便捷多功能轿车侧方停车机电装置设计

原梓皓 林权 卢帅龙 林鑫 俞枫

摘要：基于当前住宅小区停车难的状况，研发设计了便捷式多功能轿车侧方位停车装置，该装置主要由基础支架、车辆承载板、地面导轨系统、底层两轮车停车位平台、升降传动系统以及横移传动系统、电控系统等组成，利用对已有停车位的改造，通过水平移动和倾斜停放轿车，大幅縮小了侧方停车位场地所需长度，节约了40%的停车空间，而且在原有场地不增加的情况下满足了电动车、摩托车、自行车的停车需要。

关键词：住宅区;斜拉式;侧方位停车;空间利用;自动化

0    引言

随着时代发展、社会进步，人民生活日渐丰富，汽车已成为新时代人们的必备工具。但是当前住宅小区车辆停放拥挤和无序一直困恼着广大民众，尤其是年代久远的居民小区建设时并未考虑到汽车的快速增长所带来的停车位紧张问题，导致有车无车位的情况激增，因此住宅小区停车难的问题亟需解决[1-6]。

鉴于此，课题组研发了一种便捷式多功能轿车侧方位停车机电装置，该装置主要由基础支架、车辆承载板、地面导轨系统、一层停车位平台、升降传动系统以及横移传动系统、电控系统等组成，在不改变当前住宅小区停车位的前提条件下，大幅缩小了侧方停车位场地所需长度，而且在原有场地不增加的情况下满足了电动车、摩托车、自行车的停车需要。

1    支架设计

住宅小区停车装置一般都安装在室外，需要长时间承受风吹日晒雨淋，因此停车装置的材料选择应该耐腐蚀;同时，考虑到停车位的制造成本不能太高，而由于汽车重量较大，且比较贵重，因此材料的强度、刚度也要满足使用。本装置的整体支架材料主要选用H型钢构，材料为45#钢。支架横梁采用工字形截面，查表热轧工字钢（GB 706—88），选用型号为18 GB 706—88的工字钢。支架立柱截面选择矩形，同时为了加强立柱的强度及刚度，在立柱与底部支架之间焊接肋板结构。依据轿车的尺寸，设计立柱长度为5 100 mm，横梁宽度为3 500 mm，底部导轨的宽度为5 000 mm，长度为7 500 mm，底部横柱的长度为5 200 mm。支架整体采用“L”型结构布局，方便车辆进出车位，底部焊接的肋板与立柱形成三角形结构，使整个机构更加稳重可靠。支架整体设计如图1所示。

2    车辆承载板设计

图2为车辆承载板，主要作用是承载车辆，采用分体冷轧成型，该承载板为了应对汽车在倾斜抬升30°之后不溜坡的要求，设计了防滑落装置;同时该车辆承载板在设计的时候设计了停车定位器，使汽车能平稳快速地定位停靠。为了保证车辆停取车时平稳安全，该承重板设计防滑钢板长为6 000 mm，宽为2 500 mm，厚1 mm。承重板下方的空心矩形方钢设计尺寸为70 mm×50 mm×4 mm，理论重量6.710 kg/m，采用4条空心矩形方钢作为支撑，经过计算，承重板所能承受的载荷远远大于汽车的重量，故安全可靠。

3    地面导轨设计

为了使整体停车装置能快速地完成移动需要设计导轨，导轨需要具备抗腐蚀性、抗弯性，因此设计选用L型的等边角钢作为导轨。导轨上的载荷主要由立柱20 GB 707—88、横梁18 GB 706—88、承重板、汽车自重构成。

查阅中国人民共和国标准热轧槽钢GB 707—88标准，20 GB 707—88的理论重量为12.777 kg/m，而立柱槽钢总长为25 m，所以立柱槽钢总重量为：

M1=25×12.777=319.425 kg        （1）

查阅中国人民共和国标准热轧槽钢GB 706—88标准，18 GB 706—88的理论重量为24.143 kg/m，而横梁的总长为5 m，所以工字钢总重量为：

M2=5×24.143=120.715 kg                    （2）

查阅钢材理论重量表及计算公式，冷轧钢板的密度为W1=

7.85 g/cm3，又因为钢板长为6 000 mm，宽度为2 500 mm，厚度为1 mm，故其面积为：

S=6 m×2.5 m=15 m2                 （3）

M3=W1×1 mm×S=117.75 kg       （4）

查阅钢材理论重量表及计算公式，空心矩形方钢的理论重量W2=6.710 kg/m，本装置所用空心矩形方钢总共4条，每条6 m，所以空心矩形方钢总重量为：

M4=4×6 mm×W2=161.04 kg       （5）

以奥迪A6L3.0为例，查阅轿车自重：

M5=1×1 545=1 545 kg  （6）

所以总的重量为：

M总=M1+M2+M3+M4+M5=2 263.93 kg        （7）

根据L型导轨受力图以及L型导轨的尺寸，以及导轨上所要承载的总重量，本设计采用等边角钢∠200 mm×200 mm×5 mm，根据角钢的承重力计算公式得该角钢足以满足3 000 kg的承重量，故安全可靠。

