劉鵬程

北京首鋼城運控股有限公司

無避讓立體車庫機械系統(tǒng)設(shè)計與穩(wěn)定性研究

劉鵬程

北京首鋼城運控股有限公司

汽車數(shù)量的增長在給人們出行帶來便利的同時也隨之而來的增加了靜態(tài)交通問題。目前我國立體車庫種類多樣，功能各異，但均存在存取車時間長，需倒車入庫，存取車過程繁瑣等一系列問題，無法滿足在上下班高峰期人們便捷取車的需求。所以尋求一種高效快捷存取車輛的裝置是解決以上問題的關(guān)鍵。無避讓立體車庫能夠會更好的對這種問題有效解決。但是無避讓立體車庫采用的是立柱懸臂結(jié)構(gòu)，立柱和載車板是主要受力構(gòu)件，單側(cè)受力是該立體車庫的軟肋。因此本文主要就對無避讓立體車庫機械系統(tǒng)設(shè)計與穩(wěn)定性進行分析和餓探討。

無避讓立體車庫；機械系統(tǒng)設(shè)計；穩(wěn)定性

1 無避讓立體車庫優(yōu)勢分析

無避讓立體停車庫在存車、取車等方面具有諸多優(yōu)勢。它是針對機械式立體車庫倒車入庫、停車、取車時間較長的弊端，所設(shè)計一種新型的尤其適用于住宅小區(qū)的立體停車庫，它的最大特點是上層車位存取車輛的過程與下層是否有車好不沖突，該種類型立體車庫設(shè)有旋轉(zhuǎn)機構(gòu)，所以上層車輛存車時就免去了倒車的麻煩，存取車過程方便快捷，多臺無避讓立體車庫可以實現(xiàn)同時存取，互不干涉。同時，該類型立體車庫下層車位結(jié)構(gòu)開闊，便于車主的入庫和出庫，對車主的停車技術(shù)要求較低，更加便于多數(shù)人的使用。

2 無避讓立體車庫機械系統(tǒng)及結(jié)構(gòu)件設(shè)計計算

2.1 無避讓立體車庫總體尺寸設(shè)計計算

立體車庫屬于新興產(chǎn)業(yè)，國內(nèi)外關(guān)于機械式立體車庫的設(shè)計規(guī)范并不多，尤其是最基本的車輛參數(shù)以及載荷取值的選取方法并無明確規(guī)定，這給機械式立體車庫，特別是無避讓立體車庫的設(shè)計帶來了很大的困難。無避讓立體車庫主要的適用場所是住宅小區(qū)、商業(yè)區(qū)和寫字樓，主要停放車輛類型為轎車，又因在此類場所活動人群普遍生活水平較高，轎車類型也以大中型車輛居多大中型轎車的基本尺寸：車長4.6～4.9m，車寬1.7～1.9m，車高1.3～1.6m，軸距2.7～2.9m，對無避讓立體車庫的總體尺寸進行設(shè)計。

2.2 無避讓立體車庫提升系統(tǒng)設(shè)計計

2.2.1 提升機構(gòu)受力分析

大中型轎車的自重約在1700kg左右，考慮到停放車輛時車內(nèi)可能攜帶重物、行李等相關(guān)因素，擬定本文設(shè)計上層承載載荷為2000Kg；上文初步設(shè)計上層容車平臺(載車板)尺寸為4800x2400x80，選用Q235鋼材，密度為7.85g/cm3，估算重量為770kg；初步預(yù)估無避讓立體車庫滑座和上層容車平臺(載車板)重量1100Kg；考慮載車板承受30cm積雪時的工況，對應(yīng)雪的重量為900kg。根據(jù)以上參數(shù)可知，當載車板滿載時，提升機構(gòu)承受的總重量G總≤1100+2000+900=4000kg。由于運行過程中，提升機構(gòu)通過雙排鏈與滑座相連，滑座通過安裝在其兩側(cè)的滾輪實現(xiàn)沿立柱的升降運動。

2.2.2 提升機構(gòu)傳動系統(tǒng)設(shè)計計算

1)鏈條型號選擇

立體車庫提升機構(gòu)采用滾子鏈傳動方式，鏈條與滑座相連。鏈傳動只起到將電機轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)化為升降移動的作用，不起增減速效果。根據(jù)機械設(shè)計手冊設(shè)計標準推薦，鏈輪選用齒數(shù)為17齒，轉(zhuǎn)速n1=14.4r/min，選用雙排鏈，其傳遞的功率為2.2KW。根據(jù)機械設(shè)計手冊“ISOA系列滾子鏈功率曲線圖”可選，雙排鏈條選擇20A、p=31.75mm。

2)鏈輪計算

查閱機械設(shè)計手冊可知，鏈輪節(jié)距p=31.75mm，滾子直徑d1max=19.05mm，鏈輪排距pt=35.76mm。滾子鏈鏈輪分度圓直徑d、齒頂圓直徑da、齒根圓直徑fd以及最大軸凸緣直徑dg等鏈輪基本參數(shù)和主要尺寸表示方法，其計算公式如下：

數(shù)據(jù)代入以上各式并計算得：d=172.8mm, damax=193.4mm, damin=182.5mm, df=153.75mm, dg=137.7mm, h=6.7mm, l=55.1mm, lmin=43.4mm；

查閱機械設(shè)計手冊，得鏈輪軸孔的最大許用直徑，dk≤dmax，dkmax=93mm。又因鏈輪內(nèi)徑需與減速器輸出軸配合，經(jīng)查表可知，減速器輸出軸直徑為55mm，故取dk=55mm。雙排鏈輪的材料選用15或20鋼，進行滲碳、淬火和回火處理。

