【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 地下或屋頂或建筑自走式車(chē)庫(kù)存取汽車(chē)的搬 運(yùn)。 橫移式立體車(chē)庫(kù) 工作原理 橫移式立體車(chē)庫(kù)是指利用載車(chē)板的升降或橫向平移存取停放車(chē)輛的機(jī)械式停車(chē)設(shè)備。升降橫移式立體車(chē)庫(kù)每個(gè)車(chē)位均有載車(chē)板，所需存取車(chē)輛的載車(chē)板通過(guò)升、降、橫移運(yùn)動(dòng)到達(dá)地面層，駕駛員進(jìn)入車(chē)庫(kù)，存取車(chē)輛，完成存取過(guò)程。停泊在這類(lèi)車(chē)庫(kù)地面的車(chē)只作橫移，不必升降，上層車(chē)位或下層車(chē) 位需通過(guò)中間層橫移出空位，將載車(chē)板升或降到地面層，駕駛員才可進(jìn)入車(chē)庫(kù)內(nèi)將汽車(chē)開(kāi)進(jìn)或開(kāi)出車(chē)庫(kù)。其結(jié)構(gòu)與運(yùn)行原理為：各車(chē)位由鋼絲繩或鏈條固定在停車(chē)托盤(pán)的四角于此程序相反，在此不再贅述。另外在工作過(guò)程中，為保證各機(jī)構(gòu)運(yùn)行平穩(wěn)或緊急處理運(yùn)行事故，機(jī)械停車(chē)庫(kù)必須采用安全裝置，以保證設(shè)備的安全和有效運(yùn)行。 四 層 橫移式 立體車(chē)庫(kù) 的運(yùn)行原理： 四層升降橫移式立體車(chē)庫(kù)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及有限元分析 8 該停車(chē)設(shè)備的出入口在第一層，最高層的停 車(chē)板只可做升降動(dòng)作，最底層的停車(chē)板只可做橫移運(yùn)動(dòng)。中間兩層停車(chē) 可作升降動(dòng)作又可做橫移動(dòng)作。下上層均設(shè)有空位，停車(chē)板 是 通過(guò) 橫移動(dòng)作變換空位，降下 空位上方的汽車(chē)，取出汽車(chē)，最底層汽車(chē)無(wú)需倒車(chē)，便可直接開(kāi)出。 結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì) 選擇 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)選型 經(jīng)過(guò)實(shí)用性與經(jīng)濟(jì)性分析，選定 四層六 列 升降橫移式立體車(chē)庫(kù)。 四層六 列式立體車(chē)庫(kù)共 21個(gè)車(chē)位 (有三 個(gè)車(chē)位空出，以便進(jìn)行升降與橫移運(yùn)動(dòng) )，可以從底層的五 個(gè)車(chē)位入庫(kù)。升降橫移式立體車(chē)庫(kù)可以根據(jù)場(chǎng)地和空 間的大小設(shè)計(jì)車(chē)庫(kù)的整體規(guī)模，四層六 列式立體車(chē)庫(kù)具有一定實(shí)用性 。該類(lèi) 型立體庫(kù)每層設(shè)置五 個(gè)車(chē)位，車(chē)輛入庫(kù)的方式變得更加復(fù)雜，可以實(shí)現(xiàn)多路徑的入庫(kù)到位，因此有利于對(duì)汽車(chē)的入庫(kù)和出庫(kù)進(jìn) 行控制優(yōu)化，提高立體車(chē)庫(kù)存取 車(chē)的效率，減少等待時(shí)間。該車(chē)庫(kù)結(jié)構(gòu)類(lèi)型具有典型性，對(duì)于后期進(jìn)行大型車(chē)庫(kù)的設(shè)計(jì)和制造具有很好的擴(kuò)展性，因此具有很好的借鑒意義。 