王雪松　李鍵　伍廣源　陳培盛

【摘 要】近幾年以來(lái)，立體車(chē)庫(kù)因?yàn)槠淇臻g利用率高，在城市中逐漸被使用，開(kāi)始出現(xiàn)在人們的視野中。然而因?yàn)榱Ⅲw車(chē)庫(kù)在安全性或者操作性等方面一些問(wèn)題的存在，并未使其得到充分的利用。本文采用了系統(tǒng)分析法，[1]基于小型立體旋轉(zhuǎn)車(chē)庫(kù)，就市面上的立體車(chē)庫(kù)存在的部分問(wèn)題，做出結(jié)構(gòu)方面和操作方面的優(yōu)化改進(jìn)。同時(shí)本文作者制造出了等比例模型進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，所設(shè)計(jì)改進(jìn)的立體車(chē)庫(kù)能夠穩(wěn)定運(yùn)行，符合理想的設(shè)計(jì)要求，能夠滿(mǎn)足用戶(hù)日常生活的需要。

【關(guān)鍵詞】立體旋轉(zhuǎn)車(chē)庫(kù)；優(yōu)化；便捷高效；安全性

中圖分類(lèi)號(hào)： U491.7；TH21 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2018）25-0012-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.25.005

【Abstract】In recent years，because of its high utilization rate of space，stereo garage has been used gradually in the city and began to appear in people's view.However，because of the existence of some problems in safety or operability， the stereo garage has not been fully utilized.In this paper，the system analysis method is adopted to optimize the structure and operation based on the small stereo rotating garage.At the same time， the author made an full-scale model and carried out experiments.The experimental results show that the improved stereo garage can run stably，accord with the ideal design requirements，and meet the daily needs of users.

【Key words】Rotating stereo garage；Improvement；Convenience and efficiency；Security

0 引言

在我國(guó)經(jīng)濟(jì)健康快速的發(fā)展下，汽車(chē)作為一種日常代步工具，正為越來(lái)越多的人擁有。而相對(duì)于汽車(chē)的數(shù)量，停車(chē)場(chǎng)的數(shù)量卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)跟不上。在城市中，因停車(chē)導(dǎo)致的問(wèn)題——違章停放，道路擁堵，交通秩序混亂等問(wèn)題屢見(jiàn)不鮮。為了有效地緩解了停車(chē)?yán)щy的問(wèn)題，立體車(chē)庫(kù)被設(shè)計(jì)出來(lái)。實(shí)際上，由于人們對(duì)立體車(chē)庫(kù)的安全性，可操作性等方面的考慮，導(dǎo)致部分立體車(chē)庫(kù)閑置，立體車(chē)庫(kù)并沒(méi)有能最大發(fā)揮它的作用[2]。所以本文就國(guó)內(nèi)現(xiàn)有立體旋轉(zhuǎn)車(chē)庫(kù)出發(fā)，提出立體旋轉(zhuǎn)車(chē)庫(kù)以及市面上部分車(chē)庫(kù)的不足之處。針對(duì)這些缺點(diǎn)，從機(jī)械結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)兩個(gè)方面提出完善缺點(diǎn)的方案來(lái)進(jìn)行優(yōu)化改良。

1 提出小型立體旋轉(zhuǎn)車(chē)庫(kù)的缺點(diǎn)以及設(shè)計(jì)要求

1.1 小型立體旋轉(zhuǎn)車(chē)庫(kù)的缺點(diǎn)

金無(wú)足赤，任何產(chǎn)品不可能一開(kāi)始就是完美的，包括立體車(chē)庫(kù)。立體車(chē)庫(kù)盡管實(shí)現(xiàn)了最主要的功能即高的空間利用率，仍存在許多問(wèn)題，以下一一列舉。

