便捷多功能轎車側方停車機電裝置設計

原梓皓 林權 盧帥龍 林鑫 俞楓

摘要：基于當前住宅小區停車難的狀況，研發設計了便捷式多功能轎車側方位停車裝置，該裝置主要由基礎支架、車輛承載板、地面導軌系統、底層兩輪車停車位平臺、升降傳動系統以及橫移傳動系統、電控系統等組成，利用對已有停車位的改造，通過水平移動和傾斜停放轎車，大幅縮小了側方停車位場地所需長度，節約了40%的停車空間，而且在原有場地不增加的情況下滿足了電動車、摩托車、自行車的停車需要。

關鍵詞：住宅區;斜拉式;側方位停車;空間利用;自動化

0? ? 引言

隨著時代發展、社會進步，人民生活日漸豐富，汽車已成為新時代人們的必備工具。但是當前住宅小區車輛停放擁擠和無序一直困惱著廣大民眾，尤其是年代久遠的居民小區建設時并未考慮到汽車的快速增長所帶來的停車位緊張問題，導致有車無車位的情況激增，因此住宅小區停車難的問題亟需解決[1-6]。

鑒于此，課題組研發了一種便捷式多功能轎車側方位停車機電裝置，該裝置主要由基礎支架、車輛承載板、地面導軌系統、一層停車位平臺、升降傳動系統以及橫移傳動系統、電控系統等組成，在不改變當前住宅小區停車位的前提條件下，大幅縮小了側方停車位場地所需長度，而且在原有場地不增加的情況下滿足了電動車、摩托車、自行車的停車需要。

1? ? 支架設計

住宅小區停車裝置一般都安裝在室外，需要長時間承受風吹日曬雨淋，因此停車裝置的材料選擇應該耐腐蝕;同時，考慮到停車位的制造成本不能太高，而由于汽車重量較大，且比較貴重，因此材料的強度、剛度也要滿足使用。本裝置的整體支架材料主要選用H型鋼構，材料為45#鋼。支架橫梁采用工字形截面，查表熱軋工字鋼（GB 706—88），選用型號為18 GB 706—88的工字鋼。支架立柱截面選擇矩形，同時為了加強立柱的強度及剛度，在立柱與底部支架之間焊接肋板結構。依據轎車的尺寸，設計立柱長度為5 100 mm，橫梁寬度為3 500 mm，底部導軌的寬度為5 000 mm，長度為7 500 mm，底部橫柱的長度為5 200 mm。支架整體采用“L”型結構布局，方便車輛進出車位，底部焊接的肋板與立柱形成三角形結構，使整個機構更加穩重可靠。支架整體設計如圖1所示。

2? ? 車輛承載板設計

圖2為車輛承載板，主要作用是承載車輛，采用分體冷軋成型，該承載板為了應對汽車在傾斜抬升30°之后不溜坡的要求，設計了防滑落裝置;同時該車輛承載板在設計的時候設計了停車定位器，使汽車能平穩快速地定位?？俊榱吮ＷC車輛停取車時平穩安全，該承重板設計防滑鋼板長為6 000 mm，寬為2 500 mm，厚1 mm。承重板下方的空心矩形方鋼設計尺寸為70 mm×50 mm×4 mm，理論重量6.710 kg/m，采用4條空心矩形方鋼作為支撐，經過計算，承重板所能承受的載荷遠遠大于汽車的重量，故安全可靠。

3? ? 地面導軌設計

為了使整體停車裝置能快速地完成移動需要設計導軌，導軌需要具備抗腐蝕性、抗彎性，因此設計選用L型的等邊角鋼作為導軌。導軌上的載荷主要由立柱20 GB 707—88、橫梁18 GB 706—88、承重板、汽車自重構成。

查閱中國人民共和國標準熱軋槽鋼GB 707—88標準，20 GB 707—88的理論重量為12.777 kg/m，而立柱槽鋼總長為25 m，所以立柱槽鋼總重量為：

M1=25×12.777=319.425 kg? ? ? ? （1）

查閱中國人民共和國標準熱軋槽鋼GB 706—88標準，18 GB 706—88的理論重量為24.143 kg/m，而橫梁的總長為5 m，所以工字鋼總重量為：

M2=5×24.143=120.715 kg? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （2）

查閱鋼材理論重量表及計算公式，冷軋鋼板的密度為W1=

7.85 g/cm3，又因為鋼板長為6 000 mm，寬度為2 500 mm，厚度為1 mm，故其面積為：

S=6 m×2.5 m=15 m2? ? ? ? ? ? ? ? ?（3）

M3=W1×1 mm×S=117.75 kg? ? ? ?（4）

查閱鋼材理論重量表及計算公式，空心矩形方鋼的理論重量W2=6.710 kg/m，本裝置所用空心矩形方鋼總共4條，每條6 m，所以空心矩形方鋼總重量為：

M4=4×6 mm×W2=161.04 kg? ? ? ?（5）

以奧迪A6L3.0為例，查閱轎車自重：

M5=1×1 545=1 545 kg? （6）

所以總的重量為：

M總=M1+M2+M3+M4+M5=2 263.93 kg? ? ? ? （7）

根據L型導軌受力圖以及L型導軌的尺寸，以及導軌上所要承載的總重量，本設計采用等邊角鋼∠200 mm×200 mm×5 mm，根據角鋼的承重力計算公式得該角鋼足以滿足3 000 kg的承重量，故安全可靠。

