升降横移式立体车库液压升降系统的设计

2015-01-27苏杰义

机电产品开发与创新 2015年1期

苏杰义

（闽南理工学院，福建石狮 362700）

0 引言

升降横移式立体车库就其组成部分而言，可大致分为六大部分：①立架式钢结构：利用螺栓将钢结构连接成为立体车库的主体框架；②提升装置：采用液压升降台来实现承载行走小车、横移机构、载车板、汽车上下交换运行；③行走机构：采用电机驱动滚轮来实现纵向行走，当滚轮在导轨上运动到停车位时，由行走机构上的横移机构对车辆进行存取；④横移机构：采用链传动载车式，其基本原理是以链传动的形式，通过一次微横移和一次横向横移来实现载车板的存取；⑤控制系统：采用PLC 自动控制系统，传感器把信号传输给PLC，由PLC 来实现自动化控制；⑥安全保护装置：主要是制动装置以及车辆的安全保护和照明等设备。

升降横移立体停车库车位结构为2 维矩阵形式，也可设计为多层多列式。但由于受链装置及进出车时间的限制，最高不超过4 层，一般为2～4 层，以2, 3 层者居多，一般根据泊车的数量来决定停车库的规模大小。车库可设在地下，也可设在地上，也可一半设在地下一半设在地上。其钢结构框架按一定规格的分单元进行组装，可纵向延伸分段集中控制，也可横向并列分排单独控制。车库组合的不同布置形式可适应不同场地条件的需要，配置灵活。现以地上（3×3）升降横移式车库为例，说明车库的运行原理。

1 升降横移式立体车库组成和运行原理

升降横移立体停车库利用托盘移位产生垂直通道，实现高层车位升降存取车辆，全部逻辑过程均由PLC 进行控制。地面以上布置的升降横移立体车库结构特点：上层只能升降，底层只能平移，中间层既可平移又可升降。除上层外，中间层和底层必须预留一个空车位，供进出车升降之用。当底层车位进出车时，无需移动其他托盘就可直接进出车；中间层、上层进出车时，先要判断其对应的下方位置是否为空，不为空时要进行相应的平移处理，直到下方为空才可进行下降和进出车动作，进出车后再上升回到原位置。其运动总原则是：升降复位，平移不复位（见图1）。地下布置、半地下半地上布置车库的结构与此相似。

图1 地上（3×3）升降横移立体车库运动原理图Fig.1（3×3）lifting and transferring ground motion Schematic three-dimensional garage

2 立体车库提升系统驱动方式的选择

在立体车库中，升降系统的设计是一项非常重要的任务，它的性能好坏直接影响到立体车库运行速度、运行精度、可靠性、平稳性以及框架结构的整体受力情况，关系到整个车库的安全运行。立体车库的提升系统的结构主要由驱动方式决定，驱动方式常用有曳引驱动、卷筒驱动、齿轮齿条、螺杆驱动和液压驱动等方式。链条传动和卷筒驱动运行不平稳、不太安全、噪音大、结构比较复杂，车位的横向移动多采用链条传动。相比之下，液压传动具有以下优点：①调速范围大，可实现无极调速且调速简单；②使用溢流阀作为安全阀,可实现过载保护；③液压传动装置重量轻、结构紧凑、惯性小和冲击小；④操作控制简单方便，易于实现自动化控制，如电液联合控制配合使用能实现复杂顺序控制自动化运行；⑤噪音小、工作平稳。液压传动属柔性传动,安装位置可因地制宜,方便灵活。

本设计升降机构采用单根多级举升液压缸驱动的方式，以满足安装空间小行程大的技术要求。

3 主要技术参数

载重板台面尺寸：（6×3）m

举升重量：3.5T（汽车和载重板重量之和）

升降高度：3m（可根据建筑结构高度设计调整）

上升时间：＜1 min

下降时间：1～3 min（可调）

4 技术方案和工作原理

载重板采用焊接框架结构以减轻自身重量；采用多组链轮一起来承重；链条设计用来解决台面尺寸大，单缸举升受力不均匀，平台同步上升，消除液压受横向力等问题；采用立柱导轨结构，使升降平稳。

图2 汽车库液压升降平台液压系统图Fig.2 Garage hydraulic lifting platform hydraulic system of FIG

其工作原理如图2 所示，采用柱塞缸可以实现较长行程。上升时启动液压泵2，电磁阀4 上的电磁铁右位通电，举升缸7 上升至上一层地平面，此时行程开关到达极限位置发出信号，电磁阀4 断电处于中位，液压泵卸载停机；通过液控单向阀6 实现保压作用，防止载车板坠落，当台面下降时，首先启动液压泵2，然后电磁阀4 上的电磁铁左位通电，接着电磁阀5 通电，打开液控单向阀6，靠台面及汽车自身重量使台面缓慢下降,节流阀10 可以调节下降时间。

5 举升缸行程的倍增举升平台结构的设计

为了减小液压缸的行程和加工制造成本，本设计采用了链轮-承重链条机构，如图2 所示，以较短的液压缸行程来获得较大的平台升降高度。

由图3 可知，当举升缸活塞杆上升时，通过链轮1及链条3 举升平台4，且平台4 的上升行程是活塞杆2行程的2 倍。本设计用1.5m的举升缸行程使平台升降高度达3m。

对于（6×3）m 的大平台面，如用一个缸举升，很难解决受力不均匀，台面易变形,升降不平稳等技术问题。针对这些问题，本设计采用了链轮-承重链条机构巧妙地解决了这个问题。其具体工作原理如图4 所示。当举升缸向上运动时，平台上4 点以2 倍于举升缸的速度上升，通过链轮组承重链条带动平台上B 点以与A 点相同的速度同步上升。同理，下降时亦然。

图3 行程倍增机构示意图Fig.3 Stroke doubled organization charts

图4 平稳同步举升原理图Fig.4 Schematic smooth synchronous lifting

在此设计中，承重链条Ⅰ所承受的力是整个平台及汽车的重力之和，而承重链条Ⅱ所受的拉力仅是前者的一半。在实际设计中，在平台水平面内，设计不得少于2 个B 点，根据具体情况，通常设计有3个B 点，既有3 组如图4 所示的链轮组及承重链条2。3 个B 点再加上1 个A 点，平台共有4 个提升点，使平台升降平稳，同步上升，且仅需一个举升缸，大大简化了液压系统的设计，也避开了多缸同步运动精度问题。