回转式小型智能立体车库的结构设计与研究

胡义华，张树林，靳龙

（1. 广西科技大学工程训练中心，广西 柳州 545006；2. 广西科技大学鹿山学院，广西 柳州545616；3. 广西科技大学机械工程学院，广西 柳州 545006）

0 引言

未来我国汽车保有量将保持较高增速，汽车总量会变得更加庞大。大批量的汽车走进居民家庭，大部分汽车集中在大城市，造成了停车难、乱停车造成交通堵塞等一系列现象，解决停车难问题已经非常紧迫。特别是一些经济开发区、商业贸易区，人们很难能寻觅到一个车位。当今社会停车位及车库的发展已经满足不了人们的需求，更不能适应现代化城市的发展，尤其是土地价格昂贵的大城市里。向空中发展充分利用空间的立体车库，已经成为政府部门、房地产开发商等社会各界人士关注的焦点。

机械式立体车库现在应用较多的主要有以下几种类型：升降横移式立体车库、垂直升降式立体车库、巷道堆垛式立体车库、垂直循环式立体车库、汽车专用升降机式立体车库、简易升降倾斜式立体车库，车库普遍有二层以上，一个车位通常可以停放二台车以上。与一般停车场相比，立体车库有着自动化程度较高、车位多、占地面积较小等特点，可最大限度地利用空间，是解决城市用地紧张，缓解停车难、交通拥堵的一种有效手段。日本等许多发达国家都在寸土寸金的黄金地带修立体式停车设备。近10年来立体停车库在我国得到了高速的发展，智能停车设备行业己经成为一个新兴的行业。从2007年到2012年，年递增速度在30%以上，2012年到2017年，年递增速度达50%以上。实践证明，越是在寸土寸金的中心地带，立体车库的投资效益越是明显。

1 回转式智能车库结构设计

回转式智能立体车库装置主要由上位架部分、支承柱部分、水平移动部分、回转部分、升降部分、电气智能控制部分组成，下位车直接停放在底面上；上位车停置在上位架上，上位架与回转机构连接，回转机构又与升降机构连接，上位架、回转机构和升降机构的总成安装连接在支承柱机构上，支撑柱机构安装连接在水平移动机构上。

通过电气智能控制，分别驱动水平移动机构中的水平电机及减速传动装置、回转机构中的回转电机及减速传动装置、升降电机及减速传动装置，从而使上位车实现水平移动、回转运动和升降运动，即实现上位车直接越过下位车的出库和入库运动，完成自动存取车作业。

通过附加手柄，在停电时可手动旋转相应的减速装置，实现上位车的手动运行出、入库。产品结构图如下图所示：

图1 立体车库单元的主视图Fig. 1 Main view of a stereo garage unit

图2 立体车库单元的左视图Fig. 2 Left view of a stereo garage unit

图中：1-水平导轨；2-上位架；3-下位车；4-水平滚轮；5-上位车；6-前升降链轮；7-升降伺服电机及减速机构组件；8-升降链条；9-回转伺服电机及减速机构组件；10-蜗轮；11-纵向加强支架；12-支承方柱；13-水平基座；14-拉伸弹簧；15-向心推力轴承；16-轴承座；17-升降滚轮基座；18-升降滚轮；19-横向加强支架；20-后升降链轮；21-升降滚轮上座；22-水平轨道；23-齿条；24-水平伺服电机及减速机构组件；25-电气控制箱。

图3 立体车库单元的俯视图Fig. 3 Top-level view of a stereo garage unit

2 伺服电机及蜗轮蜗杆减速传动机构设计

为了使水平运动、回转运动、升降运动驱动得到精确的控制，回转式智能立体车库采用伺服电机进行驱动。由于回转式智能立体车库占地面积小，所以要求减速机的结构紧凑、传动比大、扭矩大、承受过载能力高，并且装置还需要有自锁功能，所以选择了蜗轮蜗杆减速机。蜗轮蜗杆减速机还具有以下优势: ① 机械结构紧凑、体积轻巧、小型高效; ② 热交换性能好，散热快；③ 安装简易、灵活轻捷、性能优越、易于维护；④ 传动速比大、扭矩大、承受过载能力高；⑤ 运行平稳，噪声小，经久耐用；⑥ 适用性强、安全可靠性大。

3 回转式智能停取车原理

回转式立体车库，采用上位架水平移动、旋转、升降的复合式运动方式实现上位车的出入库运动，而不需要下车位的挪动，实现了上下车位的相互独立。且不额外占地，存取车速度快，操作简便，运行和停止状态平稳。

