一種半嵌地式多功能醫用車庫結構設計*

繆 也 ，孫 釗 ，曹夢琪 ，張國棟 ，孫奧奇 ，李成理

（巢湖學院機械工程學院，安徽 巢湖 238000）

0 引言

隨著轎車的普及，城市汽車保有量增加，醫院地面停車位已無法滿足人們日常所需[1]，建造多功能防疫車庫勢在必行。市面上較為常見的橫移式立體車庫功能比較單一，對地上和地下的空間利用不夠合理，容車量較小，安全措施較為簡陋，適用的范圍較小，停車和取車速度慢、等待時間長，工作效率低，適應性較差，導致其市場應用率較低[2]。而且現有的地面車庫空間利用率低、占地面積大、投資成本高，不適應路邊停車位，例如一些市區街道旁的側方停車位，導致小區、街道升級改造具有較大難度[3]。

而半嵌地式多功能醫用車庫不僅適合這樣的路邊停車位，還可以在此基礎上升級改造，適合醫院等大型人流量多的場所。本文針對傳統的機械式立體車庫，創新設計了一種半嵌地式多功能醫用車庫結構，既能夠提升傳統車庫的利用率，又能夠防止在醫院中出現病毒交叉感染的情況。

1 一種半嵌地式多功能防疫車庫的結構組成及工作原理

1.1 結構組成

該車庫主要由定軌機構、防墜落機構和傳送機構組成，是一排車庫集群，每兩個車庫之間都有一個側方位輔助停車裝置，不僅可以最大化利用土地資源，而且為每輛車提供了兩個出入口，大大節約了人們取、停車的時間。定軌機構由三個滑桿和對應的滑槽組成，能夠使載車板在運動的過程中保持穩定和平衡。傳送機構由齒輪和鏈條構成，能夠保證載車板的循環交替。防墜裝置由滑桿、軸承、螺旋槽柱、棘輪構成；滑桿與鏈條的銷軸連接，再與螺旋槽柱配合；軸承與固定軸配合，通過鏈條的運動帶動滑桿，使螺旋槽柱旋轉運動；而棘輪與螺旋槽柱銜接，當載車板墜落時，棘輪會反向卡死，使得螺旋槽輪柱靜止，以達到防止載車板墜落的目的。車庫的整體結構如圖1所示。

圖1 車庫總體結構

1.2 工作原理

半嵌地式多功能醫用車庫工作時，通過電機帶動傳動安排鏈條做垂直循環作業，以循環移動的方式進行存取或停放車輛。每隔一定距離安裝一個存車點，當電機轉動時，存車點隨鏈條一起做垂直循環運動，以達到存車的目的。垂直循環車庫三維建模設計圖如圖2所示。

圖2 垂直循環車庫三維建模設計圖

2 結構設計

2.1 停車限位裝置結構設計

停車限位裝置包括兩個轉盤裝置，分別被對稱設置在停車位入口處，轉盤裝置的立體結構示意圖如圖3 所示，俯視圖如圖4 所示，沿A-A 方向的剖視圖如圖5 所示。轉盤裝置包括底座、支座、中心支柱、擋葉、彈簧、擋塊、擋板；其中，底座預埋在停車位地面內，且上端面與地面平齊，上端設有支座；底座與支座通過螺絲連接。支座與中心支柱活動連接，中心支柱外壁上設有三個擋葉，擋葉結構示意圖如圖6 所示。三個擋葉互成120°，擋葉兩側邊上分別設有一個或一個以上的輔助滾輪，底座上端且位于其中兩個擋葉之間設有兩個凹槽，凹槽內設有彈簧，彈簧上端與擋塊連接，擋塊上端呈半圓弧狀，中心支柱上端設有擋板，該擋板與中心支柱活動連接，擋板上設有裝置鎖，裝置鎖可以將中心支柱鎖住，使擋葉不能轉動，底座上端且位于擋塊上方部分設有防護殼。

