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升降横移式与巷道堆垛式立体停车设备的比较与探讨

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升降横移式与巷道堆垛式立体停车设备 的比较与探讨 李丽,刘 正 (北京建筑机械化研究院,北京 100007) [摘要]从技术发展的层面对升降横移式立体停车设备和巷道堆垛式立体停车设备进行了综合比较与 分析,着重论述r巷道式停车设备在制造成本和车库运行效率等方面逐渐显现出来的优势,并对该停车设 备的工程应用前景进行了探讨。 [关键词]机械式立体停车设备;升降横移式;巷道堆垛式;载车板;搬运器。 [中图分类号]TP277 U491.71 [文献标识码]B [文章编号]1001—554X(2009)11-0075—07 Comparison and discussion of up-and-down translational and aisle stacking cubic car-parking equipments LI Li,LIU Zheng 升降横移式立体停车设备目前得到市场的普 述过程会有不同的先后顺序。 遍采用,原因是它技术相对简单、制造成本较低、 操作简便和使用维护方便。为了充分利用城市稀 缺的土地资源,升降横移式立体停车设备从最早 的2层式逐渐发展为3层、4层和5层,甚至个别 圈蹙 车库做到了7层。随着层数的增加,这种型式停车 设备的问题也逐步暴露出来,比如设备的制造成 本随着层数的增加而加大,运行效率等技术性指 标也随着层数的增加而降低。 巷道堆垛式立体停车设备是近年来新引进的 图1 5层升降横移式停车设备简图 高智能化停车技术,它采用集中搬运的工作方式, 可以将现代高科技产品应用到停车设备中,如计 升降横移式停车设备主要由金属钢结构框架、 算机技术、变频调速技术等。本文从技术发展等 载车板、驱动系统、控制系统、安全防护措施等 多个层面对升降横移式与巷道堆垛式两种停车设 部分组成(见图1)。停放车辆的载车板兼作运送 备进行分析与比较,并预测未来机械式立体停车 车辆的搬运装置,车辆进出层的载车板只做横移 设备的发展趋势。 运动,顶层载车板只做升降运动,其它各中间层 的载车板既做横移又做升降运动。 1升降横移式立体停车设备的特点 1台控制器所控制的车位总数称之为“操 升降横移式立体停车设备采用分散搬运的工 作单元”,操作单元的车位数可根据实际需要设定, 作方式,每个泊车用的载车板都设有动力装置。 地面首层一般设置为进出车层,司机可直接驶进 [收稿日期]2009—07—22 或驶出。整个存取车过程大致可分为人车交接和 [基金项目]‘‘十一五”国家科技支撑计划重大项目(2【l娜 艇 】8) 设备运行两个步骤,根据存车和取车的不同,上 [通讯地址]李丽,北京市安定门内方家胡同21号 建筑札械2009.11(上半月刊) 专题论述 SURVEYING 个或多个操作单元都可以组合形成停车库,单 应根据车库容量的大小和工作效率确定。 交换用的搬运器设置在堆垛机的货台上,它 负责汽车在堆垛机与进出口之间以及堆垛机与停 车位之间的交换。搬运器的型式多种多样,目前 国际上较先进的是“夹轮式搬运器”,这种方式可 省去所有载车板或是停车位上的梳齿装置,从而 元与单元之间可以是并联、串联或并串结合的组 合方式。每个操作单元必须留有一个横移空位通 道,以便各层车位出车之用。例如存车时,司机 将车辆倒人首层载车板,然后下车操作控制面板, 设备自动将该载车板搬运到所停放的车位;取车 过程与此程序相反,司机需先操作面板,设备自 动将所取车辆调出,然后司机将车直接驶出载车 板。