基于TRIZ的新型立体车库创新设计7

基于TRIZ的新型立体车库创新设计

随着经济的快速发展和人民生活水平的提高,世界各大中城市汽车的拥有量急剧增加［1］,在“寸土寸金”的现今社会,公共场所及社区内存在的车挤绿地、停车难等问题已越来越突出,“车库”日渐成为热门话题.为了解决停车车位占地面积与住户商用面积的矛盾,立体机械停车设备以其平均单车占地面积小的独特特性而应运而生,其应用前景已被广大业内人士所关注.

目前,国家质量监督检验检疫总局颁布的《特种设备目录》中,把机械式停车设备分为九大类［2］,即:升降横移式、巷道堆垛式、垂直升降式、垂直循环式、水平循环式、多层循环式、平面移动式、简易升降式、汽车专用升降机式.各类型立体车库的研发已达到一定先进水平,但皆未得到充分推广,因存在一定不足:设备机构复杂,实用性差,高峰期存取车时间长,甚至超出消费者的心理承受时间界限;其次,与司机思维有关,认为其易发生严重故障,停取车不方便,收费高;再者,此类停车场一般位置隐蔽且无明显标识.同时现有立体车库外型适合建造于高楼耸立的繁华市区,若建造于自然风景旅游区内,会显得突兀、单调,与自然不协调.

目前许多旅游风景区旅游资源丰富,每逢节假日特别是黄金周期间,进入各大景区的游客数量剧增,景区及其周边的停车场负荷极大,基本都出现停车位短缺现象.如青岛每年的旅游高峰期,沿海一线主干道出现车位难找,致使旅游时间被压缩,旅游质量下降,影响岛城旅游形象.因此研究开发一种经济、美观、实用的新型立体车库,充分利用有限的地面和空间,大幅增加停车位数目,在旅游区显得尤为重要.

1基于TRIZ的新型立体车库方案设计

针对城市旅游风景区等区域停车难、与现有立体车库类型不相配问题,本文基于TRIZ理论指导进行了创新性方案设计、论证与结构设计,提出一种“双环拱型分体轿箱垂直旋转式”新型立体车库.

1.1TRIZ的主要理论及方法的研究

发明问题解决理论TRIZ［3-9］被认为是目前最全面系统地论述发明创造、实现技术创新的新理论.运用这一理论,可大大加快人们创造发明的进程,而且能得到高质量的创新产品.TRIZ是一种建立在技术系统演变规律基础上的问题解决系统.技术系统演变的8个模式、39个通用工程参数、40条发明原理、39×39冲突解决矩阵、76个标准解、发明问题解决算法(ARIZ)以及工程知识效应库等一同构成了TRIZ的理论与方法体系［5］.

TRIZ认为,产品进化过程就是不断解决产品所存在冲突的过程,设计人员在设计过程中不断地发现并解决冲突,是推动其向理想化方向进化的动力.技术冲突是典型的工程妥协问题,即当提高系统某一技术特性(参数)时,另一特性(参数)会恶化.TRIZ创新原理的核心就是解决技术系统中存在的冲突,冲突解决矩阵是解决技术冲突的有效工具.它是由TRIZ研究者通过专利分析确定的39个通用工程参数和40条发明原理及其它们之间的对应关系组成的.一旦技术问题抽象成技术冲突的形式,就要用该问题所处的技术领域中的特定术语描述这个冲突,然后将这个冲突转换成TRIZ的通用工程参数,最后由通用工程参数在技术冲突解决矩阵中选择可用的发明原理［9］.

1.2基于TRIZ技术冲突解决原理的立体车库结构创新方案设计

因传统的立体车库与景观的相容性较差,且存取车效率较低,不适合车辆拥挤、存取频率较高的旅游风景区.为了解决此停车难和停车车位占地面积与景观及绿化面积的矛盾,在可能的情况下应该对现有立体车库进行改造,增加其自身“魅力”;同时考虑到旅游旺季与淡季所需车位数差距较大,建造大型固定式立体车库成本高,淡季时会出现闲置状况,浪费资源,因此,开发一与旅游区现有停车场相配合的既能泊车又能美化景观的多功能组装式立体车库尤为必要.

