升降横移式立体车库与升降机构设计大学生本科学位论文.docx

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升降横移式立体车库与升降机构设计大学生本科学位论文

四川理工学院毕业设计（论文）

升降横

升降横移式立体车库与升降机构设计

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指导教师：

四川理工学院机械工程学院

摘要

立体车库是专门实现各种车辆自动停放及科学寄存的仓储设施。

随着城市汽车保有量的不断增加，停车难的问题已经成为大中型城市的一个普遍现象。

机械式立体车库可以充分利用上土地资源，发挥空间优势，最大限度地停放车辆，成为解决城市静态交通问题的重要途径。

本设计以较为典型的升降横移式立体车库为研究对象，综合考虑立体车库制造成本和运行效率的双重因素。

本论文在对国内外车库现在及发展趋势做了充分调研的基础上，结合目前国内大多数城市对立体车库的需求，选择三层三列式车库结构为研究内容。

升降横移式立体车库就其组成部分而言，可分为三大部分：

车库结构部分、传动部分和控制系统部分。

本论文主要是对车库的结构部分和升降传动部分作为研究设计对象。

依据升降横移式立体车库的运行原理，运用力学理论对车库的结构进行了全面的力学分析，包括主框架结构强度、升降传动轴以及车库中重要零件的强度等。

为了使车库满足使用要求，根据国家机械式停车设备通用安全要求的标准，在升降横移式立体车库中使用了一些必要的安全技术，这样保证了车辆的绝对安全，使得整个车库可以安全平稳的运行。

关键词：

升降横移；立体车库；结构设计；力学分析；安全设施。

ABSTRACT

Stereogarageisaspecificallywarehouseimplementationforvariousvehicleoftheautomaticparkingandscientificstorage..Withtheincreasingofurbancarownership,parkingproblemhasbecomeacommonphenomenoninlargeandmedium-sizedcities.Mechanicalstereogaragecanmakefulluseoflandresources,makingfulluseoftheadvantagesofspaceandmaximizetoparkvehicles.Itbecomestheimportantwaytosolvetheproblemofurbanstatictrafficproblem.Thisdesignregardtheup-downandtranslationstereoastheresearchobject,consideringthedoublefactorsofthestereogarage:

manufacturingcostandoperationefficiency.

Thispapernotonlymakesafullinvestigationonthedevelopmenttrendinthegarageathomeandabroad,butalsocombineswiththepresentdomesticmostcitiesdemandforstereogarage;choosethreelayerthreecolumntypegaragestructuresastheresearchcontent.Liftingandmovingtypestereogarageintermsoftheircomponentpartscanbedividedintothreeparts:

thegaragestructuralparts,transmissionpartsandcontrolsystem.Thispapermainlyregardthestructureofthegarageandliftingtransmissionpartdesignastheresearchobject.Basingontheoperationprincipleofup-downandtranslationstereogarage,itusethemechanicstheorytomakeacomprehensivemechanicsanalysisongaragestructure,includingthemainframestructurestrength,lifttheshaftdrivingsystemandthestrengthoftheimportantpartsinthegarage,etc.Inordertomakethegaragemeetstherequirement,accordingtonationalmechanicalparkingequipmentstandardsandgeneralsafetyrequirements,itusesomenecessarysafetytechnologyintheup-downandtranslationstereo,sothatensuresthecompletesafetyofthevehicleandmakesthewholegaragecanbesafeandsmoothoperation.

Keywords:

Up-down;translationstereo;Structure;Transmissionform;Mechanicalanalysis;Safetyfacilities

第1章绪论

1.1立体车库发展现状

一、立体车库的需求

随着我国的城市化的不断加快，城市交通日益拥挤。

车辆的不断增多，会造成城市动态交通严重阻塞，同时停车场地设置不合理，造成了停车难的现象。

一定程度上加剧了交通拥挤，影响城市居民的出行便利，同时影响城市形象。

据统计，中国在2003年底，机动车保有量已达到9619多万辆，截止目前，我国汽车保有量超过一亿辆。

然而，目前我国城市机动车辆的保有量与停车位之比约为5:

1。

也就是说停车位的满足率只有20%左右。

停车位严重不足，造成机动车非法停放、占用停放想象日益严重。

上海市中心占道停放占总停放车辆的64%。

这就造成了许多车辆无家可归。

从国际城市建设经验看，要保证交通不拥堵，不仅要满足100%的基本停车位，还要满足20%的公共停车位。

近几年新增轿车每年在200万辆左右，按停车位与轿车数之比为1:

1.2计算，每年需新增停车位290万个，才能满足停车位的需求。

图1-1被汽车占领的城市

二、立体车库的优点

随着经济的腾飞，停车难的问题已刻不容缓，在日益繁华的城市中心，特别是在停车密集的商场、宾馆、购物中心等地段，不得不向空中，向地下发展。

所以立体车库的建造及发展势在必行，立体车库的优点也显而易见。

第一，占地面积小。

一般情况下，立体车库的占地面积约为普通停车场的1/2-1/20。

机械式“立体”车库在地下和地面都可安装。

最大的特点就是可以充分利用小面积向高空发展，是土地资源紧缺、车辆容量大的场所最佳选择停放方式。

例如，在空间有限的居民小区地面上最适合使用“升降横移”式立体车库。

本论文就是此类车库的研发设计。

第二，自动化控制，使用方便。

立体停车库自动化程度很高，可以进行旋转式升降。

例如，小区居民下班回来停车，只要按一下与车位号对应的号码，这个车位就会降落到地面，待车主停好车辆后，再按号码，车位又上升复位。

安装了立体车库的大型地下停车场则配套安装停车场智能管理系统，由经过专业技术培训的工作人员进行24小时值守调度。

第三，立体车库建设成本大低于传统停车场。

据了解，传统停车场的占地和建设成本相当高昂。

一般来说，普通地上停车位每个车位占地在1.5平方米左右。

地下停车场每个车位占地面积则至少在2.5平方米以上。

如果使用立体车库，在30平方米的空地上就可以停放两组7车位立体车库。

平均每个车位占地面积2平方米左右。

就建设成本而言，目前小区房产开发商建一个地下车位需投资6-8万元。

某些高档写字楼地下停车位的建设成本更是高达十几万元。

如果安装立体车库，在空间面积不变的情况下尽量增加停车位，可以将每个停车位的建设成本控制在5-6万元。

安全可靠、美化环境。

配备自动检测系统，各种安全机构，自动报警，消防系统及其他防范设施，汽车不会损坏，丢失。

因地制宜，利用零星空地，配以外形美观的车库，美化城市环境。

1.2国内外的研究状况

立体停车设备的发展在国外，尤其在日本，德国已经有近30-40年的历史，无论在技术上还是在经验上均已获得了成功。

我国也于90年代初开始研究开发机械立体停车设备，距今已有十年的里程了。

早在八年前，一些民营企业就看准了随着中国轿车市场的启动，必将带动停车产业的发展，并着手研发立体停车设备。

历经数年发展，许多单位都配备了他们的立体停车设备，有效地缓解了停车紧张的局面，并给业主带来了丰厚的经济效益。

但目前，立体车库在住宅小区内的应用，却还是少的可怜。

其主要原因还是人们的思维观念没有转变过来，而技术上的问题已经退居其次了。

可以说，当前的技术已经完全可以满足小区内建造立体车库的主要要求，急需解决的已是人们的思想观念问题。

1.3升降横移式立体车库特点

（1）节省占地，配置灵活，建设周期短。

（2）价格低，消防、外装修、土建基地等投资少。

（3）可采用自动控制，构造简单，安全可靠。

（4）存取车迅速，等候时间短。

（5）运行平稳，工作噪声低。

（6）适用于商业、机关、住宅小区配套停车场使用。

第2章总体设计分析

2.1升降横移式立体车库工作原理

图2-1升降横移式立体车库工作原理图

升降横移立体停车库车位结构为矩阵形式，可设计多层、多列。

由于受收链装置及进出车时间的限制，一般为2~4层（国家规定最高为4层），以2,3层结构居多，可根据停放车辆的数量来决定车库的规模。

车库在地上或地下均可设置，或一半设在地上一半设在地下。

其主钢架结构按一定规格的分格单元进行组合，可纵向延伸、分段集中控制，也可横向并列，分排单独控制。

根据不同场地条件及需求可布置组合不同规模形式车库，配置性比较灵活。

本论文研究的地上3x3升降横移式车库，下面简要介绍此种车库类型的工作原理。

升降横移式立体车库利用托盘移位产生垂直通道，实现高层车位升降存取车辆动作，采用PLC控制全部的逻辑动作。

升降横移式立体车库结构的特点：

底层只可平移，顶层只可升降，中间层既可平移又可升降。

要实现进出车辆升降动作，除顶层外，必须在中间层和底层预留一个空车位。

当底层车位进出车时，无需移动其他车位就可直接进出车；中间层、顶层进出车时，先要判断此车位对应的下方位置是否为空，如果不为空要进行相应的平移动作，直到下方位置为空时才可进行升降和进出车动作，进出车后再上升回到原位置。

