铝合金智能化立体车库开发设计

郑雅如，王洪卓，唐鸿洋，王东辉，刘述崇

(辽宁忠旺集团有限公司，辽宁 辽阳 111003)

目前，铝合金材质的优势逐渐吸引更多的研究学者和相关企业关注，在立体车库的设计中，研究学者分别提出了自己的设计理念和观点。例如，王海周[1]采用参数化设计方式设计了升降横移式立体车库，实现了现代车库结构设计的经济化、高效化等目标，为本产品设计提供了新的思路；吕二蒙[2]设计了单体式无避让立体车库，采用相关软件进行了可靠性分析，为立体车库设计奠定良好的基础；江健等[3]设计了一款智能化车库，减少了城区车辆的乱停现象，占地面积小，美化环境；于阳等[4]对立体停车库进行简单分析，主要研究的是辊子式结构，采用较小的推理作用，使汽车推向指定车库，实现了智能化；谢帅等[5]进行了侧方无避让式多连杆双层车库设计，增加了车库空间的使用效率，节约成本。现代研究基本采用钢制结构，结构、功能和美观性比较单一，本文采用铝合金材质，以现有的研究为设计基础，对立体车库进行智能化设计，并对结构进行了模拟分析与优化，使最终产品满足轻量化和智能化的发展需求。

1 3D数模

本产品开发设计使用三维设计软件进行立体车库的结构设计，主要包括立柱框架组合、载车结构、传动结构3部分组成(图1)。其加工工艺主要包括型材挤压、零部件精加工、连接以及喷涂等，产品中的各构件间的连接主要采用螺接、插接、铆接以及少量焊接等方式，其中焊接方法采用131/141，焊缝质量等级CPC2，焊接后未注公差尺寸的极限偏差执行GB/T19804-2005-B，焊缝缺陷按ISO10042-C进行检验。

1.1 立柱框架组合

立柱框架组合主要采用120mm×150mm×5mm方管组成，方管之间均采用内部角材进行螺接固定，法兰盘为500mm×500mm×10mm的铝挤压板材。

1.2 载车结构

在一种铝合金立体车库载车结构设计中，主要包括载车板1、载车板连接件2、框架支撑3、支撑连接系统4、边缘挡板系统5等。

(1)载车板1(图2)。采用新型铝合金型材断面，中间设有加强筋，可以加强承重能力。该型材两端设有卡槽，一方面用于与载车板连接件2进行插接固定，一方面可以插入边缘挡板7，不仅能够实现载车板1的自由组合，形成多规格面板结构，同时也具有较高的强度，满足相应的力学要求。

(2)载车板连接件2(图3)。主要用于载车板1之间的连接固定，采用插接的方式，实现了无缝对接，连接强度能够得到保证，美观漂亮。

(3)框架支撑3。使用的是铝合金型材，作为框架连接的主要型材构件，强度比较高，铝方管相互之间采用U型材进行螺栓固定，保证了使用和连接要求，连接后的框架支撑组合可以根据实际情况进行自由选择组合方式。

(4)支撑连接系统4。主要是起到支撑作用，中间3个固定块与框架支撑3上端进行螺栓连接固定，在固定块的内部结构中，中间小孔是用来连接中心管，外面大孔是用来与外部套管进行焊接固定，双层连接不仅能够增强强度，同时左右两端中心管伸出部分用于与立体车库整体框架上对应的孔进行连接，均是外面大的套管与连接件进行焊接，中心管插接到连接件中，通过最终实例介绍中的模型能够看出连接效果。

(5)边缘挡板系统5。采用3mm厚的板材，左右两侧插接至载车板1中，采用折弯板材固定在载车板前方，整体起到围挡作用，用于防止车体从两侧或者前方滑出。

立体车库中的载车结构是主要的核心结构，安装工艺为，将载车板1与载车板连接件2进行插接固定，进行框架支撑3的连接；立柱与横梁之间利用内部U型材进行螺栓固定，连接后套在载车板上，下方采用多个角材进行固定；接着边缘挡板系统5连接至载车板上，左右两侧插接至载车板1上，内部采用角材双重固定，前方边缘挡板底部采用载车板1上；最后连接支撑连接系统4，采用螺栓固定在框架支撑3上，两端用于固定至立体车库相应的位置上，载车结构整体安装完成，如图4所示。

1.3 传动结构

传动系统是控制立体车库中载车部分循环转动的重要结构，可以使载车部分实现环形旋转，这样保证了使用者可以自由选择空位置停车和自由控制将自己的车开走的需求，节省空间，结构简单，减小加工和生产的难度。

2 二维图纸

因本开发设计的铝合金智能化立体车库输出大量二维图纸，具体图纸内容涉及公司机密，所以此处只展示铝合金智能化立体车库总装配外形尺寸图纸(图5)。

3 仿真模拟

铝合金智能化立体车库采用铝合金6061-T6，铝合金轧制板材为Al 5052 H24。通过模拟分析软件对该产品进行强度以及位移分析，由于载车结构是产品的核心构成，主要针对该结构进行力学分析。该结构受力为自重和静载，静载设为22500N，应力和位移结果如图6和图7所示；最大应力数值规范要求215MPa，模拟结果186.3MPa，最大位移数值规范要求10mm，模拟结果7.09mm。

根据模拟分析的结果可知，当载车结构承受15000N的力时，最大应力可达186.3MPa，最大位移为7.09mm，符合结构设计要求，证明该产品切实可行。

4 设计优化

针对上述载车结构模拟结果可知，应力小于我公司实验得出的标准数值215MPa，位移小于通过《GB 50429-2007 铝合金结构设计规范》中计算得出的标准值10mm，但是模拟结果与标准值仍然比较相近。为了更好的优化该产品，并且考虑到中间立柱的设计对打开车门可能造成干扰，所以，设计了第二种方案，具体结构这里不进行详细分析，为后期的优化设计方案提供新的思路。此处只针对后期的设计方案进行模拟分析，证明该方案能够提高产品的强度，可作为第二代产品进行生产与推广。改进后的模型同样施加22500N的力，应力云图和位移云图如图8和图9所示。

由图可知，应力为101.8MPa，位移为6.82mm，相对于第一代设计方案，优势比较明显，所以，在今后的设计中可以广泛应用该方案。

5 总结

在铝合金智能化立体车库的设计开发中，经过市场调研、断面设计、结构设计、模拟分析等过程，指定了生产工艺路线，并且准备进行该产品的生产试制工作，该产品能够满足相应的使用要求，符合轻量化和智能化发展趋势。表面处理方式可采用氧化和喷涂等方式，美观多样，体现出铝合金材质的优势，同时也能推进智慧城市的建设与发展。在本次设计中，提高了自身的设计能力，丰富生产加工经验，形成技术储备，也能够为其他企业的产品开发提供新的思路。