曹 强，李必文，胡西云

(南华大学机械工程学院，湖南衡阳 421001)

0 引言

相比于简易升降式、升降横移式、垂直循环式、巷道堆垛式和传统垂直升降式停车库，深井式立体车库具有占地面积小、库容大、能耗低、噪声小、存取车时间短、能因地制宜地组合成车库群的优势，适用于城市中心商业密集区、高容积率商务办公楼区和住宅小区，经济效益和社会效益明显。某型深井式立体车库适合X～C型汽车的停放，其升降动力系统由液压马达、齿轮齿条机构和同步装置三部分组成，如图1所示。

图1 某型深井式立体车库升降动力系统结构图

在该系统零部件的设计制造和使用维护过程中，逐步形成了不同组合的设计方案。从系统工程的观点出发，以各组合方案的技术特性、运行特性、经济特性和社会特性为研究对象，提出并构建升降动力系统的评价模型，通过科学分析和量化评价，使其在加工、装配、运行、维护、成本控制和绿色环保等方面达到平衡与完善，就显得十分必要［1-2］。

1 升降动力系统的评价目标

1.1 评价目标树

在设计原理正确、样板工程得到广泛认可的基础上，确定的升降动力系统评价目标包括:加工装配性好;运行安全可靠;成本合理;社会反响好，有发展前景。因此，课题组用系统分析方法对总评价目标进行了分解，形成了如图2所示的评价目标树。图2中gi为各评价分目标的加权系数，上级目标gi等于下级目标gij之和，且gi＜1，∑gi=1，用矩阵表示为:G= ［g1，g2，g3，g4］。

图2 升降动力系统评价目标树

1.2 评价目标的内容

某型深井式立体车库的珩架及附件共重5 t，车重按2.5 t计，对重设计为6 t。

(1)技术特性 技术特性包括零部件的加工工艺性和装配工艺性。

零部件的复杂程度、加工难度影响其加工工艺性［3］。统中:①液压马达虽然都选取具有驻车制动功能的NAM3-350ZP型径向柱塞式液压马达，但其输出轴连接法兰孔系的孔径大小和螺纹孔个数不同，一种为原始型的10-φ12.5，一种为定制型的15-φ17。经螺纹组所受转矩的分析与强度计算，原始型10-M12高强度螺栓组虽能满足输出驱动扭矩472.5 N·m的需要，但法兰螺栓组却不能满足极端状况下(配重曳引钢丝绳全部断裂时)所需静态制动力矩2 362.5 N·m的需要;定制型15-M16高强度螺栓组能满足极端状况，却使液压马达及其安装底座的机加工工作量加大;②齿条的两种防松形式影响到其加工难度:单螺栓防松式齿条的螺纹盲孔加工难度大，多螺栓防松式齿条的光孔加工难度小，如图3、4所示;③同步装置两种形式的错齿消隙机构影响到错齿齿轮的加工难度，扭簧错齿式齿轮的加工难度显然大于手工错齿式的。

图4 多螺栓防松式齿条

图3 单螺栓防松式齿条

零部件的复杂程度、定位特性、工装夹具特性及装配方式影响其装配工艺性［4］。在该系统的现场安装及后续的维护工作中，如采用图5所示的精度为0.02 mm/m的磁性直角水平仪(替代建筑用垂直检测尺)、图6所示的自制高精度齿距规(不是依赖于齿条端部榫头的加工精度)，则可方便地调整齿条的位置精度及控制齿条榫接部位的齿距误差。

(2)运行特性 运行特性包括安全可靠性及可维护性［5-6］。在该系统中:①定制型液压马达的安全冗余度大于原始型;②对于齿条防松，多螺栓式比单螺栓式更加可靠;③高精度工装夹具的应用，不但可提高齿轮齿条机构的传动精度，也可降低运行维护的技术难度;④扭簧错齿比手工错齿更便于消隙调整和机构维护。

图5 磁性直角水平仪

图6 自制高精度齿距规

(3)经济特性 零部件的技术特性、运行特性以及对装配资源和维护资源的投入，均会影响成本、利润及投资回收期［7］。

(4)社会特性 社会特性包括噪声、振动、环保、市场效应及可持续发展等。

1.3 组合方案的确定

在样机试制、样板工程施工过程中，课题组针对升降动力系统的不足之处加以改进和完善，并按照优化过程的顺序，提炼出三种影响升降动力系统技术特性、运行特性和社会特性指标的组合方案，即:

方案A:原始型液压马达、驱动齿轮、单螺栓防松式齿条、不采用高精度工装、手工错齿式消隙机构、断开式同步轴。

方案B:原始型液压马达、驱动齿轮、单螺栓防松式齿条、采用高精度工装、扭簧错齿式消隙机构、断开式同步轴。

方案C:定制型液压马达、驱动齿轮、多螺栓防松式齿条、采用高精度工装、扭簧错齿式消隙机构、断开式同步轴。

三种组合方案的确定，为研究如何以一种较经济合理的制造装配工艺较好地满足产品运行维护、推广应用的需要提供了前提条件。

2 加权系数设置

图2已对影响升降动力系统方案评价总目标的不同因素进行了分类，要定量评价则需根据各分目标的重要程度进行加权系数的设置和计算。笔者采用强制判定法(FD法)计算加权系数，其判别表如表1所列。表1中，某项比另一项重要得多则分别给4分和0分，某项比另一项重要则分别给3分和1分，两目标同等重要则各给2分，最后根据各分目标的判别分 ki计算求出其加权系数 gi［1］。

3 对各组合方案的评价目标评分

由设计制造工程师、现场施工人员、运行维护人员、开发商和用户代表等对升降动力系统各组合方案的4个特性进行集体评分，以减少个人主观因素对分值的影响。采用百分制，对几个评分者所评价的分数取平均值或去除最大最小值后的平均值作为有效分值，如表2所列。

表1 加权系数的判别表

表2 升降动力系统零部件及装配资源评分表

依据表1的加权系数，将加工工艺性和装配工艺性的分值按在技术特性中的占比组合，将安全可靠性和可维护性的分值按在运行特性中的占比组合;再将每种方案的每个特性总分值均除以4。由此得到A、B、C三个方案对4个评价目标的评分矩阵，即:

4 求各方案总分并进行选择

按公式N=GPT= [N1N2N3]计算 A、B、C 三个方案的总分，则

由此判断在综合考虑技术特性、运行特性、经济特性和社会特性指标的情况下，各组合方案的优劣顺序为C、B、A。现实际实施的项目即采用方案C。

5 结语

发展地下停车空间是解决城市停车难问题的有效途径，深井式立体车库正处于推广应用阶段，有望取代传统的机械式立体车库。笔者应用系统工程方法，对某型深井式立体车库升降动力系统提出了三种有利于进行客观、有效、高置信度评价的组合方案，构建了多因素分析与评定模型，优选出技术特性、运行特性、经济特性和社会特性等方面达到平衡与完善的组合方案，实现了升降动力系统的价值优化，为其改进、完善和推广应用提供了决策依据。

［1］ 高 志，黄纯颖.机械创新设计［M］.北京:高等教育出版社，2010.

［2］ 佘开莲.机电产品开发中的价值优化技术及其应用研究［D］.重庆:重庆大学，2009.

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［4］ 周 涛，陈 佳.三维装配工艺设计及车间指导［J］.国防制造技术，2013(4):24-27.

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