地上智能立體車庫設(shè)計

李 虎

(山西興新安全生產(chǎn)技術(shù)服務(wù)有限公司，山西 太原 030006)

0 引言

由于車輛越來越多，停車難給人們的日常出行帶來極大的不便。面對有限的土地資源，修建停車位這一土地利用率低下的原始方法漸漸被人們所舍棄，土地高利用率的立體車庫漸漸被人們所接受。自動立體車庫與傳統(tǒng)車庫相比，節(jié)省了大量空間，在寸土寸金的商業(yè)區(qū)、空間擁擠的住宅區(qū)都能夠很好地發(fā)揮作用。國外立體車庫技術(shù)集大成者主要是歐洲、美國和日本。美國早在20世紀20年代就有了立體車庫，然而當時還沒有停車難這一問題，直到20世紀80年代，隨著汽車數(shù)量的增加和計算機技術(shù)的高速發(fā)展，才使立體車庫有了用武之地，日本和歐洲相繼開發(fā)出升降橫移式、垂直升降式、巷道堆垛式等立體車庫。相比于國外，我國在1988年才有了第一個立體車庫(二層升降橫移式)，雖然發(fā)展較晚，但先后經(jīng)過自主摸索階段、引進國外技術(shù)階段的發(fā)展，目前已進入消化創(chuàng)新階段。經(jīng)過20多年的發(fā)展，國內(nèi)立體車庫利用PLC控制技術(shù)、傳感器技術(shù)以及先進的電機技術(shù)等，產(chǎn)品水平和規(guī)模有了較大提升。然而國內(nèi)大多立體車庫都只能滿足增加停車位的基本需求，便利程度還有待提高，而隨著經(jīng)濟的持續(xù)發(fā)展，立體車庫的需求還會不斷增加。為此，本文在對國內(nèi)外自動立體車庫現(xiàn)狀進行充分調(diào)研的基礎(chǔ)上，設(shè)計了地上智能立體車庫，即一個三層三列四排的巷道堆垛式立體車庫。

1 地上智能立體車庫總體結(jié)構(gòu)及工作原理

本文設(shè)計的地上智能立體車庫為一個方形三層(每層三車位)三列的巷道堆垛式立體車庫，其機械部分的運行模式為通過PLC控制實現(xiàn)手動和自動存取車操作，其總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。為保證不會發(fā)生碰撞，在車庫壁上設(shè)置指示燈和各種傳感器，各操作部分設(shè)置互鎖，升降、橫移、旋轉(zhuǎn)、進出庫等只能有一項在運行。

圖1 巷道堆垛式立體車庫總體結(jié)構(gòu)

當用戶將車開入車庫時，車輛被放在旋轉(zhuǎn)臺上，用戶下車離開后關(guān)閉車庫門，旋轉(zhuǎn)臺上的載車部分升起，堆垛機水平移動至旋轉(zhuǎn)臺載車板下方，旋轉(zhuǎn)臺載車部分下降，堆垛機接過車輛，載車板收回后堆垛機水平前進至要存車的車位下方，然后垂直上升至載車位的約束位置，載車位的載車板伸出至與堆垛機上下對齊，此時堆垛機垂直下降，剛好把車放到載車位的載車板上，載車位上的載車板收回，存車完畢。

取車過程與存車過程類似，但流程剛好相反。首先載車位上的載車板帶車伸出，堆垛機水平運行至載車位載車板正下方，然后堆垛機垂直上升，從載車位載車板上取走車，載車位上的載車板收回，堆垛機垂直下降，再水平返回；接下來堆垛機再次小幅垂直上升，旋轉(zhuǎn)臺載車板伸出，堆垛機水平移動至與旋轉(zhuǎn)臺對齊，旋轉(zhuǎn)臺載車板上升取走車輛，堆垛機復(fù)位，旋轉(zhuǎn)臺復(fù)位并180°旋轉(zhuǎn)，使車頭正好朝著車庫門的方向，用戶可不用倒車便直接取車離開。

2 立體車庫各組成部分設(shè)計

2.1 立體車庫框架設(shè)計

本巷道堆垛式立體車庫總共有四排車庫，中間兩排緊密相連，每排三層，每層三個車位，總共36個車位；有兩臺堆垛機，分別為兩排車庫服務(wù)。本車庫選擇強度足夠且有一定裕量的10號工字鋼，一共包括32根橫梁，64根縱梁和24根支柱，每一排的車庫框架如圖2所示，其中立柱主要受到壓應(yīng)力，橫梁主要受到彎曲應(yīng)力，它們通過高強度螺栓連接構(gòu)成框架，用來承載載車板、車輛及各種檢測開關(guān)與電機的重量。

圖2 每一排的車庫框架

2.2 立體車庫載車板的設(shè)計

載車板不僅用來承載車輛，而且在存放過程中要橫移，從而配合堆垛機存取車，因此載車板的選擇十分重要。本車庫載車板選用雙面鍍鋅鋼材，設(shè)計成梳式結(jié)構(gòu)，使停車位載車板和堆垛機載車板能夠完美上下交叉，滿足其承重要求和存取操作要求，如圖3所示。該載車板重量輕、剛性強、表面無刮痕、耐腐蝕性強、輕巧美觀。

圖3 兩個載車板的完美上下交叉

2.3 堆垛機的選擇

巷道式堆垛機是由叉車、橋式堆垛機演變而來的，主要用途是在高層貨架的巷道內(nèi)來回穿梭運行，將位于巷道口的車輛存入車位，或者取出車位內(nèi)的車輛運送到巷道口，其結(jié)構(gòu)如圖4所示。堆垛機有水平和垂直兩種運行方式，是存取車操作中要使用到的重要設(shè)備。巷道式堆垛機具有如下特點：

