【正文】 .......................................................................................................................... 51 附錄 立體車庫 CAD 圖 .......................................................................................................... 52 貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 第 III 頁 自動立體車庫結(jié)構(gòu)及控制系統(tǒng)設(shè)計 摘 要 立體車庫是一種用以實現(xiàn)在較小面積停放更多車輛的機械設(shè)備，本文介紹了立體車庫的基本情況和主要分類，并以雙層升降橫移式立體車庫為設(shè)計對象，對立體車庫進行了綜合分析。機械部分主要完成了外部框架結(jié)構(gòu)的選型及力學(xué)計算和校核，對比了各種傳動方式的特點，設(shè)計了升降機構(gòu)和橫移機構(gòu)，完成了立體車庫鏈傳動、提升軸等部分的計算與校核。 關(guān)鍵詞： 立體車庫，升降橫移，鏈傳動， PLC 貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 第 1 頁 第一章 前 言 立體車庫概述 幾十年來，科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展使得人們的生活日新月異，曾幾何時，作為權(quán)力與身份象征的汽車已經(jīng)成為 們?nèi)巳粘Ｉ畹囊徊糠?，迅速的普及開來。就普通住宅小區(qū)而言，私家汽車增加的數(shù)目早已超過大多數(shù)小區(qū)建設(shè)時的規(guī)劃，這使得許多車輛只能停在道路兩邊，給本已擁擠不堪的城市交通帶來了更多隱患。因此，提高停車的空間利用率就成了解決這一問題的最佳選擇，立體車庫 就這樣應(yīng)運而生了。與傳統(tǒng)停車方式相比較， 立體車庫具有節(jié)省占地面積、出人庫管理方便、存取車省時省力、配置靈活等特點，在一般住宅小區(qū)，若使用雙層升降橫移式立體車庫，可節(jié)約近一半用地面積；在某些大型商場和城市中心地帶采用的垂直升降式立體車庫由于存車庫可達 20~25 層，可存放 40~50 輛車，而占地面積僅需 50 ㎡。應(yīng)該說，機械車庫從管理上可以做到徹底的人車分流。因此，各種類型的立體車庫應(yīng)運而生，根據(jù)使用規(guī)模和使用地點不同，立體車庫主要有以下幾種： （ 1）水平循環(huán)式立體車庫 貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 第 2 頁 顧名思義，它是一種采用一個水平循環(huán)運動的車位系統(tǒng)來存取和停放車輛的立體車庫，可分為圓形循環(huán)式和箱型循環(huán)式兩種形式。雖然安裝性價比較高，但由于大多數(shù)情況下只有一個出入口，因此建的越大取車越困難，特別是在上下班高峰取車時間過長，因此難以廣泛推廣。不過由于層數(shù)太高，立體車庫的控制系統(tǒng)和安 全系統(tǒng)會比較復(fù)雜，因此故障發(fā)生情況較多且建設(shè)維護成本會比較高。它型式多樣，建設(shè)成本低，并且能適應(yīng)許多場地，特別是居民住宅小區(qū)停車的需要，因此應(yīng)用極其廣泛。一般規(guī)模較大，封閉性高，監(jiān)控檢測設(shè)備多種多樣，因此可實現(xiàn)車輛防盜及保護人員安全，適用于大型地下停車庫的建立。 