液壓電梯式立體自行車庫液壓系統設計*

鐘方飛,朱　亮△,黃先君,周　斌,張博弘,于　爽,趙續多(.北方民族大學化工學院，寧夏　銀川　7500; .寧夏北方巨源液壓工貿有限公司，寧夏　銀川　75000)

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液壓電梯式立體自行車庫液壓系統設計*

鐘方飛1,朱亮1△,黃先君2,周斌1,張博弘1,于爽1,趙續多1
(1.北方民族大學化工學院，寧夏銀川750021; 2.寧夏北方巨源液壓工貿有限公司，寧夏銀川750100)

摘要：為了減少交通工具氣體排放量，自行車使用量增加，但其停放存在很多問題，開發多種功能自行車停放裝置具有現實意義。自行車立體車庫的總體機械結構,采用電梯提升機和平移存取構型，升降機構的驅動裝置采用液壓電梯技術并用電液比例閥進行控制，電梯升降的速度和加速度變化規律不受負載的影響。全自動地下自行車車庫具有全自動化、智能化、立體化、海量存儲、存取快捷、美觀防盜的特點。

關鍵詞：液壓電梯；立體自行車庫；液壓系統設計；電液比例控制

△通訊作者：朱亮，男，博士，高級工程師，主要研究方向為先進制造技術及機電系統測控，E-mail：zhuliang_cf@hotmail.com。

1　概述

減少交通工具的尾氣排放量已經成為現階段社會各界為維護綠色環保而提出的主題之一，使用自行車作為主要的出行交通工具已被人們所接受[1]。然而自行車使用量的激增卻給市政管理等方面提出了更高要求，如果停放空間狹小，自行車外表易被破壞；亂停亂放自行車，則會影響市容市貌；自行車車道與人行道之間相互重疊，則會阻礙交通；自行車停放處無人看護時，則被盜竊頻率較高[2]。自行車停放所引發的一系列問題越來越受到關注。由此促使人們相繼開發了一系列能夠保證自行車在停放時比較安全、穩定以及可以充分利用空間等多種功能的自行車停放裝置。

2　自行車車庫現狀

自行車停車架是目前普遍使用的自行車停放裝置，該裝置使用普通金屬制成形狀各異的欄桿，利用車鎖將自行車鎖在欄桿上，有的則利用兩桿間的空隙夾持自行車車輪來保證停車的穩定性。此類自行車停放裝置安裝較簡便、制造成本低，可根據實際情況擺放，適合于自行車停放面積充足、停放時間短的場合，如街道或小區等[3]。因車架之間間隙小，當自行車存入的數量比較多時，易造成自行車之間相互阻礙和摩擦等后果，以上裝置均為露天式，易受氣候等外部環境的影響，不能對自行車起到有效的保護作用。為彌補以上缺陷，設計出了自行車停車棚。該停車棚是一種建立在固定區域上半密閉或密閉的遮蔽棚，在棚內安裝自行車停放架。其特點是結構簡單、成本較低，可以有效避免自行車受外界因素的影響、減少自行車亂停亂放行為的發生并可以保證自行車停放的穩定性[4]。但這種停車棚占地面積較大，棚頂容易損壞，需要經常維護，遮陽、防風、擋雨效果不好。以上自行車停放裝置如圖1所示，其中（a）為曲線型停車架，（b）為自行車停車

圖1　各種自行車停車裝置

3　自行車立體車庫設計

隨著機械電子技術的發展、人們生活質量的提高，全自動、方便快捷、存儲量大的新型自行車停放裝置也逐步受到重視。未來城市的自行車停放裝置將向自動化、智能化、立體化，以及海量存儲、存取快捷、美觀防盜等多功能方向發展[5]。

自動存取多層回轉立體車庫的基本結構參數如下：自行車每層排列為環形陣列；每層存放18輛；每層間距1.5m；車庫總高度12層，總長18m。立體車庫效果圖如圖2所示。

圖2　自行車立體車庫效果[1]

這是一種建設在街道地面以下深度大約18m的全自動化的自行車存放系統，可以容納216輛二輪自行車。該車庫只有入口部分露出地面，地下部分為圓柱形結構，其直徑可達10m，自行車停放架沿著圓柱形結構一層層搭建起來。整個圓柱形構架的中心空余部分用于安裝車庫的核心部分——機械手、升降電梯、機械手行走裝置以及控制電路等，以保證機械手臂進行自行車的控制、升降、夾取、檢測及安全保護等。車庫的磁卡感應裝置使用標準的智能型IC卡。這種安全防盜技術加上整個車庫的地下圓柱形結構，車庫的防盜能力得到很大提高。存車者只需將自行車放在指定位置，按下存放按鈕并且使用IC卡進行感應，停放裝置的機械手臂會自動鉗住自行車，然后存放系統門自動打開，自行車進去，把自行車存放至停放裝置的空閑位置。取回自行車也一樣迅速，只需刷一下IC卡,自行車就會自動被機械手臂傳送到取車者的面前。整個存取車過程只需30～35s。自行車庫自動管理控制系統由多個執行元件、動力源以及計算機控制系統構成，執行元件是設在每個停車單元體前端的一個機械手，動力源為液壓泵站，計算機控制系統包括中央微處理機，出卡機、讀卡機、檢測系統、停車單元控制器以及顯示屏等，車庫主要由進出口設備、庫內搬運設備、車輛存放設施、電控系統、安全檢測裝置等組成。運送自行車的裝置是在圓柱體的中心位置，這樣就可以把移動自行車的距離縮減到最小。

