獨立存取雙層俯仰停車庫設計

嚴友 徐云青 李美

摘要：通過研究市場上已有的立體停車庫，設計出一款雙層俯仰停車庫以應對目前越來越嚴峻的城市停車問題。此項設計采用雙層式布局，由一套液壓系統(tǒng)提供動力，通過杠桿機構實現(xiàn)車庫整體的俯仰運動。改變車庫的俯、仰狀態(tài)實現(xiàn)上下層存車和取車的功能。上下層存取車為兩個獨立的操作，無論下層是否有車，均不會影響上層的操作，全過程上下層互不干擾。此外，在考慮了車主日常存取車習慣的前提下，還設計有一套控制系統(tǒng)，上下層分別有兩套按鈕開關，可以實現(xiàn)一鍵存車、一鍵取車的操作，整個過程方便快捷。

Abstract： By studying the existing three-dimensional parking garage， a double-layer pitching parking garage is designed to cope with the increasingly serious urban parking problem. This design adopts a double-layer layout， powered by a set of hydraulic system， and realizes the overall pitch movement through the lever mechanism. Changing the status of the garage to complete the functions of upper and lower car storage and collection. The upper and lower access are two independent operations. No matter whether there is a car in the lower layer， the operation of the upper layer will not be affected， and the upper and lower layers will not interfere with each other in the whole process. In addition， considering the daily habits of car owners， a set of control system is also designed. There are two sets of button switches on the upper and lower layers respectively， which can realize the operation of one key storage and one key pick-up. The whole process is convenient and fast.

關鍵詞：雙層車庫;獨立存取;結構設計

Key words： double-layer;independent access;structural design

中圖分類號：TP273? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）01-0190-03

0? 引言

隨著國民經(jīng)濟的高速發(fā)展，我國轎車保有量直線上升。由于中國加入世貿(mào)關稅進一步降低，2008年北京奧運及2010年上海世界博覽會等重大事件的影響，以及國內(nèi)需求的進一步拉動和“費改稅”等政策的驅動，我國的汽車工業(yè)仍將具有很大的發(fā)展空間并將繼續(xù)保持快速平穩(wěn)發(fā)展。根據(jù)住建部《城市停車設施規(guī)劃導則》的數(shù)據(jù)，停車泊位數(shù)應達到車輛保有量的1.1-1.3倍為宜。而2019年數(shù)據(jù)顯示，全國機動車保有量高達3.4億輛，假如按照1.1的比率計算，2020年我國停車泊位理論上大約需要3.74億個，然而現(xiàn)有停車位約為1.19億個左右。停車問題逐漸成為大城市迫切需要解決的難題。城市和已建小區(qū)有限的地面面積己無法提供足夠的停車車位，向空間發(fā)展成為當前解決問題的一條重要途徑。機械式立體車庫具有占地面積小、操作簡單、靈活、安全可靠等諸多獨特的優(yōu)點。智能立體車庫就應運而生成為城市交通的一個研究熱點。

本研究設計的雙層停車庫，它的最終目標是在實現(xiàn)日常存車、取車功能的基礎上，依靠俯仰機構的設計將雙層車庫上下兩層的存取過程進行獨立。充分研究車主日常存取車時對車庫的使用習慣，利用傳感器技術、PLC控制技術，達到存取車過程方便、快捷、高效的目的。通過1：8實驗樣機研究分析，本實驗方案對存取車過程的優(yōu)化效果。所設計的雙層俯仰停車庫主要包括：支撐系統(tǒng)、驅動系統(tǒng)、伸縮系統(tǒng)、鎖止系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，其中控制系統(tǒng)整合行人檢測系統(tǒng)。本研究主要對各系統(tǒng)機械結構設計進行研究，再通過實驗進行驗證。

1? 機械結構設計

本設計采用液壓驅動，車庫整體安裝位置低于地面172mm，車庫上下層通過三角形支架連接，三角形支架通過軸承和均布的3個扇形槽和底部支架連接，底部支架和地面采用固定連接。通過控制液壓缸活塞的伸出和收縮來實現(xiàn)車庫整體的俯仰動作，形成1個杠桿機構，俯仰角度為±10°≤汽車接近角，可避免汽車駛入與駛出過程發(fā)生磕碰。雙層俯仰車庫整體結構如圖1所示。

1.1 支撐轉動機構

支撐轉動機構主要由承重架、連接架及軸承系統(tǒng)組成。其中承重架支撐車庫整體以及裝載的兩輛汽車的總重量。連接架不僅連接上下層車位，而且還需要實現(xiàn)車庫俯仰運動過程中，限制其運動角度的功能。

為了保證車位與地面形成的角度小于等于汽車的接近角和離去角，即滿足汽車通過性的要求，設計要求杠桿機構在進行俯仰運動時，上仰角度和下俯角度均為10°，因此車庫整體運行角度需要被控制在20°。我們采用均布扇形槽的限位方式，如圖2所示。

三個扇形槽均布在軸承旋轉圓心周圍，通過螺栓與承重架連接。俯仰運動行程中，螺栓與扇形槽形成限位裝置。

1.2 驅動機構

在車庫前端安裝液壓活塞，與車庫整體形成杠桿機構。車庫前端與保壓式液壓活塞相連接，活塞一端與地面采用鉸鏈連接，確保活塞具有繞Y軸轉動的自由度。上下層車庫用三角形板連接，起到分割和穩(wěn)定的作用。三角形板將車庫整體通過軸承與支架連接，軸承作為車庫俯仰的支點。

