基于升降橫移式立體車庫的結構研究

劉雪梅 高俊 張春 洪雪芬 鄭鵬

摘 要：目前為解決停車難的問題，立體車庫逐漸出現于人們的生活中，其研究與實現正在快速發展，為了追求安全性和實用性更高的立體車庫，對立體車庫的研究已經成為熱點。本文對升降橫移式立體車庫的基本構造進行了介紹，并通過實物模型闡述了升降橫移式立體車庫的結構。首先，對立體車庫的基本構造進行了剖析，然后通過機械結構實現了車輛的停、取過程，最后通過立體車庫的研究與發展做了總結并對未來進行了展望。

關鍵詞：立體車庫;滾珠絲桿螺母副;升降橫移式

Abstract：At present，in order to solve the problem of parking difficulty the three-dimensional garage is gradually appearing in people's life.Its research and implementation are developing rapidly.In order to pursue a safer and more practical three-dimensional garage，the study of three-dimensional garage has become a hot topic.This paper describes the basic structure of the lifting and moving stereo garage and through the physical model the structure of lifting and moving stereo garage is expounded.First of all，the basic structure of stereo garage is analyzed.Then the stopping and taking process of vehicle is realized by mechanical structure.Finally，the research and development of stereoscopic garage are summarized and the future is prospected.

Key words：Stereo garage;Ball screw nut pair;Lifting and traversal type

一、緒論

當前，隨著自動化技術的不斷發展，國民經濟逐年增長，城市化不斷推進，居民收入水平也隨之提高，城市汽車保有量逐年上升，然而，汽車的停車位數量卻增長極其緩慢，停車難已經成為全社會所面臨的問題。在人們生活中，路邊亂停亂放的停車現象隨處可見，從而導致道路實際可用寬度減少造成了道路擁堵，影響了人們的生活。市中心地區及部分規模比較大的住宅小區的停車問題也越來越嚴重，停車面積嚴重不足，違章停車經常可見，停車難已成為城市發展中日益突出的矛盾。因此，如何停放更多的車輛，怎樣停放車輛等問題成為了學者思考的對象，人們開始把目光投向了立體車庫。地面長寬有限，但是可以在高度上進行改進，由此立體車庫的構想便誕生了。立體車庫提高了停車場的利用率，讓相等的停車面積可以停放較之前數倍的車輛，讓人們對此類車庫很是青睞。為此，本文就立體車庫進行了研究與討論，以及對未來立體車庫的發展做了簡單的預測。

二、立體車庫的構成

該立體車庫由PLC控制系統、[1]-[4]電機傳動機構，傳感器等組成。傳感器由壓敏電阻構成，在有車或者無車的情況下，壓敏電阻的阻值不同，由此可將車輛位置信息，車輛狀況信息進行收集，反饋給PLC并在顯示器上實時顯示，（在絲桿的末端也可以加上部分傳感器，以保證電機在安全范圍內工作），PLC接收到傳感器的信息后進行處理，選擇正確的指令后控制步進電機，步進電機通過滾珠絲桿螺母結構對車輛進行水平和垂直方向上的移動，達到取車或者停放車輛的目的。通過PLC控制系統和傳感器相互配合從而實現對車庫的整體控制，調控各機械結構進行有序的運作，實現將車輛高效而準確的停放或取出到相應位置。實現了停取車方便且最大化利用空間資源的目的。

三、立體車庫的結構設計

（一）立體車庫的框架結構

立體車庫由立柱、橫梁、以及放置載車板和停車板的支撐桿等基本結構構成。立柱之間、立柱與橫梁之間均采用高強度螺栓連接起來，車庫底層立柱也通過特殊材質的螺栓與地基穩固的連接。車庫在其上部可增加多層停車位，每層分為若干個停車位，車位與車位之間設計了合理的安全距離，既最大化利用了空間，又保證了車之間的安全距離。在立體車庫重要的承載部位采用鋼制材料，形成承重骨架。汽車載車板、停車板，以及立體車庫的支架等也均由鋼制材料制成。