2.3 無避讓立體車庫回轉(zhuǎn)系統(tǒng)設(shè)計計算

回轉(zhuǎn)系統(tǒng)采用齒輪傳動方式，由電動機通過擺線針輪減速機帶動小齒輪、中間惰輪從而帶動大齒輪和固定在大齒輪軸一端的立柱，完成整個設(shè)備的回轉(zhuǎn)運動。為了滿足便捷取車的需求，無避讓立體車庫應(yīng)當具有一定的性能指標，初步設(shè)計回轉(zhuǎn)機構(gòu)的回轉(zhuǎn)角度為90°，回轉(zhuǎn)一個周期所用時間為t=10～15s，則旋轉(zhuǎn)主軸的轉(zhuǎn)速應(yīng)為v旋轉(zhuǎn)=1.5～1.0r/min，為了達到平穩(wěn)運行的特點，初選主軸最終旋轉(zhuǎn)速度為v=1.0r/min旋轉(zhuǎn)。

2.4 無避讓立體車庫關(guān)鍵結(jié)構(gòu)件設(shè)計計算

2.4.1 載車板設(shè)計

載車板有鋼板壓制式和焊接框架式兩種，鋼板壓制式采用沖壓一次成型，結(jié)構(gòu)輕巧，美觀，適用于承載要求不大的立體車庫中。焊接框架式載車板采用型鋼和鋼板焊接拼裝而成，可現(xiàn)場焊接分開運輸，所以它具有運輸方便、強度和剛度大、通用互換性好等優(yōu)點。汽車停放在載車板上時，車輪輪胎與載車板以狹小平面進行接觸，在接觸的區(qū)域內(nèi)形成應(yīng)力集中。那么，在存取車過程中，汽車處于運動狀態(tài)，顯然車輪碾過的軌跡即為集中受力的部分，在設(shè)計過程中，僅靠加厚鋼板無法滿足設(shè)計要求，所以此時應(yīng)考慮在鋼板底面對應(yīng)區(qū)域焊接一定數(shù)量的加強筋以增加其強度。此外，由于車輛停放在載車板上應(yīng)具有自動定位功能，現(xiàn)將載車板設(shè)計為中間高兩端低的結(jié)構(gòu)形式，再在頂面鋪設(shè)花紋鋼板，這樣就可以防止汽車在載車板上的滑動。

2.4.2 立柱設(shè)計

立柱是整個無避讓立體車庫中尤為重要的組成部分，從結(jié)構(gòu)功能上來講，載車板和汽車的升降運動需要靠它作為軌道，行走機構(gòu)和旋轉(zhuǎn)機構(gòu)則需要由它作為回轉(zhuǎn)中心。從承載需求上來講，由待泊車輛連同載車板的自重產(chǎn)生的彎矩，需要立柱進行抗衡，而且在立柱回轉(zhuǎn)過程中，由于慣性，汽車的動力勢能會導致立柱彎矩的增加。所以立柱的結(jié)構(gòu)應(yīng)滿足一定的強度要求。

3 穩(wěn)定性設(shè)計分析

當一個機械組件或者組件中的某個部件的工作狀態(tài)達到了某一特定界限便無法實現(xiàn)預(yù)期設(shè)計的某個功能時，我們就稱該部件達到了“極限工作狀態(tài)”?！皹O限工作狀態(tài)”分為以下兩種：1)“承載極限工作狀態(tài)”是指組件或部件的承載能力因材料強度不足、疲勞破壞或過大的塑性變形等原因?qū)е缕溥_到不適于繼續(xù)承載的變形狀態(tài)。2)“使用極限工作狀態(tài)”是指組件或部件在正常使用過程中因出現(xiàn)影響正常使用的過大變形，較大裂縫，局部損壞和振動等原因?qū)е碌慕M件達到正常使用中的某項規(guī)定限度的狀態(tài)。在對立體車庫穩(wěn)定性研究之前，首先應(yīng)該尋找一個穩(wěn)定性的判別準則，在力的加載和結(jié)構(gòu)的變形量中，在變形的起始階段，變形量和所加載荷呈線性趨勢，當加載某一數(shù)值的力時，載荷-位移曲線出現(xiàn)轉(zhuǎn)折，繼續(xù)增加載荷，曲線趨于水平，結(jié)構(gòu)達到極限狀態(tài)?！稒C械工程規(guī)范》中規(guī)定，像立體車庫這種帶垂直升降功能的機械設(shè)備，其正常運行所要求結(jié)構(gòu)整體位移量不得超過設(shè)備總高的1/300。

結(jié)語

近年來各地區(qū)大中型城市新開發(fā)的高密度住宅區(qū)均已開始予以采納，甚至改建擴容，而近些年出現(xiàn)的機械無避讓式立體車庫作為一種更為簡潔、合理、停車容量更高的存車方式，正如雨后春筍般較為迅速的占領(lǐng)國內(nèi)外停車市場。以此在實際的設(shè)計中一定要加強對于機械系統(tǒng)和穩(wěn)定性的重視。

[1]陳劍.無避讓式立體車庫的動態(tài)特性及可靠性研究[D].廣西大學，2014.

[2]陳曉陽，陳雪琳.淺談無避讓立體車庫的應(yīng)用研究[J].科技創(chuàng)新與生產(chǎn)力，2016，07：86-88.