圖 巷道堆垛式立體車庫 立體車庫種類繁多，形式多樣，除以上主要四種以外，還有垂直循環(huán)式、多層循環(huán)式、多層圓盤旋轉(zhuǎn)式，平面移動式等，這些種類由于應(yīng)用較少，因此不做介紹。日本由于國土面積小而應(yīng)用最廣，自從 1959 年引進了建造機械式立體停車庫技術(shù)之后，其已經(jīng) 在 本土上共建造了數(shù)萬座多種形式的機械式車庫，平均每座容車量達到十輛左右，最多的能達到百輛以上。 進入 20 世紀以來，在國內(nèi)舉辦了多個與停車設(shè)備相關(guān)的展覽會，這些展覽會吸引了來自德、日、美等世界上知名的停車設(shè)備制造商，全自動立體停車設(shè)備的容車能力及其技術(shù)完備，先進程度已被世界廣泛承認和接受。 就控制技術(shù)來說，目前國內(nèi)外大多數(shù)自動立體停車裝備系統(tǒng)采用 PLC 控制，通訊方貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 第 5 頁 式以有線通信為主。在運行速度方面， PLC 的運算速度只能達到腳 (微秒 )級，這隨著大型電子智能化立體車庫的發(fā)展已經(jīng)逐漸地不能滿足出 庫對控制芯片的要求了；在生產(chǎn)成本方面，大型電子 智能化 立體車庫需要的 I/O 點數(shù)比較多，如果用 PLC 的控制方法，生產(chǎn)成本將會很高，這對于降低電子智能化立體車庫的存取車的成本來說是一個嚴峻的挑戰(zhàn)。首先，低損耗、高容量、低色散的單模光纖在通信干線中占絕對的主導(dǎo)地位。由于立體車庫的特殊性，有線通信方式在車庫的應(yīng)用中存在一些問題，具體表現(xiàn)如下： （ 1）由于 PLC 的 I/O 點數(shù)限制，有線線纜布線的復(fù)雜 ,使系統(tǒng)采集的信號數(shù) 量有限，對于大型 智能型 立體車庫的實現(xiàn)是一個瓶頸，性能很難再有進一步的提升。 （ 2） RS485 通信 速度 慢，不支持熱插拔、需要專門的驅(qū)動程和 485 卡，給使用帶來諸多不便。首先在運行速度方面， PLC 的運算速度只能達到 us 級，而 DSP的運算速度可以到 ns 級，因此能更好地滿足電子高智能化立體車庫對 于控制芯片的要求；在生產(chǎn)成本方面，由于立體車庫需要的 I/O 點數(shù)比較多，如果用 PLC 的控制方法，生產(chǎn)成本將會很高，但是用 DSP+CPLD 實現(xiàn)的話會在生產(chǎn)成本上大大降低，目前 DSP外擴 CPLD 的方法已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用；在功能擴展方面， DSP 在片內(nèi)集成了各種工業(yè)上常用的各種模塊，為立體車庫功能的升級提供了強大的硬件保障。利用無線通信代替原來的有線通信方式 ,可有效增加采集信號的數(shù)量，提高立體車庫的智能性，為進一步的技術(shù)升級打下基礎(chǔ)，避免了布線的復(fù) 雜性，有利于故障的迅速定位和設(shè)備維護，同時可以大大節(jié)省立體車庫有線線纜的成本，當(dāng)立體車庫規(guī)模較大時尤為明顯。 貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 第 6 頁 第二章 總體方案的擬定 升降橫移式立體車庫工作原理 本次設(shè)計所做為雙層升降橫移式立體車庫，這也是升降橫移立體車庫中最為簡單，但同時也是最為典型的設(shè)計。下層車位 存取車無需移動或升降，可由駕駛員直接駛?cè)胲噹焱＼?，上層車位存車需先由下層橫移電機帶動下層載車板橫移留出空位，然后上層升降電機驅(qū)動上層載車板向下移動到下層，以便駕駛員停車入庫，人離開車庫后升降電機反轉(zhuǎn)，將載車板重新拉回上層，然后橫移電機反轉(zhuǎn)，將下層載車板移動到原有位置，駕駛員取車時，步驟與存車相同。