基于小型立體旋轉車庫的優化改進

王雪松　李鍵　伍廣源　陳培盛

【摘 要】近幾年以來，立體車庫因為其空間利用率高，在城市中逐漸被使用，開始出現在人們的視野中。然而因為立體車庫在安全性或者操作性等方面一些問題的存在，并未使其得到充分的利用。本文采用了系統分析法，[1]基于小型立體旋轉車庫，就市面上的立體車庫存在的部分問題，做出結構方面和操作方面的優化改進。同時本文作者制造出了等比例模型進行了實驗。實驗結果表明，所設計改進的立體車庫能夠穩定運行，符合理想的設計要求，能夠滿足用戶日常生活的需要。

【關鍵詞】立體旋轉車庫；優化；便捷高效；安全性

中圖分類號： U491.7；TH21 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）25-0012-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.25.005

【Abstract】In recent years，because of its high utilization rate of space，stereo garage has been used gradually in the city and began to appear in people's view.However，because of the existence of some problems in safety or operability， the stereo garage has not been fully utilized.In this paper，the system analysis method is adopted to optimize the structure and operation based on the small stereo rotating garage.At the same time， the author made an full-scale model and carried out experiments.The experimental results show that the improved stereo garage can run stably，accord with the ideal design requirements，and meet the daily needs of users.

【Key words】Rotating stereo garage；Improvement；Convenience and efficiency；Security

0 引言

在我國經濟健康快速的發展下，汽車作為一種日常代步工具，正為越來越多的人擁有。而相對于汽車的數量，停車場的數量卻遠遠跟不上。在城市中，因停車導致的問題——違章停放，道路擁堵，交通秩序混亂等問題屢見不鮮。為了有效地緩解了停車困難的問題，立體車庫被設計出來。實際上，由于人們對立體車庫的安全性，可操作性等方面的考慮，導致部分立體車庫閑置，立體車庫并沒有能最大發揮它的作用[2]。所以本文就國內現有立體旋轉車庫出發，提出立體旋轉車庫以及市面上部分車庫的不足之處。針對這些缺點，從機械結構和控制系統兩個方面提出完善缺點的方案來進行優化改良。

1 提出小型立體旋轉車庫的缺點以及設計要求

1.1 小型立體旋轉車庫的缺點

金無足赤，任何產品不可能一開始就是完美的，包括立體車庫。立體車庫盡管實現了最主要的功能即高的空間利用率，仍存在許多問題，以下一一列舉。

（1）車庫啟動噪音大，在小區中會影響用戶的作息。

（2）存取車過程復雜，在操作方面會顯得繁瑣。

（3）停電時無法取車。

（4）小型立體旋轉車庫主要靠電機制動，停電時無法制動。

（5）立體旋轉車庫的車位較難保持平衡，容易左右搖晃。

1.2 設計要求

為解決城市中小區、公園等小型密集區域中停車面積小、少的問題，并且能夠滿足人們日常生活的要求，在對小型立體旋轉車庫的優化設計應滿足以下要求：

（1）安靜，無噪音或者低噪音。

（2）停電時的取車措施以及保險措施。

（3）立體車庫運行應該快速平穩。

（4）方便快速的存取車過程。

2 解決設計方案及工作單元

2.1 解決設計方案

立體旋轉車庫在原來可停兩個車位的面積，可建造起一個可停六個車位的立體旋轉車庫。立體車庫，無需考慮倒庫、側方停車以及擔心周圍有障礙物的情況等等。首先車庫的傳動方式選擇蝸輪蝸桿傳動，這樣既使結構緊湊又降低了傳動過程的噪音[3]。其次為避免停電時無法取車的問題，在機箱增設了手搖升降裝置。第三，運用機械原理使車庫運行時車位保持穩定不晃動。最后，在安全保險方面，一方面有蝸輪蝸桿自鎖使車庫保持穩定，另一方面，當機箱內的速度探測傳感器發現中心軸轉動速度異常時，會自動松開，兩個不同方向的棘輪，使渦輪鎖緊[4]。

2.2 工作單元

立體車庫整體主要由載車模組，傳動部件，支撐部件，平衡圓輪以及控制系統等各部分組成。

車庫總體結構框圖如圖1所示。各種轉動處均安裝了軸承，降低了整個傳動過程中的摩擦力，提高了車庫運行的流暢性。車庫的運行過程中就只有一個旋轉自由度，因此控制過程非常簡單。通過solidworks建模分析[5]，在滿足停車空間的同時，運行過程中，各機械部分互不干涉。

3 各工作單元工作原理

3.1 傳動部件以及支撐部件

傳動部件由立體車庫專用電機，蝸輪蝸桿傳動件，轉動中心軸構成，而支撐部件主要分為可轉動的旋轉圓支撐和固定的車庫總支撐。電動機的扭矩通過蝸桿傳遞到渦輪。而轉動中心軸一端與渦輪固定連接，同時與整個旋轉圓支撐也是固定連接。開啟電動機之后，通過蝸輪蝸桿嚙合使中心軸穩定轉動，帶動旋轉圓支撐轉動，從而帶動與旋轉圓支撐連接的載車模組升降。

