基于機(jī)電創(chuàng)新平臺(tái)的停車裝置設(shè)計(jì)*

陳玉瑜，鐘 璞，師麗俠

（江蘇省常州紡織服裝職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電學(xué)院，江蘇常州 213164）

0 引言

隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，人民生活水平不斷提高，車輛越來(lái)越普及，加之大部分城市小區(qū)規(guī)劃時(shí)車位配備比例未達(dá)到1∶1（尤其20 世紀(jì)八九十年代老小區(qū)），所以出現(xiàn)了車輛無(wú)處停放或亂停放現(xiàn)象，嚴(yán)重影響了居民的日常生活，加大了小區(qū)管理的難度。針對(duì)這一現(xiàn)象，部分學(xué)者從供給側(cè)改革、車位管理等宏觀層面提出了解決方案[1-3]，市面上也已出現(xiàn)了一些立體停車庫(kù)，可以大致分為升降橫移式、垂直循環(huán)式、巷道堆垛式、垂直升降式、平面移動(dòng)式、簡(jiǎn)易升降式6種類型[4-6]。

升降橫移式采用以載車板升降或橫移存取車輛的機(jī)械式停車設(shè)備，當(dāng)某一車位需移動(dòng)車庫(kù)存取車輛時(shí)，其他的所有車位均能自行橫移，其成本低，操作簡(jiǎn)單，接汽車迅速，等待時(shí)間短，但是每組設(shè)備必須至少留有一個(gè)空車位，鏈條牽動(dòng)運(yùn)行過(guò)程中有汽車傾斜墜落的安全隱患。垂直循環(huán)式立體車庫(kù)通過(guò)減速電機(jī)帶動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，在牽引鏈條上，每隔一定距離安裝一個(gè)存車托架，存車托架隨鏈條一起以垂直方向做循環(huán)運(yùn)動(dòng)，從而達(dá)到存取車輛的目的，該停車系統(tǒng)設(shè)備動(dòng)力單一、操作簡(jiǎn)單，一次轉(zhuǎn)運(yùn)即可完成存取車，但外形不美觀。立體巷道堆垛式立體車庫(kù)用巷道堆垛機(jī)將機(jī)車水平且同時(shí)垂直移動(dòng)到預(yù)定泊車位置或相反取出汽車，適用于大規(guī)模密集式存車，這種立體式車庫(kù)技術(shù)要求較高，單堆垛機(jī)成本較高，設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，相對(duì)來(lái)說(shuō)故障率高。垂直升降式立體車庫(kù)主要通過(guò)升降機(jī)構(gòu)、橫移機(jī)構(gòu)、進(jìn)給機(jī)構(gòu)及回轉(zhuǎn)臺(tái)之間的配合完成載車板的存放與取出，每個(gè)小單元的工作原理類似于常見(jiàn)的電梯運(yùn)作方式，一般其高度較高，對(duì)設(shè)備的安全性、加工安裝精度等要求都很高。平面移動(dòng)式立體車庫(kù)是指在同一層上采用搬運(yùn)臺(tái)車平面移動(dòng)車輛，存車超過(guò)20 輛時(shí)，高峰取車時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，依次取車第20 輛約需30 min以上，實(shí)用性差[4-6]。

從以上的分析可以看出，目前的立體停車庫(kù)外形難看、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，配置不方便、使用維護(hù)不方便等。為此，本文設(shè)計(jì)一款性價(jià)比高、外形美觀，符合綠色城市理念的立體停車裝置。

1 總體方案設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)的停車裝置外形為摩天輪形狀，如圖1 所示，內(nèi)外層各均勻布置12 個(gè)停車位，共24 個(gè)停車位（根據(jù)結(jié)構(gòu)尺寸的大小，可以增減層數(shù)和每一層的車位數(shù)）。通過(guò)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，均勻布置于可循環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)上的24 個(gè)停車位，可實(shí)現(xiàn)空間圓形路徑平動(dòng)。外層最低位為停/取車位，當(dāng)某個(gè)停車位空載且處于最低點(diǎn)時(shí)，汽車可從地面直接開(kāi)到停車位；內(nèi)層的停/取車位與內(nèi)層最低位相隔兩個(gè)車位，這樣可以防止內(nèi)外層停/取車發(fā)生干涉，內(nèi)層停/取車需要有上下車道，上下車道與出入口均采用分離形式。伺服電機(jī)每轉(zhuǎn)30°停一次，保證停/取車位準(zhǔn)確地旋轉(zhuǎn)到內(nèi)外層車庫(kù)的出入口。該停車裝置主要由機(jī)架、電動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)系統(tǒng)、車倉(cāng)吊框等組成，每個(gè)車窗吊框上安裝感應(yīng)燈，便于識(shí)別空車位，同時(shí)又增加了美觀性。

圖1 總體方案

2 傳動(dòng)方案設(shè)計(jì)

采用齒輪傳動(dòng)、帶傳動(dòng)作為傳動(dòng)方式達(dá)到減速的效果，這種結(jié)構(gòu)外形美觀，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，傳動(dòng)安全可靠，傳動(dòng)平穩(wěn)，制作成本低，如圖2所示。

圖2 傳動(dòng)方案

該停車裝置較升降橫移式停車庫(kù)占地面積小、存放車輛數(shù)量多、傳動(dòng)平穩(wěn)，安全可靠；較垂直循環(huán)式外形美觀；較立體巷道堆垛式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、維護(hù)方便；較垂直升降式安全可靠、成本低；較平面移動(dòng)式存取車輛方便、接車迅速、等待時(shí)間短。

