□李志斌 □李文波 □竇 暉 □李永登

大洋泊車股份有限公司 山東濰坊 261055

1 設(shè)計背景

機械式立體停車庫是21世紀隨著汽車工業(yè)的發(fā)展而興起的朝陽產(chǎn)業(yè)，已被國家發(fā)改委列入國家重點鼓勵發(fā)展的產(chǎn)品目錄[1]。根據(jù)近幾年中國機械式停車設(shè)備工作委員會發(fā)布的數(shù)據(jù)，目前市場上的車庫類型中，升降橫移類所占比重最大，為86.29%，接近90%，而且從新增加的立體車庫來看，升降橫移類車庫的市場占有份額還有增大的趨勢。傳統(tǒng)的高層升降橫移類立體車庫受所采用的提升結(jié)構(gòu)的限制，層數(shù)只能做到6層以內(nèi)，且存取車效率低，清庫時間長，存在安全隱患。筆者設(shè)計一種新型高速液壓立體車庫，采用液壓傳動方式實現(xiàn)設(shè)備的提升，同時配有壓力繼電器、溢流閥、電控雙向截止閥等保護裝置，保證設(shè)備安全運行，具有升降速度快、存取時間短、運行平穩(wěn)及安全無噪聲等優(yōu)勢。

2 傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析

傳統(tǒng)高層升降橫移類立體車庫所采用的提升結(jié)構(gòu)主要分為兩種：電機減速器加卷筒鋼絲繩驅(qū)動式、電機減速器加鏈條驅(qū)動式[2]。此外，采用傳統(tǒng)液壓驅(qū)動式的停車設(shè)備由于受到油缸行程的限制，只適用于2～3層設(shè)備，在此不做分析。

對于電機驅(qū)動立體停車設(shè)備，隨著層高的增加，鋼絲繩的長度也隨之加長。為了保證載車板四吊點結(jié)構(gòu)的平穩(wěn)性，滾筒需采用雙槽結(jié)構(gòu)，鋼絲繩不能疊加，所用滾筒的長度也必須相應增加。當層數(shù)增加到6層時，繩輪偏角已達到極限。如增大滾筒直徑，減小繩輪偏角，則占用停車空間，影響設(shè)備的整體長度和高度，以及電機減速器的傳動比。隨著鋼絲繩行程加長，升降速度保持不變，則會導致存取車速度變慢，清庫時間加長，設(shè)備的使用效率降低。

鑒于以上原因，電機減速器加卷筒鋼絲繩驅(qū)動式高層升降橫移立體車庫最多只能做到6層[3]。

同理，電機減速器加鏈條驅(qū)動式高層升降橫移立體車庫因循環(huán)鏈的長度經(jīng)折疊后已無空間放置，下降和提升距離長，導致取車慢，清庫時間長。可見，電機減速器加鏈條驅(qū)動式高層升降橫移立體車庫最多也只能做到6層。

立體車庫無論是電機減速器加卷筒鋼絲繩驅(qū)動，還是電機減速器加鏈條驅(qū)動，提升電機功率一般都選用2.2 kW，升降速度恒定不變。隨著設(shè)備層數(shù)的增加，提升高度增大，存取車時間變長，影響設(shè)備的使用效率。

電機的運轉(zhuǎn)沒有死點，一旦防護措施失效，很容易發(fā)生冒頂、摔車等事故。若為了提高安全防護措施的可靠性，又會增加制造成本。

3 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計

如圖1所示，筆者所設(shè)計的高速液壓立體車庫鋼結(jié)構(gòu)框架包括立柱、橫梁、橫支撐、左側(cè)縱支撐等，采用不同類型的H型鋼或槽鋼制作，由高強度螺栓連接而成，再輔以輔助梁、斜拉筋等，增加車庫的整體穩(wěn)定性及剛度、強度。主體框架及主要結(jié)構(gòu)件表面采用噴砂除銹及噴鋅處理工藝。泊車位尺寸由容車尺寸、消防系統(tǒng)所占空間等確定。

圖1 高速液壓立體車庫鋼結(jié)構(gòu)框架

4 提升機構(gòu)設(shè)計

升降驅(qū)動系統(tǒng)采用液壓驅(qū)動，由液壓泵帶動液壓缸，液壓缸采用多級滑輪組方案，實現(xiàn)高速變比，大大提高了車庫的使用率。

4.1 橫移框架結(jié)構(gòu)

如圖2所示，兩根平行的橫支撐與左側(cè)縱支撐、右側(cè)縱支撐連接成矩形橫移框架結(jié)構(gòu)，水平放置于主體框架橫梁的導軌上，在兩側(cè)縱支撐上通過繩索懸吊裝置連接載車板。其中，繩索懸吊裝置包括懸吊載車板的繩索及多個動滑輪組，液壓缸和各級定滑輪橫向安裝在橫移框架左側(cè)縱支撐上，各級動滑輪安裝在滑輪架上，滑輪架固定于液壓缸的活塞桿上。

圖2 橫移框架結(jié)構(gòu)

4.2 兩側(cè)縱支撐傳動結(jié)構(gòu)

如圖3所示，懸吊載車板的鋼絲繩有四條，固定于左側(cè)縱支撐的同一點，依次穿過各級動滑輪和定滑輪。其中兩根鋼絲繩經(jīng)過左側(cè)縱支撐上的兩個豎直換向輪，然后固定于載車板左側(cè)兩個吊點上。另兩根鋼絲繩經(jīng)過位于縱橫支撐連接處的兩個水平換向輪，引入右側(cè)縱支撐，再經(jīng)過位于右側(cè)縱支撐上的兩處豎直換向輪，最后固定于載車板右側(cè)兩個吊點上。

