劉　杰　劉楠嶓　吳立輝　武照云　武少潔

（河南工業(yè)大學(xué)，鄭州 450007）

無(wú)避讓立體車庫(kù)整體設(shè)計(jì)研究

劉杰劉楠嶓吳立輝武照云武少潔

（河南工業(yè)大學(xué)，鄭州 450007）

近幾年，隨著中國(guó)綜合實(shí)力的提高，經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，私家車的數(shù)量正在迅速增加。然而，在私家車給人們帶來(lái)便利的同時(shí)，也給我們帶來(lái)了各種各樣的問(wèn)題。其中“如何在上下班高峰快速存取車”已成為我們不得不考慮的問(wèn)題。針對(duì)當(dāng)前問(wèn)題，本文設(shè)計(jì)了一種無(wú)需排隊(duì)等候、上下層無(wú)需避讓的立體車庫(kù)，將其稱為無(wú)避讓立體車庫(kù)。

私家車便捷存取車無(wú)避讓立體車庫(kù)機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)

引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人民生活水平的提高，私家車已經(jīng)非常普遍，使得人們的出行非常便利。從發(fā)展趨勢(shì)看，私家車保有量在未來(lái)仍會(huì)居高不下，導(dǎo)致了機(jī)動(dòng)車保有量過(guò)多與停車位嚴(yán)重不足之間的矛盾。目前中國(guó)汽車保有量與停車位的比例僅為5：1，而車位和汽車保有量的合理比例應(yīng)為1.2：1。目前，許多社區(qū)都在擴(kuò)建地下車庫(kù)，雖然可以適當(dāng)緩解當(dāng)前矛盾，但其土建投入成本相對(duì)較高，經(jīng)濟(jì)效益不佳。近幾年，利用豎向空間思維而發(fā)展起來(lái)的機(jī)械式雙層或多層停車設(shè)備組建有了較為成熟的技術(shù)，并且成本較低，經(jīng)濟(jì)效益非常樂(lè)觀。因此，本文通過(guò)對(duì)無(wú)避讓立體車庫(kù)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，來(lái)對(duì)此問(wèn)題進(jìn)行解決。

1　無(wú)避讓立體車庫(kù)總體設(shè)計(jì)

立體車庫(kù)是近幾年新興起來(lái)的，國(guó)內(nèi)外關(guān)于立體車庫(kù)的技術(shù)還不太成熟，這為無(wú)避讓立體車庫(kù)的設(shè)計(jì)帶來(lái)了很大的困難。本文主要針對(duì)使用量較多的大中型轎車的基本尺寸：車長(zhǎng)4.6～4.9m，車寬1.7～1.9m，車高1.3～1.6m，軸距2.7～2.9m，對(duì)無(wú)避讓立體車庫(kù)的總體尺寸進(jìn)行設(shè)計(jì)。通過(guò)對(duì)轎車各種基本參數(shù)以及其他方面的考慮，本文所設(shè)計(jì)的無(wú)避讓立體車庫(kù)擬定尺寸參數(shù)見(jiàn)表1。

表1　無(wú)避讓立體車庫(kù)的尺寸參數(shù)

通過(guò)對(duì)以上參數(shù)以及各種機(jī)械式立體車庫(kù)的優(yōu)缺點(diǎn)的分析與比較，得出無(wú)避讓立體車庫(kù)的整體設(shè)計(jì)圖如圖1所示，本文所設(shè)計(jì)的無(wú)避讓立體車庫(kù)的優(yōu)點(diǎn)：占地面積不太大，安置很方便，上層和下層取車不需要避讓，可以安裝多臺(tái)并且多臺(tái)車輛可以同時(shí)存取，最大的優(yōu)點(diǎn)就是不需要進(jìn)行避讓。所設(shè)計(jì)的無(wú)避讓立體車庫(kù)解決了人們?cè)谏舷掳喔叻迤凇叭绾尾拍鼙憬菔娇焖俅嫒≤嚒逼惹袉?wèn)題，降低了存取車所需時(shí)間，提高了辦事效率。本文就無(wú)避讓立體車庫(kù)整體設(shè)計(jì)進(jìn)行簡(jiǎn)要說(shuō)明。

