基于中小型汽車機(jī)械式立體車庫的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)探討

摘要：近年來我國經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，城市里的車輛數(shù)量與可用空地的減少形成一條供不應(yīng)求的矛盾，因此急需大力發(fā)展不同于傳統(tǒng)平面的空間車庫成為趨勢。針對各類立體車庫的結(jié)構(gòu)與優(yōu)點(diǎn)，介紹一種適用于中小型車輛使用的垂直循環(huán)立體車庫結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。詳細(xì)闡述了立體車庫的設(shè)計(jì)思路，包括整體鋼架結(jié)構(gòu)建模與裝配、非標(biāo)槽輪軌道鏈傳動、車吊籃結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：立體車庫；載車吊籃；運(yùn)行碰撞分析；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

中圖分類號：U469收稿日期：2024-11-27

DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2025.01.033

1前言

當(dāng)前，隨著我國機(jī)動車標(biāo)有量的不斷增加，城市停車庫供不應(yīng)求［1］，因此大力推行空間利用效率高的機(jī)械式立體車庫迫在眉睫［2］。

本文探討的垂直升降立體車庫（類別代號CS）是通過配重塊連接的提升裝置與橫移裝置，最終使車輛能在豎直方向上移動到所需高度再橫移進(jìn)車庫。與電梯不同的是地面設(shè)有一部轉(zhuǎn)向裝置讓車頭朝向統(tǒng)一，降低用戶的使用難度。一般這種車庫相對于其他類型的立體車庫來說，建筑高度較高，可高達(dá)50m。因此在安全性能、零部件精度、裝配精度要求很高，相對應(yīng)成本也會直線上升。

與其他類型的立體車庫相比，該類型車庫的空間利用效率與實(shí)用性最高，節(jié)能省電且運(yùn)行平穩(wěn)、噪音小，對附近住生態(tài)的聲污染響小。車輛出入庫時間短、安全設(shè)備完善、操作便捷、維護(hù)成本較低、用戶體驗(yàn)好。但缺點(diǎn)也很明顯：需留出升降裝置的通道，只能用于車輛出入過程；結(jié)構(gòu)復(fù)雜、設(shè)計(jì)復(fù)雜，須有完整的閉鎖裝置和監(jiān)控系統(tǒng)；一次性投入的初始資金極大，運(yùn)營不到位容易虧損。

本文以垂直循環(huán)立體車庫為例，對其結(jié)構(gòu)中機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行分析［3］。主要內(nèi)容包括：a.鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；b.非標(biāo)槽輪軌道鏈傳動機(jī)構(gòu)及運(yùn)行干涉碰撞分析；c.載車吊籃的設(shè)計(jì)。

2垂直循環(huán)立體車庫總體結(jié)構(gòu)方案

本設(shè)計(jì)的垂直循環(huán)立體車庫以中小型車輛尺寸為主，由表1可知基本尺寸，再考慮一些兼容性要求，可得出：長≤5000mm，寬≤1800mm，高≤1600mm，質(zhì)量≤1800kg。從車庫容量不超過10輛的小型循環(huán)立體車庫取車時間應(yīng)不超過90s[4]。

垂直循環(huán)立體車庫主要由土建、機(jī)械、控制三大系統(tǒng)組成。土建基礎(chǔ)要求低，在原有地基上用鋼筋混凝土為基礎(chǔ)，保證地基的承載力達(dá)標(biāo)，車庫沉降值在地基的容許變形內(nèi)即可。

