小型多层无避让式立体停车库的设计*

□夏宗佑 □周陈林 □牟方才 □李 军

重庆交通大学 机电与车辆工程学院 重庆 400074

1 设计背景

解决路边停车难的问题，并对已建成的老旧小区停车库进行改造，是解决我国各大城市停车难问题的重要方法之一[1]。传统的机械立体式停车库开发难度大，资金投入多，成本回收期长。老旧小区则车库资源紧张，难以进行大面积改造。相比而言，小型多层无避让式立体停车库具有占地面积小、停取车方便、建设难度低、故障少、灵活性好等特点[2]，更适合于大中城市的老旧居民小区、道路边等停车环境。俞天明设计了旋转升降式无避让停车库，但只能设计至两层，停车灵活性差，空间利用率低[3]。

笔者通过借鉴已有的停车方式[4-5]，研究设计了一种小型多层无避让式立体停车库，由单元组合式立体停车单元组成，可以根据已有车库面积和方位进行组合及扩展，形成多层多方位无避让式立体停车库，以实现停车库的最大化利用。

2 停车库整体设计

小型多层无避让式立体停车库工作流程如图1所示。

在理论研究的基础上，小型多层无避让式立体停车库采用模块化设计。停车库由架构、升降模块、横移层三部分组成，借助SolidWorks软件对停车库结构进行三维建模验证，然后应用ANSYS软件对停车库结构和关键零部件进行受力分析，并对结构进行优化[6]。停车库结构如图2所示，单元组合如图3所示。

图1 小型多层无避让式立体停车库工作流程图

图2 小型多层无避让式立体停车库结构

图3 小型多层无避让式立体停车库单元组合

3 架构

小型多层无避让式立体停车库架构包括框架与锁紧机构。

3.1 框架

框架采用H型钢搭建，用以防止载车板在移动过程中出现偏移，在每层框架上有两根U形截面导轨。

框架以每个车位为单元，可以向上叠加和前后叠加。通过扩展停车车位以充分有效利用已有空间，实现多层组合式结构。

3.2 锁紧机构

每个车位都有载车板，为防止载车板滑落，在每根导轨的后部都设置了一个锁紧机构。锁紧机构采用了剪式闭锁结构设计，并用连杆机构传动，采用推拉式电磁铁作为动力源，如图4所示。

图4 锁紧机构

4 升降模块

小型多层无避让式立体停车库升降模块包括升降机构、翻转机构与安全防坠锁止机构。

4.1 升降机构

升降机构采用电动机驱动，行星轮减速箱减速，链轮链条传动，直线导轨导向，由16#B槽钢支撑，以实现升降功能。

对于停车库而言，其所需提升的车辆属于较大载荷，且传动跨距较大，工作环境较为恶劣，因此采用链轮链条传动[7]。同时停车库提升精度的要求较高，并且需要克服一定的倾覆力矩，因此采用了直线导轨进行导向。由于导轨所受轴向压力较大，若导轨直接受压，易产生变形，对于传动会有较大影响，因此添加了16#B槽钢作为支撑，以提高刚性。升降机构结构如图5所示。

4.2 翻转机构

为了不占用车道，不对空间产生阻扰干涉，停车库采用了升降台可翻转式设计。翻转机构采用电动机驱动，行星轮减速箱减速，蜗轮蜗杆传动。

图5 升降机构

由于受空间及结构的限制，翻转机构翻转时要求灵活顺畅且载荷不大，并要求有一定的自锁功能，防止滑落，因此，采用了蜗轮蜗杆传动。在翻转至水平位置之后，由于要对车辆进行升降操作，因此翻转机构的强度要求比较高。在翻转机构中采用了限位销进行限位，并增强其可靠性。翻转机构结构如图6所示。

图6 翻转机构结构

4.3 安全防坠锁止机构

为防止升降过程中链条突然断裂导致车辆坠落，停车库设计了安全防坠锁止机构[8]，结构如图7所示。

传感器检测到链条断裂时，立即驱动推拉式电磁铁动作，摩擦片相对于连接块与导轨向上运动。由于摩擦片与连接块之间设计有一定的楔形斜度，因此在导轨与滑块之间可产生摩擦锁止效果，使滑块抱死，防止车辆坠落。