通常设备会自动保留至少一个空载车板在首 层位置,以减少司机的等候时间。无论是几层或 大大降低制造成本。 车辆存放的主结构可采用土建结构,也可采用钢 结构。根据目前国内外建成的巷道堆垛式停车设备来 看,地下车库采用土建结构较多,地上车库可根据具 体隋况进行选择。为方便讨论,本文采用与升降横移 是几个单元,在车库前面都需要有一条宽度不小 于6m的行车通道。图1是5层8排升降横移式停 车设备的简图,该单元最多可存放36辆车。 式相近的单侧钢结构框架模式作为比较对象。 2巷道堆垛式立体停车设备的特点 巷道堆垛式立体停车库设备是全自动化且全 封闭式的立体停车设备,随着计算机技术的发展, 这种技术越发显现出其高效率、高密集的优势。 它主要由进出口设备、库内搬运装置、车辆存放 设施、电控系统、安全检测装置等部分组成。 通常停车?白位设置在巷道两边,搬运装置可 同时为两边的车位工作,但在停车场地受到限制 3升降横移式与巷道堆垛式立体停车设备 的对比与分析 决定停车库优劣的因素不外乎效率、成本、土地 利用率、使用方便性以及安全性等几方面指标,为了 使两种型式的设备更具有可比性,本文在定量分析部 分,分别选取5层8排和5层16排的停车容车量对升 降横移式与巷道堆垛式进行对比分析。 3.1运行效率 决定停车设备使用效率的因素有存取车时间、 人车交接时间、整库进/出车时间、平均存取车时 间、使用的方便程度等。 3.1.1平均存/取车时间 平均存取车时间为整库存/取车时间与总车位 数的商,其中整库存/取车时间是指设备满负荷运 行并完成全部车辆进/出所用的时间,在这个过程 或条件不允许的情况下,也可采用单侧泊车的方 式,如图2所示。 一 框 :垛机 图2单侧巷道堆垛式停车设备简图 中包括设备运行时间和人车交接时间两部分;人 车交接时间是指司机操作设备给出指令,并且按 照要求停放或驶出车辆所需的时间。 设备驱动装置的主参数如表1。 表1 两种型式设备的参数表 根据场地条件,可分别设置进口和出口,也 可以只设置一个口兼作进出车之用。司机只需将 车停到进口指定的设备上,其余工作都由搬运装 置完成。搬运装置一般采用巷道堆垛机,堆垛机 在巷道内高速运行并可同时完成货台的提升,提 升到位后再由专门设计的搬运器将汽车交换到指 定车位。必要时在进出口处或堆垛机上还需设置 转盘,用于调整汽车的方向以方便司机停车。停 车位的布置一般采用与巷道长度方向垂直的布置 方式,也可采用与巷道平行的布置方式。一个巷 道设置1台堆垛机,也可以设置2台堆垛机,具体 型式 名 称 电机功率 } 运行速度 /(m/rain) 升降机构 2.2 4 升降横移 横移机构 升降机构 巷道堆垛 横移机构 纵向搬运机构 O.5 10 10 4 8 60 120 30 建筑j9L拭2009.11(上半月刊) 设两种设备都有 排停车位,每个车位编号如 表3两种停车设备的每层升降距离 图3。 2层升降 3层升降 4层升降 5层升降 设备型式 距离/m 距离/m 距离/m 距离/m 4n· 4q+2 4n- ̄3 4n+L 3n+i 3r一2 3n+3 j1 4 升降横移式 2.26 4.06 5.86 7.66 2n十: 2 nl2 2n+3 2 —4 巷道堆垛式 2.79 4.91 7.O3 9.15 1“ n+2 n}3 t'--4 l a升降横移式立体停车设备车位号 b.巷道堆垛式立体停车设备车位号 降和横移两个动作,并按最简单程序即从下层往 上层出车或从上层往下层存车计算整库存/取车时 图3设备车位号 间;对于巷道堆垛式,则分别计算包括旋转(如 参照13本机械停车库建设经验并结合我国的 果需要的话)、搬运器在进出El位置的交换、堆垛 实际情况,升降横移式立体停车设备存取车出入 机的运行(包括升降与横移)、搬运器在泊车位置 库的人车交接时间参考表2。