基于TRIZ的新型立體車庫創(chuàng)新設(shè)計

隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展和人民生活水平的提高,世界各大中城市汽車的擁有量急劇增加［1］,在“寸土寸金”的現(xiàn)今社會,公共場所及社區(qū)內(nèi)存在的車擠綠地、停車難等問題已越來越突出,“車庫”日漸成為熱門話題.為了解決停車車位占地面積與住戶商用面積的矛盾,立體機械停車設(shè)備以其平均單車占地面積小的獨特特性而應運而生,其應用前景已被廣大業(yè)內(nèi)人士所關(guān)注.

目前,國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局頒布的《特種設(shè)備目錄》中,把機械式停車設(shè)備分為九大類［2］,即:升降橫移式、巷道堆垛式、垂直升降式、垂直循環(huán)式、水平循環(huán)式、多層循環(huán)式、平面移動式、簡易升降式、汽車專用升降機式.各類型立體車庫的研發(fā)已達到一定先進水平,但皆未得到充分推廣,因存在一定不足:設(shè)備機構(gòu)復雜,實用性差,高峰期存取車時間長,甚至超出消費者的心理承受時間界限;其次,與司機思維有關(guān),認為其易發(fā)生嚴重故障,停取車不方便,收費高;再者,此類停車場一般位置隱蔽且無明顯標識.同時現(xiàn)有立體車庫外型適合建造于高樓聳立的繁華市區(qū),若建造于自然風景旅游區(qū)內(nèi),會顯得突兀、單調(diào),與自然不協(xié)調(diào).

目前許多旅游風景區(qū)旅游資源豐富,每逢節(jié)假日特別是黃金周期間,進入各大景區(qū)的游客數(shù)量劇增,景區(qū)及其周邊的停車場負荷極大,基本都出現(xiàn)停車位短缺現(xiàn)象.如青島每年的旅游高峰期,沿海一線主干道出現(xiàn)車位難找,致使旅游時間被壓縮,旅游質(zhì)量下降,影響島城旅游形象.因此研究開發(fā)一種經(jīng)濟、美觀、實用的新型立體車庫,充分利用有限的地面和空間,大幅增加停車位數(shù)目,在旅游區(qū)顯得尤為重要.

1基于TRIZ的新型立體車庫方案設(shè)計

針對城市旅游風景區(qū)等區(qū)域停車難、與現(xiàn)有立體車庫類型不相配問題,本文基于TRIZ理論指導進行了創(chuàng)新性方案設(shè)計、論證與結(jié)構(gòu)設(shè)計,提出一種“雙環(huán)拱型分體轎箱垂直旋轉(zhuǎn)式”新型立體車庫.

1.1TRIZ的主要理論及方法的研究

發(fā)明問題解決理論TRIZ［3-9］被認為是目前最全面系統(tǒng)地論述發(fā)明創(chuàng)造、實現(xiàn)技術(shù)創(chuàng)新的新理論.運用這一理論,可大大加快人們創(chuàng)造發(fā)明的進程,而且能得到高質(zhì)量的創(chuàng)新產(chǎn)品.TRIZ是一種建立在技術(shù)系統(tǒng)演變規(guī)律基礎(chǔ)上的問題解決系統(tǒng).技術(shù)系統(tǒng)演變的8個模式、39個通用工程參數(shù)、40條發(fā)明原理、39×39沖突解決矩陣、76個標準解、發(fā)明問題解決算法(ARIZ)以及工程知識效應庫等一同構(gòu)成了TRIZ的理論與方法體系［5］.

