王 崢，邢子達(dá)，黃曉磊，徐圣杰，張建超

(石家莊鐵道大學(xué) 工程訓(xùn)練中心，河北 石家莊 050043)

隨著我國經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，車輛保有量越來越多，車位少、停車難的問題日益嚴(yán)重。立體停車庫成為緩解這一問題的重要措施之一。美國最先開始研發(fā)立體車庫，技術(shù)居于領(lǐng)先地位。日本由于國土面積小而應(yīng)用最廣[1]。國內(nèi)正處于經(jīng)濟(jì)與建設(shè)發(fā)展階段，我國機(jī)械式車庫的早期研究開發(fā)工作是從80年代中期開始。我國多數(shù)產(chǎn)品效仿或引進(jìn)外國技術(shù)制造，技術(shù)水平低；缺少具有一定規(guī)模的企業(yè)，生產(chǎn)能力不足，立體車庫的研發(fā)與設(shè)計還有很長的路需要走。目前市場上存在的立體停車庫有升降橫移類、垂直循環(huán)類、平面移動類、簡易升降類等幾大類型[2]。車庫類型多種多樣，功能更是多元化，各有千秋，面向?qū)ο笠约斑m用場所大不相同。本文主要研究的新型升降橫移式立體車庫擬采用中小型車為對象，并適用于解決在市區(qū)公園、廣場、住宅小區(qū)等場所停車難的問題。該車庫的升降平移結(jié)構(gòu)與主體結(jié)構(gòu)相對獨(dú)立，做到模塊化設(shè)計，可隨時拆裝。將傳統(tǒng)車庫主體內(nèi)的車輛平移，改為旋轉(zhuǎn)。保證了車庫存取操作的便捷、靈活，提高存取車效率，也方便以后的車庫維修、保養(yǎng)等。

1 升降橫移式立體車庫的創(chuàng)新設(shè)計

針對我國立體車庫現(xiàn)存的問題，立體車庫擬采用存放中小型車為對象，并針對適用于市區(qū)公園、廣場、住宅小區(qū)等地面利用變動性較大的地方的升降橫移式立體車庫進(jìn)行改進(jìn)。升降橫移類立體車庫具有形式較多，規(guī)?？纱罂尚。m用面積廣，安全可靠性大等優(yōu)點(diǎn)。另外，該類車庫的整體鋼架結(jié)構(gòu)、傳動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、安全系統(tǒng)等技術(shù)發(fā)展比較成熟。

本新型車庫可廣泛適用于露天場所和停車需求大的地方，停取車時間短，效率高。模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計，安裝簡單，拆卸方便。運(yùn)行維護(hù)成本低，如果需要更換，可直接在現(xiàn)場進(jìn)行更換。

1.1 升降橫移式立體車庫結(jié)構(gòu)設(shè)計

該立體車庫主要包括兩大結(jié)構(gòu)。包括車庫主體結(jié)構(gòu)和垂直升降平移結(jié)構(gòu)。

1)車庫主體為鋼架結(jié)構(gòu)，包括一個裝載旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的中心主軸，其內(nèi)部設(shè)有電動機(jī)給旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)提供充足的動力；還包括四個可沿圓形軌道旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)支柱，支柱的旋轉(zhuǎn)可由支柱下面的萬向輪沿著圓形軌道來實(shí)現(xiàn)；主體結(jié)構(gòu)分為兩層。一層可直接停放8輛車，二層設(shè)8個帶有梳狀載車平臺的固定載車板，且二層結(jié)構(gòu)可整體旋轉(zhuǎn)。

2)垂直升降平移結(jié)構(gòu)四周包括6個帶有滾珠螺桿裝置的支撐立柱，主要部分包括一個分為上下兩層的鋼制平臺，下層垂直升降平臺可沿滾珠螺桿進(jìn)行車輛的升降，上層水平移動平臺沿下層鋼制平臺的內(nèi)側(cè)軌道負(fù)責(zé)車輛的平移；上層平臺內(nèi)設(shè)有一個帶有液壓裝置和梳狀載車板可移動拖車，可使車輛快速、準(zhǔn)確入位。

整個車庫整體結(jié)構(gòu)按中心主軸、旋轉(zhuǎn)軸承、軌道、梁、肋板、對角梁、固定載車板、旋轉(zhuǎn)支柱、滾珠螺桿、垂直升降平臺、水平移動平臺、拖車之間順序連接，如圖1所示。