对于巷道堆垛式,由 的交换等所用时间的总和。在计算巷道内的运行 于其驶进、驶出较为方便,司机在驾驶操作上所 时间时,需要取横移时间和升降时间中的最大值, 用的时间比较短,但是增加了一个进出口的开门 6排以后的每个车位横移时间大于升降时间,6排 时间,因此综合比较人车交接时间大体上与升降 及6排以内的每个车位情况不尽相同。因此要分别 横移式相同,也可参照表2。 计算其横移时间和升降时间,并取其中的最大值, 表2升降横移式停车设备的人车交接时间 故分n>6和n≤6两种情况,分别计算平均存取车 时间。经计算,当 >6时,两种设备的整库存/取 纵列排列/s 车辆出入库条件 单歹U{{}歹U/s 车时间分别是关于n的一次和二次函数,具体见 入口侧 里端侧 表4。 前进 30 30 34 入库 表4两种停车设备平均存取车时间对比(,l>6) 后退 40 40 44 设备型式 整库存取车时间 /s 平均存取车时间/s 前进 30 30 34 出库 升降横移式 572.6n一417.7 t:/(5n一4) 后退 33 33 37 巷道堆垛式 6.25n2+262.25n+106.08 t:/5n 车设 对塑 、 蔓 :曼 藿 寸,两种停 当 ≤6时,巷道堆垛式的整库存/取车时间和 于升降横移式,其设备的运行分别包括升 :、 。 平均 取车时 ,。… ‘~  … 5 :…一 ……‘。 ~ 表5两种停车设备平均存取车时间对比(,l≤6) 时间/s =6 =5 =4 =3 =2 1 巷道堆垛式整库存取车时间 1905 1570 1264 928 无意义 无意义 巷道堆垛式平均存取车时间 63.5 62.8 63.2 61.8 无意义 无意义 升降横移式整库存取车时间 3017.9 2445.3 1872.7 1300.1 无意义 无意义 升降横移式平均存取车时间 116.1 116.4 117 118.2 无意义 无意义 由表4和表5得出的平均存取车时间关于排数 3.1.2提高运行速度的可能性 的曲线如图4所示。 由于升降横移式停车设备受其结构型式与工 从表4、。表5以及图4可以看出,巷道堆垛式 作方式所限,通过加大动力装置的容量来提高存 的存取车时间比升降横移式更占有优势。 取车效率是一个不现实的做法,一是主机的价格 建冠札娥2009.11(上半月刊) 专题论述 SURVEYING 平均存取车时间 升降横 移式 巷遘堆 牲 率或加大操作单元容车量的可能性。 巷道堆垛式停车设备的工作原理与升降横移式完 全不同,泊车位可以设计成固定不动的结构,仅靠1 台(或2台)搬运装置完成汽车的存取,故称之为 “集中搬运方式”。由于它的功能与技术高度密集,这 排数n 给采用当代高科技产品和技术提供了平台。变频调速 技术不但能保证设备的高速运行,还能达到起、制动 平稳和高精度的定位。另外,计算机串行网络通讯技 术也大大提高了设备的智能化程度。 3.2成本 图4两种停车设备平均存取车时间曲线 往往取决于机座号,以升降机构为例,目前大多 采用的是2.2kW电机减速器,提升速度大约为 4m/rain,如果加大电机的机座号,无疑会大幅增 机械式停车设备的成本主要包括制造成本、 施工成本和运营成本。 3.2.1制造成本 加其制造成本;二是即便提高功率和速度,载车 板在运行过程中的调速问题也难以解决。如采用 VVVF变频调压调速技术,虽然性能先进,但如 升降横移式停车设备主要由钢结构框架、载 车板与横移台车、驱动系统、控制系统、安全防 护装置等组成;巷道堆垛式停车设备主要由进出 口装置、库内搬运装置、车辆泊放设施(结构)、 果一个操作单元采用一个或几个(每层一个)变 频器控制,则变频器在频繁切换的状态下工作, 其可靠性会受到影响,同时也对控制系统和元器 件提出更高的要求;三是提高设备横移机构运行 速度的空间很小,原因是每个载车板的横移距离 般为2.4~2.5m,目前大多采用0.2kW的电机 减速器作为动力装置,其运行速度大约为8m/rain。 