一種無(wú)避讓式小型立體停車裝置設(shè)計(jì)研究

閆存富，范彩霞，劉 超

YAN Cun-fu, FAN Cai-xia, LIU Chao

（黃河科技學(xué)院 工學(xué)院，鄭州 450063）

0 引言

隨著汽車工業(yè)的發(fā)展和人們生活水平的提高，汽車已經(jīng)開始進(jìn)入尋常百姓家庭，逐漸成為人們的生活必需品，極大的方便了人們的出行和生活。但隨著城市中汽車數(shù)量的急劇增加，停車問題成為各個(gè)大、中城市面臨的一大難題[1]。據(jù)統(tǒng)計(jì)城市中車輛亂停亂放情況有很大一部分是由于找不到規(guī)定停車位而引起的，不僅影響交通給他人造成不便，還容易引起車輛被剮蹭損害等糾紛。

為解決停車難問題，許多城市采取了各種措施，其中興建機(jī)械式立體停車庫(kù)是普遍采用的方法之一，機(jī)械式立體停車裝置具有容量大、單位車輛占地面積小、土地利用率高等優(yōu)點(diǎn)。但由于其整體占地面積大(一般都在200m2以上)，要在寸土寸金的已建城市中心區(qū)建這樣一個(gè)車庫(kù)，需要很高的制造成本和土地成本；其次這種停車裝置還具有車輛存取時(shí)間長(zhǎng)、對(duì)司機(jī)駕駛技術(shù)要求較高等缺點(diǎn)，不適合整塊土地面積較小的已建成區(qū)。

小型立體停車裝置國(guó)內(nèi)也曾有所報(bào)道，如梁嘉麟提出一種家用液壓微型立體車庫(kù)的結(jié)構(gòu)形式[2]，這種車庫(kù)的上、下兩車位的存取必須依次進(jìn)行，兩車輛的存取相互影響；張紅濤提出一種無(wú)避讓式雙層立體停車庫(kù)[3]，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，占地面積較大。關(guān)于無(wú)避讓式的立體停車裝置，目前國(guó)內(nèi)的報(bào)道較少，尤其是適合于個(gè)人家庭使用的一位兩車無(wú)避讓式立體停車裝置介紹的更少。

針對(duì)機(jī)械式立體停車裝置和當(dāng)前小型停車裝置在車輛存取過程中存在的不足，本文設(shè)計(jì)了一種微型無(wú)避讓式一位兩車立體停車裝置。載車板在上車位和路面上的相互位置轉(zhuǎn)換由液壓裝置驅(qū)動(dòng)四連桿機(jī)構(gòu)通過擺動(dòng)升降平移運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)，保證上車位車輛存取；下車位通過齒輪齒條傳動(dòng)將載車板推到路面上，實(shí)現(xiàn)下車位車輛的存取工作。車輛的整個(gè)存取過程都是自動(dòng)進(jìn)行，對(duì)司機(jī)要求較低，提高車輛存取效率，且上下兩車位車輛的存取相互獨(dú)立，互不影響；可在路邊、醫(yī)院、大廈旁邊等地根據(jù)實(shí)際情況單獨(dú)安裝也可多臺(tái)組裝，特別適合于已建小區(qū)和個(gè)人家庭地面較小地方安裝使用。

1 微型立體停車裝置的結(jié)構(gòu)組成

設(shè)計(jì)的微型立體停車裝置如圖1所示[4]，整個(gè)停車裝置采用框架式結(jié)構(gòu)，主要由車庫(kù)本體、上下兩個(gè)停車位、底部存取機(jī)構(gòu)、上部存取機(jī)構(gòu)、載車板及控制系統(tǒng)等部分組成。由液壓缸1、2驅(qū)動(dòng)連桿3、7繞固定在基座上的鉸支座軸轉(zhuǎn)動(dòng)，通過固定在上載車板6底面的鉸鏈機(jī)構(gòu)5帶動(dòng)上部載車板產(chǎn)生升降、平移運(yùn)動(dòng)，完成上車位車輛的存取，采用液壓驅(qū)動(dòng)，有利于保證運(yùn)行平穩(wěn)。下車位車輛的存取通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)固定在下車位載車板底部的齒輪齒條機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)，由PLC來控制兩車位車輛存取的所有動(dòng)作。停車時(shí)通過PLC發(fā)出指令直接將載車板放到路面上，司機(jī)只需將車直接停在載車板上，下車鎖門、離開即可，停車裝置就可自動(dòng)將車輛存放到位，取車時(shí)，取車機(jī)構(gòu)自動(dòng)將載車板放到路面中間，司機(jī)直接上車離開即可。整個(gè)車輛存取過程方便、快捷、安全，對(duì)司機(jī)駕駛技術(shù)要求較低。為確保安全，在車庫(kù)內(nèi)安裝有防墜裝置，各個(gè)動(dòng)作的終點(diǎn)位置也設(shè)有位置檢測(cè)裝置。

