側方位存取小型升降立體車庫的設計與研究

霍海濤 梁國棟 劉 媛 董 艦 顏 偉

（天津科技大學 天津職業技術師范大學，天津 300222）

近年來，我國汽車保有量不斷增加，而停車位嚴重短缺，機械式立體車庫行業方興未艾，取得了很大的發展[1]。國內外現有的機械立體車庫種類很多，按立體車庫的存取方式可分為升降橫移式、巷道堆垛式、垂直提升式、垂直循環式、箱型水平循環式和圓形水平循環式等[2]。無論是哪種車庫，不僅涉及占地面積、建筑施工等一次性投入高的問題，而且停車要求規范比較高，對于那些駕駛技術不太嫻熟的司機來說，確實是個挑戰。本設計開發了一種便捷的側方位存取小型升降立體車庫，可使路邊停車場的停車位數量增加100%，如圖1所示。

圖1 停車位示意圖

1 系統特點

1.1 投資成本低

結構簡單、成本低、安裝空間靈活，利用現有停車土地面積，無需土地開發，建設成本低，預計一年內收回投資。

1.2 方便快捷

駕駛員側方存取車，只需將車直線開進開出車庫，克服停車駕駛技術的要求，順應人們路邊停車習慣，安全可靠。

1.3 效率高

減少停車位占用的空間，車輛可實現緊貼路邊?？?，為通行車輛留出更多空間。

1.4 適用性廣

一個車位面積可為一個單元獨立安裝，單元獨立運行，與其他車位不產生關聯，存取效率高。也可以任意幾個車位并聯組合，集中控制，進一步降低成本。

1.5 安全性高

設計中大量運用安全人機工程學理論，具有多路安全保障機構和措施。

1.6 適應國情

本車庫系統在收費員職守和用戶自助操作方面，可根據實際需要，任意選擇或相結合，適應我國停車管理的國情。

2 車庫系統的組成與工作原理

本立體車庫系統主要由底座、上下承載托盤機構、液壓連桿水平托舉機構、微型液壓系統、傳感器和控制系統等組成，如圖2所示。

圖2 車庫系統示意圖

上層承載托盤的升降系統采用了液壓連桿水平托舉機構；底層承載托盤的進出采用了液壓水平伸縮機構；上下兩層獨立運行，機構安全互鎖，運行可靠、效率高；微型液壓站系統驅動機構，運行平穩；車庫結構簡單，車輛停放在承載托盤的載車板上；控制系統為冗余安全設計，且存取操作簡單[3]。

2.1 底層車庫存取車過程

按下底層“存車接車”按鈕，系統在檢測到空庫狀態時，底層托盤平滑伸出車庫，自動放下斜坡導引板，進行“接車”。車輛駛上托盤停好后，按下“存車入庫”按鈕，系統自動收起導引板后，托盤載著車輛，收回庫內。

底層車庫取車過程：按下取車按鈕，結算存車費后，如同存車的“接車”過程，底層托盤將車送出車庫，檢測到車輛開走10s后，系統自動收回托盤，也可設置為人工操作，如圖3所示。

圖3 車庫存車示意圖

2.2 頂層車庫存取車過程

按下頂層“存車接車”按鈕，系統在檢測到上層空庫且底層托盤處于庫內時，在滿足安全防護條件下，液壓連桿水平托舉機構，緩慢將頂層托盤托舉至地面后，自動放下斜坡導引板，進行“接車”。車輛駛上托盤停好，按下頂層“存車入庫”按鈕，液壓連桿水平托舉機構緩慢托舉載著車輛的承載盤，置于頂層庫內，如圖4、圖5所示。

頂層車庫取車過程：按下取車按鈕，結算存車費后，如同存車的“接車”過程，液壓連桿水平托舉機構，緩慢將頂層存有車輛的托盤托舉至于地面，司機開走車輛，檢測到車輛開走10s后，系統檢測符合安全條件，自動托舉收回托盤。所有的自動操作功能均可由車庫所有者設置為人工操作。

