王亮，何坤，王新鋒，曹明明，毛昱昆

（中煤科工集團西安研究院有限公司，陜西 西安 710077）

機械式立體車庫是通過搬運、提升、回轉(zhuǎn)等機械裝置或設備系統(tǒng)，采用機械方法存取、停放車輛的特種設備停車庫。機械式立體車庫的組成主要包括鋼結(jié)構(gòu)框架、載車板、升降裝置、傳動裝置、回轉(zhuǎn)裝置、安防系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)等。近幾年來，隨著科技水平的飛速發(fā)展，在已有的立體車庫設備基礎上，結(jié)合機械、電子、光學、計算機和信息技術等領域的先進技術，國內(nèi)外發(fā)展了技術創(chuàng)新的智能立體車庫，并不斷向高智能化、多元化、藝術化和綠色環(huán)保等適應時代要求的方向發(fā)展。本文提出了一種創(chuàng)新型懸臂式雙回轉(zhuǎn)智能立體車庫，并從車庫整體結(jié)構(gòu)設計、車庫系統(tǒng)裝備設計、車庫工作原理以及存取車效率等方面，對新型智能立體車庫的可靠性和適用性進行評價。

1 智能立體車庫整體結(jié)構(gòu)設計

在充分考慮場地條件、地面行車交通組織的基礎上，通過分析用戶停車需求、周邊建（構(gòu)）筑物、地下管線、車庫使用頻率以及周邊環(huán)境等條件，初步設計為地下立體車庫，其截面大致呈橢圓狀，長軸約30.2m，短軸約27.2m，占地面積約670m2。車庫設計為10 層，每層18 個泊車位，總停車泊位180 個，提升存取系統(tǒng)為2 套，設置6 個存取車出入口。地下立體車庫標準層平面圖、剖面圖分別如圖1、2 所示。

圖1 地下立體車庫標準層平面圖

圖2 地下立體車庫剖面圖

該地下立體車庫圍護結(jié)構(gòu)采用鋼筋混凝土灌注樁+環(huán)形支撐支護，主體結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，利用主體結(jié)構(gòu)和圍護結(jié)構(gòu)一體化的設計方法，在滿足規(guī)范和設計要求的同時，節(jié)約成本，提高建設工程的經(jīng)濟性。車庫基坑坑底采用反拱結(jié)構(gòu)設計，提高基坑底部結(jié)構(gòu)強度和穩(wěn)定性；內(nèi)部采用鋼結(jié)構(gòu)和混凝土結(jié)構(gòu)交叉設計，利用鋼筋混凝土板的剛度抵抗基坑側(cè)向土壓力，降低工程造價，縮短施工周期。

2 懸臂式雙回轉(zhuǎn)智能立體車庫系統(tǒng)裝備設計

2.1 智能汽車搬運器設計

傳統(tǒng)機械式立體車庫汽車搬運器的主要采用鏈傳動，其結(jié)構(gòu)形式相對簡單，成本相對較低，但傳動效率及傳動速度較低，鏈條易磨損，維護和更換頻率高，運行過程中機械碰撞和工作噪聲較大，行程開關較多，導致整庫故障率較高。

本文提出新型智能汽車搬運器為梳齒式汽車搬運器，采用全電四輪驅(qū)動方式，實現(xiàn)搬運器前進與后退的動作。該汽車搬運器主要分為主架體和升降車架兩部分，利用8 臺伺服電機和減速機實時控制，實現(xiàn)搬運器梳齒升降、梳齒伸縮以及停車擺正等功能，滿足軸距2400 ～3200mm 的轎車、SUV等乘用車的存取要求，載重能力不小于2500kg。智能汽車搬運器結(jié)構(gòu)設計如圖3 所示。

2.2 懸臂式雙回轉(zhuǎn)升降系統(tǒng)設計

圖3 智能汽車搬運器結(jié)構(gòu)設計

懸臂式雙回轉(zhuǎn)升降系統(tǒng)主要包括回轉(zhuǎn)托盤、升降框架、滑靴等三部分組成，運用2 套提升設備分區(qū)控制，大大提高了立體車庫的存取車效率?；剞D(zhuǎn)托盤可進行360°全方位旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)車輛掉頭功能，確保待存取車輛直進直出。升降框架為回轉(zhuǎn)托盤的基礎，通過立軸、齒輪與滑靴連接，可繞中心立柱180°回轉(zhuǎn)，通過伺服電機控制，實現(xiàn)待存車輛的停車泊位對位選擇。懸臂式雙回轉(zhuǎn)升降系統(tǒng)原理圖如圖4 所示，懸臂式回轉(zhuǎn)升降結(jié)構(gòu)設計如圖5 所示。

