陳超 黃根 林存寧 劉卉

摘要：“太陽(yáng)能旋轉(zhuǎn)升降雙層停車庫(kù)”巧妙地運(yùn)用雙滑塊機(jī)構(gòu)，連桿機(jī)構(gòu)，鏈輪鏈條等機(jī)構(gòu)。利用雙滑塊機(jī)構(gòu)帶動(dòng)二層托車板運(yùn)動(dòng)，分時(shí)同步實(shí)現(xiàn)水平伸出與豎直下降過(guò)程聯(lián)動(dòng)。采用傳感器與機(jī)械結(jié)構(gòu)相結(jié)合的方式，利用紅外傳感器、壓力開(kāi)關(guān)、電子鎖、空間四桿合頁(yè)機(jī)構(gòu)組成的安全系統(tǒng)，可立即停車并保證設(shè)備與車輛安全。通過(guò)一系列的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、運(yùn)動(dòng)仿真以及強(qiáng)度校核，最終設(shè)計(jì)出一種小區(qū)家用雙層停車裝置，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)倒車入庫(kù)，保證兩層車輛停取時(shí)互不干擾，同時(shí)加入太陽(yáng)能發(fā)電、照明設(shè)備夜間照明。

關(guān)鍵詞：新型停車裝置;太陽(yáng)能;旋轉(zhuǎn)雙層;智能

中圖分類號(hào)：TG156文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1671-2064（2019）16-0000-00

0 前言

隨著人們生活水平的提高，我國(guó)機(jī)動(dòng)車保有量持續(xù)增長(zhǎng)，生活越加方便幸福的同時(shí)，人們又面臨著新的問(wèn)題：一戶大多擁有兩車甚至更多，而小區(qū)的車位配比大多為一戶一車位，私家車數(shù)量與越來(lái)越緊缺的車位資源供求關(guān)系失衡。按一對(duì)夫妻一人擁有一輛車設(shè)想，一個(gè)車位至少要容納兩個(gè)車位，同時(shí)考慮到存取車時(shí)間及結(jié)構(gòu)可靠程度，我們決定設(shè)計(jì)一款雙層停車裝置。除此之外，傳統(tǒng)停車過(guò)程往往需要倒車入位，需要較長(zhǎng)的倒車距離，存取車時(shí)需要不斷地掉轉(zhuǎn)車頭方向，給駕駛員的操作帶來(lái)困難，且具有刮擦、碰撞其他車輛的危險(xiǎn)，為此我們將雙層停車系統(tǒng)設(shè)計(jì)成旋轉(zhuǎn)升降式。

1設(shè)計(jì)方案

1.1總體說(shuō)明

設(shè)備總體由動(dòng)力系統(tǒng)和傳動(dòng)系統(tǒng)組成。

實(shí)物圖如圖1所示。

1.2雙滑塊機(jī)構(gòu)

1.2.1運(yùn)動(dòng)原理

雙滑塊機(jī)構(gòu)如圖2所示，主要由鏈輪1，擺桿2，張緊輪3，張緊輪4，鏈輪5，剪式支撐架6，下層板7組成。電機(jī)通過(guò)減速箱帶動(dòng)鏈輪1轉(zhuǎn)動(dòng)，鏈輪1帶動(dòng)鏈輪5，使擺桿2轉(zhuǎn)動(dòng)，與剪式支撐架6共同使二層板完成伸出及下降的聯(lián)動(dòng)，張緊輪3、4用于將鏈條張緊，消除空程。

1.3螺旋槽旋轉(zhuǎn)升降機(jī)構(gòu)

1.3.1 運(yùn)動(dòng)原理

如圖3所示該機(jī)構(gòu)主要由與下層板相連的中心軸，電機(jī)軸，軸承，剪氏機(jī)構(gòu)，螺旋槽組成。軸承通過(guò)軸與中心軸相連。機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)為：電機(jī)軸轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)剪氏機(jī)構(gòu)升降，將豎直面的平動(dòng)轉(zhuǎn)換為水平面的轉(zhuǎn)動(dòng)。通過(guò)3個(gè)軸承在螺旋槽內(nèi)的轉(zhuǎn)動(dòng)，限制旋轉(zhuǎn)角度為90°，保證旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)每次旋轉(zhuǎn)到位。

