一種矩形框體垂直升降車庫的設(shè)計*

趙彥淇，周傳喜，何利名，王雨彤，張仕帆，余秀杰

(長江大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，湖北 荊州 434023)

0 引 言

近年來，機(jī)械式垂直立體車庫成為停車裝置的一個重要發(fā)展方向[1]。隨著私家車擁有量的迅速增加，車位緊缺問題日漸嚴(yán)峻。國內(nèi)的車庫多為升降橫移類或縱向類機(jī)械式立體停車庫[2]，存在存取速度慢、停車繁瑣、不適應(yīng)各類場地、需要單獨(dú)停車卡等弊端。不同于傳統(tǒng)的機(jī)械式停車庫，采用矩形框體形式，通過PLC控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動裝置，實(shí)現(xiàn)車位的運(yùn)轉(zhuǎn)，具有造價低、成本低、節(jié)省空間等特點(diǎn)。以車庫一層為單元，衍生出四位、九位、十五位等不同車位數(shù)的多元設(shè)計方案，可根據(jù)不同占地面積、場合存取車輛是否頻繁來建造使用不同車位數(shù)的車庫，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化管理。

筆者所設(shè)計的停車庫采用工業(yè)級萬向輪和井型軌道槽組成的位移系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了載車板橫縱方向運(yùn)動；采用對稱分布升降系統(tǒng)，保證了車庫的安全性和穩(wěn)定性的同時降低了耗能比；采用單元設(shè)計原理進(jìn)行可積木化建造，根據(jù)存車量的不同，組成四位、六位、九位以及十五位式的車庫。采用靜音型的傳動滾輪和滾磨條系統(tǒng)保證車輛的安全運(yùn)行。簡言之，垂直升降矩形框體機(jī)械停車庫具有節(jié)省空間、結(jié)構(gòu)簡單、配置靈活等特點(diǎn)，其創(chuàng)新點(diǎn)在于相較于先前研發(fā)的一些車庫，具有便于維修、存取快捷、投資需求少等優(yōu)勢。

1 垂直升降矩形框體機(jī)械停車庫總體結(jié)構(gòu)

本垂直升降矩形框體機(jī)械停車庫的機(jī)械結(jié)構(gòu)主要由驅(qū)動系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、鋼架系統(tǒng)、載車系統(tǒng)和電控系統(tǒng)五部分組成[3]?？傮w結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 機(jī)械車庫總體結(jié)構(gòu)

1.1 驅(qū)動系統(tǒng)

電機(jī)采用三相異步電機(jī)，電機(jī)安裝在頂部，鏈條鏈接升降臺與鋼架結(jié)構(gòu)，升降系統(tǒng)工作時，驅(qū)動電機(jī)帶動驅(qū)動鏈在配重塊的平衡作用下，使升降臺平穩(wěn)上升；升降臺自帶的導(dǎo)輪在限位滑道中滾動，保證升降臺平穩(wěn)地水平上升。配重塊設(shè)計位置在升降臺對稱位置處，增加了車庫的平穩(wěn)性。

1.2 傳動系統(tǒng)

設(shè)計思路來源于自動化裝配線上使用的摩擦傳動系統(tǒng)。其中，由傳統(tǒng)摩擦輪改進(jìn)的傳動滾輪和載車板底部的傳動滾磨條組成的摩擦傳動系統(tǒng)具有控制性能好、驅(qū)動能力強(qiáng)等顯著特點(diǎn)。

底部摩擦傳動系統(tǒng)由井形軌道槽3、傳動滾輪5和傳動滾磨條6組成，載車板4上安裝有多個工業(yè)級萬向輪7，傳動滾輪5在驅(qū)動時可夾緊載車板(紅色線條為升降位)以保證車輛的平穩(wěn)運(yùn)行。如圖2、3所示。

圖2 底部摩擦傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)3.井形軌道槽 4.安全載車板 5.傳動滾輪 6.傳動滾磨條 7.工業(yè)級萬向輪傳 8.防滑槽 21.限位器