4? ? 傳動系統設計

裝置傳動系統包括一個升降傳動系統和一個橫移傳動系統。傳動系統是核心部分，并且傳動系統直接關系到整個停車裝置的安全，傳動原理是通過啟動停車按鈕，電磁離合器1斷開，而電磁離合器2吸合，電機會帶動傳動軸轉動，軸帶動鏈條轉動，鏈條帶動絲杠轉動，進而帶動絲杠螺母轉動，此時整個裝置平移到路面上;當汽車安全停穩后，電機反轉，帶動整個裝置往里平移，當到達預定位置之后，此時電磁離合器1吸合，而電磁離合器2斷開，電機會帶動軸轉動，軸帶動斜拉板往上抬升，到達一定的角度之后，電機停止轉動，防墜落裝置開啟，即使意外斷電車輛也不會下墜。

4.1? ? 升降傳動系統

在升降傳動系統中，通過鋼絲繩傳輸升降動作，該系統主要由齒輪傳動馬達、卷軸、電磁離合器、鋼絲、棘輪以及軸組成，如圖3所示。當啟動升降傳動系統時，電磁離合器1會吸合，而電磁離合器2會斷開，電機會帶動傳動軸轉動，軸帶動滾筒，滾筒帶動鋼絲繩，而鋼絲繩帶動斜拉板（即承載板）往上抬升，當上升到30°時，電機停止轉動，棘輪卡住，防止車體墜落;當要取車時，電磁鐵吸住棘爪，軸帶動鋼絲繩，使汽車安全下降后，電機停止工作。

4.2? ? 橫移傳動系統

橫移傳動系統是實現整個停車裝置平移的關鍵部分，主要由電機、離合器、鏈條、絲杠、絲杠螺母組成，如圖4所示。該系統通過電機轉動，離合器1斷開，離合器2吸合，電機帶動軸以及鏈輪轉動，通過兩級鏈輪傳動，然后帶動絲杠轉動，絲杠帶動絲杠螺母轉動，實現整個裝置的橫移傳動。

5? ? 底層兩輪車停車位設計

住宅小區原有的一個側方位停車位在采用此裝置后，不僅可以順利快速地將轎車停放在承載板上，而且能節約40%的停車空間，每個車位可以多停放0.75輛轎車。該裝置安裝便捷性高，停車方案能在短期內實現，不僅如此，為滿足多種需求，該裝置還設計了底層電動車、自行車等兩輪車停車位。如圖5所示，底層兩輪車停車位設計在承載板的下面，它固定在地面上，高度比底層支架略高，這樣就能做到互不干涉，底層兩輪車停車位與停放轎車相互依存，但又能做到互不干涉，該裝置無論是停轎車還是取轎車都不影響停電動車、自行車。這樣的設計不僅解決了小區轎車停車難、停車亂的問題，還解決了小區摩托車、電動車、自行車的停車問題，極大地方便了用戶的使用，使停車不熟練的司機也能快速安全地停車。

6? ? 停車裝置整體結構

綜上設計，整個停車裝置的機械部分主要由支架、地面導軌、承載板、傳動系統、底層停車裝置組成，整個停車裝置如圖6所示。

7? ? 控制程序設計

圖7為停車程序流程圖，圖8為取車程序流程圖。

整個程序設計首先是初始化，然后如果是停車，按下停車按鈕，電磁離合器1會斷開，而電磁離合器2會吸合，電機會帶動軸轉動，軸帶動鏈條轉動，鏈條會帶動絲杠轉動，進而帶動絲杠螺母轉動，帶動整個裝置平移到路面上，當汽車安全停穩后，電動機反轉，帶動整個裝置往里平移，當到達預定位置之后，這時電磁離合器1會吸合，而電磁離合器2會斷開，電機會帶動軸轉動，軸帶動斜拉板往上抬升，當到達一定的角度之后，觸發限位開關，電機停止轉動，防墜落裝置開啟，實現整個裝置的平移入位。

如果按下取車按鈕，電磁離合器1會斷開，而電磁離合器2會吸合，電機會帶動軸轉動，軸帶動鏈條轉動，鏈條會帶動絲杠轉動，進而帶動絲杠螺母轉動，帶動整個裝置平移到路面上，這時電磁鐵會斷開，電磁離合器1會吸合，而電磁離合器2會斷開，電機轉動，把車平穩地放下來，電機停止，然后車開走，這時電磁離合器1會斷開，而電磁離合器2會吸合，電機會帶動軸轉動，軸帶動鏈條轉動，鏈條會帶動絲杠轉動，進而帶動絲杠螺母轉動，實現整個裝置的平移入位。如果按下急停按鈕，整個控制系統會停止，防墜落裝置開啟。

8? ? 結語

本課題研發的便捷式多功能轎車側方停車機電裝置，主要由基礎支架、車輛承載板、地面導軌系統、一層停車位平臺、升降傳動系統以及橫移傳動系統、電控系統等組成。應用該裝置不僅停車、取車方便快捷，而且占地面積小，空間利用率高，可以節省40%的車位場地，極大地改善了現有住宅小區停車難的問題，具有很大的社會意義。

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收稿日期：2019-12-18

作者簡介：原梓皓（1997—），男，山西晉城人，研究方向：機械設計制造。

通信作者：林權（1980—），男，福建福州人，碩士，副教授，研究方向：機械制造及自動化。