圖1　無(wú)避讓立體車庫(kù)整體設(shè)計(jì)圖

為了實(shí)現(xiàn)便捷式存取車這一系列動(dòng)作，本文所設(shè)計(jì)的無(wú)避讓立體車庫(kù)初步包括五大系統(tǒng)和五大部件。五大系統(tǒng)分別是：回轉(zhuǎn)系統(tǒng)、提升系統(tǒng)、行走系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)以及安全防護(hù)系統(tǒng)。五大部件分別是：道軌、立柱、載車板、滑座、運(yùn)行小車車體等五大結(jié)構(gòu)件。本文就無(wú)避讓立體車庫(kù)的五大系統(tǒng)以及五大部件功能進(jìn)行簡(jiǎn)要分析。

提升系統(tǒng)主要是實(shí)現(xiàn)通過(guò)滑座由載車板所搭載的車輛的升降運(yùn)動(dòng)。當(dāng)車輛到達(dá)載車板上后，通過(guò)提升系統(tǒng)把車輛由地面提升到空中指定位置?；剞D(zhuǎn)系統(tǒng)的主要功能就是實(shí)現(xiàn)載有車輛的載車板的回轉(zhuǎn)，使得載車板由當(dāng)前存取車的狀態(tài)恢復(fù)為原來(lái)的位置狀態(tài)。行走系統(tǒng)則是由驅(qū)動(dòng)電機(jī)提供動(dòng)力，然后帶動(dòng)鏈條實(shí)現(xiàn)載有小車的整體無(wú)避讓立體車庫(kù)的前后移動(dòng)。電氣控制系統(tǒng)以及安全防護(hù)系統(tǒng)主要是進(jìn)行整體無(wú)避讓立體車庫(kù)的電氣控制以及安全控制。

五大部件如同人體的骨架，構(gòu)成了無(wú)避讓立體車庫(kù)的整體框架結(jié)構(gòu)，其中導(dǎo)軌如同人的雙腳，用于承受整體重量，立柱如同人的脊椎，用于支撐。載車板主要是用來(lái)車輛的承載，滑座則是用來(lái)連接立柱和載車板。

2　無(wú)避讓立體車庫(kù)關(guān)鍵構(gòu)件設(shè)計(jì)計(jì)算及其強(qiáng)度校核

本文選用了綜合性能較好的Q235低碳鋼。在根據(jù)強(qiáng)度、剛度、經(jīng)濟(jì)性等要求下，初步設(shè)計(jì)出關(guān)鍵構(gòu)件的結(jié)構(gòu)及主要用料。本節(jié)將主要對(duì)載車板及立柱進(jìn)行設(shè)計(jì)以及有限元分析，得出受力以及變形圖，驗(yàn)證結(jié)構(gòu)件的強(qiáng)度需求。

（1）載車板設(shè)計(jì)計(jì)算及其強(qiáng)度校核。本文是通過(guò)ABAQUS軟件對(duì)關(guān)鍵構(gòu)件進(jìn)行強(qiáng)度校核，根據(jù)忽略次要矛盾，抓住主要矛盾的原則，進(jìn)行對(duì)載車板的簡(jiǎn)化，忽略了圓角、小凸臺(tái)等不影響受力的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

定義材料屬性和截面屬性。劃分網(wǎng)格，本文采用四面體free網(wǎng)格劃分，且本文選擇計(jì)算精度比較高的C3D10 （10節(jié)點(diǎn)二次四面體單元）網(wǎng)格劃分。網(wǎng)格劃分完成后，對(duì)載車板進(jìn)行載荷以及約束的加載。載荷以及約束條件建立后，進(jìn)行提交分析作業(yè)步驟，之后進(jìn)入了Visualization模塊。圖2是載車板變形前與變形后的對(duì)比圖。

