智能小区立体停车库设计Word格式文档下载.docx
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对调速方式进行研究，从中确定了变频变压调速，。
按照车库升降系统的要求，分析计算得出曳引电机容量随之确定、变频器及其他配件完成升降系统的控制线路图。
为适应智能化、自动化的要求，以组态软件为平台，对立体车库的功能需求进行了研究分析。
为提高效率、降低能耗对电梯运行速度曲线进行研究，得到电梯运行的数学模型及仿真结果。
据此得出升降系统运行参数设置的优化结果。
关键词:
电梯式立体停车库.排队理论。
第二章绪论
2.1立体停车库概述
立体车库是集自动化技术、机器人技术、计算机技术等高新技术为一体的智能化、立体化的物流运输系统。
机械式停车库是指使用车辆之外其它带有动力的搬运器，完成车辆停放、存储工作的整个设施。
机械式停车设备类别、形式与基本参数根据中华人民共和国机械行业标准JB/T8713
的划分，其类别及代号如表1-1所示：
表1-1机械式停车设备类别及代号
2.2与本课题有关的国内外研究现状
随着国民经济的高速发展，我国轿车保有量直线上升。
据中国汽车工业协会公布的数据表明，1997年全国汽车保有量1100万辆，其中轿车万400辆，当年轿车生产量48.2万辆，微型车生产量38.2万辆，1998年轿车生产量50万辆，1999年55万辆，2000年57万辆。
2002年中国汽车产量达到了325万辆，比上年增长38%，全球排位由2001年的第八位上升至第五位。
2005年的轿车保有量已达到1108万辆。
由于中国加入世贸关税进一步降低，2008年北京奥运及2010年上海世界博览会等重大事件的影响，以及国内需求的进一步拉动和“费改税”等政策的驱动，我国的汽车工业仍将具有很大的发展空间并将继续保持快速平稳发展。
按前述数据预测，2010年将达到2000万辆。
城市中停车位需求按1：
1.2（100%的基本停车位和20%的公共停车位计算，将增加停车位480万个，平均每年需求96万个。
因此，停车问题也就逐渐成为大城市迫切需要解决的难题。
城市和已建小区有限的地面面积己无法提供足够的停车车位，向空间发展成为当前解决问题的一条重要途径。
机械式立体车库具有占地面积小、操作简单、灵活，安全可靠等诸多独特的优点，对于在寸土寸金的大都市建造平面车库具有明显的优点。
智能立体车库就应运而生成为城市交通的一个研究热点，国家已把其列入了“九五”重点科技攻关项目之一。
机械式立体车库发源于上世纪20年代的美国，是在繁华拥挤的都市里为解决停车难而采取的一种措施。
50年代以后，伴随着私人小汽车的大量涌现，在西欧、东南亚、韩国和日本都得到了广泛的应用。
形成了一个包括制造、安装、使用和维修的行业体系。
其中，发展较早、较好的日本公司有新明和、石川岛播磨、日精、三菱重工等欧洲有意大利SOTefin、Interpark、德国Palis等。
这些国家和公司从上世纪六十年代初就开发并使用可最大限度地利用空间的机械式停车设备，经过几十年的不断发展，机械停车库从造型、结构、控制、驱动、监测、材料、保险等方面不断地更新换代，日趋完美。
我国立体车库的发展，始于上世纪八十年代，河北承德的华一机械车库集团有限责任公司于1989年建造起国内第一台垂直循环类机械式停车车库，填补了国内机械式停车车库的空白。
虽然从二十世纪八十年代就开始研制和使用机械式立体车库，但由于市场需求原因，十多年来缓慢发展。
近年来，中国经济腾飞，城市化进程加快，汽车工业和汽车需求市场得到快速发展，汽车保有量的不断增加。