工作时，下位车直接停取车。当上位车需入库时，先通过电控箱面板的操作实现相应的电气控制，顺序运行：① 通过水平伺服电机及减速机构组件和齿条的传动，使整个支承基础和上位架水平移动至车库前方位置2；② 通过回转伺服电机及减速机构组件和蜗轮的传动，使轴承座连同上位架回转90º至上位车上车位置的上方；③ 升降伺服电机及减速机构组件和前后升降链轮以及升降链条的传动，使由升降滚轮基座、升降滚轮上座和升降滚轮组成的升降机构连同上位架下降至基础底面，使待入库的上位车能够驶入上位架；④ 按相反操作和运行，顺序使上位架连同上位车实现上升、反向回转90º、水平后退移动至规定的停车位置。上位车出库时，操作和运行顺序与上相反。

4 手动应急操作机构设计

回转式智能立体车库在三个伺服电机和减速机构组件中均设置了手动应急操作机构和功能，当车库电力系统遇到无法预测的突发故障时，可以用手动应急机构将上位车摇动到车库底部。因此，即使遇到停电场合，也可以采用手动运行方式实现上位车的出入库。

5 结论

回转式智能立体车库采用回转支承技术，链条传动与齿轮传动技术、PLC控制技术，制造成本和维护成本低、取车时间短、上下两层无干扰。与目前市面上具有的立体车库相比：

1）市面现有的小型立体车库：通常上下两层相关联，上层车要上去就要先把下层车挪出，上层车上去后再把下层车开进去，比较麻烦。

2）回转式智能立体车库：采用上位架水平移动、旋转、升降的复合式运动方式实现上位车的出入库运动，而不需要下车位的挪动，实现上、下位小车出入库相互独立。比较方便。同时设置升降安全防护装置，确保升降运动的可靠和安全。

稳定、安全、高效的回转式智能立体车库，大大减少了能耗而且方便了广大人民，解决城市用地紧张，缓解城市停车难的问题，并将系统应用于家庭用车库、住宅小区车库、单位车库等空间狭小且原来有车库的地方场合，提高停车场地利用率和立体车库的操作方便性。

[1] 刘汉代，万邵伟，田靳文，等. 小型侧方位升降横移式立体车库的结构设计[J].《现代制造技术与装备》，2017(12)：12-13.LIU Han-dai, WAN Shao-wei, TIAN Jin-wen, et al. Structural design of small side azimuth lift and transverse stereo garage[J]. The Journal of Modern Manufacturing Technology and Equipment, 2017(12): 12-13.

[2] 谢爱梅. 基于PLC的立体车库控制系统设计[J]. 《时代农机》, 2017, 6(44): 76-77, 79.XIE Ai-mei. Design of control system of stereo garage based on PLC[J]. The Journal of Time Agricultural Machinery, 2017, 6(44): 76-77, 79.

[3] 吴琼兴, 许志国, 陈江桦. 框架式立体车库的轨迹优化及机构实现[J].《机电工程技术》, 2017, 46(3): 104-107.WU Qiong-xin, XU Zhi-guo, CHEN Jiang-hua. Optimization of track and mechanism of frame stereo garage[J]. The Journal of Electrical and Mechanical Engineering Technology, 2017, 46(3): 104-107.

[4] 李俊, 王津红, 代美泉. 一种嵌入式立体车库的设计与研究[J]. 《机械设计与制造工程》, 2017, 46(10): 60-62.LI Jun, WANG Jin-hong, DAI Mei-quan. Design and Research of an Embedded stereo Garage[J]. The Journal of Mechanical Design and Manufacturing Engineering, 2017, 46(10): 60-62.

[5] 裴雨红. 垂直轴升降类立体车库的研究与设计[D]. 苏州: 苏州大学, 2013.Pei Yu-hong. Research and Design of Vertical Axial Lift Class stereo Garage[D]. Suzhou: Suzhou University, 2013.

[6] 王子煕. 机械式三层升降横移式立体车库的设计[J]. 集美大学学报(自然科学版), 2014, 19(2): 133-136.WANG Zi-xi. Design of mechanical three-story lifting and transverse stereo garage[J]. The Journal of Jimei University(Natural Science Edition), 2014, 19(2): 133-136.

[7] 张学典, 朱士强. 一种新型升降横移立体车库设计[J]. 中国水运, 2015, 15(10): 313-316.ZHANG Xue-dian, ZHU Shi-qiang. Design of a new type of garage with horizontal lift and movement[J]. The Journal of China Water Transport, 2015, 15(10): 313-316.

[8] 机械设计手册编委会. 起重运输机机械零部件、操作件和小五金[M]. 4版. 北京: 机械工业出版社, 2007.Mechanical Design Handbooks Committee. Lifting transport aircraft mechanical parts, operation parts and hardware[M]. 4th ed. Beijing: The Machinery Industry Press, 2007.