輔助裝置一般由手動控制、通風(fēng)、照明、消防四部分裝置組成；控制系統(tǒng)就像電腦硬件的驅(qū)動；傳動系統(tǒng)通過控制系統(tǒng)將各個車位位移到指定位置，以PLC編程為基礎(chǔ)，完成電機(jī)的基本控制，主要由操作盤、自鎖電路、中間繼電器、行程開關(guān)組成。因此，需要重點(diǎn)對機(jī)械系統(tǒng)中的鋼架結(jié)構(gòu)、非標(biāo)槽輪軌道鏈傳動機(jī)構(gòu)、載車吊籃進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

a.鋼架結(jié)構(gòu)。

鋼架結(jié)構(gòu)主要由支撐邊立柱、對拉橫梁等組成。鋼架焊接導(dǎo)軌，還裝有防止吊籃大幅度晃動的限位軌、電機(jī)支架。支撐邊立柱分別用高強(qiáng)度螺栓、墊片連接到主從動鋼架上，對拉橫梁用于連接主從動鋼架，增加整體鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。整個鋼結(jié)構(gòu)的選擇和制造過程均符合GB/T3811的規(guī)范。鋼結(jié)構(gòu)的焊接方式為打坡口并進(jìn)行探傷檢測［5］。

b.驅(qū)動傳動系統(tǒng)。

立體車庫的驅(qū)動電機(jī)為變頻電機(jī)，傳動機(jī)構(gòu)由蝸輪蝸桿減速器、滾子鏈條、非標(biāo)槽輪軌道鏈、主傳動軸、提升鏈板組成。傳動系統(tǒng)核心是采用提升鏈板來提升吊車籃，提升鏈板在預(yù)定的軌道上且垂直于地面的一個平面里循環(huán)運(yùn)動，從而完成車輛的存放。

c.載車吊籃。

載車吊籃主要由載車板、中心橫軸、側(cè)邊拉桿、導(dǎo)向裝置組成，是驅(qū)動傳動系統(tǒng)的輸出直接承載體，也是車輛的直接載體，其核心作用為實(shí)現(xiàn)車輛的停放。中心橫軸兩側(cè)連接提升鏈條外伸出的T形提升鏈板，以此跟隨傳動鏈條帶動其載車吊籃運(yùn)動。這個過程中必須添加導(dǎo)向裝置，以防止載車吊籃在運(yùn)動過程中發(fā)生晃動帶來安全隱患。

3鋼架結(jié)構(gòu)

圖1為外軌尺寸。由圖1中測量數(shù)據(jù)得知，固定支撐外軌道的矩形框架，取整后的長寬尺寸為6400mm×2000mm。主體框架材料為[F250×10-GBT6728-2002Q345-GBT1591-94]方形鋼管，再考慮到根據(jù)立體車庫行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)出口寬度大于2.15m，兩個立柱之間寬度取3m，單個立柱長度為3m。兩片框架之間的間距先在UG裝配界面下將內(nèi)外軌道和鏈板以及載車吊籃約束好，求得提升鏈板距離，再由鏈輪之間的中心距（[a=2007mm]），以及帶座軸承UCP326的尺寸和減速器尺寸，確定橫梁的位置，再由縱梁連接橫梁。整體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

4非標(biāo)槽輪軌道鏈傳動機(jī)構(gòu)

作為傳動系統(tǒng)的核心之一，非標(biāo)槽輪軌道鏈傳動由非標(biāo)槽輪、非標(biāo)鏈板、銷軸、非標(biāo)滾子、提升鏈板組成。該傳動機(jī)構(gòu)主要用于接收鏈傳動的輸出，由非標(biāo)鏈板上的提升鏈板帶動載車吊籃循環(huán)轉(zhuǎn)動，以達(dá)到讓車輛停在正確的空間位置，如圖3所示。

引用楊元慶[6]的研究數(shù)據(jù)輔以完成設(shè)計(jì)。數(shù)據(jù)如表1所示。

槽輪為非標(biāo)鏈條的驅(qū)動輪，隨著槽輪的轉(zhuǎn)動滾子從槽中被牽引，從而帶動鏈條運(yùn)動，已知五齒槽輪直徑986.75mm，滾子直徑148.38mm，節(jié)距580mm，導(dǎo)軌圓弧半徑938.46mm。

