無(wú)避讓立體車庫(kù)機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)與穩(wěn)定性研究

劉鵬程

北京首鋼城運(yùn)控股有限公司

無(wú)避讓立體車庫(kù)機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)與穩(wěn)定性研究

劉鵬程

北京首鋼城運(yùn)控股有限公司

汽車數(shù)量的增長(zhǎng)在給人們出行帶來(lái)便利的同時(shí)也隨之而來(lái)的增加了靜態(tài)交通問(wèn)題。目前我國(guó)立體車庫(kù)種類多樣，功能各異，但均存在存取車時(shí)間長(zhǎng)，需倒車入庫(kù)，存取車過(guò)程繁瑣等一系列問(wèn)題，無(wú)法滿足在上下班高峰期人們便捷取車的需求。所以尋求一種高效快捷存取車輛的裝置是解決以上問(wèn)題的關(guān)鍵。無(wú)避讓立體車庫(kù)能夠會(huì)更好的對(duì)這種問(wèn)題有效解決。但是無(wú)避讓立體車庫(kù)采用的是立柱懸臂結(jié)構(gòu)，立柱和載車板是主要受力構(gòu)件，單側(cè)受力是該立體車庫(kù)的軟肋。因此本文主要就對(duì)無(wú)避讓立體車庫(kù)機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)與穩(wěn)定性進(jìn)行分析和餓探討。

無(wú)避讓立體車庫(kù)；機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)；穩(wěn)定性

1 無(wú)避讓立體車庫(kù)優(yōu)勢(shì)分析

無(wú)避讓立體停車庫(kù)在存車、取車等方面具有諸多優(yōu)勢(shì)。它是針對(duì)機(jī)械式立體車庫(kù)倒車入庫(kù)、停車、取車時(shí)間較長(zhǎng)的弊端，所設(shè)計(jì)一種新型的尤其適用于住宅小區(qū)的立體停車庫(kù)，它的最大特點(diǎn)是上層車位存取車輛的過(guò)程與下層是否有車好不沖突，該種類型立體車庫(kù)設(shè)有旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，所以上層車輛存車時(shí)就免去了倒車的麻煩，存取車過(guò)程方便快捷，多臺(tái)無(wú)避讓立體車庫(kù)可以實(shí)現(xiàn)同時(shí)存取，互不干涉。同時(shí)，該類型立體車庫(kù)下層車位結(jié)構(gòu)開(kāi)闊，便于車主的入庫(kù)和出庫(kù)，對(duì)車主的停車技術(shù)要求較低，更加便于多數(shù)人的使用。

2 無(wú)避讓立體車庫(kù)機(jī)械系統(tǒng)及結(jié)構(gòu)件設(shè)計(jì)計(jì)算

2.1 無(wú)避讓立體車庫(kù)總體尺寸設(shè)計(jì)計(jì)算

立體車庫(kù)屬于新興產(chǎn)業(yè)，國(guó)內(nèi)外關(guān)于機(jī)械式立體車庫(kù)的設(shè)計(jì)規(guī)范并不多，尤其是最基本的車輛參數(shù)以及載荷取值的選取方法并無(wú)明確規(guī)定，這給機(jī)械式立體車庫(kù)，特別是無(wú)避讓立體車庫(kù)的設(shè)計(jì)帶來(lái)了很大的困難。無(wú)避讓立體車庫(kù)主要的適用場(chǎng)所是住宅小區(qū)、商業(yè)區(qū)和寫(xiě)字樓，主要停放車輛類型為轎車，又因在此類場(chǎng)所活動(dòng)人群普遍生活水平較高，轎車類型也以大中型車輛居多大中型轎車的基本尺寸：車長(zhǎng)4.6～4.9m，車寬1.7～1.9m，車高1.3～1.6m，軸距2.7～2.9m，對(duì)無(wú)避讓立體車庫(kù)的總體尺寸進(jìn)行設(shè)計(jì)。

2.2 無(wú)避讓立體車庫(kù)提升系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)

