平面模塊集成化自動停車裝置的設計

孫慧超 郭金雨 楊子康 王洋 劉遠亮 張熠

摘 要 隨著機動車擁有量及其停車需求的快速增長，自動化機械式停車場近年來有了快速的發展，然而市場上已擁有的相關產品絕大多數為空間停車場，由于空間結構自身存在的安全風險及車輛存取時間較長，能耗及維護成本較高等諸多缺陷未能廣泛普及應用。本文介紹的平面模塊集成式自動停車裝置，采用平面結構的設計，并通過模塊集成，多存取口等結構特點，解決了已有產品的缺陷，在節約空間的同時安全，快速的存取車輛。

關鍵詞 機械設計 自動化停車裝置 應用研究

中圖分類號：U491 文獻標識碼：A

0前言

機械式停車設備的應用已有30余年歷史，發展較早、較好的有國家日本、韓國、德國等。在亞洲機械式停車設備采用較早、應用較普遍的是日本、 韓國和我國臺灣省 。城市停車不但要占用相當規模的土地和空間，而且停車空間的分布和集中程度與城市地級差收益的劃分情況是一致的。這就是說，城市中土地價值最高的地區，也是停車需求量最高的地區，因而使停車空間的擴展相當困難，需要付出很高的代價。機械式立體停車庫為停車難問題提供了一種解決方法，我國機械式立體停車設備的研究工作從20世紀80年代開始，目前市場上已擁有如升降橫移式，巷道堆垛式，垂直提升式等多種結構的機械化立體停車設備，但立體停車設備結構復雜，安全性低，使用風險大且成本較高等諸多缺陷限制了其廣泛的應用，市場巨大潛在市場的機械式停車產業一直未能進入高速發展時期。

為此，針對市場需求及立體停車裝置的諸多缺陷，本文設計研發了平面模塊集成化自動停車裝置，具有結構簡單安全，空間適應性強，車輛存取時間較短等諸多優點，為城市停車難問題提出了一種新的解決方案。

1平面模塊集成化自動停車裝置的設計要求及總體方案設計

1.1平面模塊集成化自動停車裝置的設計要求

結合市場立體停車裝置的缺陷及對于平面模塊集成化自動停車裝置的功能設想，我們對裝置提出了如下的設計要求：

（1）平面模塊集成化自動停車裝置為滿足對不同停車空間大小的適應性，應具有可拼接的特點，對于不同大小的空間，模塊集成出不同大小不同停車數量的裝置。

（2）平面模塊集成化自動停車裝置需要同時存取多個車輛，以節約車主的時間，故裝置應設置多列多個存取口，實現迅速存取車輛的要求。

（3）平面模塊集成化自動停車裝置，作為自動停車技術領域的設計，應實現控制全自動化的要求，存取車輛全程系統控制，方便快捷。

1.2平面模塊集成化自動停車裝置的總體設計方案

根據前文所述設計要求，設計出平面模塊集成化自動停車裝置的機械結構，示意圖如圖一所示，其結構特征共包括：（1）載車平臺；（2）平臺夾頭；（3）升降移動半月板；（4）平衡光杠；（5）升降傳動絲杠A；（6）移動平臺（含螺紋旋合）； （7）移動輪；（8）移動傳動絲杠B；（9）絲杠支架；（10）拼接軌道，此外并包含兩類步進電機，連軸器，同步帶及帶輪。

車輛存入的運行原理是：首先于每列裝置最外端額外增加一列軌道及絲杠，此位置可設為位置一。車輛準備駛入時，升降移動半月板將該列軌道預備停車位置的載車平臺裝夾，軌道兩側的升降傳動絲杠A端處步進電機同時運轉，兩根絲桿同步運轉，進而帶動升降移動半月板沿豎直方向提升，載車平臺被同時帶動提升。此時，移動傳動絲杠B端處步進電機運轉，并由同步帶輪保證兩根絲桿同步運轉，進而帶動移動平臺及移動輪沿拼接軌道縱向移動，在移動到位置一之后，升降傳動絲杠A帶動升降移動半月板及載車平臺降落，車輛駛入載車平臺。再由升降傳動絲杠A帶動升降移動半月板及載車平臺還有車輛提升，移動傳動絲杠B帶動移動平臺及移動輪沿拼接軌道運行至載車平臺原有位置，將車輛與載車平臺下落，升降移動半月板松開與載車平臺的裝夾，完成車輛的停放過程。

2平面模塊集成化自動停車裝置的具體結構設計

如圖1所示，根據裝置的總體設計方案，對裝置各個結構做出如下的具體設計說明：

結構（1）載車平臺配備于各列各節軌道，用于裝載并停放車輛，平臺可設立邊界及卡槽以防止車輛運輸過程中可能出現的滑動甚至滑落，也可在本產品上延伸配置安全裝置實現車輛的防盜。

結構（2）平臺夾頭用于裝夾載車平臺同時連接半月板，于平臺兩端同時配置安裝，平臺夾頭與半月板之間以螺栓連接（前后兩處對稱分布），與載車平臺間需采用可控制連接以保證對平臺實施裝夾后的移動及解除裝夾后于固定位置的停放。

結構（3）升降移動半月板用于連接平臺夾頭與平衡光杠及升降傳動絲杠A，與升降傳動絲杠間采用螺紋旋合，絲杠的轉動轉化為半月板的升降，與平衡光杠間采取間隙配合以防止產生較大摩擦從而增加功率及兩個零部件的受損。

