路邊立體停車位模型

褚國京

研究背景

現(xiàn)在，大城市中停車位越來越緊張，尤其是老舊小區(qū)可謂一位難求。由于城市土地的緊張，新建停車場已不可能，挖掘現(xiàn)有停車場的潛力成為現(xiàn)實(shí)的選擇。現(xiàn)有的立體停車庫基本都只適用于各種固定的停車場，并且體積龐大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、安裝難度大、進(jìn)出車位比較麻煩、無法在道路邊設(shè)置。在此背景下，我開發(fā)了“路邊立體停車位”項(xiàng)目——在一個標(biāo)準(zhǔn)路邊停車位可停2輛車，可極大緩解大城市老舊小區(qū)車位緊張的狀況。

路邊立體停車位的使用：①停車時，操作車位遙控按鈕，將車位載車板向外推出、放平，再升起擋車板，將小汽車停到載板上。然后，操作車位遙控按鈕，將載車板后端頂起。當(dāng)載車板與地面成30°夾角時，載車板自動橫向移動，進(jìn)入停車位，這樣第1輛小汽車就完成停車入位。②停第2輛小汽車時，同樣操作車位遙控按鈕，將第2塊載車板向外推出、放平，升起擋車板，小汽車開上載板。后面的操作方法與停第1輛小汽車時相同，這樣1個路邊停車位就可以斜疊著停2輛車了。③取車時，操作該車位遙控按鈕，將載車板向外推出、放平，再放平擋車板，小汽車即可開走。然后，操作遙控按鈕將載車板按上述步驟收回。

科學(xué)原理

路邊立體停車位模型的研制基于“路邊立體停車位”這樣一個科技創(chuàng)新項(xiàng)目，該項(xiàng)目于2017年8月獲得了國家知識產(chǎn)權(quán)局頒發(fā)的實(shí)用新型專利證書。路邊立體停車位模型在電路方面應(yīng)用了無線電發(fā)射/接收電路、電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制電路、行程開關(guān)控制電路等;在機(jī)械方面應(yīng)用了齒輪齒條傳動、螺桿螺母傳動、軌道固定技術(shù)和杠桿支撐等機(jī)械原理。

模型的用法與教學(xué)用途

路邊立體車位分為4大部分，即停車板的頂起機(jī)構(gòu)、停車板的橫移機(jī)構(gòu)、汽車擋板的升降機(jī)構(gòu)、立體車位的遙控控制電路，下面就從這4方面介紹該模型的教學(xué)用途與用法。

停車板頂起機(jī)構(gòu)

停車板頂起機(jī)構(gòu)是路邊立體停車位模型的關(guān)鍵裝置，它要將小汽車頂起與地面成30°夾角，要求力量強(qiáng)大。經(jīng)過查閱大量的科學(xué)資料，以及向有關(guān)技術(shù)專家請教，我了解到停車板一般都采用液壓缸平行頂起裝置。但是，由于我們研制的是10：1縮小模型，沒有那么小的液壓缸，所以無法采用液壓缸原理。

停車板頂起機(jī)構(gòu)可以教授學(xué)生絲杠螺母傳動原理。共用法是：控制減速電機(jī)正反轉(zhuǎn)，帶動絲杠正反轉(zhuǎn)，從而使螺母前后移動，帶動停車板頂起和放下。學(xué)生通過操作和觀察頂起機(jī)構(gòu)的運(yùn)動，可以學(xué)習(xí)絲杠旋轉(zhuǎn)運(yùn)動帶動螺母直線運(yùn)動的原理，螺母直線運(yùn)動帶動停車板頂起運(yùn)動的原理。制作頂起機(jī)構(gòu)時，注意要使用大功率電機(jī)，增加潤滑軸承，否則無法將停車板頂起。

橫移機(jī)構(gòu)

路邊立體停車位模型的橫移機(jī)構(gòu)采用了齒輪加齒條方案。該方案是在停車位的基座上、停車板橫移方向，安裝1條與停車板寬度一樣長的齒條，再在停車板上安裝1個帶齒輪的直流減速電機(jī)，齒輪與齒條咬合，這樣電機(jī)的正反轉(zhuǎn)動就可帶動停車板的左右橫移。

橫移機(jī)構(gòu)可以教授學(xué)生學(xué)習(xí)齒輪、齒條傳動原理和滑軌滑動原理。其用法是：控制減速電機(jī)正反轉(zhuǎn)，帶動齒輪正反轉(zhuǎn)，由于電機(jī)固定在載車框架上，從而帶動載車框架沿齒條方向橫向移動;為了在移動時不偏離方向，在載車框架的兩端安裝了固定滑軌。學(xué)生通過操作和觀察橫移機(jī)構(gòu)的運(yùn)動，可以學(xué)習(xí)齒輪、齒條傳動原理，以及沿滑軌控制運(yùn)動方向原理。

擋板機(jī)構(gòu)