控制系统、安全检测与防护装置等组成。库内搬 运装置即堆垛机是巷道堆垛式停车设备的核心部 分,它主要包括堆垛机主体结构、横移机构、升 降机构和纵向搬运机构(或称之为搬运器)。 以5层8排和5层16排的停车库为例,两种 停车设备结构重量的比较见表6,虽然车位的空间 姑且不论加大装置所带来的成本提高,如此短的 横移距离,即便采用了调速手段也难以达到理想 的效果。因此,这些先天性缺陷在某种程 尺寸大体相似,但由于巷道堆垛式省去了载车板、 横移台车,因此设备结构得到简化。 度上制约了升降横移式停车设备进一步提高运行效 表6两种型式停车设备结构件重量 型式 层数 升 8排 降 结构件名称 钢结构框架 底层载车板 升降层载车板 结构单件重量/kg 26000 630 600 结构件数量 1 7 29 每种结构件总重/kg 26000 4410 17400 车位的平均重量/ 约1620 横 移 式 16排 升降横移台车架 钢结构框架 底层载车板 升降层载车板 500 54890 630 600 21 1 15 61 10500 54890 9450 36600 约1620 升降横移台车架 巷 钢结构框架 500 32000 11000 45 1 1 22500 约1100 道 8排 堆垛机主体及辅助 堆 垛 式 设备结构 钢结构框架 16排 堆垛机主体及辅助 设备结构 64000 11000 1 1 约940 建冤札械2009.11(上半月刊) 从表6可以看出,随着车位数的增加,升降横 呈下降趋势。 移式的耗材量基本不变,而巷道堆垛式的耗材量 两种停车设备传动件及控制系统成本如表7。 表7两种型式停车设备传动件成本 型式 层数 名称 阜 顷元 数量 部件总额/万元 设备总额 每车位成本 /万元 元 升降机构 O.72 29 2O.8 升 8排 横移机构 O.2 28 5.6 31.4 0.87 降 控制柜 5 1 5 横 移 升降机构 0.72 61 43.9 式 16排 横移机构 0.2 60 12 60.9 0.8 控制柜 5 1 5 升降机构 8 1 横移机构 6 1 8排 纵向搬运机构 20 1 45 1.125 巷 旋台 4 1 道 控制系统 7 1 堆 垛 升降机构 8 1 式 横移机构 6 1 16排 纵向搬运机构 20 1 45 O.56 旋台 4 1 控制系统 7 1 从表7可以看出,对于5层8排的中小型车库 表8两种停车设备存取车时间表 而言,在传动部件的制造成本方面巷道堆垛式并 设备型式 整库出车时间 平均存取车时间 不占优势。但是,由于巷道堆垛式每套搬运装置 £ /s 和控制系统所服务的最佳车位数为50~100辆,所 5层8排升降横移 4163.1 115.6 以随着容车量的增加,升降横移式的传动件成本 5层8排巷道堆垛 2606.08 65.1 基本保持不变,而巷道堆垛式的传动件成本则呈 5层16排升降横移 8743.9 115.1 减少趋势。所以对中大型车库而言,巷道堆垛式 5层16排巷道堆垛 5902.08 73.8 停车设备在综合制造成本方面具有优势。 3.2.2运营成本 表9两种停车设备存/取车平均耗能对比 运营成本一般分为运行成本和维修保养成本, 设备运行的理论时间值如表8,设备的平均耗能如 设备型式 整库出/存车耗能/J 平均耗能/J 表9。 5层8排升降横移 5.1×10 1.42×10 由表9可以看出,5层8排的巷道堆垛式在每 5层8排巷道堆垛 6.32×10。 