圖4 懸臂式雙回轉(zhuǎn)升降系統(tǒng)原理圖

圖5 懸臂式回轉(zhuǎn)升降結(jié)構(gòu)設計

2.3 智能控制系統(tǒng)設計

智能立體車庫是通過控制系統(tǒng)自動分配和刷卡來完成車輛存取工作的?？刂葡到y(tǒng)設計主要包括PLC 可編程控制器選用、升降回轉(zhuǎn)系統(tǒng)電路設計、搬運器系統(tǒng)電路設計、PLC控制器連線設計和控制流程設計等。選用松下PLC FP-XH M8N16T 型可編程控制器，其具有抗干擾強、結(jié)構(gòu)模塊化、穩(wěn)定性強、系統(tǒng)可靠等優(yōu)點，實現(xiàn)智能汽車搬運器驅(qū)動系統(tǒng)、梳齒伸縮、回轉(zhuǎn)機構(gòu)和升降機構(gòu)的實時控制。

控制系統(tǒng)主要分為輸入端、計算元件、驅(qū)動元件和輸出端四個部分。輸入端為曳引機傳感器輸入、出入口車輛檢測、泊車位車輛有無檢測、旋轉(zhuǎn)平臺車輛檢測、搬運器運動限位檢測、搬運器梳齒動作限位檢測、升降平臺上下限位檢測等。輸出端為曳引機正反轉(zhuǎn)、旋轉(zhuǎn)平臺電機正反轉(zhuǎn)、搬運器電機正反轉(zhuǎn)等，并設置有急停開關及故障檢測元件。PLC 智能控制連線設計如圖6 所示。

3 懸臂式雙回轉(zhuǎn)智能立體車庫工作原理

圖6 PLC 智能控制連線設計

懸臂式雙回轉(zhuǎn)智能立體車庫通過PLC 控制系統(tǒng)完成汽車搬運器、升降機構(gòu)、回轉(zhuǎn)機構(gòu)及運行狀態(tài)檢測和存取車控制。存放車輛時，可通過IC 卡、按鈕或APP 下發(fā)存車指令，控制系統(tǒng)自檢是否存在故障，若有故障則停止下一步動作，否則，汽車搬運器接受指令，搬運器梳齒伸出、抬升，將待存車輛運送至回轉(zhuǎn)平臺；搬運器到達回轉(zhuǎn)平臺指定位置后，升降系統(tǒng)下降，同時回轉(zhuǎn)平臺完成180°旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)車輛掉頭；PLC 控制系統(tǒng)檢測傳感器信號，回轉(zhuǎn)平臺到達指定層位后，曳引機停止轉(zhuǎn)動，旋轉(zhuǎn)機構(gòu)通過形成開關控制進行精確定位，使回轉(zhuǎn)平臺與待泊車位精準對接；搬運器前進，并將梳齒降下、縮回，返回至中間旋轉(zhuǎn)平臺，此時車輛已停放至泊車位。取車流程與存車流程設備動作相逆。智能立體車庫存取車流程如圖7 所示。

圖7 智能立體車庫存取車流程圖

4 智能立體車庫存取車效率分析

為了充分發(fā)揮機電設備能效，提高立體車庫的存取車效率，實現(xiàn)存取時間及能耗最優(yōu)。本文采用排隊理論方法對智能立體車庫存取車時間進行了分析。以存車為例，分別對立體車庫最遠端、最近端存車時間進行計算。

根據(jù)設計層數(shù)為十層的地下立體車庫，總停車數(shù)量為180 輛，最遠端存車是指將車輛從出入口輸送至最底層（第十層）1 號或9 號泊車位后，搬運機構(gòu)空載狀態(tài)返回至出入口。整個存車的過程包括搬運器到出入口接車，升降系統(tǒng)動作，大回轉(zhuǎn)懸臂系統(tǒng)動作，小回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)盤動作，搬運器將回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)載車板上待存車輛運送至停車泊位，搬運器退回至載車板，大回轉(zhuǎn)機構(gòu)回位，升降系統(tǒng)將旋轉(zhuǎn)機構(gòu)運送至停車出入口，完成最遠端存車。通過對系統(tǒng)各驅(qū)動器、伺服電機、傳感器、行程開關等動作反應時間分析，最遠端存車的短用時為58s。

最近端存車是指將車輛從出入口輸送至最高層（第一層）中間泊車位后，搬運機構(gòu)空載狀態(tài)返回至出入口。最近端存車流程與最遠端相同，通過計算分析，最近端存車的最短用時為44s。

5 結(jié)語

本文提出了一種懸臂式雙回轉(zhuǎn)智能立體車庫的創(chuàng)新設計，介紹了智能立體車庫的工作運行原理，并給出了地下立體車的建筑結(jié)構(gòu)設計方案，該方案可充分利用深層地下空間，平面布置靈活，節(jié)約占地面積。對汽車搬運器系統(tǒng)、懸臂回轉(zhuǎn)系統(tǒng)進行了結(jié)構(gòu)設計和控制研究，利用排隊理論方法對立體車庫的存取車效率進行了分析，通過計算得出了懸臂式雙回轉(zhuǎn)智能立體車庫單次存車時間介于44 ～58s 之間。隨著我國城市化的快速發(fā)展，汽車保有量持續(xù)增長，對停車位的需求急速增加，本文提出的創(chuàng)新型懸臂式雙回轉(zhuǎn)智能立體車庫具有占地面積小、空間利用率高、停車效率高和智能化水平高等特點，可有效解決城市停車難題。