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.doc

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ABSTRACT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学生：学号：专业：班级：指导教师：四川理工学院机械工程学院21 ABSTRACT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。21 ABSTRACTABSTRACTStereogarageisaspecificallywarehouseimplementationforvariousvehicleoftheautomaticparkingandscientificstorage..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;Safetyfacilities21 四川理工学院毕业设计（论文）目录摘要IABSTRACTII目录1第1章绪论31.1立体车库发展现状31.2国内外的研究状况41.3升降横移式立体车库特点4第2章总体设计分析62.1升降横移式立体车库工作原理62.2主要技术参数72.3设备型号表示方法82.4主要结构组成与特点82.5升降横移车库的安全装置及安全措施9第3章结构设计与计算53.1立体车库总体设计53.1.1主框架部分53.1.2载车板63.1.3驱动系统（传动机构）73.1.4存取车涉及的问题73.2主钢架结构设计83.2.1主钢架结构钢梁的选型及尺寸确定83.2.2整体钢架结构的有限元分析93.3升降机构设计163.3.1电机的功率计算及选型163.3.2链条、链轮的设计计算与选型173.3.3主传动轴的设计计算233.3.4轴承的校核计算283.4横移机构设计303.4.1电机功率计算与型号选择3021 四川理工学院毕业设计（论文）3.4.2链传动设计313.4.3驱动轴的强度校核343.4.4轴承的校核41第4章主要零件有限元分析444.1安全钩有限元分析444.1.1导入安全钩模型及设定材料属性444.1.2分析安全钩安装关系并制定夹具类型454.1.3安全钩施加载荷与划分网格464.1.4安全钩分析结果474.2活接螺栓有限元分析484.2.1导入活节螺栓模型及设定材料属性494.2.2设定活节螺栓接触关系并制定夹具493.2.3活节螺栓施加载荷与划分网格504.2.4活节螺栓分析结果51第5章《升降横移式立体车库》安全标准535.1总则535.2术语和定义535.3危险一览表555.4安全要求和措施555.4.1安全标志555.4.2金属结构的设计与配置的安全要求555.4.3主要受力构件(如立柱、横粱、纵梁等)焊接要求575.4.4车位载车结构的材料和性能575.4.5基本尺寸要求585.4.6搬运器595.4.7起升用链条59第6章总结60参考文献61致谢6221 四川理工学院毕业设计（论文）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。21 四川理工学院毕业设计（论文）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。21 四川理工学院毕业设计（论文）21 四川理工学院毕业设计（论文）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21 四川理工学院毕业设计（论文）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）：PSH3L21 四川理工学院毕业设计（论文）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……-mn2.4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50m21 四川理工学院毕业设计（论文）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。21 四川理工学院毕业设计（论文）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。21 四川理工学院毕业设计(论文)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。21 四川理工学院毕业设计(论文)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21 四川理工学院毕业设计(论文)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21 四川理工学院毕业设计(论文)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。