梳齿式车辆交接技术分析

梳齿式车辆交接技术分析——郭同进李佳川当今大城市汽车的保有量越来越大，人们停车越来越困难，大容量高密度的仓储式机械车库已成为发展热点。成熟的电梯升降技术和巷道堆垛技术为兴建大型仓储式车库提供了基础，如何实现车辆的存、取动作宛如在大型仓库中搬运货物一样快捷安全？则需解决的是车辆的交接技术，其中梳齿式车辆交接技术就是其中较有代表性的技术之一，以下简称梳齿搬运技术。梳齿搬运技术的基本原理上图中有一梳齿式交接台车简称搬运器。搬运器运用梳齿错位交叉动作，首先将梳齿式停车台上的汽车提取到搬运器上，然后，再次运用梳齿错位交叉动作，将搬运器上的汽车转移到另外一个梳齿式停车台上。梳齿搬运技术的发展简介自动车库中的车辆交接技术分为车台板交接技术和无车台板交接技术两种形式，其中，车台板交接技术发展史如图所示：昀初的车台板式交接技术直接从自动仓库技术中嫁接过来，车台板相当于自动仓库中的栈板，即以车台板为中间介质，司机只需将车停放在车台板上，由搬运器运送车台版实现存、取车的操作。车台板交接技术的根本性缺陷在于：它每连续存车或取车一次，在存或者取第二部车前，均无法避免一个运送空车台板的行程，而做无用功，耗电又费时，因此不符合市场的需要，便出现了改进的双车台板交接技术，分为“步进式双台板交接技术”和“同步式车台板交换技术”。然而，这二种双车台板交接技术均制造成本高昂且安装复杂，也难以灵活地适应市场需要。无台板交接技术带来了新的突破。如下图所示：链板转运式、梳齿式、夹持轮胎式（还可分为四爪夹持前轮式和八爪夹持四轮式）等多种无台板交接技术的诞生为车辆交接技术开辟了新天地。以下重点讨论无台板交接技术中应用较早的梳齿式台车交接技术即梳齿搬运技术。第一代梳齿搬运技术于上世纪八十年问世并进入商业化，被命名为COMPARK系统，它是意大利工业发明家和欧盟注册工程师乔万尼瓦利发明的。从1997年开始COMPARK系统被引进到我国的上海、深圳、广州等地。在乔万尼瓦利多年持续努力下，COMPARK系统得以显著改进，升级换代为SILOMAT智能动态调节梳齿式交换技术，简称SILOMAT梳齿系统。值得提及的，在JB/T10474-2004《巷道堆垛类机械式停车设备》中，梳齿系统从无台板交接系列技术中被单独列项提及。因为行业专家们可能越来越多地认为是不可将SILOMAT系统与COMPARK系统相提并论的，尽管这两个系统源于同一个发明者。为便于清晰地了解这两套梳齿搬运系统的根本差别，以下将分别进行说明。COMPARK梳齿交接系统„技术分析部分1.COMPARK梳齿系统的构成COMPARK梳齿系统早期在中国内市场较为常见。构件说明如下：2.COMPARK搬运台车的机械原理分析梳齿式搬运台车由行走机构、对中装置和升降装置构成，这三大机构和装置在车辆的存、取过程中各负其责，相互协调，共同完成车辆的交接动作。原理图如下：根据以上原理图，对COMPARK搬运系统各项构件的动作分析如下：COMPARK系统动作的原理分析行走机构行走机构来回行走在巷道两边。在底盘1前后对角的位置，分别设有两套驱动装置15（电机连减速器/制动器），同步驱动前后两个主动行走轮16，与主动轮对应的底盘另一边，是两个被动轮16，共四轮托住台车体行走。前后轮距大约3300mm，主动轮与被动论均采用铁芯外包聚氨酯结构，可以降低COMPARK台车由前后四轮支撑噪声。对中装置对中装置将进出口的车辆进行对中，确保车辆能准确停于车位。对中装置11安装在升降梳型架2上。由前后两个驱动装置（电机连减速器制动器）11驱动电机驱动齿轮9，再由齿轮9来驱动齿条10和长条型推板19，由长条型推板19向外推动小车的四个轮胎以实现对中。显然，对中装置须在升降架上完成相关动作，势必要求车轮停放的位置可以保证车辆左右移动且升降架上的梳型架必须布置多排滚轮。升降装置升降机构由前后两套驱动装置完成。驱动装置3（电机连减速器制动器）安装在底盘上，另外还设有升降主动轴18，升降齿轮4，升降导向装置23等，升降齿条5固定在升降梳型架2上。