1、模块化立体车库的三维设计苗国祥，李辉，张华，张自俭（甘肃农业大学，甘肃兰州730070）摘要：为缓解城市停车难、停车乱的问题，设计了具有灵活存取和自动卡车功能的三维立体车库模型。采用建立三维模型的方法，开展了针对卡紧、存取搬运车辆和提高安全性的研究设计。车库由平移模块、升降模块、保护模块和载车模块四个模块组成，整体采用钢架结构，停车位可增减且互不干扰，平移和升降模块实现车辆的存取搬运功能，载车模块的载车板设计，实现卡车和自动复位的功能，而且突破了原有固定一个距离卡车的限制。最后利用机械结构与电机相互配合，实现断电和断线的双重保护功能，提高了安全性。关键词：模块化立体车库三维模型车位数量可变自动
2、卡车双重保护中图分类号：U491.71文献标识码：A文章编号：1003-773X（2023）02-0085-03引言汽车的普及虽然方便了人们出行，但随之出现的停车难、停车乱的问题愈演愈烈，成为城市管理的一大难题。立体车库可以充分利用空间，在占用相同土地面积的情况下提供尽可能多的停车位，适应市场经济的快速发展，满足广大用户对停车位的急需，对于改善城市停车状况具有重大意义1。20 世纪 60 年代在汽车工业迅速发展的背景之下汽车猛增，欧洲、美国等相继出现停车难问题，立体车库开始出现。立体车库的研究内容包涵机械、电控、液压、计算机等。由于立体车库的复杂性，各国的立体车库产品有一定的差距。欧美等国家具
3、有丰富的土地资源，立体车库普遍使用巷道堆垛式和多层升降横移式。稀缺的土地资源使得日本对于立体车库需求量大。目前，日本的立体车库技术已经十分成熟，具有领先地位2。在国内，立体式车库市场缺口持续扩大，研究水平仍落后于西方发达国家。但是我国由最初引进、模仿，到目前具备独立研发的能力，立体式车库的研发深度得到大幅度提升，使立体车库的类型日趋多样，特别是随着机械式立体车库的出现，使此类产品逐渐变得成熟起来3。现阶段我国机械式立体车库分为三种形式，包括地面平面停车场、多层式坡道停车场以及机械式立体车库，其中地面平面停车场、多层式坡道停车场应用较为广泛4。综合来看，立体式车库虽然占地面积小、空间利用率高、安
4、全可靠和配置灵活5，但也存在着存取车效率不高，不够高效，在安全上依旧有待进一步提高，同时相对于传统车库，投资成本高，收费标准高但效益低的问题6。本次以存取便捷，降低建设成本，增强适用性和提高安全性为目标，设计了一种模块化立体车库模型。1设计方案1.1总体结构方案设计本次利用 SolidWorks 软件，采用建立三维模型的方法，设计了可实现停车数量灵活增减、多种场所安放、安全停车等功能的车库。车库整体采用模块化设计，可根据具体环境以及需求的车位量对结构进行增添或删减；底层的设计，可实现有花坛、低矮建筑物等异物为车库安放障碍时，车库可架于异物之上，适用性强。通过模拟分析，拟定车辆模型长 210 m
5、m、宽100 mm、高 80 mm。车库模型的总高度设计为 6 620mm、总长为 10 500 mm、总宽为 6 300 mm，分为三层，上两层每层 3 个车位，共 6 个车位。车库整体由平移、升降、保护和载车（载车模块下页图 1 未标出）四个模块组成。整体框架采用钢架结构设计，使得停车位间互不干扰，载车板每个停车位配置一个，方便存取车的进行。当汽车驶入载车板，载车板实现自动卡紧，然后利用程序及电气设备控制三电机转动（由于车位的不同具有一定的先后顺序），然后电机带动钢丝绳使托车机构载着车沿 X、Y 或者 Z向（坐标位于图 1 右下角）运动（三个电机同时装于行走架之上形成一个行走的独立模块），
6、进而将车停至相应车位，然后托车板退回至原状态，完成一辆车的停放。行走架上安装传感器，使其定位准确，进而实现精准存取停放，同时利用机械结构与电机相互配合，实现断电和断线的双重保护提高了安全性。1.1.1平移模块平移模块可实现 X 方向和 Y 方向上的平移，如下页图 2、图 3 所示，平移模块由上下两层组成，两层底部均对称配有滑块，固定在底部。各配备 1 个电机，平移电机 1 固定在下层，通过电机带动钢丝绳转动，收稿日期：2022-06-06基金项目：甘肃农业大学省级国家大学生创新创业训练计划项目，资助项目编号：S202110733021第一作者简介：苗国祥（1999），男，甘肃玉门人，甘肃农业大
7、学在读本科，研究方向为机械设计制造及其自动化。总第 238 期2023 年第 2 期机械管理开发MechanicalManagementandDevelopmentTotal 238No.2，2023DOI:10.16525/14-1134/th.2023.02.032专题综述机械管理开发第 38 卷拖动滑块在框架两侧的导轨上移动，实现 X 方向上的平移控制，完成左右方向停放位置的选择；平移电机 2 固定在上层，电机转动带动钢丝，带动上层在水平的双侧导杆上移动，实现了 Y 方向上的平移控制，完成车辆停放和存取的动作。1.1.2升降模块升降模块可实现 Z 方向的移动（见图 4、图 5）。它也是由
8、电机带动钢丝绳转动，拖动滑块在竖直的双侧导杆上移动，带动载车模块实现了 Z 方向上的升降控制，同时底端的行走机构保证了搬运过程中的平稳性。1.1.3保护模块保护模块考虑到断电和钢丝断裂的意外，主要从两个方面进行保护，制动器自锁和防坠落装置自锁。通过两个装置，防止了车辆在搬运途中坠落，提高车库的安全性。制动器自锁是由电机与制动器组成的，是断电保护部分（见图 6）。当发生电源突然中断的意外时，制动器钳制电机使电机不再转动，从而各个方向（X、Y、Z 向）的钢丝绳停止，停车板暂停在原位，保证了在搬运车辆过程中，断电这类突发情况下的安全。防坠落装置自锁，是依靠弹簧的机械结构，是断线保护部分。在正常状态下
