一种半嵌地式多功能医用车库结构设计*

缪 也 ，孙 钊 ，曹梦琪 ，张国栋 ，孙奥奇 ，李成理

（巢湖学院机械工程学院，安徽 巢湖 238000）

0 引言

随着轿车的普及，城市汽车保有量增加，医院地面停车位已无法满足人们日常所需[1]，建造多功能防疫车库势在必行。市面上较为常见的横移式立体车库功能比较单一，对地上和地下的空间利用不够合理，容车量较小，安全措施较为简陋，适用的范围较小，停车和取车速度慢、等待时间长，工作效率低，适应性较差，导致其市场应用率较低[2]。而且现有的地面车库空间利用率低、占地面积大、投资成本高，不适应路边停车位，例如一些市区街道旁的侧方停车位，导致小区、街道升级改造具有较大难度[3]。

而半嵌地式多功能医用车库不仅适合这样的路边停车位，还可以在此基础上升级改造，适合医院等大型人流量多的场所。本文针对传统的机械式立体车库，创新设计了一种半嵌地式多功能医用车库结构，既能够提升传统车库的利用率，又能够防止在医院中出现病毒交叉感染的情况。

1 一种半嵌地式多功能防疫车库的结构组成及工作原理

1.1 结构组成

该车库主要由定轨机构、防坠落机构和传送机构组成，是一排车库集群，每两个车库之间都有一个侧方位辅助停车装置，不仅可以最大化利用土地资源，而且为每辆车提供了两个出入口，大大节约了人们取、停车的时间。定轨机构由三个滑杆和对应的滑槽组成，能够使载车板在运动的过程中保持稳定和平衡。传送机构由齿轮和链条构成，能够保证载车板的循环交替。防坠装置由滑杆、轴承、螺旋槽柱、棘轮构成；滑杆与链条的销轴连接，再与螺旋槽柱配合；轴承与固定轴配合，通过链条的运动带动滑杆，使螺旋槽柱旋转运动；而棘轮与螺旋槽柱衔接，当载车板坠落时，棘轮会反向卡死，使得螺旋槽轮柱静止，以达到防止载车板坠落的目的。车库的整体结构如图1所示。

图1 车库总体结构

1.2 工作原理

半嵌地式多功能医用车库工作时，通过电机带动传动安排链条做垂直循环作业，以循环移动的方式进行存取或停放车辆。每隔一定距离安装一个存车点，当电机转动时，存车点随链条一起做垂直循环运动，以达到存车的目的。垂直循环车库三维建模设计图如图2所示。

图2 垂直循环车库三维建模设计图

2 结构设计

2.1 停车限位装置结构设计

停车限位装置包括两个转盘装置，分别被对称设置在停车位入口处，转盘装置的立体结构示意图如图3 所示，俯视图如图4 所示，沿A-A 方向的剖视图如图5 所示。转盘装置包括底座、支座、中心支柱、挡叶、弹簧、挡块、挡板；其中，底座预埋在停车位地面内，且上端面与地面平齐，上端设有支座；底座与支座通过螺丝连接。支座与中心支柱活动连接，中心支柱外壁上设有三个挡叶，挡叶结构示意图如图6 所示。三个挡叶互成120°，挡叶两侧边上分别设有一个或一个以上的辅助滚轮，底座上端且位于其中两个挡叶之间设有两个凹槽，凹槽内设有弹簧，弹簧上端与挡块连接，挡块上端呈半圆弧状，中心支柱上端设有挡板，该挡板与中心支柱活动连接，挡板上设有装置锁，装置锁可以将中心支柱锁住，使挡叶不能转动，底座上端且位于挡块上方部分设有防护壳。

图3 转盘装置的立体结构示意图

图4 转盘装置俯视图

图5 图4沿A-A 方向的剖视图

该停车限位装置具有以下优势：1）方便、成本低，使车位的专有性得以体现，能够有效防止车位被占、车辆乱停等现象发生；2）挡叶的设置不仅对停车位进行了限制，同时对停车位的有效空间进行了最大化利用，大大节省了地面空间。

2.2 一种具有上坡防溜车功能的减速带结构设计

为保证立体车库安全运行[4]，一种具有上坡防溜车功能的减速带由迎车面减速带、背车面减速带、减速带内腔、抗压回弹装置四部分组成，减速带主视图及俯视图分别如图7、图8 所示。迎车面减速带是截面为钝角三角形的长条状结构，减速面的倾斜角度小于迎车面减速带止动面的倾斜角度，且迎车面减速带的减速面宽度应大于止动面的宽度。背车面减速带也是截面为钝角三角形的长条状结构，沿长度方向安装在迎车面减速带的止动面上，且背车面减速带的上部止动面宽度小于下部止动面的宽度。迎车面减速带、背车面减速带的表面均设置有防滑纹络，凹槽开口处设有挡板，挡板内有回位弹簧。减速带内腔中设有抗压回弹装置，抗压回弹装置由套筒、伸缩杆、弹簧限位环和回位弹簧组成，套筒内设置有伸缩杆，伸缩杆顶端设置有弹簧限位环，伸缩杆上、套筒顶端与弹簧限位环之间套设有回位弹簧。

图7 一种具有上坡防溜车功能的减速带主视图

图8 一种具有上坡防溜车功能的减速带俯视图

一种具有上坡防溜车功能的减速带具有以下优势：1）在上侧方位辅助停车装置段可以防止汽车启动时熄火向后溜车，减少交通事故的发生，提高安全性。2）提升了减速带的减速效果，避免了减速带长时间被碾压损坏导致减速效果降低。

