浅谈某地下机械立体停车库设计方案要点分析

谢志文 赵磊 钟军

【摘要】城市规划建设过程中面临的公共停车紧张问题，催生了立体停车库的发展。本工程项目地处城市中心，公共停车需求与资源矛盾更为紧张，在停车库设计过程中，根据车位数量、项目实际场地情况，结合我国有关标准，本着技术先进、运转可靠、操作方便、维修容易、高性价比的原则，采用地下四层平面移动式机械车库方案。文章分析了设计方案拟定和设备选型计算过程，从升降机、智能搬运器等硬件和监控系统、收费系统等软件两个方面，着重介绍了本工程地下机械立体停车库设计的主要特点。

【关键词】停车库；立体；智能；设计

1.项目概况和主要功能指标要求

本项目地下车库净尺寸为长51米，宽21米，高10米。库内共设4层停车216个停车位，负1层可停5000mm×1950mm×2050mm规格车，负2至负4层可停5000mm×1950mm×1550mm规格车，容车质量≤2000kg，最大存取车时间小于130秒。出入库方式为前进入库、后退出库。停车方式为单排停车。要求系统具有多种运行模式，可以实现全自动、半自动、步进和紧急事故处理等运行模式，以满足对设备进行调试、检修、紧急事故处理以及多种需求操作，升降机和智能搬运器采用PLC和变频器控制，可实现自动化和无机调速等功能。同时配置远程诊断和维护功能，可通过网络或电话线对设备进行控制，进出口要求具备车型及停位安全检测装置，不符合要求时设备报警不能启动。

2.方案简介

2.1车库方案拟定

根据车位数量、项目实际场地情况，结合我国有关标准，本着技术先进、运转可靠、操作方便、维修容易、高性价比的原则，本方案采用地下四层平面移动式机械车库，取车机构采用摩擦轮存取车装置立体车库技术，是一种高端智能化的停车系统，通过不同组合可组成平面移动式、多层平面移动式、电梯式、电梯滑移式等多种形式和不同规模的停车设备系统，技术上处于国内领先地位。一是考虑到升降高度较小（12.4米），即使配置較高速升降机，也只能是有缓起缓停的时间，中间高速距离也几乎没有，反而造成资源浪费，设计0.9m/s的升降机升降速度，既符合设备的要求，又能满足设备的使用，而且节约资源，能够达到最高效率。二是考虑到搬运器运行距离比较短（单行程21.8米左右），设计中速智能搬运器，以较高速度存取车，节省时间，采用有板摩擦取车形式，单次摩擦取车时间≤13秒。

2.2设备配置组成

该车库由6套相同车库设备组成，共设6个出入口、6台升降机和24套智能搬运器，每个独立单元设置一台升降机，四个智能搬运器，其中每层一个搬运器，存取管理9个停车位，每个单元车库机械停车位36个，共有机械停车位 216个。每套设备由钢结构框架、升降机、智能搬运器、停车位、车库门、安全装置及电气控制系统等组成。

具体方案见下图。

3.设备选型计算

3.1升降机设计

3.1.1升降机的选型设计

根据图纸及设计要求，升降机采用侧背包式，

驱动形式采用电机+链条，电机减速机采用：SEW品牌，功率：22kw，链条采用24A-2，速度0.9m/s。

3.1.2升降机速度计算

升降机驱动采用SEW品牌电机减速机，型号：K107，P=22KW，减速比i=22.62，输出转速65r/min，输出扭矩Ma=3240Nm。 驱动链轮选用Z1=22，d1=267.7mm；

3.1.3升降机立柱计算

升降机立柱采用H350×350，用立柱做升降机的主导轨，横梁采用H244×175双排设计。

3.2智能搬运器设计

3.2.1设计依据

根据要求，水平运行速度≥1.0米/秒；取车机构横向运动时间≤13秒；最大载车重2000Kg。

3.2.2设计运行原理方式

搬运器要实现的动作是水平运动和横向运动取车，且能够搭载载车板。水平运动采用电机驱动行走轮的方式，行走轮转动，带着整个搬运器沿着框架上的滚道运行，且采用了双轮驱动，而双轮驱的动力源是同一台电动机，能够保证运行平稳，动作可靠。为了保证搬运器能够顺利的沿着轨道运行，所以设计了四个侧导向轮，保证搬运器能够稳步运行，且在轨道的顶端设置极限缓冲装置，给设计定位一个二次保护的作用，保证搬运器在车位间顺利运行。