（1）車(chē)庫(kù)啟動(dòng)噪音大，在小區(qū)中會(huì)影響用戶(hù)的作息。

（2）存取車(chē)過(guò)程復(fù)雜，在操作方面會(huì)顯得繁瑣。

（3）停電時(shí)無(wú)法取車(chē)。

（4）小型立體旋轉(zhuǎn)車(chē)庫(kù)主要靠電機(jī)制動(dòng)，停電時(shí)無(wú)法制動(dòng)。

（5）立體旋轉(zhuǎn)車(chē)庫(kù)的車(chē)位較難保持平衡，容易左右搖晃。

1.2 設(shè)計(jì)要求

為解決城市中小區(qū)、公園等小型密集區(qū)域中停車(chē)面積小、少的問(wèn)題，并且能夠滿(mǎn)足人們?nèi)粘Ｉ畹囊?，在?duì)小型立體旋轉(zhuǎn)車(chē)庫(kù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)應(yīng)滿(mǎn)足以下要求：

（1）安靜，無(wú)噪音或者低噪音。

（2）停電時(shí)的取車(chē)措施以及保險(xiǎn)措施。

（3）立體車(chē)庫(kù)運(yùn)行應(yīng)該快速平穩(wěn)。

（4）方便快速的存取車(chē)過(guò)程。

2 解決設(shè)計(jì)方案及工作單元

2.1 解決設(shè)計(jì)方案

立體旋轉(zhuǎn)車(chē)庫(kù)在原來(lái)可停兩個(gè)車(chē)位的面積，可建造起一個(gè)可停六個(gè)車(chē)位的立體旋轉(zhuǎn)車(chē)庫(kù)。立體車(chē)庫(kù)，無(wú)需考慮倒庫(kù)、側(cè)方停車(chē)以及擔(dān)心周?chē)姓系K物的情況等等。首先車(chē)庫(kù)的傳動(dòng)方式選擇蝸輪蝸桿傳動(dòng)，這樣既使結(jié)構(gòu)緊湊又降低了傳動(dòng)過(guò)程的噪音[3]。其次為避免停電時(shí)無(wú)法取車(chē)的問(wèn)題，在機(jī)箱增設(shè)了手搖升降裝置。第三，運(yùn)用機(jī)械原理使車(chē)庫(kù)運(yùn)行時(shí)車(chē)位保持穩(wěn)定不晃動(dòng)。最后，在安全保險(xiǎn)方面，一方面有蝸輪蝸桿自鎖使車(chē)庫(kù)保持穩(wěn)定，另一方面，當(dāng)機(jī)箱內(nèi)的速度探測(cè)傳感器發(fā)現(xiàn)中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)速度異常時(shí)，會(huì)自動(dòng)松開(kāi)，兩個(gè)不同方向的棘輪，使渦輪鎖緊[4]。

2.2 工作單元

立體車(chē)庫(kù)整體主要由載車(chē)模組，傳動(dòng)部件，支撐部件，平衡圓輪以及控制系統(tǒng)等各部分組成。

車(chē)庫(kù)總體結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。各種轉(zhuǎn)動(dòng)處均安裝了軸承，降低了整個(gè)傳動(dòng)過(guò)程中的摩擦力，提高了車(chē)庫(kù)運(yùn)行的流暢性。車(chē)庫(kù)的運(yùn)行過(guò)程中就只有一個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度，因此控制過(guò)程非常簡(jiǎn)單。通過(guò)solidworks建模分析[5]，在滿(mǎn)足停車(chē)空間的同時(shí)，運(yùn)行過(guò)程中，各機(jī)械部分互不干涉。

