孙慧超 郭金雨 杨子康 王洋 刘远亮 张熠

摘 要 随着机动车拥有量及其停车需求的快速增长，自动化机械式停车场近年来有了快速的发展，然而市场上已拥有的相关产品绝大多数为空间停车场，由于空间结构自身存在的安全风险及车辆存取时间较长，能耗及维护成本较高等诸多缺陷未能广泛普及应用。本文介绍的平面模块集成式自动停车装置，采用平面结构的设计，并通过模块集成，多存取口等结构特点，解决了已有产品的缺陷，在节约空间的同时安全，快速的存取车辆。

关键词 机械设计 自动化停车装置 应用研究

中图分类号：U491 文献标识码：A

0前言

机械式停车设备的应用已有30余年历史，发展较早、较好的有国家日本、韩国、德国等。在亚洲机械式停车设备采用较早、应用较普遍的是日本、 韩国和我国台湾省 。城市停车不但要占用相当规模的土地和空间，而且停车空间的分布和集中程度与城市地级差收益的划分情况是一致的。这就是说，城市中土地价值最高的地区，也是停车需求量最高的地区，因而使停车空间的扩展相当困难，需要付出很高的代价。机械式立体停车库为停车难问题提供了一种解决方法，我国机械式立体停车设备的研究工作从20世纪80年代开始，目前市场上已拥有如升降横移式，巷道堆垛式，垂直提升式等多种结构的机械化立体停车设备，但立体停车设备结构复杂，安全性低，使用风险大且成本较高等诸多缺陷限制了其广泛的应用，市场巨大潜在市场的机械式停车产业一直未能进入高速发展时期。

为此，针对市场需求及立体停车装置的诸多缺陷，本文设计研发了平面模块集成化自动停车装置，具有结构简单安全，空间适应性强，车辆存取时间较短等诸多优点，为城市停车难问题提出了一种新的解决方案。

1平面模块集成化自动停车装置的设计要求及总体方案设计

1.1平面模块集成化自动停车装置的设计要求

结合市场立体停车装置的缺陷及对于平面模块集成化自动停车装置的功能设想，我们对装置提出了如下的设计要求：

（1）平面模块集成化自动停车装置为满足对不同停车空间大小的适应性，应具有可拼接的特点，对于不同大小的空间，模块集成出不同大小不同停车数量的装置。

（2）平面模块集成化自动停车装置需要同时存取多个车辆，以节约车主的时间，故装置应设置多列多个存取口，实现迅速存取车辆的要求。

（3）平面模块集成化自动停车装置，作为自动停车技术领域的设计，应实现控制全自动化的要求，存取车辆全程系统控制，方便快捷。

1.2平面模块集成化自动停车装置的总体设计方案

根据前文所述设计要求，设计出平面模块集成化自动停车装置的机械结构，示意图如图一所示，其结构特征共包括：（1）载车平台；（2）平台夹头；（3）升降移动半月板；（4）平衡光杠；（5）升降传动丝杠A；（6）移动平台（含螺纹旋合）； （7）移动轮；（8）移动传动丝杠B；（9）丝杠支架；（10）拼接轨道，此外并包含两类步进电机，连轴器，同步带及带轮。

车辆存入的运行原理是：首先于每列装置最外端额外增加一列轨道及丝杠，此位置可设为位置一。车辆准备驶入时，升降移动半月板将该列轨道预备停车位置的载车平台装夹，轨道两侧的升降传动丝杠A端处步进电机同时运转，两根丝杆同步运转，进而带动升降移动半月板沿竖直方向提升，载车平台被同时带动提升。此时，移动传动丝杠B端处步进电机运转，并由同步带轮保证两根丝杆同步运转，进而带动移动平台及移动轮沿拼接轨道纵向移动，在移动到位置一之后，升降传动丝杠A带动升降移动半月板及载车平台降落，车辆驶入载车平台。再由升降传动丝杠A带动升降移动半月板及载车平台还有车辆提升，移动传动丝杠B带动移动平台及移动轮沿拼接轨道运行至载车平台原有位置，将车辆与载车平台下落，升降移动半月板松开与载车平台的装夹，完成车辆的停放过程。

2平面模块集成化自动停车装置的具体结构设计

如图1所示，根据装置的总体设计方案，对装置各个结构做出如下的具体设计说明：

结构（1）载车平台配备于各列各节轨道，用于装载并停放车辆，平台可设立边界及卡槽以防止车辆运输过程中可能出现的滑动甚至滑落，也可在本产品上延伸配置安全装置实现车辆的防盗。

结构（2）平台夹头用于装夹载车平台同时连接半月板，于平台两端同时配置安装，平台夹头与半月板之间以螺栓连接（前后两处对称分布），与载车平台间需采用可控制连接以保证对平台实施装夹后的移动及解除装夹后于固定位置的停放。

