閆存富，范彩霞，劉 超

YAN Cun-fu, FAN Cai-xia, LIU Chao

（黃河科技學(xué)院 工學(xué)院，鄭州 450063）

0 引言

隨著汽車工業(yè)的發(fā)展和人們生活水平的提高，汽車已經(jīng)開始進(jìn)入尋常百姓家庭，逐漸成為人們的生活必需品，極大的方便了人們的出行和生活。但隨著城市中汽車數(shù)量的急劇增加，停車問題成為各個大、中城市面臨的一大難題[1]。據(jù)統(tǒng)計城市中車輛亂停亂放情況有很大一部分是由于找不到規(guī)定停車位而引起的，不僅影響交通給他人造成不便，還容易引起車輛被剮蹭損害等糾紛。

為解決停車難問題，許多城市采取了各種措施，其中興建機(jī)械式立體停車庫是普遍采用的方法之一，機(jī)械式立體停車裝置具有容量大、單位車輛占地面積小、土地利用率高等優(yōu)點(diǎn)。但由于其整體占地面積大(一般都在200m2以上)，要在寸土寸金的已建城市中心區(qū)建這樣一個車庫，需要很高的制造成本和土地成本；其次這種停車裝置還具有車輛存取時間長、對司機(jī)駕駛技術(shù)要求較高等缺點(diǎn)，不適合整塊土地面積較小的已建成區(qū)。

小型立體停車裝置國內(nèi)也曾有所報道，如梁嘉麟提出一種家用液壓微型立體車庫的結(jié)構(gòu)形式[2]，這種車庫的上、下兩車位的存取必須依次進(jìn)行，兩車輛的存取相互影響；張紅濤提出一種無避讓式雙層立體停車庫[3]，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，占地面積較大。關(guān)于無避讓式的立體停車裝置，目前國內(nèi)的報道較少，尤其是適合于個人家庭使用的一位兩車無避讓式立體停車裝置介紹的更少。

針對機(jī)械式立體停車裝置和當(dāng)前小型停車裝置在車輛存取過程中存在的不足，本文設(shè)計了一種微型無避讓式一位兩車立體停車裝置。載車板在上車位和路面上的相互位置轉(zhuǎn)換由液壓裝置驅(qū)動四連桿機(jī)構(gòu)通過擺動升降平移運(yùn)動來實(shí)現(xiàn)，保證上車位車輛存取；下車位通過齒輪齒條傳動將載車板推到路面上，實(shí)現(xiàn)下車位車輛的存取工作。車輛的整個存取過程都是自動進(jìn)行，對司機(jī)要求較低，提高車輛存取效率，且上下兩車位車輛的存取相互獨(dú)立，互不影響；可在路邊、醫(yī)院、大廈旁邊等地根據(jù)實(shí)際情況單獨(dú)安裝也可多臺組裝，特別適合于已建小區(qū)和個人家庭地面較小地方安裝使用。

1 微型立體停車裝置的結(jié)構(gòu)組成

設(shè)計的微型立體停車裝置如圖1所示[4]，整個停車裝置采用框架式結(jié)構(gòu)，主要由車庫本體、上下兩個停車位、底部存取機(jī)構(gòu)、上部存取機(jī)構(gòu)、載車板及控制系統(tǒng)等部分組成。由液壓缸1、2驅(qū)動連桿3、7繞固定在基座上的鉸支座軸轉(zhuǎn)動，通過固定在上載車板6底面的鉸鏈機(jī)構(gòu)5帶動上部載車板產(chǎn)生升降、平移運(yùn)動，完成上車位車輛的存取，采用液壓驅(qū)動，有利于保證運(yùn)行平穩(wěn)。下車位車輛的存取通過電機(jī)驅(qū)動固定在下車位載車板底部的齒輪齒條機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)，由PLC來控制兩車位車輛存取的所有動作。停車時通過PLC發(fā)出指令直接將載車板放到路面上，司機(jī)只需將車直接停在載車板上，下車鎖門、離開即可，停車裝置就可自動將車輛存放到位，取車時，取車機(jī)構(gòu)自動將載車板放到路面中間，司機(jī)直接上車離開即可。整個車輛存取過程方便、快捷、安全，對司機(jī)駕駛技術(shù)要求較低。為確保安全，在車庫內(nèi)安裝有防墜裝置，各個動作的終點(diǎn)位置也設(shè)有位置檢測裝置。

