摘要：近年來(lái)我國(guó)經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，城市里的車(chē)輛數(shù)量與可用空地的減少形成一條供不應(yīng)求的矛盾，因此急需大力發(fā)展不同于傳統(tǒng)平面的空間車(chē)庫(kù)成為趨勢(shì)。針對(duì)各類(lèi)立體車(chē)庫(kù)的結(jié)構(gòu)與優(yōu)點(diǎn)，介紹一種適用于中小型車(chē)輛使用的垂直循環(huán)立體車(chē)庫(kù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。詳細(xì)闡述了立體車(chē)庫(kù)的設(shè)計(jì)思路，包括整體鋼架結(jié)構(gòu)建模與裝配、非標(biāo)槽輪軌道鏈傳動(dòng)、車(chē)吊籃結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：立體車(chē)庫(kù)；載車(chē)吊籃；運(yùn)行碰撞分析；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

中圖分類(lèi)號(hào)：U469收稿日期：2024-11-27

DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2025.01.033

1前言

當(dāng)前，隨著我國(guó)機(jī)動(dòng)車(chē)標(biāo)有量的不斷增加，城市停車(chē)庫(kù)供不應(yīng)求［1］，因此大力推行空間利用效率高的機(jī)械式立體車(chē)庫(kù)迫在眉睫［2］。

本文探討的垂直升降立體車(chē)庫(kù)（類(lèi)別代號(hào)CS）是通過(guò)配重塊連接的提升裝置與橫移裝置，最終使車(chē)輛能在豎直方向上移動(dòng)到所需高度再橫移進(jìn)車(chē)庫(kù)。與電梯不同的是地面設(shè)有一部轉(zhuǎn)向裝置讓車(chē)頭朝向統(tǒng)一，降低用戶(hù)的使用難度。一般這種車(chē)庫(kù)相對(duì)于其他類(lèi)型的立體車(chē)庫(kù)來(lái)說(shuō)，建筑高度較高，可高達(dá)50m。因此在安全性能、零部件精度、裝配精度要求很高，相對(duì)應(yīng)成本也會(huì)直線上升。

與其他類(lèi)型的立體車(chē)庫(kù)相比，該類(lèi)型車(chē)庫(kù)的空間利用效率與實(shí)用性最高，節(jié)能省電且運(yùn)行平穩(wěn)、噪音小，對(duì)附近住生態(tài)的聲污染響小。車(chē)輛出入庫(kù)時(shí)間短、安全設(shè)備完善、操作便捷、維護(hù)成本較低、用戶(hù)體驗(yàn)好。但缺點(diǎn)也很明顯：需留出升降裝置的通道，只能用于車(chē)輛出入過(guò)程；結(jié)構(gòu)復(fù)雜、設(shè)計(jì)復(fù)雜，須有完整的閉鎖裝置和監(jiān)控系統(tǒng)；一次性投入的初始資金極大，運(yùn)營(yíng)不到位容易虧損。

本文以垂直循環(huán)立體車(chē)庫(kù)為例，對(duì)其結(jié)構(gòu)中機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行分析［3］。主要內(nèi)容包括：a.鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；b.非標(biāo)槽輪軌道鏈傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及運(yùn)行干涉碰撞分析；c.載車(chē)吊籃的設(shè)計(jì)。

2垂直循環(huán)立體車(chē)庫(kù)總體結(jié)構(gòu)方案

本設(shè)計(jì)的垂直循環(huán)立體車(chē)庫(kù)以中小型車(chē)輛尺寸為主，由表1可知基本尺寸，再考慮一些兼容性要求，可得出：長(zhǎng)≤5000mm，寬≤1800mm，高≤1600mm，質(zhì)量≤1800kg。從車(chē)庫(kù)容量不超過(guò)10輛的小型循環(huán)立體車(chē)庫(kù)取車(chē)時(shí)間應(yīng)不超過(guò)90s[4]。

垂直循環(huán)立體車(chē)庫(kù)主要由土建、機(jī)械、控制三大系統(tǒng)組成。土建基礎(chǔ)要求低，在原有地基上用鋼筋混凝土為基礎(chǔ)，保證地基的承載力達(dá)標(biāo)，車(chē)庫(kù)沉降值在地基的容許變形內(nèi)即可。

