自動立體車庫結構設計[2層5車位]-升降橫移-載車板

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Stereo garage becomes the first choice for solving the problems of hard parking. Especially, lift-sliding type stereo garage is the most widely used． The main content of this design is the design of automatic stereo garage, the stereo garage is including lift-sliding type, vertical circulation type, level of circulation, plane mobile, laneway type, vertical lifting, simple movements and etc. The main contents of this paper is about the design structure of two layers of lifting and transferring automatic stereo garage and the force analysis and check by the key parts of stereo garage. Four-column type steel structure garage has a large range of use because of its simple structure. The main content of this paper is the force analysis and check by the beams, stringers, support columns and car carrying boards. In addition, automatic stereo garage use hydraulic system for driving, it has difference between using the motor-driven automatic garage. Because of the advantages of hydraulic transmission, the garage will be more stable in process. This makes it suitable for more occasions. The design of the garage is also introduced the safety protection device in the running of garage. In addition, the paper includes drawn up the assembly diagram, parts diagram. Keywords: automatic stereo garage; structure design; hydraulic 目 錄 摘 要 III ABSTRACT IV 目 錄 V 1 緒論 1 1.1 本課題研究的內容及意義 1 1.2國內外的發(fā)展概況 2 1.3本章小結 4 2 自動立體車庫的總體設計方案 5 2.1 升降橫移自動立體車庫選型 5 2.2 自動立體車庫提升方式的選擇 6 2.3 自動立體車庫的其他部件 6 2.4 自動立體車庫的設計參數(shù) 7 2.5 自動立體車庫結構設計的內容及要求 7 2.6 本章小結 7 3 自動立體車庫主體框架設計 8 3.1立體車庫的工作原理 8 3.2自動立體車庫鋼結構設計 8 3.2.1 支撐柱設計 9 3.2.2 橫梁受力分析 12 3.2.3 縱梁受力分析 13 3.3 載車板受力分析校核 15 3.4本章小結 16 4 自動立體車庫的傳動系統(tǒng) 17 4.1 上層載車板提升裝置設計 17 4.1.1 升降傳動系統(tǒng)設計 17 4.1.2 升降液壓系統(tǒng)設計 19 4.1.3 升降液壓系統(tǒng)鏈輪設計 20 4.1.4 升降液壓系統(tǒng)傳動軸設計 21 4.2 橫移液壓系統(tǒng)設計 22 4.3本章小結 24 5 車庫的配套系統(tǒng) 25 5.1 安全系統(tǒng) 25 5.2 立體車庫的控制系統(tǒng) 26 5.3 本章小結 28 6 結論與展望 29 6.1結論 29 6.2不足之處及未來展望 29 致 謝 30 參考文獻 31 附 錄 32 1 自動立體車庫結構設計 1 緒論 1.1 本課題研究的內容及意義 本課題研究的內容是：自動立體車庫的結構設計，包括自動立體車庫的總體方案設計，有關零件部件的選型計算，結構強度校核及液壓系統(tǒng)設計，并繪制出裝配圖和零件圖紙。 本課題研究的意義是：自動立體車庫是我國的新興產業(yè)，具有廣闊的發(fā)展前景。