2.3 自由度可移动的洗车装置结构设计

洗车装置主要由平面任意移动机构、多级电动液压伸缩装置和空间2 自由度洗头机构组成，洗车机构三维模型视图、主视图、侧视图分别如图9、图10、图11 所示。

图9 洗车机构三维模型视图

图10 洗车机构主视图

图11 洗车机构侧视图

平面任意移动机构由7 个皮带轮、皮带、滑块、多个固定滑轮组成，主要由两个电动机控制移动方向，平面任意移动机构的三维模型视图和三维模型透视图分别如图12、图13 所示。当两个电动机同速反向旋转时，滑块沿纵向移动；当两个电动机同速同向旋转时，滑块沿横向移动；当只有一个电动机旋转时，滑块倾斜运动，这样可以任意调动多级电动液压伸缩机构和2自由度洗头机构在车长方向的位置。

图12 平面任意移动机构三维模型视图

图13 平面任意移动机构三维模型透视图

多级电动液压伸缩装置主要由三级减速机构和伸缩杆构成，可以调动2 自由度洗头机构在车宽方向的位置。2 自由度洗头机构视图如图14 所示，洗头机构主要由两组蜗轮蜗杆配合、一组伞状齿轮啮合和轴承来完成洗头机构2 自由度运动，下蜗轮与同轴伞状齿轮连接，上蜗轮与外壳体连接，洗头机构与另一个伞状齿轮通过连杆连接。下蜗杆转动，洗头机构在壳口方向可180°旋转；上下蜗杆一起转动，洗头机构可360°旋转；综合运动可实现洗头机构全方位、无死角地对车身进行清洗工作。

图14 2自由度洗头机构视图

2.4 载车板设计

2.4.1 载车板的尺寸

根据大众普遍使用的中、小型车辆的尺寸规格以及国家标准中救护车的运行安全条件，载车板尺寸应符合GB 7258—2017《机动车运行安全技术条件》。本车库针对救护车、家用车等中小型车辆，其尺寸范围为：车长5.8 m 以下、车宽2.9 m 以下、车高2.6 m以下，质量2 200 kg 以下；单个停车位的尺寸设定为6 m（长）×3.5 m（宽）×3 m（高）。

2.4.2 载车板的选择

载车板是用来承载库存车辆的[5]，主要采用框架式载车板，为保证运行过程稳定，于载车板下方附加两块加强板，加强板的作用是削弱停放车辆的重力产生的影响，减小对载车板的损害。为达到上述目的，决定选用Q345 钢为主要建造材料。Q345钢的弹性模量为206 GPa，泊松比为0.28，屈服强度为345 MPa，抗拉强度为470 MPa，具有非常良好的力学性能[6]。

3 关键部件强度载荷分析

3.1 链条加长销的设计与受力分析

对链条加长销的尺寸进行设计，在存、取车过程中，销轴受到与其连接的载车板的作用力，主要为剪切应力。如果加长销承受的最大剪切应力在它所允许的剪切应力范围外，则加长销易发生剪切断裂。因此，应首先对其进行受力计算及分析，继而设计链板、槽轮等其他关联结构。考虑调质后的45 号钢机械性能良好，具有更高的强度、抗变形能力等特点[7]，可作为加长销材料。45 号钢的许用剪切应力为146 MPa。加长销承受的最大剪切应力应小于许用剪切应力τmax。设直径为d，最大剪切应力为Fs，车库处于极限偏载时的重力取87 600 N，安全系数为s。则由式（1）和式（2）可求得加长销的最小直径为47.8 mm，在此取48 mm。本车库加长销直径为50 mm，大于最小直径，故满足要求。

在食品腐败菌和病原体中具有抑菌作用的化学成分，如醇类化合物和酮类化合物等也存在于花椒的精油中[21]，它们会完全抑制金黄色葡萄球菌、炭疽杆菌、枯草杆菌等10 种革兰氏阳性菌以及变形杆菌、炭疽杆菌、霍乱弧菌等7种革兰氏阴性菌的活性。

3.2 加强板的强度校核及计算

加强板是承受载车板和汽车的装置，当加强板处于下降状态时，需承载两块载车板和小汽车的质量，承载量较大且加强板的跨度较大，普通钢材难以支撑[8]，因此选用Q345 钢作为加强板的主架。车辆随载车板在加强板上移动，停放车辆后，加强板的横梁是加强板的主要承载单元，加强板受力情况如图15所示。

图15 加强板受力情况示意图

图中相应的计算参数为：L=3.5 m，a=0.3 m，b=2.9 m，c=0.3 m。在计算时将受力情况视为恒载，Pg=87.6 kN，为恒载数值；γg=1.2，为恒载分项系数。因此可得设计值为Pd=Pgγg=105.1 kN。

由此可计算出：

最大剪应力τmax=Ws/A=34 N/mm2；

弯曲正应力σmax=43.8 N/mm2﹤抗弯应力设计值f=295 N/mm2；

支座最大剪应力τmax=34 N/mm2﹤抗剪应力设计值fv=180 N/mm2；

综上所述，加强板符合工况要求，可较好地保障整个车库的运转。

4 结语

针对垂直循环机械停车设备，本文设计了一种半嵌地式多功能循环车库设备。该设备结构简易，多方面运转稳定。加强板是立体车库的主要承重部分，其结构设计直接影响着整个车库的安全性和稳定性，就此针对加强板进行了强度校核[9-10]，模拟现实中的真实情况，证明了该停车位结构十分稳定，安全性能高，为解决医院停车不便提供了一种较为新颖而切实的解决办法，具有可行性。