然而，城市停车设施的增长却长期落后于车辆的增长。
立体车库产业在上世纪九十年代迅速兴起，步入了引进、开发、制造和使用的快车道，国内立体停车库市场正以直线上升的态势在飞速发展。
我国立体停车设备的产品经引进技术和自主研究开发，生产技术水平有了很关的提高，许多设备采用了当前机械、电子、液压、光学、磁控和计算机等领域的先进技术，如采用交流变频调系统，使运行高速、平稳、省电、减少振动和噪声。
控制形式有按钮式、卡式、触摸屏式、密码钥匙式、遥控式等，有些设备还采用了总线控制技传动装置采用内藏式，以增大停车空间并保护各传动元件不受污染和腐蚀，提高了设备的耐久性机械结构中采用了模块化设计，便于组合使用，易于安装拆卸，缩短施工周期还采用一些新材料、新工艺，如采用“H”型钢做钢梁，组合的镀锌板或一体成型的镀锌板制作载车板安全保护方面采用了声光引导及定位装置，自动消防灭火系统等。
目前品种的满足率已达90%左右，有的品种填补了国内空白，产品国产化率达到50%以上。
目前国内从事立体车库研发的企业已有100余家，其中主机生产的企业有50多家，批获得国家颁发的立体停车设备制造企业资质的有22家。
为适应立体车库行业迅猛发展的需要，保证产品质量和可靠性，以规范立体车库的生产和建设，国家已出台了《机械式停车设备类别、型式与基本参数》一
一1998等6个标准，对推动我国立体车库事业起到了极大的促进作用。
如前所述，目前我国各大城市停车设施的建设仍远远落后道路建设和汽车工业的发展。
有资料表明，现有停车数不到总需求的7%，远远落后于城市汽车交通的发展，由此将会带来的诸如影响城市形象、汽车消费等一系列社会问题。
出现这种现象除了和停车‘设备行业的发展本身涉及到停车立法、收费政策、城市规划、交通管理等诸多方面困难和阻碍之外，停车设备设计本身存在缺陷，关键问题是自动化技术水平低下设计制造成本过高而导致的车辆收费过高，收费高成为阻碍其推广使用的主要原因。
资料显示，在北京一般地面停车每小时2元，而立体车库为5元。
同时在立体车库规范标准中规定车库最难取车的车位，一次取车时间不得超过两分钟，由于我国的技术水平现状，实际上很难达到这样的标准。
在土地越来越紧缺的情况下，立体车库是解决城市中停车难问题的必然出路。
但若要良性发展，就要解决现存问题。
当前，我国设计制造的立体车库大多处于初级的停车功能，是最原始的使用阶段，它的设计水平、经济价值还有待于完善和开发。
由此可见研究如何降低立体车库设计制造成本及进一步提高控制系统自动化程度实现快速、准确地存取，具有重大的现实意义。
2.3课题目的、意义与来源
我国城市人口集中、建筑密度大，各种基础设施建设用地不断增长，用地日趋紧张。
在经济每年以接近10%的同时，全国机动车辆每年以10%一15%的速度增长，每年预计需新增停车位400万个。
由于我国停车场建设的严重滞后导致机动车违章停靠，侵占道路和绿地，致使道路通行能力下降，影响了社会总体效率。
机械式立体车库，占地空间小，并且可最大限度地利用空间，安全方便，是解决城市用地紧张、缓解停车难的一个有效手段。
国家计委己明确机械式立体停车设备及城市立体停车场为国家重点支持的产业。
1998年1月1日起执行的《国家计委6号令》把机械式停车库和立体停车场列入“国家重点鼓励发展的产业、产品和技术目录”国家海关总署对机械式停车产品规定“国内投资项目给予免征进口税”。
上述措施为我国立体停车库产业的成长提了良好的条件、也为我国解决城市停车问题提供了机会。
可以预见立体车库具有非常广阔的市场前景。
本课题来源于武汉理工大学与浙江恒祥汽车零部件制造有限公司合作研究的“多车位机械式立体车库开发”项目。