隨著我國經濟快速的發(fā)展，城市交通擁堵和停車難的問題成了影響城市發(fā)展的重要因素之一，傳統(tǒng)的車庫己經不能適應城市發(fā)展的要求，再加上我國汽車保有量的不斷增加，自動立體車庫成為解決這一問題的必然途徑[1]。機械式立體車庫具有空間利用率高，節(jié)省城市有限的土地資源；具有建造成本較低、建造周期較短；車輛停放入車庫快速便捷、自動車庫更加安全，還具有節(jié)約能源等優(yōu)點。同時自動立體車庫還可以在有限的土地上停放更多的車輛，便于集中管理，減少管理費用和人員等的優(yōu)勢，在各個小區(qū)或空地都可以根據當?shù)氐膶嶋H情況進行立體車庫的建設，可大大緩解這些地方停車難的問題，這對現(xiàn)在車庫緊張的小區(qū)和其他人員較多的公共場所提供了很好的解決方法。因此，機械式立體車庫具有廣闊的應用前景。 而自動立體車庫的結構設計是車庫建設及運行的重要環(huán)節(jié)，其設計水平與質量直接影響到用戶的安全和建造成本。合理的結構設計可最大限度的利用有限的土地空間，緩解城市中停車難的問題。而目前我國自動立體車庫加工生產廠家沒有統(tǒng)一的標準：大多數(shù)自動立體車庫行業(yè)的生產廠家大多以國外現(xiàn)有產品或技術為基礎進行制造，對產品創(chuàng)新開發(fā)能力差，沒有自己的知識產權；我國對立體車庫的新技術引入研究較少，而對立體車庫的主體結構框架鋼研究和優(yōu)化才剛剛起步，不能形成較大的生產加工規(guī)模。機械式自動立體車庫種類較多，按照現(xiàn)在立體車庫的發(fā)展，可將它分為巷道堆垛式立體車庫，垂直升降式立體車庫，垂直循環(huán)式立體車庫，圓形水平循環(huán)式立體車庫等。 根據運行方式和結構特點可分為：升降橫移式立體車庫，水平循環(huán)式立體車庫，垂直循環(huán)式立體車庫，多層循環(huán)式立體車庫，堆垛式立體車庫，平面移動式立體車庫，垂直升降式立體車庫，簡易升降式立體車庫等八大類[2]。 1、升降橫移式立體車庫：整機特點，可有效利用空間，提高空間利用率達數(shù)倍。存取車快捷便利，其結構使用跨梁結構設計，使車輛出入無障礙。采用PLC控制，自動化程度高，人機界面好，多種操作方式可選配，操作簡便，同時環(huán)保節(jié)能，低噪音。但下層車庫必須有一空位用于車庫升降。 2、垂直循環(huán)式立體車庫：車庫采取垂直方向做循環(huán)運動進行對車輛存取的方式的立體車庫。垂直循環(huán)式立體車庫調車時間短，取車快速，占地面積小，可設置在地面上或半地上半地下，可獨立或附設在建筑物內，還可多臺組合。 3、水平循環(huán)式立體車庫：采用水平循環(huán)運動來存取車輛的機械式立體車庫。水平循環(huán)式立體車庫可以省去進出車道，充分利用狹長地形的地方建車庫，降低通風裝置的費用，若多層重疊可為大型停車場，但車庫只有一個出入El，存取車時間較長，實用性差。 4、簡易升降式立體車庫：其結構大多為一個車位泊兩臺車，構造簡單實用，無需特殊地面基礎要求。適合裝置于工廠、別墅、住宅停車場 。 5、多層循環(huán)式立體車庫：其工作原理是使載車板作上下循環(huán)運動來進行車輛的調取工作。 6、堆垛式立體車庫：通過升降機、行走臺車及橫移裝置輸送載車板實現(xiàn)存取車操作，整個過程全自動完成，可設置于地上或地下，充分利用有效空間。載車板的升降和行走同時運行，存取車方便快捷。全封閉式管理，安全可靠，保障人、車安全[3]。 從機械式自動立體車庫的類型上看，應用較多的是升降橫移式立體車庫，占自動車庫總量的絕大部分，其所占比例隨著機械式立體車庫的發(fā)展還會繼續(xù)上升[4]。所以本文詳細對升降橫移式自動立體車庫結構設計進行研究。 1.2國內外的發(fā)展概況 機械式立體車庫經過幾十年的發(fā)展，已由初期的半自動化控制方式發(fā)展到全自動化的控制方式；機械結構也發(fā)展到了模塊化設計，便于組合、拆卸；使用材料和工藝也都有了突飛猛進的發(fā)展[5]。如今，立體車庫在西歐、東南亞、韓國、日本都得到了廣泛的應用，形成了一個包括制造、安裝、使用和維修的行業(yè)[6]。 國外的發(fā)展狀況 國外經濟發(fā)達國家其自動立體車庫在過去的幾十年中已經得到了充分的發(fā)展。日本是一個人口眾多人均土地資源較少的國家，由于其經濟發(fā)達，停車難的問題早就出現(xiàn)，同時也帶動了自動立體車庫的發(fā)展、使其發(fā)展至今已經較為完善，現(xiàn)已經發(fā)展出較多車庫種類。同時日本在車庫的技術研究與開發(fā)、制造、管理等方面的水平都處于亞洲領先地位，所建成的立體停車場的數(shù)量和其容車量也居于世界前列。如今在日本全國建設并使用的自動立體車庫的停車位已有300萬個，大部分自動立體車庫是升降橫移式車庫。而日本的優(yōu)勢主要在多層升降橫移車庫、水平循環(huán)車庫、垂直循環(huán)車庫、簡易升降車庫、垂直升降車庫等產品上。而在韓國自動立體車庫的技術發(fā)展主要受到其鄰國日本的技術影響。韓國的立體車庫產業(yè)從上世紀70年代中期進入起步階段，在發(fā)展過程中又從其鄰國日本引進相關技術，再對引進技術后不斷改進，最后90年代立體車庫展業(yè)進入大規(guī)模使用階段。