一種垂直升降立體車庫的研究

呂棟騰

（1.西安石油大學，陜西 西安 710065；2.陜西國防工業職業技術學院，陜西 西安 710300）

一種垂直升降立體車庫的研究

呂棟騰1，2

（1.西安石油大學，陜西 西安 710065；2.陜西國防工業職業技術學院，陜西 西安 710300）

立體車庫適應城市高速發展的需要，具有占地少、可充分利用空間、自動化程度高等優點。本文對垂直升降立體車庫的組成和主要機械機構，以及垂直升降類立體車庫的工作原理進行了相關討論，對當下垂直升降立體車庫的研究與實踐具有一定的借鑒意義。

立體車庫；垂直升降；機械結構；工作原理

機械式立體車庫在建造和空間布局方面與傳統的車庫有很大區別，我國通常采用以下幾種類型：垂直升降類、升降橫移類、簡易升降類、巷道堆垛類、平面移動類等[1]。立體車庫種類較多，設計各有不同，庫容量可以隨用戶需求的調整而發生相應的變化。上述的各種類型立體停車都有一些共同的特點，如占地面積小，停車位置多，使用效率高等。在建造相同數量的停車位的情況下立體式停車場比傳統的停車場可節省的面積高達50%～70%，該數據也同樣適用于投入的經濟效益。一般情況下，只在存車時需要將車輛開進停車室，剩下的所有事情均由車庫控制系統來完成[2]。

本文將垂直升降類立體車庫作為研究的重點。這是因為在幾種應用較多的車庫類型中，相對于其他車庫，垂直升降類立體車庫具有建造速度快、建造成本較低、建造材料可重復利用、維護方便等優點。車庫的容量選擇性大，如果與可編程控制器和上位機相結合的話，容易實現設備的自動控制。就目前的發展前景來看，具有很好的提升空間。選擇每層有2個車位垂直升降類立體車庫作為文章的重點研究對象，以25層50車位垂直升降車庫為例，對垂直升降立體車庫的機械結構進行研究分析。

1 垂直升降立體車庫的機械結構

垂直升降類立體停車庫的車輛存取方式具體可以分三類：第一類是扇形存取。該存取方式要求停車位設計為扇形形狀，且以電梯井道作為停車庫中心。這種方式允許配置的停車位數量相對較多，然而存取機構設計較為復雜，實現難度較大；第二類是圓周存取。該存取方式要求以電梯井道作為中心點，并以圓周方式來布置停車位，這種設計方式可以安排最大量的停車位，但存取機構設計十分復雜[3]；第三類是左右兩側存取。即支持井道左右兩側存取車輛，這種設計方式在每個樓層的停車位只能設計2個。電梯停在該樓層后，可以實現該左右兩側的車輛存取，這種機構操作較為簡單，但存儲車輛較為有限。通過分析與對比，選定本次設計的車庫為左右兩側存取機構，立體停車庫結構簡圖如圖1所示。如停車位需求較大，則允許采取若干車庫拼接的方式來提高停車位數量。

圖1 垂直升降類立體車庫外形結構圖

本次設計的垂直升降立體車庫主要由鋼結構架、升降裝置、橫移裝置、回轉裝置、控制系統、安全防護和輔助等六大部分組成。設備整體表現為地面上結構，引入緩沖器等裝置并設置于地下層。在地面一層設計進出車停車室，在設備頂層配置電機、傳動裝置等。載車方式為鏈傳動方式，通過鏈條來提升載車臺板與車輛，并借助鏈傳動裝置，將車輛橫移到具體停車位上。這種停車庫設備整體體積較大，且控制系統與機械結構也較為復雜。下面對一些重要的機械組成結構作一說明。

1.1 鋼結構架

鋼結構架主要包括兩個部分：第一部分是主結構架，該部分是支撐載車板架的主要部分，是承載車庫部件與車輛重量的關鍵，外層部分可以設置外裝飾板，裝飾板可以附掛電視幕墻，也可以作為標牌廣告；第二部分是內部結構支架，其主要作用是支撐停車庫與構成停車室的相關機械及電氣部件。以GB/T 3811《起重機設計規范》為標準具體檢驗鋼結構架性能，也可作電鍍鋅處理，以提高其抗腐蝕性能[4]。立體車庫采用四立柱全鋼架結構，主要由H型鋼、方鋼管組成。主結構架由立柱、橫梁、支撐停車位的擱腳組成；內部結構支架由小立柱、斜撐、升降導軌、配重導軌等組成并與主結構架聯成一體。

