高速液压立体车库的设计

□李志斌 □李文波 □窦 晖 □李永登

大洋泊车股份有限公司 山东潍坊 261055

1 设计背景

机械式立体停车库是21世纪随着汽车工业的发展而兴起的朝阳产业，已被国家发改委列入国家重点鼓励发展的产品目录[1]。根据近几年中国机械式停车设备工作委员会发布的数据，目前市场上的车库类型中，升降横移类所占比重最大，为86.29%，接近90%，而且从新增加的立体车库来看，升降横移类车库的市场占有份额还有增大的趋势。传统的高层升降横移类立体车库受所采用的提升结构的限制，层数只能做到6层以内，且存取车效率低，清库时间长，存在安全隐患。笔者设计一种新型高速液压立体车库，采用液压传动方式实现设备的提升，同时配有压力继电器、溢流阀、电控双向截止阀等保护装置，保证设备安全运行，具有升降速度快、存取时间短、运行平稳及安全无噪声等优势。

2 传统结构分析

传统高层升降横移类立体车库所采用的提升结构主要分为两种：电机减速器加卷筒钢丝绳驱动式、电机减速器加链条驱动式[2]。此外，采用传统液压驱动式的停车设备由于受到油缸行程的限制，只适用于2～3层设备，在此不做分析。

对于电机驱动立体停车设备，随着层高的增加，钢丝绳的长度也随之加长。为了保证载车板四吊点结构的平稳性，滚筒需采用双槽结构，钢丝绳不能叠加，所用滚筒的长度也必须相应增加。当层数增加到6层时，绳轮偏角已达到极限。如增大滚筒直径，减小绳轮偏角，则占用停车空间，影响设备的整体长度和高度，以及电机减速器的传动比。随着钢丝绳行程加长，升降速度保持不变，则会导致存取车速度变慢，清库时间加长，设备的使用效率降低。

鉴于以上原因，电机减速器加卷筒钢丝绳驱动式高层升降横移立体车库最多只能做到6层[3]。

同理，电机减速器加链条驱动式高层升降横移立体车库因循环链的长度经折叠后已无空间放置，下降和提升距离长，导致取车慢，清库时间长。可见，电机减速器加链条驱动式高层升降横移立体车库最多也只能做到6层。

立体车库无论是电机减速器加卷筒钢丝绳驱动，还是电机减速器加链条驱动，提升电机功率一般都选用2.2 kW，升降速度恒定不变。随着设备层数的增加，提升高度增大，存取车时间变长，影响设备的使用效率。

电机的运转没有死点，一旦防护措施失效，很容易发生冒顶、摔车等事故。若为了提高安全防护措施的可靠性，又会增加制造成本。

3 钢结构设计

如图1所示，笔者所设计的高速液压立体车库钢结构框架包括立柱、横梁、横支撑、左侧纵支撑等，采用不同类型的H型钢或槽钢制作，由高强度螺栓连接而成，再辅以辅助梁、斜拉筋等，增加车库的整体稳定性及刚度、强度。主体框架及主要结构件表面采用喷砂除锈及喷锌处理工艺。泊车位尺寸由容车尺寸、消防系统所占空间等确定。

图1 高速液压立体车库钢结构框架

4 提升机构设计

升降驱动系统采用液压驱动，由液压泵带动液压缸，液压缸采用多级滑轮组方案，实现高速变比，大大提高了车库的使用率。

4.1 横移框架结构

如图2所示，两根平行的横支撑与左侧纵支撑、右侧纵支撑连接成矩形横移框架结构，水平放置于主体框架横梁的导轨上，在两侧纵支撑上通过绳索悬吊装置连接载车板。其中，绳索悬吊装置包括悬吊载车板的绳索及多个动滑轮组，液压缸和各级定滑轮横向安装在横移框架左侧纵支撑上，各级动滑轮安装在滑轮架上，滑轮架固定于液压缸的活塞杆上。

图2 横移框架结构

4.2 两侧纵支撑传动结构

如图3所示，悬吊载车板的钢丝绳有四条，固定于左侧纵支撑的同一点，依次穿过各级动滑轮和定滑轮。其中两根钢丝绳经过左侧纵支撑上的两个竖直换向轮，然后固定于载车板左侧两个吊点上。另两根钢丝绳经过位于纵横支撑连接处的两个水平换向轮，引入右侧纵支撑，再经过位于右侧纵支撑上的两处竖直换向轮，最后固定于载车板右侧两个吊点上。