21 四川理工学院毕业设计(论文)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定性（见图2-1），角钢采用型号为5的热轧等边角钢，槽钢采用型号为10的热轧槽钢。在各槽钢型钢中受力较大的部位焊接了较多的筋板，以增加钢结构21 四川理工学院毕业设计(论文)机械式立体车库的主体框架主要采用各种型材焊接加工成型作为承重结构。钢结构构件大多为轧制型材，可直接用来加工成结构物，且安装方便，可将工厂加工好的构件运到施工场地，在工地拼装。本文研究的三层升降横移类机械式立体车库主体框架结构全部为钢结构组件。立柱与横梁都采用H型钢，纵梁采用H型钢和槽钢，传动系统采用无缝钢管与圆钢，钢板主要用于载车板及横梁、立柱的加强肋板。立柱通过膨胀螺栓与地基相连．立柱与横梁之间通过高强度螺栓连接成整体结构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5050mm×1900mm×1600mm，另外还要考虑到安装安全检测设备(即检测汽车长度是否超出停车库设计要求的检测器)和电机安装位置，因此，本立体车库前后立柱中心的距离定为6050mm，纵梁长度为5900mm；为方便出入和安全必须保证第一层停车的空间不低于1800mm，同时保证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；考虑载车板宽度及载车板之间的间距，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纵梁受力较复杂，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。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定性，角钢采用型号为5的热轧等边角钢，槽钢采用型号为10的热轧槽钢。在各槽钢型钢中受力较大的部位焊接了较多的筋板，以增加钢结构的强度。升降机构设计机械式立体车库常采用的传动牵引系统有钢丝传动系统，链条传动系统，液压传动系统等。钢丝绳牵引的整体稳定性不好，传动速度越大，稳定性就愈差。而液压传动的液压油受温度的影响较大，冬夏的压力和流量相差甚远，提升速度和重量的过大变化会使得液压传动的立体车库性能不稳定。所以，机械式立体车库目前大多数采用21 四川理工学院毕业设计(论文)链传动为提升和横移系统，其优点是可以保证准确的传动比，传动结构紧凑，运行平稳，本文选用链条传动作为车库的传动牵引系统。电机的选择根据车库的使用要求：载车板升降速度为5m/min，载车板横移速度为7m/min。预估计载车板重量约为0.5吨重，停车重量去1.7吨重，故升降电机需提升总重量约为2.2吨，即2.2×104N故电机提升功率P：P=FV=2.2×104×5mmin/60=1.83kw根据各立体车库专用电机的型号，选用台湾明椿电气机械股份有限公司的立体车库专用电机MLPK40220403型号电机为主传动系统的提升电机。该电机的输出功率为2．2kw，输出扭矩为53kg/m，输出转速为36r/min。在润滑良好状况下，各传动构件之间的摩擦小，车库传动系统为低速传动，电机每天运行的时间很短，仅在车辆入库或者出库时启动，所选用电机具有一定过载能力，故所选电机能够满足要求。21 四川理工学院毕业设计(论文)表3-2电机型号表链条链轮的计算与选择1、立体车库二层升降传动原理下图为升降横移式立体车库二层升降传动（主传动系统）工作原理图。图中1为安装在升降电机轴上的双排传动链轮。链轮2、3为安装在主轴上的同心链轮。链轮4、5、6为安装在槽钢里的共面小链轮，起到定滑轮的作用；7为载车板。提升电机运转时，通过链轮l（双排链条）和链轮2带动主传动轴转动，主传动轴带动同心的链轮3转动，链轮3带动链条运动，从而实现载车板升降。21 四川理工学院毕业设计(论文)5章《升降横移式立体车库》安全标准——JB/T8910－19995.1总则1、为了适应城市建设发展需要，使汽车库建筑设计符合使用、安全、卫生等基本要求，制定本规范。2、本规范适用于新建、扩建和改建汽车库建筑设计。3、汽车库建筑设计应使用方便、技术先进、安全可靠、经济合理并符合城市交通现代化管理和符合城市环境保护的要求。4、汽车库建筑设计除应符合本规范外，尚应符合国家现行的有关标准的规定。5.2术语和定义1、辅助设备auxiliaryequipment协助停车设备共同完成存取汽车的设备，例如：转换区门及其联锁装置、工作区门、侧门、检修门、紧急出口、通行门等。2、周边设备peripheralequipment独立于停车设备以外，具有自身功能的设备，例如：消防设施、排水设施，换气通风设施、照明设施和停车收费管理系统等。3、工作区workingarea停车设备运行、存放汽车的区域。对无人方式的停车设备，该区域不允许驾乘人员进人。4、出入口access进出停车设备转换区或工作区最外部的出人口。5、停车位parkingspace在停车设备中，用于最终停放汽车的空问。