立體車(chē)庫(kù)的型號(hào)及 基本參數(shù) 中華人民共和國(guó)機(jī)械工業(yè)部 1998年 7月 1日正式實(shí)施的 JB/T87131998機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中確定了機(jī)械停車(chē)設(shè)備具體表示方法，如圖 圖 吉林建筑大學(xué) 9 停車(chē)輛的尺寸及質(zhì)量如下： 對(duì)適合于機(jī)械式停車(chē)設(shè)備中停放的車(chē)輛，按其尺寸及質(zhì)量（整車(chē)加 50千克物品的質(zhì)量），分為 X(小 )、 Z(中 )、 D（大）、 T（特大）、 C（超大）五個(gè)轎車(chē) 組和一個(gè) K(客車(chē) )一個(gè)客車(chē)組，共六個(gè)組，分組范圍見(jiàn)表 1： 組別代號(hào) 汽車(chē)長(zhǎng) /mm x 車(chē)寬 /mm x 車(chē)高 /mm 質(zhì)量 /kg X ≤4400x1750x1450 ≤1300 Z ≤4700x1800x1450 ≤1500 D ≤5000x1850x1550 ≤1700 T ≤5300x1900x1550 ≤2350 C ≤560 0x2050x1550 ≤2550 K ≤5000x1850x2050 ≤1850 表 本設(shè)計(jì)所設(shè)計(jì)的車(chē)庫(kù)停車(chē)輛為中型以下轎車(chē)，最大停車(chē)數(shù)量為 17輛，不能停放客車(chē)。 故該車(chē)庫(kù)的型號(hào)標(biāo)記為： PSH17Z。 總體 結(jié)構(gòu)尺寸確定 由于車(chē)庫(kù)容許的車(chē)輛為小型、中型小轎車(chē)，因此車(chē)輛的最大尺寸為長(zhǎng) 寬 高為 4700mm 1800mm 1450mm，考慮到車(chē)庫(kù)存取車(chē)方便性和安全性，同時(shí)根據(jù)中華人民共和國(guó)機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《升降橫移類(lèi)機(jī)械式停車(chē)設(shè)備》，我們選擇一個(gè)車(chē)位的規(guī)格為 5400mm 2400mm 1700mm， 總規(guī)格為 L W H為 5400 14400 7200mm。 其中為給 第一層留足夠空間取高為 2500mm。 車(chē)庫(kù)主體結(jié)構(gòu) 確定 立體車(chē)庫(kù)一般主要以鋼結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土為主，本文 研究的四層升降橫移式立體車(chē)庫(kù)主體框架結(jié)構(gòu)全部為鋼 結(jié)構(gòu) 。 四層升降橫移式立體車(chē)庫(kù)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及有限元分析 10 鋼架結(jié)構(gòu)與其它建筑結(jié)構(gòu)相比具有： 質(zhì)量穩(wěn)定，性能可靠； 鋼材組織均勻，接近于各向同性均 質(zhì)體 ； 鋼結(jié)構(gòu)自重小 ， 材料的塑性和韌性好鋼結(jié)構(gòu)密閉性好；但 鋼材的耐銹蝕性較差 ，需要 涂上合格的防銹涂料 。 機(jī)械式立體車(chē)庫(kù)的主體框架主要采用各種型材焊接加工成型作為承重結(jié)構(gòu)。鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件大多為軋制型材， 主體采用熱制 H 型鋼、槽鋼、角鋼和鋼板等型材制造，具有較好的強(qiáng)度和剛度，輕巧、美觀，運(yùn)輸方便， 可直接用來(lái)加工成結(jié)構(gòu)物，且安裝方便，可將工廠加工好的構(gòu)件運(yùn)到施工場(chǎng)地，在工地拼 裝 。 