顯著降低地下立體車庫層高的超薄夾持式停車搬運器研究

杜浩然，胡懷仁，巫晨笛

（中建地下空間有限公司，四川 成都 610052）

隨著社會的發(fā)展，城市汽車的數(shù)量呈指數(shù)增長，尤其是私家車的保有量急劇增加，造成了城市道路的擁擠和日益嚴重的環(huán)境污染問題，并且使停車位急劇短缺。傳統(tǒng)的停車方式因占用道路資源且數(shù)量有限，造成了現(xiàn)代社會中停車難的局面，間接地增加了交通壓力，為解決此問題，立體車庫應(yīng)運而生。有研究表明，立體車庫不僅具有很高的經(jīng)濟價值，停車所產(chǎn)生的汽車尾氣排放量與路邊停車相比減少了40%左右，在經(jīng)濟與環(huán)保方面具有極大優(yōu)勢。立體車庫發(fā)展至今雖然已經(jīng)趨于成熟，但在實際推廣應(yīng)用中仍存在許多問題，其中最突出的問題就是能夠承擔(dān)地上立體車庫施工成本，對停車位需求旺盛的城市商業(yè)中心地區(qū)地上空間不足，而地下立體車庫施工成本與開挖量和開挖深度直接掛鉤，所以在車庫容量和庫位凈高一定的情況下，搬運設(shè)備所占用高度的降低是解決地下立體車庫層高，進而降低單車位成本的一項有效手段。

1 立體車庫常見車輛搬運方法介紹及淺析

1.1 載車板式

載車板式搬運系統(tǒng)采用固定尺寸的載車板承托所需搬運車輛，系統(tǒng)僅需搬運形狀大小一致的載車板，車庫將車輛連托板一起搬運轉(zhuǎn)移，對控制程序要求低，但由于載車板本身需要一定的厚度來維持其結(jié)構(gòu)強度，且搬運機械裝置需設(shè)置于載車板下方，所需庫位高度較大，對降低庫位凈高非常不利。

1.2 梳齒交換式

梳齒式搬運系統(tǒng)采用梳齒臺作為停車平臺，以搬運器上的梳齒作為舉升機構(gòu)，通過與梳齒臺的間隙交錯，實現(xiàn)車輛的交換和搬運，結(jié)構(gòu)簡單，可靠性較高。但梳齒交換時對搬運器位置要求較高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不易安裝。由于搬運器需置于梳齒臺下方，機構(gòu)占用高度較大，需要在停車位處安裝專門的梳齒臺，對降低庫位凈高非常不利。

1.3 夾持搬運式

夾持搬運式系統(tǒng)利用搬運器夾持臂的向內(nèi)的擠壓動作，實現(xiàn)車輪的夾持與舉升，以實現(xiàn)車輛搬運動作，此種搬運方式對車輛軸距的適應(yīng)最佳，無須在車位上增加額外裝置，且相較靜態(tài)車輛放置的最小庫位尺寸，僅需增加車輛搬運后的離地間隙和夾持臂末端的微小空間，對降低庫位凈高十分有利，且無須增加庫位大小。但對庫位平整度及搬運器的厚度有較高要求。

根據(jù)對立體車庫常見車輛搬運方法分析可知，常見的搬運方法中夾持搬運式立體車庫搬運設(shè)備對降低庫位凈高具有明顯優(yōu)勢，但由于國外廠家設(shè)備價格過高，導(dǎo)致地下立體車庫造價中設(shè)備成本過高而國內(nèi)廠家搬運夾持設(shè)備厚度較大，通常需要在庫位施工時預(yù)留凹槽，降低對搬運夾持設(shè)備的高度要求，最終導(dǎo)致庫位凈高降低效果不明顯，為降低地下立體車庫的建造總成本，需要對超薄夾持式停車搬運器進行研究。

2 夾持式停車搬運器研究需求及設(shè)計

根據(jù)對歷年車型銷售情況和車型參數(shù)進行詳細分析調(diào)研，超過90%的家用乘用車車輛滿足以下條件。

表1 常見家用乘用車搬運相關(guān)參數(shù)統(tǒng)計

2.1 整體設(shè)計

為了使搬運器在擁有足夠的通用性的同時滿足降低立體車庫庫位凈高的目標，將升降、旋轉(zhuǎn)和橫移功能集成于升降機上，搬運器僅執(zhí)行搬運與前后移動的任務(wù)使得搬運器能夠做到厚度極限，根據(jù)工況可知不同車型的輪距差異較小但軸距差異巨大，故四輪夾持采用按軸分組進行夾持，前軸與后軸各采用一臺單軸夾持搬運器進行搬運，通過調(diào)整兩臺搬運器之間的距離適應(yīng)不同軸距的車型，兩臺單軸搬運器協(xié)同工作，通過無線信號進行通信，搬運時使用相同速度向相同方向行進，由于兩臺單軸搬運器之間沒有線纜與機構(gòu)的連接，理論上可適應(yīng)的軸距能夠滿足所有乘用車需要，單臺單軸夾持搬運器如圖1。