如圖2可看出載車板的應(yīng)力云圖顯示等效應(yīng)力的最大值為53.23Mpa，位置為載車板與滑座連接處。上文所述載車板所選材料為Q235低碳鋼，其屈服極限為235Mpa，許用應(yīng)力為180.77Mpa，載車板等效應(yīng)力的最大值遠(yuǎn)小于其材料的屈服極限，所以載車板的強(qiáng)度滿足使用要求，且有一定的余量。

圖2　載車板S，Mises等效應(yīng)力云圖

圖3　立柱S，Mises等效應(yīng)力云圖

（2）立柱設(shè)計(jì)計(jì)算及其強(qiáng)度校核。首先定義材料屬性、截面屬性，然后將定義好的截面屬性賦予整個(gè)立柱，詳細(xì)步驟與載車板分析步驟相同。

如圖3可看出立柱的應(yīng)力云圖顯示最大等效應(yīng)力為68.82MPa，且位置為立柱最底端，立柱使用的材料為Q235碳素鋼，其屈服極限為235Mpa，許用應(yīng)力為180.77Mpa，遠(yuǎn)大于68.82MPa。所以立柱的強(qiáng)度足夠，且有一定的余量。

3　結(jié)論

隨著私家車數(shù)量的逐年增加并且在未來(lái)仍會(huì)居高不下，解決當(dāng)前社會(huì)所面臨的停車難以及存取車費(fèi)時(shí)的難題刻不容緩，本文所設(shè)計(jì)的無(wú)避讓立體車庫(kù)可以有效的解決這些問(wèn)題，提高人們的生活質(zhì)量，所以無(wú)避讓立體車庫(kù)的發(fā)展是符合當(dāng)前需求的，肯定會(huì)得到社會(huì)認(rèn)可的，能夠給社會(huì)以及公司帶來(lái)巨大的利益。

［1］劉麗娜.淺談立體車庫(kù)的特點(diǎn)及其應(yīng)用［J］.技術(shù)與工程，2007，（12）：96-97.

［2］何守訓(xùn).無(wú)避讓立體車庫(kù)機(jī)械部分的研究［碩士］，2012-山東科技大學(xué)：機(jī)械工程.

［3］俞天明.無(wú)避讓立體停車庫(kù)的設(shè)計(jì)［J］.機(jī)械工程師，2012，07：143-144.

［4］石亦平，周玉蓉.ABAQUS有限元分析實(shí)例詳解［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.1-25

［5］俞天明.無(wú)避讓立體停車庫(kù)的設(shè)計(jì)［J］.機(jī)械工程師，2012，07：143-144.

［6］Chen，W.F.and Lui，E.M.Structural Stability-Theory and Implementation［M］，Elsevier，NewYork，1957

［7］劉麗娜.淺談立體車庫(kù)的特點(diǎn)及其應(yīng)用［J］.技術(shù)與工程，2007，（12）：96-97.

Mechanical System Design of No Need to Avoid Stereo Garage

LIU Jie，LIU Nanbo，WU Lihui，WU Zhaoyun，Wu Shaojie
（Henan University of Technology，Henan，Zhengzhou，4500070）

Inrecentyears，withthedevelopmentofChina’s comprehensive strength and the rapid development of economy，more and more cars appeared.However，the private cars bring convenience to people at the same time，also brought us all kinds of problems.How to access car in the rush rapidly has become a problem we have to consider.In view of the current problems，we design a kind of no need to wait in line，the lower level without collision avoidance stereo garage，we call it a no need to avoid stereo garage.

privatecars，portableaccesscar，stereogarage without collision avoidance，mechanical system design

河南省科技計(jì)劃項(xiàng)目（152102210070）。