地上智能立体车库设计

李 虎

(山西兴新安全生产技术服务有限公司，山西 太原 030006)

0 引言

由于车辆越来越多，停车难给人们的日常出行带来极大的不便。面对有限的土地资源，修建停车位这一土地利用率低下的原始方法渐渐被人们所舍弃，土地高利用率的立体车库渐渐被人们所接受。自动立体车库与传统车库相比，节省了大量空间，在寸土寸金的商业区、空间拥挤的住宅区都能够很好地发挥作用。国外立体车库技术集大成者主要是欧洲、美国和日本。美国早在20世纪20年代就有了立体车库，然而当时还没有停车难这一问题，直到20世纪80年代，随着汽车数量的增加和计算机技术的高速发展，才使立体车库有了用武之地，日本和欧洲相继开发出升降横移式、垂直升降式、巷道堆垛式等立体车库。相比于国外，我国在1988年才有了第一个立体车库(二层升降横移式)，虽然发展较晚，但先后经过自主摸索阶段、引进国外技术阶段的发展，目前已进入消化创新阶段。经过20多年的发展，国内立体车库利用PLC控制技术、传感器技术以及先进的电机技术等，产品水平和规模有了较大提升。然而国内大多立体车库都只能满足增加停车位的基本需求，便利程度还有待提高，而随着经济的持续发展，立体车库的需求还会不断增加。为此，本文在对国内外自动立体车库现状进行充分调研的基础上，设计了地上智能立体车库，即一个三层三列四排的巷道堆垛式立体车库。

1 地上智能立体车库总体结构及工作原理

本文设计的地上智能立体车库为一个方形三层(每层三车位)三列的巷道堆垛式立体车库，其机械部分的运行模式为通过PLC控制实现手动和自动存取车操作，其总体结构如图1所示。为保证不会发生碰撞，在车库壁上设置指示灯和各种传感器，各操作部分设置互锁，升降、横移、旋转、进出库等只能有一项在运行。

图1 巷道堆垛式立体车库总体结构

当用户将车开入车库时，车辆被放在旋转台上，用户下车离开后关闭车库门，旋转台上的载车部分升起，堆垛机水平移动至旋转台载车板下方，旋转台载车部分下降，堆垛机接过车辆，载车板收回后堆垛机水平前进至要存车的车位下方，然后垂直上升至载车位的约束位置，载车位的载车板伸出至与堆垛机上下对齐，此时堆垛机垂直下降，刚好把车放到载车位的载车板上，载车位上的载车板收回，存车完毕。

取车过程与存车过程类似，但流程刚好相反。首先载车位上的载车板带车伸出，堆垛机水平运行至载车位载车板正下方，然后堆垛机垂直上升，从载车位载车板上取走车，载车位上的载车板收回，堆垛机垂直下降，再水平返回；接下来堆垛机再次小幅垂直上升，旋转台载车板伸出，堆垛机水平移动至与旋转台对齐，旋转台载车板上升取走车辆，堆垛机复位，旋转台复位并180°旋转，使车头正好朝着车库门的方向，用户可不用倒车便直接取车离开。

2 立体车库各组成部分设计

2.1 立体车库框架设计

本巷道堆垛式立体车库总共有四排车库，中间两排紧密相连，每排三层，每层三个车位，总共36个车位；有两台堆垛机，分别为两排车库服务。本车库选择强度足够且有一定裕量的10号工字钢，一共包括32根横梁，64根纵梁和24根支柱，每一排的车库框架如图2所示，其中立柱主要受到压应力，横梁主要受到弯曲应力，它们通过高强度螺栓连接构成框架，用来承载载车板、车辆及各种检测开关与电机的重量。

图2 每一排的车库框架

2.2 立体车库载车板的设计

载车板不仅用来承载车辆，而且在存放过程中要横移，从而配合堆垛机存取车，因此载车板的选择十分重要。本车库载车板选用双面镀锌钢材，设计成梳式结构，使停车位载车板和堆垛机载车板能够完美上下交叉，满足其承重要求和存取操作要求，如图3所示。该载车板重量轻、刚性强、表面无刮痕、耐腐蚀性强、轻巧美观。

图3 两个载车板的完美上下交叉

2.3 堆垛机的选择

巷道式堆垛机是由叉车、桥式堆垛机演变而来的，主要用途是在高层货架的巷道内来回穿梭运行，将位于巷道口的车辆存入车位，或者取出车位内的车辆运送到巷道口，其结构如图4所示。堆垛机有水平和垂直两种运行方式，是存取车操作中要使用到的重要设备。巷道式堆垛机具有如下特点：

