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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。立体车库中有一种垂直升降（PCS）型立体车库，具有超高的土地利用率、较快的存取车速度、完善的安全装置系统，具有巨大的发展潜力。
关键词：PCS型；立体车库；机械结构设计
引言
伴随着我国经济的快速发展，我国进入了汽车拥有率迅速上升时候。如何在更小空间中容纳更多车位，并且使用方便没有危险是当今城市停车方面亟需解决的问题，“立体停车库”应运而生。立体车库有多层空间，相当于将多层平面停车场摞在一起，通过可程序控制器（PLC）对每层车库进行调动，调整空间的相对位置，从而实现空间到平面的转化，实现多层空间停车的功能。本文研究了PCS型车库在机械结构的设计中，采用了有限元分析、增广乘子法等方法对钢结构支承框架、存取车机构、提升机构进行了分析研究，试图在原结构上进行优化。
1PCS型立体车库的构成
该型立体车库主要由如下部分组成：a.钢结构框架；b.搬运器总成；c.载车板；d.转盘系统；e.曳引提升系统；f.电控系统。电控系统采用以PLC为信息处理中心，车库控制方式具有手动、半自动和全自动三种操作方式。手动操作方式主要用于现场设备调试，通过点动控制实现对每个运动的操作，主要用于进行维修或处理异常等；半自动为直接使用控制面板选择存取车辆选择，系统自动完成存取操作；全自动方式是由通过控制面板下达存取命令由PLC处理执行。选择开关可以实现三种方式意选择，但同时只能运行一种方式，手动、半自动、自动控制按钮互锁。正常情况下，车库以全自动方式运行。
立体车库的自动存取车控制系统主要包括：
1.各种信号的采集和控制输出；
2.车库每个动作及车位都应有检测装置，不用人工寻位，用搬运器、提升系统等机构把汽车送到位。系统控制面板中装有急停按钮，其常闭触点与PLC链接，当出现危险或PLC失灵时能够按下急停开关，停止车库运行，避免造成危险。由PLC控制系统、电机传动机构，传感器等组成。传感器由压敏电阻构成，在有车或者无车的情况下，压敏电阻的阻值不同，由此可将车辆位置信息，车辆状况信息进行收集，反馈给PLC并在显示器上实时显示，PLC接收到传感器的信息后进行处理，选择正确的指令后控制步进电机，步进电机通过滚珠丝杆螺母结构对车辆进行水平和垂直方向上的移动，达到取车或者停放车辆的目的。通过PLC控制系统和传感器相互配合从而实现对车库的整体控制，调控各机械结构进行有序的运作，实现将车辆高效而准确的停放或取出到相应位置。实现了停取车方便且最大化利用空间资源的目的。
2机械结构创新设计概述与重要性
机械结构决定了机械性能的质量，机械结构的创新可以在原理、形状与性能等方面进行研究，在进行机械结构创新时不能对机械的实用性产生影响。在进行机械结构创新设计时，设计人员应当在传统设计的技术上进行经验的总结，然后再进行创新型的改变，保证创新后的机械机构还是可以正常使用的。因此，需要设计人员进行创新意识的提高，摒弃传统设计理念，使用新工艺、新材料、新技术等方式进行机械结构的创新，从而进行机械制造领域生命力的提高，完善机械设备的稳定性与安全性。
3PCS型立体车库机械结构设计
3.1结构宜人化设计
3.1.1减少疲累感
大多工作人员会长时间使用同样的姿势进行机械设备的操作，所以，在设计机械结构时，要降低操作压力，避免操作人员因为过分疲累而影响工作质量。在创新设计机械结构时，要注重机械外形的柔和性，满足工作人员的需求，在进行长时间操作后也不会感觉十分疲累，保证设计的宜人化。
3.1.2确保操作性
工作人员在进行机械操作时，会因为位置、方向与力度的不同而产生不一样的操作感。正常情况下，右手的力度更大，力度大小也会因为身体姿势的区别而产生不同，工作人员在坐着的时候，脚部的力度是最大的，因此，当设备需要很大的力度才能操作时，操作人员可以使用脚力来取代手动。在进行结构设计时，需要注意手柄、手轮与杠杆宜人化的设计，在使用时确保不会产生移动的情况。在使用脚部发力时，需要有合适的座椅，踏板放在中间，还要安排靠背做后部力量的支撑。
3.1.3预防错误使用