傳動滾輪5(位置如圖)的布置安裝如圖4所示，由于布置間距小于載車板底部傳動滾磨條6長度，故能進(jìn)行平穩(wěn)連續(xù)傳動。載車板底部的工業(yè)級萬向輪7在井型軌道槽3中移動，故移動時定位準(zhǔn)確。

圖3 傳動滾輪 圖4 傳動滾輪與井型軌道位置

升降系統(tǒng)采用傳統(tǒng)的鏈輪升降系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有平穩(wěn)、噪音低、位置可控的特點(diǎn)；驅(qū)動電機(jī)安裝在頂部，驅(qū)動鏈條鏈接升降臺與鋼架結(jié)構(gòu)，位置如圖5所示(粗線位置為驅(qū)動鏈)。

1.3 鋼架系統(tǒng)

鋼架系統(tǒng)由鋼焊接而成，并通過力學(xué)計算得到最穩(wěn)定的鋼體結(jié)構(gòu)，鋼體與鋼體之間采用可拆卸的連接方式，從而使得運(yùn)輸、安裝極為簡便，花費(fèi)時間短。

1.4 載車系統(tǒng)

載車系統(tǒng)的載車板上設(shè)計有限位裝置并在載車板上采用凹槽設(shè)計，防止車輛滑移從而保證了車輛的安全。如圖6所示。

圖5 鏈輪升降系統(tǒng) 圖6 載車板裝置

1.5 電控系統(tǒng)

整個車庫由1臺PLC進(jìn)行統(tǒng)一的管理和監(jiān)控。車庫存取控制系統(tǒng)包括弱電系統(tǒng)和強(qiáng)電系統(tǒng)，其中弱電系統(tǒng)由各種信號的采集和報警與控制的輸出組成；強(qiáng)電系統(tǒng)由載車板電機(jī)的控制線路、控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)接觸和載車板的上下行程限位組成。車庫采用車位檢測裝置代替人工找位，用循環(huán)裝置輸送汽車到位。系統(tǒng)在面板右端設(shè)有急停按鈕，當(dāng)發(fā)生意外時，按下急停按鈕，保證車輛安全。

2 結(jié)構(gòu)計算

2.1 驅(qū)動電機(jī)的選擇

我國常用車的外型尺寸及質(zhì)量如表1所列，分為6種類型。

表1 我國常用車外型參數(shù)及質(zhì)量

經(jīng)調(diào)查，市面上小轎車的質(zhì)量主要為1200～2500 kg[4]，為滿足市面上各類車輛的需求，選取電機(jī)時設(shè)定小車質(zhì)量為M0=2 350 kg，設(shè)計萬向輪的直徑為d1=100 mm,運(yùn)載汽車橫縱移動速度為V0=15 m/min，重力加速度g=9.8 m/s2,滾動摩擦系數(shù)為μ=0.05，電動機(jī)傳動效率為η=0.95，載車板、摩擦輪和萬向輪等的總質(zhì)量為M1=650 kg。則橫縱移動的總負(fù)重為M=3 000 kg，根據(jù)以上數(shù)據(jù)進(jìn)行計算驅(qū)動電機(jī)[5]。

F=Mgμ=1470 N

在城市經(jīng)濟(jì)學(xué)課程中應(yīng)用翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)模式，改變了傳統(tǒng)的教學(xué)模式，課程資源通過交互式多媒體方式被推送到電腦、手機(jī)、智能終端等各種設(shè)備上，學(xué)生借助于網(wǎng)絡(luò)平臺就可以比較方便地去訪問在線的教育資源，學(xué)生自主學(xué)習(xí)課程內(nèi)容，滿足個性化學(xué)習(xí)需要。翻轉(zhuǎn)課堂自主學(xué)習(xí)的模式，使知識講授不再受到課時的影響，通過視頻能更系統(tǒng)的講授相關(guān)的經(jīng)濟(jì)學(xué)知識。同時，翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)模式使學(xué)生、將課外主動學(xué)習(xí)中的疑惑或不解帶到課堂上，通過提問、討論等方式完成對新知識的建構(gòu)和掌握，提高了學(xué)習(xí)效果。最后，在翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)中，通過設(shè)計課堂討論題目，在課堂討論中促使學(xué)生在理解和掌握知識的基礎(chǔ)上，綜合分析實(shí)際的問題，強(qiáng)化知識的吸收與運(yùn)用。