此立体车库设计7车位。6、搬运器transportapparatus运送汽车的装置，具有独立的动力驱动装置。此立体车库设计底层采用横移装置驱动载车板作为搬运器，二层采用横移装置驱动二层横移钢架和载车板作为搬运器。7、载车板pallet21 四川理工学院毕业设计(论文)在停车设备中，用于存放汽车的托板。8、升降机lift具有升降功能，可将汽车升降至所需位置的装置。此立体车库升降系统采用减速电机（2.2kw,MLPK40220603（60HZ或50HZ）28r/min）驱动，轴和链传动，带动载车板升降移动。9、防坠器anti-droppingdevice防止搬运器或载车板运行到位后处于空中静态位置时坠落的装置。此立体车库载车板运行到位后由直流牵引电磁铁控制安全钩锁住载车板。10、安全钳safetygear搬运器在超速下降时，制动并控制搬运器使其停止运行的机械装置。11、空载noload搬运器上无汽车时的工况。此立体车库空载载车板的重量（6KN）。12、额定载荷ratedload搬运器上最大适停汽车的质量。此立体车库允许停车最大质量为1.7吨。13、额定速度ratedspeed在额定电压、额定频率和额定载荷状态下，搬运器的最大起升或运行速度。此立体车库在额定电压、额定频率和额定载荷状态下，搬运器升降速度为5.057m/min,搬运器横移速度为7.4m/min。14、汽车宽度vehiclewidth分别过车辆两侧固定突出部位(不包括后视镜、侧面标志灯、示位灯、转向指示灯、拢性挡泥板、折叠式踏板、防滑链以及轮胎与地面接触变形部分)最外侧点且平行于Y平面的两平面之间的距离。15、汽车全宽overallwidthofcar汽车的最大宽度，包括后视镜处于正常位置的宽度。16、车位宽度parkingspacewidth两相邻停车位中心线之间的距离，或停车位两侧能够保证车辆安全的有效宽度。此立体车库设计车位宽度为2550mm。17、平层levelling21 四川理工学院毕业设计(论文)升降搬运器升降至汽车进、出口及各停车层时，实现在垂直方向搬运器与停车层平面平齐的一种运动。此立体车库设计平层运动行程及所需时间：二层2040mm/5.057m/min=24.204s三层3776mm/5.057m/min=44.801s18、适停汽车carssuitableforparking停车设备允许停放的汽车。5.3危险一览表按标准所涉及的危险见表5-1。序号危险1设备静止或运行时可能对人造成的伤害2汽车意外坠落、受损3承载金属结构整体或局部丧失稳定4承载金属结构与传动装置零件疲劳损坏5机械传动系统中的故障6电气、控制系统中的故障表5-15.4安全要求和措施5.4.1安全标志在停车设备的出入口、操作室、检修场所、电气柜等明显可见处应设置相应的安全标志(包括禁止标志、警告标志和提示标志)，并应符合GB2894和GB16179的规定。5.4.2金属结构的设计与配置的安全要求一、承载金属结构承载金属结构应有足够的强度、钢度、局部及整体的稳定性，其设计应符合GB50017或GB／T3811的要求。此立体车库设计主体钢架结构采用“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。二、设计要求1、载荷21 四川理工学院毕业设计(论文)停车设备所承受的载荷一般应包括：a)垂直静载荷；b)垂直动载荷；c)水平运行方向上的力产生的水平载荷，一般取额定载荷的l／7；d)与水平运行方向垂直的力产生的水平载荷，一般取额定载荷的1／20；e)因回转离心力产生的水平载荷；f)风载荷；‘g)地震载荷；h)雪载荷(必要时应考虑)。注：由于搬运器上的汽车放置而产生更不利的集中载荷，在设计或规范停车设备的设计参数时应予以考虑。2、搬运器轴载荷将汽车质量按6：4分配到前轴和后轴，并以受力大的一侧作集中载荷计算。载车板质量各自承担50％，搬运器质量根据结构作适当分配。此车库设计搬运器轴的载荷计算及校核在2.5.3节中已经分析。3、搬运器轮载荷以受力最大的轮负荷计算，汽车质量的30％加载车板质量的25％，搬运器质量根据结构作适当分配。此立体车库允许停放汽车最大质量为1.7吨，载车板最大质量为0.65吨，搬运器(横移结构钢架)质量为1吨。按搬运器轮载荷标准计算得最大轮负载荷为9040.5N，材料采用45钢。根据结构要求及工作情况对搬运器轮进行有限元分析如图5-121 四川理工学院毕业设计(论文)图5-1由图2可得搬运器轮所受最大应力，搬运器轮的强度符合要求。5.4.3主要受力构件(如立柱、横粱、纵梁等)焊接要求1、焊缝的外观检查不得有目测可见的明显缺陷，这些缺陷按GB／T6417．1的分类为：裂纹、气孔、同体夹杂、未熔台、未焊透等缺陷，并符合GB／T19418中的B级质量要求。2、应对其受拉区对接焊缝进行无损检测，射线检测时，应不低于GB／T3323中规定的Ⅱ级，超声波检测时不低于GB／T11345中规定的I级。此立体车库连接的两种形式：焊接（主要采用：对焊、角焊）和螺栓连接。5.4.4车位载车结构的材料和性能车位载车结构应采用非燃烧体材料制造，并应具有足够的强度和刚度。