图4 堆垛机

(1)电气控制方式有手动、半自动、单机自动及计算机控制，可任意选择一种电气控制方式。

(2)大多数堆垛机采用变频调速，光电认址，具有调速性能好、停车准确度高的特点。

(3)采用安全滑触式输电装置，保证供电可靠。

(4)运用过载松绳、断绳保护装置确保工作安全。

(5)配备移动式工作室，室内操作手柄和按钮布置合理，座椅舒适。

(6)堆垛机机架重量轻，抗弯、抗扭刚度高。起升导轨精度高、耐磨性好，可精确调位。

(7)可伸缩式货叉减小了对巷道的宽度要求，提高了仓库面积的利用率。

车库存取车时要使堆垛机载车板与停车位载车板交叉而过，因此对堆垛机的位置及载车板的位置精度要求很高。有轨式堆垛机整体结构高而窄，巷道宽度与载车位宽度一致，水平运行线路固定，减小了设计的难度与出错的概率，本设计选择有轨式堆垛机。

2.4 立体车库传动部分设计

传动部分由载车板传动部分和巷道堆垛式起重机传动部分组成。

2.4.1 载车板传动部分

载车板传动部分由横移异步电机、钢丝线圈、滑轮、齿轮和链条组成,如图5所示。其工作原理是：当电机正转时，电机带动与之固定的齿轮转动，从而通过链条带动与一号钢丝线圈固定在一起的齿轮转动，然后一号钢丝圈收紧，带动钢丝绳拉紧，钢丝绳绕过载车位另一端的滑轮与载车板的固定部件相连，从而带动载车板水平向外移动；二号钢丝线圈直接与固定部件相连，当电机反转时，则使二号线圈收紧，从而使载车板水平向内运动。

图5 载车板传动装置

2.4.2 巷道堆垛式起重机传动部分

巷道堆垛式起重机传动部分的电力拖动系统要同时满足快速、平稳、准确三个方面的要求，即要求堆垛机的工作速度高，启动制动快；运行要平稳，防止车辆震动移位和掉落；传输位置准确，与载车位刚好对齐，实现车辆入位和出位，停车精度一般在5 mm左右。

巷道堆垛式起重机传动部分由水平传动装置和垂直传动装置组成，其中水平传动又分为前后水平移动和左右水平移动。水平传动装置由电动机、固定器、传动链条和齿轮、减速器和行走车轮组成，按运行机构所在位置不同分为地面运行式、上部运行式、中间运行式，本机构采用地面运行式。

堆垛机的顶部有两组水平轮嵌入轨道内，同时靠固定在上横梁的角钢导向，上横梁由螺栓和立柱连在一起，下横梁由槽钢和钢板拼焊，驱动机构、车轮等都装在其上面；下横梁的前后有橡胶作为缓冲物，防止堆垛机在巷道两端失控而产生很大的碰撞力。

垂直传动部分由电动机、制动器、减速器、滚筒和柔性部件组成，常用的柔性部件有钢丝绳和起重链两种，本设计采用钢丝绳。减速器采用一般的齿轮减速装置，其上面还设有行程开关，控制电机减速与停止。一般堆垛机上的货叉机构可以水平移动(即上文所述的左右水平移动)，本设计在存取车过程中虽然将水平移动任务交给了载车板，但是旋转台接收车还需堆垛机载车板的伸出，因此堆垛机货叉应考虑传动装置，采用链条传动完成这一项任务。堆垛机上部固定装置和堆垛机水平移动装置分别如图6和图7所示。

图6 堆垛机上部固定装置

图7 堆垛机水平移动装置

2.5 控制系统设计

控制系统包括传感器、控制器、执行器三大部分。其中传感器产生输入信号送给控制器，执行器接收控制信号并输出。立体车库的输入信号有：停车位载车板与堆垛机是否有车、堆垛机与车位是否垂直对齐、堆垛机与车位是否水平对齐、停车位载车板前限位及后限位、两载车板是否刚好对齐、堆垛机何时开始减速。输出信号有：堆垛机水平电机正转、反转及减速，堆垛机垂直电机正转、反转及减速，载车位电机正转及反转。控制器件有继电器、报警灯等。

3 结语

巷道堆垛式立体停车库结构简单、操作方便、稳定可靠，缩短了存取车的时间且具有存车位多等优点，可有效地缓解停车压力，改善了市容环境，提高了市民的生活质量，方便了城市化管理。