独立存取双层俯仰停车库设计

严友 徐云青 李美

摘要：通过研究市场上已有的立体停车库，设计出一款双层俯仰停车库以应对目前越来越严峻的城市停车问题。此项设计采用双层式布局，由一套液压系统提供动力，通过杠杆机构实现车库整体的俯仰运动。改变车库的俯、仰状态实现上下层存车和取车的功能。上下层存取车为两个独立的操作，无论下层是否有车，均不会影响上层的操作，全过程上下层互不干扰。此外，在考虑了车主日常存取车习惯的前提下，还设计有一套控制系统，上下层分别有两套按钮开关，可以实现一键存车、一键取车的操作，整个过程方便快捷。

Abstract： By studying the existing three-dimensional parking garage， a double-layer pitching parking garage is designed to cope with the increasingly serious urban parking problem. This design adopts a double-layer layout， powered by a set of hydraulic system， and realizes the overall pitch movement through the lever mechanism. Changing the status of the garage to complete the functions of upper and lower car storage and collection. The upper and lower access are two independent operations. No matter whether there is a car in the lower layer， the operation of the upper layer will not be affected， and the upper and lower layers will not interfere with each other in the whole process. In addition， considering the daily habits of car owners， a set of control system is also designed. There are two sets of button switches on the upper and lower layers respectively， which can realize the operation of one key storage and one key pick-up. The whole process is convenient and fast.

關键词：双层车库;独立存取;结构设计

Key words： double-layer;independent access;structural design

中图分类号：TP273                                      文献标识码：A                                  文章编号：1674-957X（2021）01-0190-03

0  引言

随着国民经济的高速发展，我国轿车保有量直线上升。由于中国加入世贸关税进一步降低，2008年北京奥运及2010年上海世界博览会等重大事件的影响，以及国内需求的进一步拉动和“费改税”等政策的驱动，我国的汽车工业仍将具有很大的发展空间并将继续保持快速平稳发展。根据住建部《城市停车设施规划导则》的数据，停车泊位数应达到车辆保有量的1.1-1.3倍为宜。而2019年数据显示，全国机动车保有量高达3.4亿辆，假如按照1.1的比率计算，2020年我国停车泊位理论上大约需要3.74亿个，然而现有停车位约为1.19亿个左右。停车问题逐渐成为大城市迫切需要解决的难题。城市和已建小区有限的地面面积己无法提供足够的停车车位，向空间发展成为当前解决问题的一条重要途径。机械式立体车库具有占地面积小、操作简单、灵活、安全可靠等诸多独特的优点。智能立体车库就应运而生成为城市交通的一个研究热点。

本研究设计的双层停车库，它的最终目标是在实现日常存车、取车功能的基础上，依靠俯仰机构的设计将双层车库上下两层的存取过程进行独立。充分研究车主日常存取车时对车库的使用习惯，利用传感器技术、PLC控制技术，达到存取车过程方便、快捷、高效的目的。通过1：8实验样机研究分析，本实验方案对存取车过程的优化效果。所设计的双层俯仰停车库主要包括：支撑系统、驱动系统、伸缩系统、锁止系统和控制系统，其中控制系统整合行人检测系统。本研究主要对各系统机械结构设计进行研究，再通过实验进行验证。

1  机械结构设计

本设计采用液压驱动，车库整体安装位置低于地面172mm，车库上下层通过三角形支架连接，三角形支架通过轴承和均布的3个扇形槽和底部支架连接，底部支架和地面采用固定连接。通过控制液压缸活塞的伸出和收缩来实现车库整体的俯仰动作，形成1个杠杆机构，俯仰角度为±10°≤汽车接近角，可避免汽车驶入与驶出过程发生磕碰。双层俯仰车库整体结构如图1所示。

1.1 支撑转动机构

支撑转动机构主要由承重架、连接架及轴承系统组成。其中承重架支撑车库整体以及装载的两辆汽车的总重量。连接架不仅连接上下层车位，而且还需要实现车库俯仰运动过程中，限制其运动角度的功能。

为了保证车位与地面形成的角度小于等于汽车的接近角和离去角，即满足汽车通过性的要求，设计要求杠杆机构在进行俯仰运动时，上仰角度和下俯角度均为10°，因此车库整体运行角度需要被控制在20°。我们采用均布扇形槽的限位方式，如图2所示。

三个扇形槽均布在轴承旋转圆心周围，通过螺栓与承重架连接。俯仰运动行程中，螺栓与扇形槽形成限位装置。

1.2 驱动机构

在车库前端安装液压活塞，与车库整体形成杠杆机构。车库前端与保压式液压活塞相连接，活塞一端与地面采用铰链连接，确保活塞具有绕Y轴转动的自由度。上下层车库用三角形板连接，起到分割和稳定的作用。三角形板将车库整体通过轴承与支架连接，轴承作为车库俯仰的支点。

