智能塔式立体车库创新设计与研究

陈承隆 高菲 刘启航 林美枚

DOI：10.16660/j.cnki.1674-098X.2016.18.088

摘 要：该论文设计了智能塔式立体车库，机械结构异于传统车库的立方体的升降横移式结构而采用圆形结构，充分利用空间资源，整体储车量较传统车库提高28.57%。该论文主要对现有立体车库骨架结构进行模型创新，并对主要构件立柱、横梁和纵梁进行力学分析，以及联系最新智能停车管理系统技术、太阳能充电技术和全自动洗车技术，使之成为一个整体，加入以液压技术为基础传感器技术为辅助的车辆托运托盘，实现车库内部车辆的安全调度，为未来智能车库提出了新方案。

关键词：智能塔式立体车库 结构优化 太阳能充电 全自动洗车

中图分类号：TU24 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）06（c）-0088-02

随着城市的不断发展，车辆的数量不断增加，对停车设施的需求也在不断增涨，调查显示，尤其是大城市的机动车数量的增速远超过停车设施的增速，因此，我们必须要解决停车的城市问题，积极探求其解决措施。智能塔式立体车库可充分利用土地资源，最大限度地停放车辆，成为解决城市静态交通问题的重要途径，并节省土建开发成本。

1 智能塔式立体车库整体结构的设计

本设计的智能塔式立体车库主要由停车位（每层18个）、升降系统、旋转系统、车辆托盘（每层3个）、控制传感系统、安全及消防系统、附属系统等组成，综合了机械、电气、液压、编程、钢结构等技术。主体框架由钢结构搭建而成。提升机构和中央旋转机构由电机带动，分别采用链条及齿轮传动。系统整体由PLC系统控制，并由各个重要地点的传感器构成传感系统。另外本车库一层分为A、B两个区域，A区域可为电动汽车提供免费充电服务，电能由车库顶部的太阳能光伏板提供；B区域可提供自动免费洗车服务。

主框架体系是由水平方向的梁和垂直方向的工字钢采用钢性节点和螺栓连接成型。这种结构体系有利于利用结构构件的抗弯刚度来抵抗侧向力。主框架体系采用柔性结构体系，本身有层间位移的限制，并且在设计中结构的刚度也起控制作用。另外，框架连接中部分使用高强度螺栓连接成主框架，具有较好的强度和刚度。

2 中央旋转机构的设计

智能塔式立体车库在每个工作层内设置中央旋转机构，旋转机构内圈不转动，外圈在伺服电机的带动下旋转，实现在单层内停车位的分配。中央旋转机构由底部伺服电机带动，由齿轮传递能量，使机构旋转。由PLC确定预停车位，光电传感器控制旋转角度，使机构旋至预定角度。材料采用合金钢。

3 车辆调度托盘的设计

车辆托盘可以根据车辆长度自动调整托盘长度，并利用液压装置带动夹持臂将轮胎夹起，夹持臂端部采用单向轴承与轮胎接触，实现零损伤，安全稳固且可靠性高。整个机构采用液压控制，由PLC发出信号，控制液压阀的通断，以实现液压缸的进液和排液，完成进给和缩回运动。

车辆托盘系统的作用是载车平台上的车辆平移到中央转盘上以及实现其逆过程，其传动主要是靠电机带动驱动轮在轨道上移动。由于车辆托盘的横移只受摩擦阻力的作用，阻力比较小，横移速度不高，所以用一个机械特性较软的G系列小型齿轮减速电机直接驱动驱动轮即可实现横移要求。采用低压轨道供电技术进行能源供给。每层停放3个车辆托盘提高效率。

4 车库重点部位校核

分别对重点部分校核，得到中央主轴应力信息、提升电梯平台应力信息、电梯提升链条应力信息。根据力学计算分析结果可知，中央主轴最大应力的发生处是地上与地下车库的连接部位，由于此部位有加强筋支撑，故其应力并未超过安全极限。电梯提升平台的最大应力发生在提升链条与提升板的连接处，而提升链条的最大应力则发生在链节连接处，但经计算都未超过其安全极限。故此材料和结构选择较合理。

5 PLC控制系统及电气系统设计

立体车库内的全部设备都由一台PLC进行统一的管理和监控，通过PLC控制车辆托盘的动力电机以达到对车辆的存取操作。各车位内车辆的存取由PLC根据当前各车位的传感器信号情况，按照相应的调度方案进行统一调配，提高系统运行的安全性。

立体车库的存取控制系统包括强电系统和弱电系统。弱电系统功能包括采集各种信号、报警、预警提示与控制车库动作。由PLC输出信号，接触器线圈接受信号后控制接触器的通断。强电系统包括车辆托盘的电机控制线路、控制电机正反转接触器、到位限位开关等。车库采用车位检测装置代替人工找位，用升降装置输送车辆到位。系统控制面板上有急停开关，当发生意外事故时，可按下急停开关停止所有设备动作。

根据车库动作控制的要求，用户应用程序按照模块化结构编写，主要包括主循环程序和其他子程序。用编程软件支持的梯形图逻辑语言编写，过程如下：（1）初始化程序，刷新系统的控制信息，快速扫描各到位开关及传感器的信号；（2）主控制程序按照进车优先的原则，将最多的车位保持在进车位置。每个车辆托盘运动之前，需要先判断目的地是否有空位，有空位才可以动作，前后动作互锁。判断是否有空位是根据横移电机所对应的到位行程开关动作信息来确定的。升降系统的开、停动作是由行程开关的信号来控制的。（3）系统内的设备异常信息由故障检测程序来采集，当故障发生时发出声光报警信号，并预警正在停车的司机和维修人员进行及时维修。若在车库运行过程中，有生物侵入车库空间或车辆不符合停放标准，PLC系统将按照顺序关停有关设备运行，同时发出提示语音。该车库程序可以安全而高效地完成立体车库的功能，安全可靠，达到了民用机电一体化设备所应具备的条件和作用。

6 结语

产品设计综合了机械、电气、液压、编程、钢结构等技术，科学可行，美观实用。智能塔式立体车库整体实现能量自己，无人智能操作，节省运营成本。为提高车库生产的经济效益，做出了巨大贡献。在我们面临城市土地资源短缺的情况下，前景十分广阔。

参考文献

[1] 胡清明.立体车库的结构优化与智能控制[D].华南理工大学，2010.

[2] 宋秋红，安丰贞，方铀，等.城市立体车库的现状及展望[J].交通与港航，2012，26（5）：17-20.

[3] 肖汉龙.基于能耗模型的塔式立体车库运行策略研究[J].物流技术，2009（7）：212-214.

[4] 巴兴强，邓红星，何永明.智能化立体车库钢结构骨架的分析与优化[J].森林工程，2007（3）：16-18.

[5] 龚海峰.升降横移式立体停车库及控制系统的研究[D].兰州理工大学，2003.

[6] 薛湛.机械式立体停车设备系统研究[D].合肥工业大学，2014.