横向取车运动，采用的是电机通过一级链传动把动力传给设计的一分流器，此时可以把动力分配给四个齿轮，两两运行方向相反，然后通过四个齿轮对外输出联接各自的摩擦轮，使运动传递到摩擦轮上，摩擦轮可以与汽车拱载的载车板下的摩擦板进行接触，使载车板在搬运器和停车位上进行交换。搭载载车板，采用了和停车位相同形式的滚道架的方式，保证载车板能够顺利停放。

3.2.3计算主要考虑因素

（1）各位置速度校核，包括水平速度校核，取车机构横向运动时间校核；

（2）电机功率校核，包括水平运动电机功率校核，摩擦轮功率校核；

（3）各位置强度校核，包括行走轮部件强度校核，主要指行走轮轴强度校核，轮座联接螺栓强度校核。

3.3滚道架

滚道架主体设计采用型钢焊接而成，在主体上安装有水平和侧向的导向轮组，可以实现载车板的在滚道约束范围内的定向运行，使载车板的运行位置准确，并且对位置误差的自行调节性强。

3.4载车板设计

（1）长度方向上弯矩校核 （2）宽度方向上弯矩校核

3.5车库控制管理系统

控制系统主要由以下部分组成：主控制箱盘、可编程控制器、电磁接触器、按键式控制盘、光电开关、定位及逾限开关、安全装置等。

4.主要设计特点

4.1升降机

升降机共有六台，可以根据流量对存取车合理进行分配，升降机的功能是将车辆运送至库层或从库层中取出的装置。采用了独立的升降系统，侧背包式提升架结构，使智能搬运器不上升降机，便可实现对库内所有车位的存取操作，提高效率。升降机采用变频器控制，实现无级调速，底部设有缓冲装置，在每层平层位置设置了防坠装置。驱动方式采用电机减速机+链条的方式，更加安全可靠。减速机选用德国SEW传动设备有限公司生产的斜齿轮带制动减速电机，电机选用22KW电机，使驱动扭矩足以在提升速度达到0.9m/s的时候，提升额定载荷2000kg。并且选用带制动型减速机，采取断电制动的方式，减速机的制动力矩大于1.5倍的额定力矩，以保证在动力电源或控制电源失电的情况下能自动制动，以使载车板和升降机保持制动、静止，保证车库的安全，制动器满足操作频度的热容量，并且摩擦片的磨损补偿可以用螺纹进行调整。制动系统设有常闭式制动器，在出现下述情况时能自动制动，以使车辆保持静止状态：a）动力电源失电；b）控制电源失电。升降机在静止状态设置了安全插销保护装置，保证在存取车时安全可靠。

4.2 智能搬运器

搬运器是完成纵向行走和车辆的存取部件，当存入汽车时，搬运器在框架轨道上做水平运动，把车辆连同载车板送到钢结构存车位上，即由搬运器上的行走系统向预存车位行走，行走至预存车位前时，通过搬运器上的磨擦存取装置把载车板连同汽车送至存车位上，取车则反之运行。

取车装置采用的摩擦传动，输送动力由摩擦轮发出，摩擦轮可以在垂直于取（或存）的方向作微量移动，以补偿安全间隙。各摩擦轮由同一台电机带动，保证了运动的同步性。纵向行走采用的是电机加直联聚胺脂轮的形式，依靠四个轮在轨道上进行行走，并且有纵向限位导向轮组，行走四个轮中有二个轮是主动轮，有二个轮是从动轮，而两主动轮采用的是一台电机驱动，保证了车轮能够同步运行，也就防止了多台电机驱动跑偏的问题，减少侧向轮的磨损。纵向行走采用光电开关和编码器双向互校的方式，保证停车位的准确，如果两种检测方式互校不一至，则进行自动报警，显示错误，以保证车辆的安全运行。