圖1 設(shè)計的停車裝置簡圖

2 上車位存取機(jī)構(gòu)設(shè)計

2.1 上車位傳動方案確定

因?yàn)樯宪囄卉囕v在存取過程中對平穩(wěn)性要求較高，鏈傳動和齒條傳動具有噪聲大、振動等缺點(diǎn)，因此上車位車輛舉升機(jī)構(gòu)采用液壓驅(qū)動，傳動機(jī)構(gòu)簡圖如圖2所示；液壓缸活塞桿通過鉸鏈機(jī)構(gòu)與連桿連接，通過連桿繞基座上的鉸鏈轉(zhuǎn)動帶動載車板產(chǎn)生升降平移運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)存取車輛的功能。存車時，液壓缸2收縮，液壓缸1活塞桿伸出，推動連桿繞基座上的鉸支座向右轉(zhuǎn)動，帶動載車板3同時做下降運(yùn)動和向右平移，緩緩降落到地面上，司機(jī)將車輛停在載車板上離開；檢測裝置發(fā)出車輛尺寸及車輛停放位置符合要求信號，開始舉升過程，液壓缸1收縮，液壓缸2推出，載車板3保持水平位置緩緩上升到指定位置，檢測裝置發(fā)出到位信號，防墜裝置伸出，鎖住連桿防止液壓系統(tǒng)失靈，上車位車庫門關(guān)閉，完成存車過程，整個存取過程不受下車位的車輛有無的影響。

圖2 上車位傳動系統(tǒng)簡圖

上車位車輛存取流程圖如圖3所示。

2.2 上車位傳動機(jī)構(gòu)計算

1） 連桿長度確定

文中按常見小轎車相關(guān)尺寸進(jìn)行計算，相關(guān)尺寸?。洪L4800mm，寬1800mm，高1500mm，重量取1500kg；考慮到下車位車輛的高度為1500mm，為了防止損壞下車位車輛，上車位載車板降到1500mm高度時，在水平方向上須偏移一個車輛的寬度，即寬1800mm，如圖4所示。

圖3 上車位車輛存取流程圖

圖4 連桿長度計算簡圖

所以，連桿長度L可計算如下：

取 L=2500mmm。

根據(jù)上述計算利用Inventor軟件繪制連桿和基座三維圖如圖5所示。

圖5 部分構(gòu)件的三維圖

2） 載車板設(shè)計

載車板設(shè)計時主要考慮安全和方便性兩方面。除了在上層車位設(shè)置防墜落裝置外，為方便車輛上下載車板，在載車板兩端設(shè)置兩塊過渡板，過渡板與載車板兩端以轉(zhuǎn)動軸連接，正常情況下，過渡板豎直放置在載車板兩端，防止車輛滑出載車板；當(dāng)車輛上下載車板時，過渡板翻轉(zhuǎn)到水平位置，在載車板端部和地面之間形成一斜坡，方便車輛上、下載車板。同時在與輪胎接觸的地方鋪設(shè)防滑鋼板，以增大摩擦力；為減少載車板重量上車位載車板設(shè)計成框架中空結(jié)構(gòu)；圖6是上車位載車板的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6 上車位載車板主視圖

3） 液壓缸的確定

由圖1可知，在車輛存取過程中，兩個液壓缸活塞桿配合做推出和收回動作，即存車過程中，當(dāng)載車板從地面上開始舉升時，液壓缸2推出，液壓缸1活塞桿收回；取車時，液壓缸2的活塞桿收縮，液壓缸1活塞桿伸出。由圖4可知，當(dāng)載車板開始從地面上舉升時，液壓缸輸出力最大，文中取此時刻的載荷來計算液壓缸承受的載荷，計算中取g=9.8N/kg。計算簡圖如圖7所示。