研究的目的是设计开发一套实用、安全有效的电梯升降式机械停车设备，并相应地进行扩展性研究。
第三章电梯式立体车库车辆的存取
3.1电梯式立体车库的主体结构及工作原理
本文研究的是升降电梯、行走小车及其横移机构为主体的电梯式立体车库。
作为存取车辆的工具，其摒弃了老式停车场或停车楼占地面积大、停车数量少、污染严重和停车安全性低等问题，继承和发扬智能立体车库占地少、停放车辆多，便于集中管理、安全可靠等优点，具有结构简单可靠、钢架结构稳定性好、车位的增减方便灵活、造价低、使用方便、车辆存放安全性高、采用计算机控制、实现监控管理一体化等特点。
还可以根据用户的需要及环境和场地的要求设计不同数量的车位，从几十个车位到上千个车位，可建立在广场、商场、建筑物顶部、地下等场所。
电梯式立体车库的主要结构如图3一1所示。
3.1.1钢结构框架
钢结构框架主要由立柱、横梁、纵梁、电梯升降导轨、小车行走导轨、停车架等部件组成。
主要作用是承重和内置几十个停车泊位并安装机械传动、电气控制、消防系统、排水等设备。
图3-1电梯式立体车库的主要作用图
3.1.2电梯
电梯主要由电机、减速机、升降链、轿厢、平衡链及平衡重等组成。
3.1.3小车行走机构
行走小车由步进电机驱动，发出脉冲控制行走距离结合安装在导轨上的接近开关实现小车行走到位的精确控制。
为提高存取车效率，每层设置一辆小车，并规定每辆小车仅能在其所在层存取车。
3.1.4载车板横移机构
横移机构设置在行走小车长框架两头的横梁上。
主要由电机、链传动长轴、链条、链轮及三级滑叉等组成。
其工作原理是当电机运转后，通过链传动带动长轴转动，长轴两端通过链条、链轮带动三级滑叉做横向存取运动。
载车板横移装置的功能是将载车板存入车库或取出。
如上图：
大体托板简图
3.1.5载车板
载车板作为轿车停放的场所和轿车位置转换的载体。
3.1.6自动控制系统
自动控制系统主要包括控制、拖动、检测及安全保护部分。
电梯式立体车库存取车时的动作较多且复杂，要求控制系统实现顺序动作、速度、定位及安全互锁等控制。
故此类停车库一般都采用控制系统。
同时，为了保证传动装置在运行时低噪声、低能耗、自动加减速，并且运行平衡、高速、准确，车库升降装置多数采用交流变频调速系统。
为确保车辆安全，车库内还安装了光电检测装置和各种限位装置来检测隐患。
3.1.7消防系统
在停车库内设置有整套的自动灭火系统。
烟感及温感探测器均匀地分布在各层车架中间，如果库内温度或烟气浓度过高，消防系统将启动排风机直至达到设定要求。
若失火，整个自动灭火系统会迅速把火熄灭。
3.2电梯式立体车库的工作原理
电梯式立体车库内设置能停放几十辆汽车的钢结构停车架，一端或中间为电梯升降井道，主要是通过电梯的上升、下降通过小车水平行走至指定车位利用小车上的横移装置将载车板上的汽车送入停车架或将已存于各车位的汽车取出，运回地面。
由于存取车是三维运动，即水平尤方向、横向方向和高度方向的运动。
其高度方向的运动由电梯的升降实现水平方向的运动，由行走小车的前、后行实现横向厂方向的运动由载车板的横移实现。
即一个存取周期应由水平方向、横向方向和高度了方向的运动组成。
电梯式立体车库的工作原理
其高度方向的运动由电梯的升降实现水平方向的运动由行走小车的前、后行实现横向厂方向的运动由载车板的横移实现。
由于各个方向上的几何尺寸及运动速度各不相同，且在一定的情况下某些运动部件之间存在互锁关系当电梯与行走小车分离时，它们可分别同时动作当电梯载有行走时，仅电梯动作。
由此可知，车库的存车流程如图3一2所示车库的取车流程如图3一3所示。