结构（3）升降移动半月板用于连接平台夹头与平衡光杠及升降传动丝杠A，与升降传动丝杠间采用螺纹旋合，丝杠的转动转化为半月板的升降，与平衡光杠间采取间隙配合以防止产生较大摩擦从而增加功率及两个零部件的受损。

结构（4）平衡光杠用于连接升降移動半月板及移动平台，光杠与升降传动丝杠之间以非直线排列的结构方式，提高了车辆在运输过程中的稳定性，避免车辆与载车平台的侧摆，平衡光杠要保证一定的横截面积并选用一定强度的材料，避免在承受端部扭矩时发生变形丧失作用，影响装置运行。

结构（5）升降传动丝杠A负责带动载车平台，平台夹头，升降移动半月板及所运输车辆，使其可在竖直方向上顺利移动，为保证传动的灵活性并减小摩擦损耗，采用滚珠丝杠传动，为保证两根丝杠的同步运行，于同侧两根升降传动丝杠下方接近移动平台处分别安装同步轮以及同步带，步进电机可置于任一根丝杠上方通过联轴器与移动传动丝杠A相连，电机接驱动器，驱动器接控制板，控制步进电机正反转及设定圈数控制结构载车平台，平台夹头，升降移动半月板及所运输车辆按照需求上升或下降

结构（6）移动平台及结构（7）移动轮负责车辆沿拼接轨道的纵向运输，移动平台含内螺纹与移动传动丝杠B旋合，以移动传动丝杠B的旋转带动移动平台的纵向移动，移动平台横截面积适中以在节约空间的同时不影响上方装置平衡光杠，升降传动丝杠A及其上同步带轮的空间分布，移动轮在每侧安置两个或以上保证移动平台的稳定性。

结构（8）移动传动丝杠B带动移动平台及移动轮的纵向移动，为保证传动的灵活性并减小摩擦损耗，采用滚珠丝杠传动，为保证两根丝杠的同步运行，于同侧两根移动传动丝杠B分别安装同步轮以及同步带，步进电机安装在任一根丝杠端部通过联轴器与移动传动丝杠B相连电机接驱动器，驱动器接控制板，控制步进电机正反转及设定圈数控制结构移动平台及移动轮的纵向移动，而对侧与同侧的步进电机可给予同步的启动从而保证两侧同步。为满足不同大小空间对装置纵向长度的要求，移动传动丝杠需实现可拼接性，纵向相邻两根丝杠分别与结合端部加工一定长度的外螺纹及一定深度的內螺纹，二者旋合连接并加销紧固从事实现可拼接性，做到模块集成化。

结构（9）丝杠支架及拼接轨道分别起于两端托举丝杠及保证移动平台及移动轮沿轨道运行的作用，为满足不同大小空间对装置纵向长度的要求，拼接轨道需实现可拼接性，相邻两段丝杠设置螺纹连接实现可拼接性，做到模块集成化。

为了实现可拼接性，以模块集成化的方式广泛适应于大小不同的停车空间，如图2所示，传动丝杠及运行轨道分段设置，并均可通过螺纹连接实现前后两节或两段（下转第242页）（上接第231页）丝杠的可拼接性，可连接可拆解，不同大小的空间可选择不同数量的传动丝杠及轨道。传动方面，全部采用滚珠丝杠进行传动，避免了齿形带回弹等因素的干扰，同时可于丝杠一端安装同步轮及同步带，保证丝杠的同步运行。为减少存取时间，可于横向设置多列装置，每列装置可独立运行独立存取车辆，以多存取口的方式节约了存取时间。

3系统控制说明

本装置的系统控制分为两个部分，一是对轨道上传动丝杠的控制，以实现移动平台于相应位置的停止与启动（设为程序A）；二是对移动平台上传动丝杠的控制，以实现在移动平台停止时提升与降落载车平台（设为程序B）。装置两个部分均采用单片机程序控制，将控制程序烧录至单片机控制板中，控制板连接驱动器，驱动器连接步进电机进而控制与电机连轴的传动丝杠。部分一控制板连接一个驱动器带动电机，由于轨道两侧两段丝杠用同步轮及同步带连接，故同时控制两段丝杠同步转动，程序A设定：步进电机正转n圈后停止相应间隔后反转n圈，丝杠返回初始位置，在该间隔内程序B运行。部分二由于两侧两段丝杠间存在载车平台，不便设置同步带轮，故一个控制板连接两个驱动器带动两个步进电机，进而控制两段丝杠同步转动。程序B设定：两步进电机x，y同时正或反转m圈后停止，可实现车辆及载车平台的提升及降落。

4结论

不同于市场上常见的立体停车装置，平面模块集成式自动停车装置采用平面设计，结构安全可靠性高，实现了模块集成可拼接性，多存取口全自动化等设计需求，解决了市场上立体停车装置存在的诸多问题，为现实生活中城市狭小地带停车空间不足，存取车辆时间长，效率低下，以及车辆随意停放导致的车辆安全隐患及车辆质量受损的问题提供了一种新的解决方案。

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