一种垂直升降立体车库的研究吕栋腾1，2 （1.西安石油大学，陕西 西安 710065；2.陕西国防工业职业技术学院，陕西 西安 710300） 摘要：立体车库适应城市高速发展的需要，具有占地少、可充分利用空间、自动化程度高等优点。本文对垂直升降立体车库的组成和主要机械机构，以及垂直升降类立体车库的工作原理进行了相关讨论，对当下垂直升降立体车库的研究与实践具有一定的借鉴意义。 关键词：立体车库；垂直升降；机械结构；工作原理 机械式立体车库在建造和空间布局方面与传统的车库有很大区别，我国通常采用以下几种类型：垂直升降类、升降横移类、简易升降类、巷道堆垛类、平面移动类等[1]。立体车库种类较多，设计各有不同，库容量可以随用户需求的调整而发生相应的变化。上述的各种类型立体停车都有一些共同的特点，如占地面积小，停车位置多，使用效率高等。在建造相同数量的停车位的情况下立体式停车场比传统的停车场可节省的面积高达50%～70%，该数据也同样适用于投入的经济效益。一般情况下，只在存车时需要将车辆开进停车室，剩下的所有事情均由车库控制系统来完成[2]。 本文将垂直升降类立体车库作为研究的重点。这是因为在几种应用较多的车库类型中，相对于其他车库，垂直升降类立体车库具有建造速度快、建造成本较低、建造材料可重复利用、维护方便等优点。车库的容量选择性大，如果与可编程控制器和上位机相结合的话，容易实现设备的自动控制。就目前的发展前景来看，具有很好的提升空间。选择每层有2个车位垂直升降类立体车库作为文章的重点研究对象，以25层50车位垂直升降车库为例，对垂直升降立体车库的机械结构进行研究分析。 1 垂直升降立体车库的机械结构垂直升降类立体停车库的车辆存取方式具体可以分三类：第一类是扇形存取。该存取方式要求停车位设计为扇形形状，且以电梯井道作为停车库中心。这种方式允许配置的停车位数量相对较多，然而存取机构设计较为复杂，实现难度较大；第二类是圆周存取。该存取方式要求以电梯井道作为中心点，并以圆周方式来布置停车位，这种设计方式可以安排最大量的停车位，但存取机构设计十分复杂[3]；第三类是左右两侧存取。即支持井道左右两侧存取车辆，这种设计方式在每个楼层的停车位只能设计2个。电梯停在该楼层后，可以实现该左右两侧的车辆存取，这种机构操作较为简单，但存储车辆较为有限。通过分析与对比，选定本次设计的车库为左右两侧存取机构，立体停车库结构简图如图1所示。如停车位需求较大，则允许采取若干车库拼接的方式来提高停车位数量。  图1 垂直升降类立体车库外形结构图 本次设计的垂直升降立体车库主要由钢结构架、升降装置、横移装置、回转装置、控制系统、安全防护和辅助等六大部分组成。设备整体表现为地面上结构，引入缓冲器等装置并设置于地下层。在地面一层设计进出车停车室，在设备顶层配置电机、传动装置等。载车方式为链传动方式，通过链条来提升载车台板与车辆，并借助链传动装置，将车辆横移到具体停车位上。这种停车库设备整体体积较大，且控制系统与机械结构也较为复杂。下面对一些重要的机械组成结构作一说明。 1.1 钢结构架 钢结构架主要包括两个部分：第一部分是主结构架，该部分是支撑载车板架的主要部分，是承载车库部件与车辆重量的关键，外层部分可以设置外装饰板，装饰板可以附挂电视幕墙，也可以作为标牌广告；第二部分是内部结构支架，其主要作用是支撑停车库与构成停车室的相关机械及电气部件。以GB/T 3811《起重机设计规范》为标准具体检验钢结构架性能，也可作电镀锌处理，以提高其抗腐蚀性能[4]。立体车库采用四立柱全钢架结构，主要由H型钢、方钢管组成。主结构架由立柱、横梁、支撑停车位的搁脚组成；内部结构支架由小立柱、斜撑、升降导轨、配重导轨等组成并与主结构架联成一体。 1.2 升降装置 为充分保障机械运行效率，该类型车库对升降装置提出了较高要求，升降装置除了具备良好的提升效率优势外，还应具备较高的可靠性[5]。综合分析多种升降驱动的基础上，本次设计应用曳引驱动技术，并选用成熟的升降机提升装置以保障其运行可靠。在应用曳引驱动技术时，最为核心的问题即电机选用。