鋼結(jié)構(gòu)在我們?nèi)粘Ｉ钪袘?yīng)用廣泛，因此本次設(shè)計的升降橫移式立體車庫外部框架結(jié)構(gòu)也采用鋼結(jié)構(gòu)框架，它具有如下特性： （ 1） 強度高，重量輕 貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 第 7 頁 鋼材強度較高，彈性模量亦高，因而鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件小而輕。 （ 2） 塑性和韌性好 鋼結(jié)構(gòu)的抗拉和抗壓強度相同，塑性和韌性均好，適于承受沖擊和動力荷載，有較好的抗震性 能。 鋼結(jié)構(gòu)都為工廠制作，具備成批大件生產(chǎn)和品精度高等特點；采用工廠制造、工地安裝的施丁方法，有效地縮短工期，為降低造價、發(fā)揮投資的經(jīng)濟效益創(chuàng)造條件。 鋼結(jié)構(gòu)采用焊接連接后可以做到安全密封，能夠滿足一些要求氣密性和水密性好的高壓容器、大型油庫、氣柜油罐和管道等的要求。 鋼結(jié)構(gòu)由于白重輕和結(jié)構(gòu)體系相對較柔，受到的地震作用較小，鋼材又具有較高的抗拉和抗壓強度以及較好的塑性和韌性，因此在國內(nèi)外的歷次地震中，鋼結(jié)構(gòu)是損壞最輕的結(jié) 構(gòu)，已公認為是抗震設(shè)防地區(qū)特別是強震區(qū)的最合適結(jié)構(gòu)。 溫度在 25039。當(dāng)溫度達到 300~E 以上時，強度逐漸下降， 600~C 時，強度降至不到三分之一，在這種場合，對鋼結(jié)構(gòu)必須采取防護措施。當(dāng)耐火要求較高時，需要采取保護措施，如在鋼結(jié)構(gòu)外面包混凝土或其他防火板材，或在構(gòu)件表面噴涂一層含隔熱材料和化學(xué)助劑等的防火涂料，以 提高耐火等級。 貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 第 8 頁 框架的選擇 立體車庫的外部框架結(jié)構(gòu)主要由梁和柱組成，一般升降橫移式立體車庫結(jié)構(gòu)主要有三種形式，即單柱式、后懸臂式和跨梁式。 本次設(shè)計由于只是二層車庫，且單層停 3 輛車，跨度不大，因此選用跨梁式結(jié)構(gòu)就能夠滿足要求。導(dǎo)輪邊緣制造成凸緣結(jié)構(gòu)，以保證導(dǎo)輪只沿著導(dǎo)軌橫向移動而不脫離軌道。橫移機構(gòu)亦可使用電機與橫移軸直接用聯(lián)軸器連接，不過這種做法需要一層載車板高度足夠容納下電機。 圖 橫移機構(gòu)工作示意圖 （ 1從動鏈輪， 2主動鏈輪， 3電機， 4主軸， 5載車板， 6行走輪， 7導(dǎo)軌） 貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 第 10 頁 升降傳動機構(gòu)的設(shè)計 設(shè)計方案的比較 目前升降橫移式立體車庫主要有以下幾種設(shè)計方案： （ 1） 液壓傳動 液壓傳動具有通用性、多功能性和可控性的特點，與其他傳動方式相比，它有如下優(yōu)點： 在同等功率的情況下，液壓裝置的體積小，質(zhì)量輕，結(jié)構(gòu)緊湊。 能在大范圍內(nèi)實現(xiàn)無極調(diào)速。 易于實現(xiàn)過載保護，且由于能夠自行潤滑，因此使用壽命較長。 但是液壓系統(tǒng) 一般 比較復(fù)雜，元件精度要求較高，因此成本較高，而且液壓傳動不能保證嚴格的傳動比，其傳動效率也不高，因此本次設(shè)計不采用液壓傳動。 （ 3） 鏈傳動 鏈傳動無彈性滑動和整體打滑現(xiàn)象，因而能保持準確的平均傳動比，傳動效率高，軸上徑向壓力小，結(jié)構(gòu)緊湊，能 夠適應(yīng)高溫和潮濕的環(huán)境，其制造和安裝精度要求較低，成本也低。