其运动总原则是：

升降复位，平移不复位。

图2-1是地上3x3升降横移立体车库运动原理图。

地下布置、半地上半地下布置车库的结构与此类似。

2.2主要技术参数

一、驱动部件

驱动装置：

采用专用电机（电机+减速器+制动）+链轮驱动

横移电机：

0.4KW

横移速度：

7m/min

升降电机：

采用2.2KW电机（建议采用3KW）

升降速度：

5m/min

二、空间几何尺寸

容车尺寸：

5050mmX1900mmX1600mm（底层高度：

1900mm）

参照国家标准：

车库具体结构尺寸在宽度方向增加200mm，在长度、高度方向各增加50mm）

设计容车尺寸：

5100mmX2100mmX1650mm（底层高度：

1950mm）

实际容车尺寸：

5385mmX2100mmX1670mm（底层高度：

2010mm调整到1980mm）（底层载车板平面与地面的距离：

97.34+5）

载车架尺寸：

7800mm（内空7500mm）X6200mmX4720mm

三、各行程尺寸计算

二层行程：

2040mm（上、下限）,2040+55（-10）=2095mm（计时器上、下极限）

三层行程：

3776mm（上、下限），3776+35=3811mm（计时器上、下极限）

二层升降两车位距离所用时间：

2040mm/5m/min=24.48s

二层升降时间计时器：

2095/5m/min=25.14s

三层升降两车位距离所用时间：

3776mm/5m/min=45.312s

三层升降时间计时器：

3811/5m/min=45.732s

底层及二层横移车位距离所用时间：

2550mm/7m/min=21.86s

底层及二层横移时间计时器：

2600mm/7m/min=22.80s

吊钩与挂钩最小距离：

15mm

四、重量及泊车数计算

汽车重量≤1.7T，载板及附件重量估计0.5T，总重初步取2.2T。

最大停车容量Q=M（N一1）+1=3（3-1）+1=7，其中Q代表车库的最多停车数，M代表车库的层数，N代表每一层的泊车位数。

2.3设备型号表示方法

一、升降横移立体车库设备型号：

PSH3L-7Z/2K-XHJX

二、工程图编号：

立体车库（总装图）：

PSH3L

主钢架结构（部装图）：

PSH3L-01

主钢架结构零件图：

PSH3L-01-mn

一层横移机构（部装图）：

PSH3L-02

一层横移机构零件图：

PSH3L-02-mn

二层升降及横移机构（部装图）：

PSH3L-03

二层升降及横移机构零件图：

PSH3L-03-mn

三层升降机构（部装图）：

PSH3L-04

三层升降机构零件图：

PSH3L-04-mn

其它零件图：

PSH3L-05……-mn

2.4主要结构组成与特点

一、主钢架部分

主体钢架结构采用“H”型钢做钢梁、槽钢、钢板焊接成型，用高强度螺栓连接成框架结构，具有较好的强度和刚度。

对钢结构部分喷漆之前应采用机械除锈处理，使停车设备整体表面防护水平达到较高的档次。

连接的两种形式：

焊接（主要采用：

对焊、角焊）和螺栓。

二、载车板

载车板由2mm的镀锌板压弯成型（组合的镀锌板）。

边梁用高强度螺栓和载车台连接，以保证载车台的刚度和强度。

拼板式载车板用镀锌钢板一次冲压或滚压成组装件，采用咬合拼装成载车板，用螺栓紧固连接，拼装前可以先对组件进行各种表面处理，如电镀、烤漆等，使载车板轻巧、美观。

三、驱动系统（传动机构）

传动部分由提升传动部分和横移传动部分组成，

1．横移传动部分

每个可停车位均有一个独立的横移动力传动系统，包含有横移电机（带刹车的专用减速机）、传动轴和滚轮。

底层横移传动系统安装在载车板上，其余各层的横移传动系统均置于车架上，在横移传动系统的设计中，传动轴的设计是关键。

传动轴的长度一般均要大于4m，而最大直径一般不超过50m左右。

分段传动轴为了使结构更加紧凑简单，更易于加工安装，提出分段传动轴的方案，即把常用的传动轴一分为三，两端采用实心短轴，中间长段采用空心钢管，短轴加工完成后和长轴对接组成一完整的分段传动轴。

