半自動小區雙層停車位分析

趙蔓 馬曉磊 斯澤坤

摘? ?要：近年來，私家車數量與日俱增，車多車位少導致的停車難引起了一系列的社會問題，不僅不方便市民的出行和生活，也影響了城市的規劃和發展。解決停車難問題成為當今各大城市不得不面對的一個難題，同時也促進了停車管理行業的發展。文章中的設計是利用鏈條傳動升降技術，實現汽車的升降，再利用鋼架結構保證車輛的安全，并通過底部導軌實現裝置的橫向移動，最后利用單片機控制構成裝置的控制系統。此裝置可以實現合理利用有限小區街邊停車空間以及在無人管理下運行。

關鍵詞：半自動式;鏈條傳動;機械結構設計;單片機;立體停車

1? ? 立體停車位概述

現階段，我國經濟快速增長，人們物質生活的需求得到不斷滿足，城市建設的速度也在不斷增長，而私家車的數量與日俱增，隨之帶來的是停車產業的不斷壯大。停車場等基礎設施的建造是保證居民生活質量和經濟快速平穩增長的前提，停車難勢必會造成交通上的問題。

在車位和車輛數量嚴重失衡的背景下，亂停、無處停成了居民生活的現狀，也影響了交通和一系列的社會問題。根據“國家暢通工程”（公交管﹝2005﹞173號）的要求，每一百輛機動車中應該保有45個公告車位，然而國際通行標準城市的機動車保有量與停車位總數之比最低應為1.0∶1.2，目前國內各大城市無論按何種標準，停車位的缺口都極大，成為遏制城市發展的因素之一。

目前，市面上流通的立體式停車位主要有4種類型，即升降橫移式、垂直升降式、巷道堆垛式和簡易升降式。其中，升降橫移式立體停車場具有結構簡單、能耗低、操作簡單和造價低的特點，適用于在建筑地下室建設或平面停車庫改建工程中。該種停車庫一般有2～5層，可以根據空間和地形實現任意排列組合。垂直升降式立體停車庫適用于較高建筑中，通常會建造在城市的中心。雖然占地位置小，但是成本較高，建設時安裝和安全方面的難度較高。巷道堆垛式立體停車庫是使用堆垛機進行車輛存取的停車庫，雖然采用的是自動化操作，但是依舊存在建設難度和成本過高的問題。

本文是針對以上發展現狀設計的一個適用于路邊側方停車，可以就地改造、節約成本的新型雙層立體停車位，對半自動小區雙層停車位的工作原理進行了介紹。

2? ? 工作原理

本文設計的半自動小區雙層停車位主要由承重裝置（雙立柱）、一塊停車板和升降裝置以及動力裝置組成。運動原理：車主將車停在地面上未啟動的裝置上，下車按下裝置的啟動按鍵，控制升降的電機和控制裝置移動的電機同時啟動，電機的轉動帶動動定滑輪組的轉動，轉動鋼絲繩卷筒驅動機，鋼繩通過滑塊與板子相連，隨著鋼絲逐漸纏繞在轉軸上，停車板緩慢上升，傳感器感應到板子到達指定高度后，停車裝置再通過電機的轉動帶動滑塊進行橫向的移動，車主將車開進擋板內時，板面有凹槽卡住車輪，使其固定在裝置上，上升原理和下降原理相同。半自動小區雙層停車位模型如圖1所示。

3? ? 前后立柱的設計

立體停車位前后兩立柱是停車位支撐的主要部分，兩個立柱的設計打破以往單臂懸臂梁雙層停車的設計，使車輛有更穩定的支撐，讓板子更平穩地升降，不會因為立柱的力量不足而傾倒（見圖2），所以立柱材料的選擇以及底部穩定的結構尤為重要。在選擇上升的過程中優先考慮安全問題，其次，考慮經濟性等因素。