4    传动系统设计

装置传动系统包括一个升降传动系统和一个横移传动系统。传动系统是核心部分，并且传动系统直接关系到整个停车装置的安全，传动原理是通过启动停车按钮，电磁离合器1断开，而电磁离合器2吸合，电机会带动传动轴转动，轴带动链条转动，链条带动丝杠转动，进而带动丝杠螺母转动，此时整个装置平移到路面上;当汽车安全停稳后，电机反转，带动整个装置往里平移，当到达预定位置之后，此时电磁离合器1吸合，而电磁离合器2断开，电机会带动轴转动，轴带动斜拉板往上抬升，到达一定的角度之后，电机停止转动，防坠落装置开启，即使意外断电车辆也不会下坠。

4.1    升降传动系统

在升降传动系统中，通过钢丝绳传输升降动作，该系统主要由齿轮传动马达、卷轴、电磁离合器、钢丝、棘轮以及轴组成，如图3所示。当启动升降传动系统时，电磁离合器1会吸合，而电磁离合器2会断开，电机会带动传动轴转动，轴带动滚筒，滚筒带动钢丝绳，而钢丝绳带动斜拉板（即承载板）往上抬升，当上升到30°时，电机停止转动，棘轮卡住，防止车体坠落;当要取车时，电磁铁吸住棘爪，轴带动钢丝绳，使汽车安全下降后，电机停止工作。

4.2    横移传动系统

横移传动系统是实现整个停车装置平移的关键部分，主要由电机、离合器、链条、丝杠、丝杠螺母组成，如图4所示。该系统通过电机转动，离合器1断开，离合器2吸合，电机带动轴以及链轮转动，通过两级链轮传动，然后带动丝杠转动，丝杠带动丝杠螺母转动，实现整个装置的横移传动。

5    底层两轮车停车位设计

住宅小区原有的一个侧方位停车位在采用此装置后，不仅可以顺利快速地将轿车停放在承载板上，而且能节约40%的停车空间，每个车位可以多停放0.75辆轿车。该装置安装便捷性高，停车方案能在短期内实现，不仅如此，为满足多种需求，该装置还设计了底层电动车、自行车等两轮车停车位。如图5所示，底层两轮车停车位设计在承载板的下面，它固定在地面上，高度比底层支架略高，这样就能做到互不干涉，底层两轮车停车位与停放轿车相互依存，但又能做到互不干涉，该装置无论是停轿车还是取轿车都不影响停电动车、自行车。这样的设计不仅解决了小区轿车停车难、停车乱的问题，还解决了小区摩托车、电动车、自行车的停车问题，极大地方便了用户的使用，使停车不熟练的司机也能快速安全地停车。

6    停车装置整体结构

综上设计，整个停车装置的机械部分主要由支架、地面导轨、承载板、传动系统、底层停车装置组成，整个停车装置如圖6所示。

7    控制程序设计

图7为停车程序流程图，图8为取车程序流程图。

整个程序设计首先是初始化，然后如果是停车，按下停车按钮，电磁离合器1会断开，而电磁离合器2会吸合，电机会带动轴转动，轴带动链条转动，链条会带动丝杠转动，进而带动丝杠螺母转动，带动整个装置平移到路面上，当汽车安全停稳后，电动机反转，带动整个装置往里平移，当到达预定位置之后，这时电磁离合器1会吸合，而电磁离合器2会断开，电机会带动轴转动，轴带动斜拉板往上抬升，当到达一定的角度之后，触发限位开关，电机停止转动，防坠落装置开启，实现整个装置的平移入位。

如果按下取车按钮，电磁离合器1会断开，而电磁离合器2会吸合，电机会带动轴转动，轴带动链条转动，链条会带动丝杠转动，进而带动丝杠螺母转动，带动整个装置平移到路面上，这时电磁铁会断开，电磁离合器1会吸合，而电磁离合器2会断开，电机转动，把车平稳地放下来，电机停止，然后车开走，这时电磁离合器1会断开，而电磁离合器2会吸合，电机会带动轴转动，轴带动链条转动，链条会带动丝杠转动，进而带动丝杠螺母转动，实现整个装置的平移入位。如果按下急停按钮，整个控制系统会停止，防坠落装置开启。

8    结语

本课题研发的便捷式多功能轿车侧方停车机电装置，主要由基础支架、车辆承载板、地面导轨系统、一层停车位平台、升降传动系统以及横移传动系统、电控系统等组成。应用该装置不仅停车、取车方便快捷，而且占地面积小，空间利用率高，可以节省40%的车位场地，极大地改善了现有住宅小区停车难的问题，具有很大的社会意义。

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[5] 李丽，丛东升，李贞，等.垂直旋转式立体车库的创新设计[J].山东建筑大学学报，2014（6）：569-573.

[6] 温沁月，鲁力群.国内外立体车库现状及发展综述[J].物流工程与管理，2016，38（7）：159-161.

收稿日期：2019-12-18

作者简介：原梓皓（1997—），男，山西晋城人，研究方向：机械设计制造。

通信作者：林权（1980—），男，福建福州人，硕士，副教授，研究方向：机械制造及自动化。