1.4太陽(yáng)能蓄電系統(tǒng)

由太陽(yáng)能板收集能源，經(jīng)過(guò)控制器整流后給蓄電池充電。充滿電的蓄電池分別給傳動(dòng)系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、安全系統(tǒng)供電。

1.5安全系統(tǒng)

由壓力開(kāi)關(guān)、串聯(lián)四桿合頁(yè)機(jī)構(gòu) 、紅外傳感器、電磁鎖組成。

1.5.1壓力開(kāi)關(guān)與紅外傳感器

檢測(cè)車輛到位與否、對(duì)運(yùn)動(dòng)過(guò)程進(jìn)行反饋。

1.5.2串聯(lián)四桿合頁(yè)機(jī)構(gòu)

待車輛進(jìn)入二層板，由傳感器判斷車輛停到位后，電機(jī)帶動(dòng)合頁(yè)收攏，防止由于系統(tǒng)故障引發(fā)車輛跌落危險(xiǎn)。

1.5.3電磁鎖

在四根立柱上分別裝有四個(gè)電磁鎖，在二層板停車到位后，電磁鎖打開(kāi)，確保在故障、停電情況下，二層板不會(huì)下墜。

2 強(qiáng)度校核

對(duì)框架是否發(fā)生整體傾覆和螺栓強(qiáng)度的校核：

已知總長(zhǎng)6m、總寬2.3m、總高3.0m，二層停車板長(zhǎng)5.0m、寬2.0m，外伸梁長(zhǎng)5.5m，取車重為M=2.5t，如圖4所示。

每個(gè)立柱均采用4個(gè)M16地腳螺栓固定，選擇螺栓材料為Q235、性能等級(jí)為4.6。

取安全系數(shù)

則設(shè)計(jì)總載荷為

假設(shè)左右兩側(cè)承擔(dān)載荷相等，則單邊總載荷為

由于實(shí)際中車輛發(fā)動(dòng)機(jī)多為前置，使車輛重心與外伸梁中心不重合;此處假設(shè)車輛重心位于外伸梁（5.5m）的前端（以車輛進(jìn)出方向?yàn)榍埃┑?/3處，且近似為峰值是的三角形均布載荷。

均布載荷峰值為

對(duì)B點(diǎn)取彎矩平衡（以B點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)）

其中

解得

對(duì)整體取力平衡

解得

由于，所以此處僅校核立柱A。每個(gè)立柱均采用4個(gè)地腳螺栓固定，則每個(gè)地腳螺栓的軸向工作載荷為

由《機(jī)械設(shè)計(jì) 第九版》P83查得，此處?。?/p>

則軸向總載荷為：

螺栓公稱直徑為M16，小徑為，材料為Q235、性能等級(jí)為4.6的地腳螺栓，由《機(jī)械設(shè)計(jì) 第九版》P86表5-8查得，材料屈服極限。

由《機(jī)械設(shè)計(jì) 第九版》P87表5-10查得安全系數(shù)。

則由《機(jī)械設(shè)計(jì) 第九版》P87式5-42求得螺栓材料的許用應(yīng)力

根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì) 第九版》P84式5-35求得螺紋危險(xiǎn)截面（小徑）處的計(jì)算應(yīng)力為：

，螺栓強(qiáng)度合格。

單個(gè)螺栓可提供的最大約束力為：

綜上所述當(dāng)4個(gè)立柱均采用M16的地腳螺栓時(shí)，整體框架不發(fā)生整體傾覆現(xiàn)象。

3設(shè)計(jì)亮點(diǎn)及應(yīng)用前景

3.1設(shè)計(jì)亮點(diǎn)