吉林建筑大學(xué) 11 第三章 立體車(chē)庫(kù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)概述 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要性 升降橫移式立體停車(chē)庫(kù)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在整個(gè)車(chē)庫(kù)中非常重要，主框架部分、載車(chē)板部分和傳動(dòng)系統(tǒng)是升降橫移式立體停車(chē)庫(kù)的主要組成部分，主框架部分承擔(dān)著整個(gè)升降橫移式立體停車(chē)庫(kù)的總量，它是傳動(dòng)設(shè)計(jì)和控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的平臺(tái)，而且它的輕重、穩(wěn)定性和可靠性以及載車(chē)板部分還影響著整個(gè)立體停車(chē)庫(kù)的重量、材料和成本的多少以及安全性，傳動(dòng)系統(tǒng)的性能決定著升降橫移式立體停車(chē)庫(kù)運(yùn)行的好壞 ,所以如何設(shè)計(jì)主框架部分成為影響整個(gè)立體停車(chē)庫(kù) 的關(guān)鍵因素。 立體車(chē)庫(kù)受力情況分析 在車(chē)庫(kù)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，包括軸心受力構(gòu)件、梁、拉彎和壓彎構(gòu)件的設(shè)計(jì)。進(jìn)行軸心受力桿件設(shè)計(jì)時(shí)，軸心受拉構(gòu)件應(yīng)滿足強(qiáng)度和剛度要求，軸心受壓構(gòu)件除應(yīng)滿足強(qiáng)度、剛度要求外，還應(yīng)滿足整體穩(wěn)定和局部穩(wěn)定要求。 在梁的設(shè)計(jì)中，梁的剛度和強(qiáng)度對(duì)截面設(shè)計(jì)起控制作用，因此應(yīng)先進(jìn)行這二者的計(jì)算。由于 車(chē)庫(kù)系統(tǒng)對(duì)于系統(tǒng)的安全要求特別高，所以還應(yīng)對(duì)其整體穩(wěn)定進(jìn)行計(jì)算 。 對(duì)于壓彎件，需要進(jìn)行強(qiáng)度、剛度、整體穩(wěn)定性和局部穩(wěn)定性的計(jì)算；對(duì)于拉彎構(gòu)件，一般只需要進(jìn)行強(qiáng)度和剛度計(jì)算。 在對(duì)立體車(chē)庫(kù)鋼結(jié)構(gòu) 骨架的分析中，我們先從單根梁的受力進(jìn)行分析，適當(dāng)簡(jiǎn)化力學(xué)模型， 正確分析各梁的約束和受力的基礎(chǔ)上，先對(duì)各梁和立柱的剛度和強(qiáng)度進(jìn)行分析，找出系統(tǒng)薄弱處所在，然后再整體分析之中給予特變關(guān)注。立體車(chē)庫(kù)鋼結(jié)構(gòu)骨架由立柱、橫梁、縱梁和支承動(dòng)力及附屬裝置的上、下支承梁等組成，其立柱通過(guò)螺栓與基礎(chǔ)相連，其余鋼梁靠焊接或者螺栓相互連接。立柱主要承受壓力和其他因素造成的扭矩，即壓應(yīng)力和部分剪應(yīng)力：前后兩個(gè)面地縱梁主要承受拉伸和彎矩造成的拉應(yīng)力和彎曲應(yīng)力；側(cè)面的橫梁承受較小的拉應(yīng)力和剪應(yīng)力。為了減小振動(dòng)和提高穩(wěn)定性，各部分必須保 證足夠的強(qiáng)度和剛度 。 四層升降橫移式立體車(chē)庫(kù)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及有限元分析 12 圖 立體車(chē)庫(kù)簡(jiǎn)圖 設(shè)計(jì)時(shí)采用 Q235 碳素鋼，其屈服極限為 235MPa，抗拉強(qiáng)度為 375500MPa。整體車(chē)庫(kù)鋼結(jié)構(gòu)許用位移為 10mm。 本車(chē)庫(kù)所限車(chē)位為小型 和 中型 ，最大容車(chē)重為 1500kg，載車(chē)板重約 500kg，所以每個(gè)車(chē)位最大重量為 1500+500=2020kg。 由于停車(chē)的隨機(jī)性，載荷作用也就不同。按載荷作用的基本情況，在進(jìn)行立體車(chē)庫(kù) 鋼結(jié)構(gòu)骨架分析考慮空載、對(duì)稱(chēng)載荷、非對(duì)稱(chēng)載荷和最大偏載四種工況 。 