基于升降横移式立体车库的结构研究

刘雪梅 高俊 张春 洪雪芬 郑鹏

摘 要：目前为解决停车难的问题，立体车库逐渐出现于人们的生活中，其研究与实现正在快速发展，为了追求安全性和实用性更高的立体车库，对立体车库的研究已经成为热点。本文对升降横移式立体车库的基本构造进行了介绍，并通过实物模型阐述了升降横移式立体车库的结构。首先，对立体车库的基本构造进行了剖析，然后通过机械结构实现了车辆的停、取过程，最后通过立体车库的研究与发展做了总结并对未来进行了展望。

关键词：立体车库;滚珠丝杆螺母副;升降横移式

Abstract：At present，in order to solve the problem of parking difficulty the three-dimensional garage is gradually appearing in people's life.Its research and implementation are developing rapidly.In order to pursue a safer and more practical three-dimensional garage，the study of three-dimensional garage has become a hot topic.This paper describes the basic structure of the lifting and moving stereo garage and through the physical model the structure of lifting and moving stereo garage is expounded.First of all，the basic structure of stereo garage is analyzed.Then the stopping and taking process of vehicle is realized by mechanical structure.Finally，the research and development of stereoscopic garage are summarized and the future is prospected.

Key words：Stereo garage;Ball screw nut pair;Lifting and traversal type

一、绪论

当前，随着自动化技术的不断发展，国民经济逐年增长，城市化不断推进，居民收入水平也随之提高，城市汽车保有量逐年上升，然而，汽车的停车位数量却增长极其缓慢，停车难已经成为全社会所面临的问题。在人们生活中，路边乱停乱放的停车现象随处可见，从而导致道路实际可用宽度减少造成了道路拥堵，影响了人们的生活。市中心地区及部分规模比较大的住宅小区的停车问题也越来越严重，停车面积严重不足，违章停车经常可见，停车难已成为城市发展中日益突出的矛盾。因此，如何停放更多的车辆，怎样停放车辆等问题成为了学者思考的对象，人们开始把目光投向了立体车库。地面长宽有限，但是可以在高度上进行改进，由此立体车库的构想便诞生了。立体车库提高了停车场的利用率，让相等的停车面积可以停放较之前数倍的车辆，让人们对此类车库很是青睐。为此，本文就立体车库进行了研究与讨论，以及对未来立体车库的发展做了简单的预测。

二、立体车库的构成

该立体车库由PLC控制系统、[1]-[4]电机传动机构，传感器等组成。传感器由压敏电阻構成，在有车或者无车的情况下，压敏电阻的阻值不同，由此可将车辆位置信息，车辆状况信息进行收集，反馈给PLC并在显示器上实时显示，（在丝杆的末端也可以加上部分传感器，以保证电机在安全范围内工作），PLC接收到传感器的信息后进行处理，选择正确的指令后控制步进电机，步进电机通过滚珠丝杆螺母结构对车辆进行水平和垂直方向上的移动，达到取车或者停放车辆的目的。通过PLC控制系统和传感器相互配合从而实现对车库的整体控制，调控各机械结构进行有序的运作，实现将车辆高效而准确的停放或取出到相应位置。实现了停取车方便且最大化利用空间资源的目的。

三、立体车库的结构设计

（一）立体车库的框架结构

立体车库由立柱、横梁、以及放置载车板和停车板的支撑杆等基本结构构成。立柱之间、立柱与横梁之间均采用高强度螺栓连接起来，车库底层立柱也通过特殊材质的螺栓与地基稳固的连接。车库在其上部可增加多层停车位，每层分为若干个停车位，车位与车位之间设计了合理的安全距离，既最大化利用了空间，又保证了车之间的安全距离。在立体车库重要的承载部位采用钢制材料，形成承重骨架。汽车载车板、停车板，以及立体车库的支架等也均由钢制材料制成。

