荊 銘，李澤宇，朱鑫杰，蘇建宇

（遼寧工業(yè)大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院，遼寧 錦州 121001）

0 引言

立體車(chē)庫(kù)是為了解決城市停車(chē)位不足而設(shè)計(jì)的機(jī)械式停車(chē)設(shè)備。通過(guò)使用立體車(chē)庫(kù)，將有限的車(chē)位擴(kuò)增數(shù)倍，以滿(mǎn)足人們對(duì)車(chē)位的需求。立體車(chē)庫(kù)種類(lèi)繁多，各有優(yōu)缺點(diǎn)。其中市面上大多是升降橫移式立體車(chē)庫(kù)設(shè)備，其優(yōu)點(diǎn)是適應(yīng)性強(qiáng)，使用十分普遍，但每組設(shè)備必須留有至少一個(gè)空位，通過(guò)鏈條牽動(dòng)沒(méi)有防止傾斜墜落功能。

本文設(shè)計(jì)的立體車(chē)庫(kù)為上下兩層，上層為機(jī)械式車(chē)位，下層為正常車(chē)位。在簡(jiǎn)易升降類(lèi)車(chē)庫(kù)的基礎(chǔ)上提出了無(wú)避讓的功能，通過(guò)行走、旋轉(zhuǎn)、提升三個(gè)動(dòng)作組合，使上下兩層車(chē)輛的存取互不影響。通過(guò)車(chē)主簡(jiǎn)單的控制設(shè)備即可完成車(chē)輛的停放。

1 主要裝置及工作原理

1.1 裝置構(gòu)成

該車(chē)庫(kù)主要包括行走裝置、旋轉(zhuǎn)裝置、提升裝置和載車(chē)平臺(tái)四個(gè)部分，如圖1所示。

圖1 立體倉(cāng)庫(kù)三維圖

（1）行走裝置方案

圖2所示為行走裝置。當(dāng)按下停車(chē)或取車(chē)按鍵后電機(jī)3轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)齒輪傳動(dòng)將動(dòng)力傳至主動(dòng)輪4，利用主動(dòng)輪4與導(dǎo)軌1間的摩擦驅(qū)動(dòng)機(jī)架5沿導(dǎo)軌移動(dòng)。

圖2行走裝置

圖3 所示為旋轉(zhuǎn)裝置。滑塊3與載車(chē)板剛性連接。工作時(shí)，電機(jī)1帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)立軸2旋轉(zhuǎn)90°，載車(chē)板4也隨立軸2同步轉(zhuǎn)動(dòng)。載車(chē)板旋轉(zhuǎn)90°的目的有兩個(gè)：1）停/取車(chē)時(shí)車(chē)輛可直接開(kāi)進(jìn)或駛出載車(chē)板，不用調(diào)整車(chē)頭方向，從而減少停/取車(chē)難度；2）改變載車(chē)板落地時(shí)長(zhǎng)寬方向尺寸，減少停取車(chē)所需的預(yù)留空間[1]。

圖3 旋轉(zhuǎn)裝置

（2）總體布局圖

行走機(jī)架6采用門(mén)式結(jié)構(gòu)，下端安裝行走輪5，載車(chē)板9置于機(jī)架6上方。行走電機(jī)4、旋轉(zhuǎn)電機(jī)2置于行走箱體內(nèi)，旋轉(zhuǎn)電機(jī)2位于行走箱體一端。提升電機(jī)11置于立柱7頂端，通過(guò)卷筒、鋼絲繩驅(qū)動(dòng)升降裝置帶動(dòng)載車(chē)板9沿立柱上下移動(dòng)?？傮w布局如圖4所示。1.導(dǎo)軌 2.旋轉(zhuǎn)電機(jī) 3.行進(jìn)輪 4.行走電機(jī) 5.主動(dòng)輪 6.機(jī)架7.旋轉(zhuǎn)立軸 8.動(dòng)滑輪 9.載車(chē)板 10.車(chē) 11.起升電機(jī) 12.卷筒

圖4總體布局圖

1.2 工作原理

圖5 所示為小車(chē)進(jìn)入二層車(chē)庫(kù)工作示意圖。工作流程如下：圖a車(chē)駛到預(yù)定位置→圖b車(chē)庫(kù)走到預(yù)定位置→圖c載車(chē)板旋轉(zhuǎn)90°后降至地面，車(chē)駛上載車(chē)板→圖d載車(chē)板升至頂部后反向旋轉(zhuǎn)90°→圖e機(jī)架行走至初始位置完成停車(chē)[2]。