導(dǎo)軌支撐梁的設(shè)計(jì)與 校核 一、材料和截面形式確定 在立體車(chē)庫(kù)設(shè)計(jì)中，梁的主要作用是保持整個(gè)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和承擔(dān)所停車(chē)輛與其它構(gòu)件自重對(duì)梁產(chǎn)生的彎矩和剪力?？v梁材料選取 H 型鋼，材料為 Q235 碳素鋼。 二、 導(dǎo)軌支撐梁 的計(jì)算 1 載荷及內(nèi)力計(jì)算 吉林建筑大學(xué) 13 由于前后 導(dǎo)軌支撐梁 承受作用力相同，跨度 也相同，選取前導(dǎo)軌左端 支撐梁進(jìn)行 設(shè)計(jì)。如圖 所示，簡(jiǎn)支梁 AB受力如圖。 圖 前導(dǎo)軌支撐 梁總體尺寸簡(jiǎn)圖 圖 AB段 導(dǎo)軌支撐 梁受力 與彎矩 簡(jiǎn)圖 已知 A、 B 兩點(diǎn)為全約束， ， 。 力 可視 為均布載荷。 最大受力為 兩個(gè)車(chē)位滿載， 假設(shè) 電動(dòng)機(jī)重量 為 250kg： 車(chē)輛在上升和下降的時(shí)候速度較小， 在梁的載荷計(jì)算式，只作恒載計(jì)算，不考慮動(dòng)載的影響，取恒載分項(xiàng)系數(shù) 。則 均布載荷 四層升降橫移式立體車(chē)庫(kù)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及有限元分析 14 AB 段導(dǎo)軌支撐梁為簡(jiǎn)支梁， 因此縱梁所承受的最大彎矩為： 2 初選截面 由于縱梁選用熱軋 H 型鋼，梁所需的凈截面模量為： 式中： —— 截面塑性 發(fā)展系數(shù)， H型鋼 ； —— 鋼材的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值 ， 。 查《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊(cè)》，選用 H型鋼型號(hào)為 HN150 75，其截面特性為： H B 3 截面驗(yàn)算： ⑴ 強(qiáng)度驗(yàn)算： 單位長(zhǎng)度梁的自重標(biāo)準(zhǔn)值 其中 k= 為考慮焊縫、螺栓等附加構(gòu)件的重量后梁的自重增加系數(shù)。 單位長(zhǎng)度梁的自重設(shè)計(jì)值 ， 恒載分項(xiàng)系數(shù) 梁自重引起的跨中最大彎矩為： 梁跨中總的最大彎矩為： 吉林建筑大學(xué) 15 最大應(yīng)力為： 因此滿足條件。 ⑵ 剛度驗(yàn)算： 載荷產(chǎn)生的跨中最大撓度（考慮梁的自重）： 載荷產(chǎn)生最大彎矩 截面慣性矩 兩跨中最大容許撓度為： 顯然，梁的剛度不滿足條件。 為了保證梁的剛度滿足條件，在梁的中間增加斜支撐，此時(shí)取梁的跨中自由度為原來(lái)的一半，即 ，在進(jìn)行剛度驗(yàn)算。 滿足條件。 立柱的設(shè)計(jì)與校核 一、材料和截面形式確定 四層升降橫移式立體車(chē)庫(kù)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及有限元分析 16 本設(shè)計(jì)中， 立 柱 主要 承受的 靜 載荷 ，工作溫度為常溫，柱與其它構(gòu)件之間的連 接是通過(guò)焊接和螺栓連接的。選擇 Q235 鋼 即 可滿足條件。 圖 簡(jiǎn)圖 及受力圖 簡(jiǎn)圖 立 柱的截面形式要根據(jù)柱的受力大小和特點(diǎn)而確定。柱承受的主要載荷是軸心壓力，還有少量的彎矩載荷 ，因此對(duì)柱的截面形式選擇可按照軸心受力構(gòu) 件的截面形式進(jìn)行選擇。 選擇柱的截面形式為 H 型截面。 二、柱的計(jì)算 立柱為等截面立柱，受壓靜力。由于梁的跨度 都相同 ， 前后 立柱受力 也相 同，因此 對(duì)右 端 兩個(gè) 立柱進(jìn)行計(jì)算，如果其滿足條件，則其它立柱也 滿足 剛度、穩(wěn)定性要求。 1 載荷計(jì)算：已知單位長(zhǎng)度梁的自重設(shè)計(jì)值 ； 為一個(gè)車(chē)位的寬 。 