摘要：为保障垂直升降式立体车库运行的安全可靠性,对其进行分析与设计。首先分析立体车库的结构和安全功能,将整个车库分为6个子系统。采用可靠性预计方法分析系统现有可靠度。根据整个系统的需求可靠度,选用基于故障率权重分配法,对各子系统进行可靠性分配,从而得出子系统的需求可靠度。通过案例验证该方法的可行性。对立体车库系统进行可靠性研究,重点介绍提高控制系统和传动系统可靠性的方法。从子系统的角度进行安全可靠性分析与设计,有助于设计者细化可靠性需求,并节省设计时间。
关键词：垂直升降式; 立体车库; 安全可靠性; 故障率权重分配法; 设计;
垂直升降式立体车库具有占地面积小、投资少、空间利用率高等优势, 能够适用于商业中心、办公楼、歌剧院等公共场所, 这也使其具备极为广阔的发展空间, 有效解决了当前“停车难”的问题。科学技术的发展使垂直升降式立体车库高度应用了计算机技术和自动化技术, 由于立体车库是进行垂直升降运动的, 因此需要确保车库在垂直升降运动过程中具备极高的安全性与可靠性, 这样才能保证车辆与人员的安全。为此既可通过双总线备份的方式来保障系统的安全可靠性, 也可采用车牌识别技术来保障系统的安全可靠性, 不过这两种方法只是针对于其他类型的车库而言, 而对于垂直升降式立体车库来说却并不适用。本文基于安全可靠性对垂直升降式立体车库进行深入的分析, 探讨提高垂直升降式立体车库安全可靠性的优化设计方法。
1基于安全可靠性的垂直升降式立体车库分析
1.1立体车库结构分析
从结构角度分析, 垂直升降式立体车库主要包括六个部分, 分别是传动系统、载车板、控制系统、整体框架、安全保护装置及升降台。升降台的上升与下降需要由上位机对控制指令进行下达, 并利用载车板来实现车辆的升降, 进而达到停放目的。在垂直升降式立体车库中, 控制系统可以说是实现升降功能的核心所在, 而整体框架则担负起支撑的作用。传动系统主要包括升降机构与横移机构, 负责对车辆进行运送与存取, 而载车板则担负起车辆的固定与承载作用, 升降台则是对载车板的升降起到带动作用, 安全保护装置对立体车库的稳定运行起到保护作用。
1.2 立体车库安全性分析
垂直升降式立体车库的安全性是由其自身决定的, 而其中安全功能最集中的表现便是升降台, 升降台拥有许多的安全保护功能, 如终端过冲保护功能、升降超速保护功能、突然停止保护功能及升降撞底保护功能等。当升降台在升降过程中失去控制, 会给车辆与人员带来巨大的安全威胁, 因此必须采取相应措施来加强升降台在升降过程中的控制, 而升降超速保护功能便是其中最主要的体现, 它通过安全钳与限速器来对升降台的升降速度进行控制, 当升降台的升降速度超过规定值时, 限速器中的机械结构便会进行动作, 将故障信号发送给控制系统, 由控制系统将电源切断, 这时钢丝绳会因卡住而迫使安全钳产生动作, 进而使升降台的升降被强制停止。而如果立体车库的抱闸系统制动减弱时并且钢丝绳发生断裂, 这时就会造成升降台撞底或冲顶, 为了避免或降低撞底或冲顶造成的损害, 需要安装必要的耗能型油压缓冲装置, 以此起到缓冲作用。此外, 为了避免升降台在发生故障时到达底层或顶层后继续升降, 应通过终端极限装置来实施保护, 并利用曳引机来对升降台进行移动。为了确保升降台在运行过程中发生故障或系统不能启动时, 需要通过安全机构来对升降台进行停机保护, 以此确保车辆停放安全。垂直升降式立体车库按照其车辆存取流程进行分析, 可以划分成六个子系统, 分别是入库信息扫描子系统、升降机构控制子系统、车辆位置及重量检测子系统、横移机构控制子系统、通信总线子系统及操作指令子系统。这些子系统的可靠度分别用k1至k6进行表示, 整体系统可靠度用进行表示。
2提高子系统安全可靠性的设计方法
通过上述求得的可靠度,就可对子系统进行安全可靠性设计。对于现有可靠度不满足需求可靠度的子系统,就应该采取措施提高可靠度。下面着重对控制系统和传动系统进行提高安全可靠性的设计分析。
