一种新型可折叠的立体车库设计

高露

（辽宁工业大学 机械工程与自动化学院，辽宁 锦州 121001）

0 引言

目前，共享经济飞速发展，共享单车出现在各大城市中，在给人们带来方便的同时，也出现了很多问题：单车停放位置不确定，用车者找车难；单车在长期的日晒雨淋下，破旧速度快，缩短了单车使用寿命，甚至会因某个部件发生断裂，造成人身安全等严重事故；单车废品率增高，提升了运营成本。

对此，社会上出现了一些停放共享单车的车库[1-2]，而这些车库占地面积较大、停车量少、存取不便。由此设计了一种可折叠的四面皆可停车的立体车库，若停车板单排停放单车，单位面积的停车效率提升4倍；若停车板双排停放单车，单位面积的停车效率提升8倍。本车库结构紧凑，能充分利用空间，为合理建设单车车库提供了可行性参考。

1 结构设计

所设计的车库由液压系统提供动力，通过液压马达控制底板总成装置旋转，使其中的一个停车板转动到相应位置，再通过液压缸带动停车板伸出，停车板与地面相平，使用者选择合适的位置存取车。

1.1 总体结构

为了充分利用空间，提升停车效率，设计了一种新型折叠共享单车车库，如图1所示。该车库由外棚总成和车库主体组成。

图1 车库总体结构图

1.2 外棚总成

外棚总成的主要功能是为共享单车遮阳遮雨，提升共享单车的使用寿命，消除安全隐患，同时形似“蘑菇墩”的车库外棚美观，加上颜色的点缀，会形成城市一道靓丽的风景线。车库外棚总成如图2所示，外棚总成包括车库外棚和卷帘门。

图2 外棚总成结构图

车库外棚顶棚设有太阳能电池板，太阳能电池板的主要作用是将太阳的光能转化为电能后，输出直流电存入蓄电池中。通过对太阳能电池板的使用，可以获得源源不断的太阳能供应，太阳能是一种清洁能源，最终达到绿色环保的效果。卷帘门开门处设有红外传感器，红外传感器是利用红外线来进行数据处理的一种传感器，灵敏度高，红外线传感器可以控制驱动装置的运行。

本机构中设置红外线传感器的主要用途是用来监测车棚外边的障碍物，当红外传感器监测到无障碍物，卷帘门升起，可进行存取车动作；如果停车板打开位置有障碍物，则不会打开库门，以此来保证人身的安全。外部侧壁设有显示器、存取车按键和旋转按钮。按下旋转按钮，控制车库主体旋转。按下存取车按键，使车库主体中对应停车板展开。本装置可以根据实际使用的气候情况，选择通过固定电源供电、通过太阳能电池板供电，或采用二者结合方式供电。太阳能电池板充分吸收光能储存在电池中，实现24 h供电。卷帘门由电机控制进行升降。显示器可与单车车库内部安装的摄像头相配合，显示车库内部情况。

1.3 车库主体

车库主体如图3所示，由底板装置总成和存取车装置总成组成。车库主体是本车库的核心部分，整体结构呈对称布置，其存取单车的过程犹如折叠伞打开收回的过程，结构简单，操作方便。底板装置总成用来实现车库底板的旋转，从而实现该车库可四个方向即四个停车板上停放共享单车的目的。存取车装置总成可实现停车板垂直或水平放置，即收回或打开，可实现在停车板上停放或取下共享单车，而且停车板上布置了锁车装置，可使停放单车更加安全可靠。

图3 车库主体结构图

1.4 底板装置总成

底板装置总成，如图4所示，主要包括基座、大齿轮、小齿轮、底板、中心柱、液压马达和液压缸。底板装置总成主要用来实现底板的旋转，底板与连接板相连，连接板又与停车板相连，所以当底板旋转时，带动了停车板的旋转，即可实现在所要求的停车板上停放单车。具体的为将基座固定在底面上，并在基座上安装固定的大齿轮，基座中心孔与底板底部的中心轴通过轴承联接，液压马达通过小齿轮带动大齿轮，从而带动底板转动。齿轮组由相互啮合的大齿轮和小齿轮组成，液压马达带动小齿轮，小齿轮与大齿轮啮合，从而带动底板旋转。通过机械计数装置对马达转动圈数计数n圈，此时小齿轮恰好绕着大齿轮转动了90°，同时控制系统控制两位两通电磁换向阀换向，马达停止转动。

图4 底板装置总成结构图

1.5 存取车装置总成

存取车装置总成，如图5所示，主要包括连接板、停车板、锁车装置和轮。存取车装置主要用来实现在停车板停放或取下单车。具体的为将中心柱安装在底板上，中心柱上部铰接有向外伸出的液压缸，液压缸伸出端与连接板铰接。停车板上布置锁车装置，前后轮成对使用，并在停车板末端安装轮子，方便停车板展开。中心柱上安装有四个液压缸，液压缸向四面伸出，每个液压缸伸出端分别安装有一个连接板，液压缸与液压系统配合实现伸缩，即实现停车板收回或打开。

图5 存取车装置总成结构图

2 控制系统和液压系统

整个设备中还设有控制系统和液压系统[3]，控制系统中包括可编程控制器，可控制相应的电磁阀，对传感器的信息进行处理，能够实现车库主体的旋转和停车板的伸缩以及车库卷帘门的开关。液压系统原理图，如图6所示，电磁阀控制原理图，如图7所示。

图6 液压系统原理图

图7 电磁阀控制原理图

当需要停车时，使用者按动存取车按钮，这个时候相应的液压缸推动停车板打开，当按下开关后控制对应液压缸的三位四通O型中位机能电磁换向阀的电磁阀将移于左侧位置，液压油经液压泵和电磁换向阀进入液压缸左侧，产生压力后推动停车板打开。使用者将单车停放在停车板上的停车槽内，手动锁住车轮，使用者从停车板上走下来，液压缸推动。车板关闭，复位三位四通O型中位机能电磁换向阀的电磁阀移于右侧位置，液压油经液压泵和电磁换向阀进入液压缸右侧，产生压力后推动停车板关闭，停车完成。

当需要取车时，使用者按动存取车按钮，然后打开锁车装置，将单车推出停车板，使用者可直接将车骑走，最后液压自动将停车板推回复位，取车完成。

当车库主体需要旋转时：两位两通电磁换向阀的电磁阀移于下侧，液压油经过电磁阀流入液压马达带动小齿轮转动，带动车库主体旋转；将两位两通电磁换向阀的电磁阀移于上侧，液压油不经过液压马达，液压马达停止工作，车库主体停止旋转。

3 具体实施方式

当使用者存车时，按动旋转按钮，通过液压马达驱动小齿轮带动底板装置总成旋转到相应位置，然后按动存取车按钮，车库卷帘门电机驱动卷帘门升起，红外传感器监测到无障碍物，控制系统中的PLC控制电磁阀动作，使相应液压缸伸出。带动连接板展平，使停车板沿地面通过轮的滚动展平。使用者将单车推入停车板，选取位置停车，锁车装置卡住前后轮，使用者离开停车板，红外传感器无异常后，液压系统驱动液压缸收缩，将停车板收回，车外棚卷帘门通过电机驱动降下，完成存车。取车时，亦是如此操作。可根据具体需要，将四个停车板对应四个不同品牌单车。

4 结语

该车库通过每次旋转90°，可实现四个方位的存取单车，且将单车在竖直方向上停放，实现在有限的停车空间内多停放单车的目的，解决了乱停乱放的问题，同时车库的遮蔽性可以有效地保护单车，降低了单车的维修成本。