驱动装置3驱动升降传动轴18和固定在升降传动轴18两端的两个升降齿轮一起运动，来驱动升降齿条5。升降主动轴18用联轴器12连接，确保前后两套升降机构的同步升降，实现车辆交换。„COMPARK梳齿系统缺陷分析COMPARK梳齿交换技术是第一代梳齿系统，在近30多年的运行过程中，暴露出越来越多的缺陷和安全隐患，主要表现如下：1.空间利用率低由于梳齿式搬运台车自身结构的原因，要求在车位上和在进出口处安装一个抬高的梳型停车架，高达300mm，如此一来，对停车位的净高要求增加400mm.COMPARK系统的车位尺寸要求说明如下：2.对中机构的巨大安全隐患如同Compark系统对中装置的原理所述，COMPARK系统的对中是通过左右两根长条形推板来实现的，人们一般是不会注意昀常见车型的前后轮距其实都是不一样的，一般前轮轮距比后轮轮距大，这一点可以从附件2009年《全球名车录》所列数据中得知。通常前轮轮距超出后轮轮距10mm。从上述Compark系统对中装置的原理可知，搬运台车本体上的所有后排梳齿上必须设置成可一排排滚轮，才能实现对中过程。然而，问题在于：由于前后轮距的差异均大于10mm，实际上,对中装置根本无法实现真正的对中，汽车后轮实际上是停放在一个没有定位可以左右摇摆的滚轮上，即汽车完全没有固定，因此一旦搬运台车在横移过程中遇到振动和微小冲击，随时都会引发重大事故，COMPARK车库频发事故也证明了这一点。3.速度的局限性COMPARK台车存取车流程至少分为以下5个环节，且必须分步动作：1）台车行走到悬臂型梳架下；2）台车梳架升起并托住小车到略高于悬臂型梳架的平面位置；3）对中装置将车辆对中；4）台车将小车托起到高出悬臂型梳架平面位置；5）台车将小车取回到载荷平台上。除了上述动作步骤之外，还限于机构原理方面的原因，COMPARK系统的对中相对独立，在执行对中动作时，COMPARK搬运台车先将车辆抬高到略高于悬臂型梳架的平面位置，进行对中，再将汽车抬高到高出悬臂型梳架的平面位置，此时，不管车辆是否对中到位，COMPARK搬运台车都会进行下一个动作即行走动作。所以，COMPARK系统根本无法提高台车的行走速度、提升速度和对中速度。特别是COMPARK对中装置的缺陷，使得横向移动小车的横向移动速度和汽车升降机的提升速度也大大受到限制。COMPARK搬运台车完成上述一个完整的交接车辆动作要花费超过26秒的时间，一般存取一部车均需有两次交接车辆动作，COMPARK搬运台车所耗时间至少52秒，而仓储式车库有一个重要的指标就是单次昀大存取车时间，因此采用COMPARK系统的车库会有较大的局限性。4.COMPARK台车行走的稳定性分析影响因素说明四轮支撑结构，两轮驱动，导致稳定性不足从搬运器行走机构的原理分析中可知，前后两主动轮和两被动轮共有四轮托住底盘，四个轮子均由钢芯外包聚氨酯材料制成，前后轴距较大，轴距与轮径之比达18，行走极不稳定，当导轨之间的间隙较大超过5mm或升降机平层高差超过3mm时任一情况出现时，极易损坏行走轮，也由此导致高额的维护成本。形同虚设的对中机构，影响系统稳定性从搬运器对中机构的原理分析中可知，搬运器自身无法固定，受惯性力的影响，运行过程极不稳定，容易导致台车偏载受力不均，当别导轨间的间隙较大或平层高差超过3mm时，极易发生事故。一旦司机忘记拉手刹，还有可能引发灾难性的后果。5.测重装置及动作耗能分析COMPARK系统中无论是搬运器的梳架结构还是车位上的梳架结构，均是被设计人员视为禁忌的悬臂结构，它们对存放车辆的重量要求严格，例如：客观上要求安装具有限制汽车重量的检测装置，实际上由于COMPARK结构的限制往往无法安装这种限重检测装置，因而常常引发安全事故。从耗能方面来看，如果设定功耗P=G.h，式中G是车重，h是搬运器提升高度，COMPARK梳齿式系统需要错齿抬升，每次动作抬升约需120mm以上,可见此系统在两次提升动作中耗能较多。