垂直循环式立体车库的装置设计

摘要

为缓解城市停车难、停车乱的问题，设计了具有灵活存取和空间利用率更高的三维立体车库模型。采用建立三维模型的方法，开展了针对缩短存取车辆时间、提升空间利用率、完善结构设计和提高安全性的研究设计。车库由三个部分：传动机构、旋转机构、升降机构组成，整体采用钢架结构，停车位可增减且互不干扰，传动机构耗能小且时间更快，升降机构的存车托架设计，实现垂直运动提升空间，而且突破了原有固定车辆大小的限制。最后利用机械结构与电机相互配合，实现断电和断线的双重保护功能，提高了安全性。

0 引言

近年来，随着中国城镇化进程的加速和汽车保有量的持续增长，城市停车难问题日益突出，立体车库能有效解决停车难问题，资料显示立体车库的停车密度高并且布置灵活。

根据市场规模分析，目前我国立体车库行业已经进入了快速增长期，市场规模在迅速扩大，技术水平显著提升，电控部分和材料部分已经进入成熟期，大量立体车库所需的材料都可以自产自供，成本已经降低。

但立体车库品种较多，我国目前立体车库存在的其一问题就是品种太过单一，立体车库大体上分为机械式、自走式以及半机械式三种，目前市场上的大部分车库的类型都是塔式立体车库。其二是结构设计不到位。模式较为固定，机电一体的设计难度较大，并且立体车库的模块式内部结构还不够完善，在电控方向还要提升。其三是不够便捷。车辆密集高峰期时，存取车的时间较长，插卡式存取车较为麻烦，用户体验感不好。

根据现有技术分析，目前立体车库对于车辆的调节限制性较差，且塔式立体车库的空间利用率不够高，通常一个车库结构只能存放5-6辆车，并且现在市场的大量立体车库都是钢架和钢架之间固定住的，关联性较强，耗能高的同时安全性不够。

综合来看，机械式立体车库虽然平均单车占地面积小了且场地布置灵活，但也存在着品种单一、模式固定、空间利用率不足、关联性太强且存取车不够便利的问题，在安全性能上也有待提升。本次以存取便捷，解构设计有所改变又降低建设成本，增强适用性和提高安全性为目标，设计了一款垂直循环式立体车库模型。

1.产品介绍

1.1总体结构设计

本次采用三维建模的方法，设计了一款可多个场所安置、停车数量明显增多、智能化存取车、安全系数高等功能的车库。车库整体可以根据市场要求、现场场地的环境对结构进行增减从而达到目标车位量。并且该车库可以在地下停车场实现，不仅限于地面的同时也保证了占地面积小。

该垂直循环式立体车库结构主要分为三个部分：传动机构、旋转机构、升降机构。垂直循环式的立体车库需要这三大部分的整体运作来完成。整体框架采用钢架结构，确保牢固以及稳定，存车托架由钢材所做的机械臂连接，保证车位互不打扰，机械臂便于适应各种不同的车型。当车辆驶入存车托架时，限位器会固定车辆的位置，防止晃动和偏移，通过先进的编码与数字扫描技术，将每辆入库车辆与立体停车空间进行精准匹配，实现了车辆与停车位的智能关联。利用机械结构和电机相互合作，实现断电短线的双重保护，提高了安全性。并且根据模拟分析，拟定车辆模型长100mm、宽40mm、高45mm。车库模型总设计为550mm，分为两列、总共16个车位。对此的主要目标用户时学校周边、图书馆、档案室等面积不大，但经常有大量停车位需求，且立体空间尚未大幅度开发的环境。

此立体停车库中通过优化空间布局，减少不必要的过道和行驶空间，最大化利用垂直空间资源，从而显著增加停车位数量。与传统平面停车场相比，该系统可提升30%-50%的停车容量。在增加车流容量上限的同时，使顾客返回取车的流程更加便捷。

1.2产品结构

1.2.1钢架结构

钢架结构主要由支撑边立柱、对拉横梁等组成。钢 架焊接导轨，还装有防止吊篮大幅度晃动的限位轨、电 机支架。支撑边立柱分别用高强度螺栓、垫片连接到主从动钢架上，对拉横梁用于连接主从动钢架，增加整体 钢结构的稳定性。整个钢结构的选择和制造过程均符合GB/T3811 的规范。钢结构的焊接方式为打坡口并进行探伤检测。

1.2．2存车托架

存车托架如图2所示，存车托架结构为纯机械结构，整体对称。由承载平台（2.5×5m）、防滑挡板、车轮限位器和机械臂组成。机械臂共同连接存车托架和在传动机构的传动带上，存车托架随传动带一起做垂直循环运动。存车时，将车开至车库存车托架的准确位置后，车辆限位器会有所显示，人退出车库，按动操作按钮电动机启动，存车托架随着传动带运动，直至下一个存车车库到进口位置停止。