2.1提高控制系统可靠性的设计方法
垂直升降式立体车库的控制系统主要包括: 上位机、下位机或设备控制层、通信总线、输入、输出。 各子系统组成串联系统,可靠性分析与设计方法与前述系统可靠性分析设计方法相同,不赘述。
2.1.1提高控制系统可靠性的硬件设计方法
1) 对于整个控制系统,尽量设计成集散控制系统,相较于以可编程逻辑控制器 ( programmable logic controller,PLC) 为控制核心的集中控制系统,集散控制系统可将整个系统分解为独立单元,单个单元故障不影响整个系统。因此,可靠性有明显提高。 可采用基于控制器局域网总线( controller area network,CAN) 系统[14]。
2) 对于升降系统,能否准确停层非常关键。通常升降台的运行高度通过编码器的脉冲数换算得出,但如果编码器提供的信号不准确,会导致反馈位移值不准。可通过在每层设置反光片,与升降台的光电传感器配合来校准停层位置。
3) 对于起监控作用的上位机,为避免主机故障带来的影响,可采用一主一备双机冗余系统。操作控制和数据采集在主机上实现,备用机和主机实时通信,若主机故障,备用机可及时切换到系统中继续运行。
4) 对于横移机构,为提高横移机构正反向运动的可靠性,可将控制正反向的接触器硬件联锁。
2.1.2提高控制系统可靠性的软件设计方法
立体车库控制系统由软硬件组成,只提高硬件可靠性不足以满足系统理想的可靠性要求,仍需提高软件的可靠性。
1) 在库位和升降台上都设有传感器用来检测库位中是否有车、是否有板,升降台上是否有板,在进行存取前,通过比较传感器的实际状态的与系统认为的状态是否一致,若不一致则停止存取车操作, 检测故障并报警。
2) 在升降台升降运动中,设置运动一层所用的最长时间作为时间保护值。在横移运动中,设置存取完成的最长时间作为时间保护值。
3) 在升降过程中,如果编码器反馈的运动方向与控制系统要求的运动方向相反,且超出最大允许值时,进行停机。
2.2提高传动系统可靠性的设计方法
传动系统主要实现车辆的运送和存取,主要由提升电机、横移电机、钢丝绳或链条等传动部件组成。传动各子系统为串联系统,其可靠度的上限为最薄弱环节的可靠度,而各子系统的可靠性差异非常明显。电机的可靠度取决于电机本身以及安装精度,可靠性较为稳定; 而钢丝绳、链条等传动部件由于磨损和疲劳损害,成为可靠性最不稳定的环节,如果断裂,会令整个停车设备损坏严重,因此,其安全可靠性至关重要。所以,提高传动系统可靠性,应着重从钢丝绳、链条等传动部件出发。
2.2.1提高钢丝绳可靠性的设计方法
1) 选用直径较大的滑轮或卷筒,且布局时避免反向弯曲,以减小弯曲疲劳损害。
2) 选用线或面接触的钢丝绳,并尽量采用深槽轮来减小磨损。
3) 选用具有防腐蚀性的钢丝绳,并经常上油保养,防止腐蚀损害。
3.2.2提高链条可靠性的设计方法
1) 对稳定性要求高或速度要求不高的场合选用链传动。
2) 根据车库的实际情况,按照机械设计手册规范选用链条型号。
3) 合理选择载车板与链条的连接点,尽量使各段链条载荷相等[15]。
3 结语
垂直升降式立体车库是否可靠安全, 与工作者及存取车辆的安全关联。对立体车库安全功能进行深入分析, 采取科学合理的方法进行设计。总结如下:1) 根据其功能, 可以将车库分为6个子系统, 在分析过程中, 能够有效简化安全可靠性预估。2) 通过对故障率权重分配法的有效运用, 分配可靠性, 将总体系统中的可靠性分配于子系统中, 从而有效优化可靠性设计。3) 深入研究垂直升降式立体车库, 使其在更复杂的机电系统中得到广泛普及应用。
参考文献
[1]刘晓娟, 潘宏侠.垂直升降式立体车库系统设计与研究[J].机械设计与制造, 2015 (5) :48-50.
[2]梁睦, 李铬, 程军红, 等.多层升降横移式立体车库结构设计方案分析[J].中原工学院学报, 2016, 25 (1) :6-10.