自行走搬運小車的設計與仿真

魏彥哲，王新

（華北理工大學 機械工程學院，河北 唐山 063210）

引言

隨著社會經濟的飛速發展，人們的生活水平不斷提高，汽車的保有量也增長迅速，導致我國城市普遍存在著停車難的問題，立體車庫應運而生。平面移動式立體車庫就是立體車庫發展的結晶，平面移動式立體車庫適應綜合化控制管理，適應與立體車庫大型化、高自動化的發展方向，[1-3]為解決停車難問題提供了新的途徑。

自行走搬運小車是連接平面移動式立體車庫和待搬運車輛的紐帶對存車效率有著巨大的影響，是平面移動式立體車庫的重要組成部分，成為立體車庫研發的關鍵。

1 搬運小車設計參數

1.1 固定夾持距搬運小車

為了在有限的設備空間盡可能多地存放更多的車輛，設備廠商按相關規范，規定車輛尺寸參數，設計出不同容車尺寸的立體車庫，或者在同一個立體車庫內部分別劃分不同區域、分別容納不同尺寸的車輛，這就是區域劃分原理[1]。

對于夾持式搬運小車，由于需要搬運不同的汽車，利用調節夾持臂夾持距離實現搬運不同的車輛，這是個非常大的誤區。由于輪胎范圍較小，劃分區域輪胎范圍會更小，固定夾持距離完全可以實現。

1.2 待搬運小車參數

參考德國大眾劃分車輛的標準，以軸距為標準將待搬運車輛分為四個系列。第一系列軸距在2米到2.3米之間，第二系列軸距在2.3米到2.7米之間。第三系列軸距在2.5米到2.9米之間，第四系列軸距在2.7米到3.1米之間。

設計標準最大車重為 2.5t，安全系數 1.3。計算得到搬運小車搬運汽車的極限重量為3.25t。

2 搬運小車設計

2.1 搬運小車結構

夾持輪胎型搬運小車主要包括五部分分別為伸縮機構，夾持提升機構，行駛機構，制動機構，和plc控制感應機構[4-7]。搬運小車詳細結構如圖1所示。

圖1 搬運小車結構

2.2 搬運小車結構特點

搬運小車第一個特點是旋轉臂夾持機構。夾持式搬運小車通過夾持將待搬運車輛夾起只要包括加持手臂的伸出與加持手臂的加持，老式橫向平移式手臂，機械手臂整體在搬運小車橫向分布，當搬運小車進入車底，機械手臂橫向伸出，再由夾持機構縱向夾持，動作繁瑣。該旋轉式手臂，機械手臂在搬運小車邊部分布，當搬運小車進入車底，機械手臂旋轉 180°機械手臂伸出，也就是說該結構可以同時完成兩個動作。旋轉式手臂動作少，節省時間，空間占用率少，更試用與搬運小車車結構設計。

表2 搬運小車參數

搬運小車第二個特點是前后車體伸縮機構，該機構選用絲杠，絲杠母加連桿，來實現搬運小車軸向方向上的伸縮。本機構的特點是：構件數目少，機構工作時占用空間小，帶有自鎖功能，無需附加鎖緊原件。

2.3 搬運小車參數

根據第二系列待搬運車輛設計搬運小車，搬運小車詳細參數如表2所示。

3 搬運小車運動仿真

3.1 搬運小車導入和約束設置

1）仿真模型的建立

使用三維軟件CREO對所設計的搬運小車實體建模，在導入ADAMS之前還需簡化模型，比如將所有的軸承座和車體合并，夾持手臂輥子和夾持臂合并，簡化導入ADAMS后的操作。因為ADAMS不可以漢化，所有中文文件導入后都會亂碼或出現其他錯誤，所以需要把所有零件保存成英式簡體。還要將重復裝配部件分別命名，比如有兩個夾持手臂卻需要保存為8個夾持手臂裝配。

2）搬運小車的導入與參數的設定

搬運小車模型如圖2所示。導入模型后，首先要設置重量的方向，即垂直行走平面的負方向（此次仿真的Z方向）。導入到ADAMS軟件的搬運小車模型，其各部件均無屬性參數，需對搬運小車每個零件進行材料的設定。

圖2 導入的簡化搬運小車模型

將模型導入到ADAMS中添加材料屬性后，需要對搬運小車各部件之間添加運動副。運動約束副包含固定副、旋轉副、移動副、圓柱副與螺旋副等。

3.2 搬運器小車機構仿真規劃

1）仿真效果

搬運小車在平面移動式立體車庫中主要完成搬運小車前行﹑軸距的伸縮和夾持臂的夾持。以此設計仿真路線。0-10秒小車前進1000mm，10-15秒小車前后伸縮，15-20秒加持手臂旋轉夾持，20-25秒小車再前進1000mm，25-30秒夾持手臂還原。

3.3 仿真結果后處理

伸縮桿A（圖中為SHENSUOGANA)在Y方向（絲桿母在絲桿移動方向）位移測量：0-10秒靜止，10-15秒移動550mm，而且速度變化由快越來越慢，20-25秒再向前行走。測量結果如圖3所示：

如圖4所示為后半車體（圖中為HCHETI)行走方向的位移測量結果和前半部車體(圖中為 QCHETI)X 方向(前進方向）的位移測量∶可以看出0-10秒前進1000mm，10-15秒前后車體伸縮，相對距離變為250mm，20-25秒前進1000mm，0-10秒前后兩部分車體相對靜止，25-30秒相對靜止，表演示搬運小車前行，同時和3圖表明伸縮軸距的實現。

圖3 伸縮桿A相對位置測量結果

圖4 距離對比

圖5 夾持臂旋轉角度

0-10秒小車駛入汽車底部，相當于搬運小車對準待搬運車輛的前輪，10-15秒調節軸距，相當于搬運小車對準待搬運車輛的后輪，15-20秒，夾持臂旋轉90°，相當于搬運小車通過夾持抬起待搬運車輛，20-25秒小車前進到預定位置，25-30秒夾持臂收回，相當于搬運小車將待搬運車輛安全送達指定位置。同個輪胎夾持臂旋轉方向不同，角度剛好相反，同輪胎夾持臂旋轉角度如圖5所示，表明搬運小車夾持的可行性。

4 結論

將待搬運小車分類，固定搬運小車夾持距，可以滿足實際要求，從而提高搬運小車穩定性。該搬運小車加持機構動作簡單，從而可以提高搬運小車效率。整體設計滿足要求，更加平穩，結構緊湊，占地面積更小。在ADAMS軟件中對搬運小車行走﹑伸縮﹑夾持過程進行仿真，仿真結果證明搬運小車可以完成指定動作。

參考文獻

[1] 梁崇彥.一種立體車庫停車場的綜合管理系統.軍民兩用技術與產品,2016,0(12);31-32

[2] 郭衛東,李守忠,馬璐.ADAMS 2013應用實例精解教程[M].機械工業出版社, 2015.

[3] 陳奎.搬運小車機械結構設計與探討[J].中國科技博覽,2010(35)∶323-323.

[4] 張明勤,韓立芳,李海青,等.叉梳式立體車庫汽車搬運器∶ CN1011 73572[P]. 2008.

[5] 上海交通大學．滾柱定位式車輛搬運器[P].中國專利：031149340,2005-11.9.

[6] 王二新.一種立體車庫搬運器[D]. CN.2005.