3.2 平衡圓輪

因為在載車模組與旋轉圓支撐之間是單軸可轉動連接，若無平衡裝置，必會導致載車模組在升降過程中左右搖擺。這與立體車庫的設計要求相悖，所以需要設計一個輔助部件使載車模組保持穩定。本文采用的輔助部件是一個與旋轉圓支撐一樣大小的平衡圓輪。安裝時，它的圓心相對于旋轉圓支撐的圓心向下垂直偏移適當距離，并與載車模組通過連接件固定連接。因此，在轉動過程中，由于平衡圓輪的圓心位置確定不變，從而使載車模組始終保持位置不變，即載車板恒水平。這使立體車庫在結構方面更加安全。

3.3 載車模組

載車模組為六個相同的載車板與載車模組支撐連接的部分組成，一個載車板即一個車位。

3.4 停電手搖裝置

停電手搖裝置設計在電機箱中。當停電之后，載車模組中的重力使渦輪成為主動件，因為自鎖現象的發生，使整個車庫的位置鎖定。所以如果停電之后需要取車仍需要從蝸桿端克服阻力做功，才能使車庫運行。停電手搖裝置從本質上是一個二級齒輪裝置，最高一級齒輪與手搖同軸固定，最后一級齒輪與傳動裝置中的蝸桿同軸固定。經過理論力學的分析計算，在極限位置時（車庫一端3個車位滿而另外一端3個車位空），一個正常成年男子力氣即可轉動車位取車[6]。

3.5 雙棘輪保險裝置

正常通電情況下，車庫的車位主要通過電機制動來鎖定位置。當停電時，整個車庫的制動主要依靠渦輪蝸桿的自鎖性實現。然而當蝸輪蝸桿使用到一定程度后，渦輪蝸桿可能因為表面磨損[7]等多種原因而失去自鎖性。停電時且無蝸輪蝸桿自鎖的立體旋轉車庫將失去旋轉自由度上的約束，極大可能導致安全事故的發生，造成用戶財產的損失甚至危及生命。為此在渦輪處增加一個速度探測傳感器。當速度探測傳感器探測到渦輪旋轉速度異常時，即轉動中心軸速度異常，會反饋給控制系統?？刂葡到y就會釋放兩個互為反向的棘輪，卡住渦輪，使整個立體車庫制動。同時報警，通知有關工作人員對立體車庫進行維護。因此保險裝置有效避免了安全事故發生。

4 控制系統設計

立體旋轉車庫的控制系統硬件采用的是C51單片機系統，軟件采用的是keil4。[8]立體車庫控制系統編程采用模塊化，系統程序由多個模塊組成，如初始化模塊、中斷模塊、主程序模塊及多個子程序模塊等。單片機的工作方式是自上而下，不斷循環掃描主程序，而主程序又會根據要求，調用相關子程序，部分子程序還有可能嵌套了另一個子程序，自動化程度越高的設備，程序的模塊越多。本控制系統的主程序直接調用傳感器故障自診、復位、存車、取車、取消、消息處理、發送數據等子程序模塊。在軟件系統設計中，立體車庫的主體功能通過數字量輸入使自動存取程序運行實現，例如輸入數字量“1”，立體車庫的1號車位自動運轉至車庫入口處。同時檢測轉動中心軸轉速是否正常，若失常即運行保險措施并報警。硬件設計框圖和軟件設計框圖，如下圖2和圖3所示。

5 模型運行結果與總結

依據設計做出了等比例模型，模型如圖4所示。通過對其各個功能都進行了實驗，檢查是否理論可行。實驗結果證明其各個功能基本與本文文中所述理論相同，證明本文所設計改進的立體車庫實際可行。

與現有的技術相比，本文設計改進的立體車庫并不算是最好的立體車庫，但是本文提出的立體車庫并沒有很復雜的機構，生產成本低，適合小區、公園等區域的小型停車場?，F階段，用的比較多，而且比較成熟的是垂直升降類立體停車庫。但是這種停車庫機構比較復雜，成本高，比較大型，而且不夠美觀，并不適合在小區使用。本文針對立體旋轉車庫以及市面上已經存在的立體車庫的一些問題進行了改進和解決，并且制作出了模型并成功運行。本文的提出，希望對小區、公園等需要或者可以使用小型立體車庫的機械設計有一定的幫助，進一步緩解停車難的問題，以及提高車庫安全，惠于人民。

【參考文獻】

[1]張春林，李志香，趙自強.《機械創新設計》[M].3版.北京：機械工業出版社，2016.

[2]陳新，張南.立體車庫的現狀與發展趨勢[J].《起重運輸機械》，2018（2）：65-68.

[3]濮良貴，陳國定，吳立言.《機械設計》[M].9版.北京：高等教育出版社，2013.

[4]張福學，《傳感器應用及其電路精選》[M].電子工業出版社，1991.

[5]基于Solidworks軟件的虛擬樣機技術及其應用[J].張浩，馮長建.《煤礦機械》.2004（09）：67-69.

[6]機械式手搖升降裝置的設計[J].陶高群，何曉云.《煤礦機械》.2016，37（10）：64-66.

[7]蝸桿蝸輪機構的自鎖性及其失效原因分析[J].朱正平.《中國新技術新產品》.2016（14）：43-44.

[8]智能旋轉立體車庫設計[J].張桂紅.《電子制作》.2017（02）：21-22.