图3 两侧纵支撑传动结构

4.3 滑轮组变比方案

液压缸可采用单作用或双作用油缸，利用油缸的推力来提升载车板。车库运行时，液压缸通过滑轮架带动各级动滑轮沿左侧纵支撑水平移动，通过动滑轮组的作用，提升或放下钢索，从而完成载车板的升降动作。动滑轮架的提升距离与载车板的提升距离之比为1∶6，即滑轮架每动作1 m，载车板可升降6 m，大大提高了载车板的举升高度和举升速度，各层可根据实际高度设置 1∶2、1∶4、1∶6、1∶8 等不同的滑轮级数。

滑轮组达到了大传动比和快速升降的目的，加上液压泵站的变频调速，使车库层数最高可达15层，提升速度成倍加快，减少了车辆出入库的时间。

4.4 升降速度计算

液压系统泵站采用15 kW异步电动机,转速为1 440 r/min，由25 mL柱塞泵供油，液压缸的内径为115 mm，因此可计算得到油缸活塞杆的伸出速度，即滑轮架的运行速度V：

式中：Q为液压缸流量；D为液压缸内径。

本例中，滑轮组采用的是 1∶2、1∶6 和 1∶8 传动比，则2～3层提升速度V1为：

4～10层提升速度V2为：

11～15层提升速度V3为：

4.5 钢丝绳选用

钢丝绳的类别由股的数量和股的类别来划分，参照GB8903—2005《电梯用钢丝绳》标准，选用6×19W+FC型钢丝绳[4]。立体车库的工作条件为准无人方式，其安全因子n不低于7[5]，则单根钢丝绳的破断拉力F应满足：

式中：W为载车板质量；M为提升车辆质量；m为提升钢丝绳数量。

钢丝绳直径根据F的计算数值对应选取。

5 工作原理

高速液压立体车库的出入口在1层，最高层的载车板只可做升降动作，最低层的载车板只可做横移动作，中间各层载车板既可做升降动作又可做横移动作[6-7]。除顶层外，其余层均设有一个空位，载车板通过横移动作实现车辆存取，最底层车位则可直接存取。

6 液压系统

由于设备运行速度过快，必须进行变频调速，达到起停平衡的目的。但是，在液压驱动的立体车库中，变频调速对负载下降时的调速效果不理想，在泵站设计时应考虑调速要求。本车库泵站设计采用比例阀进行调速，控制升降载车板起停过程的平稳性。其中，电磁双向截止阀防止车位存取时因系统内泄漏而脱离标准位置；溢流阀具有良好的防过载能力，如果超重，系统自动溢流，停止上升动作；单向节流阀保证在意外情况时上层车位以工作速度下降，确保不会发生车辆摔落事故；平衡阀平衡油缸上下腔的压力。

7 电气控制

电气控制采用可编程序控制器控制，能够对汽车外形尺寸、人车误入、超重等进行检测，并可及时报警，保证车辆有序存取。按用户的不同需求，操作方式可以分为按钮式、集成电路卡式及人机界面式[8-10]。

8 结束语

笔者设计的高速液压立体车库已在多个工程案例中得到应用，在解决城市停车难问题、节约城市土地资源、推动行业进步等方面都产生了一定的社会效益和经济利益。

[1] 温沁月，鲁力群，国内外立体车库现状及发展综述[J].物流工程与管理，2016（7）：159-161.

[2] 机械式停车设备 分类：GB/T26559—2011[S].

[3] 石晓宇，汤绿汀.升降横移类机械式停车设备安全防护装置和基本尺寸的要求[J].起重运输机械，2013（6）:11-13.

[4] 电梯用钢丝绳：GB8903—2005[S].

[5] 机械式停车设备通用安全要求：GB17907—2010[S].

[6] 升降横移类机械式停车设备：JB/T8910—2013[S].

[7] 张炜，沈林勇，章亚男，等.用于堆垛式立体车库中的自动泊车机器人[J].机械制造，2008，46（6）：20-23.

[8] 蒋雪卿.塔式全自动立体停车系统的设计[J].起重运输机械，2004（4）:14-16.

[9] 曹文祥，冯雪梅.工业机器人研究现状及发展趋势[J].机械制造，2011，49（2）：41-43.

[10]卢艳军，任立义，闻邦春.基于软件PLC的I/O控制研究[J].机械制造，2005，43（7）:37-39.

[11]李栋，朱序璋，杨宏刚.机械系统人机界面多级模糊综合评判[J].机械制造，2006，44（12）：37-40.