輔助裝置一般由手動(dòng)控制、通風(fēng)、照明、消防四部分裝置組成；控制系統(tǒng)就像電腦硬件的驅(qū)動(dòng)；傳動(dòng)系統(tǒng)通過(guò)控制系統(tǒng)將各個(gè)車(chē)位位移到指定位置，以PLC編程為基礎(chǔ)，完成電機(jī)的基本控制，主要由操作盤(pán)、自鎖電路、中間繼電器、行程開(kāi)關(guān)組成。因此，需要重點(diǎn)對(duì)機(jī)械系統(tǒng)中的鋼架結(jié)構(gòu)、非標(biāo)槽輪軌道鏈傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、載車(chē)吊籃進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

a.鋼架結(jié)構(gòu)。

鋼架結(jié)構(gòu)主要由支撐邊立柱、對(duì)拉橫梁等組成。鋼架焊接導(dǎo)軌，還裝有防止吊籃大幅度晃動(dòng)的限位軌、電機(jī)支架。支撐邊立柱分別用高強(qiáng)度螺栓、墊片連接到主從動(dòng)鋼架上，對(duì)拉橫梁用于連接主從動(dòng)鋼架，增加整體鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。整個(gè)鋼結(jié)構(gòu)的選擇和制造過(guò)程均符合GB/T3811的規(guī)范。鋼結(jié)構(gòu)的焊接方式為打坡口并進(jìn)行探傷檢測(cè)［5］。

b.驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)。

立體車(chē)庫(kù)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)為變頻電機(jī)，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)由蝸輪蝸桿減速器、滾子鏈條、非標(biāo)槽輪軌道鏈、主傳動(dòng)軸、提升鏈板組成。傳動(dòng)系統(tǒng)核心是采用提升鏈板來(lái)提升吊車(chē)籃，提升鏈板在預(yù)定的軌道上且垂直于地面的一個(gè)平面里循環(huán)運(yùn)動(dòng)，從而完成車(chē)輛的存放。

c.載車(chē)吊籃。

載車(chē)吊籃主要由載車(chē)板、中心橫軸、側(cè)邊拉桿、導(dǎo)向裝置組成，是驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)的輸出直接承載體，也是車(chē)輛的直接載體，其核心作用為實(shí)現(xiàn)車(chē)輛的停放。中心橫軸兩側(cè)連接提升鏈條外伸出的T形提升鏈板，以此跟隨傳動(dòng)鏈條帶動(dòng)其載車(chē)吊籃運(yùn)動(dòng)。這個(gè)過(guò)程中必須添加導(dǎo)向裝置，以防止載車(chē)吊籃在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中發(fā)生晃動(dòng)帶來(lái)安全隱患。

3鋼架結(jié)構(gòu)

圖1為外軌尺寸。由圖1中測(cè)量數(shù)據(jù)得知，固定支撐外軌道的矩形框架，取整后的長(zhǎng)寬尺寸為6400mm×2000mm。主體框架材料為[F250×10-GBT6728-2002Q345-GBT1591-94]方形鋼管，再考慮到根據(jù)立體車(chē)庫(kù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)出口寬度大于2.15m，兩個(gè)立柱之間寬度取3m，單個(gè)立柱長(zhǎng)度為3m。兩片框架之間的間距先在UG裝配界面下將內(nèi)外軌道和鏈板以及載車(chē)吊籃約束好，求得提升鏈板距離，再由鏈輪之間的中心距（[a=2007mm]），以及帶座軸承UCP326的尺寸和減速器尺寸，確定橫梁的位置，再由縱梁連接橫梁。整體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

4非標(biāo)槽輪軌道鏈傳動(dòng)機(jī)構(gòu)

作為傳動(dòng)系統(tǒng)的核心之一，非標(biāo)槽輪軌道鏈傳動(dòng)由非標(biāo)槽輪、非標(biāo)鏈板、銷(xiāo)軸、非標(biāo)滾子、提升鏈板組成。該傳動(dòng)機(jī)構(gòu)主要用于接收鏈傳動(dòng)的輸出，由非標(biāo)鏈板上的提升鏈板帶動(dòng)載車(chē)吊籃循環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)，以達(dá)到讓車(chē)輛停在正確的空間位置，如圖3所示。

