無避讓雙層立體車庫防墜落機構優化設計

任俊飛　吳立輝　王小希　張柏　朱登潔

摘 要：隨著經濟的快速發展和汽車保有量的大量增加，無避讓立體車庫應運而生。針對無避讓雙層立體車庫安全可靠性要求，運用ANSYS有限元分析軟件對其關鍵零部件——防墜落機構進行靜力學分析并校核其強度要求，結果驗證了該機構設計的合理性和可行性，提高了無避讓立體車庫的安全性和穩定性。

關鍵詞：無避讓立體車庫；防墜落機構；ANSYS；優化設計

中圖分類號：TH122 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2019）04-0090-02

Abstract： With the rapid development of economy and the increase of car ownership， the application of non-evading stereoscopic garage comes into being. In view of the safety and reliability requirements of the double layer solid garage without avoidance， the statics analysis and strength check of the key part of the anti-fall mechanism are carried out by using the ANSYS finite element analysis software. The results verify the rationality and feasibility of the mechanism design， thus improving the safety and stability of the no-avoidance stereo garage.

Keywords： non-avoiding solid garage； anti-fall mechanism； ANSYS； optimization design

引言

中國汽車保有量的迅速增加，使得城市交通秩序混亂、交通事故頻發，“停車難“的問題日益嚴峻[1]。為實現高效集約的停車空間，無避讓立體車庫應運而生。其具有結構簡單、成本低、空間利用率高、使用便捷的特點。無避讓立體車庫可使地面停車向空間擴展，已成為緩解城市“停車難”的重要途徑之一[2]。

然而由于無避讓立體車庫主要應用于人口密集場所，使用過程中的安全可靠性要求使得對立體車庫中防墜落裝置的設計及優化提出更高的要求。因此本文設計了一種復合式防墜落裝置，并對其關鍵部件——防墜落卡鉤進行了靜力學分析。

1 防墜落機構設計

該防墜落裝置采用機電復合式機構，對無避讓立體車庫載車板進行雙重防墜落保護，有效提高防墜落裝置的可靠性及無避讓立體車庫的安全性能。其結構如圖1所示。

在載車板升降過程中，如遇緊急斷鏈情況，上防墜落卡鉤6通過彈簧柱8的彈力作用插入到矩形孔2-1中從而保證升降箱體3處于鎖止狀態；如果遇到緊急斷電情況，彈簧電磁鐵7斷電，下防墜落卡鉤4在彈力作用下，使下防墜落卡鉤4插入到矩形孔2-1中，從而使升降箱體3處于鎖止狀態。

2 防墜落機構受力分析

如圖2所示，防墜落卡鉤受沖擊載荷時最大下降高度L為270mm，在此下降過程中，防墜落卡鉤所受的沖擊載荷為：

3 防墜落機構有限元分析

由于該機構中防墜落卡鉤所受沖擊載荷最大，所以需要保證該機構的穩定可靠[3]。因此，需要通過ANSYS對受到沖擊力的關鍵零部件進行有限元分析，驗證其結構是否滿足設計和使用要求。

3.1 防墜落卡鉤材料屬性的定義

運用Creo對防墜落卡鉤建立模型并導入ANSYS Workbench中進行優化分析，該關鍵零部件的材料屬性如表1所示。

3.2 防墜落卡鉤的網格劃分

考慮該防墜落卡鉤結構較為簡單且沖擊載荷較大，故對實體采用三角形網格[4]進行劃分，單元個數為760345，節點個數為1058264。

3.3 邊界條件設置

根據實際受力情況，對該零部件施加載荷和約束：（1）在轉軸孔內表面施加固定約束；（2）對防墜落卡鉤所受載荷進行分解，對垂直防墜落卡鉤的表面施加彎曲載荷，對平行防墜落卡鉤的表面施加擠壓載荷[5]。邊界設定的載荷如圖3所示。

3.4 防墜落卡鉤結果分析

通過ANSYS求解計算可得防墜落卡鉤的變形圖和應力圖如圖3、4所示：

對上述云圖分析可得，該零件的最大變形點出現在防墜落卡鉤的下端部，最大變形量為0.1723mm，該變形量相對于整體很小，因此對整個機構影響不大；該零件的最大應力點出現在防墜落卡鉤下端與矩形孔撞擊的剪切面，最大應力值為88.27MPa。通過強度條件分析，該零部件的最大應力遠小于材料的許用應力。因此，防墜落卡鉤的強度滿足使用要求。

4 結束語

為滿足無避讓雙層立體車庫安全可靠性要求，本文對其防墜落機構進行了整體參數設計，并運用ANSYS進行了有限元分析，其結果表明所設計的防墜落機構滿足性能要求，并驗證了該機電復合式防墜落機構的安全性和可靠性。

參考文獻：

[1]王琪，嚴政梁，陳遠華.垂直循環立體車庫中的偏置撥叉鏈傳動設計與仿真[J].機械傳動，2018（10）：68-72.

[2]許文燕，陳李盛，盧瑞文.圓環式無載車板小型立體車庫研究[J].機電工程技術，2017（11）：81-84.

[3]劉杰，劉楠 ，吳立輝.無避讓立體車庫整體設計研究[J].現代制造技術與裝備，2016（8）：91-92.

[4]Song Z L， Ran W X， Wu J S. The Research of Mechanical Automated Stereo Garage of Automobile[J]. Applied Mechanics and Materials， 2012，229-231：6.

[5]賀擁軍，鄢跡，周緒紅.考慮蒙皮效應的立體停車框架結構的靜力性能分析[J].應用力學學報，2018：1-6.

[6]劉鴻文.材料力學[M].北京：高等教育出版社，2011：31-32.