设计零件时以形状简单、易辨认为主。在使用机械设备时，工作人员需要有足够的操作区域，在工作人员可视范围之内进行仪器仪表的放置，在实际操作过程中可以进行设备的管理与控制，防止因为工作人员的错误使用对产品质量造成的影响。
3.2控制系统方案设计
为了保证立体车库运动运行过程中安全有序，本位设计控制系统过程中的要求如下：取车与存车过程中，装置运行完毕后必须返回原点；无避让立体车库运送、升降和旋转行动中必须有限位开关来控制和追踪；进行取车和存车后的复位过程中，必须设定一定时间间隙，保证系统能够判断和合理分配行程；遇到紧急突发情况，例如突然切断电源或者发生机械故障，系统首先进行复位动作，复位动作完成后接受指令进行下一步工作。此外，无避让立体车库需要根据使用场合的不同区分手动控制和自动控制２种模式。手动控制主要发生在车库系统出现故障需要排除，人为干预的情况下，而自动控制主要通过控制系统来实现，使用每次执行一次程序，都需要重新启动按钮进行下一次任务。
3.3立体车库载车板的设计
载车板不仅用来承载车辆，而且在存放过程中要横移，因此载车板的选择十分重要。载车板采用板式结构，采用钢板焊接，外涂油漆。此结构形式相对简单，承载能力强，并具有良好的防火、防渗漏功能。
3.4曳引系统的受力和力矩分析
就整体的系统来看，一个好的曳引电机所发挥的作用十分巨大，其直接决定了整体性能的优劣。曳引电机可以通过影响加速运动阶段的加速度大小，匀速运行阶段的稳定性，减速运行阶段的制动性能，从而实现对于整个系统的反应速度、运行安全的影响。虽然最典型的交流电机有着运行稳定性好，转子电导率高，运转效率高等优点，但是不能满足曳引系统的需求。主要是其启动电流和启动转矩不符合要求，都过高。当进行频繁的状态转换时，电流就会随之频繁的改变，造成电网的不稳定，还产生大量的热量，使得电机的温度上升，甚至最终超过电机所能承受的最高温度，引起火灾。可以看出，这一类交流电机并不应该用于该立体车库系统的曳引驱动。变极调速方式是通过在电路中加入电抗或者电阻来实现对于速度的调整。但也因此，这种调速会引起较大的启动速度和制动速度，带来较大的不稳定性。而交流调速调压则利用硅来代替了电阻或者电抗，能实现对于启动速度的控制，很大程度上改善了系统的不稳定性。由于交流电频率决定了电机转速，所以当平稳的改变电流频率时，就能够实现对于电机转速的均匀调整了。但是该系统需要保持最高转速时，在对于供电频率进行调整的同时，还需要适当调整电压，以保持磁通量不变。我们将这种能够既对电压又对频率进行调整的调速方式称之为变频变压调速方式，它能实现更为精确的调整。
3.5存取车系统的总体要求
要设计合理安全的存取车机构，需要对功能和具体要求进行总体把控。第一，存取结构定位必须做到准确无误。考虑到所存车辆的体积和质量方面，设计存取结构时必须做到轻巧，不能因为汽车的惯性对停车位置产生偏差。第二，为减少车主的取车等待时间，需要存取结构具有很高的效率。存取结构的运行速度和停车准确性是相互矛盾的，若提高存取结构的横移速度，相应的定位准确性会受到一定的影响，若要求停车位置更加准确，则需要适当降低存取结构的横移速度。随着变频调速技术的快速发展，速度与准确性之间的矛盾已然不存在，驱动控制系统利用变频调速新技术，对不同时段进行速度的调整，在正常横移时保证高运行速度，在进行定位停车时采用低速进行停车。编写程度，自动控制横移的速度和加速度，从而使得准确停车定位和高速运行两点同时实现。第三，为保证存取机构安全运行，安全措施必不可少，比如提升机构与横移机构动作互锁等。
结束语
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。但是，研究还存在一些不足，如对于控制过程稍显复杂，未来工作重点应在保障系统稳定和结构安全的前提下进一步验证该智能立体车库的合理性并进行实体模型验证。
参考文献：
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[3]JB／T10475-2015垂直升降类机械式停车设备
[4]TSG-Q7002-2019起重机械型式试验规则
[5]TSG-Q7016-2016起重机械安装改造重大修理监督检验规则