图7 安全防坠锁止机构结构

5 横移层

小型多层无避让式立体停车库横移层包括横移基架、中间层及载车板三部分[9]。

横移层主要用于车辆的横向移位，实现车辆的位置调整。将载车板从存车位中牵引到横移层或将载车板从横移层存入存车位中，以达到停车取车移位的目的。

横移层结构如图8所示，横移层传动系统如图9所示。

图8 横移层结构

图9 横移层传动系统

5.1 横移基架

横移基架在车辆升降过程中主要起承载车辆的作用。横移基架两边的斜坡结构便于车辆上下驶入基架，燕尾槽导轨可以为中间层的移动提供导向，丝杠传动机构可以为中间层的移动提供动力，以实现中间层与载车板的预横移，跨越升降机构与框架之间的间隙。

横移基架在车辆升降过程中主要起承载车辆的作用，其刚度和强度是停车库稳定性和安全性的关键所在。笔者应用ANSYS软件对横移基架进行了受力分析与优化，根据某型轿车的主要基本参数及相关数据，横移基架的设计载荷为21 kN，轿车轴距取2 800 mm，车宽为1 800 mm，轮胎宽度为235 mm。横移基架结构尺寸如图10所示。

图10 横移基架结构尺寸

由于轿车质心不在其几何中心，同时一般轿车的发动机前置，因此单个轿车后轮施加的载荷为4 200 N，单个轿车前轮施加的载荷为6 300 N。将横移基架与升降机构连接的部分，以及横移基架横杆接触的面设置为固定约束[10]，具体载荷分布如图11所示。

图11 载荷分布

横移基架受力分析结果如图12所示，其最大变形位置为基架最远端，大小为17.437 mm，满足结构的强度要求。

图12 横移基架受力分析

5.2 中间层

中间层作为预移动层，可在丝杠传动的作用下承载载车板作短距离的横向移动，同时可为载车板的长距离横向移动直接提供导向作用和动力。中间层结构如图13所示。

图13 中间层结构

5.3 载车板

载车板为存取车辆的支撑载体，在齿轮齿条的作用下，可以实现框架与横移层之间的移动与位置交换，以方便车辆挪动及移位。

6 结论

小型多层无避让式立体车库采用模块化单元结构设计，具有空间利用率高，可实现停车库与车位扩展，有利于老旧小区停车库改造等特点。

停车库解决了已有的无避让式立体停车库最大停车上限高度为两层的局限性，可实现向上多层扩展，以充分提升已有停车库的空间利用率。

相较于简易升降式立体停车库，解决了停取上层车辆必须移走下层车辆的局限问题，优化了停取车操作方式，缩短了取车时间，可实现便捷停取车辆。

停车库采用模块化设计和组合式结构，维护相对方便，建造成本与难度相对较低，配置灵活，停取车辆方便。

针对市面上已有的无避让式立体停车库结构多为单悬臂梁，稳定性较差，面对风载、雪载等自然因素会产生较大变形等问题[11-12]，将小型多层无避让式立体停车库设计为双悬臂式，有效改进和提高了结构的稳定性，且可承受较大风载。

停车库的载车板可作为广告牌使用，起到一物多用的效果，符合现代化城市的理念。

[1]陈晓阳，陈雪琳.浅谈无避让立体车库的应用研究[J].科技创新与生产力，2016（7）：86-88.

[2]张振悦.基于无避让立体停车设备的智能停车库设计[D].上海：上海交通大学，2013.

[3]俞天明.无避让立体停车库的设计[J].机械工程师，2012（7）：143-144.

[4]宋桂金，黄鉴昆，尹鹏飞，等.悬臂式升降外移立体停车库的研制[J].企业技术开发，2015，34（4）：21-23.

[5]张露露.无避让立体车库控制系统的研究与设计[D].青岛：山东科技大学,2012.

[6]罗阿妮,张桐鸣,刘贺平,等.机械行业三维建模技术综述[J].机械制造,2010,48（10）:1-4.

[7]何守训.无避让立体车库机械部分的研究[D].青岛：山东科技大学，2012.

[8]海曼.电梯安全钳的结构及性能分析[J].大众标准化，2005（5）：18-20.

[9]高利宁.电梯式立体车库及载车托盘设计和研究[D].西安：陕西科技大学，2009.

[10]李之行.无避让立体车库设计研究[D].银川：宁夏大学，2015.

[11]孙彬彬，刘楠嶓，吴立辉，等.风载荷作用下无避让立体车库稳定性分析[J].电子世界，2016（14）：84.

[12]王维豪,吴立辉,武少洁,等.雪载荷作用下无避让立体车库稳定性研究[J].电子世界,2016（14）：85.