1.2.3传动机构

传动机构如图3所示，由电机、减速器、传动带（链条）、皮带轮（链轮）和张紧装置组成，是垂直循环式立体车库的动力传递核心，蜗轮蜗杆在传动过程中的稳定性对装置也非常重要，并且传动机构负责将电机的动力传递到传动带上，驱动存车托架作循环运动。其主要作用是将电机的旋转运动转化为传动带的线性运动，带动托架升降。再通过减速器或变频器调节运行速度，确保托架平稳运行。

1.2.4升降平台

升降平台结构主要由连接块、立杆、滑块与升降平台构成，连接块与卷扬机伸出的钢丝绳连接，滑块与升降平台连接并沿立杆上下运动，使平台升降更加稳定。

1.3技术规格

为了加强此模型的实际使用要求和安全性能的提高，团队对于该模型的材料进行了研究和探讨。首先是整体的钢架结构，H型钢是一种截面面积分配更加优化、强重比更加合理的经济断面高效型材，其在工业和建筑中也广泛使用。符合成本底且稳定性的要求，所以本文章设计的车库框架组成均使用H型钢。对于存车托架，材料使用铝合金做基础，平铺塑料架构的方法，既保证能够承受不同车辆的重量，也保证整体设计的强度。传动带采用高摩擦系数橡胶，耐磨、防滑，适应各种天气条件。

1.4外观设计

1.4.1整体造型

采用流线型设计，线条简洁流畅，充满科技感。机械臂末端配备可调节的橡胶轮，适应不同车型和路况。车身两侧安装隐藏式LED灯带，用于指示停车状态和路径。LED灯带可根据不同状态显示蓝色、绿色或红色。

1.4.2设计美感

整体设计简洁大气，线条流畅，充满未来科技感。隐藏式LED灯带、可折叠太阳能板等细节设计，提升产品质感。

1.5实用性

本款立体车库通过传感器、限位器以及编码的电机多方协作，实现车位的精准定位。并且还可以与其他智能驾驶系统连接，实现更高级别的自动驾驶功能，其可拓展性非常高。

2产品应用

此结构方案设计的车库的实际应用时具有便捷性、空间利用率、安全性、稳定性、经济性这五大优势。

首先从存取车就大大增加了便捷性。老式立体车库是插卡型存取车辆，尤其在车辆高峰期时花费时间较长，其次中心轴工作时，一次来回只能存或取一辆车，而垂直循环式立体车库则大幅减少了来回工作的时间，存取车时，无需插卡设计，自动探测牌照，录入信息，以减少存取车辆时间，减短车辆高峰期所耽误的时间配备多种传感器，实时监测周围环境，确保停车安全。并且只需传动带传动一个存车托架即可完成工作，其耗能也大大减少。在存车托架两侧采用的橡胶轮和机械臂，还可以适应不同车型和停车环境。塔式立体车库是环状的，其后期损坏修理价格昂贵，而垂直循环立体车库的修理和检查价格较低，因为具有可拆卸功能，其结构是模块化设计，最后拼接而成的，还可以根据现场场地的环境进行车位的增加或删减，其空间利用率大幅增加。在做此立体车库的结构设计中，所配备的电机有断电短线功能，如遇钢丝断裂等危险情况，其电机自动打开断电断线的双重保护，避免产生人员伤亡，安全性大大提升。在存车托架的设计中，限位器的功能使车辆在作垂直运动时避免晃动而产生损失，其稳定性和对于厂家而言的经济性大大提升。

该模型特别适用于城市中心、商业综合体、机场等停车需求大的场所，通过智能化管理和新型结构减少了人为失误，提升了停车场的运营效率和服务质量。同时，减少车辆在停车场内的行驶距离也有助于降低能耗和排放，符合绿色环保理念。

3.总结

此次设计的垂直循环立体车库的主要目标用户时学校周边、图书馆、档案室等面积不大，但经常有大量停车位需求，且立体空间尚未大幅度开发的环境。

此立体车库的设计，每一个车位都是独立且空间足够的，因此使用寿命大大增长，方便后期的维修和检查。并且车位可以根据现场环境进行调整，整体高度可以调整，且外部框架非常牢固。对于车库的硬件，比如存车托架安装了定位系统和限位器，可以保证车辆驶入到精确位置，挺高了稳定性和安全性，并且配合了电机的断电的保护。以上设计为了让垂直循环立体车库有更好的可适用性、稳定性和安全性，提高现实建设价值。

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基金项目：2024年校级大学生创新训练项目 项目编号：cx2409014