通用型多层地下停车装置的设计

吕阳 马跃 康真源 卢莹香 张玉梅

摘要：为了解决城市停车难的问题，本文对现有停车装置存在的问题和不足进行分析，设计了一种通用型地下多层停车装置，既可以合理有效的利用绿地面积，又可以充分利用地下空间，而且不妨碍绿植生长，车辆存取也方便。此外，该停车装置还可以作为一种传递的媒介，向停车楼或地下停车场等运送车辆。

Abstract： In order to solve the problem of urban parking difficulty， this paper analyzes the problems and deficiencies of the existing parking devices and designs a universal underground multi-storey parking device. It can not only rationally and effectively use the green area， but also make full use of the underground space， and it does not hinder the growth of the plants， the vehicle access is also convenient. In addition， the parking device can also be used as a medium of transmission to transport vehicles to parking buildings and underground parking lots.

關键词：地下停车装置；媒介；节省空间

Key words： underground parking device； media； space saving

中图分类号：U491.7+1 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）27-0131-02

0 引言

近几年来，随着我国汽车工业和房地产行业的飞速发展，城市汽车的数量急剧增加，增长容积率的同时却少有与之配套的现代化的停车装置，房地产开发和商业地产开发在建筑中大多采取较原始的自走式的停车装置，占用土地较多，容纳车辆有限，很难满足停车需求。而且，车辆乱停乱放等现象，促使城市交通拥挤问题日益严重。停车问题成为各个城市面临的一个亟待解决的难题。为解决停车难问题，我们想到了研发一款通用型多层地下停车装置。

1 结构原理

1.1 结构设计

该装置是由42步进电机、控制板、驱动器、联轴器、停车托板、滚珠丝杠、丝杠轴承等组成，整体框架由铝型材构成，型材的T型槽都是内凹的，具有这种结构的型材在对接时只有边缘的线接触，可有效防止松动，T型槽的受力变形也被锁定限制在弹性范围内，显著提高了结构的稳定性。该结构分为三层，在电机的带动下，通过联轴器将电机与丝杠巧妙的结合，以达到共同旋转的目的，驱动停车托板在控制板设定的程序下实现定点定速升降，精密准确的到达每一层的指定位置，完成整套装置在空间上的运转。同时，联轴器可对电机与丝杠之间发生的位移偏差进行补偿，并且能够吸收运动过程中产生的震动和冲击，从而起到了保护电机的作用；停车托板是由3D打印机制作完成，底部设有加强肋，有利于提高其结构的稳定性；滚珠丝杠是将回转运动转化为直线运动，带动停车托板上下移动，具有高精度、可逆性和高效率的特点，同时，在传动过程中具有较好的自锁性能和较小的摩擦阻力，保证了停车托板的平稳运行。从而达到高效、便捷、安全停车取车的目的。

1.2 工作原理

该装置恰当运用了51单片机步进电机圈数控制。主要采用电机驱动，通过控制板来控制电机的圈数、速度档位和方向来实现其功能。而且具有掉电保护的作用，可以保存上次设定的参数，不需要反复设置。电机通过联轴器与丝杠相连，通过电机的正反转，驱动停车托板实现定点升降，通过控制板还可以调节电机转速的快慢，使整套装置在空间上精密准确的完成一系列运转。与传统的停车装置相比，更加方便、快捷。

该装置主要运用图1中的电机带动丝杠对停车托板进行控制，实现停车托板的升降。

1.3 设计计算和性能分析

1.3.1 理论设计

通过对现有停车装置的分析和研究，我们设计了一款具有制造简单、操作方便、坚实耐用、便于存取车辆的地下通用型多层停车装置，可达到如下三个目的：一是可以充分的利用地下空间；二是可以保证车辆的安全性；三是可向停车楼或地下停车场运送车辆。

