半自动小区双层停车位分析

赵蔓 马晓磊 斯泽坤

摘   要：近年来，私家车数量与日俱增，车多车位少导致的停車难引起了一系列的社会问题，不仅不方便市民的出行和生活，也影响了城市的规划和发展。解决停车难问题成为当今各大城市不得不面对的一个难题，同时也促进了停车管理行业的发展。文章中的设计是利用链条传动升降技术，实现汽车的升降，再利用钢架结构保证车辆的安全，并通过底部导轨实现装置的横向移动，最后利用单片机控制构成装置的控制系统。此装置可以实现合理利用有限小区街边停车空间以及在无人管理下运行。

关键词：半自动式;链条传动;机械结构设计;单片机;立体停车

1    立体停车位概述

现阶段，我国经济快速增长，人们物质生活的需求得到不断满足，城市建设的速度也在不断增长，而私家车的数量与日俱增，随之带来的是停车产业的不断壮大。停车场等基础设施的建造是保证居民生活质量和经济快速平稳增长的前提，停车难势必会造成交通上的问题。

在车位和车辆数量严重失衡的背景下，乱停、无处停成了居民生活的现状，也影响了交通和一系列的社会问题。根据“国家畅通工程”（公交管﹝2005﹞173号）的要求，每一百辆机动车中应该保有45个公告车位，然而国际通行标准城市的机动车保有量与停车位总数之比最低应为1.0∶1.2，目前国内各大城市无论按何种标准，停车位的缺口都极大，成为遏制城市发展的因素之一。

目前，市面上流通的立体式停车位主要有4种类型，即升降横移式、垂直升降式、巷道堆垛式和简易升降式。其中，升降横移式立体停车场具有结构简单、能耗低、操作简单和造价低的特点，适用于在建筑地下室建设或平面停车库改建工程中。该种停车库一般有2～5层，可以根据空间和地形实现任意排列组合。垂直升降式立体停车库适用于较高建筑中，通常会建造在城市的中心。虽然占地位置小，但是成本较高，建设时安装和安全方面的难度较高。巷道堆垛式立体停车库是使用堆垛机进行车辆存取的停车库，虽然采用的是自动化操作，但是依旧存在建设难度和成本过高的问题。

本文是针对以上发展现状设计的一个适用于路边侧方停车，可以就地改造、节约成本的新型双层立体停车位，对半自动小区双层停车位的工作原理进行了介绍。

2    工作原理

本文设计的半自动小区双层停车位主要由承重装置（双立柱）、一块停车板和升降装置以及动力装置组成。运动原理：车主将车停在地面上未启动的装置上，下车按下装置的启动按键，控制升降的电机和控制装置移动的电机同时启动，电机的转动带动动定滑轮组的转动，转动钢丝绳卷筒驱动机，钢绳通过滑块与板子相连，随着钢丝逐渐缠绕在转轴上，停车板缓慢上升，传感器感应到板子到达指定高度后，停车装置再通过电机的转动带动滑块进行横向的移动，车主将车开进挡板内时，板面有凹槽卡住车轮，使其固定在装置上，上升原理和下降原理相同。半自动小区双层停车位模型如图1所示。

3    前后立柱的设计

立体停车位前后两立柱是停车位支撑的主要部分，两个立柱的设计打破以往单臂悬臂梁双层停车的设计，使车辆有更稳定的支撑，让板子更平稳地升降，不会因为立柱的力量不足而倾倒（见图2），所以立柱材料的选择以及底部稳定的结构尤为重要。在选择上升的过程中优先考虑安全问题，其次，考虑经济性等因素。

钢丝绳卷筒驱动机构在起重机械上被广泛地运用，是使用上较为成熟的技术，可以灵活地在空间中变向布置。且可以直接用肉眼判断出钢丝绳的失效状况。缺点在于结构较大，在高度上也有一定的限制。

链条提升式在结构和经济上都比较有优势，且在低层电梯和立体式停车库（垂直升降或平面移动式）上都有应用。在对停车速度要求不高的低层立体停车位中较为广泛的使用。

立柱上的升降系统采用定滑轮和动滑轮组成的滑轮机构传递动力。整个动力系统由立柱顶部的定滑轮和安装在板子上的动滑轮以及钢丝绳卷筒驱动机组成。具体运动结构如图3所示，电机放置在底部箱体，为此装置提供拉力。

4    停车板的设计

板子采用Q345A型钢材，此钢材的强度足够普通轿车的停放，选材和大小的相关计算如下：

根据大部分私家车大小的实际情况以及参考一般侧方停车车位，将停车板选定长为5 200 mm，宽为2 500 mm，厚为30 mm的钢材。

钢材重量M为钢材的长（单位m）×宽（单位m）×厚（单位mm）×密度ρ（钢铁密度ρ=7.85 g/m3）组成，承重板结构如图4所示，计算如下：

钢板重量M=5.2×2.5×30×7.85=3 061.89 kg

承重板与立柱之间的连接依靠与板子连接的滑动装置提供，如图5—6所示。

板子在带动汽车上升时两端滑块承受上升的拉力，中间承受汽车的压力。所以滑块与板子的连接部分会受到剪切力。剪切力的计算如下：

F（剪切力）=A（剪切面截面积）×τ（剪切应力）

A（剪切面积）=30 mm（板材厚度）×2 500 mm（板材宽度）=75 000 mm2=0.075 m2

Q345钢板剪切应力=172.5 MPa=1.725×108 Pa

F=0.075 m2×1.725×108 Pa=1 293 t

家用小轿车重量在2 t以内，所以，板子可以带动小汽车的上升并且不会断裂。

5    电机箱体的设计

箱体的大小：长600 mm、宽500 mm、高500 mm。箱体内部放置一长390 mm、宽360 mm、高260 mm电机带动转轴的运动来控制钢丝的缠绕与放出，如图7所示。

由前面的计算可知，板重为3 061.89 kg，小轿车重量为1～2 t。每个电机带动两个滑轮装置，又因为有两根柱子，所以每个电机只需提供1/4（板重+车重）的力便可带动装置的升降，左右移动则用另一电机带动。箱体与滑轨相连，如图8所示。

6    电路设计

电源部分采用双供电源供电，在装置上方安装太阳能板收集光能给蓄电池充电，当碰到阴天的情况下，蓄电池电量不足时与电网相连供电，实现装置总体的节能效果。主开关实现整个电路系统的通断，当出现紧急情况时，按下按钮可以让整个装置停止运行，电路设计如图9所示。

电感开关实现了停车板的定点升降，避免电机持续的转动导致装置损坏，且使使用者更加简单地使用本装置。单片机控制电机的正反转来实现装置的移动和升降，利用3挡开关来控制电机的正转与反转。控制开关示意如图10所示。

装置的运行如下：当使用者把开关按到下时，两个电机反转（同步运行），另一个电机正转，控制板子的电机转速与控制移动的电机转速不同。此时，装置往外移动，且停车板稳步下降，当装置下降到一定位置时，接近开关靠近限位的挡片，采用了红外式的接近开关，在离挡片一定距离之后会自动断电，使设备在固定位置停止，随后装置停止运行。此时把车停至装置上，再按上，控制升降的两个电机正转，其余电机延时反转，当板子到设定的高度时，接近开关触碰金属片，装置停止运行。控制器作为一个箱体固定在装置的后方。

[参考文献]

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