圖4 堆垛機

(1)電氣控制方式有手動、半自動、單機自動及計算機控制，可任意選擇一種電氣控制方式。

(2)大多數(shù)堆垛機采用變頻調(diào)速，光電認址，具有調(diào)速性能好、停車準確度高的特點。

(3)采用安全滑觸式輸電裝置，保證供電可靠。

(4)運用過載松繩、斷繩保護裝置確保工作安全。

(5)配備移動式工作室，室內(nèi)操作手柄和按鈕布置合理，座椅舒適。

(6)堆垛機機架重量輕，抗彎、抗扭剛度高。起升導(dǎo)軌精度高、耐磨性好，可精確調(diào)位。

(7)可伸縮式貨叉減小了對巷道的寬度要求，提高了倉庫面積的利用率。

車庫存取車時要使堆垛機載車板與停車位載車板交叉而過，因此對堆垛機的位置及載車板的位置精度要求很高。有軌式堆垛機整體結(jié)構(gòu)高而窄，巷道寬度與載車位寬度一致，水平運行線路固定，減小了設(shè)計的難度與出錯的概率，本設(shè)計選擇有軌式堆垛機。

2.4 立體車庫傳動部分設(shè)計

傳動部分由載車板傳動部分和巷道堆垛式起重機傳動部分組成。

2.4.1 載車板傳動部分

載車板傳動部分由橫移異步電機、鋼絲線圈、滑輪、齒輪和鏈條組成,如圖5所示。其工作原理是：當電機正轉(zhuǎn)時，電機帶動與之固定的齒輪轉(zhuǎn)動，從而通過鏈條帶動與一號鋼絲線圈固定在一起的齒輪轉(zhuǎn)動，然后一號鋼絲圈收緊，帶動鋼絲繩拉緊，鋼絲繩繞過載車位另一端的滑輪與載車板的固定部件相連，從而帶動載車板水平向外移動；二號鋼絲線圈直接與固定部件相連，當電機反轉(zhuǎn)時，則使二號線圈收緊，從而使載車板水平向內(nèi)運動。

圖5 載車板傳動裝置

2.4.2 巷道堆垛式起重機傳動部分

巷道堆垛式起重機傳動部分的電力拖動系統(tǒng)要同時滿足快速、平穩(wěn)、準確三個方面的要求，即要求堆垛機的工作速度高，啟動制動快；運行要平穩(wěn)，防止車輛震動移位和掉落；傳輸位置準確，與載車位剛好對齊，實現(xiàn)車輛入位和出位，停車精度一般在5 mm左右。

巷道堆垛式起重機傳動部分由水平傳動裝置和垂直傳動裝置組成，其中水平傳動又分為前后水平移動和左右水平移動。水平傳動裝置由電動機、固定器、傳動鏈條和齒輪、減速器和行走車輪組成，按運行機構(gòu)所在位置不同分為地面運行式、上部運行式、中間運行式，本機構(gòu)采用地面運行式。

堆垛機的頂部有兩組水平輪嵌入軌道內(nèi)，同時靠固定在上橫梁的角鋼導(dǎo)向，上橫梁由螺栓和立柱連在一起，下橫梁由槽鋼和鋼板拼焊，驅(qū)動機構(gòu)、車輪等都裝在其上面；下橫梁的前后有橡膠作為緩沖物，防止堆垛機在巷道兩端失控而產(chǎn)生很大的碰撞力。

垂直傳動部分由電動機、制動器、減速器、滾筒和柔性部件組成，常用的柔性部件有鋼絲繩和起重鏈兩種，本設(shè)計采用鋼絲繩。減速器采用一般的齒輪減速裝置，其上面還設(shè)有行程開關(guān)，控制電機減速與停止。一般堆垛機上的貨叉機構(gòu)可以水平移動(即上文所述的左右水平移動)，本設(shè)計在存取車過程中雖然將水平移動任務(wù)交給了載車板，但是旋轉(zhuǎn)臺接收車還需堆垛機載車板的伸出，因此堆垛機貨叉應(yīng)考慮傳動裝置，采用鏈條傳動完成這一項任務(wù)。堆垛機上部固定裝置和堆垛機水平移動裝置分別如圖6和圖7所示。

圖6 堆垛機上部固定裝置

圖7 堆垛機水平移動裝置

2.5 控制系統(tǒng)設(shè)計

控制系統(tǒng)包括傳感器、控制器、執(zhí)行器三大部分。其中傳感器產(chǎn)生輸入信號送給控制器，執(zhí)行器接收控制信號并輸出。立體車庫的輸入信號有：停車位載車板與堆垛機是否有車、堆垛機與車位是否垂直對齊、堆垛機與車位是否水平對齊、停車位載車板前限位及后限位、兩載車板是否剛好對齊、堆垛機何時開始減速。輸出信號有：堆垛機水平電機正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)及減速，堆垛機垂直電機正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)及減速，載車位電機正轉(zhuǎn)及反轉(zhuǎn)?？刂破骷欣^電器、報警燈等。

3 結(jié)語

巷道堆垛式立體停車庫結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、穩(wěn)定可靠，縮短了存取車的時間且具有存車位多等優(yōu)點，可有效地緩解停車壓力，改善了市容環(huán)境，提高了市民的生活質(zhì)量，方便了城市化管理。