路邊立體停車(chē)位模型

褚國(guó)京

研究背景

現(xiàn)在，大城市中停車(chē)位越來(lái)越緊張，尤其是老舊小區(qū)可謂一位難求。由于城市土地的緊張，新建停車(chē)場(chǎng)已不可能，挖掘現(xiàn)有停車(chē)場(chǎng)的潛力成為現(xiàn)實(shí)的選擇?，F(xiàn)有的立體停車(chē)庫(kù)基本都只適用于各種固定的停車(chē)場(chǎng)，并且體積龐大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、安裝難度大、進(jìn)出車(chē)位比較麻煩、無(wú)法在道路邊設(shè)置。在此背景下，我開(kāi)發(fā)了“路邊立體停車(chē)位”項(xiàng)目——在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)路邊停車(chē)位可停2輛車(chē)，可極大緩解大城市老舊小區(qū)車(chē)位緊張的狀況。

路邊立體停車(chē)位的使用：①停車(chē)時(shí)，操作車(chē)位遙控按鈕，將車(chē)位載車(chē)板向外推出、放平，再升起擋車(chē)板，將小汽車(chē)停到載板上。然后，操作車(chē)位遙控按鈕，將載車(chē)板后端頂起。當(dāng)載車(chē)板與地面成30°夾角時(shí)，載車(chē)板自動(dòng)橫向移動(dòng)，進(jìn)入停車(chē)位，這樣第1輛小汽車(chē)就完成停車(chē)入位。②停第2輛小汽車(chē)時(shí)，同樣操作車(chē)位遙控按鈕，將第2塊載車(chē)板向外推出、放平，升起擋車(chē)板，小汽車(chē)開(kāi)上載板。后面的操作方法與停第1輛小汽車(chē)時(shí)相同，這樣1個(gè)路邊停車(chē)位就可以斜疊著停2輛車(chē)了。③取車(chē)時(shí)，操作該車(chē)位遙控按鈕，將載車(chē)板向外推出、放平，再放平擋車(chē)板，小汽車(chē)即可開(kāi)走。然后，操作遙控按鈕將載車(chē)板按上述步驟收回。

科學(xué)原理

路邊立體停車(chē)位模型的研制基于“路邊立體停車(chē)位”這樣一個(gè)科技創(chuàng)新項(xiàng)目，該項(xiàng)目于2017年8月獲得了國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局頒發(fā)的實(shí)用新型專(zhuān)利證書(shū)。路邊立體停車(chē)位模型在電路方面應(yīng)用了無(wú)線電發(fā)射/接收電路、電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制電路、行程開(kāi)關(guān)控制電路等;在機(jī)械方面應(yīng)用了齒輪齒條傳動(dòng)、螺桿螺母?jìng)鲃?dòng)、軌道固定技術(shù)和杠桿支撐等機(jī)械原理。

模型的用法與教學(xué)用途

路邊立體車(chē)位分為4大部分，即停車(chē)板的頂起機(jī)構(gòu)、停車(chē)板的橫移機(jī)構(gòu)、汽車(chē)擋板的升降機(jī)構(gòu)、立體車(chē)位的遙控控制電路，下面就從這4方面介紹該模型的教學(xué)用途與用法。

停車(chē)板頂起機(jī)構(gòu)

停車(chē)板頂起機(jī)構(gòu)是路邊立體停車(chē)位模型的關(guān)鍵裝置，它要將小汽車(chē)頂起與地面成30°夾角，要求力量強(qiáng)大。經(jīng)過(guò)查閱大量的科學(xué)資料，以及向有關(guān)技術(shù)專(zhuān)家請(qǐng)教，我了解到停車(chē)板一般都采用液壓缸平行頂起裝置。但是，由于我們研制的是10：1縮小模型，沒(méi)有那么小的液壓缸，所以無(wú)法采用液壓缸原理。

