霍海濤 梁國(guó)棟 劉 媛 董 艦 顏 偉

（天津科技大學(xué) 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)，天津 300222）

近年來(lái)，我國(guó)汽車(chē)保有量不斷增加，而停車(chē)位嚴(yán)重短缺，機(jī)械式立體車(chē)庫(kù)行業(yè)方興未艾，取得了很大的發(fā)展[1]。國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的機(jī)械立體車(chē)庫(kù)種類(lèi)很多，按立體車(chē)庫(kù)的存取方式可分為升降橫移式、巷道堆垛式、垂直提升式、垂直循環(huán)式、箱型水平循環(huán)式和圓形水平循環(huán)式等[2]。無(wú)論是哪種車(chē)庫(kù)，不僅涉及占地面積、建筑施工等一次性投入高的問(wèn)題，而且停車(chē)要求規(guī)范比較高，對(duì)于那些駕駛技術(shù)不太嫻熟的司機(jī)來(lái)說(shuō)，確實(shí)是個(gè)挑戰(zhàn)。本設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了一種便捷的側(cè)方位存取小型升降立體車(chē)庫(kù)，可使路邊停車(chē)場(chǎng)的停車(chē)位數(shù)量增加100%，如圖1所示。

圖1 停車(chē)位示意圖

1 系統(tǒng)特點(diǎn)

1.1 投資成本低

結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、安裝空間靈活，利用現(xiàn)有停車(chē)土地面積，無(wú)需土地開(kāi)發(fā)，建設(shè)成本低，預(yù)計(jì)一年內(nèi)收回投資。

1.2 方便快捷

駕駛員側(cè)方存取車(chē)，只需將車(chē)直線開(kāi)進(jìn)開(kāi)出車(chē)庫(kù)，克服停車(chē)駕駛技術(shù)的要求，順應(yīng)人們路邊停車(chē)習(xí)慣，安全可靠。

1.3 效率高

減少停車(chē)位占用的空間，車(chē)輛可實(shí)現(xiàn)緊貼路邊?？?，為通行車(chē)輛留出更多空間。

1.4 適用性廣

一個(gè)車(chē)位面積可為一個(gè)單元獨(dú)立安裝，單元獨(dú)立運(yùn)行，與其他車(chē)位不產(chǎn)生關(guān)聯(lián)，存取效率高。也可以任意幾個(gè)車(chē)位并聯(lián)組合，集中控制，進(jìn)一步降低成本。

1.5 安全性高

設(shè)計(jì)中大量運(yùn)用安全人機(jī)工程學(xué)理論，具有多路安全保障機(jī)構(gòu)和措施。

1.6 適應(yīng)國(guó)情

本車(chē)庫(kù)系統(tǒng)在收費(fèi)員職守和用戶(hù)自助操作方面，可根據(jù)實(shí)際需要，任意選擇或相結(jié)合，適應(yīng)我國(guó)停車(chē)管理的國(guó)情。

2 車(chē)庫(kù)系統(tǒng)的組成與工作原理

本立體車(chē)庫(kù)系統(tǒng)主要由底座、上下承載托盤(pán)機(jī)構(gòu)、液壓連桿水平托舉機(jī)構(gòu)、微型液壓系統(tǒng)、傳感器和控制系統(tǒng)等組成，如圖2所示。

圖2 車(chē)庫(kù)系統(tǒng)示意圖

上層承載托盤(pán)的升降系統(tǒng)采用了液壓連桿水平托舉機(jī)構(gòu)；底層承載托盤(pán)的進(jìn)出采用了液壓水平伸縮機(jī)構(gòu)；上下兩層獨(dú)立運(yùn)行，機(jī)構(gòu)安全互鎖，運(yùn)行可靠、效率高；微型液壓站系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，運(yùn)行平穩(wěn)；車(chē)庫(kù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，車(chē)輛停放在承載托盤(pán)的載車(chē)板上；控制系統(tǒng)為冗余安全設(shè)計(jì)，且存取操作簡(jiǎn)單[3]。

2.1 底層車(chē)庫(kù)存取車(chē)過(guò)程

按下底層“存車(chē)接車(chē)”按鈕，系統(tǒng)在檢測(cè)到空庫(kù)狀態(tài)時(shí)，底層托盤(pán)平滑伸出車(chē)庫(kù)，自動(dòng)放下斜坡導(dǎo)引板，進(jìn)行“接車(chē)”。車(chē)輛駛上托盤(pán)停好后，按下“存車(chē)入庫(kù)”按鈕，系統(tǒng)自動(dòng)收起導(dǎo)引板后，托盤(pán)載著車(chē)輛，收回庫(kù)內(nèi)。

