施卓奇 徐翠 吴超杰

摘 要：本研究基于传统二层自走式车库基础上，进行结构创新，建立智能感应系统。具体分析了停车地况（车流量小的停车场），车库静止、动态受力及侧翻受力的强度。在上述基础上趋向轻量化结构设计，创建智能感应一体化，对车主下车及行人误入等一系列突发情况进行模拟，设计出安全保障结构。根据车库结构设计的最终结果，通过solidworks拉伸装配出车库结构设计，通过有限元分析模拟及强度计算显示，创新设计后的车库，可接受规格更大的汽车，维修周期增长，停车均为机械式，取车时间8到10秒。

关键词：车库；智能；结构创新；安全保障；私家车

前言

随着经济的发展，私家车保有量逐年上升，且一个家庭拥有两辆及以上数目的私家车数不胜数[1]。日益严峻的停车空间催生了各种停车设备[2]，停车空间提升率高，停、取车时间短，环保整洁，维修周期短，成本低，地况兼容度大这些特点，成了企业客户所追求的停车设备性能[3]。

传统的双侧立体停车设备只是满足了车位一变二[4]，导致使用体验和安全防护不理想，有些车库甚至对新手驾驶员来说十分不友好[5]。这极大破坏了人们对双层车库的使用印象，智能二层车库是以车位一变二的设计理念上，创新结构，建立智能系统，丰富了地况使用要求，改变以往客户的停车印象，降低停、取车时间，大幅提高安全系数，也满足企业要求的低制造成本，低维修成本。这款设备对于目前的停车理念具有很大的现实意义。

1 研究方法

本研究的研究方案，通过传统二层车库的原始理念——车位一变二，运用solidworks三维软件建立基础构架，选定私家车重量为3吨，总长度5米，宽度2.5米为实验数据，因为镁合金在汽车行业的应用[6]，未来汽车逐渐趋于轻量化[7]，所以本实验数据可看成极限数据。在基础构架上，创新结构，建立出翻转式二层车库。然后进行受力分析，计算出各个支撑杆所承受的载荷和弯曲强度，在通过满足支撑杆的受力情况下，修建模型，重新建立出轻量化的车库，最后用CAD导出，并进行尺寸修正，获得最终车库模型。

再用solidworks三维软件的触碰检查和运动算例[8]来对车辆停车进行模拟，观察车库使用情况，及车主的使用体验。在模拟过后，更改模型尺寸来符合车辆进入的实际情况。

2 基础模型的建立及结构创新

2.1基础几何模型

双层立体车库的原始理念就是车位一变二，利用纵向空间，节省地面占用面积。与其他类型的车库相比，其具有构造简单，无需地面工程动土，地况适应性强[9]。还可任意搬迁，停、取车时间短，能适应办公人士快节奏的工作方式，也可用以家用收藏汽车位。但目前，二层立体车库过多的注重结构的简便，却忽视了用户的停车体验[10]。本车库通过传统双层车库的设计理念，建立了基础结构，根据以往双层车库出现的种种问题，进行创新结构如图2所示。运用液压缸作为动力元件，双曲柄的结构形式带动二层载车板进行翻升，经过计算的曲柄可以保证二层载车板，在举升的过程中始终与地面保持平行，这很好的保证了汽车在上升过程中的稳定[11]。

2.4二层载车板工作状态

二层载车板的工作状态，液压缸回到原始位置，经过计算，此时圆拱的两个轴心对齐与地面平行，且液压缸底面与底座的上表面贴合，这使车的载荷从圆拱过渡到底座时，为液压缸提供承载力，保证设备的牢固性。二车载车板的实际有效宽度有2.2米。二车载车板在放置地面后，与行车道平行，这对新手驾驶员来说非常友好，车主直接将车开上平台，随即下车，控制APP或手动按钮将平台翻身至上空间位。

2.5一层载车板工作状态

一层载车板的工作状态，由安装在底座内侧的齿轮齿条作为动力元件，传动时保证了精确的传动比[12].在前端两侧装有导向轮，载车板的下方还拥有承载轮，其同样装有与二层载车板一样的减速带，用于给汽车进行横向定位。其也同样是平行于行车道，一层载车板的有效宽度比二层板宽。移动时间为0.375m/s。