停車(chē)板頂起機(jī)構(gòu)可以教授學(xué)生絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)原理。共用法是：控制減速電機(jī)正反轉(zhuǎn)，帶動(dòng)絲杠正反轉(zhuǎn)，從而使螺母前后移動(dòng)，帶動(dòng)停車(chē)板頂起和放下。學(xué)生通過(guò)操作和觀察頂起機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)，可以學(xué)習(xí)絲杠旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)螺母直線運(yùn)動(dòng)的原理，螺母直線運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)停車(chē)板頂起運(yùn)動(dòng)的原理。制作頂起機(jī)構(gòu)時(shí)，注意要使用大功率電機(jī)，增加潤(rùn)滑軸承，否則無(wú)法將停車(chē)板頂起。

橫移機(jī)構(gòu)

路邊立體停車(chē)位模型的橫移機(jī)構(gòu)采用了齒輪加齒條方案。該方案是在停車(chē)位的基座上、停車(chē)板橫移方向，安裝1條與停車(chē)板寬度一樣長(zhǎng)的齒條，再在停車(chē)板上安裝1個(gè)帶齒輪的直流減速電機(jī)，齒輪與齒條咬合，這樣電機(jī)的正反轉(zhuǎn)動(dòng)就可帶動(dòng)停車(chē)板的左右橫移。

橫移機(jī)構(gòu)可以教授學(xué)生學(xué)習(xí)齒輪、齒條傳動(dòng)原理和滑軌滑動(dòng)原理。其用法是：控制減速電機(jī)正反轉(zhuǎn)，帶動(dòng)齒輪正反轉(zhuǎn)，由于電機(jī)固定在載車(chē)框架上，從而帶動(dòng)載車(chē)框架沿齒條方向橫向移動(dòng);為了在移動(dòng)時(shí)不偏離方向，在載車(chē)框架的兩端安裝了固定滑軌。學(xué)生通過(guò)操作和觀察橫移機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)，可以學(xué)習(xí)齒輪、齒條傳動(dòng)原理，以及沿滑軌控制運(yùn)動(dòng)方向原理。

擋板機(jī)構(gòu)

汽車(chē)擋板機(jī)構(gòu)的作用是阻止小汽車(chē)滑落，當(dāng)停車(chē)板的一端被頂起與地面成30°夾角時(shí)，其上面的小汽車(chē)雖然有手剎，但也有可能滑落。汽車(chē)擋板機(jī)構(gòu)擋在小汽車(chē)2個(gè)前輪的前面，防止小汽車(chē)滑落。經(jīng)過(guò)查閱大量資料，我決定采用絲杠螺母原理和杠桿原理設(shè)計(jì)汽車(chē)擋板機(jī)構(gòu)。直流減速電機(jī)帶動(dòng)絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，絲杠推動(dòng)螺母，螺母帶動(dòng)杠桿，杠桿的一頭與汽車(chē)擋板連接，汽車(chē)擋板的另一端由合頁(yè)固定。在螺母移動(dòng)的兩端各安裝1個(gè)限位開(kāi)關(guān)，這樣當(dāng)汽車(chē)擋板升起和落下到規(guī)定位置時(shí)可以自動(dòng)停止，以保證汽車(chē)擋板機(jī)構(gòu)的運(yùn)行安全。

汽車(chē)擋板機(jī)構(gòu)同樣可以教授學(xué)生絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)原理和杠桿工作原理。共用法是：控制減速電機(jī)正反轉(zhuǎn)，帶動(dòng)絲杠正反轉(zhuǎn)和螺母前后移動(dòng);螺母連接杠桿機(jī)構(gòu)，使汽車(chē)擋板抬起和放平。學(xué)生通過(guò)操作和觀察汽車(chē)擋板機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)，可以學(xué)習(xí)絲杠旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)螺母直線運(yùn)動(dòng)的原理，以及螺母帶動(dòng)汽車(chē)擋板杠桿運(yùn)動(dòng)的原理。制作汽車(chē)擋板機(jī)構(gòu)時(shí)，2個(gè)限位開(kāi)關(guān)位置的調(diào)整非常關(guān)鍵，稍不合適，電機(jī)就會(huì)損壞。