圖3 轉盤裝置的立體結構示意圖

圖4 轉盤裝置俯視圖

圖5 圖4沿A-A 方向的剖視圖

該停車限位裝置具有以下優勢：1）方便、成本低，使車位的專有性得以體現，能夠有效防止車位被占、車輛亂停等現象發生；2）擋葉的設置不僅對停車位進行了限制，同時對停車位的有效空間進行了最大化利用，大大節省了地面空間。

2.2 一種具有上坡防溜車功能的減速帶結構設計

為保證立體車庫安全運行[4]，一種具有上坡防溜車功能的減速帶由迎車面減速帶、背車面減速帶、減速帶內腔、抗壓回彈裝置四部分組成，減速帶主視圖及俯視圖分別如圖7、圖8 所示。迎車面減速帶是截面為鈍角三角形的長條狀結構，減速面的傾斜角度小于迎車面減速帶止動面的傾斜角度，且迎車面減速帶的減速面寬度應大于止動面的寬度。背車面減速帶也是截面為鈍角三角形的長條狀結構，沿長度方向安裝在迎車面減速帶的止動面上，且背車面減速帶的上部止動面寬度小于下部止動面的寬度。迎車面減速帶、背車面減速帶的表面均設置有防滑紋絡，凹槽開口處設有擋板，擋板內有回位彈簧。減速帶內腔中設有抗壓回彈裝置，抗壓回彈裝置由套筒、伸縮桿、彈簧限位環和回位彈簧組成，套筒內設置有伸縮桿，伸縮桿頂端設置有彈簧限位環，伸縮桿上、套筒頂端與彈簧限位環之間套設有回位彈簧。

圖7 一種具有上坡防溜車功能的減速帶主視圖

圖8 一種具有上坡防溜車功能的減速帶俯視圖

一種具有上坡防溜車功能的減速帶具有以下優勢：1）在上側方位輔助停車裝置段可以防止汽車啟動時熄火向后溜車，減少交通事故的發生，提高安全性。2）提升了減速帶的減速效果，避免了減速帶長時間被碾壓損壞導致減速效果降低。

2.3 自由度可移動的洗車裝置結構設計

洗車裝置主要由平面任意移動機構、多級電動液壓伸縮裝置和空間2 自由度洗頭機構組成，洗車機構三維模型視圖、主視圖、側視圖分別如圖9、圖10、圖11 所示。

圖9 洗車機構三維模型視圖

圖10 洗車機構主視圖

圖11 洗車機構側視圖

平面任意移動機構由7 個皮帶輪、皮帶、滑塊、多個固定滑輪組成，主要由兩個電動機控制移動方向，平面任意移動機構的三維模型視圖和三維模型透視圖分別如圖12、圖13 所示。當兩個電動機同速反向旋轉時，滑塊沿縱向移動；當兩個電動機同速同向旋轉時，滑塊沿橫向移動；當只有一個電動機旋轉時，滑塊傾斜運動，這樣可以任意調動多級電動液壓伸縮機構和2自由度洗頭機構在車長方向的位置。

圖12 平面任意移動機構三維模型視圖

圖13 平面任意移動機構三維模型透視圖

多級電動液壓伸縮裝置主要由三級減速機構和伸縮桿構成，可以調動2 自由度洗頭機構在車寬方向的位置。2 自由度洗頭機構視圖如圖14 所示，洗頭機構主要由兩組蝸輪蝸桿配合、一組傘狀齒輪嚙合和軸承來完成洗頭機構2 自由度運動，下蝸輪與同軸傘狀齒輪連接，上蝸輪與外殼體連接，洗頭機構與另一個傘狀齒輪通過連桿連接。下蝸桿轉動，洗頭機構在殼口方向可180°旋轉；上下蝸桿一起轉動，洗頭機構可360°旋轉；綜合運動可實現洗頭機構全方位、無死角地對車身進行清洗工作。