立體車庫的總體機械結構,采用電梯提升機和平移存取構型，要求傳動裝置可高速度運行。平移機構存取車輛時,要求起升機構具有很高的平層精度,以減小撞擊。為了保證安全、低噪聲、平移制動平穩,要求傳動裝置具有自動加減速功能,升降機構的驅動裝置采用了液壓電梯技術。

液壓電梯電液比例控制系統只起到搬運作用，無直接存取的作用，動力部分是液壓工作站。液壓電液比例速度控制通常情況下采用流量控制可以實現，此時可以利用比例節流閥、調速閥或者方向控制閥來實現[6]。而在大功率的系統中則可以采用電液比例變量液壓泵或者變量馬達來實現。

車庫所用液壓電梯運行速度的液壓控制系統原理圖如圖3所示。

圖3　液壓電梯電液比例控制系統圖

液壓電梯的轎廂利用單作用柱塞液壓缸6頂升，轎廂及負載的質量及慣性力均由液壓缸直接傳遞給地基。圖示系統用了兩個比例流量閥分別控制升降速度；3為三通比例調速閥，用以控制電梯上升速度，并且實現負載壓力匹配，節約能耗；2為二通比例調速閥，對電梯下降實現回油節流調速；5為電液安全止回閥，裝于液壓缸的端蓋上，可以防止因閥2失控或者油管破裂而造成轎廂自由下滑事故。

柱塞式液壓缸的采用，使得電梯的有關建筑不必承受很大的載荷，可采用輕型的結構；電梯的頂部不需要電氣傳動電梯那樣設置牽引機房，因此液壓電梯發展異常迅速，但是，液壓電梯的舉升高度因受到液壓缸長度所限，一般可以適用于高度35m以下的建筑物[7]，比較適合于18m高的自行車立體車庫。

電梯運行要求有特定的啟動加速和制動減速性能，以求實現乘載的舒適性和快捷性的統一。

當采用電液比例控制方式時，可以通過輸入電信號設定。由于比例調速閥的負載壓力補償性能，故輸入信號變化曲線給定后，電梯升降的速度和加速度變化規律不受負載的影響。電液比例閥組成的閉環控制系統方框圖如圖4所示。

圖4　電液比例控制系統

由于采用了電液比例控制方式，使得自行車停車裝置能夠對車輛簡單地實現程序控制、自動連續控制和遠程控制，在制造過程中，電液比例控制閥的工藝比電液伺服閥容易并且制造成本低，而效率比電液伺服閥高[8]；該控制方式把液壓傳動力量大的優點與電的靈活性、快速性等優點結合起來，能夠按比例地、連續地控制液壓系統的執行元件—轎廂運動的速度、力和方向，能夠防止速度或壓力變換時產生的液壓沖擊現象；簡化了整個車庫系統，減少了元件的使用量，其使用條件、保養和維護與一般液壓閥相同，耐污染；雖然控制性能比伺服閥差，但靜態性能和動態性能可以滿足自行車停車裝置的要求，技術上容易掌握，工作可靠；又由于對轎廂進行的是位置控制，所以，此時的電液比例閥組成了閉環控制系統。

4　結論

全自動地下自行車車庫具有全自動化、海量存儲、存取快捷、防盜的特點，適應于新時代發展特點—城市不斷擴大、人口持續增加，自行車使用量遞增，以及人們生活質量不斷提高。特別適合于北京、上海、廣州等這些人均占地面積少、出行人口密集、自行車擁有量極大的中心城市。

參考文獻：

[1]王琴,楊連發,張震,等.自行車停放裝置的開發應用現狀及發展趨勢[J].現代機械,2009(5):82-84.

[2]劉俊,劉同山,張東平,等.自動存取地下回轉式立體自行車庫系統設計[J].科技創新與應用,2013(10):10-11.

[3]徐兵,林建杰,楊華勇.液壓電梯的發展歷程及展望[J].機床與液壓,2005(10):9-10.

[4]劉俊,楊罡,陳炎欽.多層循環式自行車庫機械結構及控制系統設計[J].上海電機學院學報,2011(14),1:21-25.

[5]李松玲.船用液壓電梯液壓系統設計[J].船舶工程,2013 (35)3:78-81.

[6]孫驊.液壓電梯新型結構的設計與分析[J].機電工程技術, 2009(38),2:57-60.

[7]張魯生,許勝元.祿口機場液壓電梯性能的分析與比較[J].機床與液壓,2012(40)11:164-165.

[8]吳小平,肖杰,李培.三級同步液壓缸控制的液壓電梯仿真分析[J].機床與液壓,2013(41)10:65-68.

中圖分類號：TH137. TU976.3

*基金項目：寧夏自治區大學生創新訓練計劃資助項目(QJCX-2014-032)。