無(wú)線電遙控電路

路邊立體停車(chē)位模型控制系統(tǒng)的操作過(guò)程如下：進(jìn)出車(chē)時(shí)，先遙控橫移電機(jī)正轉(zhuǎn)，使載車(chē)架橫移出車(chē)位，觸發(fā)行程開(kāi)關(guān)停止，同時(shí)觸發(fā)頂起電機(jī)正轉(zhuǎn)，將停車(chē)板放平，觸發(fā)行程開(kāi)關(guān)停止;接著遙控?fù)踯?chē)板電機(jī)反轉(zhuǎn)，將擋車(chē)板放平，觸發(fā)行程開(kāi)關(guān)停止，車(chē)輛駛出或駛?cè)?在車(chē)輛駛出或駛?cè)牒?，再遙控頂起電機(jī)反轉(zhuǎn)，觸發(fā)行程開(kāi)關(guān)停止，同時(shí)觸發(fā)橫移電機(jī)反轉(zhuǎn)，帶動(dòng)車(chē)架橫移進(jìn)入車(chē)位;隨后遙控?fù)踯?chē)板電機(jī)正轉(zhuǎn)，將擋車(chē)板抬起，觸發(fā)行程開(kāi)關(guān)停止。

為了實(shí)現(xiàn)以上控制，我選擇了2個(gè)四路遙控電路系統(tǒng)。其中1個(gè)四路遙控系統(tǒng)的兩路控制1號(hào)停車(chē)板的頂起入位和出位放平，另外兩路控制1號(hào)汽車(chē)擋板的升起和放平;而另一個(gè)四路遙控系統(tǒng)的兩路控制立體車(chē)位2號(hào)停車(chē)板的頂起入位和出位放平，另外兩路控制2號(hào)汽車(chē)擋板的升起和放平。此外，我還安裝了12個(gè)行程開(kāi)關(guān)，每4個(gè)一組，共分為3組，分別控制2個(gè)停車(chē)板的頂起和放平位置、2個(gè)停車(chē)板入位和移出位置、汽車(chē)擋板的升起和放平。

無(wú)線電遙控電路可以教授學(xué)生無(wú)線電發(fā)射和接收電路工作原理、電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路工作原理和行程開(kāi)關(guān)工作原理。其用法是：操縱無(wú)線電發(fā)射電路按鈕發(fā)射信號(hào)，觀察無(wú)線電接收電路接收信號(hào)如何控制減速電機(jī)正反轉(zhuǎn)、行程開(kāi)關(guān)如何控制路邊立體停車(chē)位有序運(yùn)行。學(xué)生通過(guò)操作無(wú)線電遙控電路的按鍵，觀察路邊立體停車(chē)位的運(yùn)行過(guò)程，進(jìn)而學(xué)習(xí)到相關(guān)的電路知識(shí)。

小結(jié)

路邊立體停車(chē)位模型是按10：1比例縮小的模型，它的所有功能、電路工作原理和機(jī)械工作原理完全按照實(shí)際的立體車(chē)位設(shè)計(jì)，可完整再現(xiàn)路邊立體停車(chē)位的所有功能，驗(yàn)證其可行性。該模型可作為教學(xué)模型應(yīng)用到職業(yè)技術(shù)學(xué)校機(jī)電一體化專(zhuān)業(yè)的教學(xué)中，在電子技術(shù)、電路與電機(jī)和機(jī)械工程設(shè)計(jì)基礎(chǔ)等課程的教學(xué)中，可以現(xiàn)場(chǎng)演示以上電路和機(jī)械工作原理，有助于學(xué)生在實(shí)際觀察和動(dòng)手操作過(guò)程中學(xué)習(xí)相關(guān)的電路和機(jī)械知識(shí)，達(dá)到理論聯(lián)系實(shí)際、學(xué)以致用的目的。