因此選用鏈傳動作為升降機構(gòu)非常適合。電機減速機固定安裝在橫梁上，提升軸上安裝有 3 個鏈輪， 1 個用于連接電機，另外兩個分居兩側(cè)，為貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 第 11 頁 提升的主動輪。升降機構(gòu)示意圖如下： 圖 升降機構(gòu)工作示意圖 設(shè)計數(shù)據(jù) 設(shè)計參數(shù)如下： 車長： 4700mm 車寬： 1800mm 車高： 1450mm 車重： 2020kg 橫移速度： ： 因此預(yù)估車庫尺寸為： 單個車庫寬度： 2500mm 則車庫總寬： 25003=7500mm 車庫長： 5600mm 下層高（出入庫高）： 2020mm 貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 第 12 頁 第三章 各機構(gòu)的設(shè)計、計算 及校核 載車板重量估算 根據(jù)以上車庫及車輛尺寸，確定載車板尺寸為（ mm） 5000 2200 5，選用 45 鋼為材料制造，則密度為 33 / mkg? ，載車板重量為： kgm 3 3339。 受力梁的計算、選型與校核 根據(jù)預(yù)先設(shè)計的結(jié)構(gòu)，受力 梁分為橫梁和縱梁，載車板和汽車的重量直接作用在縱梁上，縱梁則壓在橫梁上，因此受力梁的計算需要進行兩次，即縱梁和橫梁的計算。 中間縱梁的受力分析簡圖如下： 圖 縱梁受力簡圖 其中， AF 與 DF 為橫梁對縱梁的支撐力， 1F 與 2F 為載車板與汽車對縱梁的拉力，mmll 40031 ?? ， mml 42020 ? 。則： NGFFFF DA 1 2 2 5 0221 ?????? 總 （ 1）計算剪力彎矩 對于 AB 段： NFF As 122501 ?? 11 xFM A? ? ?110 lx ?? 對于 BC 段： NFFF As 012 ??? ? ?12122 lxFxFM A ??? ? ?2121 llxl ??? 由于 AB 段 與 CD 段載荷對稱，因此不必計算。 （ 3）縱梁的選型 對于立體車庫鋼結(jié)構(gòu)一般選擇 Q235 普通碳素結(jié)構(gòu)鋼為材料的工字鋼作為建筑材料，它 具有良好的塑性和焊接性能，成型能力很好，并具有一定的強度，適合于橋梁、建筑等工程結(jié)構(gòu)，實用性能好，價格相對也很便宜，性價比高 。 彎曲切應(yīng)力強度校核 由剪力圖可知，梁在 AB 及 CD 段受剪力最大，查《機械設(shè)計》可知 ? ? MPa105?? ，故對其進行校核： ? ??? ??1*m a x,m a x tI SF z zs ? ?? ?22121m a x )2(8 tHtBBHtIF zs ????? 帶入上表數(shù)據(jù)，計算得： ? ? 1 4 0 08 2 2 5 0822? ????????? ? ? M P aM P a a x ??? ?? 因此，縱梁的彎曲切應(yīng)力強度滿足要求。 載車板與 汽車 重量為 kgm 24502020450 ???總 ，因此單個車位載車時重力NgmG 2 4 5 0 0?? 總總 ，其中 g 取 10N/kg。 （ 2）畫剪 力 彎矩圖 圖 橫梁剪力圖 圖 橫梁彎矩圖 由 上圖 可看出， AB 與 EF 段受剪力最大，為 NFs 18375m ax, ? ， CD 段受彎矩最大，為 mNM ?? a x 。 彎曲切應(yīng)力強度校核 由剪力圖可知，梁在 AB 及 EF 段受剪力最大，查《機械設(shè)計》可知 ? ? MPa105?? ，故對其進行校核： ? ??? ??1*m a x,m a x tI SF z zs ? ?? ?22121m a x )2(8 tHtBBHtIF zs ????? 帶入上表數(shù)據(jù)，計算得： ? ? )()(822? ???????????? 類別 型號