圖1 單臺單軸夾持搬運器（圖源：自行拍攝）

2.2 驅(qū)動單元設(shè)計

根據(jù)工況無法選擇占用空間較大的液壓或內(nèi)燃機作為動力，故選擇電動機作為動力輸入系統(tǒng)，考慮用電安全和人員安全，采用直流供電，同時由于此工況下電機需經(jīng)常起、制動和反轉(zhuǎn)并要求可進行伺服控制，啟動轉(zhuǎn)矩大，因此選用直流伺服電機搭配行星減速機以提供較大的扭矩和較好的響應(yīng)速度；為保證驅(qū)動單元在稍有起伏的地面仍能夠具有充足的動力，且接地輪在搬運汽車負載較大的情況下不至于超載被破壞，采用單臺單軸搬運器配制8個行走輪且所有行走輪均具有驅(qū)動能力。為保證搬運器在搬運過程中不會出現(xiàn)明顯偏斜，兩側(cè)的行走輪均通過機械傳動保持同步運轉(zhuǎn)。傳動系統(tǒng)的設(shè)計計算由以上分析可確定需要一套傳動機構(gòu)如圖2所示，1為電動機，2為電機減速機，3為帶齒同步帶輪，4為傳動同步帶，5為聯(lián)軸器，6為行走輪。通過計算得出：選用0.8kW減速電動機，輸出轉(zhuǎn)速為400r/min，輸出扭矩為35Nm。

圖2 驅(qū)動單元部件說明（圖源：自行繪制）

2.3 夾持機構(gòu)設(shè)計

根據(jù)工況，夾持部分在工作時應(yīng)能夠完全折疊收納在搬運器內(nèi)部，以減小搬運器折疊后的最大寬度能夠順利進入車輛底部，同時夾持臂張開后應(yīng)能夠達到足夠的寬度以保證實現(xiàn)夾持搬運功能，單軸搬運器夾持部分所受負荷較大，且為簡化機構(gòu)應(yīng)盡量使用同一動力輸入機構(gòu)執(zhí)行夾持臂展開與夾持動作，選用電動推桿作為夾持機構(gòu)動力，夾持動作開始前夾持臂從搬運器兩側(cè)旋轉(zhuǎn)展開后鎖定，然后平行向內(nèi)推動實現(xiàn)夾持動作，夾持臂在夾持車輛進行搬運的過程中需承載起車輛的重量，所受負荷較大，故在夾持臂前端配備滾輪，在搬運過程中作為支撐，顯著降低夾持臂及鉸鏈部分受力。

夾持機構(gòu)的展開部分采用四連桿機構(gòu)，利用連桿機構(gòu)的“死點”特性實現(xiàn)夾持的穩(wěn)定性。連桿AB為主動桿，連桿AB的A端與滑動塊鉸接，其B端與連桿BC鉸接；連桿BC的C端與夾持臂鉸接；夾持臂D端與滑動塊鉸接。夾持臂中部安裝有滾筒，使得夾持車輪胎為滾動摩擦，減小摩擦力；夾持臂另一端安裝有輔助支撐輪，增加搬運器的承載能力。連桿AB的A端與齒輪固定，齒輪與齒條嚙合，齒條固定在搬運器車架上，滑動塊與推力桿固定。當夾持臂達到夾持極限位置時，連桿AB與連桿BC在一條直線上，使得連桿AB保持在“死點”位置，防止不確定偏離，夾持臂原理圖如圖3所示。

圖3 夾持臂展開原理圖（圖源：自行繪制）

設(shè)計結(jié)果如圖4所示，由1.夾持臂、2.第一連桿、3.第二連桿、4.側(cè)滾輪、5.齒輪軸、6.齒條、7.大梁、8.電動推桿、9.推板、10.滾輪組、11.齒輪座組成，各部分協(xié)同工作可實現(xiàn)預(yù)定的夾持臂展開和夾持動作。

圖4 夾持機構(gòu)各部分說明圖

3 結(jié)語

設(shè)計開發(fā)超薄夾持式停車搬運器，實現(xiàn)無板無槽的汽車搬運過程，摒棄傳統(tǒng)板式及梳齒式停車方式，有效降低庫位凈高，地下立體車庫的修建層數(shù)越多經(jīng)濟性越明顯。根據(jù)對不同規(guī)格型號汽車試驗表明，該技術(shù)存取交接時間短，運行效率高，實現(xiàn)了停車設(shè)備高度自動化，為傳統(tǒng)地下機械式立體停車庫向平價化、普及化發(fā)展提供了有力的支撐，為地下立體車庫的推廣應(yīng)用鋪出了一條道路。