太阳能旋转升降双层停车库

陈超 黄根 林存宁 刘卉

摘要：“太阳能旋转升降双层停车库”巧妙地运用双滑块机构，连杆机构，链轮链条等机构。利用双滑块机构带动二层托车板运动，分时同步实现水平伸出与竖直下降过程联动。采用传感器与机械结构相结合的方式，利用红外传感器、压力开关、电子锁、空间四杆合页机构组成的安全系统，可立即停车并保证设备与车辆安全。通过一系列的结构设计、运动仿真以及强度校核，最终设计出一种小区家用双层停车装置，实现自动倒车入库，保证两层车辆停取时互不干扰，同时加入太阳能发电、照明设备夜间照明。

关键词：新型停车装置;太阳能;旋转双层;智能

中图分类号：TG156文献标识码：A文章编号：1671-2064（2019）16-0000-00

0 前言

随着人们生活水平的提高，我国机动车保有量持续增长，生活越加方便幸福的同时，人们又面临着新的问题：一户大多拥有两车甚至更多，而小区的车位配比大多为一户一车位，私家车数量与越来越紧缺的车位资源供求关系失衡。按一对夫妻一人拥有一辆车设想，一个车位至少要容纳两个车位，同时考虑到存取车时间及结构可靠程度，我们决定设计一款双层停车装置。除此之外，传统停车过程往往需要倒车入位，需要较长的倒车距离，存取车时需要不断地掉转车头方向，给驾驶员的操作带来困难，且具有刮擦、碰撞其他车辆的危险，为此我们将双层停车系统设计成旋转升降式。

1设计方案

1.1总体说明

设备总体由动力系统和传动系统组成。

实物图如图1所示。

1.2双滑块机构

1.2.1运动原理

双滑块机构如图2所示，主要由链轮1，摆杆2，张紧轮3，张紧轮4，链轮5，剪式支撑架6，下层板7组成。电机通过减速箱带动链轮1转动，链轮1带动链轮5，使摆杆2转动，与剪式支撑架6共同使二层板完成伸出及下降的联动，张紧轮3、4用于将链条张紧，消除空程。

1.3螺旋槽旋转升降机构

1.3.1 运动原理

如图3所示该机构主要由与下层板相连的中心轴，电机轴，轴承，剪氏机构，螺旋槽组成。轴承通过轴与中心轴相连。机构运动为：电机轴转动带动剪氏机构升降，将竖直面的平动转换为水平面的转动。通过3个轴承在螺旋槽内的转动，限制旋转角度为90°，保證旋转机构每次旋转到位。

1.4太阳能蓄电系统

由太阳能板收集能源，经过控制器整流后给蓄电池充电。充满电的蓄电池分别给传动系统、照明系统、安全系统供电。

1.5安全系统

由压力开关、串联四杆合页机构 、红外传感器、电磁锁组成。

1.5.1压力开关与红外传感器

检测车辆到位与否、对运动过程进行反馈。

1.5.2串联四杆合页机构

待车辆进入二层板，由传感器判断车辆停到位后，电机带动合页收拢，防止由于系统故障引发车辆跌落危险。

1.5.3电磁锁

在四根立柱上分别装有四个电磁锁，在二层板停车到位后，电磁锁打开，确保在故障、停电情况下，二层板不会下坠。

2 强度校核

对框架是否发生整体倾覆和螺栓强度的校核：

已知总长6m、总宽2.3m、总高3.0m，二层停车板长5.0m、宽2.0m，外伸梁长5.5m，取车重为M=2.5t，如图4所示。

每个立柱均采用4个M16地脚螺栓固定，选择螺栓材料为Q235、性能等级为4.6。

取安全系数

则设计总载荷为

假设左右两侧承担载荷相等，则单边总载荷为

由于实际中车辆发动机多为前置，使车辆重心与外伸梁中心不重合;此处假设车辆重心位于外伸梁（5.5m）的前端（以车辆进出方向为前）的1/3处，且近似为峰值是的三角形均布载荷。

均布载荷峰值为

对B点取弯矩平衡（以B点为坐标原点）

其中

解得

对整体取力平衡

解得

由于，所以此处仅校核立柱A。每个立柱均采用4个地脚螺栓固定，则每个地脚螺栓的轴向工作载荷为

由《机械设计 第九版》P83查得，此处取：

则轴向总载荷为：

螺栓公称直径为M16，小径为，材料为Q235、性能等级为4.6的地脚螺栓，由《机械设计 第九版》P86表5-8查得，材料屈服极限。

由《机械设计 第九版》P87表5-10查得安全系数。

则由《机械设计 第九版》P87式5-42求得螺栓材料的许用应力

根据《机械设计 第九版》P84式5-35求得螺纹危险截面（小径）处的计算应力为：

，螺栓强度合格。

单个螺栓可提供的最大约束力为：

综上所述当4个立柱均采用M16的地脚螺栓时，整体框架不发生整体倾覆现象。

3设计亮点及应用前景

3.1设计亮点

（1）太阳能板供电;（2）利用螺旋槽旋转升降机构，完成调转车头动作，实现自动倒车入库;（3）早上和晚上光线不足，设置两处灯带，安全;（4）利用双滑块机构带动二层托车板运动，分时同步实现水平伸出与竖直下降过程联动，从而减少电机及其他电控设备所需要的工作，保证了两辆车停放的互不干扰，减少了动力源;（5）本车库采用红外传感器、压力开关、电子锁、空间四杆合页机构组成的安全系统，能保证在系统运行过程中可随时停车，保证设备与车辆安全。

3.2 应用前景

发展旋转升降双层停车让人、车、路之间的相互作用关系以新的方式呈现，将调转车头动作交由本产品完成，减少倒车入库距离，方便快捷，应用了环保新能源;实现停车的实时、准确、高效、安全、节能的目标，使以往交通拥堵、违章停车、交通安全、停车收费等问题得到缓解和解决，提高人们的出行效率，提升人们的日常生活质量。

4结语

“太阳能旋转升降双层停车库”通过巧妙的双滑块机构和螺旋槽旋转升降机构设计，实现了两辆车停放时的互不干扰和车辆转向，完成了预期的停车效果，增加了单位面积的停车数量，解决了小区家庭私家车位不足问题。我们全面地考虑了停车过程中会遇到的诸多问题，因此加入太阳能板为产品供电，照明灯带照明，如果车库安放在户外，白天可以通过太阳能板将太阳能转化为电能储存在蓄电池里面供车库全天运转的工作需要。同时设计了完备的安全系统提高产品的安全性。在设备调试过程中我们发现设备有几处地方仍然需要改进，我们会在以后的研究过程中加以改进。

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收稿日期：2019-07-05

基金项目：本文系天津科技大学实验室创新基金（1801A201），市级大学生创新创业训练计（201910057050）。

作者简介：陈超（1998—），男，福建福州人，本科在读，研究方向：机械结构设计。

通讯作者：刘卉（1961—），女，天津人，学士，副教授，研究方向：机械结构设计。