2．升降传动部分

升降传动系统是车库传动系统的主传动系统，利用托动装置将载车板从底层停车位提升到上层车位架或从上层车位架放到底层来存取车辆。

链条型升降传动系统，传动性能对链条的要求较高，在选择链条时，按照低速链处理（v<0.6m/s）。

由链条的静强度来确定链条节距。

链传动的传动比固定,不会发生打滑等现象,同时采用了同步链条来保证两边同步上升。

驱动系统电机减速机集减速机、电动机和制动器为一体，体积小、重量轻、噪音低，采用长效润滑脂，性能稳定可靠，使用寿命长，长期免维护，质量优势明显。

四、电气控制系统

电控系统主要由主控制箱、中间单元控制箱、空位单元控制箱、操作箱、限位开关、光电开关及电机等零部件组成。

其核心部件为PLC可编程控制器，通过固定在前立柱上的操作按钮盒（操作箱）进行控制。

2.5升降横移车库的安全装置及安全措施

一．上层载车板限位装置

驱动电机采用常闭制动器（不运转时锁定载车板）；上层载车板四角安装防坠落装置，防止车板因电机制动器失灵等意外原因而坠落；上限位、上极限装置、双下限位装置，双重保护防止车板超行程。

二．下层载车板限位装置

驱动电机采用常闭制动器（不运转时锁定载车板）。

三．电气保护

电源错相、断相保护、接地保护、漏电保护及过电流保护等。

四．其它保护装置和措施

1．急停按钮。

两对触点分别接入控制回路及PLC，确保按下急停按钮设备能立即停止运行。

2．设备运行时检测所有限位开关，任一限位开关失灵或极限开关动作，则设备停止运转，只有排除故障后才可继续运转。

3．载车板横移、升降移动时间限制，当载车板移动时间超过正常值时，则设备停止运转。

车长限制（车长超限或停车不到位，设备不能运转）。

5.车高检测，防止超高车辆停在上层车位。

6．防止设备运转时人员或车辆进入发生危险的光电开关（设备运行时，如光电开关有信号，设备停止运行确认正常后重复操作即可恢复正常运转）。

7.操作系统采用安全低压电路控制（DC24V），确保人员安全。

8．设备运行中出现故障，设备立即停止运行，操作箱数码管显示故障位置及故障类型，同时蜂鸣器开始示警。

第3章结构设计与计算

3.1立体车库总体设计

升降横移式立体车库采用模块化设计，车位数从几个到上百个均可采用，能利用多种场地条件，灵活性强，运用多种组合方式，有效利用场地及现有空间。

设计为三层七车位的升降横移式立体车库，其主要应用于住宅社区的公用停车场、机关单位、商用写字楼、宾馆饭店的地上或地下停车场。

设计针对三层升降横移式立体车库的主体钢架结构、传动装置（升降及横移系统）、载车板装置以及安全防护装置等进行结构设计。

建立立体车库钢架结构的有限元模型，对立体车库钢架结构进行系统的理论分析。

使用有限元技术对车库钢架结构进行静力、屈曲（结构失稳）及模态分析，以获得车库主体框架结构在不同载荷工况下的变形位移、应力分布规律、极限承载能力及固有频率，从而保证主体钢架结构的安全及稳定性，避免车库的共振破坏，为其结构的设计和改进提供依据。