TRIZ認為,產(chǎn)品進化過程就是不斷解決產(chǎn)品所存在沖突的過程,設(shè)計人員在設(shè)計過程中不斷地發(fā)現(xiàn)并解決沖突,是推動其向理想化方向進化的動力.技術(shù)沖突是典型的工程妥協(xié)問題,即當提高系統(tǒng)某一技術(shù)特性(參數(shù))時,另一特性(參數(shù))會惡化.TRIZ創(chuàng)新原理的核心就是解決技術(shù)系統(tǒng)中存在的沖突,沖突解決矩陣是解決技術(shù)沖突的有效工具.它是由TRIZ研究者通過專利分析確定的39個通用工程參數(shù)和40條發(fā)明原理及其它們之間的對應關(guān)系組成的.一旦技術(shù)問題抽象成技術(shù)沖突的形式,就要用該問題所處的技術(shù)領(lǐng)域中的特定術(shù)語描述這個沖突,然后將這個沖突轉(zhuǎn)換成TRIZ的通用工程參數(shù),最后由通用工程參數(shù)在技術(shù)沖突解決矩陣中選擇可用的發(fā)明原理［9］.

1.2基于TRIZ技術(shù)沖突解決原理的立體車庫結(jié)構(gòu)創(chuàng)新方案設(shè)計

因傳統(tǒng)的立體車庫與景觀的相容性較差,且存取車效率較低,不適合車輛擁擠、存取頻率較高的旅游風景區(qū).為了解決此停車難和停車車位占地面積與景觀及綠化面積的矛盾,在可能的情況下應該對現(xiàn)有立體車庫進行改造,增加其自身“魅力”;同時考慮到旅游旺季與淡季所需車位數(shù)差距較大,建造大型固定式立體車庫成本高,淡季時會出現(xiàn)閑置狀況,浪費資源,因此,開發(fā)一與旅游區(qū)現(xiàn)有停車場相配合的既能泊車又能美化景觀的多功能組裝式立體車庫尤為必要.

基于TRIZ理論的技術(shù)沖突解決原理分析存在的矛盾,可以得到一系列的發(fā)明原理,在這些原理的指導下可以找到改進創(chuàng)新的方向,技術(shù)沖突分析見表1.綜合考慮各影響因素的作用及查找到的發(fā)明原理給出的設(shè)計方向,擬定設(shè)計半地上半地下組裝式垂直旋轉(zhuǎn)式立體車庫,在景觀區(qū)建設(shè)一外觀貌似巨大摩天輪的新型立體車庫,給風景區(qū)添加一壯觀景象,再加以裝飾,使之與自然渾然一體,實現(xiàn)停車景觀兩相宜.2基于三維建模軟件的結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計

依據(jù)沖突分析和“動態(tài)化”、“機械系統(tǒng)的替代”、“參數(shù)變化”、“拋棄與修復”、“不對稱”、“未達到的或超過的作用”等發(fā)明原理引導,綜合考慮結(jié)構(gòu)設(shè)計及周邊環(huán)境因素,采用“雙環(huán)拱型分體轎箱垂直旋轉(zhuǎn)式立體車庫”結(jié)構(gòu).本文介紹基于三維設(shè)計軟件

Pro/E,CAXA和3dsMax對其結(jié)構(gòu)所作的詳細設(shè)計.

此方案設(shè)計中存在許多關(guān)鍵技術(shù),如增加泊車位、實現(xiàn)穩(wěn)態(tài)驅(qū)制動、實現(xiàn)快速停取車、實現(xiàn)組裝式安裝和設(shè)計支撐結(jié)構(gòu)等.綜合考慮各項技術(shù)要求與可操作性,基于TRIZ沖突分析理論,本設(shè)計采用組裝式雙環(huán)單側(cè)支撐雙驅(qū)動式垂直旋轉(zhuǎn)式立體車庫,雙環(huán)增加了泊車位,雙驅(qū)制動提高了停取車效率并節(jié)約能源,鏈傳動或柱銷傳動實現(xiàn)其穩(wěn)態(tài)驅(qū)制動,組裝式安裝有利于設(shè)備的運輸、安裝與拆卸.技術(shù)沖突參數(shù)分析見表2.