3 各工作單元工作原理

3.1 傳動(dòng)部件以及支撐部件

傳動(dòng)部件由立體車(chē)庫(kù)專(zhuān)用電機(jī)，蝸輪蝸桿傳動(dòng)件，轉(zhuǎn)動(dòng)中心軸構(gòu)成，而支撐部件主要分為可轉(zhuǎn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)圓支撐和固定的車(chē)庫(kù)總支撐。電動(dòng)機(jī)的扭矩通過(guò)蝸桿傳遞到渦輪。而轉(zhuǎn)動(dòng)中心軸一端與渦輪固定連接，同時(shí)與整個(gè)旋轉(zhuǎn)圓支撐也是固定連接。開(kāi)啟電動(dòng)機(jī)之后，通過(guò)蝸輪蝸桿嚙合使中心軸穩(wěn)定轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)圓支撐轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)與旋轉(zhuǎn)圓支撐連接的載車(chē)模組升降。

3.2 平衡圓輪

因?yàn)樵谳d車(chē)模組與旋轉(zhuǎn)圓支撐之間是單軸可轉(zhuǎn)動(dòng)連接，若無(wú)平衡裝置，必會(huì)導(dǎo)致載車(chē)模組在升降過(guò)程中左右搖擺。這與立體車(chē)庫(kù)的設(shè)計(jì)要求相悖，所以需要設(shè)計(jì)一個(gè)輔助部件使載車(chē)模組保持穩(wěn)定。本文采用的輔助部件是一個(gè)與旋轉(zhuǎn)圓支撐一樣大小的平衡圓輪。安裝時(shí)，它的圓心相對(duì)于旋轉(zhuǎn)圓支撐的圓心向下垂直偏移適當(dāng)距離，并與載車(chē)模組通過(guò)連接件固定連接。因此，在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，由于平衡圓輪的圓心位置確定不變，從而使載車(chē)模組始終保持位置不變，即載車(chē)板恒水平。這使立體車(chē)庫(kù)在結(jié)構(gòu)方面更加安全。

3.3 載車(chē)模組

載車(chē)模組為六個(gè)相同的載車(chē)板與載車(chē)模組支撐連接的部分組成，一個(gè)載車(chē)板即一個(gè)車(chē)位。

3.4 停電手搖裝置

停電手搖裝置設(shè)計(jì)在電機(jī)箱中。當(dāng)停電之后，載車(chē)模組中的重力使渦輪成為主動(dòng)件，因?yàn)樽枣i現(xiàn)象的發(fā)生，使整個(gè)車(chē)庫(kù)的位置鎖定。所以如果停電之后需要取車(chē)仍需要從蝸桿端克服阻力做功，才能使車(chē)庫(kù)運(yùn)行。停電手搖裝置從本質(zhì)上是一個(gè)二級(jí)齒輪裝置，最高一級(jí)齒輪與手搖同軸固定，最后一級(jí)齒輪與傳動(dòng)裝置中的蝸桿同軸固定。經(jīng)過(guò)理論力學(xué)的分析計(jì)算，在極限位置時(shí)（車(chē)庫(kù)一端3個(gè)車(chē)位滿(mǎn)而另外一端3個(gè)車(chē)位空），一個(gè)正常成年男子力氣即可轉(zhuǎn)動(dòng)車(chē)位取車(chē)[6]。

3.5 雙棘輪保險(xiǎn)裝置

正常通電情況下，車(chē)庫(kù)的車(chē)位主要通過(guò)電機(jī)制動(dòng)來(lái)鎖定位置。當(dāng)停電時(shí)，整個(gè)車(chē)庫(kù)的制動(dòng)主要依靠渦輪蝸桿的自鎖性實(shí)現(xiàn)。然而當(dāng)蝸輪蝸桿使用到一定程度后，渦輪蝸桿可能因?yàn)楸砻婺p[7]等多種原因而失去自鎖性。停電時(shí)且無(wú)蝸輪蝸桿自鎖的立體旋轉(zhuǎn)車(chē)庫(kù)將失去旋轉(zhuǎn)自由度上的約束，極大可能導(dǎo)致安全事故的發(fā)生，造成用戶(hù)財(cái)產(chǎn)的損失甚至危及生命。為此在渦輪處增加一個(gè)速度探測(cè)傳感器。當(dāng)速度探測(cè)傳感器探測(cè)到渦輪旋轉(zhuǎn)速度異常時(shí)，即轉(zhuǎn)動(dòng)中心軸速度異常，會(huì)反饋給控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)就會(huì)釋放兩個(gè)互為反向的棘輪，卡住渦輪，使整個(gè)立體車(chē)庫(kù)制動(dòng)。同時(shí)報(bào)警，通知有關(guān)工作人員對(duì)立體車(chē)庫(kù)進(jìn)行維護(hù)。因此保險(xiǎn)裝置有效避免了安全事故發(fā)生。

