居民用立体车库设计

智惠

摘要：本文根据现在市场已存在的立体车库为考察对象，分析了现有立体车库的优缺点，从中选取垂直升降类作为样板，对其进行改善。从叉车内门架及叉架得到启示，车辆的升降即采用仿叉车内门架及叉架结构提升车辆及载车板，将车辆放入八边形十层的立体塔式车库中，其中八边形每一边对应两个车位。本文所设计的立体车库可以满足同时存取八辆车，高效方便，节省空间，可以满足同一小区居民在同一时间内需要大量存取车的要求。

关键词：垂直升降类立体车库；叉车内门架；八边形

随着我国当前经济的高速发展，人民生活水平的逐渐提升，越来越多的家庭有能力和必要进行机动车的购置，但机动车日益增长，土地资源却日趋紧张，导致了现在“停车难”的问题，而立体车库是目前解决这一问题的行之有效的方法，所以目前我国的立体停车设备行业发展迅速。在国家质量监督检查检疫总局颁布的《特种设别目录》中，将立体车库分为“升降横移类机械式停车设备，垂直循环类机械式停车设备，多层循环类机械式停车设备，平面移动类机械式停车设备，巷道堆垛类机械式停车设备，水平循环类机械式停车设备，垂直升降类机械式停车设备，简易升降类机械式停车设备，汽车专用升降机类停车设备”这九大类。

1目前国内现状

目前市场上占有率多的是升降横移类、平面移动類、巷道堆垛类和垂直升降类（图1-4），这四类采用率多，而且更适合大型化发展。

其中第一类车库选取的是跨梁式设计的结构，同样的空间可以存放更多的车辆，且存取方便，通过PLC对整体进行控制，空载或带车辆情况下的通过托运托盘在通道内垂直升降和水平横移，实现车辆在立体车库内的存取。这种立体车库采用模块化设计，所以结构配置会相对灵活，而且规模可大可小，造价较低。但是每组设备里需留一个车道，不能多个车辆同时作业，必须前一辆车存取完后再进行下次操作，比较浪费时间。

平面移动类车库具有独立的车台和升降机，且相互之间没有关联可以独立工作，减少了车辆出入库拥堵的现象，停车规模较大，当部分区域发生故障的时候，不影响其他区域的正常运行，可以同时两台车出库。但是存取车辆时间较长，且耗电量较大。

巷道堆垛类立体车库受地点因素的限制较小，可以建在地下，对空间的整体利用性更强，在进行存取车时是同升同降的，使得车辆出入库效率较高，一般采用全封闭管理，整个过程全自动完成，可以充分保证人、车安全，可靠性高。但是设备相对比较复杂，运动起来噪声会相对比较大，故障率较高。

垂直升降类立体车库占地少，容量大，平均每辆车占地面积小，可提供多个车位进出口，存取车等待时间短，智能化程度高，操作简单方便，空间利用率较高。但是故障率比较高，每次仅能完成一次取车任务，不能同时完成或逐步同时进行任务，如果需要多人存取等待时间较长。

基于此，本文所设计的居民用的立体车库会综合以上立体车库优点，选择垂直升降类立体车库作为基本载体，对其存取车时长进行改善。

2工作原理

垂直升降类汽车停车库的工作原理是依靠提升机的带动承载结构的升降运动和横移运动的合成作用，完成车辆的进入库工作，主要动力设备是提升机，垂直升降类汽车停车库有时也被叫做塔式立体停车库，其完成出入库的具体操作过程主要为：存车时，驾驶员将车辆开入车库入口处，人员撤离，根据控制系统的旋转汽车或者载车板至合适方向，提升机带动承载机构将车辆或者载车板提升到相应高度，接下来再通过提升机的横移设备完成车辆的横移运动，进而使车辆停在固定停车位；同样，当取车时，则是利用横移设备先使车辆完成横移运动，到达提升机设备上，继而进行下降，到达车辆出口处时，旋转方向使车头向外，打开车库门，驾驶员将车开走。

居民区所设计的立体车库应该满足能快速同时提取多个车辆的要求，因为每天小区居民的上下班时间会相对比较集中，所以在上下班时间里需要同时提取多个车辆，以适应小区居民的要求，同时多个车辆的存取之间也不要有过多干涉，基于此，本文设计了一款专门用于小区居民的立体车库。