（二）滚珠丝杆螺母结构

升降与横移装置均采用滚珠丝杠螺母结构，[5]-[7]以此达到托盘上升及横移的目的。滚珠丝杠螺母结构是将旋转运动转换为直线运动，从而实现了托盘的水平横移运动和垂直升降运动。其滚珠丝杠螺母结构的原理如图1所示。在丝杠和螺母上都有半圆弧形的螺旋槽，当它们套装在一起时便形成了滚珠的螺母滚道。螺母上有滚珠回路管道，将几圈螺母滚道的两端连接起来，构成封闭的循环滚道，并在滚道内装满滚珠。当丝杠旋转时，滚珠在滚道内既自转又沿滚道循环转动，从而迫使螺母轴向移动基本上是滚动摩擦。

滚珠丝杠螺母结构的特点：

（1）传动效率高，磨损损失小。滚珠丝杠螺母结构的传动效率比常规螺母结构高。因此，功率消耗只相当于常规滚珠丝杠螺母结构的1/4—1/3。

（2）给予适当预紧，可消除丝杠和螺母的螺纹间隙，反向运动时就可以消除空行程死区，定位精度高，刚度强。

（3）运动平稳，无爬行现象，传动精度高。

（4）有可逆性，可以从旋转运动转换为直线运动，也可以从直线运动转换为旋转运动，即丝杠和螺母都可以作为主动件。

（5）磨损小，使用寿命长。

（三）立体车库工程图（正、侧视图）

立体车库的工程图如图2（正视图）和图3（侧视图）所示。在图2中，零件1和零件8为停放车辆的载车板，零件4为感知汽车位置的传感器，零件5为步进电机，零件6为固定机架，零件9为横杆，零件10和11分别为托盘杆和竖直杆。在图3中与图2零件序号标注相同的零件则为相同零件，与图2不同序号标注的零件2为便于汽车开入初始车位的上坡板，零件7为载车板，零件12为横杆，零件13为放置步进电机的底座。

四、总结与展望

（一）论文总结

现如今人们生活水平的提高，车辆的拥有量逐年上升，以致停车成为一大难题，目前这个问题需亟待解决。本文就此研究了升降横移式立体车库的结构，其主要由滚珠丝杆螺母结构实现了托盘的水平和垂直运动来停、取车辆，使操作更加简便与安全，同時实现了充分利用上部空间的目的，基本解决了停车难的问题。本车库高效的利用了上层空间，能在一辆车的占地面积下在上层空间停放多辆车，充分利用了上层空间。采用模块拼接式，可将本车库在水平和竖直方向上根据小区停车场地的大小进行扩大或减小停车数量。同时减少甚至省却采暖、通风、内部装修等设施，即成本低，安装维护方便。节能环保，本车库机械结构简单，[8]该车库停、取车动作都由停车设备来完成，减少了尾气排放，对环境的影响比较小。

（二）前景展望

升降横移式立体车库很好地解决了停车难的问题，但是在智能停、取车方面还大有发展，立体车库可以与互联网相结合，实现智能停、取车的目的。主要以手机终端为载体，通过服务器、网络、终端全部实时连接形成一个统一的系统，当车主利用终端将信息发送至云端处理器，处理器接受并处理后，再反馈至PLC，使PLC按照车主的指令来控制车库，使车库执行对车辆的停、取操作，实现车主在较远的地方就可以控制车库，因此对于取、停过程中所需的时间进行了压缩，还可以在立体车库中加入监控装置和有关传感器，当车主需要了解自己车辆的状况时，也可以通过手机终端，向云端处理器发出指令，云端处理器接收到信号后控制监控装置和有关传感器的工作，使它们将有效信息反馈至车主手机终端。当然，也可以有多个指令一起发出，云端处理器接收后一一进行处理。车主通过手机终端不及可以了解更新车位的空缺情况，还可以知道汽车的停放状态。立体车库在同一时间可以有序并且高效的满足多个停、取需要，既顺应了时代发展，也满足了车主所需，做到了真正智能的立体车库。

参考文献：

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[5]许向荣.滚珠丝杠副直线导轨进给单元动态性能研究[D].山东大学，2011.

[6]伍利群，杨益梅.滚珠丝杆螺母副的调节安装和防护[J].机械研究与应用，2006（06）：64-65.

[7]陆国明.滚珠丝杆、螺母直径差对接触角大小的影响[J].装备机械，1980（01）：34-37.

[8]段文军.机械式三维立体车库机械结构及控制系统设计[D].北京工业大学，2009.

通讯作者：高俊（1988-），男，助教，主要从事机电液一体化研究。