1.2 升降裝置

為充分保障機械運行效率，該類型車庫對升降裝置提出了較高要求，升降裝置除了具備良好的提升效率優勢外，還應具備較高的可靠性[5]。綜合分析多種升降驅動的基礎上，本次設計應用曳引驅動技術，并選用成熟的升降機提升裝置以保障其運行可靠。在應用曳引驅動技術時，最為核心的問題即電機選用。曳引驅動電機直接決定了提升系統啟動、運行、制動等性能，在電機選用過程中，除了關注其輸出功率外，還需要考慮其機械特性，確保其具備相對突出的動態響應能力。在本方案中，動力源選定為異步電動機，在控制方式上則確定為變頻變壓調速技術，這種選擇方案保障了升降機運行的平穩性，具備相對突出的調速功能，可以滿足垂直升降停車庫的運行需求。

從結構構成上來分析，升降裝置除了核心的曳引驅動電機外，還包括傳動部件、載車板、對重導軌及升降導軌、制動器與減速機構等，升降裝置結構如圖2所示。運行時載車板隨升降裝置一同上升或下降，帶著存取車輛快速運行到指定位置。曳引電動機以鏈條為載體實現載車板升降操作。與此同時，對重作相應運動，對重裝置是提高驅動效率的關鍵裝置，能夠減小鏈條與鏈輪間曳引力，進而可提高鏈條應用壽命。分析對重結構，其主要包括導軌、重塊、重架等部分，此外還包括鏈輪、壓塊與緩沖器碰塊等。升降裝置的傳動機構設在立體停車庫的頂部。升降裝置將載車板連同車輛送至所需要停車的對應層，在通過橫移裝置將載車板連同車輛進行平移，完成存取車過程。

圖2 垂降裝置結構示意圖

1.3 橫移裝置

橫移裝置在立體車庫中的作用是：當升降裝置沿垂直方向將載車板和需存取車輛送至指定層時，快速將載車板和車輛按預設的方向送入選好的車位。橫移裝置具體類型可以分為：

（1）滑叉載車式。在該橫移裝置環境中，其提升作業是面向車輛與載車板同時運行的，可以借助多級滑叉裝置將車輛轉移到具體的車位位置上。如需要進行存車作業，利用分級滑叉，將載車板與車輛送到指定停車位置，并緩緩將載車板放下，同時進行滑叉回收；如需要進行取車作業，則需要滑出滑叉，滑叉停在載車板下方時向上運動，從而將載車板與車位相分離，通過滑叉回收方式完成取車任務。

圖3 橫移裝置結構示意圖

（2）鏈傳動載車式。車輛與載車板一起提升，當車輛到達指定層時，通過機械牽引裝置與平層車位固定，與載車板一起由鏈傳動橫移至車位。鏈傳動式主要由傳動裝置、鏈輪、鏈條、電機等組成，如圖3所示。這種方式成本較低，傳動可靠，結構簡單，后期維護也比較方便。本次設計采用的也是這種載車方式。

（3）梳叉載車式。升降裝置上裝有梳叉搬運器，各車位還裝有與之相錯的梳叉。車輛由升降裝置上的梳叉提升，并將其送到指定位置，車輛存取操作的實現則是由兩個梳叉共同作業，以相錯運動的方式來進行，橫移完成移動梳叉退出到升降裝置上。這種作業方式不要求配置托盤裝置，在存取車輛效率上表現出較大優勢。然而其作業對車庫主體結構存在著較高要求，且以梳叉式車位設置為實現前提。

（4）履帶輸送式。搬運器配置有兩個主動履帶，分別對應車輛前后輪。在橫移作業時，借助主動履帶驅動車室內被動履帶，從而將車輛轉移到具體車位上。此種輸送方式多用于采礦冶金，制造工藝要求高，較少應用于立體車庫。

1.4 回轉裝置

位于地面一層入口處的停車室內安裝有回轉裝置，回轉裝置于升降裝置中部，回轉舉升機構置于地基處。每次當待存車輛駛入停車室后，回轉裝置首先動作，旋轉180°將車輛調頭，然后通過提升裝置和橫移裝置將車輛存放到指定車位。