圖1 設(shè)計(jì)的停車裝置簡(jiǎn)圖

2 上車位存取機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 上車位傳動(dòng)方案確定

因?yàn)樯宪囄卉囕v在存取過程中對(duì)平穩(wěn)性要求較高，鏈傳動(dòng)和齒條傳動(dòng)具有噪聲大、振動(dòng)等缺點(diǎn)，因此上車位車輛舉升機(jī)構(gòu)采用液壓驅(qū)動(dòng)，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖2所示；液壓缸活塞桿通過鉸鏈機(jī)構(gòu)與連桿連接，通過連桿繞基座上的鉸鏈轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)載車板產(chǎn)生升降平移運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)存取車輛的功能。存車時(shí)，液壓缸2收縮，液壓缸1活塞桿伸出，推動(dòng)連桿繞基座上的鉸支座向右轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)載車板3同時(shí)做下降運(yùn)動(dòng)和向右平移，緩緩降落到地面上，司機(jī)將車輛停在載車板上離開；檢測(cè)裝置發(fā)出車輛尺寸及車輛停放位置符合要求信號(hào)，開始舉升過程，液壓缸1收縮，液壓缸2推出，載車板3保持水平位置緩緩上升到指定位置，檢測(cè)裝置發(fā)出到位信號(hào)，防墜裝置伸出，鎖住連桿防止液壓系統(tǒng)失靈，上車位車庫(kù)門關(guān)閉，完成存車過程，整個(gè)存取過程不受下車位的車輛有無(wú)的影響。

圖2 上車位傳動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)圖

上車位車輛存取流程圖如圖3所示。

2.2 上車位傳動(dòng)機(jī)構(gòu)計(jì)算

1） 連桿長(zhǎng)度確定

文中按常見小轎車相關(guān)尺寸進(jìn)行計(jì)算，相關(guān)尺寸取：長(zhǎng)4800mm，寬1800mm，高1500mm，重量取1500kg；考慮到下車位車輛的高度為1500mm，為了防止損壞下車位車輛，上車位載車板降到1500mm高度時(shí)，在水平方向上須偏移一個(gè)車輛的寬度，即寬1800mm，如圖4所示。

圖3 上車位車輛存取流程圖

圖4 連桿長(zhǎng)度計(jì)算簡(jiǎn)圖

所以，連桿長(zhǎng)度L可計(jì)算如下：

取 L=2500mmm。

根據(jù)上述計(jì)算利用Inventor軟件繪制連桿和基座三維圖如圖5所示。

圖5 部分構(gòu)件的三維圖

2） 載車板設(shè)計(jì)

載車板設(shè)計(jì)時(shí)主要考慮安全和方便性兩方面。除了在上層車位設(shè)置防墜落裝置外，為方便車輛上下載車板，在載車板兩端設(shè)置兩塊過渡板，過渡板與載車板兩端以轉(zhuǎn)動(dòng)軸連接，正常情況下，過渡板豎直放置在載車板兩端，防止車輛滑出載車板；當(dāng)車輛上下載車板時(shí)，過渡板翻轉(zhuǎn)到水平位置，在載車板端部和地面之間形成一斜坡，方便車輛上、下載車板。同時(shí)在與輪胎接觸的地方鋪設(shè)防滑鋼板，以增大摩擦力；為減少載車板重量上車位載車板設(shè)計(jì)成框架中空結(jié)構(gòu)；圖6是上車位載車板的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6 上車位載車板主視圖

3） 液壓缸的確定

由圖1可知，在車輛存取過程中，兩個(gè)液壓缸活塞桿配合做推出和收回動(dòng)作，即存車過程中，當(dāng)載車板從地面上開始舉升時(shí)，液壓缸2推出，液壓缸1活塞桿收回；取車時(shí)，液壓缸2的活塞桿收縮，液壓缸1活塞桿伸出。由圖4可知，當(dāng)載車板開始從地面上舉升時(shí)，液壓缸輸出力最大，文中取此時(shí)刻的載荷來計(jì)算液壓缸承受的載荷，計(jì)算中取g=9.8N/kg。計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖7所示。