1.58×10 车位平均耗能方面与升降横移式差不多,而5层 5层16排升降横移 1.06×10 1.39×10 16排巷道堆垛式的耗能要比升降横移式高。 5层16排巷道堆垛 1.96×10’ 2.45×1O’ 建茏缸域2009.11(上半月刊) 专题论述 SURVEYING “永磁同步无齿轮驱动系统”是近年来国际上 逐渐成熟的新技术,该驱动系统省去了机械减速 库采用倒车进库、直接驶出的方式,6m的通道是 倒车入库所需要的最小宽度,如果采用直接进库、 倒车出库的存取方式,则通道还应适当加宽。由 于载车板的边梁之间的宽度一般为2~2.1m,且有 时还需要上一个斜坡(见图5),因此对于经验不 足或驾驶技术不熟练的司机,倒车入库并非易事, 装置,不但保养成本大大降低,而且传动效率也 有明显提高,在变频技术的配合下,耗能比传统 的有齿轮传动降低了20 。根据巷道堆垛式停车 设备的工作特点,如果在其各项传动部件中引用 该项新技术,无疑会对设备的各项技术指标带来 理想的改善。 由于巷道堆垛式的自动化、智能化以及复杂 往往需要占耗较长的人车交接时间。另外,对于 宽度为2.4~2.5m的车位,如果停放大型车,则 车与车之间的距离就会显得局促,况且在载车板 程度都高于升降横移式,因此其保养费用也会相 应增加,但随着产品主要部件的社会化专业生产, 其可靠性也会相应提高,成本也会降低。 3.2.3施工成本 的前端还有传动装置的链条或钢丝绳,会给司机 进出车造成不便。 如上所述,如果都采用金属结构框架型式, 巷道堆垛式的巷道土建施工费是一笔额外的开支, 而进出口设施的土建施工也是必不可少的,因此 一' 图5载车板边梁宽度 巷道堆垛式的土建施工费要大于升降横移式。如 何最大限度地减少这项费用是一项有价值的研究 课题。 3.3土地利用率 对于巷道堆垛式停车设备,在进出口处或堆 垛机上往往设置有开放式的转盘,用以调整汽车 在搬运或交换过程中的方向,司机只需将车直接 设每车位土地占用率为S均,停车设备总占地 面积为S,则S均=s/车位数。以5层 排为例, 升降横移式总占地面积为S=2.5n×6+2.5n×6= 30n(其中通道面积为2.5n×6),车位数为5 一4。 单侧巷道堆垛式总占地面积为S=2.5n×5.5+ 2.5n×6=28.75n(其中巷道面积为2.5n×6),车 位数为5 。双侧巷道堆垛式总占地面积为S=2× 2.5n×5.5+2.5n×6=42.5n,车位数为5n×2, 驶人并停放在转盘上,剩下的工作由搬运设备自 动完成,大大降低了对司机的技术要求,而且缩 短了人车交换时间。 3.5安全性评估 由于升降横移式停车设备本身是开放式的, 司机使用时必须进入工作装置的范围之内,司机 进出设备时必须经过载车板,受结构型式所限, 载车板与载车板之间无法提供一个平坦的通道, 则土地占用率计算如表10。 表10两种立体停车设备土地利用率 或多或少存在安全隐患。虽然在设备的前后两端 都设有光电传感器,但其主要功能是检测所停放 的车辆是否超长,或是前后停车的位置是否正确 (见图6),无法实时检测进出人员的状态。当有人 设备型式 升降横移 单侧巷道堆垛 双侧巷道堆垛 总占地面积 车位数 土地占用率 S}i"112 S { 30n 27.75n 42.5n 5n一4 3On/(5n一4) 5n 1On 5.55 4.25 进入车库时,传感器虽然能够报警,但由于车库 的侧面与后面是敞开的,系统无法对人员的后续 行为做出判断,也就无法恰当地进行系统保护, 这是一个明显的安全漏洞。 由表1O可以看出,巷道堆垛式的土地利用率 比升降横移式高,尤其是双侧巷道堆垛式更为 明显。 而巷道堆垛式停车设备是完全封闭式管理, 3.4使用方便性评估 除维修人员外任何人都无法进人车库内部,司机 也仅限在巷道门之外。