胡義華，張樹林，靳 龍

（1.廣西科技大學(xué)工程訓(xùn)練中心，廣西 柳州 545006；2.廣西科技大學(xué)鹿山學(xué)院，廣西 柳州545616；3.廣西科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，廣西 柳州545006）

0 引言

立體車庫由于具有二層或者多層結(jié)構(gòu)，可以停放兩輛甚至是多輛車，同時(shí)立體車庫通過遙控或者控制柜按鈕方式存取車，與現(xiàn)有普通停車場相比，立體車庫可最大限度利用地面空間，存取車效率高，并且能實(shí)現(xiàn)自動化，能夠有效緩解停車難[1]。

小型智能立體車庫采用回轉(zhuǎn)式結(jié)構(gòu)，通過可編程控制器PLC技術(shù)提供信號控制立柱、載車板等，載車板的水平運(yùn)動、回轉(zhuǎn)運(yùn)動、升降運(yùn)動分別采用伺服電機(jī)驅(qū)動蝸輪蝸桿減速傳動機(jī)構(gòu)而實(shí)現(xiàn)[2]，并采用回轉(zhuǎn)和升降復(fù)合運(yùn)動機(jī)構(gòu)。

1 智能立體車庫PLC控制技術(shù)

考慮到產(chǎn)品建設(shè)的需求和成本的問題，根據(jù)可編程控制器（PLC）智能化程度高、程序編寫過程中周期短、穩(wěn)定性強(qiáng)的特點(diǎn)，立體車庫采用可編程控制技術(shù)（PLC），采用PLC技術(shù)設(shè)計(jì)的電路簡易、成本低、功率消耗小，而且還具采用可視化梯形圖編程使得編程周期大幅縮短，抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)勢[3]。

作為回轉(zhuǎn)式智能立體車庫控制系統(tǒng)的可編程控制器PLC同時(shí)在運(yùn)行的過程中連接傳感器和驅(qū)動部分，與其它的各部分零件進(jìn)行信息交換與信息交流，從而實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能，達(dá)到完整安全的運(yùn)行動作。

可編程控制器PLC實(shí)現(xiàn)的功能有：

（1）采用繼電器等器件為回轉(zhuǎn)式智能國庫安裝及調(diào)試過程提供觸發(fā)信號，驅(qū)動電機(jī)從而實(shí)現(xiàn)相應(yīng)動作完成調(diào)試過程。

（2）在存取車過程中提供觸發(fā)信號，驅(qū)動電機(jī)，連續(xù)完成存取運(yùn)動。

（3）由于回轉(zhuǎn)式智能車庫采用回轉(zhuǎn)式結(jié)構(gòu)，在存取車過程中通過回轉(zhuǎn)存取車，回轉(zhuǎn)運(yùn)動為偏轉(zhuǎn)運(yùn)動，轉(zhuǎn)動慣量大，可編程控制器PLC通過與編碼器及變頻器聯(lián)動，控制回轉(zhuǎn)的速度，使得車與板在回轉(zhuǎn)過程中保持平衡及穩(wěn)定，從而不會產(chǎn)生危險(xiǎn)。

（4）在車輛存取過程中PLC對車輛的位置進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測，只有在車輛位置在安全規(guī)定行程時(shí)才能提供信號，如果車輛停放在安全規(guī)定行程以外或者停車過程中由于載車板的變形導(dǎo)致車輛移動不在安全規(guī)定行程時(shí)停止信號的輸出，從而避免車輛及立體車庫結(jié)構(gòu)的損傷，保證安全[3]。

（5）可編程控制器同時(shí)對相應(yīng)設(shè)備及外圍設(shè)備進(jìn)行控制及相互作用，外圍設(shè)備主要是指信號輸入輸出設(shè)備，比如：運(yùn)行指示燈、調(diào)試選擇開關(guān)、啟停按鈕、急停按鈕、遙控模塊等。在所有的設(shè)備中電動機(jī)是最主要的控制設(shè)備，在電動機(jī)工作過程中可編程控制器提供信號，電動機(jī)接收信號后能夠通過控制主機(jī)箱或者無線遙控上的按鈕操作兩種方式來控制車庫的運(yùn)行。電機(jī)有升降電機(jī)、行走電機(jī)、回轉(zhuǎn)電機(jī)三種，在立體車庫中的升降電機(jī)直接與電源相連，行走電機(jī)采用軟走動器，回轉(zhuǎn)電機(jī)采用變頻器結(jié)構(gòu)，在動作過程中的啟停主要是通過采用單片機(jī)作為上位機(jī)，通過繼電器控制下位機(jī)來實(shí)現(xiàn)。如果是按鈕操作，按鈕直接和PLC連接一起，可以直接控制車庫的啟停。在汽車存車過程中如果沒有停在合適的位置，通過光電開關(guān)對射檢測位置，保證位置停在規(guī)定行程位置。功能框圖如下圖1所示。

圖1 總體功能框圖

2 智能車庫關(guān)鍵結(jié)構(gòu)件設(shè)計(jì)

2.1 載車板設(shè)計(jì)