本文所设计的居民用立体车库（图5）为正八面体结构，每层可容纳16辆汽车，最宽处28米，共十层，总高度27米，八面体每个对应边外圈长12米，内圈长6米。最下层为存取车盘，向上五层每层层高2.6米，可放置车体本身较高的车辆，例如越野车等，再上四层每层层高2.15米，可以存放车体本身不是很高的车辆，比如轿车。每个停车位上均有载车板以及相配的自动控制部分，为防止车辆下坠，加装立体车库防坠装置，同时，为了防止车辆放置时震动对车体造成的影响，增加相应的防震装置。立体车库中部由八根类似于叉车内门架的结构来支撑，保证叉架的提升、运输、放置车辆。叉架从底层将车体连同载车板一同提起，通过液压装置略向内倾斜，以保证车辆不会脱离载车板。当叉架根据控制系统的控制将车辆运送至相应楼层时，液压系统向前推动，将叉架前伸，向外倾斜，将车辆连同载车板一起放入相应楼层中，八面体每一边设计成可同时容纳两辆车的设计，故当车进入相应楼层时，八边形楼层中每个边的传送带会将车停到相应的的停车位中。取车时候过程相反。这样的做法，可以同时提取八辆汽车，而并非如同现在立体停车库的，只能单个车辆进入或者提出。大大提高了取车效率，满足了小区居民相对集中的存取车的要求。

在梁的设计中，梁的刚度和强度对截面设计起控制作用。安全性是设计车库系统时所应注意到的首要因素，因此设计时先需对整个系统的稳定及安全予以分析。在进行梁的截面设计时，梁的强度应该得到足够的保证，腹板宜选择高度较高且较薄的板，同时需要系统的安全性，在选择翼缘板时，需要使用同时满足宽、薄条件的翼缘板。通常当翼缘板在应力作用下时，翼缘板和腹板可能会超出自身承载能力发生变形现象，此时梁不再具备整体稳定性。当出现此种情形时，梁不再是一个全部整体都在工作的状态，只有部分梁仍在进行有效工作，导致系统的稳定性降低，承载能力也欠佳，此时为了满足系统的整体稳定性可以利用的措施一般有加厚腹板、翼缘板或设置加强肋。

立体车库钢结构主体骨架由立柱、横梁、纵梁及附属装置等构成，其立柱的连接是依靠螺栓和底座完成的，其他钢梁的连接则是通过焊接方式或者螺栓之间连接的方式。立柱在力的作用下会产生相应扭矩，此时的力，扭矩则包含压应力和部分剪应力；纵梁所受的力主要是在拉伸作用下形成的拉应力及弯曲应力；侧面也具有横梁结构，且作用在其上的拉应力和剪应力相比其他横梁都较小。立体车库的各部分需要有极高的强度和刚度，这是出于降低振动频率以提高系统整体稳定性的目的。

3组成装置

液压提升：采用液压传动，提升过程保证叉架处于先加速，再匀速，后减速，直至到达预定位置停止。對于液压提升，优点是结构相对紧凑，对系统的反应迅速，受外界因素影响小，精度高误差小、稳定性强、运用范围广、可对系统本身起到冷却润滑作用、安全性高等；与之相应的，液压提升也有各自弊端：成本不菲、系统要求完全密封、有油液污染的可能、能源传输不便。

防坠落装置：防坠落装置是固定在立体停车设备上，用来防止车辆或者载车板在静态下的意外坠落的装置。防坠落装置在升降式立体车库起着关键作用，可以在传动装置出现损害时保障系统安全，减少事故发生带来的危害。新版的《机械式停车设备通用安全要求》（GB 17907-2010）中明确规定，“搬运器（或载车板）运行到位后，若出现意外，有可能使搬运器或载车板从高处坠落时，应设置防坠落装置”。本设计当中防坠落装置采用的是最常见的机械+电磁铁式。采用一个电磁铁拖动两个安全挂钩的方式。综合了纯电磁铁式防坠落装置以及纯龙门架防坠落装置的优点，本身结构特点为：首先选用龙门架代替了后部的电磁铁，降低了故障的发生概率。同时在前部则是采用电磁铁代替了龙门架，拓展了入口处的空间，加快了车辆的进入库速度。但是，这种结构也有缺点，对于多层的升降横移车库而言，这种装置是否合法还存在疑问。

存取部分：存取部分仿照叉车的前叉，用两个前叉直接承受全部货重，完成对车辆的叉取，升降，放置等工序。前叉架由钢板焊接构成，具有滚轮组，门夹内侧具有上下方向的槽型轨道，内门架有两个槽型作为立柱和栋梁组焊的框架结构。下部铰接在立柱的驱动桥上，借助于倾斜液压缸的作用，门架可在前后方向倾斜一定角度。门架前倾为了装卸车辆方便，后倾的目的是当前叉架运行时，使货叉上的车辆不至于滑落。

减震装置：载车板底部装有减振装置，当载车板下降时工作，起减振、缓冲的作用，确保车辆在下降时的安全。

4主要零件有限元分析

对承重梁进行有限元分析，分析结果如图所示：

5结语

本文中的居民用立体车库设计共十层，底层用于存取车，从第二层以上均采用八边形设计，每边可存放两辆汽车，每层可以同时存放16辆车，八边形每个对应边采用仿叉车中内门架以及叉架结构提升车辆，可以同时做到八辆车的存取过程，互不干涉，存取效率高，可以满足居民存取车时间相对集中的要求，可以同时兼顾节省空间，又快捷高效提车的要求，适合推广。