除了巷道门,在进出口处 还设置有安全门,司机的进出必须通过此门,检 测装置可以随时记录进出口的情况并将结果提供 对于升降横移式停车设备,目前大多数的车 80 建筑札械2009.11(上半月刊) 10辆车的操作单元是比较适宜的。对于20世纪8O 醢 囝 年代建造的居住区,目前停车的矛盾逐渐显现出 来,通过合理的再规划,可以将停车困难化整为 零进行解决,利用边角地段建造不超过3层的升降 横移式停车设备,或是采用其它型式的简易停车 图6升降横移进出车层俯视图 设备,不失为解决停车问题比较可行的方法。 设备的可靠性取决于关键部件的可靠性,而 给控制系统,可最大限度地防止误操作的可能性。 关键部件的社会化专业生产是未来产业发展的方 4结论 向。在这个基础上,如果将巷道堆垛式的核心部 件和技术移植到升降横移式上,可能会有效地降 通过以上比较分析可以看出,巷道堆垛式停车 低其制造与施工成本,这不但会给产品带来多种 设备的土地利用率高、制造成本低(达到一定规模 灵活的组合方式,而且可以节省巷道的土建施工 后)、运行效率高、使用方便、安全性好,但运行费 费,从而使其具有更高的性价比。 用和土建施工费较高,所以,对于新规划的中大型 停车库,巷道堆垛式具有更好的发展前景。 [参考文献] 升降横移式停车设备的选择与环境以及设备 [1]中国重型机械工业协会停车设备管理委员会.机械式 的层高和容车量直接有关,对于小型车库,它具 立体停车库[M].北京:海洋出版社,2001. 有简便易行的特点,但随着容车量的增加,不但 [2]张刚,孟如.巷道堆垛类机械式停车系统[J].农业 其制造和运行成本会上升,运行效率也会明显下 装备与车辆工程.2005.3. 降,因此升降横移式的层数不宜超过3层,容车量 E3-T童占荣,马志奇.机械停车库设计应注意的几个问题 在30位以下。对于某些高层住宅的地下空间,由 [J].建筑机械.2006.5. 于受到柱问距和空间高度的限制,可以采用升降 [41李浩,郑均宜,鲁芳.堆垛式立体车库存取车的优化 横移式停车设备,将这些零散空问设计成多个5~ [J1.起重运输机械.2005.5.<蓦 (上接第74页) 差距。 是国外产品的一半左右,目前是以极低的价格火 (2)加快信息化、网络化发展。 拼市场。产品可靠性差将制约主机产品出口区域, 有利于工程机械齿轮行业缩小与国外的制造 无法拓展欧洲和北美市场,只能选择非洲、东南 技术、管理水平,实现跳跃式发展,如引进ERP 亚、中东和俄罗斯。 管理系统,理顺企业管理网络。 (3)设备、装备和加工技术落后。 (3)加快自主创新步伐。 这几年工程机械行业火爆,很多企业乘势而上, 利用国家对装配制造业的大力支持,企业应 加大技术改造力度,引进了一些先进设备特别是关 与高校及科研机构加强合作,将技术逐渐转化为 键设备,但原有基础薄弱,现有的装备水平离国外 生产力,通过国家资金支持,加快推出具有自主 企业有不小差距,特别是试验设备差距较大。 知识产权的产品,特别是研发出自主知识产权的 (4)自主创新能力差。 动力换挡变速箱、湿式制动驱动桥,来提升传动 产品设计手段落后、试验手段缺乏、产品多 零部件的可靠性和水平档次。 年不变,这将直接导致产品附加值低,竞争力低。 (4)加强与国外企业的合作。 3.2发展建议 引进国外先进的设计和制造技术,加大出口 (1)企业重组。 步伐,充分利用中国日益成为世界制造基地的契 通过资产重组,行业内要形成几家有竞争实 机,把握机会,加大出口力度,必将有力提升企 力的企业,才有可能尽快缩小与国外先进企业的 业的产品质量,赶超世界先进水平。 营 建冤札拭2009.11(上半月刊) 

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