經過這幾個階段的快速發(fā)展再加上韓國政府的大力支持，自動立體車庫在韓國國內得到大規(guī)模的應用和再開發(fā)，使得韓國這幾年的自動立體車庫產業(yè)增長速度加快到30％左右[7]，使現(xiàn)在其產業(yè)進入穩(wěn)步發(fā)展階段。 國外的機械式立體車庫發(fā)源于上世紀20年代的美國，美國建成世界上第一座機械升降汽車庫，但需要由司機自己開車來完成車輛的存取；50年代以后，伴隨著小汽車的大量增加，在西歐、東南亞、韓國和日本立體車庫也得到了廣泛的應用，并形成了一個包括制造、安裝、使用和維修的行業(yè)完整體系[8]。這些國家和公司從上世紀六十年代初就開發(fā)并使用可最大限度地利用空間的機械式停車設備，經過幾十年的不斷發(fā)展，自動立體車庫從結構、控制、驅動、監(jiān)測等方面不斷地更新?lián)Q代，日趨完善。而自動立體車庫的外形也發(fā)生了較大的變化，使原來生硬機械鋼架子的立體車庫變成了一道獨特的城市景觀。 國內的發(fā)展現(xiàn)狀 我國經濟快速發(fā)展的同時汽車的數(shù)量也在快速發(fā)展，尤其在我國的大中城市。汽車數(shù)量的增長同時也造成了路面的擁堵，許多車輛面臨著停車難的問題。面對這些問題，我國需要大量的停車設施和相關配套設備。據有關方面統(tǒng)計，截止到2008年底的數(shù)據，我國生產汽車數(shù)量增長到近一千萬臺，同比增長5％左右[9]。由于我國停車位新建的速度遠遠達不到每年汽車增長的數(shù)量，致使每年我國僅在停車位的缺口數(shù)量就在300多萬個左右，城市現(xiàn)有的停車位遠遠不能滿足人們的需要。當前我國的車位數(shù)量與汽車數(shù)量之比約為1: 5，而正常的平衡比例應當是1: 1.2，與我國現(xiàn)有情況差距很大，需要大量增加停車位，在城市土地資源緊缺的情況下通過地面增加車位己成為城市發(fā)展的巨大矛盾指引[10]。 為了解決這些，我國從二十世紀八十年代開始使用機械式停車設備。此時我國的立體車庫技術較為落后僅只能進行自我的研究和開發(fā)，此階段生產企業(yè)無法滿足用戶的需求，而自動車庫種類單一，技術落后，無法滿足用戶較大的要求。到二十世紀九十年代，我國開始從國外引進技術，由于大量國外企業(yè)進入中國的立體車庫行業(yè)，形成了比較多的中外合資企業(yè)。而有些有實力的中國企業(yè)開始向國外引進先進的技術，在國內由于其生產成本與國外相比較為低廉，這些企業(yè)利用國外先進技術并根據我國現(xiàn)有經濟情況開發(fā)出符合我國的先進的自動立體車庫。到如今經過近30年的發(fā)展歷史，尤其是2000年以后得到了高速發(fā)展，現(xiàn)在我國的自動立體車庫行業(yè)正處于快速發(fā)展階段并很快進入穩(wěn)定發(fā)展階段，未來市場巨大。尤其在，我國的大中型城市中，自動立體車庫需要巨大。但用戶對產品的要求有兩點，第一點是降低產品的價格，第二點是提高產品技術和性能。隨著我國經濟持續(xù)快速發(fā)展，城市規(guī)劃不斷完善，自動立體車庫將使一個充滿生機的朝陽產業(yè)，它的技術將得到長遠發(fā)展。 在我國隨著現(xiàn)代各種高科技技術的發(fā)展，諸如計算機技術和電子技術的高速發(fā)展，越來越多的新功能被引入到立體車庫中，讓其向專業(yè)化、復雜化和智能化方向發(fā)展。重點表現(xiàn)為以下幾個方面：①專業(yè)化:立體車庫系統(tǒng)穩(wěn)定可靠能正常運行而不出故障是用戶的首要要求也是一套停車場系統(tǒng)的重中之重。制造廠家的專業(yè)化程度越來越強如保證設備的可靠性立體車庫的軟硬件設施及各種設備的配套都達到專業(yè)化程度。②復雜化:立體車庫產業(yè)正在向多元化方向發(fā)展它已經不僅是純粹的機械設備還包含了當今機械、電子、建筑、液壓、光學、磁控、管理和計算機技術等領域的大量先進技術。立體停車系統(tǒng)己經日臻完善如汽車出入車庫時采用聲光引導和定位、汽車尺寸和重量自動識別、限速保護與多重機構互鎖、停車泊位自動跟蹤、鏈繩長度超范圍報警和彈性變形自動補償、汽車安全檢測、圖像識別技術、科學管理等各種領域先進技術的綜合使用已經使立體車庫成為一個獨立的大型復雜的高技術設備。③智能化:一些新技術正在迅速進入該領域如變頻技術、全電腦控制系統(tǒng)、導航定位技術、停電及電源故障的自動判別排除及處理系統(tǒng)等[14]。車庫可以將汽車自動停放到合適的位置可實現(xiàn)無人操作[11]。 但在我國現(xiàn)有的自動立體車庫產業(yè)發(fā)展并不十分完善，如在我國車庫行業(yè)中并沒有可依據較高的行業(yè)技術標準；大部分車庫是根據或引進國外先進技術進行設計制造，但技術水平不高；并且我國國內并沒有較大規(guī)模的車庫生產加工企業(yè)，其大規(guī)模量產能力明顯不足。在國內自動車庫市場競爭無序，小型企業(yè)為搶占市場份額，進行惡性競爭；同時我國沒有相關的部門參與詳細研究，使其技術創(chuàng)新能力落后于其他國家；國家也沒有相關政策進行扶持。