（二）滾珠絲桿螺母結構

升降與橫移裝置均采用滾珠絲杠螺母結構，[5]-[7]以此達到托盤上升及橫移的目的。滾珠絲杠螺母結構是將旋轉運動轉換為直線運動，從而實現了托盤的水平橫移運動和垂直升降運動。其滾珠絲杠螺母結構的原理如圖1所示。在絲杠和螺母上都有半圓弧形的螺旋槽，當它們套裝在一起時便形成了滾珠的螺母滾道。螺母上有滾珠回路管道，將幾圈螺母滾道的兩端連接起來，構成封閉的循環滾道，并在滾道內裝滿滾珠。當絲杠旋轉時，滾珠在滾道內既自轉又沿滾道循環轉動，從而迫使螺母軸向移動基本上是滾動摩擦。

滾珠絲杠螺母結構的特點：

（1）傳動效率高，磨損損失小。滾珠絲杠螺母結構的傳動效率比常規螺母結構高。因此，功率消耗只相當于常規滾珠絲杠螺母結構的1/4—1/3。

（2）給予適當預緊，可消除絲杠和螺母的螺紋間隙，反向運動時就可以消除空行程死區，定位精度高，剛度強。

（3）運動平穩，無爬行現象，傳動精度高。

（4）有可逆性，可以從旋轉運動轉換為直線運動，也可以從直線運動轉換為旋轉運動，即絲杠和螺母都可以作為主動件。

（5）磨損小，使用壽命長。

（三）立體車庫工程圖（正、側視圖）

立體車庫的工程圖如圖2（正視圖）和圖3（側視圖）所示。在圖2中，零件1和零件8為停放車輛的載車板，零件4為感知汽車位置的傳感器，零件5為步進電機，零件6為固定機架，零件9為橫桿，零件10和11分別為托盤桿和豎直桿。在圖3中與圖2零件序號標注相同的零件則為相同零件，與圖2不同序號標注的零件2為便于汽車開入初始車位的上坡板，零件7為載車板，零件12為橫桿，零件13為放置步進電機的底座。

四、總結與展望

（一）論文總結

現如今人們生活水平的提高，車輛的擁有量逐年上升，以致停車成為一大難題，目前這個問題需亟待解決。本文就此研究了升降橫移式立體車庫的結構，其主要由滾珠絲桿螺母結構實現了托盤的水平和垂直運動來停、取車輛，使操作更加簡便與安全，同時實現了充分利用上部空間的目的，基本解決了停車難的問題。本車庫高效的利用了上層空間，能在一輛車的占地面積下在上層空間停放多輛車，充分利用了上層空間。采用模塊拼接式，可將本車庫在水平和豎直方向上根據小區停車場地的大小進行擴大或減小停車數量。同時減少甚至省卻采暖、通風、內部裝修等設施，即成本低，安裝維護方便。節能環保，本車庫機械結構簡單，[8]該車庫停、取車動作都由停車設備來完成，減少了尾氣排放，對環境的影響比較小。

（二）前景展望

升降橫移式立體車庫很好地解決了停車難的問題，但是在智能停、取車方面還大有發展，立體車庫可以與互聯網相結合，實現智能停、取車的目的。主要以手機終端為載體，通過服務器、網絡、終端全部實時連接形成一個統一的系統，當車主利用終端將信息發送至云端處理器，處理器接受并處理后，再反饋至PLC，使PLC按照車主的指令來控制車庫，使車庫執行對車輛的停、取操作，實現車主在較遠的地方就可以控制車庫，因此對于取、停過程中所需的時間進行了壓縮，還可以在立體車庫中加入監控裝置和有關傳感器，當車主需要了解自己車輛的狀況時，也可以通過手機終端，向云端處理器發出指令，云端處理器接收到信號后控制監控裝置和有關傳感器的工作，使它們將有效信息反饋至車主手機終端。當然，也可以有多個指令一起發出，云端處理器接收后一一進行處理。車主通過手機終端不及可以了解更新車位的空缺情況，還可以知道汽車的停放狀態。立體車庫在同一時間可以有序并且高效的滿足多個停、取需要，既順應了時代發展，也滿足了車主所需，做到了真正智能的立體車庫。

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通訊作者：高俊（1988-），男，助教，主要從事機電液一體化研究。