圖4 車庫左右取車示意圖

圖5 車庫上下取車示意圖

3 主要功能單元設計

3.1 車庫主體結構

立體車庫主體采用雙層結構的布置形式，總體結構如圖1所示，主要由底座、上、下承載托盤、液壓連桿水平托舉機構等，采用焊接和螺栓裝配組成，安裝于水泥地基之上。結構主體采用方管、中板、角鋼、防滑花紋鋼板等型材制造，具有良好的強度和剛度、結構簡單、安裝拆卸方便、成本低等優點[4]。

3.2 承載托盤機構

承載托盤機構是主要的承載部件，承擔車輛停放的構件，由導引板、滑輪、導引板翻轉機構等組成，設計額定載荷2000kg，基本滿足我國轎車自重需要，承載托盤及附屬機構自重650kg。托盤上立有停車限位標識桿。

導引板在庫內時呈90°垂直托盤狀態，托盤出庫后，翻轉機構自動使其翻轉，與地面形成坡面，方便車輛上下承載托盤，導引板下方焊有數個加強筋。底層托盤安裝承重尼龍滑輪做支撐，支撐托盤承載著車輛平穩滑動。

3.3 底層托盤出入庫機構

底層承載托盤的出入庫機構，由伸縮液壓機構以及傳感器組成。安裝在托盤底部，和主體結構相連接的長桿液壓缸，為托盤的往復運動提供動力。液壓缸的往復工作過程是：開始階段作勻加速運動，然后變為勻速運動，最后停止階段作勻減速運動到達指定位置。

托盤移出移入距離L為2.2m，用時t為10s，忽略啟停減速因素，得出移動速度大約0.22m/s。

3.4 液壓連桿水平托舉機構

用于上層承載托盤出入庫的液壓連桿水平托舉機構，是利用平行四邊形機構的連桿平移機械特性，實現運動過程的水平托舉。托舉工作狀態如圖6所示。該機構由液壓缸、平行四邊形連桿機構、上層承載托盤和傳感器組成[5]。液壓連桿水平托舉機構是本車庫結構的關鍵，通過力學建模，使用ANSYS有限元軟件對該機構的工程強度情況進行了分析計算，保證結構設計的安全可靠。

圖6 液壓連桿水平托舉機構

5 安全設計

車庫系統運用本質安全設計，安裝有車輛高度長度限位檢測光電傳感器，并且在橫梁和立柱及其他可能觸碰的邊沿，設有尼龍擋條開關，無論是光電傳感器檢測到車輛超出位置范圍，還是在入庫過程中車輛輕觸到尼龍擋條，系統都會立即停機，并發出語音提示。

底層托盤邊沿設有觸碰保護傳感機構，托盤進出庫過程中，觸碰到物體，系統會立即停機，并發出報警和語音提示。

頂層托盤底部裝有用于視覺檢測技術的圖像傳感器和觸碰保護傳感器。在托盤下降過程中，有物體進入拖盤底部范圍或觸碰到物體，系統會立即停機，并發出報警和語音提示。

6 液壓系統

液壓系統由微型液壓站、電磁閥和油缸等執行機構組成。液壓系統采用了自保持電磁閥和止回閥設計，當系統突然停止工作時，液壓缸和液壓器件能夠鎖定并保持原有狀態不動；機械方面還設計有上升過程的止回保護機構，以及意外下降緩沖機構，通過設置在油路中的分流集流閥保持兩個液壓缸的同步運行。

為防止停電或電機發生故障，導致運行中途停機，系統還設計了手動液壓泵裝置，在手動液壓泵和電動液壓泵的出口都安裝有單向閥，然后在閥后用三通接頭合流在一起，當電動泵不能使用時，采用手動操作應急使用。

7 控制與計費系統

系統采用高性能單片機作為控制核心，工作溫度-40～105℃，具有強大的數據處理能力。

系統計時收費，既可以由管理員進行人工收繳費，也支持目前流行微信、支付寶等支付方式，方便快捷。

8 結語

本立體車庫互不干涉，使用方便，存取效率高，特別適合應用在人口密度高，又不具備建設大型立體車庫或停車場的區域，它有效解決車位供給量少的問題，給人們的生活帶來方便，提高人們生活的滿意度，適合推廣。本設計方案已獲得國家專利申請受理。