4.3车库门

车库门共设3个门板。门开启、闭合检测是由地感线圈和射频卡来完成，当有车接近地感线圈时，射频卡机开始检测车中有无卡，如有则开门；如无不开。取完车关门，当车被取到一层后，门自动打开，司机进入取车，当库内的有车信号成无车以后，且地感线圈也有了一个，从无到有到无的过程。证明车已被开出车库，关门。

4.4安全装置

安全装置，也就是对整个设备的运行和车辆起着一个安全保护作用的装置的统称。本次设计的车库安全装置装考虑了每一个可能发生误动作，或开关错误的情况。

a）设置紧急制动开关，当设备出现异常情况时，能使设备立即停止运转。紧急制动开关安装在总监控室。管理人员发现车库运行异常可以全部停止车库的运行。

b）设置车辆外形尺寸光电检测装置，能判断入库车辆的尺寸，对于停位不准或超过机械车库容车规格的车辆，设备不予运行，并文字显示，可以确保车辆和设备的安全。

超长检测开关：在存取车室里，在与升降机横向中心线的前后2.6米的位置上各装有一对光电检测开关，安装高度在350—450mm左右，高度可以进行短距离调整。当车驶入时，有车检测，检测到有车，此时前后超长检测在进行检测过程中，如果对前后任何一个信号有阻挡则表示车前后方向没有停好，前方LED显示屏上就会显示“前进”或者“后退”，如果前后光电开关同时阻挡，则表示车辆超长，前方LED显示屏上就会显示“超长，请退出”字样。

超宽检测开关：在存取车室里在前后补板平台上装有2套镜反光电开关，安装高度80-1500mm左右，对车辆进行宽度检查。主要是用来检测后视镜是否超过停车范围2200mm，在升降机下降过程中，如果此套光电系统有阻挡，表示超过停车范围，则升降机在下降过程，自动停止运行，并报警，提示收起后视镜，此两套光电开关，一般不会动作，因为只要车轮正确停在载车板内，适停车辆后视镜是不会超出2200mm数值范围的，所以此套开关，只起一个二次保护作用。

升降机有无车检测开关：在存取车室的前后斜装有一对光电开关，安装高度500—600mm，是对存取车室内有无车辆进行检测，只要有车辆停在升降台上，此套光電就会被阻挡，给PLC信号，表示升降机有车。

c）入口挡车安全装置。

在车板上设置有挡车器高80mm，既是对车辆正确停位的一个限制，又防止车辆进车时发生碰撞事故。在搬运器前后两侧也设置有高80cm挡车装置，搬运器前设置有固定的缓冲阻车器，后设置有活动的缓冲阻车器。当进出车时后活动阻车器降到载车板下，给车辆行走让出空间，当车停好位后，活动阻车装置升起，负责防止车辆因没有手刹制动的前后滑动，使车辆保证在搬运器内。保证车辆的安全。

d）搬运器和升降机都设置运行双检测互校、终端开关、越程极限开关。搬运器上设置有光电开关进行检测停车位，升降机上设置有光电开关进行检测哪一个是正确的停车层，并且上面都设置有编码器，与光电开关检测出的停车位进行着互校，以保证停车位和停车层的准确。即使上述两个开关全部显示错误，本次设计还在两个极限位置设有终端开关，一旦此终端开关接通，则表示搬运器或升降机已经超越行程，有故障产生，立即停止车库运行。另外还装有越程极限缓冲部份，防止以上检测仍没有停车，而设置的一个机械的限位。

e）防载车板坠落保护装置，设置光电自动锁闭系统。在载车板设置有逆止器，防止载车板的坠落和超出停车边界，另外在框架上装有光电检测部份，如果有载车板的停放位置超出正确的停放边界，那么光电检测系统会自动报警，提示载车板位停到位，保证车辆的安全。