表3-2存车流程
表3-3取车流程
3.3电梯式立体车库的控制系统
立体车库的控制系统有两层管理层和测控层。
管理层负责日常的计时收费、打印单据等管理工作，同时与测控层实现通讯管理。
它以台式电脑为核心，配备有打印机、通讯模块等外部设备。
测控层则负责车库存取车控制、位置检测、安全检测等底层操作，因而需要高度的工作可靠性和快速响应性。
由于PLC有以下优点：
1）可靠性高，它采取了光电隔离、滤波、稳压保护、故障诊断等多种手段，在工业现场中平均无故障时间达5万一10万小时左右响应快
2）采用模块化的结构、安装容易
还选用了高速计数模块、多点I/O模块、通讯模块等。
所以测控层选用PLC（可编程控制器）作为控制系统的主控机。
PLC工作时，首先开机自检，确认无故障后，判断当前是手动模式还是自动模式。
手动模式是用于设备调试或者故障处理情况。
自动模式则由中的程序控制用于车辆的自动存取。
第四章立体车库车辆存取优化分析
停车库主要应用于大城市中建筑密度高、停车面积少的中心区，尤其是商业、饭店等集中的城区，是解决这些地区停车场地严重不足的首选方案之一。
因为机械式停车库只有一套提升装置，所以要对车库排队模型进行研究，检验存取时间是否达到要求，提高停车库的处理能力和效率。
4.1排队论基本概念
排队论起源于20世纪初的电话通话，1919一1920年丹麦数学家、电气工程师爱尔兰用概率论的方法研究电话通话问题，从而开创了这门应用数学，并为这门科学建立了许多基本原则。
排队论是研究排队系统即随机服务系统的数学理论和方法，是运筹学的一个重要分支。
在日常生活中无处不存在排队现象，例如乘客等公汽、飞机等待降落、游乐园购票、船舶停靠码头、邮局提取包裹等等，它们都需要排队。
在排队论中，对于各种排队系统或服务系统，将其中要求得到服务的对象统称为“顾客”，将提供服务者统称为“服务员”、“服务机构”或“服务窗”，顾客与服务窗之间存在一种服务关系。
实际的排队系统千差万别，但都可概括为顾客未得到某种服务到达服务机构，若不能立即得到服务又允许排队等待，则加入等待队伍，直到获得服务后离去。
常见的排队系统如图4一1、4一2、4一3、4一4所示
4一1单服务台排队系列
4一2一队列多服务台排队系统
4一3多队列多服务台排队系列
4一4多服务台串联排队系统
不论以上排队系统具体形式有何差异均可归纳为图4一5所示模型。
4一5排队系统的模型框图
随机性是排队系统的一个普遍特点，是指顾客的到达情况如相继到达时间间隔与每个顾客接受服务的时间是事先无法确切知道的，或者说是随机的。
排队论研究的排队系统中，顾客相继到达时间间隔和服务时间这两个量中至少有一个是随机的。
4.2排队系统的主要数量指标和记号
排队系统研究的目的是了解系统运行状况，对系统进行调整和控制，使系处于最优运行状态。
描述一个系统运行状态的主要数量指标有
1）队长和排队长
队长是指系统中的顾客数，为排队等待的顾客数和正在接受服务的顾客数和排队长指系统中正在排队等待服务的顾客数队长和排队长一般都是随机变量。
队长的分布式顾客和服务员都关心的。
对系统设计人员而言，知道队长的分布，就能确定队长超过某个数的概率，从而确定合理的等待时间。
2）等待时间和逗留时间
等待时间：
顾客到达时刻起到他接受服务止的这段时间，这是个随机变量，也是顾客最关心的指标，顾客总是希望等待时间越短越好。
逗留时间：
顾客到达时刻起到他接受服务完成止的这段时间，这也是个随机变量。
这两个指标的研究能有助于确定它们的分布，或至少能知道顾客的平均等待时间和平均逗留时间。
3）忙期和闲期
忙期：
