基于中小型汽車機械式立體車庫的總體結構設計探討

摘要：近年來我國經濟飛速發展，城市里的車輛數量與可用空地的減少形成一條供不應求的矛盾，因此急需大力發展不同于傳統平面的空間車庫成為趨勢。針對各類立體車庫的結構與優點，介紹一種適用于中小型車輛使用的垂直循環立體車庫結構設計。詳細闡述了立體車庫的設計思路，包括整體鋼架結構建模與裝配、非標槽輪軌道鏈傳動、車吊籃結構設計。

關鍵詞：立體車庫；載車吊籃；運行碰撞分析；結構設計

中圖分類號：U469收稿日期：2024-11-27

DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2025.01.033

1前言

當前，隨著我國機動車標有量的不斷增加，城市停車庫供不應求［1］，因此大力推行空間利用效率高的機械式立體車庫迫在眉睫［2］。

本文探討的垂直升降立體車庫（類別代號CS）是通過配重塊連接的提升裝置與橫移裝置，最終使車輛能在豎直方向上移動到所需高度再橫移進車庫。與電梯不同的是地面設有一部轉向裝置讓車頭朝向統一，降低用戶的使用難度。一般這種車庫相對于其他類型的立體車庫來說，建筑高度較高，可高達50m。因此在安全性能、零部件精度、裝配精度要求很高，相對應成本也會直線上升。

與其他類型的立體車庫相比，該類型車庫的空間利用效率與實用性最高，節能省電且運行平穩、噪音小，對附近住生態的聲污染響小。車輛出入庫時間短、安全設備完善、操作便捷、維護成本較低、用戶體驗好。但缺點也很明顯：需留出升降裝置的通道，只能用于車輛出入過程；結構復雜、設計復雜，須有完整的閉鎖裝置和監控系統；一次性投入的初始資金極大，運營不到位容易虧損。

本文以垂直循環立體車庫為例，對其結構中機械系統的設計進行分析［3］。主要內容包括：a.鋼結構設計；b.非標槽輪軌道鏈傳動機構及運行干涉碰撞分析；c.載車吊籃的設計。

2垂直循環立體車庫總體結構方案

本設計的垂直循環立體車庫以中小型車輛尺寸為主，由表1可知基本尺寸，再考慮一些兼容性要求，可得出：長≤5000mm，寬≤1800mm，高≤1600mm，質量≤1800kg。從車庫容量不超過10輛的小型循環立體車庫取車時間應不超過90s[4]。

垂直循環立體車庫主要由土建、機械、控制三大系統組成。土建基礎要求低，在原有地基上用鋼筋混凝土為基礎，保證地基的承載力達標，車庫沉降值在地基的容許變形內即可。

輔助裝置一般由手動控制、通風、照明、消防四部分裝置組成；控制系統就像電腦硬件的驅動；傳動系統通過控制系統將各個車位位移到指定位置，以PLC編程為基礎，完成電機的基本控制，主要由操作盤、自鎖電路、中間繼電器、行程開關組成。因此，需要重點對機械系統中的鋼架結構、非標槽輪軌道鏈傳動機構、載車吊籃進行結構設計。

a.鋼架結構。

鋼架結構主要由支撐邊立柱、對拉橫梁等組成。鋼架焊接導軌，還裝有防止吊籃大幅度晃動的限位軌、電機支架。支撐邊立柱分別用高強度螺栓、墊片連接到主從動鋼架上，對拉橫梁用于連接主從動鋼架，增加整體鋼結構的穩定性。整個鋼結構的選擇和制造過程均符合GB/T3811的規范。鋼結構的焊接方式為打坡口并進行探傷檢測［5］。

b.驅動傳動系統。

立體車庫的驅動電機為變頻電機，傳動機構由蝸輪蝸桿減速器、滾子鏈條、非標槽輪軌道鏈、主傳動軸、提升鏈板組成。傳動系統核心是采用提升鏈板來提升吊車籃，提升鏈板在預定的軌道上且垂直于地面的一個平面里循環運動，從而完成車輛的存放。

c.載車吊籃。

載車吊籃主要由載車板、中心橫軸、側邊拉桿、導向裝置組成，是驅動傳動系統的輸出直接承載體，也是車輛的直接載體，其核心作用為實現車輛的停放。中心橫軸兩側連接提升鏈條外伸出的T形提升鏈板，以此跟隨傳動鏈條帶動其載車吊籃運動。這個過程中必須添加導向裝置，以防止載車吊籃在運動過程中發生晃動帶來安全隱患。