底層車(chē)庫(kù)取車(chē)過(guò)程：按下取車(chē)按鈕，結(jié)算存車(chē)費(fèi)后，如同存車(chē)的“接車(chē)”過(guò)程，底層托盤(pán)將車(chē)送出車(chē)庫(kù)，檢測(cè)到車(chē)輛開(kāi)走10s后，系統(tǒng)自動(dòng)收回托盤(pán)，也可設(shè)置為人工操作，如圖3所示。

圖3 車(chē)庫(kù)存車(chē)示意圖

2.2 頂層車(chē)庫(kù)存取車(chē)過(guò)程

按下頂層“存車(chē)接車(chē)”按鈕，系統(tǒng)在檢測(cè)到上層空庫(kù)且底層托盤(pán)處于庫(kù)內(nèi)時(shí)，在滿足安全防護(hù)條件下，液壓連桿水平托舉機(jī)構(gòu)，緩慢將頂層托盤(pán)托舉至地面后，自動(dòng)放下斜坡導(dǎo)引板，進(jìn)行“接車(chē)”。車(chē)輛駛上托盤(pán)停好，按下頂層“存車(chē)入庫(kù)”按鈕，液壓連桿水平托舉機(jī)構(gòu)緩慢托舉載著車(chē)輛的承載盤(pán)，置于頂層庫(kù)內(nèi)，如圖4、圖5所示。

頂層車(chē)庫(kù)取車(chē)過(guò)程：按下取車(chē)按鈕，結(jié)算存車(chē)費(fèi)后，如同存車(chē)的“接車(chē)”過(guò)程，液壓連桿水平托舉機(jī)構(gòu)，緩慢將頂層存有車(chē)輛的托盤(pán)托舉至于地面，司機(jī)開(kāi)走車(chē)輛，檢測(cè)到車(chē)輛開(kāi)走10s后，系統(tǒng)檢測(cè)符合安全條件，自動(dòng)托舉收回托盤(pán)。所有的自動(dòng)操作功能均可由車(chē)庫(kù)所有者設(shè)置為人工操作。

圖4 車(chē)庫(kù)左右取車(chē)示意圖

圖5 車(chē)庫(kù)上下取車(chē)示意圖

3 主要功能單元設(shè)計(jì)

3.1 車(chē)庫(kù)主體結(jié)構(gòu)

立體車(chē)庫(kù)主體采用雙層結(jié)構(gòu)的布置形式，總體結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要由底座、上、下承載托盤(pán)、液壓連桿水平托舉機(jī)構(gòu)等，采用焊接和螺栓裝配組成，安裝于水泥地基之上。結(jié)構(gòu)主體采用方管、中板、角鋼、防滑花紋鋼板等型材制造，具有良好的強(qiáng)度和剛度、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝拆卸方便、成本低等優(yōu)點(diǎn)[4]。

3.2 承載托盤(pán)機(jī)構(gòu)

承載托盤(pán)機(jī)構(gòu)是主要的承載部件，承擔(dān)車(chē)輛停放的構(gòu)件，由導(dǎo)引板、滑輪、導(dǎo)引板翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)等組成，設(shè)計(jì)額定載荷2000kg，基本滿足我國(guó)轎車(chē)自重需要，承載托盤(pán)及附屬機(jī)構(gòu)自重650kg。托盤(pán)上立有停車(chē)限位標(biāo)識(shí)桿。

導(dǎo)引板在庫(kù)內(nèi)時(shí)呈90°垂直托盤(pán)狀態(tài)，托盤(pán)出庫(kù)后，翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)自動(dòng)使其翻轉(zhuǎn)，與地面形成坡面，方便車(chē)輛上下承載托盤(pán)，導(dǎo)引板下方焊有數(shù)個(gè)加強(qiáng)筋。底層托盤(pán)安裝承重尼龍滑輪做支撐，支撐托盤(pán)承載著車(chē)輛平穩(wěn)滑動(dòng)。

3.3 底層托盤(pán)出入庫(kù)機(jī)構(gòu)

底層承載托盤(pán)的出入庫(kù)機(jī)構(gòu)，由伸縮液壓機(jī)構(gòu)以及傳感器組成。安裝在托盤(pán)底部，和主體結(jié)構(gòu)相連接的長(zhǎng)桿液壓缸，為托盤(pán)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)提供動(dòng)力。液壓缸的往復(fù)工作過(guò)程是：開(kāi)始階段作勻加速運(yùn)動(dòng)，然后變?yōu)閯蛩龠\(yùn)動(dòng)，最后停止階段作勻減速運(yùn)動(dòng)到達(dá)指定位置。