3 運(yùn)動(dòng)仿真

應(yīng)用UG 軟件完成各組成零件的建模及裝配[7]，如圖3所示。

圖3 裝配圖

在模擬運(yùn)動(dòng)時(shí)，根據(jù)存取車的動(dòng)作要求進(jìn)行停車裝置和汽車的運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)，在軟件中添加運(yùn)動(dòng)關(guān)系，然后進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真，觀察停車裝置的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，檢查干涉，并對(duì)其進(jìn)行渲染[7-8]。當(dāng)外層空車位旋轉(zhuǎn)至地面時(shí)，汽車駛?cè)胲囄?，離開(kāi)時(shí)可以原路返回也可以從對(duì)面駛出，如圖4 所示；當(dāng)汽車需要停在（駛出）內(nèi)層車位時(shí)，內(nèi)層空車位要旋轉(zhuǎn)到車庫(kù)內(nèi)層出入口，考慮到斜坡上倒車的危險(xiǎn)性，所以上下車道和進(jìn)出口設(shè)計(jì)為分離式，如圖5所示。

圖4 外層汽車存取車

圖5 內(nèi)層汽車存取車

4 創(chuàng)客設(shè)計(jì)

利用機(jī)電創(chuàng)新平臺(tái)“慧魚(yú)創(chuàng)意組合模型”和“Makeblock模型”，通過(guò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、模塊拼裝與軟件編程等環(huán)節(jié)，設(shè)計(jì)制作了摩天輪式立體停車裝置，闡述了該裝置的結(jié)構(gòu)原理及制作過(guò)程，通過(guò)實(shí)驗(yàn)調(diào)試能夠?qū)崿F(xiàn)汽車的安全停放。

Makeblock 模型誕生于深圳，是集機(jī)械、電子、軟件為一體的創(chuàng)意實(shí)現(xiàn)平臺(tái)，其大部分零件都是6061 鋁合金制成，具有色彩絢麗的特點(diǎn)，尤其是搭建出的圓形結(jié)構(gòu)物品非常堅(jiān)固可靠，而金屬質(zhì)感也能在一定程度上增強(qiáng)作品的專業(yè)性，因此被稱為“金屬版的樂(lè)高積木”。Makeblock的編程軟件Mblock，是一款積木式（圖形化）編程軟件，可以實(shí)現(xiàn)圖形化編程到c 代碼編程的轉(zhuǎn)換[9-10]。

該停車裝置的主體結(jié)構(gòu)采用Makeblock 搭建而成，如圖6所示。而控制停車裝置的正反轉(zhuǎn)、每次轉(zhuǎn)過(guò)的角度、內(nèi)層載車板180°的旋轉(zhuǎn)也是利用“Makeblock 模型”中的Mblock 編程軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)。程序如圖7所示。

圖6 主體結(jié)構(gòu)

圖7 程序圖

慧魚(yú)創(chuàng)意組合模型（fischertechnik）誕生于德國(guó)，是技術(shù)含量很高的工程技術(shù)類智趣拼裝模型，是展示科學(xué)原理和技術(shù)過(guò)程的理想教具，也是體現(xiàn)世界最先進(jìn)教育理念的學(xué)具，為創(chuàng)新教育和創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)提供了最佳的載體[11]。

慧魚(yú)創(chuàng)意組合模型的主要部件采用優(yōu)質(zhì)尼龍塑膠制造，尺寸精確，不易磨損，可以保證反復(fù)拆裝的同時(shí)不影響模型結(jié)合的精確度；構(gòu)件的工業(yè)燕尾槽專利設(shè)計(jì)使六面都可拼接，獨(dú)特的設(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)隨心所欲的組合和擴(kuò)充[12]。停車裝置中的24 個(gè)停車位均由慧魚(yú)模型搭建而成，如圖8所示。24個(gè)停車位和主體結(jié)構(gòu)組合，形成完整的停車裝置，如圖9所示。

圖8 停車位

圖9 停車裝置

如圖9 的停車裝置在如圖7 的程序控制下，能夠?qū)崿F(xiàn)正反轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，并且每轉(zhuǎn)30°停一次，保證內(nèi)外層停車位都能準(zhǔn)確地旋轉(zhuǎn)到車庫(kù)的出入口。

5 結(jié)束語(yǔ)

隨著小汽車的逐漸普及，停車難的問(wèn)題日漸突出。本文運(yùn)用三維設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)了一款摩天輪式立體停車裝置，并且運(yùn)用三維仿真軟件對(duì)停車裝置和汽車的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行模擬運(yùn)動(dòng)，觀察停車裝置的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，檢查干涉。最后以機(jī)電創(chuàng)新平臺(tái)為載體，通過(guò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、模塊拼裝與軟件編程等環(huán)節(jié)，制作了摩天輪式立體停車裝置樣機(jī)，直觀呈現(xiàn)并闡述了該裝置的結(jié)構(gòu)原理及制作過(guò)程，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)調(diào)試該裝置能夠?qū)崿F(xiàn)汽車的安全停放。該停車裝置外形美觀、車位數(shù)目多，存取車方便可靠，制作成本低，能夠保護(hù)車輛，增加綠化面積，該設(shè)計(jì)中融入綠色發(fā)展理念，推動(dòng)了現(xiàn)代化城市的綠色發(fā)展，具有很強(qiáng)的實(shí)用性及較大的推廣價(jià)值。