曳引驱动电机直接决定了提升系统启动、运行、制动等性能，在电机选用过程中，除了关注其输出功率外，还需要考虑其机械特性，确保其具备相对突出的动态响应能力。在本方案中，动力源选定为异步电动机，在控制方式上则确定为变频变压调速技术，这种选择方案保障了升降机运行的平稳性，具备相对突出的调速功能，可以满足垂直升降停车库的运行需求。 从结构构成上来分析，升降装置除了核心的曳引驱动电机外，还包括传动部件、载车板、对重导轨及升降导轨、制动器与减速机构等，升降装置结构如图2所示。运行时载车板随升降装置一同上升或下降，带着存取车辆快速运行到指定位置。曳引电动机以链条为载体实现载车板升降操作。与此同时，对重作相应运动，对重装置是提高驱动效率的关键装置，能够减小链条与链轮间曳引力，进而可提高链条应用寿命。分析对重结构，其主要包括导轨、重块、重架等部分，此外还包括链轮、压块与缓冲器碰块等。升降装置的传动机构设在立体停车库的顶部。升降装置将载车板连同车辆送至所需要停车的对应层，在通过横移装置将载车板连同车辆进行平移，完成存取车过程。  图2 垂降装置结构示意图 1.3 横移装置 横移装置在立体车库中的作用是：当升降装置沿垂直方向将载车板和需存取车辆送至指定层时，快速将载车板和车辆按预设的方向送入选好的车位。横移装置具体类型可以分为： （1）滑叉载车式。在该横移装置环境中，其提升作业是面向车辆与载车板同时运行的，可以借助多级滑叉装置将车辆转移到具体的车位位置上。如需要进行存车作业，利用分级滑叉，将载车板与车辆送到指定停车位置，并缓缓将载车板放下，同时进行滑叉回收；如需要进行取车作业，则需要滑出滑叉，滑叉停在载车板下方时向上运动，从而将载车板与车位相分离，通过滑叉回收方式完成取车任务。  图3 横移装置结构示意图 （2）链传动载车式。车辆与载车板一起提升，当车辆到达指定层时，通过机械牵引装置与平层车位固定，与载车板一起由链传动横移至车位。链传动式主要由传动装置、链轮、链条、电机等组成，如图3所示。这种方式成本较低，传动可靠，结构简单，后期维护也比较方便。本次设计采用的也是这种载车方式。 （3）梳叉载车式。升降装置上装有梳叉搬运器，各车位还装有与之相错的梳叉。车辆由升降装置上的梳叉提升，并将其送到指定位置，车辆存取操作的实现则是由两个梳叉共同作业，以相错运动的方式来进行，横移完成移动梳叉退出到升降装置上。这种作业方式不要求配置托盘装置，在存取车辆效率上表现出较大优势。然而其作业对车库主体结构存在着较高要求，且以梳叉式车位设置为实现前提。 （4）履带输送式。搬运器配置有两个主动履带，分别对应车辆前后轮。在横移作业时，借助主动履带驱动车室内被动履带，从而将车辆转移到具体车位上。此种输送方式多用于采矿冶金，制造工艺要求高，较少应用于立体车库。 1.4 回转装置 位于地面一层入口处的停车室内安装有回转装置，回转装置于升降装置中部，回转举升机构置于地基处。每次当待存车辆驶入停车室后，回转装置首先动作，旋转180°将车辆调头，然后通过提升装置和横移装置将车辆存放到指定车位。 从结构构成上分析，回转台、升降架与液压系统等共同构成了升降回转装置，如图4所示。在需要执行上升动作时，液压泵动作并驱动升降架打开并逐渐升高；在执行下降动作时，借助换向阀调节，利用回转台自重让油缸卸荷，并完成下降操作。在执行回转动作时，要求液压马达运行并驱动减速箱，通过小齿轮来驱动大齿轮进行回转作业。因为已经预先调头，所以在取车时，当车辆从车位搬运到出入口时，用户可直接将车取走。如此可保证用户在存车时将车辆直接开进车库，而在取车时也是正向直接开出，提高了存取效率。  图4 回转装置结构示意图 2 垂直升降立体车库的工作原理垂直升降立体车库要实现自动选库、平稳停车以及车辆有无的准确检测等功能。下面就车库的速度控制和定位功能的实现作简要说明。 2.1 车辆平稳停放 垂直升降立体停车库以钢结构框架为主体，采用电机驱动链条带动载车板做升降横移运动，实现存取车辆。每个车位均有载车板，所需存取车辆的载车板通过升降横移运动到达地面层，操作员通过操作面板进行存取车辆，完成整个存取过程。