摩天輪式立體停車庫創(chuàng)新設(shè)計(jì)①

郝鵬翔 王杰強(qiáng) 趙靜靜

(北京郵電大學(xué)世紀(jì)學(xué)院 北京 102100)

2017 年我國汽車統(tǒng)計(jì)總量大概有2.43億輛，小轎車約1.3億輛。已進(jìn)入私人購車時(shí)代，隨之而來的停車難問題擺在眼前。由于車亂放，引起的車輛案件頻繁發(fā)生。很大程度上給有車族的享受生活帶來了麻煩甚至是苦惱，同時(shí)也擾亂了社會(huì)治安秩序。而我國現(xiàn)在小區(qū)停車位的需求是顯而易見的，停車位制造業(yè)將是我國的新興產(chǎn)業(yè)，私家車的迅速發(fā)展，未來幾年我國將產(chǎn)生具有巨大市場和商機(jī)“停車經(jīng)濟(jì)”。

城市停車難造成了很多問題，比如，通常城市管理者選擇建造更多的露天停車場和地下停車場來滿足停車需求，然而這種以犧牲大量土地資源的泊車形式在當(dāng)今人口稠密、寸土寸金的城市是不合理、不切實(shí)的。近年來，國內(nèi)外對(duì)停車場所進(jìn)行了諸多探索創(chuàng)新。立體車庫即為一種行之有效的解決方法，它能有效地緩解停車難的矛盾。本文介紹的摩天輪式立體車庫借鑒摩天輪的外形、運(yùn)動(dòng)和傳動(dòng)方式，是對(duì)傳統(tǒng)車庫的再次創(chuàng)新。我們的作品克服了大型車庫的不足，采用摩天輪式，使其占地面積小，機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，且容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化式管理，造價(jià)費(fèi)低，維修費(fèi)低，存取車輛方便快捷，安全可靠。

1 機(jī)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)

1.1 機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方案

摩天輪式立體停車庫結(jié)構(gòu)簡圖如圖1所示。整個(gè)裝置由一個(gè)帶減速器的交流電機(jī)提供動(dòng)力，電機(jī)與車庫齒輪外殼4連接，為整個(gè)車庫提供旋轉(zhuǎn)動(dòng)力。汽車從地面7開進(jìn)停車滾筒1里，每個(gè)滾筒周圍由齒輪3之間的嚙合達(dá)到同步。中間軸與其中一個(gè)停車滾筒靠鏈輪連接進(jìn)行傳動(dòng)，傳動(dòng)比為1：1。因?yàn)樽畲笾睆烬X輪與中間軸為同軸轉(zhuǎn)動(dòng)，所以轉(zhuǎn)速相同，再由于鏈輪的傳動(dòng)比為1：1，且每個(gè)車庫之間又有相同的齒輪進(jìn)行傳動(dòng)，所以做到了車庫與大齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)之間的相對(duì)靜止，從而讓每個(gè)車庫停車板達(dá)到水平不變。另外需要做到車庫準(zhǔn)確的停車，在發(fā)電機(jī)軸后面安裝編碼器，實(shí)現(xiàn)摩天輪的車位準(zhǔn)確停車。

1.2 立體車庫的工作過程

停車時(shí)，工作人員將啟動(dòng)電機(jī)開關(guān)，將空車位旋轉(zhuǎn)到與地面齊平的位置，這時(shí)，司機(jī)需要將機(jī)動(dòng)車開入與地面齊平的空車位，此時(shí)將汽車熄火，離開機(jī)動(dòng)車。當(dāng)工作人員檢測到汽車內(nèi)無人員的時(shí)，并且汽車卡位確定車不會(huì)移動(dòng)，之后通過摩天輪立體車庫的控制系統(tǒng)運(yùn)行存車的指令，將已存入車的停車筒旋轉(zhuǎn)到其他角度。

取車時(shí)，取車人需要出示停車卡或者有關(guān)的停車證明，工作人員確認(rèn)無誤后，按動(dòng)開關(guān)，通過摩天輪立體車庫的控制系統(tǒng)運(yùn)行取車的指令，控制系統(tǒng)將讀取車主的參數(shù)，自動(dòng)尋找車主的機(jī)動(dòng)車位置，之后旋轉(zhuǎn)至與地面其平的位置。

1.3 鏈輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)

(1)選擇鏈輪齒數(shù)。

Z1=71，大鏈輪的齒數(shù)為Z2=i×Z1=321。

(2)計(jì)算出鏈輪的功率：

根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)查出工礦系數(shù)KA=1.75，主動(dòng)鏈輪齒數(shù)系數(shù)KZ=1.22，則計(jì)算功率。