3鋼架結構

圖1為外軌尺寸。由圖1中測量數據得知，固定支撐外軌道的矩形框架，取整后的長寬尺寸為6400mm×2000mm。主體框架材料為[F250×10-GBT6728-2002Q345-GBT1591-94]方形鋼管，再考慮到根據立體車庫行業標準出口寬度大于2.15m，兩個立柱之間寬度取3m，單個立柱長度為3m。兩片框架之間的間距先在UG裝配界面下將內外軌道和鏈板以及載車吊籃約束好，求得提升鏈板距離，再由鏈輪之間的中心距（[a=2007mm]），以及帶座軸承UCP326的尺寸和減速器尺寸，確定橫梁的位置，再由縱梁連接橫梁。整體結構如圖2所示。

4非標槽輪軌道鏈傳動機構

作為傳動系統的核心之一，非標槽輪軌道鏈傳動由非標槽輪、非標鏈板、銷軸、非標滾子、提升鏈板組成。該傳動機構主要用于接收鏈傳動的輸出，由非標鏈板上的提升鏈板帶動載車吊籃循環轉動，以達到讓車輛停在正確的空間位置，如圖3所示。

引用楊元慶[6]的研究數據輔以完成設計。數據如表1所示。

槽輪為非標鏈條的驅動輪，隨著槽輪的轉動滾子從槽中被牽引，從而帶動鏈條運動，已知五齒槽輪直徑986.75mm，滾子直徑148.38mm，節距580mm，導軌圓弧半徑938.46mm。

板鏈共22節，鏈長L=22p=12.76m，則鏈速為：

[v=L2t]=0.106m/s

非標軌道鏈的傳動速度遠小于低速鏈傳動標準0.6m/s，并且非標軌道鏈傳動需質量大的車輛與載車吊籃一起做垂直循環運動，由此可見非標軌道鏈傳動屬于低速、載鏈傳動。鏈速小于0.6m/s時，主要發生靜力拉斷。

5載車板結構設計

a.載車板介紹。

載車吊籃是重要零件之一，其結構分為拼板式和框架式兩種。拼板式多為咬合拼裝，裝配前能進行表面處理；框架式載車板目前被廣泛運用，其中間突起，頂面和兩側停車道鋪設不同厚度的鋼板。鋼板要求有防滑功能，防止車輛與載車板摩擦力不夠發生滑動，鋼材剛度為厚度三次方，增加厚度能增加剛度。但厚度和質量均會顯著增大，成本也會顯著上升。

因此，為使載車板整體質量降低的同時不降低結構剛度，多采用加筋密肋結構[7-8]，具體如下：①密肋條與鋼板焊接后，其底板的相對厚度和抗彎截面增大，整體變形減小；②在降低成本又滿足使用性能情況下，對密肋板進行焊接。車輪經過的區域適當增加密肋條，其他的區域減少密肋條的數量，既降低成本又滿足需求。

b.載車板結構設計。

在查閱有關資料再結合現有車庫尺寸后，確定其設計參數為長5000mm×寬2000mm×厚4mm的Q345鋼板，進行折邊處理，并在鋼板底部焊接兩道牌號材料為Q345槽鋼的主橫肋、五道輔助矩形方管橫肋（[J50×40×4-GBT6728-2002Q345-GBT1591-94]）、一道輔助方管縱肋（[F50×4-GBT6728-2002Q345-GBT1591-94]）和兩道材料為Q345主縱肋，提高載車板的剛度。載車板周邊對稱布置側向拉桿（[Y89×6-GBT6728-2002Q345-GBT1591-94]）。載車板的前部安裝了兩個長度為400mm的∠40X4號的Q345等邊角鐵的阻車裝置，限制汽車的停放位置，如圖4所示。

6結語

本文介紹了垂直循環立體車庫的結構設計，分別對鋼架總體結構、非標槽輪軌道鏈傳動機構、載車板做了理論和數字模型上的設計，總體設計結果滿足車庫性能、環境適應性以及維修要求，方案具有可行性。

參考文獻：

[1]陳婷婷.機械式立體停車庫的設計研究[D].蘭州：蘭州大學，2013.

[2]趙耀偉.升降橫移式立體停車設備的結構分析研究[D].長安：長安大學，2018.

[3]謝友春.機械式智能立體車庫的創新設計分析[J].科技創新與應用，2018（25）：48-49.

[4]GB17907—2010機械式停車設備通用安全要求[S].

[5]JB/T10215—2000垂直循環類機械式停車設備[S].

[6]楊元慶.基于剛柔耦合的垂直循環立體車庫鏈傳動結構優化方法研究[D].濟南：山東理工大學，2022.

[7]蔣俊坤，董為民，趙重.后懸臂式立體車庫載車板的優化設計[J].起重運輸機械，2016（2）：19-22.

[8]凌赟.帶載車板緩存裝置巷道堆垛式立體停車庫存取策略的研究[D].太原：太原理工大學，2014.

作者簡介：

李青，女，1993年生，教師，助教，研究方向為機械設計及其自動化。