趙彥淇，周傳喜，何利名，王雨彤，張仕帆，余秀杰

(長江大學(xué) 機械工程學(xué)院，湖北 荊州 434023)

0 引 言

近年來，機械式垂直立體車庫成為停車裝置的一個重要發(fā)展方向[1]。隨著私家車擁有量的迅速增加，車位緊缺問題日漸嚴峻。國內(nèi)的車庫多為升降橫移類或縱向類機械式立體停車庫[2]，存在存取速度慢、停車繁瑣、不適應(yīng)各類場地、需要單獨停車卡等弊端。不同于傳統(tǒng)的機械式停車庫，采用矩形框體形式，通過PLC控制電機的轉(zhuǎn)動裝置，實現(xiàn)車位的運轉(zhuǎn)，具有造價低、成本低、節(jié)省空間等特點。以車庫一層為單元，衍生出四位、九位、十五位等不同車位數(shù)的多元設(shè)計方案，可根據(jù)不同占地面積、場合存取車輛是否頻繁來建造使用不同車位數(shù)的車庫，實現(xiàn)優(yōu)化管理。

筆者所設(shè)計的停車庫采用工業(yè)級萬向輪和井型軌道槽組成的位移系統(tǒng)，實現(xiàn)了載車板橫縱方向運動；采用對稱分布升降系統(tǒng)，保證了車庫的安全性和穩(wěn)定性的同時降低了耗能比；采用單元設(shè)計原理進行可積木化建造，根據(jù)存車量的不同，組成四位、六位、九位以及十五位式的車庫。采用靜音型的傳動滾輪和滾磨條系統(tǒng)保證車輛的安全運行。簡言之，垂直升降矩形框體機械停車庫具有節(jié)省空間、結(jié)構(gòu)簡單、配置靈活等特點，其創(chuàng)新點在于相較于先前研發(fā)的一些車庫，具有便于維修、存取快捷、投資需求少等優(yōu)勢。

1 垂直升降矩形框體機械停車庫總體結(jié)構(gòu)

本垂直升降矩形框體機械停車庫的機械結(jié)構(gòu)主要由驅(qū)動系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、鋼架系統(tǒng)、載車系統(tǒng)和電控系統(tǒng)五部分組成[3]?？傮w結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 機械車庫總體結(jié)構(gòu)

1.1 驅(qū)動系統(tǒng)

電機采用三相異步電機，電機安裝在頂部，鏈條鏈接升降臺與鋼架結(jié)構(gòu)，升降系統(tǒng)工作時，驅(qū)動電機帶動驅(qū)動鏈在配重塊的平衡作用下，使升降臺平穩(wěn)上升；升降臺自帶的導(dǎo)輪在限位滑道中滾動，保證升降臺平穩(wěn)地水平上升。配重塊設(shè)計位置在升降臺對稱位置處，增加了車庫的平穩(wěn)性。

1.2 傳動系統(tǒng)

設(shè)計思路來源于自動化裝配線上使用的摩擦傳動系統(tǒng)。其中，由傳統(tǒng)摩擦輪改進的傳動滾輪和載車板底部的傳動滾磨條組成的摩擦傳動系統(tǒng)具有控制性能好、驅(qū)動能力強等顯著特點。

底部摩擦傳動系統(tǒng)由井形軌道槽3、傳動滾輪5和傳動滾磨條6組成，載車板4上安裝有多個工業(yè)級萬向輪7，傳動滾輪5在驅(qū)動時可夾緊載車板(紅色線條為升降位)以保證車輛的平穩(wěn)運行。如圖2、3所示。

圖2 底部摩擦傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)3.井形軌道槽 4.安全載車板 5.傳動滾輪 6.傳動滾磨條 7.工業(yè)級萬向輪傳 8.防滑槽 21.限位器

傳動滾輪5(位置如圖)的布置安裝如圖4所示，由于布置間距小于載車板底部傳動滾磨條6長度，故能進行平穩(wěn)連續(xù)傳動。載車板底部的工業(yè)級萬向輪7在井型軌道槽3中移動，故移動時定位準確。

圖3 傳動滾輪 圖4 傳動滾輪與井型軌道位置

升降系統(tǒng)采用傳統(tǒng)的鏈輪升降系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有平穩(wěn)、噪音低、位置可控的特點；驅(qū)動電機安裝在頂部，驅(qū)動鏈條鏈接升降臺與鋼架結(jié)構(gòu)，位置如圖5所示(粗線位置為驅(qū)動鏈)。

1.3 鋼架系統(tǒng)

鋼架系統(tǒng)由鋼焊接而成，并通過力學(xué)計算得到最穩(wěn)定的鋼體結(jié)構(gòu)，鋼體與鋼體之間采用可拆卸的連接方式，從而使得運輸、安裝極為簡便，花費時間短。

1.4 載車系統(tǒng)

載車系統(tǒng)的載車板上設(shè)計有限位裝置并在載車板上采用凹槽設(shè)計，防止車輛滑移從而保證了車輛的安全。如圖6所示。

圖5 鏈輪升降系統(tǒng) 圖6 載車板裝置

1.5 電控系統(tǒng)

整個車庫由1臺PLC進行統(tǒng)一的管理和監(jiān)控。車庫存取控制系統(tǒng)包括弱電系統(tǒng)和強電系統(tǒng)，其中弱電系統(tǒng)由各種信號的采集和報警與控制的輸出組成；強電系統(tǒng)由載車板電機的控制線路、控制電機的正反轉(zhuǎn)接觸和載車板的上下行程限位組成。車庫采用車位檢測裝置代替人工找位，用循環(huán)裝置輸送汽車到位。系統(tǒng)在面板右端設(shè)有急停按鈕，當(dāng)發(fā)生意外時，按下急停按鈕，保證車輛安全。

