基于回轉式的立體車庫關鍵技術及結構件設計

胡義華，張樹林，靳 龍

（1.廣西科技大學工程訓練中心，廣西 柳州 545006；2.廣西科技大學鹿山學院，廣西 柳州545616；3.廣西科技大學機械工程學院，廣西 柳州545006）

0 引言

立體車庫由于具有二層或者多層結構，可以停放兩輛甚至是多輛車，同時立體車庫通過遙控或者控制柜按鈕方式存取車，與現有普通停車場相比，立體車庫可最大限度利用地面空間，存取車效率高，并且能實現自動化，能夠有效緩解停車難[1]。

小型智能立體車庫采用回轉式結構，通過可編程控制器PLC技術提供信號控制立柱、載車板等，載車板的水平運動、回轉運動、升降運動分別采用伺服電機驅動蝸輪蝸桿減速傳動機構而實現[2]，并采用回轉和升降復合運動機構。

1 智能立體車庫PLC控制技術

考慮到產品建設的需求和成本的問題，根據可編程控制器（PLC）智能化程度高、程序編寫過程中周期短、穩定性強的特點，立體車庫采用可編程控制技術（PLC），采用PLC技術設計的電路簡易、成本低、功率消耗小，而且還具采用可視化梯形圖編程使得編程周期大幅縮短，抗干擾能力強等優勢[3]。

作為回轉式智能立體車庫控制系統的可編程控制器PLC同時在運行的過程中連接傳感器和驅動部分，與其它的各部分零件進行信息交換與信息交流，從而實現相應的功能，達到完整安全的運行動作。

可編程控制器PLC實現的功能有：

（1）采用繼電器等器件為回轉式智能國庫安裝及調試過程提供觸發信號，驅動電機從而實現相應動作完成調試過程。

（2）在存取車過程中提供觸發信號，驅動電機，連續完成存取運動。

（3）由于回轉式智能車庫采用回轉式結構，在存取車過程中通過回轉存取車，回轉運動為偏轉運動，轉動慣量大，可編程控制器PLC通過與編碼器及變頻器聯動，控制回轉的速度，使得車與板在回轉過程中保持平衡及穩定，從而不會產生危險。

（4）在車輛存取過程中PLC對車輛的位置進行實時檢測，只有在車輛位置在安全規定行程時才能提供信號，如果車輛停放在安全規定行程以外或者停車過程中由于載車板的變形導致車輛移動不在安全規定行程時停止信號的輸出，從而避免車輛及立體車庫結構的損傷，保證安全[3]。

（5）可編程控制器同時對相應設備及外圍設備進行控制及相互作用，外圍設備主要是指信號輸入輸出設備，比如：運行指示燈、調試選擇開關、啟停按鈕、急停按鈕、遙控模塊等。在所有的設備中電動機是最主要的控制設備，在電動機工作過程中可編程控制器提供信號，電動機接收信號后能夠通過控制主機箱或者無線遙控上的按鈕操作兩種方式來控制車庫的運行。電機有升降電機、行走電機、回轉電機三種，在立體車庫中的升降電機直接與電源相連，行走電機采用軟走動器，回轉電機采用變頻器結構，在動作過程中的啟停主要是通過采用單片機作為上位機，通過繼電器控制下位機來實現。如果是按鈕操作，按鈕直接和PLC連接一起，可以直接控制車庫的啟停。在汽車存車過程中如果沒有停在合適的位置，通過光電開關對射檢測位置，保證位置停在規定行程位置。功能框圖如下圖1所示。