表2分析多環(huán)問題技術(shù)沖突參數(shù)表

Table2Thetableoftechnicalconflictparametersforanalyzingmulti-annulusproblems

為了便于運輸和安裝,本立體車庫創(chuàng)新性地采用了標準節(jié)結(jié)構(gòu)形式,把內(nèi)外環(huán)每個轎箱分別做成標準節(jié),如圖1(a)所示.該車庫為雙環(huán)半地下式,主軸固定在軸承上,軸承安裝在地面上的軸承座上.主軸的一邊套有套筒,套筒內(nèi)緣與主軸之間采用鍵聯(lián)接,套筒外緣焊接法蘭盤;主軸的另一邊安裝滑動軸承,滑動軸承的外套上焊接法蘭盤,法蘭盤上用高強螺栓聯(lián)接用角鋼做成的支臂,形成單側(cè)輪輻支撐系統(tǒng).各支臂之間設(shè)計為網(wǎng)架結(jié)構(gòu),增強其強度、剛度和穩(wěn)定性.每個轎箱都聯(lián)接于支臂上,轎箱與轎箱之間采用螺栓聯(lián)接成拱型結(jié)構(gòu),見圖1和圖2.各標準

節(jié)之間相互支撐力,從而減小整環(huán)對支臂的彎矩,其主要用于承受重量和傳遞動力.

載車臺為重力自平衡式調(diào)節(jié),兩側(cè)設(shè)有6組滾輪,每組兩個滾輪,由于重力作用,載車臺在隨車庫公轉(zhuǎn)的同時也產(chǎn)生自轉(zhuǎn),實現(xiàn)載車臺始終保持水平.為了增加載車臺支撐點,標準節(jié)內(nèi)設(shè)有三環(huán)T型鋼彎成的軌環(huán)形道,采用T型鋼可以使兩輪子分布于腹板兩側(cè),防止輪子脫離軌道.

為降低驅(qū)動力、節(jié)約能源,內(nèi)外環(huán)驅(qū)制動安置在每環(huán)的外緣.拱型環(huán)的每個轎箱標準節(jié)外側(cè)聯(lián)接一定厚度的弧形板(見圖3),使之形成一圓環(huán),在圓環(huán)周向安置與鏈條相嚙合的弧形齒條或與柱銷相配合的柱銷孔.內(nèi)外環(huán)總體裝配如圖3所示,應用場景效果圖如圖4所示,可見此新型立體車庫與外部環(huán)境構(gòu)成了渾然一體的靚麗風景.

圖4渲染效果圖

Fig.4Romancedimaginepicture

3設(shè)計評價

該“雙環(huán)拱型分體式轎箱旋轉(zhuǎn)立體車庫”采用轎箱標準節(jié)式、垂直旋轉(zhuǎn)方式,結(jié)構(gòu)、工藝、安裝、維修均較簡單,功能齊全,拆裝方便,具有新穎性、實用性、安全性、環(huán)保性、節(jié)能性、景觀性和經(jīng)濟性等優(yōu)點.此外該新型車庫還有以下幾方面特點:

(1)在車庫外圍建設(shè)防護罩,可防雨、防風、防曬.

(2)據(jù)資料分析,平面自走式停車場,含場內(nèi)車道每車位平均需要25~30m2;而該車庫含場外車道每車位平均需要6~8m2,大大減少了占地面積,提高了地面利用率.

(3)該車庫與現(xiàn)有存容量相當?shù)牧Ⅲw車庫相比,存取時間短.根據(jù)停車設(shè)備設(shè)計要求,最遠存車位一次取車時間少于2min.該車庫內(nèi)外環(huán)可正反轉(zhuǎn)且獨立驅(qū)動,最遠存車位為外環(huán)離進出口1/4圓周處,滿負荷運行時32輛車依次取出(存入)作業(yè)的時間小于40min.而普通立體車庫,高峰取車時間依次取車時間過長,依次取車第20輛需30min以上.

(4)該設(shè)計考慮到旅游旺季和淡季車位需求量的差距,采取拆裝方便的標準節(jié)式組裝方式,總體框架也是采用大型型材組裝而成,從而可根據(jù)需求不同進行拆裝,避免了設(shè)備的長期閑置,節(jié)約資源,提高其