板鏈共22節(jié)，鏈長L=22p=12.76m，則鏈速為：

[v=L2t]=0.106m/s

非標(biāo)軌道鏈的傳動速度遠(yuǎn)小于低速鏈傳動標(biāo)準(zhǔn)0.6m/s，并且非標(biāo)軌道鏈傳動需質(zhì)量大的車輛與載車吊籃一起做垂直循環(huán)運(yùn)動，由此可見非標(biāo)軌道鏈傳動屬于低速、載鏈傳動。鏈速小于0.6m/s時，主要發(fā)生靜力拉斷。

5載車板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

a.載車板介紹。

載車吊籃是重要零件之一，其結(jié)構(gòu)分為拼板式和框架式兩種。拼板式多為咬合拼裝，裝配前能進(jìn)行表面處理；框架式載車板目前被廣泛運(yùn)用，其中間突起，頂面和兩側(cè)停車道鋪設(shè)不同厚度的鋼板。鋼板要求有防滑功能，防止車輛與載車板摩擦力不夠發(fā)生滑動，鋼材剛度為厚度三次方，增加厚度能增加剛度。但厚度和質(zhì)量均會顯著增大，成本也會顯著上升。

因此，為使載車板整體質(zhì)量降低的同時不降低結(jié)構(gòu)剛度，多采用加筋密肋結(jié)構(gòu)[7-8]，具體如下：①密肋條與鋼板焊接后，其底板的相對厚度和抗彎截面增大，整體變形減?。虎谠诮档统杀居譂M足使用性能情況下，對密肋板進(jìn)行焊接。車輪經(jīng)過的區(qū)域適當(dāng)增加密肋條，其他的區(qū)域減少密肋條的數(shù)量，既降低成本又滿足需求。

b.載車板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

在查閱有關(guān)資料再結(jié)合現(xiàn)有車庫尺寸后，確定其設(shè)計(jì)參數(shù)為長5000mm×寬2000mm×厚4mm的Q345鋼板，進(jìn)行折邊處理，并在鋼板底部焊接兩道牌號材料為Q345槽鋼的主橫肋、五道輔助矩形方管橫肋（[J50×40×4-GBT6728-2002Q345-GBT1591-94]）、一道輔助方管縱肋（[F50×4-GBT6728-2002Q345-GBT1591-94]）和兩道材料為Q345主縱肋，提高載車板的剛度。載車板周邊對稱布置側(cè)向拉桿（[Y89×6-GBT6728-2002Q345-GBT1591-94]）。載車板的前部安裝了兩個長度為400mm的∠40X4號的Q345等邊角鐵的阻車裝置，限制汽車的停放位置，如圖4所示。

6結(jié)語

本文介紹了垂直循環(huán)立體車庫的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，分別對鋼架總體結(jié)構(gòu)、非標(biāo)槽輪軌道鏈傳動機(jī)構(gòu)、載車板做了理論和數(shù)字模型上的設(shè)計(jì)，總體設(shè)計(jì)結(jié)果滿足車庫性能、環(huán)境適應(yīng)性以及維修要求，方案具有可行性。

參考文獻(xiàn)：

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[5]JB/T10215—2000垂直循環(huán)類機(jī)械式停車設(shè)備[S].

[6]楊元慶.基于剛?cè)狁詈系拇怪毖h(huán)立體車庫鏈傳動結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法研究[D].濟(jì)南：山東理工大學(xué)，2022.

[7]蔣俊坤，董為民，趙重.后懸臂式立體車庫載車板的優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].起重運(yùn)輸機(jī)械，2016（2）：19-22.

[8]凌赟.帶載車板緩存裝置巷道堆垛式立體停車庫存取策略的研究[D].太原：太原理工大學(xué)，2014.

作者簡介：

李青，女，1993年生，教師，助教，研究方向?yàn)闄C(jī)械設(shè)計(jì)及其自動化。