為了解決上述問題，國家需要出臺相關市場政策、管理方案等。 雖然立體車庫在我國的發(fā)展勢頭非常的迅猛，但是目前立體車庫在住宅小區(qū)內的應用，卻還是少的可憐。其主要原因還是人們的思維觀念沒有轉變過來，而技術上的問題已經退居其次?？梢哉f，當前的技術已經完全可以滿足小區(qū)內建造立體車庫的主要要求，急需解決的是人們的思想問題[12]。伴隨著我國住房業(yè)的迅速發(fā)展，小區(qū)式居住方式已經成為市民住房方式的主流。并且，伴隨我國經濟的迅速發(fā)展，人們擁有自己的私家車也已經成為一種必然。所以，正是由于小區(qū)與私家車的數(shù)量越來越多，一旦人們的思想方式轉變過來，那么應用于小區(qū)內的立體車庫必將會如同雨后春筍般迅速地生長起來。而且，立體車庫的技術也必然在今后的若干年內有大幅度的發(fā)展[13]。所以，無論是立體車庫技術的研究，還是立體車庫工程的建造，發(fā)展前景都是非常樂觀的，都必將在不久的將來得到豐厚的回報。 1.3本章小結 本章主要介紹了自動立體車庫的主要研究內容和及其意義，詳細對自動立體車庫的國內外發(fā)展情況做了詳細介紹，在我國自動立體車庫有較大的發(fā)展前景。本文將對車庫主體結構設計，關鍵部件校核，傳動部件及液壓系統(tǒng)的設計和主要機械部位總裝配圖及主要零件圖。 2 自動立體車庫的總體設計方案 目前，立體車庫主要有以下幾種形式：升降橫移式、垂直循環(huán)式、簡易升降式、垂直升降式、平面移動式、巷道堆垛式[14]。而在中國使用較多的是升降橫移式自動立體車庫和簡易升降式車庫，升降橫移式自動立體車庫具有存取車快捷便利，結構簡單等優(yōu)點。而簡易升降式車庫所能停車輛數(shù)量較少不適合較大規(guī)模應用，無法滿足較大空間的大規(guī)模布置。所以選擇升降橫移式自動立體車庫進行設計。 如圖2.1 所示為升降橫移式立體車庫示意圖。 圖2.1 升降橫移式立體車庫示意圖 2.1 升降橫移自動立體車庫選型 升降橫移自動立體車庫按照主框架可分為兩種。1．四柱結構型式：這種型式的停車設備的鋼結構框架穩(wěn)定性好，有較好的強度和剛度，特別適用于多層式或重列式的升降橫移類停車設備。2．二柱結構型式，亦叫后懸臂型式立體車庫如圖2.2所示：這種型式的停車設備的最大優(yōu)點是視野寬闊，存取車方便。缺點是對設備運行的穩(wěn)定性和結構框架的強度、剛度、設計要求嚴格。 圖2.2 后懸臂型式立體車庫示意圖 按車位布置形式分可分為全地上布置，半地下布置，重列式布置。全地上布置：有二層、三層、四層、五層，一般不超過五層，但也七層以上的，有的還做到了18層，但相對于低層提升速度要提高以保證客戶使用要求。半地下布置：這種布置形式比全地上布置能多建車位，空間利用率高，但土建投資大。重列式布置：（對于只能設置一個車道，或設置兩個車道太浪費，但有能停放兩排或兩排以上車輛長度的停車位時，可用這種方式布置）這種布置可充分利用平面減少車道占地，但進出車較麻煩一些。 由于車庫要求結構簡單充分利用土地，所以選擇第四柱結構型式的兩層立體車庫進行設計。 2.2 自動立體車庫提升方式的選擇 升降橫移自動立體車庫的提升方式有六種： （1）鋼絲繩式提升型式 （2）鏈條式提升型式 （3）液壓式提升型式 （4）螺桿式提升型式 （5）液壓馬達、鋼絲繩組合提升型式 （6）鏈條、鋼絲繩組合提升型式 而車庫選用液壓馬達、鋼絲繩組合提升型式，其優(yōu)點是結構緊湊、響應速度快、低速平穩(wěn)性好，并且產生噪音低，其升降傳動方式如圖2.3 所示 圖2.3 自動立體車庫提升裝置示意圖 而車庫橫移傳動方式也可選用液壓馬達帶動導輪進行傳動，其優(yōu)點是可與升降系統(tǒng)使用同一液壓泵減少了系統(tǒng)的占用空間。 2.3 自動立體車庫的其他部件 自動立體車庫的其他部件還包括載車板，安全系統(tǒng)，橫移系統(tǒng)，橫移系統(tǒng)，控制系統(tǒng)等。 載車板是用于車輛停放以及移動升降車輛的載體，所以載車板設計必須穩(wěn)定安全便于用戶停放車輛。而載車板按照其結構形式可分為兩種，一種是拼裝式一種是整體式[11]。拼裝式載車板主要使用普通鋼板彎折成形，載車板面板使用波浪板沖壓成形，并用螺栓固定。整體式載車板使用防滑花紋鋼板焊接在加強筋上而成。由于整體式載車板加工方便快捷，穩(wěn)定安全性高。所以車庫設計中使用整體式載車板。 安全系統(tǒng)是用于防止上層車輛和載車板墜落砸壞下層車輛或砸傷駕駛員的重要車庫組成部分。上層載車板安全系統(tǒng)可分為防墜鉤和防墜架。其中防墜鉤安裝于上層載車板上當上層載車板到位后防墜鉤固定住載車板來實現(xiàn)防墜目地。而防墜架安裝固定在下層載車板上，但體積較大不便于用戶在下層停放車輛。經過上述分析選擇防墜鉤進行對車輛人員的安全防護。 橫移系統(tǒng)是用于底層車位橫移的主要部件。控制系統(tǒng)是控制車輛移動的系統(tǒng)。 2.4 自動立體車庫的設計參數(shù) 停車位設計最大尺寸5200mm×2250mm×1600mm； 最大停車質量為1800kg； 車庫共兩層上成層可停放3輛車，下層可停放2輛車，車庫使用PLC進行控制； 車庫載車板提升時間 10s； 下層載車板橫移時間 10s。 