圖3 兩側(cè)縱支撐傳動結(jié)構(gòu)

4.3 滑輪組變比方案

液壓缸可采用單作用或雙作用油缸，利用油缸的推力來提升載車板。車庫運行時，液壓缸通過滑輪架帶動各級動滑輪沿左側(cè)縱支撐水平移動，通過動滑輪組的作用，提升或放下鋼索，從而完成載車板的升降動作。動滑輪架的提升距離與載車板的提升距離之比為1∶6，即滑輪架每動作1 m，載車板可升降6 m，大大提高了載車板的舉升高度和舉升速度，各層可根據(jù)實際高度設(shè)置 1∶2、1∶4、1∶6、1∶8 等不同的滑輪級數(shù)。

滑輪組達到了大傳動比和快速升降的目的，加上液壓泵站的變頻調(diào)速，使車庫層數(shù)最高可達15層，提升速度成倍加快，減少了車輛出入庫的時間。

4.4 升降速度計算

液壓系統(tǒng)泵站采用15 kW異步電動機,轉(zhuǎn)速為1 440 r/min，由25 mL柱塞泵供油，液壓缸的內(nèi)徑為115 mm，因此可計算得到油缸活塞桿的伸出速度，即滑輪架的運行速度V：

式中：Q為液壓缸流量；D為液壓缸內(nèi)徑。

本例中，滑輪組采用的是 1∶2、1∶6 和 1∶8 傳動比，則2～3層提升速度V1為：

4～10層提升速度V2為：

11～15層提升速度V3為：

4.5 鋼絲繩選用

鋼絲繩的類別由股的數(shù)量和股的類別來劃分，參照GB8903—2005《電梯用鋼絲繩》標準，選用6×19W+FC型鋼絲繩[4]。立體車庫的工作條件為準無人方式，其安全因子n不低于7[5]，則單根鋼絲繩的破斷拉力F應滿足：

式中：W為載車板質(zhì)量；M為提升車輛質(zhì)量；m為提升鋼絲繩數(shù)量。

鋼絲繩直徑根據(jù)F的計算數(shù)值對應選取。

5 工作原理

高速液壓立體車庫的出入口在1層，最高層的載車板只可做升降動作，最低層的載車板只可做橫移動作，中間各層載車板既可做升降動作又可做橫移動作[6-7]。除頂層外，其余層均設(shè)有一個空位，載車板通過橫移動作實現(xiàn)車輛存取，最底層車位則可直接存取。

6 液壓系統(tǒng)

由于設(shè)備運行速度過快，必須進行變頻調(diào)速，達到起停平衡的目的。但是，在液壓驅(qū)動的立體車庫中，變頻調(diào)速對負載下降時的調(diào)速效果不理想，在泵站設(shè)計時應考慮調(diào)速要求。本車庫泵站設(shè)計采用比例閥進行調(diào)速，控制升降載車板起停過程的平穩(wěn)性。其中，電磁雙向截止閥防止車位存取時因系統(tǒng)內(nèi)泄漏而脫離標準位置；溢流閥具有良好的防過載能力，如果超重，系統(tǒng)自動溢流，停止上升動作；單向節(jié)流閥保證在意外情況時上層車位以工作速度下降，確保不會發(fā)生車輛摔落事故；平衡閥平衡油缸上下腔的壓力。

7 電氣控制

電氣控制采用可編程序控制器控制，能夠?qū)ζ囃庑纬叽纭⑷塑囌`入、超重等進行檢測，并可及時報警，保證車輛有序存取。按用戶的不同需求，操作方式可以分為按鈕式、集成電路卡式及人機界面式[8-10]。

8 結(jié)束語

筆者設(shè)計的高速液壓立體車庫已在多個工程案例中得到應用，在解決城市停車難問題、節(jié)約城市土地資源、推動行業(yè)進步等方面都產(chǎn)生了一定的社會效益和經(jīng)濟利益。

[1] 溫沁月，魯力群，國內(nèi)外立體車庫現(xiàn)狀及發(fā)展綜述[J].物流工程與管理，2016（7）：159-161.

[2] 機械式停車設(shè)備 分類：GB/T26559—2011[S].

[3] 石曉宇，湯綠汀.升降橫移類機械式停車設(shè)備安全防護裝置和基本尺寸的要求[J].起重運輸機械，2013（6）:11-13.

[4] 電梯用鋼絲繩：GB8903—2005[S].

[5] 機械式停車設(shè)備通用安全要求：GB17907—2010[S].

[6] 升降橫移類機械式停車設(shè)備：JB/T8910—2013[S].

[7] 張煒，沈林勇，章亞男，等.用于堆垛式立體車庫中的自動泊車機器人[J].機械制造，2008，46（6）：20-23.

[8] 蔣雪卿.塔式全自動立體停車系統(tǒng)的設(shè)計[J].起重運輸機械，2004（4）:14-16.

[9] 曹文祥，馮雪梅.工業(yè)機器人研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].機械制造，2011，49（2）：41-43.

[10]盧艷軍，任立義，聞邦春.基于軟件PLC的I/O控制研究[J].機械制造，2005，43（7）:37-39.

[11]李棟，朱序璋，楊宏剛.機械系統(tǒng)人機界面多級模糊綜合評判[J].機械制造，2006，44（12）：37-40.