从顾客到达空闲的服务机构起，到服务机构再次空闲为止的这段时间，即服务机构连续忙的时间。
这是随机变量，服务员最关心这个指标，它关系到服务员的强度。
闲期：
指服务机构连续保持空闲的时间。
在排队系统中忙期和闲期重视交替出现。
4）统计平衡性
以上给出的指标一般都和系统运行时间相关，求解随机变量的瞬时分布是很困难的。
但系统运行一段时间后，一般会趋于一个稳态。
在稳态情况下，对长的分布、等待时间的分布和忙期的分布都和系统所处的时刻无关，而系统的初始状态的影响也会消失。
设Pi（t）为时刻t是系统处于i的概率，即系统瞬时分5E03。
Pi为达到统计平衡时处于状态i的概率，而假设：
N：
时刻系统中过客数，即队长；
Nq:
时刻t系统中的排队的顾客数，即排队长；
T：
时刻t时到达系统的顾客在系统中逗留的时间；
Tq：
时刻t时到达系统的顾客在系统中等待的时间；
λi：
当前统处于状态i时，新来顾客平均到达率（单位时间内来到系统的平均顾客数）；
Μi：
当前统处于状态i时，整个系统的平均服务率（单位时间内来可服务完的顾客数）；
当λi为常数记为λ，若每个服务台的平均服务率常数时，记每个服务台的服务率为μ，则当n≥S时有，μi=sμ；
故顾客相继到达的平均时间间隔为平均服务时间：
1/μ.故ρ=λ/sμ，则ρ为系统服务强度.记忙期为B，闲期为I平均忙期和平均闲期为
和
，s为系统的服务台数。
以上四个性能指标的值越小，说明系统排队越少，等待时间越少，因而系统性能越好。
4.3提高立体车库运行速度
若将主要运动部件电梯及行走小车运动速度提高5%一10%，则整个系统运行速度可提高4%一8%。
a）若系统运行速度可提高4%
由此可得：
车库平均存取时间为60/1.04=57.69秒，即μ=60*1.04=62.4辆/小时
顾客必须排队等待的概率：
ρ=λ/μ=0.8179
平均排队的顾客数为:
L
=ρ
/2（1-ρ）=1.8632人
顾客的平均等待时间:
W
=L
/λ=0.0364h
b）行速度可提高8%
由此可得:
车库平均存取时间为60/1.08=55.556秒，即μ=60*1.08=4.8辆/小时
ρ=λ/μ=0.7893
/2（1-ρ）=1.4812人
顾客的平均等待时间：
/λ=0.0290h
经过计算可得出系统运行速度提高1%一8%量指标见表4一2
表4一2系统运行时代提高1%一8%对应的主要数据指标
由上表分析可得若系统运行速度提高，则等待概率与运行速度提高同比下降在队长与平均等待时间上下降较为明显。
当系统运行速度提高4%队长比未提高时下降32.1，平均等待时间下降42.12s，当系统速度提高6%，均等待时间为116.28s，达到立体车库规范标准中的规定；
当系统运行速度提高8%时，队长比未时下降66.17个百分点，平均等待时间下降68.67s。
4.4存取车策略优化
味着高多的能耗，运动部件的寿命也会随之降低。
通过对车辆存取顺序进行决策控制研究，可提高车库整体效率和利用率，减少车辆存取时间。
在常见的存取车策略有存车优先策略、取车优先策略、原地待命策略。
经过能耗及效率的分析比较绝大多数采取的是原地待命随机存取策略‘均。
在
此基础上，对车库存取系统进行分区存取及分组存取。
分区存取策略旨在提高车库的最佳车位的利用率，从而提高车库运行效率。
这是因为车库系统的存取车服务时间虽然可确定，但与车位所在位置有关。
靠近出入口的车位服务时间较少，远离出入口的车位服务时间较长。
因此，根据每个车辆存放时间的长短决定其分配车位。
存放时间长的车辆存放在离出入口较远的区域，存放时间短的车辆存放在离出入口较近的区域。