2.5 自動立體車庫結構設計的內容及要求 自動立體車庫主體框架鋼結構由前、后支撐柱，前、后橫梁，縱梁等組成。傳動系統(tǒng)安裝在主體框架的縱梁與后立柱上，包含液壓缸，傳動的鏈條鏈輪，鏈條張緊裝置和鋼絲繩。載車板與鋼絲繩相連進行提升，而下層載車板通過電機和導軌進行橫移。自動立體車庫必須具有足夠的強度和剛度，才能安全穩(wěn)定工作。升降橫移式自動立體車庫的結構設計主要包括：主體框架、傳動系統(tǒng)、載車板及安全防護裝置。 2.6 本章小結 本章主要確定了自動立體車庫主體設計的重要參數(shù)，選擇二層式升降橫移自動立體車庫，其采用液壓傳動方式進行提升和橫移運動，使車庫運行更加平穩(wěn)。還確定了自動立體車庫的安全防護等其他技術要求。 3 自動立體車庫主體框架設計 自動立體車庫主體框架在車庫穩(wěn)定和安全中起著很大作用，是車庫的基礎要進行詳細的校核。 3.1立體車庫的工作原理 圖3.1 立體車庫的工作原理圖 升降橫移式立體車庫是指利用載車板的升降或橫向平移存取停放車輛的機械式停車設備。如圖3.1所示上層載車板只作上下移動，下層載車板只作左右橫移。 立體車庫工作原理當車輛駛入車庫，用戶根據需要選擇所需停車位置。當用戶選擇上層空載車板時如1號載車板，控制系統(tǒng)會先控制5號載車板向有移動，5號載車板移動到位后系統(tǒng)控制4號載車板向右移動，下層載車板無法同時移動。此時1號載車板下方有空位，控制系統(tǒng)控制1號載車板下移等待用戶將車輛駛入，用戶將車輛停放好并確認后，提升裝置帶動載車板提升到二層固定位置。下層載車板只作橫移，為上層車庫下移留出空位，所以下層有一個空位。而用戶選擇下層車位時，可將車輛直接駛入車庫，但不能駛入無載車板的空位。用戶取車時，停放在下層載車板的汽車可直接駛出車庫，停放在上層載車板的汽車操作過程與停車過程類似。升降橫移式自動立體車庫通過這種停車方式可更有效的應用土地，增加單位面積停放汽車的數(shù)量。 3.2自動立體車庫鋼結構設計 立體車庫一般主要以鋼結構和鋼筋混凝土為主，在升降橫移式車庫中可選用鋼架結構或鋼筋混凝土。鋼架結構與其它建筑結構相比，具有可靠性高，材料的強度高，鋼結構自重小，材料的塑性和韌性好，鋼結構制造簡便，施工工期短等優(yōu)點。而使用鋼筋混凝土建設車庫，建設周期過長同時也無法滿足其精度要求。由于自動立體車庫對其結構精度要求比較高，所以選用鋼結構進行設計。如圖3.2 所示自動立體車庫鋼結構框架圖，包括前后支撐柱，縱梁和橫梁。 圖3.2 立體車庫的框架原理圖 3.2.1 支撐柱設計 1．支撐柱受力分析 車庫停放車輛最大質量為1800kg， 其車輛前后輪載荷以3: 2分布進行計算； 載車板質量為約為600kg； 每個車位滿載為2400kg； 圖3.3 立體車庫的支撐柱受力圖 當車庫空載時支撐柱的受力如圖3.3 所示： （3.1） 式（3.1）為車庫受力計算； 其中為前支撐柱所受的力； 其中為前支撐柱所受的力。 當車庫滿載時支撐柱的受力： （3.2） （3.3） 式（3.2）（3.3）為車庫受力計算。 ，所以對前支撐柱進行校核。 由于支撐柱主要受壓應力和剪切力作用，而支撐柱受剪切力影響較小，所以主要對支撐柱的壓應力進行校核和穩(wěn)定性分析。 2．支撐柱的材料選擇和校核 根據《材料力學》附錄Ⅱ表4，選用20a熱軋工字鋼（GB 706—88）[15]，材料使用Q235A； 圖3.4 20a熱軋鋼示意圖 20a熱軋工字鋼參數(shù)： 屈服極限； 彈性模量； 比例極限； 抗拉強度 ； 高度 h=200mm； 腿寬度 b=100mm； 腰厚度 d=7mm； 橫截面積 W=35.578cm2； 慣性矩 ，； 截面系數(shù) ，； 慣性半徑 ，； ； 支撐柱屈服強度校核： ； （3.4） 式（3.4）為支撐柱屈服強度公式。 支撐柱屈服強度遠大于7.08Mpa，所以符合屈服強度要求。 支撐柱的穩(wěn)定性校核： 壓桿的長度因數(shù)，由于壓桿的約束條件是一端固定一端自由，所以； 慣性半徑； 支撐柱長度 ； 支撐柱的柔度： （3.5） （3.6） 式（3.5）（3.6）為支撐柱的柔度計算公式。 根據《材料力學》表9.2： ,； （3.7） 式（3.7）為直線公式的最小柔度計算公式。 支撐柱的柔度大于和，，則前立柱屬于細長桿，應按歐拉公式計算臨界載荷。 立柱的工作載荷； 由歐拉公式求得臨界壓力； 金屬結構中的壓桿安全系數(shù) （3.8） 式（3.8）為臨界壓力計算公式。 前支撐柱的穩(wěn)定安全系數(shù) （3.9） 式（3.9）安全系數(shù)計算公式。 所以滿足穩(wěn)定要求。 3.2.2 橫梁受力分析 橫梁主要受載車板和汽車重量所產生的拉應力和彎曲應力作用，根據《材料力學》附錄Ⅱ表4，選用20a熱軋工字鋼（GB 706—88）[15]，材料使用Q235A 圖3.5 橫梁圖 圖3.5 橫梁圖紙所示其總長度為，縱梁以的間距分別連接與橫梁上，通過螺栓進行連接。對橫梁進行受力分析，并繪制受力簡化圖，如圖3.6 所示。 圖3.6 橫梁受力分析圖 根據圖3.6 所示由靜力平衡方程式求出A,B兩點處的支反力和： 前橫梁受力： （3.10） 式（3.10）為前橫梁受力計算公式。 