2 結(jié)構(gòu)計算

2.1 驅(qū)動電機的選擇

我國常用車的外型尺寸及質(zhì)量如表1所列，分為6種類型。

表1 我國常用車外型參數(shù)及質(zhì)量

經(jīng)調(diào)查，市面上小轎車的質(zhì)量主要為1200～2500 kg[4]，為滿足市面上各類車輛的需求，選取電機時設(shè)定小車質(zhì)量為M0=2 350 kg，設(shè)計萬向輪的直徑為d1=100 mm,運載汽車橫縱移動速度為V0=15 m/min，重力加速度g=9.8 m/s2,滾動摩擦系數(shù)為μ=0.05，電動機傳動效率為η=0.95，載車板、摩擦輪和萬向輪等的總質(zhì)量為M1=650 kg。則橫縱移動的總負重為M=3 000 kg，根據(jù)以上數(shù)據(jù)進行計算驅(qū)動電機[5]。

F=Mgμ=1470 N

在城市經(jīng)濟學(xué)課程中應(yīng)用翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)模式，改變了傳統(tǒng)的教學(xué)模式，課程資源通過交互式多媒體方式被推送到電腦、手機、智能終端等各種設(shè)備上，學(xué)生借助于網(wǎng)絡(luò)平臺就可以比較方便地去訪問在線的教育資源，學(xué)生自主學(xué)習(xí)課程內(nèi)容，滿足個性化學(xué)習(xí)需要。翻轉(zhuǎn)課堂自主學(xué)習(xí)的模式，使知識講授不再受到課時的影響，通過視頻能更系統(tǒng)的講授相關(guān)的經(jīng)濟學(xué)知識。同時，翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)模式使學(xué)生、將課外主動學(xué)習(xí)中的疑惑或不解帶到課堂上，通過提問、討論等方式完成對新知識的建構(gòu)和掌握，提高了學(xué)習(xí)效果。最后，在翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)中，通過設(shè)計課堂討論題目，在課堂討論中促使學(xué)生在理解和掌握知識的基礎(chǔ)上，綜合分析實際的問題，強化知識的吸收與運用。

式中：F為運載小車移動時所需要的牽引力，N；P為驅(qū)動電機所需要的的功率，kW。

當(dāng)汽車橫縱移動速度為V0=15 m/s時，有：

式中：n為電機經(jīng)過減速后的輸出轉(zhuǎn)速，r/min。

根據(jù)驅(qū)動電機運行時所需的功率以及經(jīng)過減速后的輸出轉(zhuǎn)速，選擇電機為Y250M-8型和減速器MX70微型行星齒輪減速器。其主要參數(shù)如表2所列。

表2 電機Y250M-8型主要參數(shù)

2.2 鏈輪傳動設(shè)計

電動機的額定功率P=30 kW，主動鏈輪轉(zhuǎn)速n1=730 r/min,傳動比i=3,載荷平穩(wěn)，中心線水平布置。

(1) 選擇鏈輪齒數(shù)

取小鏈輪齒數(shù)z1=21,大鏈輪齒數(shù)z2=iz1=3×21=63。

(2) 確定計算功率

查得工作情況系數(shù)KA=1.0 ，主動鏈輪齒數(shù)系數(shù)KZ=0.9，單排鏈，則計算功率為Pca=KAKZP=1.0×0.9×30 kW=27 kW。

(3) 選擇鏈條型號和節(jié)距

查閱《機械設(shè)計》[6]，選擇鏈條型號16A，鏈條節(jié)距p=25.4 mm。

(4) 計算鏈節(jié)數(shù)和中心距

初選中心距a0=(30～50)p=762～1270 mm。取a0=1000 mm。

則最大中心距amax=f1p[2Lp-(z1+z2)]=999 mm

(5) 主要設(shè)計結(jié)論

鏈條型號16A；鏈輪齒數(shù)z1=21,z2=63 ；鏈節(jié)數(shù)Lp0=122；中心距a=999 mm。

3 車庫使用方法

四位式存車過程：用戶開車到控制面板處，選擇存車，將會出現(xiàn)九個車位號，每一個車位都有顯示車位狀態(tài)(有車或空位)，選擇一個空車位號，該空車位載車板會沿著最短路徑移下來，用戶把車開上該載車板。注意：用戶停車之后需檢查控制面板上的車位狀態(tài)，若該車位顯示為空位，則表明車未停好，需要略微調(diào)整車輛位置，當(dāng)該車位顯示為有車時，方可離開。

取車過程：用戶走到控制面板處，選擇取車，同樣出現(xiàn)九個車位號，選擇用戶要取的車的車位號，驗證身份，該車位會沿著最短路徑移下來，用戶將車開走即可。車庫使用流程如圖7所示。

圖7 車庫使用流程圖

4 結(jié) 語

針對汽車數(shù)量不斷增加與土地資源日益短缺的兩方面問題，設(shè)計了一種矩形框體垂直升降式機械停車庫。此裝置的傳動部分與結(jié)構(gòu)部分是本裝置主要創(chuàng)新點，傳動部分采用摩擦輪傳動，提高了傳動的平穩(wěn)性，結(jié)構(gòu)部分采用對稱式分布增強了安全性和穩(wěn)定性，同時車庫以四位式為單元，可進行積木化建造能根據(jù)不同的存取車時長和存車量組成不同的車庫，大大提高了空間利用率。該裝置結(jié)構(gòu)簡單、傳動平穩(wěn)、空間利用率高能夠極大的改善城市停車難的問題。