式中：F為運(yùn)載小車移動時所需要的牽引力，N；P為驅(qū)動電機(jī)所需要的的功率，kW。

當(dāng)汽車橫縱移動速度為V0=15 m/s時，有：

式中：n為電機(jī)經(jīng)過減速后的輸出轉(zhuǎn)速，r/min。

根據(jù)驅(qū)動電機(jī)運(yùn)行時所需的功率以及經(jīng)過減速后的輸出轉(zhuǎn)速，選擇電機(jī)為Y250M-8型和減速器MX70微型行星齒輪減速器。其主要參數(shù)如表2所列。

表2 電機(jī)Y250M-8型主要參數(shù)

2.2 鏈輪傳動設(shè)計

電動機(jī)的額定功率P=30 kW，主動鏈輪轉(zhuǎn)速n1=730 r/min,傳動比i=3,載荷平穩(wěn)，中心線水平布置。

(1) 選擇鏈輪齒數(shù)

取小鏈輪齒數(shù)z1=21,大鏈輪齒數(shù)z2=iz1=3×21=63。

(2) 確定計算功率

查得工作情況系數(shù)KA=1.0 ，主動鏈輪齒數(shù)系數(shù)KZ=0.9，單排鏈，則計算功率為Pca=KAKZP=1.0×0.9×30 kW=27 kW。

(3) 選擇鏈條型號和節(jié)距

查閱《機(jī)械設(shè)計》[6]，選擇鏈條型號16A，鏈條節(jié)距p=25.4 mm。

(4) 計算鏈節(jié)數(shù)和中心距

初選中心距a0=(30～50)p=762～1270 mm。取a0=1000 mm。

則最大中心距amax=f1p[2Lp-(z1+z2)]=999 mm

(5) 主要設(shè)計結(jié)論

鏈條型號16A；鏈輪齒數(shù)z1=21,z2=63 ；鏈節(jié)數(shù)Lp0=122；中心距a=999 mm。

3 車庫使用方法

四位式存車過程：用戶開車到控制面板處，選擇存車，將會出現(xiàn)九個車位號，每一個車位都有顯示車位狀態(tài)(有車或空位)，選擇一個空車位號，該空車位載車板會沿著最短路徑移下來，用戶把車開上該載車板。注意：用戶停車之后需檢查控制面板上的車位狀態(tài)，若該車位顯示為空位，則表明車未停好，需要略微調(diào)整車輛位置，當(dāng)該車位顯示為有車時，方可離開。

取車過程：用戶走到控制面板處，選擇取車，同樣出現(xiàn)九個車位號，選擇用戶要取的車的車位號，驗(yàn)證身份，該車位會沿著最短路徑移下來，用戶將車開走即可。車庫使用流程如圖7所示。

圖7 車庫使用流程圖

4 結(jié) 語

針對汽車數(shù)量不斷增加與土地資源日益短缺的兩方面問題，設(shè)計了一種矩形框體垂直升降式機(jī)械停車庫。此裝置的傳動部分與結(jié)構(gòu)部分是本裝置主要創(chuàng)新點(diǎn)，傳動部分采用摩擦輪傳動，提高了傳動的平穩(wěn)性，結(jié)構(gòu)部分采用對稱式分布增強(qiáng)了安全性和穩(wěn)定性，同時車庫以四位式為單元，可進(jìn)行積木化建造能根據(jù)不同的存取車時長和存車量組成不同的車庫，大大提高了空間利用率。該裝置結(jié)構(gòu)簡單、傳動平穩(wěn)、空間利用率高能夠極大的改善城市停車難的問題。