太陽能旋轉升降雙層停車庫

陳超 黃根 林存寧 劉卉

摘要：“太陽能旋轉升降雙層停車庫”巧妙地運用雙滑塊機構，連桿機構，鏈輪鏈條等機構。利用雙滑塊機構帶動二層托車板運動，分時同步實現水平伸出與豎直下降過程聯動。采用傳感器與機械結構相結合的方式，利用紅外傳感器、壓力開關、電子鎖、空間四桿合頁機構組成的安全系統，可立即停車并保證設備與車輛安全。通過一系列的結構設計、運動仿真以及強度校核，最終設計出一種小區家用雙層停車裝置，實現自動倒車入庫，保證兩層車輛停取時互不干擾，同時加入太陽能發電、照明設備夜間照明。

關鍵詞：新型停車裝置;太陽能;旋轉雙層;智能

中圖分類號：TG156文獻標識碼：A文章編號：1671-2064（2019）16-0000-00

0 前言

隨著人們生活水平的提高，我國機動車保有量持續增長，生活越加方便幸福的同時，人們又面臨著新的問題：一戶大多擁有兩車甚至更多，而小區的車位配比大多為一戶一車位，私家車數量與越來越緊缺的車位資源供求關系失衡。按一對夫妻一人擁有一輛車設想，一個車位至少要容納兩個車位，同時考慮到存取車時間及結構可靠程度，我們決定設計一款雙層停車裝置。除此之外，傳統停車過程往往需要倒車入位，需要較長的倒車距離，存取車時需要不斷地掉轉車頭方向，給駕駛員的操作帶來困難，且具有刮擦、碰撞其他車輛的危險，為此我們將雙層停車系統設計成旋轉升降式。

1設計方案

1.1總體說明

設備總體由動力系統和傳動系統組成。

實物圖如圖1所示。

1.2雙滑塊機構

1.2.1運動原理

雙滑塊機構如圖2所示，主要由鏈輪1，擺桿2，張緊輪3，張緊輪4，鏈輪5，剪式支撐架6，下層板7組成。電機通過減速箱帶動鏈輪1轉動，鏈輪1帶動鏈輪5，使擺桿2轉動，與剪式支撐架6共同使二層板完成伸出及下降的聯動，張緊輪3、4用于將鏈條張緊，消除空程。

1.3螺旋槽旋轉升降機構

1.3.1 運動原理

如圖3所示該機構主要由與下層板相連的中心軸，電機軸，軸承，剪氏機構，螺旋槽組成。軸承通過軸與中心軸相連。機構運動為：電機軸轉動帶動剪氏機構升降，將豎直面的平動轉換為水平面的轉動。通過3個軸承在螺旋槽內的轉動，限制旋轉角度為90°，保證旋轉機構每次旋轉到位。

1.4太陽能蓄電系統

由太陽能板收集能源，經過控制器整流后給蓄電池充電。充滿電的蓄電池分別給傳動系統、照明系統、安全系統供電。

1.5安全系統

由壓力開關、串聯四桿合頁機構 、紅外傳感器、電磁鎖組成。

1.5.1壓力開關與紅外傳感器

檢測車輛到位與否、對運動過程進行反饋。

1.5.2串聯四桿合頁機構

待車輛進入二層板，由傳感器判斷車輛停到位后，電機帶動合頁收攏，防止由于系統故障引發車輛跌落危險。

1.5.3電磁鎖

在四根立柱上分別裝有四個電磁鎖，在二層板停車到位后，電磁鎖打開，確保在故障、停電情況下，二層板不會下墜。

2 強度校核

對框架是否發生整體傾覆和螺栓強度的校核：

已知總長6m、總寬2.3m、總高3.0m，二層停車板長5.0m、寬2.0m，外伸梁長5.5m，取車重為M=2.5t，如圖4所示。

每個立柱均采用4個M16地腳螺栓固定，選擇螺栓材料為Q235、性能等級為4.6。

取安全系數

則設計總載荷為

假設左右兩側承擔載荷相等，則單邊總載荷為

由于實際中車輛發動機多為前置，使車輛重心與外伸梁中心不重合;此處假設車輛重心位于外伸梁（5.5m）的前端（以車輛進出方向為前）的1/3處，且近似為峰值是的三角形均布載荷。

均布載荷峰值為

對B點取彎矩平衡（以B點為坐標原點）

其中

解得

對整體取力平衡

解得

由于，所以此處僅校核立柱A。每個立柱均采用4個地腳螺栓固定，則每個地腳螺栓的軸向工作載荷為

由《機械設計 第九版》P83查得，此處取：

則軸向總載荷為：

螺栓公稱直徑為M16，小徑為，材料為Q235、性能等級為4.6的地腳螺栓，由《機械設計 第九版》P86表5-8查得，材料屈服極限。

由《機械設計 第九版》P87表5-10查得安全系數。

則由《機械設計 第九版》P87式5-42求得螺栓材料的許用應力

根據《機械設計 第九版》P84式5-35求得螺紋危險截面（小徑）處的計算應力為：

，螺栓強度合格。

單個螺栓可提供的最大約束力為：

綜上所述當4個立柱均采用M16的地腳螺栓時，整體框架不發生整體傾覆現象。

3設計亮點及應用前景

3.1設計亮點

（1）太陽能板供電;（2）利用螺旋槽旋轉升降機構，完成調轉車頭動作，實現自動倒車入庫;（3）早上和晚上光線不足，設置兩處燈帶，安全;（4）利用雙滑塊機構帶動二層托車板運動，分時同步實現水平伸出與豎直下降過程聯動，從而減少電機及其他電控設備所需要的工作，保證了兩輛車停放的互不干擾，減少了動力源;（5）本車庫采用紅外傳感器、壓力開關、電子鎖、空間四桿合頁機構組成的安全系統，能保證在系統運行過程中可隨時停車，保證設備與車輛安全。

3.2 應用前景

發展旋轉升降雙層停車讓人、車、路之間的相互作用關系以新的方式呈現，將調轉車頭動作交由本產品完成，減少倒車入庫距離，方便快捷，應用了環保新能源;實現停車的實時、準確、高效、安全、節能的目標，使以往交通擁堵、違章停車、交通安全、停車收費等問題得到緩解和解決，提高人們的出行效率，提升人們的日常生活質量。

4結語

“太陽能旋轉升降雙層停車庫”通過巧妙的雙滑塊機構和螺旋槽旋轉升降機構設計，實現了兩輛車停放時的互不干擾和車輛轉向，完成了預期的停車效果，增加了單位面積的停車數量，解決了小區家庭私家車位不足問題。我們全面地考慮了停車過程中會遇到的諸多問題，因此加入太陽能板為產品供電，照明燈帶照明，如果車庫安放在戶外，白天可以通過太陽能板將太陽能轉化為電能儲存在蓄電池里面供車庫全天運轉的工作需要。同時設計了完備的安全系統提高產品的安全性。在設備調試過程中我們發現設備有幾處地方仍然需要改進，我們會在以后的研究過程中加以改進。

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收稿日期：2019-07-05

基金項目：本文系天津科技大學實驗室創新基金（1801A201），市級大學生創新創業訓練計（201910057050）。

作者簡介：陳超（1998—），男，福建福州人，本科在讀，研究方向：機械結構設計。

通訊作者：劉卉（1961—），女，天津人，學士，副教授，研究方向：機械結構設計。