4.5出入口安全检测装置

出入口设置安全检测装置，光电开关（欧姆龙对射式光电开关）装在车库门内侧，共计两组，检测高度1550mm和2050mm，如进车的过程中第一层检测高度都无阻挡，说明车高为低于1550mm，可以自动分配车位存车；如果高出1550mm且低于2050mm，可自动分配至顶层；如阻挡了2050mm开关，则在正前方的LED显示屏上显示车辆“超高请退出”。

4.6运行状况监控反馈系统和电视监控系统

运行状态监控系统，根据搬运器和升降机上安装的编码器返回的数据信号，在系统中做成显示画面，显示升降机或搬运器运行状态和运行位置速度。电视监控系统监视车库内的运行情况，而监控画面在每个车库的等候区都对本车库有显示屏显示，而总监控室对每个车库的监控画面都有显示屏显示，以利于当等候区的司机或监控室的工作人员了解设备的运行状态如发现异常可以各自按运显示屏附近的急停开关，停止设备的运行，保证设备和车辆的安全。

4.7声光警示装置提示设备处于运转状态及对异常情况报警

l） 库门闭锁，升降台不在1层，库门打不开。库门不关，升降机不能起动。

2） 库门防夹保护，汽车出入车库过程中，库门不能关。

4.8电气控制系统

电气控制系统的变频器、PLC均采用国际知名品牌、配置较高、可靠、技术先进。变频器采用日本安川，PLC采用德国西门子品牌，从元器件保证产品质量。车库控制管理系统主要由以下部分组成：主控制箱盘、西门子可编程控制器、安川变频器、电磁接触器、人机界面、光电开关、定位及逾限开关、安全装置等。对操作失误应有简易纠正方式，确保操作失误不会给系统造成任何损害。

4.9远程管理及故障诊断

现场控制器或监控计算机可以通过网卡、Hub等网络设备与控制中心的局域网相连接，或通过现场监控画面WEB发布的形式实现远程管理，监测现场运行情况，当现场出现故障时，在控制中心即可进行解决，方便管理人员、安保人员异地办公。

现场通过监控计算机对自动停车所有设备进行监控及故障诊断，PLC系统充分利用自诊断功能，能够精确判断具体的传感器或开关点故障及故障的处理方法，对一些重要的操作采用二次确认的方式，防止由于操作人员的疏忽而产生的误操作问题。另外，还设计了车库定时自诊断功能，可自己修复简单的错误功能，可自己设定自诊断时间。

4.10智能收费管理系统

系统设计要点：车库设有收费及管理系统，一套系统是对固定车位的租户（月保或年保或购买车位者），采用停车卡操作或管理人员操作方式管理；另一套为临时用户停车系统，即取车时先到中央控制室缴费，再有管理人员操作取车。

4.11出入口智能引导装置

每个库的入口有个指示灯，有红、绿两种颜色，绿灯表示车库正常可以进行存取車辆，红灯表示车库正在运行，以指示存取车人员等待处理，勿靠近。车库内有大屏幕LED显示器，用于指导驾驶员停车，合理分配，调度使用好车库。停车入位有语音提示功能，比如：往前开，往后退，停车拉手刹等，引导驾驶员停车入位。

4.12 停车设备操作模式

本操作模式为无人管理模式，即停车设备无需专人操作，正常情况下驾驶员在出入口自行操作取车。设备采用按键+IC卡操作模式，正常使用运行状态以IC卡操作为主，按键在维修保养时手动操作。

6.结束语

本设计方案采用全智能立体车库，不仅配备了高智能停车管理和控制系统，高智能化程度和方便快捷的存取车方式，极大地提高了车库存取车效率，同时对场地的高适应性，对土建结构需求的灵活性，使其能够自由利用地上地下立体空间，占地面积小，停车规模大，再者其多重保护措施，运行安全稳定可靠，维护形式便捷，环境污染小，较好地解决了当前城市规划建设过程中面临的公共停车紧张问题，随着科学技术的不断进步，必将发挥更大的作用。