結構（4）平衡光杠用于連接升降移動半月板及移動平臺，光杠與升降傳動絲杠之間以非直線排列的結構方式，提高了車輛在運輸過程中的穩定性，避免車輛與載車平臺的側擺，平衡光杠要保證一定的橫截面積并選用一定強度的材料，避免在承受端部扭矩時發生變形喪失作用，影響裝置運行。

結構（5）升降傳動絲杠A負責帶動載車平臺，平臺夾頭，升降移動半月板及所運輸車輛，使其可在豎直方向上順利移動，為保證傳動的靈活性并減小摩擦損耗，采用滾珠絲杠傳動，為保證兩根絲杠的同步運行，于同側兩根升降傳動絲杠下方接近移動平臺處分別安裝同步輪以及同步帶，步進電機可置于任一根絲杠上方通過聯軸器與移動傳動絲杠A相連，電機接驅動器，驅動器接控制板，控制步進電機正反轉及設定圈數控制結構載車平臺，平臺夾頭，升降移動半月板及所運輸車輛按照需求上升或下降

結構（6）移動平臺及結構（7）移動輪負責車輛沿拼接軌道的縱向運輸，移動平臺含內螺紋與移動傳動絲杠B旋合，以移動傳動絲杠B的旋轉帶動移動平臺的縱向移動，移動平臺橫截面積適中以在節約空間的同時不影響上方裝置平衡光杠，升降傳動絲杠A及其上同步帶輪的空間分布，移動輪在每側安置兩個或以上保證移動平臺的穩定性。

結構（8）移動傳動絲杠B帶動移動平臺及移動輪的縱向移動，為保證傳動的靈活性并減小摩擦損耗，采用滾珠絲杠傳動，為保證兩根絲杠的同步運行，于同側兩根移動傳動絲杠B分別安裝同步輪以及同步帶，步進電機安裝在任一根絲杠端部通過聯軸器與移動傳動絲杠B相連電機接驅動器，驅動器接控制板，控制步進電機正反轉及設定圈數控制結構移動平臺及移動輪的縱向移動，而對側與同側的步進電機可給予同步的啟動從而保證兩側同步。為滿足不同大小空間對裝置縱向長度的要求，移動傳動絲杠需實現可拼接性，縱向相鄰兩根絲杠分別與結合端部加工一定長度的外螺紋及一定深度的內螺紋，二者旋合連接并加銷緊固從事實現可拼接性，做到模塊集成化。

結構（9）絲杠支架及拼接軌道分別起于兩端托舉絲杠及保證移動平臺及移動輪沿軌道運行的作用，為滿足不同大小空間對裝置縱向長度的要求，拼接軌道需實現可拼接性，相鄰兩段絲杠設置螺紋連接實現可拼接性，做到模塊集成化。

為了實現可拼接性，以模塊集成化的方式廣泛適應于大小不同的停車空間，如圖2所示，傳動絲杠及運行軌道分段設置，并均可通過螺紋連接實現前后兩節或兩段（下轉第242頁）（上接第231頁）絲杠的可拼接性，可連接可拆解，不同大小的空間可選擇不同數量的傳動絲杠及軌道。傳動方面，全部采用滾珠絲杠進行傳動，避免了齒形帶回彈等因素的干擾，同時可于絲杠一端安裝同步輪及同步帶，保證絲杠的同步運行。為減少存取時間，可于橫向設置多列裝置，每列裝置可獨立運行獨立存取車輛，以多存取口的方式節約了存取時間。

3系統控制說明

本裝置的系統控制分為兩個部分，一是對軌道上傳動絲杠的控制，以實現移動平臺于相應位置的停止與啟動（設為程序A）；二是對移動平臺上傳動絲杠的控制，以實現在移動平臺停止時提升與降落載車平臺（設為程序B）。裝置兩個部分均采用單片機程序控制，將控制程序燒錄至單片機控制板中，控制板連接驅動器，驅動器連接步進電機進而控制與電機連軸的傳動絲杠。部分一控制板連接一個驅動器帶動電機，由于軌道兩側兩段絲杠用同步輪及同步帶連接，故同時控制兩段絲杠同步轉動，程序A設定：步進電機正轉n圈后停止相應間隔后反轉n圈，絲杠返回初始位置，在該間隔內程序B運行。部分二由于兩側兩段絲杠間存在載車平臺，不便設置同步帶輪，故一個控制板連接兩個驅動器帶動兩個步進電機，進而控制兩段絲杠同步轉動。程序B設定：兩步進電機x，y同時正或反轉m圈后停止，可實現車輛及載車平臺的提升及降落。

4結論

不同于市場上常見的立體停車裝置，平面模塊集成式自動停車裝置采用平面設計，結構安全可靠性高，實現了模塊集成可拼接性，多存取口全自動化等設計需求，解決了市場上立體停車裝置存在的諸多問題，為現實生活中城市狹小地帶停車空間不足，存取車輛時間長，效率低下，以及車輛隨意停放導致的車輛安全隱患及車輛質量受損的問題提供了一種新的解決方案。

參考文獻

[1] 張小娟.基于PLC控制立體車庫的設計[J].電子設計工程，2014（12）.

[2] 李東陽，宋曉芳.立體停車場概述及發展前景分析[J].價值工程，2016（12）.

[3] 張秋杰.機械式立體車庫設計綜述[J].科學與財富，2015（09）.

[4] 方超林.立體車庫的發展現狀及挑戰[J].中國高新技術企業，2013（09）.

[5] 向前峰.長絲杠加工工藝的精度保證和技術測量[J].中國科技博覽，2015（24）.

[6] 桑運曉.基于單片機的步進電機控制系統研究[J].中國科技博覽，2017（37）.

[7] 許波.試析單片機應用原理及其自動控制應用方案[J].數字技術與應用，2017（05）.