一種“積木”立體車(chē)庫(kù)的設(shè)計(jì)

肖瑩瑩

（德州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山東德州 253034）

0 引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，機(jī)動(dòng)車(chē)的保有量逐年遞增，道路擁擠、車(chē)滿為患已成為當(dāng)今快節(jié)奏社會(huì)中的最不和諧之音，發(fā)展立體車(chē)庫(kù)已成為人們的共識(shí)。目前，市場(chǎng)上的立體車(chē)庫(kù)結(jié)構(gòu)主要由簡(jiǎn)單橫向升降和垂直升降兩部分組成[1]。此類車(chē)庫(kù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，適合大型停車(chē)場(chǎng)，無(wú)法滿足臨時(shí)車(chē)位增加的需求。所以，設(shè)計(jì)一款簡(jiǎn)單、方便、安全、存取快捷的“積木”立體車(chē)庫(kù)，該車(chē)庫(kù)即用即搭建，用完可以方便拆卸，哪里有需要就在哪里搭建，搭建多少根據(jù)需要和搭建地點(diǎn)進(jìn)行調(diào)節(jié)。

1 “積木”立體車(chē)庫(kù)設(shè)計(jì)思路

設(shè)計(jì)研發(fā)一款“積木”立體車(chē)庫(kù)，滿足臨時(shí)車(chē)輛增加造成的巨大停車(chē)壓力，待人員疏散完畢，立體車(chē)庫(kù)可以立刻拆除，留待下次備用，節(jié)能環(huán)保。“積木”立體車(chē)庫(kù)可以有效緩解車(chē)站、碼頭、電影院、醫(yī)院、風(fēng)景名勝區(qū)、公園、商業(yè)購(gòu)物中心、大型考試、大型會(huì)議等在某一段時(shí)間內(nèi)，車(chē)位需求激增的情況。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

為了實(shí)現(xiàn)“積木”立體車(chē)庫(kù)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，用CAXA 實(shí)體設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行實(shí)體建模，并用3D 打印機(jī)試制樣機(jī)模型。“積木”立體車(chē)庫(kù)主要由底板、載車(chē)板、搭接載車(chē)板和立柱4 部分構(gòu)成，可以快速搭建，就像小孩子搭積木一樣（圖1）。

圖1 “積木”立體車(chē)庫(kù)模型

2.1 底板設(shè)計(jì)

底板上面設(shè)有4 個(gè)實(shí)心圓柱凸臺(tái)，用來(lái)和立柱連接，搭“積木”車(chē)庫(kù)時(shí)，立柱內(nèi)孔直接插入凸臺(tái)即可，凸臺(tái)也可增加底板的穩(wěn)定性；底板兩側(cè)設(shè)計(jì)有凹槽，用于和搭接載車(chē)板的凸臺(tái)連接（圖2）。

圖2 底板

2.2 載車(chē)板設(shè)計(jì)

載車(chē)板的上面設(shè)有4 個(gè)圓柱凸臺(tái)，用來(lái)和立柱連接；載車(chē)板下面，凸臺(tái)對(duì)應(yīng)位置的正下方設(shè)有空心圓柱凸臺(tái)，與立柱連接時(shí)，須將立柱插入到空心圓柱凸臺(tái)的里面，即載車(chē)板上面凸臺(tái)和立柱的內(nèi)徑配合，而下面的空心圓柱凸臺(tái)和立柱的外徑配合（圖3）。

圖3 載車(chē)板

2.3 搭接載車(chē)板設(shè)計(jì)

搭接載車(chē)板的下面兩側(cè)設(shè)有凸臺(tái)，凸臺(tái)用于卡入底板和載車(chē)板的槽內(nèi)，實(shí)現(xiàn)“積木”立體車(chē)庫(kù)的快速搭建（圖4）。

圖4 搭接載車(chē)板

2.4 立柱設(shè)計(jì)

立柱為空心管結(jié)構(gòu)，內(nèi)徑與底板和載車(chē)板的圓柱凸臺(tái)裝配，外徑與載車(chē)板的空心圓柱凸臺(tái)裝配，從而實(shí)現(xiàn)搭“積木”式立體車(chē)庫(kù)的構(gòu)建（圖5）。

圖5 立柱

2.5 單組“積木”立體車(chē)庫(kù)設(shè)計(jì)

單組“積木”立體車(chē)庫(kù)由底板、立柱和載車(chē)板組成，每?jī)蓚€(gè)單組“積木”立體車(chē)庫(kù)單元之間需用搭接載車(chē)板進(jìn)行連接，這樣按照一定距離搭建好多個(gè)單組“積木”立體車(chē)庫(kù)后，便可以放置搭接載車(chē)板，實(shí)現(xiàn)搭“積木”式的積木立體車(chē)庫(kù)的構(gòu)建（圖6）。

圖6 單組“積木”立體車(chē)庫(kù)

3 性能校核

“積木”立體車(chē)庫(kù)技術(shù)性能指標(biāo)如表1 所示，使用的材料需滿足設(shè)計(jì)要求，使用壽命在30 年以上。

表1 “積木”立體車(chē)庫(kù)技術(shù)性能指標(biāo)