升降台在移动到指定位置的过程中由于惯性，升降台无法马上停下，为解决该问题，传统方法是采用双速电机，在升降开始时使用较高速电机，当升降台快到达指定层时转换为低速，减小升降台的惯性运行，实现平滑过渡。由于双速电动机属异步电动机变级调速，是通过改变定子绕组的连接方法达到改变定子旋转磁场磁极对数来改变电动机转速，不能做到无级调速。因而现在多使用变频器来实现高低速的转换。 2.2 车库定位实现 车库可靠运行的前提条件是车库空间内相关部件运行的准确定位。如车位在升降或横移时，是否能够准确到达设定位置，车辆停靠是否在停车位区域内等。只要确保这些部件运行定位的精准性，方可保障车库运行的有序性与高效性。所以要求在车库运动部件中引入限位开关，并配置在相应位置来实现其功能。要求在运动固定点进行挡块安装，如出现行程开关机械触头与挡块接触问题，则需要执行电路切断或改变动作。 在不同位置进行限位开关安装，发挥的作用存在着一定差异。如在托盘底层四周安装开关，则能够利用其进行车辆停放位置检测与判断，如发现车辆停放不到位时，车辆阴影则会遮蔽开关光源，导致系统无法执行具体动作；如开关在托盘对角线位置进行布置，则可以借助开关来实现托盘是否承载车辆的检测；在停车库车辆入口两侧安装光电开关，则可以借助该开关对车辆移动情况进行检测。当存在异常情况时，限位开关会向控制器传输电平变化信号，并发出警报，从而提醒工作人员合理应对。 3 结束语垂直升降立体车库通过提高停车场的空间利用率，使停车位数量上升，满足日益增长的停车需求。目前我国各主要城市停车设施的建设滞后于道路建设和经济发展要求，垂直升降立体停车库在我国有较大需求，是目前解决停车难问题的一个重要手段[6]。 参考文献： [1]贺拥军.立体车库的结构形式及应用与发展[J].建筑科学与工程学报，2009，26（12）：30-34. [2]周学松.智能化立体车库存取车优化控制策略的研究[J].制造业自动化，2008，30（10）：29-33. [3]张 路.立体停车设施建设发展探讨[J].交通科技，2014，267（6）：131-134. [4]马幼捷.电子智能化立体车库的研究现状与走向[J].电气自动化，2008，30（5）：3-6. [5]刘晓娟.垂直升降式立体车库系统设计与研究[J].机械设计与制造，2011，30（5）：48-50. [6]吕栋腾.垂直升降类立体车库的研究[J].装备制造技术，2015，12：161-164. Study on one kind of vertical lifting stereo garage LV Dongteng1,2 Abstract：The composition and main mechanical structure of the vertical lifting stereo garage have been discussed in the text,as well as its working principle.It provides reference for the research and practice of the current vertical lifting stereo garage. Keywords：Stereo garage;Vertical lifting;Mechanical structure;Working principle 中图分类号：TH6 文献标识码：A DOI：10.16316/j.issn.1672-0121.2016.06.011 文章编号：1672-0121（2016）06-0044-04 收稿日期：2016-09-28； 修订日期：2016-11-08 作者简介：吕栋腾（1984-），男，讲师，硕士，从事机电系统控制教研。E-mail：grant220@163.com |
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