如前所述，設(shè)汽車質(zhì)量為M1=1 5 0 0 k g，重力為G1=14.7kN，載車板質(zhì)量為M2=1000kg，重力為G2=9.8kN；在最低位置時停車裝置受力如圖7所示。

圖7 最低位置時停車裝置受力簡圖

圖8 液壓缸推力計算簡圖

當(dāng)處于靜止?fàn)顟B(tài)時，四個連桿共同支撐載車板；當(dāng)開始舉升時，兩個液壓缸同時動作，左邊液壓缸2伸出，右邊液壓缸1收縮（如圖2所示），則開始舉升時，與液壓缸連接的兩連桿上端受力F1，F(xiàn)2相等，可計算如下：

取左邊連桿來分析液壓缸所受載荷，受力分析如圖8所示，取α=15°，液壓缸與連桿節(jié)點(diǎn)處距離連桿下端800mm。

則液壓缸輸出載荷計算如下：

將上述計算數(shù)據(jù)帶入可得：

選取舉升液壓缸為常州泛華機(jī)械科技有限公司HSGJ型液壓缸，缸徑為80mm，活塞桿直徑為45mm。速比1.46，推力80.42kN，拉力54.98kN，最大行程2000mm,電動機(jī)選用R系列三相異步電動機(jī)型號為Y112M-6，功率1.5kw。

2.3 上車位傳動機(jī)構(gòu)三維模型仿真

根據(jù)上述計算得到的各構(gòu)件尺寸，利用Inventor軟件繪制停車裝置上車位結(jié)構(gòu)的三維組裝圖如圖9所示，圖中所示為存車到位狀態(tài)，經(jīng)過加載仿真運(yùn)動，表明各機(jī)構(gòu)之間不存在干涉現(xiàn)象，各構(gòu)件符合強(qiáng)度要求，該裝置能夠?qū)崿F(xiàn)車輛存取時所需的運(yùn)動要求。

圖9 上車位車輛存取位置圖

3 下車位存取機(jī)構(gòu)設(shè)計

下車位車輛存取機(jī)構(gòu)采用齒輪齒條傳動方式，在載車板下底面中間位置橫向安裝一齒條，車庫地面外邊緣處安裝一個電機(jī)，電機(jī)通過齒輪和齒條嚙合驅(qū)動載車板沿地面上的導(dǎo)軌做水平移動，實(shí)現(xiàn)下車位車輛的存取功能。

4 結(jié)論

1）隨著汽車數(shù)量的急劇增加，停車難問題已成為各個大城市必須面臨的問題之一。

2）提出一種微型無避讓式一位兩車停車裝置的設(shè)計方案；對上車位存取機(jī)構(gòu)傳動機(jī)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計，通過計算確定了連桿的長度，完成了舉升液壓缸的選擇，并繪制了基座和連桿的三維圖；

3）利用Inventor軟件繪制了停車裝置的三維組裝圖；加載模擬運(yùn)動表明設(shè)計方案合理，各構(gòu)件滿足強(qiáng)度要求，運(yùn)動過程中不存在干涉現(xiàn)象，能夠?qū)崿F(xiàn)車輛的存取運(yùn)動功能；

4）設(shè)計的微型立體停車裝置具有結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便、對司機(jī)駕車要求較低等優(yōu)點(diǎn)，可為解決城市中已建城區(qū)停車難問題提供參考，具有很好的現(xiàn)實(shí)意義和良好的推廣價值。

[1] 何守訓(xùn).無避讓立體車庫機(jī)械部分的研究[D].濟(jì)南.山東科技大學(xué),2012,06.

[2] 梁嘉麟.獨(dú)立使用的家用液壓微型立體車庫的結(jié)構(gòu)形式:中國,201210084116.9[P].

[3] 張紅濤.一種無避讓式雙層立體停車庫:中國,201210261055.9[P].

[4] 閆存富,張洛明,胡瑞華,等.一種上擺下移式立體停車裝置:中國,2013,2.0290007.2[P].