车库进行俯仰运动通过保压式液压活塞推动车库前端来实现。相较于电机驱动方案来说，杠杆机构具有省力、节能、使用寿命长的特点，只需很小的驱动力就能将车库连同停放的车辆顶起一定角度。通过计算，所选用方案比电机驱动方案节能80%。

1.3 限位机构

车库在进行俯仰运动的过程中，已停入的汽车也会进行运动，为了提高设备安全性，保护汽车在运动中不会倒溜，变速箱不会因小行程的运动而受损，运用曲柄滑块机构的相关知识，设计出衍生机构，滑块主动驱动的滑块翻板机构，如图3所示。

此机构的翻板安装在汽车前轮的后方，通过计算车轮的直径确定具体的安装位置。汽车驶入后，限位红外传感器接收到信号，通过车位底部安装小型液压活塞推动连杆使翻板翻起直至接触车轮。翻板顶起与前方限位杆组成锁止系统，防止车轮产生位移。

1.4 伸缩机构

利用平行四边形的不稳定性，设计方案采用平行四边形机构与伸缩板连接的方式。上层停车时，伸缩板伸出与地面接触形成缓坡，方便汽车驶入上层车库。伸缩板设计有两块，与上层停车板通过滑轨连接。平行四边形机构设计有三个安装点，安装位置如图4所示。

平行四边形机构两头均安装有液压活塞，以保证伸缩板在运动时有足够的驱动力。

2  电气控制方案

双层停车库的协同控制主要是支撑转动机构、伸缩机构和限位机构之间的协调控制。双层停车库在运行过程中需要密切监控车辆是否停放到位，行人是否离开停车库工作范围，需要同时采集车辆信息及行人位置信息，防止安全事故的发生。

车库采用电控液压系统来驱动，液压系统具有驱动力强、管路布置方便、维修成本低等特点。电气控制系统采用PLC控制，具体布置方式如5所示。

经过开关电源将220V交流电转换成24V直流电，主体控制程序存储于PLC控制器内，通过控制电磁阀来实现控制车库所用的动作。根据使用情况，需要调节不用部件的液压流量以实现操作速度的控制，这些动作都是靠液压调节阀来实现。

上层停车时需要按动存车按钮，采用触摸屏取代实体按键。触摸屏型号为步科MT4523T，通过RS232数据线与PLC控制器相连。

在GX Developer环境下，根据所确定的控制策略进行编程。通过EV5000软件进行触控屏程序导入，之后连接触控屏与PLC进行调试。触控屏界面布置图如图6所示。

通过走访车主的停车过程和停车习惯，我们确定出一套针对这个车库的控制策略。

①初始状态。液压活塞收缩，车库整体下俯10°，上下层车库均亮绿灯（表示车位空闲）。

②下层停车。汽车驶入车位，液压活塞无动作，车库整体不动;车轮经过光电传感器，车轮翻板顶起，车轮锁止。下层车库亮黄灯，驾驶员走出车库，黄灯变红灯（表示车位有车）。

③下层取车。车辆后退经过光电传感器，翻板放下，汽车驶出车库。下层车库亮黄灯，汽车驶出后黄灯变绿灯。

④上层存车。驾驶员按动触摸屏上存取车图标，液压活塞伸出，车库整体上仰10°，伸缩板伸出与地面接触，大致操作时间为10s。汽车驶入车库，车轮经过光电传感器，车轮翻板顶起，车轮锁止。上层车库亮黄灯，驾驶员走出车库。按下存车完毕图标，伸缩板收回，液压活塞收缩，车库回位，黄灯变红灯（表示车位有车）。

⑤上层取车。驾驶员按下存取车图标，液压活塞伸出，车库整体上仰10°，伸缩板伸出与地面接触。驾驶员走入车库，上车驾驶车辆后退，车轮经过光电传感器，翻板放下，汽车驶出车库。按下存取车完毕图标，伸缩板收回，液压活塞收缩，车库回位，黄灯变绿灯（表示车位空闲）。

程序完毕。

根据上述指定的控制策略，首先需要确定各输入原件和输出原件对应的PLC接线位置，经多次调试，最终确定接线脚分配方案如表1所示。

3  结束语

经过多次调试与实物实验，证实本设计可以实现设计方案中预想的所有功能，包括车库整体的俯仰运动、伸缩板的伸缩运动、曲柄滑块翻板机构运动、扇形槽限位机构等功能。

本设计不仅可以提升小区停车面积达两倍，而且该停车库结构简单，所使用材料和元器件采购方便，制造和维修成本低，耗时少。停车库整体占地面积和地面停车位相同，小区进行停车库安装时无需进行非常大规模的改动，减少工程施工的情况出现，进而减少对业主出行的影响。

车库上下层存取车过程互为独立，因此存取车的时间短，不会影响车主的出行，也不会造成地下停车库的拥堵。总体来说，杠杆式俯仰立体停车库在充分调研、咨询的情况下设计而得，适用性强、维护方便、使用简便、操作易上手，具有一定的市场前景。

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