9、，由于钢丝绳牵拉，两侧弹簧处于被拉伸状态，处于基本竖直（不啮合，无影响）。一旦发生牵引托车板的钢丝绳突然断裂的意外，在断线瞬间，两侧弹簧迅速收缩，使得双侧的小齿条紧紧啮合在竖直的双齿齿条上，完成紧急制动，同时也切断电源，锁死拖车板，实现断线保护，如图 7 所示。1.1.4载车模块载车板为纯机械结构，整体对称。由两个挡杆、弹簧及导杆等组成。两个导杆均穿过载车平面，后挡杆底端通过竖直短杆连接到 U 形机构及弹簧组成卡紧机构，形成一个独立的纯机械卡车系统，这可使连杆机构实现周期性往复移动。前挡杆与底部曲柄相连，可在一定范围调节距离，突破了原有固定一个距离卡车的限制，从而可实现不同轴距车的定位，可满足
10、不同车型汽车的停放。载车板底面及顶面如图 8、图 9所示。载车板是利用车上板和车下板的动力实现机构的触发与恢复。依靠车轮接触后挡杆为弹簧伸缩提供动力。运作时，车辆驶入载车板过程类似侧方停车，车辆先驶在载车板斜上方，倒车上载车板，后轮推动后档杆向后移动，底部弹簧拉伸，然后反转车头，向前行驶至前轮接触前档杆后完成停车，同时车辆前进时弹簧收缩，使得车辆卡紧，完成卡车；当取车，车辆退出载车板时，先倒车，再驶出，由于弹簧性质，装置可自动复位，准备下次存取运作。2结语此次设计的车库采用的模块化，适用于小区的不同路段、地形，满足用户的使用要求，提高了适用性。车位可加减，根据现场环境和需求衡量，最大限度利用空
11、间。载车、运车和停车的安全保护相互独立，互不干扰且可延长使用寿命长，方便了后期的维修与检测。载车板的设计，有效防止轿车在运送的过程中倾斜、震动、侧翻等意外状况，此次设计的载车装置，实现了对车辆的自动定位卡车功能，也加强了轿车图 1车库整体结构图图 2平移模块左视图图 3平移模块俯视图图 4升降模块图5升降模块斜侧视图图 6制动器自锁图 7防坠落自锁图 8载车板底面图 9载车板顶面保护模块平移模块升降模块托车机构钢架平移电机 1下层滑块上层滑块下层框架导轨Y方向上层双侧导杆平移电机 2X 方向升降电机导杆托车板行走机构电磁制动器弹簧小齿条双齿齿条U形构件后挡杆前挡杆弹簧曲柄ZYX862023 年
12、第 2 期在运送过程中的稳定性。在安全上，基于在断线和断电的双层保护，无论发生钢丝绳断裂或者意外断电，都可以瞬间锁死搬运机构，保护车辆安全。这些设计让车库有了更好的适用性和安全性，更具现实使用价值。参考文献1孟文生，华军杰，李风超.新型智能化垂直升降立体车库研究J.起重运输机械，2020（8）：68-71.2王永昌，张功学.机械式立体车库研究现状与发展趋势J.机械管理开发，2021（1）：246-247；254.3金之明.机械式立体车库研究现状与发展趋势研究J.内燃机与配件，2021（17）：167-168.4杨明.机械式立体车库的发展现状及实际运用分析J.内燃机与配件，2020（15）：18
13、0-181.5陈宗泉.立体车库的特点、应用及其发展前景探讨J.全面腐蚀控制，2021（4）：42-44.6张明宇，费叶琦，赵建平.我国立体车库发展现状的初探J.科技创新与应用，2020（19）：45-46；50.7濮良贵，陈定国，吴立言.机械设计M.北京：高等教育出版社，2018.（编辑：王慧芳）Three-Dimensional Design of Modular Three-Dimensional GarageMiao Guoxiang,Li Hui,Zhang Hua,Zhang Zijian（Gansu Agricultural University,Lanzhou Gansu 730
14、070）Abstract:In order to alleviate the problem of difficult and chaotic parking in the city,this three-dimensional garage model with flexibleaccess and automatic truck function is designed.This time,the method of establishing three-dimensional model is used to carry out theresearch and design for ti
15、ghtening the card,accessing and handling vehicles and improving safety.The garage is composed of four modules:translation module,lifting module,protection module and car-carrying module.The overall steel frame structure,parking spaces can beincreased or decreased and do not interfere with each other
16、.Pan and lift module to achieve the vehicle access handling function,the carriermodule of the carrier plate design,to achieve the truck and automatic reset function,and break the original fixed a distance truck limit.Finally,the use of mechanical structures and motors with each other to achieve the double protection function of power failure and wirebreakage to improve safety.Key words:modular;stereo garage;3D model;variable number of spaces;automatic truck;double protectionHeating Efficiency Te