引用楊元慶[6]的研究數(shù)據(jù)輔以完成設(shè)計(jì)。數(shù)據(jù)如表1所示。

槽輪為非標(biāo)鏈條的驅(qū)動(dòng)輪，隨著槽輪的轉(zhuǎn)動(dòng)滾子從槽中被牽引，從而帶動(dòng)鏈條運(yùn)動(dòng)，已知五齒槽輪直徑986.75mm，滾子直徑148.38mm，節(jié)距580mm，導(dǎo)軌圓弧半徑938.46mm。

板鏈共22節(jié)，鏈長(zhǎng)L=22p=12.76m，則鏈速為：

[v=L2t]=0.106m/s

非標(biāo)軌道鏈的傳動(dòng)速度遠(yuǎn)小于低速鏈傳動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)0.6m/s，并且非標(biāo)軌道鏈傳動(dòng)需質(zhì)量大的車(chē)輛與載車(chē)吊籃一起做垂直循環(huán)運(yùn)動(dòng)，由此可見(jiàn)非標(biāo)軌道鏈傳動(dòng)屬于低速、載鏈傳動(dòng)。鏈速小于0.6m/s時(shí)，主要發(fā)生靜力拉斷。

5載車(chē)板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

a.載車(chē)板介紹。

載車(chē)吊籃是重要零件之一，其結(jié)構(gòu)分為拼板式和框架式兩種。拼板式多為咬合拼裝，裝配前能進(jìn)行表面處理；框架式載車(chē)板目前被廣泛運(yùn)用，其中間突起，頂面和兩側(cè)停車(chē)道鋪設(shè)不同厚度的鋼板。鋼板要求有防滑功能，防止車(chē)輛與載車(chē)板摩擦力不夠發(fā)生滑動(dòng)，鋼材剛度為厚度三次方，增加厚度能增加剛度。但厚度和質(zhì)量均會(huì)顯著增大，成本也會(huì)顯著上升。

因此，為使載車(chē)板整體質(zhì)量降低的同時(shí)不降低結(jié)構(gòu)剛度，多采用加筋密肋結(jié)構(gòu)[7-8]，具體如下：①密肋條與鋼板焊接后，其底板的相對(duì)厚度和抗彎截面增大，整體變形減小；②在降低成本又滿足使用性能情況下，對(duì)密肋板進(jìn)行焊接。車(chē)輪經(jīng)過(guò)的區(qū)域適當(dāng)增加密肋條，其他的區(qū)域減少密肋條的數(shù)量，既降低成本又滿足需求。

b.載車(chē)板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

在查閱有關(guān)資料再結(jié)合現(xiàn)有車(chē)庫(kù)尺寸后，確定其設(shè)計(jì)參數(shù)為長(zhǎng)5000mm×寬2000mm×厚4mm的Q345鋼板，進(jìn)行折邊處理，并在鋼板底部焊接兩道牌號(hào)材料為Q345槽鋼的主橫肋、五道輔助矩形方管橫肋（[J50×40×4-GBT6728-2002Q345-GBT1591-94]）、一道輔助方管縱肋（[F50×4-GBT6728-2002Q345-GBT1591-94]）和兩道材料為Q345主縱肋，提高載車(chē)板的剛度。載車(chē)板周邊對(duì)稱(chēng)布置側(cè)向拉桿（[Y89×6-GBT6728-2002Q345-GBT1591-94]）。載車(chē)板的前部安裝了兩個(gè)長(zhǎng)度為400mm的∠40X4號(hào)的Q345等邊角鐵的阻車(chē)裝置，限制汽車(chē)的停放位置，如圖4所示。

6結(jié)語(yǔ)

本文介紹了垂直循環(huán)立體車(chē)庫(kù)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，分別對(duì)鋼架總體結(jié)構(gòu)、非標(biāo)槽輪軌道鏈傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、載車(chē)板做了理論和數(shù)字模型上的設(shè)計(jì)，總體設(shè)計(jì)結(jié)果滿足車(chē)庫(kù)性能、環(huán)境適應(yīng)性以及維修要求，方案具有可行性。

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作者簡(jiǎn)介：

李青，女，1993年生，教師，助教，研究方向?yàn)闄C(jī)械設(shè)計(jì)及其自動(dòng)化。