把立柱和載車(chē)板看作簡(jiǎn)支梁，畫(huà)出受力簡(jiǎn)圖（圖7）。假定一輛小轎車(chē)重2 t，可簡(jiǎn)化為4 個(gè)集中力，則每根立柱的載荷為5 kN，載車(chē)板受到4 個(gè)大小為5 kN 的集中力作用。根據(jù)簡(jiǎn)支梁和立柱受壓情況，對(duì)載車(chē)板和立柱進(jìn)行強(qiáng)度、剛度的力學(xué)性能校核。

圖7 簡(jiǎn)支梁受力

3.1 拉壓強(qiáng)度校核

所以，立柱強(qiáng)度符合要求。

3.2 彎曲強(qiáng)度和剛度校核

彎曲剛度計(jì)算如下：

所以，載車(chē)板的彎曲強(qiáng)度和彎曲剛度均符合要求。

3.3 剪切強(qiáng)度校核

所以，立柱和載車(chē)板連接處的剪切強(qiáng)度符合要求。

4 使用說(shuō)明

“積木”立體車(chē)庫(kù)須配合移動(dòng)升降裝備使用（圖8、圖9）。

圖8 移動(dòng)升降裝備模型

圖9 “積木”立體車(chē)庫(kù)停車(chē)效果模型

5 創(chuàng)新性

5.1 結(jié)構(gòu)創(chuàng)新

傳統(tǒng)立體車(chē)庫(kù)建造時(shí)費(fèi)時(shí)費(fèi)力，雖然在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)研究方面取得了較好的成果[2-4]，但缺乏結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、儲(chǔ)存車(chē)輛多的創(chuàng)新設(shè)計(jì)。“積木”立體車(chē)庫(kù)的四大構(gòu)件可以像搭積木那樣輕松建造立體車(chē)庫(kù)，即用即搭建，用完即拆，靈活調(diào)節(jié)車(chē)位數(shù)量。

5.2 應(yīng)用創(chuàng)新

“積木”立體車(chē)庫(kù)可以在同樣面積的土地上停放更多車(chē)輛，提高了土地面積利用率。可以充分利用城市現(xiàn)有面積小而分散的土地資源來(lái)進(jìn)行臨時(shí)搭建，滿足大型考試、學(xué)生開(kāi)學(xué)、大型會(huì)議等臨時(shí)停車(chē)位激增的問(wèn)題。“積木”立體車(chē)庫(kù)配套的移動(dòng)升降裝備以其高效、快速、安全等特點(diǎn)解決了停車(chē)、取車(chē)的問(wèn)題。

5.3 理論創(chuàng)新

“積木”立體車(chē)庫(kù)是一種使用方便、機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉的立體停車(chē)系統(tǒng)。通過(guò)對(duì)車(chē)庫(kù)四大構(gòu)件進(jìn)行強(qiáng)度、剛度校核，其性能完全滿足立體停車(chē)設(shè)計(jì)要求，最大特點(diǎn)是可以移動(dòng)，根據(jù)需要臨時(shí)搭建，用完即可拆掉，儲(chǔ)存?zhèn)溆茫苊庠斐少Y源浪費(fèi)。

6 不足之處

“積木”立體車(chē)庫(kù)的設(shè)計(jì)能很好地解決平時(shí)停車(chē)位無(wú)壓力，而在一段時(shí)間內(nèi)停車(chē)位需求激增的問(wèn)題。由于設(shè)計(jì)的車(chē)庫(kù)選材為Q235 鋼，自身重量較大，在進(jìn)行搭建和拆除時(shí)需要借助起重設(shè)備，增加了搭建的難度和危險(xiǎn)，未來(lái)可尋求一種能滿足強(qiáng)度和剛度要求的非金屬?gòu)?fù)合材料替代品。其次“，積木”立體車(chē)庫(kù)的存取車(chē)需要借助移動(dòng)升降裝備來(lái)完成，搭建車(chē)位時(shí)需要根據(jù)車(chē)位比例配備移動(dòng)升降裝備，對(duì)移動(dòng)升降裝備的質(zhì)量、性能等要求提高，增加成本。

7 結(jié)語(yǔ)

國(guó)內(nèi)外立體車(chē)庫(kù)的種類較多，但適用性強(qiáng)、性能價(jià)格比高的立體車(chē)庫(kù)產(chǎn)品稀缺。“積木”立體車(chē)庫(kù)可以在同樣面積的土地上停放更多車(chē)輛，滿足因會(huì)議、考試、開(kāi)學(xué)報(bào)到等急需的臨時(shí)停車(chē)難問(wèn)題，提高了土地面積利用率，即用即搭建，用完拆卸備用，節(jié)能環(huán)保。移動(dòng)升降裝備以其高效、快速、安全的特點(diǎn)解決了“積木”立體車(chē)庫(kù)的停車(chē)和取車(chē)問(wèn)題。