其中，中心主軸固定在地基上，旋轉(zhuǎn)軸承采用鍵鏈接在中心主軸上，4個梁均勻分布固定于中心主軸上部，肋板固連在梁兩側(cè)，上端面起支撐作用。固定載車板兩側(cè)與梁固定連接，其下面有肋板支撐，對角梁一端固定在中心主軸上部，另一端與固定在固定載車板上的旋轉(zhuǎn)支柱相連，從下端支撐起固定載車板，軌道和旋轉(zhuǎn)支柱形成配合。滾珠螺桿安裝在地面，垂直升降平臺套在滾珠螺桿上，水平移動平臺與垂直升降平臺通過滑道連接，拖車放入水平移動平臺軌道中。車庫總覽如圖2所示。

根據(jù)結(jié)構(gòu)圖1和圖2，下面對主要機(jī)械部件作簡單介紹：

1)中心主軸：中心主軸為最主要的承重軸，下端連于地面地基，主要承載二層的重量。因車庫整體由PLC進(jìn)行控制，所以該主軸可根據(jù)存車取車的指令要求進(jìn)行轉(zhuǎn)動。

2)旋轉(zhuǎn)支柱：本車庫中有4個旋轉(zhuǎn)支柱，支柱下方有腳輪，腳輪在軌道中行走，軌道中有抱剎裝置，可以方便快速地啟停。

3)固定載車板：固定載車板裝在中心主軸上，主要負(fù)責(zé)存放車輛。其內(nèi)部設(shè)有供拖車運(yùn)動的通道，上面設(shè)有梳狀結(jié)構(gòu)，可方便實(shí)現(xiàn)車輛的存取移動。

4)水平移動平臺：其與固定載車板形似，內(nèi)部同樣具有可供拖車運(yùn)動的空間，水平移動平臺下方裝有輪子，來實(shí)現(xiàn)平移運(yùn)動，再通過PLC傳感器的控制，可實(shí)現(xiàn)與梳狀載車平臺的精準(zhǔn)定位，完成水平方向上的運(yùn)動。

5)垂直升降平臺：垂直升降平臺外部有與滾珠螺桿配合的孔，滾珠螺桿通過電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動，并且配上PLC對其運(yùn)動高度進(jìn)行控制，使車輛在垂直方向上進(jìn)行精確的升降運(yùn)動。

6)拖車：拖車上裝有液壓升降裝置，通過升降平移將車從載車板運(yùn)到車庫里或從車庫取出。

除了大量的機(jī)械工具，本結(jié)構(gòu)還用到大量的電氣設(shè)備，傳感器和PLC等，在后邊會進(jìn)行分析與設(shè)計。

1.2 升降橫移式立體車庫的工作原理

本車庫可以實(shí)現(xiàn)自動的存取車輛，以存車為例來簡述其工作原理；一層的車輛可以直接進(jìn)入，和普通地面上的停取車方式相同。當(dāng)一層的車停滿之后，開始使用升降平臺進(jìn)行二層車輛的存放；在車輛需停放車庫二層時，整個過程如圖3所示。首先車輛進(jìn)入垂直升降平移裝置。智能控制系統(tǒng)啟動，首先系統(tǒng)進(jìn)行自我檢查，再檢查車長寬高、重量、停放位置符合要求后，電機(jī)驅(qū)動滾珠螺桿帶動垂直升降平臺、水平移動平臺以及拖車垂直上升，直到水平移動平臺與固定載車板的梳狀載車平臺兩部件內(nèi)軌道底面重合。垂直升降平臺上的滑道輪在電力驅(qū)動下將水平移動平臺和固定載車板進(jìn)行對接。在智能系統(tǒng)控制下，拖車底盤上的液壓升降系統(tǒng)將梳狀載車板向上抬升到一定高度，在傳動輪和側(cè)輪配合下沿軌道向前移動，拖車前進(jìn)到固定載車板上，自動調(diào)整與其準(zhǔn)確配合的位置，液壓升降系統(tǒng)將梳狀載車板降入軌道內(nèi)部，回到在水平移動平臺以前位置，梳狀載車板復(fù)位，完成車輛搬運(yùn)步驟；然后在電機(jī)驅(qū)動下滑道輪將水平移動平臺復(fù)位，滾珠螺桿反向旋轉(zhuǎn)使垂直升降平臺、水平移動平臺、拖車回到地面以下。在進(jìn)行上一步驟的同時，中心主軸在電機(jī)驅(qū)動下開始旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)支柱下端的萬向輪沿軌道隨中心主軸同步旋轉(zhuǎn)將沒車車位旋轉(zhuǎn)過來，使固定載車板與水平移動平臺內(nèi)軌道中軸線在一個鉛錘面內(nèi)。