此立体车库载车板由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。21 四川理工学院毕业设计(论文)5.4.5基本尺寸要求1、出入口（1）出入口尺寸，停车设备出入口的宽度应大于适停汽车宽度加500mm(不含后视镜宽度)，但不小于2250mm。存容轿车的准无人和人车共乘方式的停车设备出人口的高度不应小于1800mm；无人方式的停车设备工作区出入口的高度不应小于l600mm；存容客车的停车设备出入口的高度不应小于适停汽车高度加100mm。（2）搬运器(或载车板)停车表面与出入口地面之间的距离对汽车自行驶入的停车设备，搬运器(或载牛板)停乍表面端部与出人口地面接合处的水平距离不应大于40mm，垂直高差小应大于50mm。2、人行通道尺寸停车设备内，如设置人行通道时，人行通道的宽度不应小于1000mm，高度不应小于1800mm。3、停车位尺寸宽度——对用搬运器将汽车送人停车位的，不应小于适停汽车全宽加150mm(含后视镜宽度)，带有对中装置的，不应小于适停汽车全宽加50mm；对于汽车自行驶入停车位的，不应小于适停汽车宽度加500mm(不含后视镜宽度)。长度——不应小于适停汽车的全长加200mm。高度——不应小于适停汽车的高度与存取车时微升微降等动作要求的高度之和加50mm。此立体车库停车位尺寸：长X宽X高一层：5385mmX2100mmX2000mm二层：5385mmX2100mmX1660mm三层：5385mmX2100mmX1660mm5.4.6搬运器其强度和刚度应满足使用要求，在不妨碍安全的前提下，搬运器的顶板、侧面围栏、门可以省略。若驾驶员有可能从搬运器表面500mm以上的落差处跌落，应设有侧面围栏和底部踢脚板，围栏高度不应小于1000mm，对人车共乘方式围栏高度不应小于1400mm，底部脚板高度不应小于100mm，围栏的设计应考虑在围栏上的任意位置均可承受300N的侧向力且变形不应大于100mm。围栏和扶手到邻近的相对移动部件之问的安全距离至少为80mm。21 四川理工学院毕业设计(论文)5.4.7起升用链条1、停车设备起升用传动链条、传动链轮应符合GB／T1243、GB/T6074的规定，链条的安全系数不应小于表2的规定。2、停车设备应有保证链条不能从链轮上脱出的措施(如张紧装置、防脱装置等)。3、链条出现下述情况之一应报废：a)可见裂纹；b)过盈配合处松动；c)链条相对磨损伸长率达到3％。此立体车库起升用链条采用16A（GB/T-1243），链转动中装有链条张紧装置。21 四川理工学院毕业设计(论文)第6章总结本次论文以解决日益突出的停车难问题为目的，研究升降横移式立体车库的工作原理和结构设计。通过分析车库钢结构骨架和传动结构形式达到车库制造经济性和运行过程安全稳定性的“双赢”目的。论文首先对产品的市场定位和产品选型做了市场调研，再分析了国内外立车车库发展趋势的基础上，着重研究了国内车库的使用情况，并选定三层三列升降横移式立体车库作为本次论文的设计对象。通过对车库钢结构骨架和主要零件进行了有限元分析并进行强度校核，保证车库安全性的基础上，设计出了车库的传动结构并进行优化和校核。最后根据升降横移式立体车库国家通用安全标准完善车库的安全设施。在本次设计中遇到的主要难题是升降传动链的布置，升降传动形式采用的是链条带动载车板实现升降移动。链条利用链轮布置在二三层的纵梁中，三层升降距离较长，传动链条也较长，所以链条在纵梁中的布置较复杂和紧凑；其次是升降传动主轴受到扭矩较大，而且受持久载荷。所以升降传动主轴直径较大，而且与双排链轮连接采用花键连接，这样加工比较困难。立体车库属于特种设备，在结构设计方面就存在一些难题。介于目前我的水平和能力有限很多地方仍然需要进一步改进，错误和不足的地方希望阅读本论文的老师、读者给出宝贵的意见。21 参考文献参考文献[1]成大先等．机械设计手册第五版[M]．化学工业出版社，2010.05[2]邱宣怀等.机械设计4版[M].高等教育出版社，1997[3]刘鸿文等.简明材料力学2版[M].高等教育出版社，2008.6[4]吴高阳，任国全，胡仁喜，等．SolidWorks2010有限元、虚拟样机与流场分析从入门到精通[M]．北京：机机械工业出版社，2010.10[5]孙恒，陈作模，葛文杰等.机械原理第七版[M].高等教育出版社，2006.5[6]王芳卿等.立体停车库及其控制[J].电器传动，1998,(6)[7]任伯森等.机械式立体停车库[M].海洋出版社.2001[8]张启君等.立体车库的主要型式及技术特点[M].机电产品开发与创新.19[9]中国重型机械工业协会，停车设备管理委员会编.机械式立体车库[M].海洋出版社，2001[10]高强度螺栓连接钢结构的制作与安装.北京化工施工技术[M].2002[11]机械式立体停车库[M].海洋出版社，2001[12]国家机械工业局，机械行业标准《简易升降类机械式停车设备》1999[13]国家机械工业局，机械行业标准《升降横移类机械式停车设备》199921 致谢致谢21