3强度分析

3.1支撑柱的强度校核

图8所示本车库在有限元分析下的结果显示，二层载车板所受载荷为30000N，即三吨小轿车的重量，圆拱及前支撑柱和载车板均为Q235碳钢，分析显示，前支撑柱的屈服强度为282.7Mpa，而本车库的受力最大点的载荷为62.59Mpa，完全可以承受中小型轿车。当压力升到13吨时，即1.3×10^5N，车库实际所受的最大屈服强度接近理论最大屈服强度，即说明本车库可承受13吨及以下的重物。数据显示在二层载车板上有最大位移量为0.2mm，其他部件均有一定量的位移，但没有发生肉眼可见的崩塌型形变。

4结果分析

4.1创新结构优化结果

从上述可知，本设备（翻转式智能立体车库）在结构上与传统二层车库全然不同，后者往往采用单支撑型安全构架，这具有极大的安全隐患，甚至连台风这些自然灾害都会使该设备发生坍塌。但本设备采用双支柱构架，在达到最大限位时，液压缸与前曲柄及二层载车板形成三角形[13]，牢固稳定，底座由地脚螺栓与地面紧密相连，当然地脚螺栓拆装方便，适于搬迁。本设备左右两侧的构架，即已形成了保护功能，本设备的载车板宽度比传统车库更宽，更长，能接受市场上规模更大的汽车。汽车兼容性大幅提高。

本车库最大可承受载荷为1.3×10^5N，此结果可承受所有中小型轿车。优化后的车库结构更加简明，支撑效果更好，性价比升高。

5结论

本研究通过翻转式立体车库的结构设计，完全创新了以往所没有出现过的车库结构，，重新定义了智能立体车库。主要研究成果如下：

（1）采用双支柱型的结构，最大承受载荷提升至1.3×10^5N，更安全更牢固

（2）停、取車时间均缩短至8秒，提升用户体验。

（3）载车板更宽更长，汽车兼容性大幅提高，可接受SUV。

（4）视觉传感器及红外感应装置的安装，确保行人安全，也起到恐吓小偷的作用，在此基础上，可以发展出更多的智能系统，对未来的立体车库设计提供构想。

（5）APP控制及手动紧急按钮，保证设备在突发情况下的运行。

（6）运用solidworks三维软件进行了CAD图纸的修正处理，以便于批量生产，通过三维软件的碰撞检查及运动算例，确认了设备是满足要求的。

（7）结构清晰简单，成本低，投放效果好，随着私家车保有量的逐年上升，本设备具有很好的市场前景。

参考文献

[1]朱祥和.基于多元线性回归的私家车保有量预测[J].湖北工业大学学报，2011，26（3）：38-39.

[2]梁先登，刘英舜，陈征.机械式停车设备研究[J].起重运输机械，2010（3）：58-62.

[3]邵海燕.立体停车设备的特点与选择[J].中国科技信息，2016（9）：112-113.

[4]陈力禾，刘正，林立，等.镁——汽车工业通向新世纪的轻量化之路[J].铸造，2004，53（1）：5-11.

[5]范子杰，桂良进，苏瑞意.汽车轻量化技术的研究与进展[J].汽车安全与节能学报，2014，5（1）：1-16.

[6]Zhang C，Jiang Z，Lu D，et al.3D MEMS Design Method via SolidWorks[C]// IEEE International Conference on Nano/micro Engineered and Molecular Systems.IEEE，2007：747-751.

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[9]王淑坤.曲柄四杆机构尺寸的优化设计[J].装备制造技术，2002（1）：8-10.

[10]魏泽川.齿轮传动的特点分析及失效形式[J].中国包装工业，2012（19）：33-34.

[11]杨儒军.三角形的稳定性[J].湖南教育旬刊，1999（8）：35-35.

[12]关保源.物业项目的停车场如何规划与管理更高效？[J].北京房地产，2009（1）：82-84.

[13]谢覃禹.考虑区位和环境影响因素的城市大型停车场选型研究[D].东南大学，2016.

作者简介

施卓奇（1998-），男（汉族），浙江省余姚人。浙江师范大学工学院，本科在读，专业：机电技术教育（师范）。Tel：17757992363；E-mail：17757992363@163.com。

（作者單位：浙江师范大学）