圖1 總體功能框圖

2 智能車庫關鍵結構件設計

2.1 載車板設計

載車板主要是起承載汽車的作用，在智能立體車庫結構中要求其具有安全、可靠、方便等特點，在一般的載車板設計中有鋼板壓制式（如圖 2所示）和焊接框架式（如圖3所示）兩種。鋼板壓制式結構的鋼板采用沖壓一次成型，其結構比較輕巧[4]，由于是一次成型鋼板是一個整體，結構比較美觀，但結構的特點決定其承受能力稍差，主要適用于承載要求不大的立體車庫。結構為焊接框架式的載車板采用一般采用型鋼和鋼板通過焊接拼裝而成，在焊接過程中可以通過加強筋之類的結構增加強度，這種結構的優點：可分開運輸到現場后再現場焊接，所以運輸方便，同時焊接過程中有加強筋結構，強度和剛度大，具有更高的安全性，同時通用互換性好。經過綜合對比考慮智能立體車庫采用框架式載車板，從而提高立體車庫載車板的可靠性及方便性。

圖2 壓制式載車板

圖3 焊接框架式載車板

載車板形狀的設計為中間高兩邊低的形狀，同時設置有縱橫交錯的23根加強筋。在設計過程中主要考慮汽車的重量及升降過程中受力情況，一般為增加鋼板的強度采取加厚鋼板的方式，加厚鋼板也意味著重量增加，材料成本增大，智能立體車庫在設計時采取設計加強筋的方法減輕鋼板的厚度，同時增加鋼板的強度。同時為方便停車時車子的定位，將載車板設計為中間高兩端低的結構形式，有意識引導車主進行自動定位，方便車主停車。鋼板采用花紋鋼板，能夠在車子停在板上時防止汽車滑動[5]。載車板的結構及主要用料示意圖如圖4所示，其中上部分為載車板主視圖，下部分為載車板俯視圖。

圖4 載車板結構示意圖

2.2 立柱設計

立柱是智能立體車庫結構部件中重要的結構零件，支撐整個車庫的上升及靜止停放時的受力，是立體車庫中尤為重要的組成部分，載車板通過滑座與立柱相連，載車板在上升與下降過程中以立柱為支撐柱和上下滑行的滑行軌跡，在回轉時以立柱為旋轉中心和支撐體，同時在載車板上升下降過程中由于車輛與載車板的重量產生扭矩，而且在載車板回轉工作時由于具有一定的速度具有慣性，會導致立柱彎矩的增加[6]，為了消除這種扭矩，一是依靠載車板本身的鋼板強度，二是依靠立柱的支撐，立柱材料的強度。在本項智能立體車庫設計時立柱設計主要是根據載車板承受的汽車重量及立柱所采用的材料，通過查閱設計手冊及設計經驗，立柱采用矩形鋼管[6][7]，規格為 190 × 270 × 2δ10，并借助 ANSYS軟件對立柱進行靜力及動力分析，并對其強度進行校核。

3 回轉式智能取車原理

回轉式智能車庫工作時，停在下面車位的車直接進出庫。當上面車位的車子想停車時，在隔車位一定距離的地方停車，按遙控器停車按鈕或者下車直到車庫主控機柜按停車按鈕，按照以下步驟順序運行：（1）載車板連同框架結構在水平伺服電機驅動下，通過齒條的傳動，水平移動，運動到相應位置；（2）載車板與軸承座上行一小段位移，在回轉伺服電機作用下，通過蝸輪的傳動，載車板與軸承座回轉90°[7]至與過道水平的上方；（3）通過升降伺服電機及減速機構組件和齒輪齒條的傳動，載車板與軸承座及升降機構下降，快到地面時接收信號緩慢下降直到地面相應位置，方便汽車能夠駛入載車板，并停放在規定的行程位置；（4）將車子直接停上載車板，并校正到規定行程位置，人下車，鎖好車門；（5）按遙控器存車按鈕或者下車直到車庫主控機柜按存車按鈕，載車板與軸承座及升降機構上升，上升到相應位置，載車板與軸承座回轉90°，載車板連同框架結構水平前進至規定的停車位置。取車時，操作和運行順序與停車順序相同。

4 結束語

回轉式立體車庫通過采用回轉式結構，載車板水平移動、旋轉、升降的復合式運動方式實現汽車的存取車運動，從而上面車子的存取與下面有無車子無關，下面車子的存取也不影響上面有無車子，同時能夠充分利用空間，存取車比較簡便、快捷方便，也容易實現自動化[1]。