載車板主要是起承載汽車的作用，在智能立體車庫結(jié)構(gòu)中要求其具有安全、可靠、方便等特點(diǎn)，在一般的載車板設(shè)計(jì)中有鋼板壓制式（如圖 2所示）和焊接框架式（如圖3所示）兩種。鋼板壓制式結(jié)構(gòu)的鋼板采用沖壓一次成型，其結(jié)構(gòu)比較輕巧[4]，由于是一次成型鋼板是一個(gè)整體，結(jié)構(gòu)比較美觀，但結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)決定其承受能力稍差，主要適用于承載要求不大的立體車庫。結(jié)構(gòu)為焊接框架式的載車板采用一般采用型鋼和鋼板通過焊接拼裝而成，在焊接過程中可以通過加強(qiáng)筋之類的結(jié)構(gòu)增加強(qiáng)度，這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)：可分開運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場后再現(xiàn)場焊接，所以運(yùn)輸方便，同時(shí)焊接過程中有加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu)，強(qiáng)度和剛度大，具有更高的安全性，同時(shí)通用互換性好。經(jīng)過綜合對比考慮智能立體車庫采用框架式載車板，從而提高立體車庫載車板的可靠性及方便性。

圖2 壓制式載車板

圖3 焊接框架式載車板

載車板形狀的設(shè)計(jì)為中間高兩邊低的形狀，同時(shí)設(shè)置有縱橫交錯(cuò)的23根加強(qiáng)筋。在設(shè)計(jì)過程中主要考慮汽車的重量及升降過程中受力情況，一般為增加鋼板的強(qiáng)度采取加厚鋼板的方式，加厚鋼板也意味著重量增加，材料成本增大，智能立體車庫在設(shè)計(jì)時(shí)采取設(shè)計(jì)加強(qiáng)筋的方法減輕鋼板的厚度，同時(shí)增加鋼板的強(qiáng)度。同時(shí)為方便停車時(shí)車子的定位，將載車板設(shè)計(jì)為中間高兩端低的結(jié)構(gòu)形式，有意識引導(dǎo)車主進(jìn)行自動定位，方便車主停車。鋼板采用花紋鋼板，能夠在車子停在板上時(shí)防止汽車滑動[5]。載車板的結(jié)構(gòu)及主要用料示意圖如圖4所示，其中上部分為載車板主視圖，下部分為載車板俯視圖。

圖4 載車板結(jié)構(gòu)示意圖

2.2 立柱設(shè)計(jì)

立柱是智能立體車庫結(jié)構(gòu)部件中重要的結(jié)構(gòu)零件，支撐整個(gè)車庫的上升及靜止停放時(shí)的受力，是立體車庫中尤為重要的組成部分，載車板通過滑座與立柱相連，載車板在上升與下降過程中以立柱為支撐柱和上下滑行的滑行軌跡，在回轉(zhuǎn)時(shí)以立柱為旋轉(zhuǎn)中心和支撐體，同時(shí)在載車板上升下降過程中由于車輛與載車板的重量產(chǎn)生扭矩，而且在載車板回轉(zhuǎn)工作時(shí)由于具有一定的速度具有慣性，會導(dǎo)致立柱彎矩的增加[6]，為了消除這種扭矩，一是依靠載車板本身的鋼板強(qiáng)度，二是依靠立柱的支撐，立柱材料的強(qiáng)度。在本項(xiàng)智能立體車庫設(shè)計(jì)時(shí)立柱設(shè)計(jì)主要是根據(jù)載車板承受的汽車重量及立柱所采用的材料，通過查閱設(shè)計(jì)手冊及設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，立柱采用矩形鋼管[6][7]，規(guī)格為 190 × 270 × 2δ10，并借助 ANSYS軟件對立柱進(jìn)行靜力及動力分析，并對其強(qiáng)度進(jìn)行校核。

3 回轉(zhuǎn)式智能取車原理

回轉(zhuǎn)式智能車庫工作時(shí)，停在下面車位的車直接進(jìn)出庫。當(dāng)上面車位的車子想停車時(shí)，在隔車位一定距離的地方停車，按遙控器停車按鈕或者下車直到車庫主控機(jī)柜按停車按鈕，按照以下步驟順序運(yùn)行：（1）載車板連同框架結(jié)構(gòu)在水平伺服電機(jī)驅(qū)動下，通過齒條的傳動，水平移動，運(yùn)動到相應(yīng)位置；（2）載車板與軸承座上行一小段位移，在回轉(zhuǎn)伺服電機(jī)作用下，通過蝸輪的傳動，載車板與軸承座回轉(zhuǎn)90°[7]至與過道水平的上方；（3）通過升降伺服電機(jī)及減速機(jī)構(gòu)組件和齒輪齒條的傳動，載車板與軸承座及升降機(jī)構(gòu)下降，快到地面時(shí)接收信號緩慢下降直到地面相應(yīng)位置，方便汽車能夠駛?cè)胼d車板，并停放在規(guī)定的行程位置；（4）將車子直接停上載車板，并校正到規(guī)定行程位置，人下車，鎖好車門；（5）按遙控器存車按鈕或者下車直到車庫主控機(jī)柜按存車按鈕，載車板與軸承座及升降機(jī)構(gòu)上升，上升到相應(yīng)位置，載車板與軸承座回轉(zhuǎn)90°，載車板連同框架結(jié)構(gòu)水平前進(jìn)至規(guī)定的停車位置。取車時(shí)，操作和運(yùn)行順序與停車順序相同。

4 結(jié)束語

回轉(zhuǎn)式立體車庫通過采用回轉(zhuǎn)式結(jié)構(gòu)，載車板水平移動、旋轉(zhuǎn)、升降的復(fù)合式運(yùn)動方式實(shí)現(xiàn)汽車的存取車運(yùn)動，從而上面車子的存取與下面有無車子無關(guān)，下面車子的存取也不影響上面有無車子，同時(shí)能夠充分利用空間，存取車比較簡便、快捷方便，也容易實(shí)現(xiàn)自動化[1]。