（1）太陽(yáng)能板供電;（2）利用螺旋槽旋轉(zhuǎn)升降機(jī)構(gòu)，完成調(diào)轉(zhuǎn)車頭動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)倒車入庫(kù);（3）早上和晚上光線不足，設(shè)置兩處燈帶，安全;（4）利用雙滑塊機(jī)構(gòu)帶動(dòng)二層托車板運(yùn)動(dòng)，分時(shí)同步實(shí)現(xiàn)水平伸出與豎直下降過(guò)程聯(lián)動(dòng)，從而減少電機(jī)及其他電控設(shè)備所需要的工作，保證了兩輛車停放的互不干擾，減少了動(dòng)力源;（5）本車庫(kù)采用紅外傳感器、壓力開(kāi)關(guān)、電子鎖、空間四桿合頁(yè)機(jī)構(gòu)組成的安全系統(tǒng)，能保證在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中可隨時(shí)停車，保證設(shè)備與車輛安全。

3.2 應(yīng)用前景

發(fā)展旋轉(zhuǎn)升降雙層停車讓人、車、路之間的相互作用關(guān)系以新的方式呈現(xiàn)，將調(diào)轉(zhuǎn)車頭動(dòng)作交由本產(chǎn)品完成，減少倒車入庫(kù)距離，方便快捷，應(yīng)用了環(huán)保新能源;實(shí)現(xiàn)停車的實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、高效、安全、節(jié)能的目標(biāo)，使以往交通擁堵、違章停車、交通安全、停車收費(fèi)等問(wèn)題得到緩解和解決，提高人們的出行效率，提升人們的日常生活質(zhì)量。

4結(jié)語(yǔ)

“太陽(yáng)能旋轉(zhuǎn)升降雙層停車庫(kù)”通過(guò)巧妙的雙滑塊機(jī)構(gòu)和螺旋槽旋轉(zhuǎn)升降機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了兩輛車停放時(shí)的互不干擾和車輛轉(zhuǎn)向，完成了預(yù)期的停車效果，增加了單位面積的停車數(shù)量，解決了小區(qū)家庭私家車位不足問(wèn)題。我們?nèi)娴乜紤]了停車過(guò)程中會(huì)遇到的諸多問(wèn)題，因此加入太陽(yáng)能板為產(chǎn)品供電，照明燈帶照明，如果車庫(kù)安放在戶外，白天可以通過(guò)太陽(yáng)能板將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能儲(chǔ)存在蓄電池里面供車庫(kù)全天運(yùn)轉(zhuǎn)的工作需要。同時(shí)設(shè)計(jì)了完備的安全系統(tǒng)提高產(chǎn)品的安全性。在設(shè)備調(diào)試過(guò)程中我們發(fā)現(xiàn)設(shè)備有幾處地方仍然需要改進(jìn)，我們會(huì)在以后的研究過(guò)程中加以改進(jìn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]孫桓，陳作模.機(jī)械原理（第六版）[M].北京：高等教育出版社，2013.

[2]濮良貴，紀(jì)名剛.機(jī)械設(shè)計(jì)（第九版）[M].北京：高等教育出版社，2013.

[3]吳宗澤，章圣國(guó).機(jī)械設(shè)計(jì)課程手冊(cè)（第三版）[M].北京：高等教育出版社，2015.

[4]王云亮，周淵深.電子電力技術(shù)（第三版）[M].北京：電子工業(yè)出版社，2013.

[5]李平，王靖.單片機(jī)入門(mén)與開(kāi)發(fā)[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2008.

[6]劉守義，朱月秀.單片機(jī)技術(shù)基礎(chǔ)[M].西安電子科技大學(xué)出版社，2007.

[7]李廣錄，李萬(wàn)祺，鄧應(yīng)杰.立體車庫(kù)的研究[J].科技視界，2018（3）：37-38.

收稿日期：2019-07-05

基金項(xiàng)目：本文系天津科技大學(xué)實(shí)驗(yàn)室創(chuàng)新基金（1801A201），市級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)（201910057050）。

作者簡(jiǎn)介：陳超（1998—），男，福建福州人，本科在讀，研究方向：機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

通訊作者：劉卉（1961—），女，天津人，學(xué)士，副教授，研究方向：機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。