汽车入户式垂直升降停车设备的设计方法

余秋英

（广州广日智能停车设备有限公司，广州 511447）

0 引言

随着城市汽车保有量不断增加，停车难已成为政府的亟待解决的问题［1-2］。智能立体停车设备能够有效地解决城市停车难和静态交通问题［3-4］。2015年，《关于加强城市停车设施建设的指导意见》发布［5］，鼓励建设立体停车楼、地下停车场、机械式立体停车设备等集约化的停车设备。

传统垂直升降停车设备通过车板或搬运器交换、升降机或堆垛机垂直运行、横移装置输送或机械臂推拉将车板及车辆存入停放架［6］。德国研发机械式立体停车库的时间也比较早，应用堆垛式和平面移动式较多，技术处于领先水平［7］；日本于20世纪60年代广泛兴建了机械式停车设备，其产品种类齐全，技术水平先进［8］。我国于20 世纪90 年代开始研究，目前已形成一定规模水平的机械式停车设备研发能力，国内智能停车设备应用项目中以深圳珠宝城项目为代表。

本文提出了一种汽车入户式垂直升降停车设备设计方法，采用高速垂直提升设备与智能车辆存取交换技术，实现汽车的入户式存放，满足居住生活与车辆停放的有机统一。

1 汽车入户式垂直升降停车设备

汽车入户式垂直升降停车设备是指将车辆直接停放到高层住宅公寓客厅旁，采用无机房电梯提升技术，设置框架式大轿厢，由横移车搭载搬运器进行横移换列运行，通过高精度检测手段、电气控制系统将车辆停放至住宅可视停车区的一种新型垂直升降停车技术。

目前世界范围内只有新加坡及墨尔本均对豪华公寓集成室内智能停车库进行尝试，其中新加坡“Hamilton Scotts Apartments”项目已投入使用。国内暂无对于居住空间内集成智能停车设备的应用与设计的报道。

2 汽车入户式垂直升降停车库设计方法

2.1 项目简述

本汽车入户开发项目楼层高度50 层，建筑总高220 m，每座塔楼住户不超过50户，每户配建2个可视停车位，采用一套汽车入户式垂直升降式停车系，停车车位数为90 个。项目采用了输送带交换式搬运器，能够实现在光整平面上存取车辆的功能，极大地提高了停车室的美观度和用户体验，同时具有高速垂直升降运行系统，设备安全性及消防要求严格，对于机械式垂直升降停车设备来说，复合难度较大。

2.2 车库总体方案规划

首先应依据项目的住宅平面规划图、户型及户数、楼层总高度、首层及车流道路情况、停车规格及配置需求等多方面因素进行项目总体方案规划。

标准层平面，本项目户型为复式2层2户搭配平层1层1户住宅。复式户型2 个停车位，停车位设置于井道的两侧，隔层设置，平面尺寸约为6.5 m×19 m，如图1所示。平层户型2个停车位，停车位设置于井道的单侧，层层设置，平面尺寸约为6.5 m×13 m，如图2 所示。出入口层平面，入口、出口分别设置于井道的两侧，与停车位的投影面相对应，停车位单侧设置时，需在井道另一侧增加室外入口，同时应考虑入口、出口的车行通道设置情况。立面规划应结合建筑总高度、户型及住户层数、最高住户层、汽车驶入层，结合规划和布置停车层数、出入口层位置、升降机设置情况及最大提升行程综合设计。同时还应考虑消防系统设置、车库内维修通道及楼梯、照明、通风换气、室内湿度及温度等环境条件。

图1 复式2 层2 户住宅车位布置图

图2 平层1 层1 户住宅车位布置图

2.3 库内输送能力

库内输送能力主要取决于轿厢式升降机垂直升降运行时间（t1）、横移车水平横移运行时间（t2）、平层锁定动作时间（t3）、搬运器水平纵向运行及存取车辆时间（t4）、层门动作时间（t5）。而层门动作时间（t5）是并行的，不予计算。此时库内输送时间总和Ta1＝t1+t2+t3+t4。

横移车运行距离较短，无论同时运行，还是顺次运行，对库内输送能力影响不大。停车位与井道间距离确定后，搬运器的纵向运行及存取车辆时间则已确定，轿厢式升降机的垂直运行速度，是库内输送能力大小的关键。当采用较低运行速度的轿厢式升降机时，垂直升降运动与横移运动可并行，以节省横移运行时间，当采用高速运行的轿厢式升降机时，垂直升降运动与水平横移运行为顺次进行的。

