立体车库自动搬运小车机械结构探究

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摘要：城市私家车数量越来越多，为满足停车需要，出现了很多机械立体车库，很大程度上解决了城市停车困境。以往车库空间有限，搬运系统配套设施复杂，未能充分利用车库空间。为此对改进式辊轮夹持搬运车予以设计和应用，传动机构为蜗杆和蜗轮，增加传感器和PLC，使设备更加自动、精准，设计效果极佳。

关键词：立体车库；自动搬运；机械结构；控制系统

在立体车库中设计自动搬运小车，即使无人值守，也能够进行车辆的存放和提取。设计立体车库自动搬运小车机械结构和控制系统时，既要注重其安全性和平稳性，又要兼顾模块化和集约化，确保立体车库的高效化和智能性，使其具备安全、便捷、定位准确等优势。

1设计分析

小车搬运过程中，由轿车后方，以直线方向，进入底盘下方。分别借助夹持器和PLC，对轿车前轮进行定位，控制搬运车，对前轮进行加持，使其脱离地面。定位后夹持器，将后轮抬起。夹持机构具备自锁功能，这使得夹持过程更加稳定、可靠。PLC将脉冲指令发送至车轮电机驱动器，完成搬运工作之后，路标信号被传送至传感器，即时制动，以规避事故问题。恢复夹持器至原位，释放轿车之后，搬运车立刻从轿车底部离开。通常情况下，搬运车限高12cm，行驶于车底时，限宽1235.6cm，工作承重和适配车型轴距也有明显规定。以此为背景，该设备优选蜗轮联动的改良辊轮夹持器，并辅之以PLC、光电传感器、车轮驱动、锥齿轮等设备，实现对机电一体化产品的开发设计，提高立体车库自动搬运小车过程中的精确度。

2系统设计

2.1设计夹持机构

该设计选择辊轮机构作为夹持机构，设计原则为调整夹持臂圆柱截面，使之变为直角梯形，两侧斜边则以钝角V形槽形式存在，确保轮胎接触性能良好，以免出现损伤情况。将辅助轮设置在夹持臂末端，作为支承存在，从而使夹持臂具备较好的刚度和负载性能，当许用挠度相同时，使夹持臂的许用承载力得到提高。执行夹持操作时，两侧坡面双向夹持力会对轮胎产生影响，沿铅垂方向上移。蜗轮联动夹持臂需要完成直角回转操作，确保在各规格轮胎中的适用性。蜗轮传动比具备很大范围，无论是传动精度，还是效率都非常高，而且使用周期长。青铜蜗轮具备很好的减磨性及抗胶合能力。调制钢蜗杆，对其进行磨削和抛光操作，使其具备极强的承载性能，提升许用相对滑动速度。对青铜蜗轮进行单独铸造，应用螺旋在45钢支撑臂上对其进行安装。将轿车重力假定为G，每个轮胎承受的负载为轿车重力的1/4，用两支支撑臂对各轮胎进行支撑，故而支撑臂各自对铅锤分力F1进行克服，该背景下各轮胎承受的负载相当于铅垂分力的两倍。假定车轮与支撑臂接触点及辅助轮的距离，以及支撑臂两个支撑点间距。杆件最大应力往往产生在F1受力点部位。以圆柱方式处理支撑臂截面，对支撑臂最大剪力、圆柱截面杆件惯性矩、负载背景下支撑臂的挠度等指标进行计算，倘若计算结果与杆件许用挠度相符合，表明支撑臂的刚度满足系统设计及使用要求。

2.2选择和传递夹持器动力

因轿车重量产生的负载由夹持器承担，以蜗轮蜗杆和齿轮系为载体，传至伺服电机，并对驱动所需功率予以估计。具体操作过程中，缩小传动比，优选包含减速器的伺服电机，得出较高输出扭矩。如果单级减速传动比在2以上，会使低速齿轮齿顶圆超过Φ100mm，则无法满足底盘高度限制。故而选用二级齿轮传动方式。当齿轮啮合效率、轴承传动效率、联轴器效率等指标已知时，得出二级齿轮传动效率，预估传动比，并以等接触强度为依托，对高、低速级齿轮传动比予以分配。确定齿数之后，对低速级小齿轮分度圆进行计算，保证其强度。齿轮齿顶圆要比轿车底盘高度小，结合材料性能，对齿轮系的弯曲疲劳强度和齿根强度进行验算，并对夹持器上蜗轮蜗杆的使用寿命具备清晰的认识。该过程中，也要借助花键对扭矩进行传递，从而满足动力系统强度要求。

2.3间距调整机构

通过间距调整机构设置，对前后小车间距进行调整。电机依托锥齿轮实现丝杠和螺母相对运动，继而对连杆相互位置关系进行调整，使光杠和丝杠间距发生改变，对小车前后间距进行调整。将铰链构造平行四边形设置在连杆上，使车身和连杆机构中轴线保持重合，以免因车身无法固定，出现前后机构偏离情况，使机构具备较好的稳定性和协调性。

3搬运车控制系统设计

3.1硬件部分

将硬件部分细化为命令触发端口、PLC设备、执行设备三部分内容。执行设备和相关驱动器作为最终执行者，实现产品功能，产品性能往往与电机运行状态相关。伺服电机在速度和位置控制方面，具备很高的精准度，响应灵敏，能够转化电压和频率信号，使其以扭矩和转速特征形式存在。电机常数小，矩频曲线线性度高，始终处于平稳运行状态，而且无噪音干扰，能够确保搬运车在工作过程中精密控制时间和位置信息等。

3.2产品控制系统设计

立体车库自动搬运系统运行过程中，仅有单台电机处于工作状态，依托PLC特有的STL指令，使得其余电机始终保持断电和制动状态，最大程度规避误触情况及运行故障。电机的正反转对端子互锁进行输出，满足单向输出要求。该背景下，依托滤波器和解调器对外界干扰进行规避，或者采用伺服驱动器和电机构成闭环控制系统，当发生环境干扰情况时，在第一时间及时响应，使电机具备很高的运行精度。立体车库自动搬运小车机械结构及控制系统之所以能够准确反馈和快速响应，得益于PLC、光电传感器、伺服电机的有效配合。将伺服报警输出继电器串联至伺服驱动上，无论是继电器线圈、发光二级管，还是蜂鸣器都能够发出报警信号。这一过程中，通过对主电源线上的常闭触点动作进行触发，将电机电源切断，停止系统运行。

4结语

综上所述，以PLC和伺服电机等为基础，对自动搬运小车进行设计，不仅结构简洁，而且设备高度非常小，适用范围广，工作效率高，能够在汽车底部对轮胎进行灵活起重和夹持，并完成一系列复杂操作。同时，在立体车库自动搬运小车机械结构和控制系统设计中，增加传感器设置，对车辆动态信息进行自动收集，提高车库日常管理自动化水平，减少不必要的人工及资金投入。

参考文献：

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作者：王霞 彭贺 单位：北华大学