后橫梁受力： （3.11） 式（3.11）為后橫梁受力計算公式。 由于前橫梁所受的力大于后橫梁所受的力，所以對前橫梁進行校核。 （3.12） 式（3.12）為AB兩點支反力計算公式。 四個集中力作用在截面上的彎矩分別為 ，; （3.13） 式（3.13）為橫梁彎矩計算公式。 從圖中可得最大彎矩 ; （3.14） 式（3.14）為橫梁彎曲許用應力計算公式。 符合彎曲許用應力條件。 校核梁的切應力 查表得；。 由剪力圖得： ,代入切應力強度條件， （3.15） 式（3.15）為橫梁切許用應力計算公式。 進過校核橫梁滿足正應力和切應力強度條件。 3.2.3 縱梁受力分析 根據《材料力學》附錄Ⅱ表4，選用20a熱軋工字鋼（GB 706—88）[15]，材料使用Q235A； 圖3.7 縱梁圖 如圖3.7 所示縱梁圖紙，縱梁長度為，其固定點的間距為，固定點離縱梁兩端分被為。縱梁主要受載車板和汽車重量所產生的拉應力和彎曲應力，對縱梁進行受力分析，并繪制受力簡化圖如圖3.8 所示。 圖3.8 橫梁受力分析圖 由靜力平衡方程式求出A,B兩點處的支反力和： 左右縱梁： ； 中間縱梁 （3.16） 式（3.16）為縱梁受力計算公式。 由于中間縱梁所受的力大于左右縱梁所受的力，所以對中間縱梁進行校核。 ; （3.17） 式（3.17）為AB兩點的支反力計算公式。 四個集中力作用在截面上的彎矩分別為 ，; （3.18） 式（3.18）為縱梁彎矩計算公式。 從圖中可得最大彎矩 ； （3.19） 式（3.19）為縱梁彎許用應力計算公式。 符合彎曲許用應力條件。 校橫梁的切應力： 查表得； ； 由剪力圖,代入切應力強度條件， （3.20） 式（3.20）為縱梁切應力計算公式。 所以橫梁滿足正應力和切應力強度條件。 3.3 載車板受力分析校核 根據《材料力學》附錄Ⅱ表4，選用14b熱軋槽鋼（GB 706—88）[15]，材料使用Q235A； 如圖3.9 所示，載車板的總長度為5.5m,而載車板受到力為,受力的長度為。對載車板進行彎曲變形校核。 圖3.9 載車板圖紙 對載車板受力分析，如圖3.10 所示： 圖3.10 橫梁受力分析圖 上層載車板使用鋼絲進行固定升降，其載重后不能變形過大，否則會影響其正常運行，對車輛安全產生影響。所以對載車板進行校核。 根據材料力學書， 撓曲方程為： （3.21） 式（3.21）為撓曲計算公式。 最大撓度為： （3.22） 式（3.22）為最大撓曲計算公式。 其中彈性模量； 慣性矩 ，，； 受力長度； 計算得： ； 經校核后載車板的變形量僅為，滿足要求。 載車板的強度校核： 載車板共使用4根相同的熱軋槽鋼 （3.23） 式（3.23）為彎矩計算公式。 查材料力學附錄表3， 最大應力為： （3.24） 式（3.24）為載車板強度校核計算公式。 所以載車板使用14b熱軋槽鋼滿足強度要求， 同時也滿足撓度要求。 3.4本章小結 本章主要對自動立體車庫框架主體進行設計校核，其中包括立體車庫的支撐柱的材料選擇再對其進行穩(wěn)定性校核，縱梁和橫梁的材料選擇以及正應力和切應力強度的校核。本章還對載車板進行材料選擇，強度和擾度校核。 4 自動立體車庫的傳動系統(tǒng) 立體車庫的傳動系統(tǒng)大多采用的是機械傳動，而采用液壓傳動的較少。液壓傳動與機械傳動相比較而言有較多優(yōu)點。自動車庫中液壓傳動最大的優(yōu)點是噪聲小，工作較平穩(wěn)，單位體積重量輕，易于進行自動化控制。在如今人們注重居住舒適情況下，液壓傳動對立體車庫噪聲的減小有很大幫助，這可以使自動立體車庫有更大的應用空間。因此，在歐美等發(fā)達國家自動立體車庫已向液壓傳動方式發(fā)展。 4.1 上層載車板提升裝置設計 上層載車板是使車輛從地面提升到上層并提供安全穩(wěn)定的停車空間的重要提升裝置。所以上層載車板選用卷筒，導輪，鋼絲繩和液壓馬達來完成一系列提升運動。 4.1.1 升降傳動系統(tǒng)設計 升降系統(tǒng)安裝車庫的頂部，卷筒，液壓馬達和傳動軸安裝在后橫梁上，導輪安裝在縱梁上。 根據設計需要選擇卷筒，根據起重設計手冊選取T153卷同組，其參數(shù)為，最大提升高度為,起重量為,其配套選用的鋼繩直徑為。載車板提升時需要導輪和卷筒組共同運動才能完成。 如圖4.1所示： 圖4.1 提升機工作原理 計算作用在卷筒上的力； 卷筒受到汽車重量載車板重量之外，還受到導輪所產生的摩擦力。其鋼繩與導輪之間的摩擦系數(shù)。 故有 （4.1） 式（4.1）為卷筒組受力計算公式， 式中為液壓馬達所受的力。 所以液壓馬達所受力為28800N，根據液壓傳動與氣壓傳動表確定液壓驅動的壓力為。 根據液壓氣壓傳動與控制，液壓馬達結構簡單，噪音和流量脈動小，適用于負載扭矩不大，速度平穩(wěn)性和噪聲要求較高的場合。所以選擇葉片液壓馬達。液壓馬達基本參數(shù)為：排量，轉速，輸出扭矩。液壓馬達出油口為與進油口的壓力為其壓力差為，所以液壓馬達可將油直接流回油箱。 由于升降系統(tǒng)采用葉片式液壓馬達，使系統(tǒng)實現(xiàn)恒速升降。載車板離地高度為，液壓系統(tǒng)在10秒內完成升（降）過程； 故速度應大于 （4.2） 式（4.2）為載車板速度計算公式。 