而考虑到传统停车装置建造在地表上的不美观性和不安全性，我们为此设计了这款地下通用型多层停车装置，如图2、图3所示。

1.3.2 步进电机的选择

步进电机有静转矩、步距角（涉及到相数）、及电流等要素组成。一旦这些要素确定，步进电机的型号便确定下来了。

①选择电机的安装规格。步进电机的输出功率是可变的。通常根据需要的转矩大小（即所要带动物体的扭力大小），来选择不同型号的步进电机。大致说来，扭力在0.8N·m以下，选择28、35、39、42（电机的机身直径或方度，单位：mm）；扭力在1N·m左右的，选择57电机较为合适。扭力在几个N·m或更大的情况下，就要选择75、85、86、90、110、130等规格的步进电机。

②步距角的选择。电机的步距角取决于负载精度的要求，将负载的最小分辨率（当量）换算到电机轴上，每个当量电机应走多少角度（包括减速）。电机的步距角应等于或小于此角度。目前市场上步进电机的步距角一般有0.36度/0.72度（五相电机）、0.9度/1.8度（二、四相电机）、1.5度/3度（三相电机）等。

③步进电机的相数选择。不同相数的步进电机，工作效果是不同的。相数越多，步距角就能够做的比较小，工作时的振动就相对小一些。大多数场合，使用两相步进电机（四相步进电机）比较多。在高速大力矩的工作环境，选择三相步进电机是很实用的。

④电流的选择。静转矩一样的电机，由于电流参数不同，其运行特性差别很大，可依据矩频特性曲线图（如图4），判断电机的电流。

通过分析可知：

电机选用42BYG步进电机，步距角为1.8°，电流为1.7A，转矩为0.55N·m，驱动器和电机采用共阳极接法，可以接24V的电压，控制器采用直流电压控制。控制器接 24V直流电源，通过在控制器中手动输入程序来控制电机旋转的方向、圈数和速度。

1.3.3 步进电机与丝杠的传动比计算

已知：脉冲当量δ=0.05 丝杠螺距K=4mm

步进电机步进角B=1.8°

计算步骤：

丝杠旋转一周的输入脉冲数P'=K/δ

电机旋转一周的输入脉冲数P=360/B

丝杠传动比i=P/P'=（360·δ）/（K·B） =2.5

即：电机与丝杠的传动比i=2.5

1.3.4 性能分析

通过我们对本作品进行理论分析，實验操作，本作品理论设计合理，能达到预期的功能。

2 创新点及应用价值

2.1 创新点

①性能优越，适应性强：能承受高负载下工作，定位精度高，能够准确实现定点定速升降，环境适应行强。②节省空间，保护车辆：该停车装置将车置于地下，无论是风雨还是沙尘杂物都无法对已停车辆造成伤害，达到了保护车辆的目的。③停车灵活，一位多用：该停车装置共有三层停车位，不仅可以在路面上停车，还可用于草坪停车，充分的利用了有限的停车空间。此外，该停车装置还可以作为一种传递的媒介，向停车楼或地下停车场等运送车辆。④性价比高，维护方便：制造结构相对简单，加工容易、生产成本低，装置后期保养维修技术要求较低，方便保养维修。

2.2 应用价值

该装置占地面积小，空间利用率高，通过充分利用已有土地和空间，尽可能的多停放车辆，有效地缓解了因停车难问题造成的城市压力。使用该装置停车，可以有效的解决“车多地少”的问题，规范了乱停乱放的现象，同时也减少了交通事故的发生。与传统的停车装置相比，更加具有实用性。同时，该装置操作简单，推广和使用价值极其广泛，主要应用在草坪停车、小型停车场、小区停车以及路边停车。在目前存在的停车装置中，像这种把停车和运送车辆结合起来的智能化停车装置并不多见。而且，该停车装置应用灵活，可以根据实际情况改变停车层数。未来，相信这一设计在各个城市将会有很好的应用价值。

3 结束语

本文设计的通用型地下多层停车装置主要应用于草坪停车、小型停车场、小区停车以及路边停车。该装置可充分利用地下空间，实现自动化升降，定位精度高，环境适应行强，能有效解决车辆停车难问题。

参考文献：

[1]何守训.无避让立体车库机械部分的研究[D].济南：山东科技大学，2012，06.

[2]闫存富，范彩霞，刘超.一种无避让式立体停车装置设计研究[D].郑州：黄河科技学院，2015，09，25.