托盤(pán)移出移入距離L為2.2m，用時(shí)t為10s，忽略啟停減速因素，得出移動(dòng)速度大約0.22m/s。

3.4 液壓連桿水平托舉機(jī)構(gòu)

用于上層承載托盤(pán)出入庫(kù)的液壓連桿水平托舉機(jī)構(gòu)，是利用平行四邊形機(jī)構(gòu)的連桿平移機(jī)械特性，實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)過(guò)程的水平托舉。托舉工作狀態(tài)如圖6所示。該機(jī)構(gòu)由液壓缸、平行四邊形連桿機(jī)構(gòu)、上層承載托盤(pán)和傳感器組成[5]。液壓連桿水平托舉機(jī)構(gòu)是本車(chē)庫(kù)結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵，通過(guò)力學(xué)建模，使用ANSYS有限元軟件對(duì)該機(jī)構(gòu)的工程強(qiáng)度情況進(jìn)行了分析計(jì)算，保證結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全可靠。

圖6 液壓連桿水平托舉機(jī)構(gòu)

5 安全設(shè)計(jì)

車(chē)庫(kù)系統(tǒng)運(yùn)用本質(zhì)安全設(shè)計(jì)，安裝有車(chē)輛高度長(zhǎng)度限位檢測(cè)光電傳感器，并且在橫梁和立柱及其他可能觸碰的邊沿，設(shè)有尼龍擋條開(kāi)關(guān)，無(wú)論是光電傳感器檢測(cè)到車(chē)輛超出位置范圍，還是在入庫(kù)過(guò)程中車(chē)輛輕觸到尼龍擋條，系統(tǒng)都會(huì)立即停機(jī)，并發(fā)出語(yǔ)音提示。

底層托盤(pán)邊沿設(shè)有觸碰保護(hù)傳感機(jī)構(gòu)，托盤(pán)進(jìn)出庫(kù)過(guò)程中，觸碰到物體，系統(tǒng)會(huì)立即停機(jī)，并發(fā)出報(bào)警和語(yǔ)音提示。

頂層托盤(pán)底部裝有用于視覺(jué)檢測(cè)技術(shù)的圖像傳感器和觸碰保護(hù)傳感器。在托盤(pán)下降過(guò)程中，有物體進(jìn)入拖盤(pán)底部范圍或觸碰到物體，系統(tǒng)會(huì)立即停機(jī)，并發(fā)出報(bào)警和語(yǔ)音提示。

6 液壓系統(tǒng)

液壓系統(tǒng)由微型液壓站、電磁閥和油缸等執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成。液壓系統(tǒng)采用了自保持電磁閥和止回閥設(shè)計(jì)，當(dāng)系統(tǒng)突然停止工作時(shí)，液壓缸和液壓器件能夠鎖定并保持原有狀態(tài)不動(dòng)；機(jī)械方面還設(shè)計(jì)有上升過(guò)程的止回保護(hù)機(jī)構(gòu)，以及意外下降緩沖機(jī)構(gòu)，通過(guò)設(shè)置在油路中的分流集流閥保持兩個(gè)液壓缸的同步運(yùn)行。

為防止停電或電機(jī)發(fā)生故障，導(dǎo)致運(yùn)行中途停機(jī)，系統(tǒng)還設(shè)計(jì)了手動(dòng)液壓泵裝置，在手動(dòng)液壓泵和電動(dòng)液壓泵的出口都安裝有單向閥，然后在閥后用三通接頭合流在一起，當(dāng)電動(dòng)泵不能使用時(shí)，采用手動(dòng)操作應(yīng)急使用。

7 控制與計(jì)費(fèi)系統(tǒng)

系統(tǒng)采用高性能單片機(jī)作為控制核心，工作溫度-40～105℃，具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力。

系統(tǒng)計(jì)時(shí)收費(fèi)，既可以由管理員進(jìn)行人工收繳費(fèi)，也支持目前流行微信、支付寶等支付方式，方便快捷。

8 結(jié)語(yǔ)

本立體車(chē)庫(kù)互不干涉，使用方便，存取效率高，特別適合應(yīng)用在人口密度高，又不具備建設(shè)大型立體車(chē)庫(kù)或停車(chē)場(chǎng)的區(qū)域，它有效解決車(chē)位供給量少的問(wèn)題，給人們的生活帶來(lái)方便，提高人們生活的滿意度，適合推廣。本設(shè)計(jì)方案已獲得國(guó)家專(zhuān)利申請(qǐng)受理。