此策略理论上是合理的，但实际生活中仅在对固定的客源并搜集大量统计数据的基础上才有可行性。
在此提出，以便后续研究者深入研究。
交叉存取策略，是指从车辆存取顺序上进行优化存取的策略，即当同时有几辆车需要存入和取出时，选择一定的服务顺序，使用户等待时间最少，目标函数最佳，以提高车库工作效率。
交叉存取策略不遵循FCFS（先到先服务）的规则，而是对同一时间内所需服务的存取车辆进行存车和取车分组，然后对两组服务对象进行存取车交叉服务，具体对存车或取车对象仍采取FCFS（先到先服务）则，这样车库就可在交叉服务时减少总行程从而减少服务时间，达到优化目的。
公共场所车库选用交叉存取策略比随机存取策略可节省约21.8%的时间，在每辆车存取车时间为40s左右时，最大可节省10s以上，工作效率有大幅提高。
以节省20%的存取时间计算，车库系统主要数量指标为：
车库平均存取时间为60/1.2=50秒，即μ=60*1.2=72辆/小时；
ρ=λ/μ=0.7104；
平均排队的顾客数为：
L
/2（1-ρ）=0.8713人；
/λ=0.0170h；
经过分析比较可知：
若系统采用交叉存取策略，则等待概率显著下降16.个百分点，为0.1704；
队长仅为采用随机存取策略的35.34%，平均等待时间降到61.2s。
图4一7随机存取策略与交叉存取策略车库系统主要数量指标比较
第五章车库升降机构电气控制系统
5.1电梯式车库提升机构
立体车库的提升系统的具体结构主要由驱动方式决定，驱动方式有曳引驱动、液压驱动、卷筒驱动、齿条驱动、螺杆驱动等脚。
作为电梯的驱动，常见的是曳引驱动和卷筒驱动。
卷筒驱动是一种早期的电梯驱动方式，这种方式存在以下的问题：
1）提升高度低
2）额定载重量低
3）行程不同时，需配备不同的卷筒
4）导轨承受的侧向力大
5）钢丝绳有过绕或反绕的危险
6）能耗大。
因此，目前立体车库升降电梯普遍采用曳引驱动。
曳引式驱动是在曳引绳一端提升重物，另一端为平衡重，依靠曳引绳与开有绳槽的曳引轮之间的摩擦来驱动重物做垂直运动。
因此，只要在曳引系统的容量与强度允许范围，通过改变曳引绳的长度就可以适应不同的提升高度，而不再受卷筒长度限制。
当重物或平衡重碰撞底部时，曳引绳与曳引槽会因为摩擦力减小而打滑，从而避免了卷筒式在失控卡住时造成的曳引绳断裂等严重事故的发生。
在电梯中曳引驱动形式运用的比较多，而在停车设备中，因为搬运输送的车辆的尺寸较大，有其自身的特殊性，在停车设备中曳引驱动机构形式主要有以下几种设置形式。
（1）定滑轮机构曳引驱动形式
曳引驱动机房设置在停车设备的上方，传动形式的曳引比为1，如图5一1所示。
钢丝绳的一段连着升降轿厢，钢丝绳绕过定滑轮或水平定滑轮后，再绕过曳引轮与导轮，使钢丝绳的另一段连着平衡重曳引电机驱动曳引轮旋转，带动钢丝绳使升降轿厢与平衡重作上下运动。
从图5一1中可以看到，立体停车设备升降轿厢的起吊方式是四点起吊，四根钢丝绳连接在升降轿厢的四个角。
这样的布置与单点起吊相比，可以使得升降轿厢在提升的时候比较平稳，避免产生晃动。
图5一1定滑轮机构曳引驱动方式
（2）动滑轮机构曳引驱动形式
曳引驱动机构设置在停车设备上方的机房内，传动形式的曳引比为2，如图5一2所示。
钢丝绳的两端连接于机房的顶部，钢丝绳则分别绕过升降轿厢横梁上的动滑轮和曳引机房上的曳引轮导轮和平衡重上的动滑轮。
增加导轮是为了拉开升降轿厢与平衡重之间的距离，便于升降驱动机构的总体布置。
（3）曳引驱动机构下置驱动形式
图5一
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