圖14 2自由度洗頭機構視圖

2.4 載車板設計

2.4.1 載車板的尺寸

根據大眾普遍使用的中、小型車輛的尺寸規格以及國家標準中救護車的運行安全條件，載車板尺寸應符合GB 7258—2017《機動車運行安全技術條件》。本車庫針對救護車、家用車等中小型車輛，其尺寸范圍為：車長5.8 m 以下、車寬2.9 m 以下、車高2.6 m以下，質量2 200 kg 以下；單個停車位的尺寸設定為6 m（長）×3.5 m（寬）×3 m（高）。

2.4.2 載車板的選擇

載車板是用來承載庫存車輛的[5]，主要采用框架式載車板，為保證運行過程穩定，于載車板下方附加兩塊加強板，加強板的作用是削弱停放車輛的重力產生的影響，減小對載車板的損害。為達到上述目的，決定選用Q345 鋼為主要建造材料。Q345鋼的彈性模量為206 GPa，泊松比為0.28，屈服強度為345 MPa，抗拉強度為470 MPa，具有非常良好的力學性能[6]。

3 關鍵部件強度載荷分析

3.1 鏈條加長銷的設計與受力分析

對鏈條加長銷的尺寸進行設計，在存、取車過程中，銷軸受到與其連接的載車板的作用力，主要為剪切應力。如果加長銷承受的最大剪切應力在它所允許的剪切應力范圍外，則加長銷易發生剪切斷裂。因此，應首先對其進行受力計算及分析，繼而設計鏈板、槽輪等其他關聯結構。考慮調質后的45 號鋼機械性能良好，具有更高的強度、抗變形能力等特點[7]，可作為加長銷材料。45 號鋼的許用剪切應力為146 MPa。加長銷承受的最大剪切應力應小于許用剪切應力τmax。設直徑為d，最大剪切應力為Fs，車庫處于極限偏載時的重力取87 600 N，安全系數為s。則由式（1）和式（2）可求得加長銷的最小直徑為47.8 mm，在此取48 mm。本車庫加長銷直徑為50 mm，大于最小直徑，故滿足要求。

在食品腐敗菌和病原體中具有抑菌作用的化學成分，如醇類化合物和酮類化合物等也存在于花椒的精油中[21]，它們會完全抑制金黃色葡萄球菌、炭疽桿菌、枯草桿菌等10 種革蘭氏陽性菌以及變形桿菌、炭疽桿菌、霍亂弧菌等7種革蘭氏陰性菌的活性。

3.2 加強板的強度校核及計算

加強板是承受載車板和汽車的裝置，當加強板處于下降狀態時，需承載兩塊載車板和小汽車的質量，承載量較大且加強板的跨度較大，普通鋼材難以支撐[8]，因此選用Q345 鋼作為加強板的主架。車輛隨載車板在加強板上移動，停放車輛后，加強板的橫梁是加強板的主要承載單元，加強板受力情況如圖15所示。

圖15 加強板受力情況示意圖

圖中相應的計算參數為：L=3.5 m，a=0.3 m，b=2.9 m，c=0.3 m。在計算時將受力情況視為恒載，Pg=87.6 kN，為恒載數值；γg=1.2，為恒載分項系數。因此可得設計值為Pd=Pgγg=105.1 kN。

由此可計算出：

最大剪應力τmax=Ws/A=34 N/mm2；

彎曲正應力σmax=43.8 N/mm2﹤抗彎應力設計值f=295 N/mm2；

支座最大剪應力τmax=34 N/mm2﹤抗剪應力設計值fv=180 N/mm2；

綜上所述，加強板符合工況要求，可較好地保障整個車庫的運轉。

4 結語

針對垂直循環機械停車設備，本文設計了一種半嵌地式多功能循環車庫設備。該設備結構簡易，多方面運轉穩定。加強板是立體車庫的主要承重部分，其結構設計直接影響著整個車庫的安全性和穩定性，就此針對加強板進行了強度校核[9-10]，模擬現實中的真實情況，證明了該停車位結構十分穩定，安全性能高，為解決醫院停車不便提供了一種較為新穎而切實的解決辦法，具有可行性。