鋼絲繩卷筒驅動機構在起重機械上被廣泛地運用，是使用上較為成熟的技術，可以靈活地在空間中變向布置。且可以直接用肉眼判斷出鋼絲繩的失效狀況。缺點在于結構較大，在高度上也有一定的限制。

鏈條提升式在結構和經濟上都比較有優勢，且在低層電梯和立體式停車庫（垂直升降或平面移動式）上都有應用。在對停車速度要求不高的低層立體停車位中較為廣泛的使用。

立柱上的升降系統采用定滑輪和動滑輪組成的滑輪機構傳遞動力。整個動力系統由立柱頂部的定滑輪和安裝在板子上的動滑輪以及鋼絲繩卷筒驅動機組成。具體運動結構如圖3所示，電機放置在底部箱體，為此裝置提供拉力。

4? ? 停車板的設計

板子采用Q345A型鋼材，此鋼材的強度足夠普通轎車的停放，選材和大小的相關計算如下：

根據大部分私家車大小的實際情況以及參考一般側方停車車位，將停車板選定長為5 200 mm，寬為2 500 mm，厚為30 mm的鋼材。

鋼材重量M為鋼材的長（單位m）×寬（單位m）×厚（單位mm）×密度ρ（鋼鐵密度ρ=7.85 g/m3）組成，承重板結構如圖4所示，計算如下：

鋼板重量M=5.2×2.5×30×7.85=3 061.89 kg

承重板與立柱之間的連接依靠與板子連接的滑動裝置提供，如圖5—6所示。

板子在帶動汽車上升時兩端滑塊承受上升的拉力，中間承受汽車的壓力。所以滑塊與板子的連接部分會受到剪切力。剪切力的計算如下：

F（剪切力）=A（剪切面截面積）×τ（剪切應力）

A（剪切面積）=30 mm（板材厚度）×2 500 mm（板材寬度）=75 000 mm2=0.075 m2

Q345鋼板剪切應力=172.5 MPa=1.725×108 Pa

F=0.075 m2×1.725×108 Pa=1 293 t

家用小轎車重量在2 t以內，所以，板子可以帶動小汽車的上升并且不會斷裂。

5? ? 電機箱體的設計

箱體的大小：長600 mm、寬500 mm、高500 mm。箱體內部放置一長390 mm、寬360 mm、高260 mm電機帶動轉軸的運動來控制鋼絲的纏繞與放出，如圖7所示。

由前面的計算可知，板重為3 061.89 kg，小轎車重量為1～2 t。每個電機帶動兩個滑輪裝置，又因為有兩根柱子，所以每個電機只需提供1/4（板重+車重）的力便可帶動裝置的升降，左右移動則用另一電機帶動。箱體與滑軌相連，如圖8所示。

6? ? 電路設計

電源部分采用雙供電源供電，在裝置上方安裝太陽能板收集光能給蓄電池充電，當碰到陰天的情況下，蓄電池電量不足時與電網相連供電，實現裝置總體的節能效果。主開關實現整個電路系統的通斷，當出現緊急情況時，按下按鈕可以讓整個裝置停止運行，電路設計如圖9所示。

電感開關實現了停車板的定點升降，避免電機持續的轉動導致裝置損壞，且使使用者更加簡單地使用本裝置。單片機控制電機的正反轉來實現裝置的移動和升降，利用3擋開關來控制電機的正轉與反轉。控制開關示意如圖10所示。

裝置的運行如下：當使用者把開關按到下時，兩個電機反轉（同步運行），另一個電機正轉，控制板子的電機轉速與控制移動的電機轉速不同。此時，裝置往外移動，且停車板穩步下降，當裝置下降到一定位置時，接近開關靠近限位的擋片，采用了紅外式的接近開關，在離擋片一定距離之后會自動斷電，使設備在固定位置停止，隨后裝置停止運行。此時把車停至裝置上，再按上，控制升降的兩個電機正轉，其余電機延時反轉，當板子到設定的高度時，接近開關觸碰金屬片，裝置停止運行。控制器作為一個箱體固定在裝置的后方。

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