取速度；由于載車板與鋼絲繩相連，鋼絲繩與卷筒相連，故卷筒的線速度也為； 卷筒的角速度： （4.3） 式（4.3）為卷筒的角速度計算公式。 卷筒的轉速； （4.4） 式（4.4）為卷筒的轉速計算公式。 液壓馬達轉速為，傳動系統(tǒng)采用鏈輪傳動，其傳動系數(shù)； 液壓馬達的流量為： （4.5） 式（4.5）為液壓馬達的流量計算公式。 由于液壓系統(tǒng)管路布置的不確定性，整個液壓回路損失大約為，流量損失約為； 所以： ； ； 根據上述數(shù)據選擇液壓泵，其流量為，，轉速。由于液壓泵無法將電動機的驅動完全轉化，所以液壓泵的效率取，根據上述數(shù)據對液壓泵電動機進行選型： （4.6） 式（4.6）為液壓馬達的功率計算公式。 根據所需轉速和功率選擇電動機； 查機械手冊選擇型電動機，電動機額度功率為，電動機轉速為。 4.1.2 升降液壓系統(tǒng)設計 根據上述參數(shù)設計液壓系統(tǒng)回路，每次車庫只能有一輛車做升降運動，升降完成后控制系統(tǒng)才能進行其它運動。 如圖4.2所示：1為過濾器，2為液壓泵，3為可調節(jié)流閥，4為直動式溢流閥，11為液壓表； 5，7，9為三位四通電磁閥； 6，8，10為液壓馬達； 1YA,2YA為5號三位四通電磁閥的兩個電磁閥； 3YA,4YA為7號三位四通電磁閥的兩個電磁閥； 5YA,6YA為9號三位四通電磁閥的兩個電磁閥； 圖4.2 提液壓系統(tǒng)工作原理圖 表4-1 電磁閥動作順序表 動作 1YA 2YA 3YA 4YA 5YA 6YA 1號載車板上升 + — — — — — 1號載車板下降 — + — — — — 2號載車板上升 — — + — — — 2號載車板下降 — — — + — — 3號載車板上升 — — — — + — 3號載車板下降 — — — — — + 表4-1為自動立體車庫液壓系統(tǒng)的電磁閥動作順序表，其中加號為得電，減號為失電。 4.1.3 升降液壓系統(tǒng)鏈輪設計 上層載車板通過傳動軸提升汽車，而液壓馬達通過鏈輪與傳動軸連接。為了保證其傳動的穩(wěn)定和安全性，對鏈輪進行選擇校核。 由于傳動軸的轉速為，遠小于，其鏈傳動為低速鏈傳動。鏈輪抗拉靜力強度不夠易受破壞。所以根據機械手冊對鏈輪行抗拉靜力強度計算： ； （4.7） 式（4.7）為抗拉靜力強度計算公式。 式（4.7）中為鏈的抗拉靜力強度的計算安全系數(shù)； 為單排鏈的極限拉伸載荷()； 為工作情況系數(shù)為1； 為離心力引起的拉力取0； 為垂直拉力； 為鏈的有效拉力系數(shù)1。 根據機械設計選擇鏈號[16]； 初步選擇ISO鏈號為20A,其節(jié)距； 排距，單排抗拉載荷為。 根據式（4.7）為抗拉靜力強度計算公式； ； 其安全系數(shù)過小不符合要求。 重新選擇ISO鏈號為28B,其節(jié)距； 排距，單排抗拉載荷為。 根據式（4.7）抗拉靜力強度計算公式； ； 其安全系數(shù)大于6符合要求。 由于鏈速小于，；所以液壓馬達的鏈輪齒數(shù)取14齒，液壓馬達與傳動系數(shù)；取傳動軸參數(shù)為7，傳動鏈輪確定。 計算鏈輪的分度圓直徑： （4.8） 式（4.8）為鏈輪的分度圓直徑計算公式； 其中為鏈輪節(jié)距。 根據式（4.8）鏈輪的分度圓直徑計算公式； ； ； 液壓馬達鏈輪分度圓直徑； 液壓馬達鏈輪分度圓直徑。 4.1.4 升降液壓系統(tǒng)傳動軸設計 上層載車板通過傳動軸提升汽車，傳動軸要承受載車板和汽車的所有重量，所以對傳動軸要求較高。 傳動軸選用的無縫鋼管，無縫鋼管的厚度為；傳動系統(tǒng)的卷筒和鏈輪都焊接在鋼管上，但必須焊接牢固。若焊接出現(xiàn)虛焊會使卷筒或鏈輪在運動中脫落，引起車輛掉落，造成嚴重的事故。焊接時也要保證卷筒，鏈輪與傳動軸的同心度，若誤差較大會使鏈輪卷筒與傳動軸的震動加大，影響傳動系統(tǒng)的穩(wěn)定性和效果。 傳動軸的長度為，卷同組焊接在離傳動軸端處，而鏈輪焊接在傳動軸的中間部位。 對傳動軸進行受力分析： 如下圖4.3所示： 其中為卷筒直徑，為鏈輪分度圓直徑。 圖4.3 傳動軸扭矩圖 （4.9） 式（4.9）為無縫鋼管壁厚計算公式。 其中； 為無縫鋼管直徑； 為液壓馬達的最大扭矩： （4.10） 式（4.10）為鏈輪的扭矩計算公式。 將數(shù)據代入式（4.9）中； ； 經校核選擇無縫鋼管，其壁厚為;選擇材料為45鋼。 4.2 橫移液壓系統(tǒng)設計 下層載車板做橫向移動，移動距離為。載車板在地面的水平軌道上做恒速運動，載車板由分布在前后導輪的液壓馬達帶動運行。 載車板在導軌上運動只需克服導輪與導軌之間的最大摩擦力： （4.11） 式（4.11）為摩擦力計算公式。 其中和分別為車輛和載車板重量； 為摩擦系數(shù)； 導輪直徑； 導輪所受的扭矩； （4.12） 式（4.12）為導輪扭矩計算公式。 載車板運動速度； （4.13） 式（4.13）為載車板速度計算公式。 導輪角速度； （4.14） 式（4.14）為導輪角速度計算公式。 導輪轉速； （4.15） 式（4.15）為導輪速度計算公式。 液壓馬達的選型： 由液壓馬達的工作阻力查液壓傳動與氣壓傳動確定工作壓力為。