陈玉瑜，钟 璞，师丽俠

（江苏省常州纺织服装职业技术学院机电学院，江苏常州 213164）

0 引言

随着社会的不断发展，人民生活水平不断提高，车辆越来越普及，加之大部分城市小区规划时车位配备比例未达到1∶1（尤其20 世纪八九十年代老小区），所以出现了车辆无处停放或乱停放现象，严重影响了居民的日常生活，加大了小区管理的难度。针对这一现象，部分学者从供给侧改革、车位管理等宏观层面提出了解决方案[1-3]，市面上也已出现了一些立体停车库，可以大致分为升降横移式、垂直循环式、巷道堆垛式、垂直升降式、平面移动式、简易升降式6种类型[4-6]。

升降横移式采用以载车板升降或横移存取车辆的机械式停车设备，当某一车位需移动车库存取车辆时，其他的所有车位均能自行横移，其成本低，操作简单，接汽车迅速，等待时间短，但是每组设备必须至少留有一个空车位，链条牵动运行过程中有汽车倾斜坠落的安全隐患。垂直循环式立体车库通过减速电机带动传动机构，在牵引链条上，每隔一定距离安装一个存车托架，存车托架随链条一起以垂直方向做循环运动，从而达到存取车辆的目的，该停车系统设备动力单一、操作简单，一次转运即可完成存取车，但外形不美观。立体巷道堆垛式立体车库用巷道堆垛机将机车水平且同时垂直移动到预定泊车位置或相反取出汽车，适用于大规模密集式存车，这种立体式车库技术要求较高，单堆垛机成本较高，设备结构复杂，相对来说故障率高。垂直升降式立体车库主要通过升降机构、横移机构、进给机构及回转台之间的配合完成载车板的存放与取出，每个小单元的工作原理类似于常见的电梯运作方式，一般其高度较高，对设备的安全性、加工安装精度等要求都很高。平面移动式立体车库是指在同一层上采用搬运台车平面移动车辆，存车超过20 辆时，高峰取车时间过长，依次取车第20 辆约需30 min以上，实用性差[4-6]。

从以上的分析可以看出，目前的立体停车库外形难看、结构设计不合理，配置不方便、使用维护不方便等。为此，本文设计一款性价比高、外形美观，符合绿色城市理念的立体停车装置。

1 总体方案设计

设计的停车装置外形为摩天轮形状，如图1 所示，内外层各均匀布置12 个停车位，共24 个停车位（根据结构尺寸的大小，可以增减层数和每一层的车位数）。通过伺服电机驱动，均匀布置于可循环转动机构上的24 个停车位，可实现空间圆形路径平动。外层最低位为停/取车位，当某个停车位空载且处于最低点时，汽车可从地面直接开到停车位；内层的停/取车位与内层最低位相隔两个车位，这样可以防止内外层停/取车发生干涉，内层停/取车需要有上下车道，上下车道与出入口均采用分离形式。伺服电机每转30°停一次，保证停/取车位准确地旋转到内外层车库的出入口。该停车装置主要由机架、电动机、传动系统、车仓吊框等组成，每个车窗吊框上安装感应灯，便于识别空车位，同时又增加了美观性。

图1 总体方案

2 传动方案设计

采用齿轮传动、带传动作为传动方式达到减速的效果，这种结构外形美观，传动机构结构简单，传动安全可靠，传动平稳，制作成本低，如图2所示。

图2 传动方案

该停车装置较升降横移式停车库占地面积小、存放车辆数量多、传动平稳，安全可靠；较垂直循环式外形美观；较立体巷道堆垛式结构简单、成本低、维护方便；较垂直升降式安全可靠、成本低；较平面移动式存取车辆方便、接车迅速、等待时间短。

3 运动仿真

应用UG 软件完成各组成零件的建模及装配[7]，如图3所示。

图3 装配图

在模拟运动时，根据存取车的动作要求进行停车装置和汽车的运动设计，在软件中添加运动关系，然后进行运动仿真，观察停车装置的运动状态，检查干涉，并对其进行渲染[7-8]。当外层空车位旋转至地面时，汽车驶入车位，离开时可以原路返回也可以从对面驶出，如图4 所示；当汽车需要停在（驶出）内层车位时，内层空车位要旋转到车库内层出入口，考虑到斜坡上倒车的危险性，所以上下车道和进出口设计为分离式，如图5所示。

图4 外层汽车存取车

图5 内层汽车存取车

4 创客设计

利用机电创新平台“慧鱼创意组合模型”和“Makeblock模型”，通过结构设计、模块拼装与软件编程等环节，设计制作了摩天轮式立体停车装置，阐述了该装置的结构原理及制作过程，通过实验调试能够实现汽车的安全停放。

Makeblock 模型诞生于深圳，是集机械、电子、软件为一体的创意实现平台，其大部分零件都是6061 铝合金制成，具有色彩绚丽的特点，尤其是搭建出的圆形结构物品非常坚固可靠，而金属质感也能在一定程度上增强作品的专业性，因此被称为“金属版的乐高积木”。Makeblock的编程软件Mblock，是一款积木式（图形化）编程软件，可以实现图形化编程到c 代码编程的转换[9-10]。

该停车装置的主体结构采用Makeblock 搭建而成，如图6所示。而控制停车装置的正反转、每次转过的角度、内层载车板180°的旋转也是利用“Makeblock 模型”中的Mblock 编程软件来实现。程序如图7所示。

图6 主体结构

图7 程序图

慧鱼创意组合模型（fischertechnik）诞生于德国，是技术含量很高的工程技术类智趣拼装模型，是展示科学原理和技术过程的理想教具，也是体现世界最先进教育理念的学具，为创新教育和创新实验提供了最佳的载体[11]。

慧鱼创意组合模型的主要部件采用优质尼龙塑胶制造，尺寸精确，不易磨损，可以保证反复拆装的同时不影响模型结合的精确度；构件的工业燕尾槽专利设计使六面都可拼接，独特的设计可实现随心所欲的组合和扩充[12]。停车装置中的24 个停车位均由慧鱼模型搭建而成，如图8所示。24个停车位和主体结构组合，形成完整的停车装置，如图9所示。

图8 停车位

图9 停车装置

如图9 的停车装置在如图7 的程序控制下，能够实现正反转运动，并且每转30°停一次，保证内外层停车位都能准确地旋转到车库的出入口。

5 结束语

随着小汽车的逐渐普及，停车难的问题日渐突出。本文运用三维设计软件设计了一款摩天轮式立体停车装置，并且运用三维仿真软件对停车装置和汽车的运动进行模拟运动，观察停车装置的运动状态，检查干涉。最后以机电创新平台为载体，通过结构设计、模块拼装与软件编程等环节，制作了摩天轮式立体停车装置样机，直观呈现并阐述了该装置的结构原理及制作过程，并通过实验调试该装置能够实现汽车的安全停放。该停车装置外形美观、车位数目多，存取车方便可靠，制作成本低，能够保护车辆，增加绿化面积，该设计中融入绿色发展理念，推动了现代化城市的绿色发展，具有很强的实用性及较大的推广价值。