6.梳齿停车架结构的影响6.1.梳型架的安装方式对大楼结构的影响梳型架在安装过程中需要通过大量的M16膨胀螺丝固定，无疑会对大楼的楼板结构造成一定程度的破坏。在采用大楼内置式仓储式车库中，绝大多数的欧洲建筑师都反对COMPARK系统悬臂梳型架的安装方式，而中国的建筑师们则在安装Compark系统的梳架之后，常建议业主再通过结构补强措施来加固原来的楼板结构。6.2.悬臂梳型架结构对轮胎有影响从COMPARK系统车位上的悬臂梳型架结构看来，两个前轮处在相距160mm的两根三角形支架上，存放状况的模拟图如下：不同规格轮胎与悬臂梳型架的接触均是线接触。如果车辆长久存放，一方面车辆轮胎遭受损坏，另一方面悬臂梳型架自身也会疲劳变形。为了矫正悬臂梳型架的变形，通常在系统投入运行两三年后，T字形悬臂梳型架都会在其中间采取加固措施，而对于单边倒置的L型悬臂梳型架，至今尚未找到很好的解决办法。7.其他方面的缺陷分析缺陷简要说明对进出口设备的要求复杂为了保证司机进出COMPARK车库的安全，通常在COMPARK车库的进出口梳齿型载荷平台上，为填补错齿之间的间隙160mm，必须另外设计一套错位的梳齿间隙补偿机构，所以COMPARK车库进出口设备更复杂。尽管如此，由于间隙过大和补偿机构垂直升降距离过大，还是会给不少着高跟鞋女姓司机带来意外。人工取车可能性低COMPARK系统的车辆无论是在搬运器上还是在停车位上，都处在悬臂架空的高位梳型架上，根本上杜绝了人工存取车的可能性。难以进行升级改造COMPARK车位梳架结构采用重型悬臂梳齿结构，容易变形，一旦变形后几乎无法进行重装，车库的大修维护和升级改造都十分困难。SILOMAT系统—COMPARK系统的升级和完全替代品上述COMPARK系统在使用过程中的种种缺陷，已经限制了它的生存与发展。它既不能适应欧洲市场的需要，也无法达到欧盟标准，因此已在欧洲停产。意大利工业发明家乔万尼瓦利彻底改良了COMPARK系统，发明了一种全新的智能动态梳齿交接技术，命名为SILOMAT系统，它完全克服了COMPARK旧梳齿交换系统的安全缺陷，成为今天建设大型仓储式机械车库的理想设备。„技术分析部分1.SILOMAT系统的原理图„系统改良分析SILOMAT技术对COMPARK改进如下：Silomat台车由前中后六轮支撑。1.提高空间利用率度在保持COMPARK系统车位宽度和长度的情况下，将原车位的高度降低200mm.特别提及的是，与SILOMAT台车配套的横向移动台车，其结构尺寸也随之能大大降低。2.通过渐进式对中装置实现真正对中SILOMAT系统采用前后分体的、四条斜面的、可调的长条形挡板来对中，当梳型台车伸到车轮底后，同时伸出左右四组梳齿和四个长条形挡板昀终四个挡板要和四个车轮分别接触。在长条形挡板后面设有检测开关，直至将车完全停放在中心位置，完成真正的对中，然后再托起车辆进行下一步动作。不管车辆处于什么状态下即便手刹忘拉，只要在Silomat台车上，就可稳固停放。3.SILOMAT台车存取车速度大大提高SILOMAT台车从升降机到进出口取车过程仅需三个环节，如下图所示：操作步骤：1）台车行走到车位上；2）台车上的梳架伸出并同时对中车辆，然后快速抬起车辆；3）回到载荷平台。Silomat车库车位高度仅需1750mmSILOMAT系统结构稳定，定位精确牢固，对中定位抬升车辆一气呵成，通过先进的调速技术大幅度提升了降机系统和穿梭车系统的速度，行走、提升和对中速度均都得以提高，从进出口回到升降机载荷平台这一过程，SILOMAT台车仅需16秒就可以完成，一般存取一部车均需有两次交接车辆动作，SILOMAT搬运台车所耗时间减少到32秒，速度提高达61%。因此，可大大降低车库的单次存取车昀大时间，彻底突破了机械车库的发展瓶颈。4.台车行走稳定性大大提高梳架结构和对中结构确保运行稳定性六轮支撑结构带来良好的运行稳定性比较SILOMAT与COMPARK系统的原理图可以看出，为了彻底改善COMPARK