車庫進行俯仰運動通過保壓式液壓活塞推動車庫前端來實現(xiàn)。相較于電機驅動方案來說，杠桿機構具有省力、節(jié)能、使用壽命長的特點，只需很小的驅動力就能將車庫連同停放的車輛頂起一定角度。通過計算，所選用方案比電機驅動方案節(jié)能80%。

1.3 限位機構

車庫在進行俯仰運動的過程中，已停入的汽車也會進行運動，為了提高設備安全性，保護汽車在運動中不會倒溜，變速箱不會因小行程的運動而受損，運用曲柄滑塊機構的相關知識，設計出衍生機構，滑塊主動驅動的滑塊翻板機構，如圖3所示。

此機構的翻板安裝在汽車前輪的后方，通過計算車輪的直徑確定具體的安裝位置。汽車駛入后，限位紅外傳感器接收到信號，通過車位底部安裝小型液壓活塞推動連桿使翻板翻起直至接觸車輪。翻板頂起與前方限位桿組成鎖止系統(tǒng)，防止車輪產(chǎn)生位移。

1.4 伸縮機構

利用平行四邊形的不穩(wěn)定性，設計方案采用平行四邊形機構與伸縮板連接的方式。上層停車時，伸縮板伸出與地面接觸形成緩坡，方便汽車駛入上層車庫。伸縮板設計有兩塊，與上層停車板通過滑軌連接。平行四邊形機構設計有三個安裝點，安裝位置如圖4所示。

平行四邊形機構兩頭均安裝有液壓活塞，以保證伸縮板在運動時有足夠的驅動力。

2? 電氣控制方案

雙層停車庫的協(xié)同控制主要是支撐轉動機構、伸縮機構和限位機構之間的協(xié)調(diào)控制。雙層停車庫在運行過程中需要密切監(jiān)控車輛是否停放到位，行人是否離開停車庫工作范圍，需要同時采集車輛信息及行人位置信息，防止安全事故的發(fā)生。

車庫采用電控液壓系統(tǒng)來驅動，液壓系統(tǒng)具有驅動力強、管路布置方便、維修成本低等特點。電氣控制系統(tǒng)采用PLC控制，具體布置方式如5所示。

經(jīng)過開關電源將220V交流電轉換成24V直流電，主體控制程序存儲于PLC控制器內(nèi)，通過控制電磁閥來實現(xiàn)控制車庫所用的動作。根據(jù)使用情況，需要調(diào)節(jié)不用部件的液壓流量以實現(xiàn)操作速度的控制，這些動作都是靠液壓調(diào)節(jié)閥來實現(xiàn)。

上層停車時需要按動存車按鈕，采用觸摸屏取代實體按鍵。觸摸屏型號為步科MT4523T，通過RS232數(shù)據(jù)線與PLC控制器相連。

在GX Developer環(huán)境下，根據(jù)所確定的控制策略進行編程。通過EV5000軟件進行觸控屏程序導入，之后連接觸控屏與PLC進行調(diào)試。觸控屏界面布置圖如圖6所示。

通過走訪車主的停車過程和停車習慣，我們確定出一套針對這個車庫的控制策略。

①初始狀態(tài)。液壓活塞收縮，車庫整體下俯10°，上下層車庫均亮綠燈（表示車位空閑）。

②下層停車。汽車駛入車位，液壓活塞無動作，車庫整體不動;車輪經(jīng)過光電傳感器，車輪翻板頂起，車輪鎖止。下層車庫亮黃燈，駕駛員走出車庫，黃燈變紅燈（表示車位有車）。

③下層取車。車輛后退經(jīng)過光電傳感器，翻板放下，汽車駛出車庫。下層車庫亮黃燈，汽車駛出后黃燈變綠燈。

④上層存車。駕駛員按動觸摸屏上存取車圖標，液壓活塞伸出，車庫整體上仰10°，伸縮板伸出與地面接觸，大致操作時間為10s。汽車駛入車庫，車輪經(jīng)過光電傳感器，車輪翻板頂起，車輪鎖止。上層車庫亮黃燈，駕駛員走出車庫。按下存車完畢圖標，伸縮板收回，液壓活塞收縮，車庫回位，黃燈變紅燈（表示車位有車）。

⑤上層取車。駕駛員按下存取車圖標，液壓活塞伸出，車庫整體上仰10°，伸縮板伸出與地面接觸。駕駛員走入車庫，上車駕駛車輛后退，車輪經(jīng)過光電傳感器，翻板放下，汽車駛出車庫。按下存取車完畢圖標，伸縮板收回，液壓活塞收縮，車庫回位，黃燈變綠燈（表示車位空閑）。

程序完畢。

根據(jù)上述指定的控制策略，首先需要確定各輸入原件和輸出原件對應的PLC接線位置，經(jīng)多次調(diào)試，最終確定接線腳分配方案如表1所示。

3? 結束語

經(jīng)過多次調(diào)試與實物實驗，證實本設計可以實現(xiàn)設計方案中預想的所有功能，包括車庫整體的俯仰運動、伸縮板的伸縮運動、曲柄滑塊翻板機構運動、扇形槽限位機構等功能。

本設計不僅可以提升小區(qū)停車面積達兩倍，而且該停車庫結構簡單，所使用材料和元器件采購方便，制造和維修成本低，耗時少。停車庫整體占地面積和地面停車位相同，小區(qū)進行停車庫安裝時無需進行非常大規(guī)模的改動，減少工程施工的情況出現(xiàn)，進而減少對業(yè)主出行的影響。

車庫上下層存取車過程互為獨立，因此存取車的時間短，不會影響車主的出行，也不會造成地下停車庫的擁堵。總體來說，杠桿式俯仰立體停車庫在充分調(diào)研、咨詢的情況下設計而得，適用性強、維護方便、使用簡便、操作易上手，具有一定的市場前景。

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