钟方飞,朱　亮△,黄先君,周　斌,张博弘,于　爽,赵续多(.北方民族大学化工学院，宁夏　银川　7500; .宁夏北方巨源液压工贸有限公司，宁夏　银川　75000)



液压电梯式立体自行车库液压系统设计*

钟方飞1,朱亮1△,黄先君2,周斌1,张博弘1,于爽1,赵续多1
(1.北方民族大学化工学院，宁夏银川750021; 2.宁夏北方巨源液压工贸有限公司，宁夏银川750100)

摘要：为了减少交通工具气体排放量，自行车使用量增加，但其停放存在很多问题，开发多种功能自行车停放装置具有现实意义。自行车立体车库的总体机械结构,采用电梯提升机和平移存取构型，升降机构的驱动装置采用液压电梯技术并用电液比例阀进行控制，电梯升降的速度和加速度变化规律不受负载的影响。全自动地下自行车车库具有全自动化、智能化、立体化、海量存储、存取快捷、美观防盗的特点。

关键词：液压电梯；立体自行车库；液压系统设计；电液比例控制

△通讯作者：朱亮，男，博士，高级工程师，主要研究方向为先进制造技术及机电系统测控，E-mail：zhuliang_cf@hotmail.com。

1　概述

减少交通工具的尾气排放量已经成为现阶段社会各界为维护绿色环保而提出的主题之一，使用自行车作为主要的出行交通工具已被人们所接受[1]。然而自行车使用量的激增却给市政管理等方面提出了更高要求，如果停放空间狭小，自行车外表易被破坏；乱停乱放自行车，则会影响市容市貌；自行车车道与人行道之间相互重叠，则会阻碍交通；自行车停放处无人看护时，则被盗窃频率较高[2]。自行车停放所引发的一系列问题越来越受到关注。由此促使人们相继开发了一系列能够保证自行车在停放时比较安全、稳定以及可以充分利用空间等多种功能的自行车停放装置。

2　自行车车库现状

自行车停车架是目前普遍使用的自行车停放装置，该装置使用普通金属制成形状各异的栏杆，利用车锁将自行车锁在栏杆上，有的则利用两杆间的空隙夹持自行车车轮来保证停车的稳定性。此类自行车停放装置安装较简便、制造成本低，可根据实际情况摆放，适合于自行车停放面积充足、停放时间短的场合，如街道或小区等[3]。因车架之间间隙小，当自行车存入的数量比较多时，易造成自行车之间相互阻碍和摩擦等后果，以上装置均为露天式，易受气候等外部环境的影响，不能对自行车起到有效的保护作用。为弥补以上缺陷，设计出了自行车停车棚。该停车棚是一种建立在固定区域上半密闭或密闭的遮蔽棚，在棚内安装自行车停放架。其特点是结构简单、成本较低，可以有效避免自行车受外界因素的影响、减少自行车乱停乱放行为的发生并可以保证自行车停放的稳定性[4]。但这种停车棚占地面积较大，棚顶容易损坏，需要经常维护，遮阳、防风、挡雨效果不好。以上自行车停放装置如图1所示，其中（a）为曲线型停车架，（b）为自行车停车

图1　各种自行车停车装置

3　自行车立体车库设计

随着机械电子技术的发展、人们生活质量的提高，全自动、方便快捷、存储量大的新型自行车停放装置也逐步受到重视。未来城市的自行车停放装置将向自动化、智能化、立体化，以及海量存储、存取快捷、美观防盗等多功能方向发展[5]。

自动存取多层回转立体车库的基本结构参数如下：自行车每层排列为环形阵列；每层存放18辆；每层间距1.5m；车库总高度12层，总长18m。立体车库效果图如图2所示。

图2　自行车立体车库效果[1]

这是一种建设在街道地面以下深度大约18m的全自动化的自行车存放系统，可以容纳216辆二轮自行车。该车库只有入口部分露出地面，地下部分为圆柱形结构，其直径可达10m，自行车停放架沿着圆柱形结构一层层搭建起来。整个圆柱形构架的中心空余部分用于安装车库的核心部分——机械手、升降电梯、机械手行走装置以及控制电路等，以保证机械手臂进行自行车的控制、升降、夹取、检测及安全保护等。车库的磁卡感应装置使用标准的智能型IC卡。这种安全防盗技术加上整个车库的地下圆柱形结构，车库的防盗能力得到很大提高。存车者只需将自行车放在指定位置，按下存放按钮并且使用IC卡进行感应，停放装置的机械手臂会自动钳住自行车，然后存放系统门自动打开，自行车进去，把自行车存放至停放装置的空闲位置。取回自行车也一样迅速，只需刷一下IC卡,自行车就会自动被机械手臂传送到取车者的面前。整个存取车过程只需30～35s。自行车库自动管理控制系统由多个执行元件、动力源以及计算机控制系统构成，执行元件是设在每个停车单元体前端的一个机械手，动力源为液压泵站，计算机控制系统包括中央微处理机，出卡机、读卡机、检测系统、停车单元控制器以及显示屏等，车库主要由进出口设备、库内搬运设备、车辆存放设施、电控系统、安全检测装置等组成。运送自行车的装置是在圆柱体的中心位置，这样就可以把移动自行车的距离缩减到最小。