如前所述，設(shè)汽車質(zhì)量為M1=1 5 0 0 k g，重力為G1=14.7kN，載車板質(zhì)量為M2=1000kg，重力為G2=9.8kN；在最低位置時(shí)停車裝置受力如圖7所示。

圖7 最低位置時(shí)停車裝置受力簡(jiǎn)圖

圖8 液壓缸推力計(jì)算簡(jiǎn)圖

當(dāng)處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，四個(gè)連桿共同支撐載車板；當(dāng)開始舉升時(shí)，兩個(gè)液壓缸同時(shí)動(dòng)作，左邊液壓缸2伸出，右邊液壓缸1收縮（如圖2所示），則開始舉升時(shí)，與液壓缸連接的兩連桿上端受力F1，F(xiàn)2相等，可計(jì)算如下：

取左邊連桿來分析液壓缸所受載荷，受力分析如圖8所示，取α=15°，液壓缸與連桿節(jié)點(diǎn)處距離連桿下端800mm。

則液壓缸輸出載荷計(jì)算如下：

將上述計(jì)算數(shù)據(jù)帶入可得：

選取舉升液壓缸為常州泛華機(jī)械科技有限公司HSGJ型液壓缸，缸徑為80mm，活塞桿直徑為45mm。速比1.46，推力80.42kN，拉力54.98kN，最大行程2000mm,電動(dòng)機(jī)選用R系列三相異步電動(dòng)機(jī)型號(hào)為Y112M-6，功率1.5kw。

2.3 上車位傳動(dòng)機(jī)構(gòu)三維模型仿真

根據(jù)上述計(jì)算得到的各構(gòu)件尺寸，利用Inventor軟件繪制停車裝置上車位結(jié)構(gòu)的三維組裝圖如圖9所示，圖中所示為存車到位狀態(tài)，經(jīng)過加載仿真運(yùn)動(dòng)，表明各機(jī)構(gòu)之間不存在干涉現(xiàn)象，各構(gòu)件符合強(qiáng)度要求，該裝置能夠?qū)崿F(xiàn)車輛存取時(shí)所需的運(yùn)動(dòng)要求。

圖9 上車位車輛存取位置圖

3 下車位存取機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

下車位車輛存取機(jī)構(gòu)采用齒輪齒條傳動(dòng)方式，在載車板下底面中間位置橫向安裝一齒條，車庫(kù)地面外邊緣處安裝一個(gè)電機(jī)，電機(jī)通過齒輪和齒條嚙合驅(qū)動(dòng)載車板沿地面上的導(dǎo)軌做水平移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)下車位車輛的存取功能。

4 結(jié)論

1）隨著汽車數(shù)量的急劇增加，停車難問題已成為各個(gè)大城市必須面臨的問題之一。

2）提出一種微型無(wú)避讓式一位兩車停車裝置的設(shè)計(jì)方案；對(duì)上車位存取機(jī)構(gòu)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)，通過計(jì)算確定了連桿的長(zhǎng)度，完成了舉升液壓缸的選擇，并繪制了基座和連桿的三維圖；

3）利用Inventor軟件繪制了停車裝置的三維組裝圖；加載模擬運(yùn)動(dòng)表明設(shè)計(jì)方案合理，各構(gòu)件滿足強(qiáng)度要求，運(yùn)動(dòng)過程中不存在干涉現(xiàn)象，能夠?qū)崿F(xiàn)車輛的存取運(yùn)動(dòng)功能；

4）設(shè)計(jì)的微型立體停車裝置具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝方便、對(duì)司機(jī)駕車要求較低等優(yōu)點(diǎn)，可為解決城市中已建城區(qū)停車難問題提供參考，具有很好的現(xiàn)實(shí)意義和良好的推廣價(jià)值。

[1] 何守訓(xùn).無(wú)避讓立體車庫(kù)機(jī)械部分的研究[D].濟(jì)南.山東科技大學(xué),2012,06.

[2] 梁嘉麟.獨(dú)立使用的家用液壓微型立體車庫(kù)的結(jié)構(gòu)形式:中國(guó),201210084116.9[P].

[3] 張紅濤.一種無(wú)避讓式雙層立體停車庫(kù):中國(guó),201210261055.9[P].

[4] 閆存富,張洛明,胡瑞華,等.一種上擺下移式立體停車裝置:中國(guó),2013,2.0290007.2[P].