基于TRIZ理论的技术冲突解决原理分析存在的矛盾,可以得到一系列的发明原理,在这些原理的指导下可以找到改进创新的方向,技术冲突分析见表1.综合考虑各影响因素的作用及查找到的发明原理给出的设计方向,拟定设计半地上半地下组装式垂直旋转式立体车库,在景观区建设一外观貌似巨大摩天轮的新型立体车库,给风景区添加一壮观景象,再加以装饰,使之与自然浑然一体,实现停车景观两相宜.2基于三维建模软件的结构创新设计

依据冲突分析和“动态化”、“机械系统的替代”、“参数变化”、“抛弃与修复”、“不对称”、“未达到的或超过的作用”等发明原理引导,综合考虑结构设计及周边环境因素,采用“双环拱型分体轿箱垂直旋转式立体车库”结构.本文介绍基于三维设计软件

Pro/E,CAXA和3dsMax对其结构所作的详细设计.

此方案设计中存在许多关键技术,如增加泊车位、实现稳态驱制动、实现快速停取车、实现组装式安装和设计支撑结构等.综合考虑各项技术要求与可操作性,基于TRIZ冲突分析理论,本设计采用组装式双环单侧支撑双驱动式垂直旋转式立体车库,双环增加了泊车位,双驱制动提高了停取车效率并节约能源,链传动或柱销传动实现其稳态驱制动,组装式安装有利于设备的运输、安装与拆卸.技术冲突参数分析见表2.

表2分析多环问题技术冲突参数表

Table2Thetableoftechnicalconflictparametersforanalyzingmulti-annulusproblems

为了便于运输和安装,本立体车库创新性地采用了标准节结构形式,把内外环每个轿箱分别做成标准节,如图1(a)所示.该车库为双环半地下式,主轴固定在轴承上,轴承安装在地面上的轴承座上.主轴的一边套有套筒,套筒内缘与主轴之间采用键联接,套筒外缘焊接法兰盘;主轴的另一边安装滑动轴承,滑动轴承的外套上焊接法兰盘,法兰盘上用高强螺栓联接用角钢做成的支臂,形成单侧轮辐支撑系统.各支臂之间设计为网架结构,增强其强度、刚度和稳定性.每个轿箱都联接于支臂上,轿箱与轿箱之间采用螺栓联接成拱型结构,见图1和图2.各标准

节之间相互支撑力,从而减小整环对支臂的弯矩,其主要用于承受重量和传递动力.

载车台为重力自平衡式调节,两侧设有6组滚轮,每组两个滚轮,由于重力作用,载车台在随车库公转的同时也产生自转,实现载车台始终保持水平.为了增加载车台支撑点,标准节内设有三环T型钢弯成的轨环形道,采用T型钢可以使两轮子分布于腹板两侧,防止轮子脱离轨道.

为降低驱动力、节约能源,内外环驱制动安置在每环的外缘.拱型环的每个轿箱标准节外侧联接一定厚度的弧形板(见图3),使之形成一圆环,在圆环周向安置与链条相啮合的弧形齿条或与柱销相配合的柱销孔.内外环总体装配如图3所示,应用场景效果图如图4所示,可见此新型立体车库与外部环境构成了浑然一体的靓丽风景.

图4渲染效果图

Fig.4Romancedimaginepicture

3设计评价

该“双环拱型分体式轿箱旋转立体车库”采用轿箱标准节式、垂直旋转方式,结构、工艺、安装、维修均较简单,功能齐全,拆装方便,具有新颖性、实用性、安全性、环保性、节能性、景观性和经济性等优点.此外该新型车库还有以下几方面特点:

(1)在车库外围建设防护罩,可防雨、防风、防晒.

(2)据资料分析,平面自走式停车场,含场内车道每车位平均需要25~30m2;而该车库含场外车道每车位平均需要6~8m2,大大减少了占地面积,提高了地面利用率.

(3)该车库与现有存容量相当的立体车库相比,存取时间短.根据停车设备设计要求,最远存车位一次取车时间少于2min.该车库内外环可正反转且独立驱动,最远存车位为外环离进出口1/4圆周处,满负荷运行时32辆车依次取出(存入)作业的时间小于40min.而普通立体车库,高峰取车时间依次取车时间过长,依次取车第20辆需30min以上.

(4)该设计考虑到旅游旺季和淡季车位需求量的差距,采取拆装方便的标准节式组装方式,总体框架也是采用大型型材组装而成,从而可根据需求不同进行拆装,避免了设备的长期闲置,节约资源,提高其