從結構構成上分析，回轉臺、升降架與液壓系統等共同構成了升降回轉裝置，如圖4所示。在需要執行上升動作時，液壓泵動作并驅動升降架打開并逐漸升高；在執行下降動作時，借助換向閥調節，利用回轉臺自重讓油缸卸荷，并完成下降操作。在執行回轉動作時，要求液壓馬達運行并驅動減速箱，通過小齒輪來驅動大齒輪進行回轉作業。因為已經預先調頭，所以在取車時，當車輛從車位搬運到出入口時，用戶可直接將車取走。如此可保證用戶在存車時將車輛直接開進車庫，而在取車時也是正向直接開出，提高了存取效率。

圖4 回轉裝置結構示意圖

2 垂直升降立體車庫的工作原理

垂直升降立體車庫要實現自動選庫、平穩停車以及車輛有無的準確檢測等功能。下面就車庫的速度控制和定位功能的實現作簡要說明。

2.1 車輛平穩停放

垂直升降立體停車庫以鋼結構框架為主體，采用電機驅動鏈條帶動載車板做升降橫移運動，實現存取車輛。每個車位均有載車板，所需存取車輛的載車板通過升降橫移運動到達地面層，操作員通過操作面板進行存取車輛，完成整個存取過程。升降臺在移動到指定位置的過程中由于慣性，升降臺無法馬上停下，為解決該問題，傳統方法是采用雙速電機，在升降開始時使用較高速電機，當升降臺快到達指定層時轉換為低速，減小升降臺的慣性運行，實現平滑過渡。由于雙速電動機屬異步電動機變級調速，是通過改變定子繞組的連接方法達到改變定子旋轉磁場磁極對數來改變電動機轉速，不能做到無級調速。因而現在多使用變頻器來實現高低速的轉換。

2.2 車庫定位實現

車庫可靠運行的前提條件是車庫空間內相關部件運行的準確定位。如車位在升降或橫移時，是否能夠準確到達設定位置，車輛停靠是否在停車位區域內等。只要確保這些部件運行定位的精準性，方可保障車庫運行的有序性與高效性。所以要求在車庫運動部件中引入限位開關，并配置在相應位置來實現其功能。要求在運動固定點進行擋塊安裝，如出現行程開關機械觸頭與擋塊接觸問題，則需要執行電路切斷或改變動作。

在不同位置進行限位開關安裝，發揮的作用存在著一定差異。如在托盤底層四周安裝開關，則能夠利用其進行車輛停放位置檢測與判斷，如發現車輛停放不到位時，車輛陰影則會遮蔽開關光源，導致系統無法執行具體動作；如開關在托盤對角線位置進行布置，則可以借助開關來實現托盤是否承載車輛的檢測；在停車庫車輛入口兩側安裝光電開關，則可以借助該開關對車輛移動情況進行檢測。當存在異常情況時，限位開關會向控制器傳輸電平變化信號，并發出警報，從而提醒工作人員合理應對。

3 結束語

垂直升降立體車庫通過提高停車場的空間利用率，使停車位數量上升，滿足日益增長的停車需求。目前我國各主要城市停車設施的建設滯后于道路建設和經濟發展要求，垂直升降立體停車庫在我國有較大需求，是目前解決停車難問題的一個重要手段[6]。

[1]賀擁軍.立體車庫的結構形式及應用與發展[J].建筑科學與工程學報，2009，26（12）：30-34.

[2]周學松.智能化立體車庫存取車優化控制策略的研究[J].制造業自動化，2008，30（10）：29-33.

[3]張 路.立體停車設施建設發展探討[J].交通科技，2014，267（6）：131-134.

[4]馬幼捷.電子智能化立體車庫的研究現狀與走向[J].電氣自動化，2008，30（5）：3-6.

[5]劉曉娟.垂直升降式立體車庫系統設計與研究[J].機械設計與制造，2011，30（5）：48-50.

[6]呂棟騰.垂直升降類立體車庫的研究[J].裝備制造技術，2015，12：161-164.

Study on one kind of vertical lifting stereo garage

LV Dongteng1,2
（1.Xi'an Shiyou University,Xi'an 710065,Shaanxi China; 2.Shaanxi Instute of Technology,Xi'an 710300,Shaanxi China）

The composition and main mechanical structure of the vertical lifting stereo garage have been discussed in the text,as well as its working principle.It provides reference for the research and practice of the current vertical lifting stereo garage.

Stereo garage;Vertical lifting;Mechanical structure;Working principle

TH6

A

10.16316/j.issn.1672-0121.2016.06.011

1672-0121（2016）06-0044-04

2016-09-28；

2016-11-08

呂棟騰（1984-），男，講師，碩士，從事機電系統控制教研。E-mail：grant220@163.com