车库主体框架钢结构由立柱、横梁、纵梁、角钢等组成，支撑着动力电机、传动系统，载车板及车辆的载荷。

一层传动系统安装在载车板上，二层传动系统安装在可移动的钢结构框架上，三层传动系统安装在主体钢架的纵梁与后立柱上，其中包含传动的链条链轮以及链条张紧装置。

载车板与传动链条相连，升降电机和传动系统驱动升降载车板的升降，横移电机驱动横移载车板左右移动，从而实现车辆的存取和停放。

如图3-1所以。

3.1.1主框架部分

主体钢架结构采用“H”型钢做钢梁、槽钢、钢板焊接成型，用高强度螺栓连接成框架结构，具有较好的强度和刚度。

对钢结构部分喷漆之前应采用机械除锈处理，使停车设备整体表面防护水平达到较高的档次。

连接的两种形式：

焊接（主要采用：

对焊、角焊）和螺栓。

图3-1车库总体结构

3.1.2载车板

载车板由3mm的镀锌板压弯成型（组合的镀锌板）。

边梁用高强度螺栓和载车台连接，以保证载车台的刚度和强度。

拼板式载车板用镀锌钢板一次冲压或滚压成组装件，采用咬合拼装成载车板，用螺栓紧固连接，拼装前可以先对组件进行各种表面处理，如电镀、烤漆等，使载车板轻巧、美观。

如图3-2。

图3-2载车板结构

3.1.3驱动系统（传动机构）

传动部分由提升传动部分和横移传动部分组成，

1）横移传动部分

每个可停车位均有一个独立的横移动力传动系统，包含有横移电机（带刹车的专用减速机）、传动轴和滚轮。

底层横移传动系统与载车板做成一体，其它层的横移传动系统均置于车位架上，在横移传动系统的设计中，传动轴的设计是关键。

传动轴的长度一般均要大于4m，而最大直径一般不超过50m左右。

分段传动轴为了使结构更加紧凑简单，更易于加工安装，提出分段传动轴的方案，即把常用的传动轴一分为三，两端采用实心短轴，中间长段采用空心钢管，短轴加工完成后和长轴对接组成一完整的分段传动轴。

2）升降传动部分

升降传动系统是车库传动系统的主传动系统，利用托动装置将载车板从底层停车位提升到上层车位架或从上层车位架放到底层来存取车辆。

链条型升降传动系统，传动性能对链条的要求较高，在选择链条时，按照低速链处理（v<0.6m/s）。

由链条的静强度来确定链条节距。

链传动的传动比固定,不会发生打滑等现象,同时采用了同步链条来保证两边同步上升。

驱动系统电机减速机集减速机、电动机和制动器为一体，体积小、重量轻、噪音低，采用长效润滑脂，性能稳定可靠，使用寿命长，长期免维护，质量优势明显。

3.1.4存取车涉及的问题

1）为方便取车，载车板需要横移;

2）为了利用存车空间，需要载车板的升降;

3）载车板的升降及横移位置需定位。

由此看出，控制任务主要就是要完成对横移、升降以及定位的控制。

3.2主钢架结构设计

升降横移式立体车库的主体钢架结构均采用型钢焊接或用高强度螺栓连接而成，作为承重结构，需要较好的强度和刚度，以保证车库整体的安全和稳定性。

因此在钢架结构上加有用于横梁、立柱的加强筋板，横梁立柱之间用角钢螺栓连接以增加其强度和刚度，立柱通过地脚螺栓与地基相连。

立柱和横梁都采用H型钢，纵梁采用H型钢和槽钢。

钢结构件安装方便，可运至现场进行组合拼装。

主体钢架结构如图3-3所示。

材料主要采用H型钢、槽钢、角钢、方钢，总重量：

3.5吨~4吨/9=0.4吨/单车位。

图3-3主体钢架结构

1横梁2立柱3纵梁（槽钢）4斜拉撑（角钢）5三层纵梁

3.2.1主钢架结构钢梁的选型及尺寸确定

车库主体框架承担着整个车库的自重和全部车辆载荷重量，其自身的重量、稳定性和可靠性对整个车库成本和安全性有着重要的影响。

车库主体框架在受力条件下的变形量直接影响链传动系统的正常运行。

为了改善车库受力条件，合理地减轻车库自重，节省材科，车库适宜停车的外形尺寸决定了停车车位的有效空间及车库框架的尺寸。

本立体车库所适用的车型的外形尺寸：

汽车长×车宽×车高为5050mmX1900mmX1600mm，另外考虑二层横移框架，二、三层升降电机的安装位置以及国家机械行业标准要求（宽度——车位上限制汽车进出的最小空间不小于存放汽车的全宽+150mm;高度——不小于存放汽车的车高+50mm，但不小于1600mm），为保证人的出入方便第一层停车空间不低于1900mm，同时保证一层可容纳最高车高1900mm，二层可容纳最高车高1600mm，因此该升降横移式立体车库二层横梁距地面高度2250mm，车库总高4700mm，立柱长4100mm。

考虑车长、电机及二层可移动钢架的安装本立体车库前后立柱中心的距离定为6050mm，纵粱长度为5900mm。

考虑载车板宽度（二层2380mm三层2450mm）及载车板间的间距，两横梁中心距取为7650mm，横梁长度为7500mm。

经过初步计算，钢架立柱采用宽翼缘型150×150的热轧H型钢。

安装承载链条传动系统的三层纵梁受力及内部齿轮安装较为复杂，采用宽翼缘型300X150的热轧H型钢；横梁跨越三个车位，长度较长且承载三辆车的载荷，所以选用宽翼缘型300×150的热轧H型钢：

立柱与横粱之间通过高强度螺栓M16连接成框架（具体见工程图）。

为保证钢架结构的强度与刚度，用角钢及槽钢的连接加强整体钢架的稳