(3)選擇鏈條型號(hào)和節(jié)距。

(4)計(jì)算出鏈節(jié)數(shù)、中心距。

一般情況下選中心距a0=(30-40)p，則取a0=40p，相應(yīng)的鏈長節(jié)數(shù)為：

比如E立方印刷材料系列的免化學(xué)處理熱敏印版Azalea 823，它有一個(gè)響亮的中文名，映山紅823，亦是愛克發(fā)為中國市場定制開發(fā)的首款數(shù)碼印版產(chǎn)品。其自2017年6月在無錫全球首發(fā)以來，受到市場熱捧，短短一年時(shí)間，國內(nèi)客戶已近70家。“我們做過計(jì)算，一年可為客戶節(jié)約用水1900萬升，減少廢液排放近2000萬升。”愛克發(fā)（無錫）印版有限公司工廠廠長陳桂珍介紹道。而另一款免化學(xué)處理紫激光印版N95VCF，受到了全國主要報(bào)社用戶的青睞。

根據(jù)實(shí)際情況選擇鏈長節(jié)數(shù)LP=318。

采用線性插值的方法，計(jì)算出中心距系數(shù)f1=0.24578，根據(jù)中心距系數(shù)得出鏈傳動(dòng)的最大中心距為：

(5)計(jì)算鏈速V，確定潤滑方式。

由V=0.8m/s和鏈號(hào)16A-1，根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》手冊(cè)確定出采用滴油潤滑。

圖1 摩天輪式立體停車庫結(jié)構(gòu)簡圖

圖2 摩天輪式立體停車庫的三維建模圖

(6)根據(jù)公式計(jì)算壓軸力FP。

鏈輪水平布置時(shí)壓軸力系數(shù)KFP=1.15，則壓軸力。

(7)主要設(shè)計(jì)結(jié)論。

確定出鏈條型號(hào)40A；鏈輪齒數(shù)Z1=21，Z2=67；鏈節(jié)數(shù)LP=318，中心距a=5000mm。

1.4 整體裝置SolidWorks建模與渲染仿真

完成主要結(jié)構(gòu)及機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)后，在SolidWorks進(jìn)行三維建模工作。其功能強(qiáng)大，可以滿足大部分機(jī)械設(shè)計(jì)工作所需，并且該軟件具有較強(qiáng)的兼容性。在采用三維設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行三維建模時(shí)首先要進(jìn)行各零件尺寸的確定，通過繪制草圖來確定零件在兩個(gè)坐標(biāo)軸上的尺寸，之后再通過拉伸切除、拔模等指令使其三維化，成為一個(gè)立體的圖形，通過對(duì)設(shè)計(jì)中所有零件進(jìn)行繪制，并將其按照同軸、貼合、間隙等配合方式組建成裝配體，最終完成三維設(shè)計(jì)工作，得到摩天輪式立體停車庫的虛擬樣機(jī)如圖2所示。

2 創(chuàng)新點(diǎn)

（1）通過每個(gè)滾筒周圍由齒輪之間的嚙合達(dá)到同步同步運(yùn)動(dòng)，中間軸與其中一個(gè)停車滾筒靠鏈輪連接進(jìn)行傳動(dòng)，可有效實(shí)現(xiàn)車輛的平衡，利用一個(gè)交流電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)了全部車輛在停車裝置內(nèi)的位置水平，可靠性更好；

（2）采用半封閉式結(jié)構(gòu)，解決了同類吊籃式垂直循環(huán)車庫內(nèi)車輛隨風(fēng)搖擺的問題，采用車輛內(nèi)置，避免風(fēng)吹雨淋，結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)固；

（3）只利用一個(gè)電機(jī)提供動(dòng)力，減少使用傳感器單片機(jī)，易于安裝，后期易于維護(hù)；

（4）節(jié)約場地，可以根據(jù)不同場地情況調(diào)整安裝位置，例如半地上半地下結(jié)構(gòu)，全地上或全地下；

（5）美觀實(shí)用，可以為老舊小區(qū)增添一個(gè)美麗的風(fēng)景，為城市增加一個(gè)地標(biāo)性建筑。

3 結(jié)語

本文設(shè)計(jì)了摩天輪式立體車庫的結(jié)構(gòu)框架。根據(jù)已確定的立體車庫的框架設(shè)計(jì)模型，對(duì)立體車庫三維模型的傳動(dòng)鏈輪進(jìn)行了設(shè)計(jì)計(jì)算。最后應(yīng)用SolidWorks軟件進(jìn)行仿真，畫出三維圖，更加有視覺感。本機(jī)構(gòu)僅僅體現(xiàn)了我們的設(shè)計(jì)思路，僅僅是一個(gè)原型機(jī)，未來可以根據(jù)不同的場景，去更改不同的模塊，從而增強(qiáng)本系統(tǒng)的適應(yīng)性，延展性。