2 主要結(jié)構(gòu)分析

2.1 行走裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

行走箱采用板式結(jié)構(gòu)通過(guò)螺栓連接組成。從動(dòng)箱通過(guò)框架與行走箱聯(lián)接。具體結(jié)構(gòu)如圖6所示。

圖6 行走裝置三維圖

如圖7所示為行走箱傳動(dòng)結(jié)構(gòu)圖。利用一對(duì)錐齒輪2和一對(duì)直齒輪3傳動(dòng)，將動(dòng)力傳至行走輪6，靠與軌道7的摩擦驅(qū)動(dòng)設(shè)備運(yùn)動(dòng)[3]。

圖7 行走箱傳動(dòng)結(jié)構(gòu)圖

2.2 回轉(zhuǎn)裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

圖8 所示回轉(zhuǎn)裝置為立體出庫(kù)的核心部分?；剞D(zhuǎn)機(jī)構(gòu)選用回轉(zhuǎn)支撐軸承?；剞D(zhuǎn)采用減速電機(jī)通過(guò)齒輪帶動(dòng)回轉(zhuǎn)支撐運(yùn)動(dòng)。回轉(zhuǎn)支承一面與行走箱連接、一面與立柱連接，通過(guò)一對(duì)齒輪傳動(dòng)帶動(dòng)立柱旋轉(zhuǎn)。同時(shí)立柱相當(dāng)于軌道，供載車(chē)板上下移動(dòng)時(shí)使用。

圖8 回轉(zhuǎn)裝置結(jié)構(gòu)

2.3 提升裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

提升裝置的卷筒和電機(jī)固定在立柱頂端。在立柱和外殼間設(shè)置限位輪，使載車(chē)板平穩(wěn)的沿著立柱移動(dòng)。兩根鋼絲繩一端靠擠壓力固定于滾筒中間，另一端固定于支座上的掛鉤上。兩個(gè)定滑輪5通過(guò)銷(xiāo)連接分別固定在立柱外殼兩端。6為防墜鉤，在正常工作條件下被電磁鐵吸住，當(dāng)發(fā)生突然墜落或斷電時(shí)，電磁鐵斷電失去磁力，防墜鉤在彈簧力作用下回彈卡入立柱槽內(nèi)，起到防墜目的。如圖9所示[4-5]。

圖9 提升裝置結(jié)構(gòu)

3 主要零件的有限元分析

3.1 載車(chē)板有限元分析

圖10為對(duì)載車(chē)板的分析，載車(chē)板材料為Q235的矩形方管焊接而成，其許用應(yīng)力為180 MPa.從圖a）可以看出載車(chē)板最大應(yīng)力為131.8 MPa，應(yīng)力最大值小于其材料的許用應(yīng)力，所以載車(chē)板的強(qiáng)度滿(mǎn)足使用要求。圖b）中可以看出載車(chē)板最大變形量為8.09 mm，位置為載車(chē)板距立柱最遠(yuǎn)端，此變形量與載車(chē)板整體寬度而言足夠小，可以滿(mǎn)足使用要求。

圖10 載車(chē)板靜力分析從

3.2 立柱有限元分析

圖11 所示為對(duì)立柱有限元分析結(jié)果。通過(guò)應(yīng)力云圖a）可以看出最大等效應(yīng)力為81.9 MPa，圖b）表明立柱最大變形量為4.4 mm.故強(qiáng)度、剛度均滿(mǎn)足使用要求[6]。

圖11 立柱靜應(yīng)力分析

4 結(jié)論

本文設(shè)計(jì)的立體車(chē)庫(kù)由軌道、行走箱、框架、載車(chē)板、立柱、卷筒、動(dòng)力源等組成?？蚣芫嗟孛娓?.8 m，框架寬2.35 m，可允許規(guī)定車(chē)輛停入作為下層停車(chē)位。載車(chē)板放置于框架上距地面1.9 m，有效寬度2.2 m、長(zhǎng)4 m，可允許規(guī)定車(chē)輛停入，作為上層停車(chē)位。設(shè)備整體沿軌道移動(dòng)2.5 m，運(yùn)動(dòng)至極限位置后載車(chē)板旋轉(zhuǎn)90°降至地面，車(chē)主將車(chē)開(kāi)上載車(chē)板，之后反向運(yùn)動(dòng)至初始位置。上層停車(chē)位停取車(chē)輛不受下層車(chē)位是否有車(chē)輛的影響，達(dá)到無(wú)避讓的效果。