汽車擋板機(jī)構(gòu)的作用是阻止小汽車滑落，當(dāng)停車板的一端被頂起與地面成30°夾角時，其上面的小汽車雖然有手剎，但也有可能滑落。汽車擋板機(jī)構(gòu)擋在小汽車2個前輪的前面，防止小汽車滑落。經(jīng)過查閱大量資料，我決定采用絲杠螺母原理和杠桿原理設(shè)計汽車擋板機(jī)構(gòu)。直流減速電機(jī)帶動絲杠轉(zhuǎn)動，絲杠推動螺母，螺母帶動杠桿，杠桿的一頭與汽車擋板連接，汽車擋板的另一端由合頁固定。在螺母移動的兩端各安裝1個限位開關(guān)，這樣當(dāng)汽車擋板升起和落下到規(guī)定位置時可以自動停止，以保證汽車擋板機(jī)構(gòu)的運(yùn)行安全。

汽車擋板機(jī)構(gòu)同樣可以教授學(xué)生絲杠螺母傳動原理和杠桿工作原理。共用法是：控制減速電機(jī)正反轉(zhuǎn)，帶動絲杠正反轉(zhuǎn)和螺母前后移動;螺母連接杠桿機(jī)構(gòu)，使汽車擋板抬起和放平。學(xué)生通過操作和觀察汽車擋板機(jī)構(gòu)的運(yùn)動，可以學(xué)習(xí)絲杠旋轉(zhuǎn)運(yùn)動帶動螺母直線運(yùn)動的原理，以及螺母帶動汽車擋板杠桿運(yùn)動的原理。制作汽車擋板機(jī)構(gòu)時，2個限位開關(guān)位置的調(diào)整非常關(guān)鍵，稍不合適，電機(jī)就會損壞。

無線電遙控電路

路邊立體停車位模型控制系統(tǒng)的操作過程如下：進(jìn)出車時，先遙控橫移電機(jī)正轉(zhuǎn)，使載車架橫移出車位，觸發(fā)行程開關(guān)停止，同時觸發(fā)頂起電機(jī)正轉(zhuǎn)，將停車板放平，觸發(fā)行程開關(guān)停止;接著遙控?fù)踯嚢咫姍C(jī)反轉(zhuǎn)，將擋車板放平，觸發(fā)行程開關(guān)停止，車輛駛出或駛?cè)?在車輛駛出或駛?cè)牒螅龠b控頂起電機(jī)反轉(zhuǎn)，觸發(fā)行程開關(guān)停止，同時觸發(fā)橫移電機(jī)反轉(zhuǎn)，帶動車架橫移進(jìn)入車位;隨后遙控?fù)踯嚢咫姍C(jī)正轉(zhuǎn)，將擋車板抬起，觸發(fā)行程開關(guān)停止。

為了實(shí)現(xiàn)以上控制，我選擇了2個四路遙控電路系統(tǒng)。其中1個四路遙控系統(tǒng)的兩路控制1號停車板的頂起入位和出位放平，另外兩路控制1號汽車擋板的升起和放平;而另一個四路遙控系統(tǒng)的兩路控制立體車位2號停車板的頂起入位和出位放平，另外兩路控制2號汽車擋板的升起和放平。此外，我還安裝了12個行程開關(guān)，每4個一組，共分為3組，分別控制2個停車板的頂起和放平位置、2個停車板入位和移出位置、汽車擋板的升起和放平。

無線電遙控電路可以教授學(xué)生無線電發(fā)射和接收電路工作原理、電機(jī)驅(qū)動電路工作原理和行程開關(guān)工作原理。其用法是：操縱無線電發(fā)射電路按鈕發(fā)射信號，觀察無線電接收電路接收信號如何控制減速電機(jī)正反轉(zhuǎn)、行程開關(guān)如何控制路邊立體停車位有序運(yùn)行。學(xué)生通過操作無線電遙控電路的按鍵，觀察路邊立體停車位的運(yùn)行過程，進(jìn)而學(xué)習(xí)到相關(guān)的電路知識。

小結(jié)

路邊立體停車位模型是按10：1比例縮小的模型，它的所有功能、電路工作原理和機(jī)械工作原理完全按照實(shí)際的立體車位設(shè)計，可完整再現(xiàn)路邊立體停車位的所有功能，驗(yàn)證其可行性。該模型可作為教學(xué)模型應(yīng)用到職業(yè)技術(shù)學(xué)校機(jī)電一體化專業(yè)的教學(xué)中，在電子技術(shù)、電路與電機(jī)和機(jī)械工程設(shè)計基礎(chǔ)等課程的教學(xué)中，可以現(xiàn)場演示以上電路和機(jī)械工作原理，有助于學(xué)生在實(shí)際觀察和動手操作過程中學(xué)習(xí)相關(guān)的電路和機(jī)械知識，達(dá)到理論聯(lián)系實(shí)際、學(xué)以致用的目的。