鄒智恒，楊 瑩，鐘 燕，向昊南，李 林

(湖南文理學(xué)院 機械工程學(xué)院，湖南 常德 415000)

0 引 言

隨著社會經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，人們生活水平不斷提高，汽車的保有量增長迅速，導(dǎo)致我國大中城市普遍存在著停車難的問題[1]。很多大中城市除了道路上動態(tài)交通出現(xiàn)嚴(yán)重?fù)矶?，私占道路和私占綠地停車的現(xiàn)象也越來越多。為解決停車難問題，現(xiàn)代城市大都采取立體車庫的形式，已建成使用的大型立體停車庫有垂直升降式、水平循環(huán)式、垂直循環(huán)式、多層升降橫移式等，盡管我國機械式立體車庫的發(fā)展已經(jīng)獨具特色，市場也形成了固定形態(tài)，但回看現(xiàn)實情況，卻仍不容樂觀。我國立體車庫在市場上的利用率并沒有達(dá)到預(yù)期，多數(shù)城市的投資和回報不成比例[2]。大型立體停車裝置成本高且維護(hù)不便，針對這一情況設(shè)計了一種雙層立體停車裝置，結(jié)構(gòu)簡單，易拆卸、可移動、安裝方便，緩解了城市地上與地下停車位壓力，為子母式立體車庫的設(shè)計思路提供了新方向，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益與社會效益，實用性好。

1 停車裝置的總體方案設(shè)計

停車裝置主要由車架、車板升降系統(tǒng)、車板回轉(zhuǎn)機構(gòu)以及控制系統(tǒng)四大部分組成。車架主要起支撐作用，車架和車板升降系統(tǒng)共同配合實現(xiàn)支撐板的升降運動，由于現(xiàn)今絕大部分車位是非字形車位，因此增設(shè)了車板回轉(zhuǎn)系統(tǒng)，來實現(xiàn)載車板的回轉(zhuǎn)運動，以滿足停車需求。整個裝置的動力均來源于電機。控制系統(tǒng)采用51單片機、變壓器、L298模塊等元件以及編程控制電機正反轉(zhuǎn)來實現(xiàn)全自動化存取車。整個存取車的過程采用一鍵按鈕控制，操作簡單方便。裝置整體結(jié)構(gòu)及布局如圖1所示。

2 工作原理

2.1 車架結(jié)構(gòu)設(shè)計

作為裝置主要受力結(jié)構(gòu)，車架外形采用框架式結(jié)構(gòu)，在滿足受力要求與空間合理利用的前提下，盡可能將結(jié)構(gòu)簡單化，減少總體質(zhì)量。車架為對稱布置的直角梯形形狀的導(dǎo)軌(便于其他傳動零件的布置，預(yù)留足夠空間停放車輛)，內(nèi)側(cè)開槽，原理與導(dǎo)軌相似起到引導(dǎo)鏈條的作用，支撐板在其他機構(gòu)的作用下沿導(dǎo)軌運動，通過精確設(shè)計導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)尺寸，可使載車板完成特定的運動軌跡。

2.2 車板升降系統(tǒng)

車板升降系統(tǒng)主要由電機、圓錐齒輪機構(gòu)、鏈輪鏈條、五桿機構(gòu)以及支撐板組成，可實現(xiàn)支撐板的升降。為使輪齒具有足夠的耐磨性和強度[3]，采用國家標(biāo)準(zhǔn)件。車架為開有內(nèi)槽的導(dǎo)軌，鏈條可在導(dǎo)軌中運動。電機將動力輸出至與從動齒輪相連的軸上，驅(qū)動與軸相連的鏈輪旋轉(zhuǎn)，鏈輪則帶動與之嚙合的鏈條在導(dǎo)軌中運動，使支撐板沿導(dǎo)軌運動，通過五桿機構(gòu)的運動，完成支撐板的水平升降。

2.3 變胞五桿機構(gòu)

三桿、車架、支撐板構(gòu)成五桿機構(gòu)，由于五桿機構(gòu)的自由度為2[4]，而此處所用原動件為1，原理上五桿機構(gòu)的運動無法保障。為使五桿機構(gòu)實現(xiàn)我們特定的運動軌跡，特將五桿機構(gòu)進(jìn)行了結(jié)構(gòu)創(chuàng)新，在其中一根連桿上設(shè)計有限位結(jié)構(gòu)，它使與之連接的其他兩根連桿只能在特定的角度范圍內(nèi)旋轉(zhuǎn)，從而起到限位作用，使五桿機構(gòu)具有確定的運動，達(dá)到升降所要求的運動軌跡。如圖2所示。

圖1 裝置整體結(jié)構(gòu) 圖2 變胞五桿機構(gòu)

2.4 控制系統(tǒng)

通過單片機軟件編程的方法可以使原本十分復(fù)雜的控制過程實現(xiàn)自動控制和精確控制，避免了控制精度失步、震蕩的影響[5]，且單片機具有靈活、成本低、易于產(chǎn)品化、抗干擾能力強，可構(gòu)成各種智能式控制設(shè)備和智能儀器的特點[6]，因此控制部分采用AT89C51單片機與L298 N直流電機驅(qū)動模塊來控制直流電機，電機為額定直流電機，與24 V變壓器與L298 N、51單片機相結(jié)合從而達(dá)到目的。

3 數(shù)據(jù)計算分析

利用 ANSYS 軟件對結(jié)構(gòu)的受力變形進(jìn)行仿真分析，車架作為整個設(shè)備的支撐裝置，其強度決定了整個裝置的穩(wěn)定性與安全性且應(yīng)保證有較長的壽命。車架材料選擇45#鋼，用Ansys軟件對車架強度進(jìn)行有限元分析，車架的應(yīng)變圖如圖3所示，由圖4所示，通過對車架最危險點的分析，該結(jié)構(gòu)支撐受力在許用范圍內(nèi)，材料的選用合理。

4 結(jié) 語

該裝置很好地實現(xiàn)了一位兩車式全自動化存取車功能，并且上下層車輛的存取互不影響，均可方便自由存取轎車，該裝置具有以下創(chuàng)新點：

(1) 鏈條軌道式傳動使與鏈輪嚙合的鏈條在特制的導(dǎo)軌中實現(xiàn)特定的運動。

(2) 基于變胞五桿機構(gòu)的設(shè)計，五桿機構(gòu)與載車板通過轉(zhuǎn)動副連接，設(shè)有限位結(jié)構(gòu)，載車板向下運動時，重力與限位機構(gòu)的作用下，可達(dá)到預(yù)設(shè)的運動形式，完成存取車。依據(jù)以上思路及原理設(shè)計出的模型可達(dá)到我們預(yù)期目的，為子母式立體車庫的設(shè)計思路提供了新方向。具有一定實用價值。