本車庫以升降橫移式立體車庫為研究對象，對原有的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，將車庫內(nèi)的升降橫移運(yùn)動方式改為升降旋轉(zhuǎn)，提高存取車效率，減少車主等待時間，提升了車庫的空間利用率。一層可直接停車，簡單方便。車庫由鋼結(jié)構(gòu)、車輛垂直升降系統(tǒng)、自動調(diào)整系統(tǒng)、智能控制系統(tǒng)、配電系統(tǒng)等組成。主體采用鋼結(jié)構(gòu)，強(qiáng)度高，較為輕巧，能夠?qū)崿F(xiàn)快速搭接與拆卸[3]。對于整個立體車庫的控制，小型PLC就能滿足系統(tǒng)需要。智能控制系統(tǒng)選用歐姆龍CP1E-N40DR-A小型PLC，歐姆龍PLC具有結(jié)構(gòu)靈活，傳輸質(zhì)量高、速度快、質(zhì)量穩(wěn)定，范圍廣的特點(diǎn)。拖車提升裝置采用液壓裝置，響應(yīng)速度快，提升平穩(wěn)，承載能力大。車輛的垂直升降系統(tǒng)采用滾珠螺桿裝置，將滑動摩擦變?yōu)闈L動摩擦，具有定位精度高，壽命長，污染低等特點(diǎn)[4]。

1.3 立體車庫的建設(shè)方案

按照當(dāng)今城市發(fā)展要求和針對城市小區(qū)、公園等地區(qū)所設(shè)計的立體車庫擬采用如下建設(shè)方案，如表1 所示。該設(shè)計占地面積不大，滿足中小型車輛的停放要求，另有隨時拆卸，組裝方便等優(yōu)點(diǎn)，適合簡單快捷的停車。

表1 立體車庫建設(shè)方案設(shè)計[5]

2 立體車庫系統(tǒng)設(shè)計

本立體車庫擬選用歐姆龍PLC。歐姆龍PLC是一種功能完善的緊湊型PLC，通過對本系統(tǒng)的功能進(jìn)行分析，小型PLC就能滿足系統(tǒng)需要。歐姆龍PLC具有結(jié)構(gòu)靈活，傳輸質(zhì)量高、速度快、質(zhì)量穩(wěn)定，范圍廣，制造成本低，適用面廣等特點(diǎn)，選用此款控制器價格便宜，性價比高。綜上考慮，選用歐姆龍CP1E-N40DR-A小型PLC[6]。

PLC是承接計算機(jī)和輸入、輸出的重要連接部分，它擔(dān)負(fù)著將輸入信號按照特定的程序執(zhí)行并輸出到外界，同時PLC能與計算機(jī)進(jìn)行雙向信號交流，傳遞信息。PLC強(qiáng)大的穩(wěn)定性保證了整個車庫的穩(wěn)定與安全[7-8]。

在輸入中，在各種傳感器接收到信號后可通過導(dǎo)線傳遞給PLC。其中安置在車庫外側(cè)的閘桿用來檢測是否有待停取車輛，并隨時識別待放行車輛的車牌號碼。初步解決人員誤入帶來的不必要麻煩。讀卡器用來接收用戶發(fā)出的存取車信號；光電傳感器用來檢查車體的長寬高是否合適；壓力傳感器用于檢查車體重量是否符合標(biāo)準(zhǔn)；限位開關(guān)檢查用戶停車位置是否合適。

在執(zhí)行機(jī)構(gòu)中，通過PLC發(fā)出指令，轉(zhuǎn)化成電信號，輸出電動機(jī)的正反轉(zhuǎn)，來控制載車板的上下作用移動；指示燈的閃爍，報警和安全系統(tǒng)的啟停，保護(hù)車輛與用戶的安全。

3 總結(jié)

目前我國社會經(jīng)濟(jì)和科技水平的發(fā)展對于車庫系統(tǒng)而言仍有許多需要改進(jìn)和提高的地方。發(fā)展立體車庫對我國人口增長，人均土地占有面積減少有著至關(guān)重要的作用。筆者在停車空間緊張的社會背景下提出了PLC控制為核心、以節(jié)約空間為目的，以適用于商場、老舊小區(qū)等人員密集場所為出發(fā)點(diǎn)的雙層八車位升降橫移小型的立體車庫。隨著人民生活水平的提高，汽車保有量會越來越大。立體車庫在我國今后一段時間一定會是一個巨大的商機(jī)。本文所述的設(shè)計一定會為未來的智能化城市貢獻(xiàn)力量。