2.4 出入口能力

出入口能力主要取决于入口车库门开启时间（t7）、司机开车至入口处停车平台、安全检测至司机离开时间（t8）、入口车库门关闭时间（t9）、入口平台运行（t10）、车库内门开启时间（t11），入口车库门关闭时间（t9）是并行的，不予计算，满足LAT智能搬运器可以进入停车平台取车条件时，上述所有时间总和Tb1＝t7+t8+t10+t11。

在满足车库总车位数的需求条件下，合理平衡库内输送能力及出入口能力，尽可能让出入口能力大于库内搬运能力，而出入口能力则受出入口数量、人为停车时间、出入口前入库通道长短以及车道的宽度影响。

2.5 存取交换技术选择

搬运器是存取交换技术的载体，决定着停车位的平面结构型式、空间尺寸、收容车规格及搬运车辆能力。输送带交换式搬运器（又称LAT智能搬运器）［6］是一种可实现在光整纯平面上进行车辆存取的停车设备搬运器，能够直接在光整平滑的纯平面上完成汽车的交换和搬运，存取技术先进，可真正实现将汽车停放在光整平面上，使停车位表面与居住空间地面光滑平整。停车位表面及停车动作如图3所示。

图3 停车位表面及停车动作图

LAT智能搬运器的功能要求有以下几点。

（1）LAT智能搬运器的存取交换时间以及水平纵向输送时间是由搬运器的工作原理及结构设计而确定的，水平纵向运行时间取决时纵向行驶的路径长短。

（2）搬运器由机械臂装置、可调式承载装置、全驱动行走系统、全驱动输送带装置、机械臂台车装置以及直线推拉行进系统组成，采用4 套伺服电机驱动，每次拾取车轮时均通过过3套伺服控制器同时进行调速控制，高扭矩兼快速反应，确保行走系统、输送带系统、机械臂系统的动作协调一致。

（3）收容汽车最大质量为2 500 kg、最大轴距为3.4 m，汽车车轮完全自由停放在搬运器的输送带表面，由承载装置担负。承载装置采用隼接并焊接的箱式结构，强度高，抗变形能力强。

（4）承载装置上设置多排、单点双驱动行走装置，承载装置由左承载框架、右承载框架通过调节式铰链结构联接，提高搬运器的行走运行能力。

2.6 垂直升降机设计

汽车入户输送能力主要由升降机运行速度决定。本项目建筑总高度在200 m左右，升降机采用有顶框架式轿厢，垂直输送与水平输送为顺次运行，最大升降速度为5 m/s，控制垂直输送时间在60 s左右，两个停车位之间最大横移行程为2.5 m，速度控制在0.5 m/s，时间为6 s。汽车入户式停车设备模型如图4所示。

（1）框架轿厢式升降机由曳引系统、电力拖动系统、框架轿厢系统、对重系统、导向系统等组成。曳引系统主要由曳引钢丝带、导向轮、曳引轮及以钢丝带夹具装置组成，或由曳引钢丝绳及配套导向轮、曳引轮及钢丝带夹具装置组成。

图4 汽车入户式停车设备模型

（2）框架轿厢式升降机采用高速电梯曳引提升技术，框架轿厢系统与对重装置布置在井道内，位于驱动曳引轮组的两侧，曳引提升用钢带并排吊挂在曳引轮组上，钢带一端绕过框架轿厢提升梁上导向轮组，悬挂在机房端部的钢带固定悬挂支架上，钢带另一端绕过对重装置提升梁上导向轮组，悬挂在驱动部组装侧的钢带固定悬持支架上。

（3）采用单侧多点悬挂方式，为提升过程中框架轿厢前后水平一致提供保障。实现多条钢带等长度悬挂，通过端部的弹簧减振装置，避免了不同吊挂点位置引起不同钢带工作长度，从而引起曳引出力不同，影响高速升降机曳引能力发挥。

（4）电力拖动系统由曳引驱动装置、动力供电系统的速度反馈装置、以及电动机变频调速装置等组成。电力拖动系统提供了动力供给，同时也对框架轿厢式升降机实行速度控制，驱动装置如图5所示。

图5 驱动装置

图6 升降机井道

（5）高速升降机采用有顶框架轿厢，框架轿厢在搭载横移台车及车辆时可通风的投影面积与井道面积比应大于1/2；高速运行时，横移车位于轿厢中间，空气由横移车两侧分流，在平面投影面上始终只有一辆汽车面积，相当于两个高速电梯井道联通的作用，减少高速运行时井道间的气流作用，升降机井道如图6所示。

