與連接件進(jìn)行焊接,中心管插接到連接件中,通過最終實(shí)例介紹中的模型能夠看出連接效果。
(5)邊緣擋板系統(tǒng)5。采用3mm厚的板材,左右兩側(cè)插接至載車板1中,采用折彎板材固定在載車板前方,整體起到圍擋作用,用于防止車體從兩側(cè)或者前方滑出。
立體車庫中的載車結(jié)構(gòu)是主要的核心結(jié)構(gòu),安裝工藝為,將載車板1與載車板連接件2進(jìn)行插接固定,進(jìn)行框架支撐3的連接;立柱與橫梁之間利用內(nèi)部U型材進(jìn)行螺栓固定,連接后套在載車板上,下方采用多個(gè)角材進(jìn)行固定;接著邊緣擋板系統(tǒng)5連接至載車板上,左右兩側(cè)插接至載車板1上,內(nèi)部采用角材雙重固定,前方邊緣擋板底部采用載車板1上;最后連接支撐連接系統(tǒng)4,采用螺栓固定在框架支撐3上,兩端用于固定至立體車庫相應(yīng)的位置上,載車結(jié)構(gòu)整體安裝完成,如圖4所示。
傳動(dòng)系統(tǒng)是控制立體車庫中載車部分循環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)的重要結(jié)構(gòu),可以使載車部分實(shí)現(xiàn)環(huán)形旋轉(zhuǎn),這樣保證了使用者可以自由選擇空位置停車和自由控制將自己的車開走的需求,節(jié)省空間,結(jié)構(gòu)簡單,減小加工和生產(chǎn)的難度。
因本開發(fā)設(shè)計(jì)的鋁合金智能化立體車庫輸出大量二維圖紙,具體圖紙內(nèi)容涉及公司機(jī)密,所以此處只展示鋁合金智能化立體車庫總裝配外形尺寸圖紙(圖5)。
鋁合金智能化立體車庫采用鋁合金6061-T6,鋁合金軋制板材為Al 5052 H24。通過模擬分析軟件對(duì)該產(chǎn)品進(jìn)行強(qiáng)度以及位移分析,由于載車結(jié)構(gòu)是產(chǎn)品的核心構(gòu)成,主要針對(duì)該結(jié)構(gòu)進(jìn)行力學(xué)分析。該結(jié)構(gòu)受力為自重和靜載,靜載設(shè)為22500N,應(yīng)力和位移結(jié)果如圖6和圖7所示;最大應(yīng)力數(shù)值規(guī)范要求215MPa,模擬結(jié)果186.3MPa,最大位移數(shù)值規(guī)范要求10mm,模擬結(jié)果7.09mm。
根據(jù)模擬分析的結(jié)果可知,當(dāng)載車結(jié)構(gòu)承受15000N的力時(shí),最大應(yīng)力可達(dá)186.3MPa,最大位移為7.09mm,符合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求,證明該產(chǎn)品切實(shí)可行。
針對(duì)上述載車結(jié)構(gòu)模擬結(jié)果可知,應(yīng)力小于我公司實(shí)驗(yàn)得出的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值215MPa,位移小于通過《GB 50429-2007 鋁合金結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》中計(jì)算得出的標(biāo)準(zhǔn)值10mm,但是模擬結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)值仍然比較相近。為了更好的優(yōu)化該產(chǎn)品,并且考慮到中間立柱的設(shè)計(jì)對(duì)打開車門可能造成干擾,所以,設(shè)計(jì)了第二種方案,具體結(jié)構(gòu)這里不進(jìn)行詳細(xì)分析,為后期的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案提供新的思路。此處只針對(duì)后期的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行模擬分析,證明該方案能夠提高產(chǎn)品的強(qiáng)度,可作為第二代產(chǎn)品進(jìn)行生產(chǎn)與推廣。改進(jìn)后的模型同樣施加22500N的力,應(yīng)力云圖和位移云圖如圖8和圖9所示。
由圖可知,應(yīng)力為101.8MPa,位移為6.82mm,相對(duì)于第一代設(shè)計(jì)方案,優(yōu)勢(shì)比較明顯,所以,在今后的設(shè)計(jì)中可以廣泛應(yīng)用該方案。
在鋁合金智能化立體車庫的設(shè)計(jì)開發(fā)中,經(jīng)過市場調(diào)研、斷面設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、模擬分析等過程,指定了生產(chǎn)工藝路線,并且準(zhǔn)備進(jìn)行該產(chǎn)品的生產(chǎn)試制工作,該產(chǎn)品能夠滿足相應(yīng)的使用要求,符合輕量化和智能化發(fā)展趨勢(shì)。表面處理方式可采用氧化和噴涂等方式,美觀多樣,體現(xiàn)出鋁合金材質(zhì)的優(yōu)勢(shì),同時(shí)也能推進(jìn)智慧城市的建設(shè)與發(fā)展。在本次設(shè)計(jì)中,提高了自身的設(shè)計(jì)能力,豐富生產(chǎn)加工經(jīng)驗(yàn),形成技術(shù)儲(chǔ)備,也能夠?yàn)槠渌髽I(yè)的產(chǎn)品開發(fā)提供新的思路。