2.2.1 提升機(jī)構(gòu)受力分析

大中型轎車的自重約在1700kg左右，考慮到停放車輛時(shí)車內(nèi)可能攜帶重物、行李等相關(guān)因素，擬定本文設(shè)計(jì)上層承載載荷為2000Kg；上文初步設(shè)計(jì)上層容車平臺(tái)(載車板)尺寸為4800x2400x80，選用Q235鋼材，密度為7.85g/cm3，估算重量為770kg；初步預(yù)估無(wú)避讓立體車庫(kù)滑座和上層容車平臺(tái)(載車板)重量1100Kg；考慮載車板承受30cm積雪時(shí)的工況，對(duì)應(yīng)雪的重量為900kg。根據(jù)以上參數(shù)可知，當(dāng)載車板滿載時(shí)，提升機(jī)構(gòu)承受的總重量G總≤1100+2000+900=4000kg。由于運(yùn)行過(guò)程中，提升機(jī)構(gòu)通過(guò)雙排鏈與滑座相連，滑座通過(guò)安裝在其兩側(cè)的滾輪實(shí)現(xiàn)沿立柱的升降運(yùn)動(dòng)。

2.2.2 提升機(jī)構(gòu)傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算

1)鏈條型號(hào)選擇

立體車庫(kù)提升機(jī)構(gòu)采用滾子鏈傳動(dòng)方式，鏈條與滑座相連。鏈傳動(dòng)只起到將電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為升降移動(dòng)的作用，不起增減速效果。根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)推薦，鏈輪選用齒數(shù)為17齒，轉(zhuǎn)速n1=14.4r/min，選用雙排鏈，其傳遞的功率為2.2KW。根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)“ISOA系列滾子鏈功率曲線圖”可選，雙排鏈條選擇20A、p=31.75mm。

2)鏈輪計(jì)算

查閱機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)可知，鏈輪節(jié)距p=31.75mm，滾子直徑d1max=19.05mm，鏈輪排距pt=35.76mm。滾子鏈鏈輪分度圓直徑d、齒頂圓直徑da、齒根圓直徑fd以及最大軸凸緣直徑dg等鏈輪基本參數(shù)和主要尺寸表示方法，其計(jì)算公式如下：

數(shù)據(jù)代入以上各式并計(jì)算得：d=172.8mm, damax=193.4mm, damin=182.5mm, df=153.75mm, dg=137.7mm, h=6.7mm, l=55.1mm, lmin=43.4mm；

查閱機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，得鏈輪軸孔的最大許用直徑，dk≤dmax，dkmax=93mm。又因鏈輪內(nèi)徑需與減速器輸出軸配合，經(jīng)查表可知，減速器輸出軸直徑為55mm，故取dk=55mm。雙排鏈輪的材料選用15或20鋼，進(jìn)行滲碳、淬火和回火處理。

2.3 無(wú)避讓立體車庫(kù)回轉(zhuǎn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算

回轉(zhuǎn)系統(tǒng)采用齒輪傳動(dòng)方式，由電動(dòng)機(jī)通過(guò)擺線針輪減速機(jī)帶動(dòng)小齒輪、中間惰輪從而帶動(dòng)大齒輪和固定在大齒輪軸一端的立柱，完成整個(gè)設(shè)備的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。為了滿足便捷取車的需求，無(wú)避讓立體車庫(kù)應(yīng)當(dāng)具有一定的性能指標(biāo)，初步設(shè)計(jì)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的回轉(zhuǎn)角度為90°，回轉(zhuǎn)一個(gè)周期所用時(shí)間為t=10～15s，則旋轉(zhuǎn)主軸的轉(zhuǎn)速應(yīng)為v旋轉(zhuǎn)=1.5～1.0r/min，為了達(dá)到平穩(wěn)運(yùn)行的特點(diǎn)，初選主軸最終旋轉(zhuǎn)速度為v=1.0r/min旋轉(zhuǎn)。

2.4 無(wú)避讓立體車庫(kù)關(guān)鍵結(jié)構(gòu)件設(shè)計(jì)計(jì)算

2.4.1 載車板設(shè)計(jì)

載車板有鋼板壓制式和焊接框架式兩種，鋼板壓制式采用沖壓一次成型，結(jié)構(gòu)輕巧，美觀，適用于承載要求不大的立體車庫(kù)中。焊接框架式載車板采用型鋼和鋼板焊接拼裝而成，可現(xiàn)場(chǎng)焊接分開(kāi)運(yùn)輸，所以它具有運(yùn)輸方便、強(qiáng)度和剛度大、通用互換性好等優(yōu)點(diǎn)。汽車停放在載車板上時(shí)，車輪輪胎與載車板以狹小平面進(jìn)行接觸，在接觸的區(qū)域內(nèi)形成應(yīng)力集中。那么，在存取車過(guò)程中，汽車處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，顯然車輪碾過(guò)的軌跡即為集中受力的部分，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，僅靠加厚鋼板無(wú)法滿足設(shè)計(jì)要求，所以此時(shí)應(yīng)考慮在鋼板底面對(duì)應(yīng)區(qū)域焊接一定數(shù)量的加強(qiáng)筋以增加其強(qiáng)度。此外，由于車輛停放在載車板上應(yīng)具有自動(dòng)定位功能，現(xiàn)將載車板設(shè)計(jì)為中間高兩端低的結(jié)構(gòu)形式，再在頂面鋪設(shè)花紋鋼板，這樣就可以防止汽車在載車板上的滑動(dòng)。