立体车库的总体机械结构,采用电梯提升机和平移存取构型，要求传动装置可高速度运行。平移机构存取车辆时,要求起升机构具有很高的平层精度,以减小撞击。为了保证安全、低噪声、平移制动平稳,要求传动装置具有自动加减速功能,升降机构的驱动装置采用了液压电梯技术。

液压电梯电液比例控制系统只起到搬运作用，无直接存取的作用，动力部分是液压工作站。液压电液比例速度控制通常情况下采用流量控制可以实现，此时可以利用比例节流阀、调速阀或者方向控制阀来实现[6]。而在大功率的系统中则可以采用电液比例变量液压泵或者变量马达来实现。

车库所用液压电梯运行速度的液压控制系统原理图如图3所示。

图3　液压电梯电液比例控制系统图

液压电梯的轿厢利用单作用柱塞液压缸6顶升，轿厢及负载的质量及惯性力均由液压缸直接传递给地基。图示系统用了两个比例流量阀分别控制升降速度；3为三通比例调速阀，用以控制电梯上升速度，并且实现负载压力匹配，节约能耗；2为二通比例调速阀，对电梯下降实现回油节流调速；5为电液安全止回阀，装于液压缸的端盖上，可以防止因阀2失控或者油管破裂而造成轿厢自由下滑事故。

柱塞式液压缸的采用，使得电梯的有关建筑不必承受很大的载荷，可采用轻型的结构；电梯的顶部不需要电气传动电梯那样设置牵引机房，因此液压电梯发展异常迅速，但是，液压电梯的举升高度因受到液压缸长度所限，一般可以适用于高度35m以下的建筑物[7]，比较适合于18m高的自行车立体车库。

电梯运行要求有特定的启动加速和制动减速性能，以求实现乘载的舒适性和快捷性的统一。

当采用电液比例控制方式时，可以通过输入电信号设定。由于比例调速阀的负载压力补偿性能，故输入信号变化曲线给定后，电梯升降的速度和加速度变化规律不受负载的影响。电液比例阀组成的闭环控制系统方框图如图4所示。

图4　电液比例控制系统

由于采用了电液比例控制方式，使得自行车停车装置能够对车辆简单地实现程序控制、自动连续控制和远程控制，在制造过程中，电液比例控制阀的工艺比电液伺服阀容易并且制造成本低，而效率比电液伺服阀高[8]；该控制方式把液压传动力量大的优点与电的灵活性、快速性等优点结合起来，能够按比例地、连续地控制液压系统的执行元件—轿厢运动的速度、力和方向，能够防止速度或压力变换时产生的液压冲击现象；简化了整个车库系统，减少了元件的使用量，其使用条件、保养和维护与一般液压阀相同，耐污染；虽然控制性能比伺服阀差，但静态性能和动态性能可以满足自行车停车装置的要求，技术上容易掌握，工作可靠；又由于对轿厢进行的是位置控制，所以，此时的电液比例阀组成了闭环控制系统。

4　结论

全自动地下自行车车库具有全自动化、海量存储、存取快捷、防盗的特点，适应于新时代发展特点—城市不断扩大、人口持续增加，自行车使用量递增，以及人们生活质量不断提高。特别适合于北京、上海、广州等这些人均占地面积少、出行人口密集、自行车拥有量极大的中心城市。

参考文献：

[1]王琴,杨连发,张震,等.自行车停放装置的开发应用现状及发展趋势[J].现代机械,2009(5):82-84.

[2]刘俊,刘同山,张东平,等.自动存取地下回转式立体自行车库系统设计[J].科技创新与应用,2013(10):10-11.

[3]徐兵,林建杰,杨华勇.液压电梯的发展历程及展望[J].机床与液压,2005(10):9-10.

[4]刘俊,杨罡,陈炎钦.多层循环式自行车库机械结构及控制系统设计[J].上海电机学院学报,2011(14),1:21-25.

[5]李松玲.船用液压电梯液压系统设计[J].船舶工程,2013 (35)3:78-81.

[6]孙骅.液压电梯新型结构的设计与分析[J].机电工程技术, 2009(38),2:57-60.

[7]张鲁生,许胜元.禄口机场液压电梯性能的分析与比较[J].机床与液压,2012(40)11:164-165.

[8]吴小平,肖杰,李培.三级同步液压缸控制的液压电梯仿真分析[J].机床与液压,2013(41)10:65-68.

中图分类号：TH137. TU976.3

*基金项目：宁夏自治区大学生创新训练计划资助项目(QJCX-2014-032)。