4 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

立體旋轉(zhuǎn)車(chē)庫(kù)的控制系統(tǒng)硬件采用的是C51單片機(jī)系統(tǒng)，軟件采用的是keil4。[8]立體車(chē)庫(kù)控制系統(tǒng)編程采用模塊化，系統(tǒng)程序由多個(gè)模塊組成，如初始化模塊、中斷模塊、主程序模塊及多個(gè)子程序模塊等。單片機(jī)的工作方式是自上而下，不斷循環(huán)掃描主程序，而主程序又會(huì)根據(jù)要求，調(diào)用相關(guān)子程序，部分子程序還有可能嵌套了另一個(gè)子程序，自動(dòng)化程度越高的設(shè)備，程序的模塊越多。本控制系統(tǒng)的主程序直接調(diào)用傳感器故障自診、復(fù)位、存車(chē)、取車(chē)、取消、消息處理、發(fā)送數(shù)據(jù)等子程序模塊。在軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，立體車(chē)庫(kù)的主體功能通過(guò)數(shù)字量輸入使自動(dòng)存取程序運(yùn)行實(shí)現(xiàn)，例如輸入數(shù)字量“1”，立體車(chē)庫(kù)的1號(hào)車(chē)位自動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)至車(chē)庫(kù)入口處。同時(shí)檢測(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)中心軸轉(zhuǎn)速是否正常，若失常即運(yùn)行保險(xiǎn)措施并報(bào)警。硬件設(shè)計(jì)框圖和軟件設(shè)計(jì)框圖，如下圖2和圖3所示。

5 模型運(yùn)行結(jié)果與總結(jié)

依據(jù)設(shè)計(jì)做出了等比例模型，模型如圖4所示。通過(guò)對(duì)其各個(gè)功能都進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，檢查是否理論可行。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明其各個(gè)功能基本與本文文中所述理論相同，證明本文所設(shè)計(jì)改進(jìn)的立體車(chē)庫(kù)實(shí)際可行。

與現(xiàn)有的技術(shù)相比，本文設(shè)計(jì)改進(jìn)的立體車(chē)庫(kù)并不算是最好的立體車(chē)庫(kù)，但是本文提出的立體車(chē)庫(kù)并沒(méi)有很復(fù)雜的機(jī)構(gòu)，生產(chǎn)成本低，適合小區(qū)、公園等區(qū)域的小型停車(chē)場(chǎng)。現(xiàn)階段，用的比較多，而且比較成熟的是垂直升降類(lèi)立體停車(chē)庫(kù)。但是這種停車(chē)庫(kù)機(jī)構(gòu)比較復(fù)雜，成本高，比較大型，而且不夠美觀，并不適合在小區(qū)使用。本文針對(duì)立體旋轉(zhuǎn)車(chē)庫(kù)以及市面上已經(jīng)存在的立體車(chē)庫(kù)的一些問(wèn)題進(jìn)行了改進(jìn)和解決，并且制作出了模型并成功運(yùn)行。本文的提出，希望對(duì)小區(qū)、公園等需要或者可以使用小型立體車(chē)庫(kù)的機(jī)械設(shè)計(jì)有一定的幫助，進(jìn)一步緩解停車(chē)難的問(wèn)題，以及提高車(chē)庫(kù)安全，惠于人民。

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