2.4.2 立柱設(shè)計(jì)

立柱是整個(gè)無(wú)避讓立體車庫(kù)中尤為重要的組成部分，從結(jié)構(gòu)功能上來(lái)講，載車板和汽車的升降運(yùn)動(dòng)需要靠它作為軌道，行走機(jī)構(gòu)和旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)則需要由它作為回轉(zhuǎn)中心。從承載需求上來(lái)講，由待泊車輛連同載車板的自重產(chǎn)生的彎矩，需要立柱進(jìn)行抗衡，而且在立柱回轉(zhuǎn)過(guò)程中，由于慣性，汽車的動(dòng)力勢(shì)能會(huì)導(dǎo)致立柱彎矩的增加。所以立柱的結(jié)構(gòu)應(yīng)滿足一定的強(qiáng)度要求。

3 穩(wěn)定性設(shè)計(jì)分析

當(dāng)一個(gè)機(jī)械組件或者組件中的某個(gè)部件的工作狀態(tài)達(dá)到了某一特定界限便無(wú)法實(shí)現(xiàn)預(yù)期設(shè)計(jì)的某個(gè)功能時(shí)，我們就稱該部件達(dá)到了“極限工作狀態(tài)”?！皹O限工作狀態(tài)”分為以下兩種：1)“承載極限工作狀態(tài)”是指組件或部件的承載能力因材料強(qiáng)度不足、疲勞破壞或過(guò)大的塑性變形等原因?qū)е缕溥_(dá)到不適于繼續(xù)承載的變形狀態(tài)。2)“使用極限工作狀態(tài)”是指組件或部件在正常使用過(guò)程中因出現(xiàn)影響正常使用的過(guò)大變形，較大裂縫，局部損壞和振動(dòng)等原因?qū)е碌慕M件達(dá)到正常使用中的某項(xiàng)規(guī)定限度的狀態(tài)。在對(duì)立體車庫(kù)穩(wěn)定性研究之前，首先應(yīng)該尋找一個(gè)穩(wěn)定性的判別準(zhǔn)則，在力的加載和結(jié)構(gòu)的變形量中，在變形的起始階段，變形量和所加載荷呈線性趨勢(shì)，當(dāng)加載某一數(shù)值的力時(shí)，載荷-位移曲線出現(xiàn)轉(zhuǎn)折，繼續(xù)增加載荷，曲線趨于水平，結(jié)構(gòu)達(dá)到極限狀態(tài)?！稒C(jī)械工程規(guī)范》中規(guī)定，像立體車庫(kù)這種帶垂直升降功能的機(jī)械設(shè)備，其正常運(yùn)行所要求結(jié)構(gòu)整體位移量不得超過(guò)設(shè)備總高的1/300。

結(jié)語(yǔ)

近年來(lái)各地區(qū)大中型城市新開(kāi)發(fā)的高密度住宅區(qū)均已開(kāi)始予以采納，甚至改建擴(kuò)容，而近些年出現(xiàn)的機(jī)械無(wú)避讓式立體車庫(kù)作為一種更為簡(jiǎn)潔、合理、停車容量更高的存車方式，正如雨后春筍般較為迅速的占領(lǐng)國(guó)內(nèi)外停車市場(chǎng)。以此在實(shí)際的設(shè)計(jì)中一定要加強(qiáng)對(duì)于機(jī)械系統(tǒng)和穩(wěn)定性的重視。

[1]陳劍.無(wú)避讓式立體車庫(kù)的動(dòng)態(tài)特性及可靠性研究[D].廣西大學(xué)，2014.

[2]陳曉陽(yáng)，陳雪琳.淺談無(wú)避讓立體車庫(kù)的應(yīng)用研究[J].科技創(chuàng)新與生產(chǎn)力，2016，07：86-88.