（6）框架轿厢集成了横移车及LAT智能搬运器，轿厢平台上设置横移导轨，满足车辆进行2个车位的移动切换需求，如图7所示。

图7 框架轿厢示意图

（7）框架轿厢采用无围护、有顶框架式组合结构，由轿底框架、轿顶框架、轿侧框架、横移导轨组成一个5.0 m ×5.0 m×2.6 m的三维空间。在顶层、底层框架立柱位置各设置4组导向轮机构，通过导向轮的作用，轿厢在三维空间稳固，确保整体框架式轿厢式停车平台运行平稳性。

（8）框架轿厢式升降机高速运行，安全系数建议大于12倍。安全倍率校验时，需考虑升降平台最大偏载、最不利位置，车辆3∶2分配重量。

（9）升降机采用分离式平层技术，载车装置通过防坠落钩臂悬挂在井道两侧层导轨上，框架轿厢与载车装置处于分离状态。LAT智能搬运器驶入或驶出时，框架轿厢端的重量变化作用于层导轨上。

（10）驱动系统的选型。考虑轿厢跨度变化引起的自重变化、移动部件（如横移车、载车装置、LAT 智能搬运器、汽车等）在最不利位置时所需提升力、框架轿厢端位于最顶层和最底层时最大静张力差以及系统起动加速运行的惯性力。

（11）采用双电机设置，主电机为变频调速电机，保证升降机平稳、高速运行。辅助电机，可实现升降机慢速运行，可辅助设备安装和故障处理。

2.7 框架轿厢的刚性及强度设计

框架轿厢是由H型钢构造、无围护结构、有顶框架式厢体，框架轿厢的长度是根据2 个横移车位尺寸、框架轿厢结构及曳引悬挂系统、横移车运行导轨的布置以及横向定位机构的占位等确定的。轿顶框架、轿底框架分别由纵梁、横梁、立柱及斜撑等构成稳定性好、承载力强的框架结构，通过轿厢侧壁框架联接而成统一整体结构。

随着升降机速度的不断增高，对框架轿厢的结构刚性要求也随着增大，通过纵横梁排架式设计，以及加大型材规格的方式提高框架轿厢的结构刚性，也可通过ANSYS或其他结构分析软件进行框架轿厢的优化设计。一方面需满足结构刚性，另一方面需合理选择型材截面，尽可能减少型材在框架轿厢投影面的投影面积，以增大框架轿厢表面的过风面积，控制框架高度尺寸，可以减少对机坑深度、顶层空间高度、对重重量的影响。

2.8 停车室设计

（1）入户式可视停车区：超高层豪华住宅，停车室通常设置在客厅、游泳池及连廊的正面或旁侧，停车室通常采用落地玻璃作为隔墙等，形成封闭、可视的室内空间，汽车入户式停车设备示意图如图8所示。

图8 汽车入户式停车设备示意图

（2）停车位：每户配置2 车位，采用大理石或自留平地面，停车面与地坎角钢面平齐，结合室内装修及个人风格进行停车区域装修。

（3）安全门系统：停车区与井道处设置安全门，可采用卷帘门或提升门，具体与平层结构或复式结构相匹配，安全门设置系统联动开关。

（4）停车区域消防：每个车位上方或侧方设置两个喷淋头，停车区域与升降机井道设置防火卷帘门，与消防喷淋系统联动。

3 结束语

汽车入户式垂直升降停车设备是一种新型智能立体停车库，世界范围内对于超高层建筑、高速车辆存取的入户式项目仍属空白。本文通过对汽车入户式垂直升降停车设备设计方法的梳理，为今后汽车入户式垂直升降项目提供了设计依据及参考。同时，针对存取交换技术、垂直升降机设计、轿厢强度刚性等重点领域的设计总结，得出如下结论：

（1）LAT存取交换技术能够满足车库与居住区域地面的光滑平整过渡，有利于营造观赏性停车空间，符合此类项目开发的定义和需要；

（2）垂直升降能力决定了车辆存取速度，针对200 m 超高层建筑，5 m/s的最大升降速度能够满足快速存取车辆的需求；

（3）轿厢刚度受垂直升降速度的影响，合理控制该模块的重量有利于减轻驱动力负载。