根據上述參數(shù)選擇葉片式液壓馬達，其轉速為，流量為。 由于液壓系統(tǒng)管路布置的不確定性，整個液壓回路損失大約為，流量損失約為； 所以： ； ； 其液壓原理圖與升降載車板原理相似，如下圖4.4所示： 圖4.4 下層載車板液壓原理圖 圖4.4中1為過濾器，2為液壓泵，3為可調節(jié)流閥，4為直動式溢流閥，9為液壓表； 5，7為三位四通電磁閥，6，8為兩臺相同液壓馬達。 4.3本章小結 本章主要對自動立體車庫傳動系統(tǒng)進行設計校核，其中包括立體車庫上層載車板的提升裝置設計，液壓馬達的選型，液壓系統(tǒng)的設計，鏈輪的設計校核以及傳動軸的設計校核。 本章后半部分為下層載車板的液壓傳動設計，以及液壓系統(tǒng)設計。 5 車庫的配套系統(tǒng) 自動立體車庫包括安全系統(tǒng)，配套輔助系統(tǒng)和控制系統(tǒng)等組成。這些系統(tǒng)能夠保證自動立體車庫的正常運行。 5.1 安全系統(tǒng) 車庫的安全防護對與整個車庫的正常運行有著非常重要的意義，在車庫中的車輛的價值往往有很大的區(qū)別，有些車輛的價值往往很高需要得到很好的安全防護。同時在停放車輛的過程中，也要對車輛駕駛員以及周圍人員進行有效的安全防護。 對于升降橫移式自動立體車庫，必須包括以下幾點的安全防護裝置： 1．防火裝置：在車庫中一些易燃物品存放處必須安裝溫度傳感器或煙霧傳感器，如液壓油箱汽車油箱，并將這些傳感器與報警器或控制系統(tǒng)相連。 2.阻車裝置：在立體車庫停車時，汽車司機必須要把車停在載車板合適的位置上，由于載車板的大小有限，使這一停車過程變得繁瑣。所以要在載車板的尾部安裝上一定高度的阻車板來幫助司機停車。也可在載車板的后部安裝限位開關，當汽車尾部超過便會報警提醒用戶。同時也要在各個運動裝置處安裝限位開關，防止運行時出現(xiàn)故障。 3.載車板防墜落裝置：當上層載車板提升到位后，需要對其固定，以防止出現(xiàn)機械故障使車輛墜落造成財產損失或人員傷亡。防墜落裝置一般有以電磁驅動的防墜掛鉤或安裝在下層的防墜落架。 4.急停裝置：在車庫運行過程中出現(xiàn)異常情況，可以使車庫立刻停止運行。這一裝置應安裝在醒目處，并有相關提示。 上層載車板在整個車庫中是較為危險的部分，所以要對其進行更好的防護。 如圖5.1 所示載車板防墜鉤其工作原理： 圖5.1 防墜鉤原理圖 當上層載車板提升到所需位置后電磁鐵斷電，彈簧帶動掛鉤掛住載車板。當用戶取車時電磁鐵通電，吸引銜鐵帶動掛鉤松開載車板，然后液壓馬達運行放下載車板。用戶去完車后重復上升過程。 立體車庫除了車庫主體外還需配套其他設備： 1.照明設施：在車庫中必須安裝足量的照明設備方便用戶在地下或夜間存取車輛。照明設備可由手動或采取自動控制的方法進行操作，并安裝傳感器可在無人情況下關閉照明，以便節(jié)約能源。 2.排水設備：在車庫中排水照明設備以便排出積水，防止電器短路造成事故。排水設備可采取自動控制的方法進行操作，并安裝傳感器可在無人情況下自動開啟排除多余積水。 3.檢測設備：在車庫運行時有人或其他物體進入車庫安全范圍內，車庫將自動停止運行，直到檢測設備不再檢測到目標后，才能手動開啟自動車庫進行復位操作。 4.安全標識：在車庫各個危險部件上都應該貼有安全標識，提醒用戶安全使用。 5.2 立體車庫的控制系統(tǒng) 立體車庫采用PLC對其進行控制管理。而PLC是種專門在工業(yè)環(huán)境下應用而設計的數(shù)字運算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)和算術運算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產過程。 自動立體車庫的控制系統(tǒng)包括弱電系統(tǒng)和強電系統(tǒng)。其中弱電系統(tǒng)主要包括各種信息采集系統(tǒng)、報警系統(tǒng)和控制輸出輸入裝置等。強電系統(tǒng)包括液壓泵電機線路、照明裝置線路及排水裝置管線。而PLC通過對輸入信號處理后，輸出所需信號給交流接觸器對其進行通斷控制，以此來控制相應的電路。立體車庫采用車位檢測裝置進行快速停放車輛，再用升降裝置輸將汽車和載車板提升到指定位置。系統(tǒng)在面板處設有急停開關，當發(fā)生意外時，按下急停開關，斷掉所有電機的電源，使載車盤無法繼續(xù)運行，以保護人員及設備的安全。 圖5.2車庫系統(tǒng)控制原理框圖 自動立體車庫的控制原理如圖5.2所示： 當用戶需要停放車輛時，用戶可以先通過控制面板選擇所需車位，控制系統(tǒng)控制車庫將車位移動到所需位置。用戶停車時，車庫控制系統(tǒng)會根據傳感器的信息進行提示，以便完成停車過程。停車完成后，系統(tǒng)會將車位送回原處。 自動立體車庫中需要在關鍵部位安裝傳感器，這些傳感器可以將檢測的信息輸入給控制系統(tǒng)用于監(jiān)控自動立體車庫中車輛和人員的狀況。在電器控制電路上，也要設置繼電器、斷電、缺相、斷相和相序保護等設備，用于電路的控制。同時控制系統(tǒng)也要根據這些信息對液壓系統(tǒng)的各個電磁閥進行控制，以達到對車庫升降橫移控制。其具體工作原理，如下圖5.3所示：