第一根柱 第二根柱 顯然另一側(cè)受力對(duì)稱(chēng)，其承受的壓力設(shè)計(jì)值為： 吉林建筑大學(xué) 17 考慮到屋架結(jié)構(gòu)和其它構(gòu)件的重量，還有風(fēng)載、雪載、地震等不確定載荷的影響，為了保證設(shè)計(jì)的安全性，取柱的壓力設(shè)計(jì)值為 。 2 初選截面 已知立柱長(zhǎng)度 ， 查表得：柱的實(shí)軸為 a類(lèi)截面，虛軸為 b類(lèi)截面。 先假定長(zhǎng)細(xì)比 。由《 起重 機(jī) 鋼結(jié)構(gòu)》附表 41 和 42查得繞截面強(qiáng)軸和弱軸的截面穩(wěn)定系 數(shù) 和 ，取最大值。 柱所需的截面面積為： 鋼材的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值 軸心受壓件計(jì)算載荷 截面穩(wěn)定系數(shù) 所需回轉(zhuǎn)半徑： 查型鋼表，選擇柱的型號(hào)為 HW200 200，從附表 5中查得截面特性為： ， ， ， ， 3 驗(yàn)算 立柱的整體穩(wěn)定和剛度 計(jì)算長(zhǎng)細(xì)比： 四層升降橫移式立體車(chē)庫(kù)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及有限元分析 18 由附表 41和 42得： 比較這兩個(gè)值后取 ： 。 柱的自重設(shè)計(jì)值 式中： —— 立柱的線密度； a—— 考慮焊材、柱頭和助教等鋼材的重量后立柱自重增加系數(shù)。 顯然，截面符合對(duì)柱的整體穩(wěn)定和容許長(zhǎng)細(xì)比的要求。因?yàn)檐堉菩弯摵透拱逡话愣驾^厚，都能滿足局部穩(wěn)定要求。 橫梁設(shè)計(jì) 與校核 一、材料和截面形式確定 橫梁的受力特點(diǎn)是在承吊車(chē)輛時(shí)，梁承受著垂直向下的載荷，從而對(duì)梁產(chǎn)生彎矩和剪力，同時(shí)在車(chē)輛處于上升和弦掛兩 種狀態(tài)時(shí)，由于鏈條長(zhǎng)期受拉力作用，反過(guò)來(lái)對(duì)梁產(chǎn)生軸向壓力。即 橫梁同時(shí)承受著彎矩和軸向壓 力，屬于壓彎構(gòu)件?？紤]選材的統(tǒng)一和制造加工的方便性，選用熱軋 H型鋼，材料為 Q235 鋼。 二、載荷計(jì)算 吉林建筑大學(xué) 19 圖 及彎矩 簡(jiǎn)圖 載荷設(shè)計(jì)值 梁上軸向壓力設(shè)計(jì)值 式中： K—— 鏈條長(zhǎng)期受拉力作用產(chǎn)生軸向力系數(shù)值 經(jīng) 分析產(chǎn)生 最大彎矩 位置為受力處。 已知 ，取兩受力點(diǎn)間距為小車(chē)車(chē)輪距離， 即 ， 則兩跨中最大彎矩設(shè)計(jì)值（未考慮梁的自重）： 三、初選截面 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)， 還有參照實(shí)物，此處選擇梁型號(hào)為 HW150 150，查表得其截面特性為： H ， ， ， ， ， ， 四層升降橫移式立體車(chē)庫(kù)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及有限元分析 20 四、截面驗(yàn)算 1 先驗(yàn)算梁的強(qiáng)度： 查表得： H 型鋼截面塑性發(fā)展系數(shù) 。 ⑴ 實(shí)軸方向強(qiáng)度驗(yàn)算： 因此， 滿足條件。 ⑵ 虛軸方向強(qiáng)度驗(yàn)算： 因此，也滿足條件。 2 整體穩(wěn)定性計(jì)算 由《鋼結(jié)構(gòu)使用設(shè)計(jì)手冊(cè)》中關(guān)于實(shí)腹式單向壓彎構(gòu)件彎矩作用平面內(nèi)的整體穩(wěn)定性計(jì)算公式為： 式中： N—— 所計(jì)算構(gòu)件段范圍內(nèi)的軸心壓力； —— 所計(jì)算構(gòu)件段范圍內(nèi)的最大彎矩； —— 歐拉臨界應(yīng)力， ； —— 彎矩作用平面內(nèi)的軸心受壓構(gòu)件穩(wěn)定系數(shù)； —— 與 W 相應(yīng)的截面塑性發(fā)展系數(shù)；