商場和小區(qū)多層立體車庫機械結構設計【三層升降橫移式立體車庫含10張CAD圖帶答辯ppt】
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多層立體車庫機械結構設計摘 要隨著我國GDP的快速發(fā)展，越來越多的人把汽車帶到家庭中，這使得我國城市的停車難的問題變得越來越嚴重。各種立體車庫已成為解決停車難問題最有效的方法之一，其中升降橫移式車庫是應用最廣泛的立體車庫。此次設計的主要內容是包括商場和小區(qū)的多層自動立體車庫的機械結構設計。自動立體車庫可根據(jù)具體情況分為立式升降式，立式循環(huán)式，升降橫式，平面移動式，道路堆垛式，簡易升降式，水平循環(huán)式等。本設計主要對三層升降橫移式立體車庫進行比較詳細的機械結構設計和對比較關鍵部位的受力分析并校核以及對控制系統(tǒng)和電機的設計。柱型結構型式鋼結構立體車庫由于其結構比較簡單并且有較大的使用范圍，文中對其進行詳盡的機械結構設計。本文主要對立體車庫的控制系統(tǒng)，支撐柱，縱梁，橫梁以及載車板進行比較詳盡的受力分析和校核。除此之外，本文中的立體車庫采用的是PLC系統(tǒng)進行傳動，采用電動機和鏈條驅動的立體車庫。PLC傳動的優(yōu)點在于其控制比較簡單，操作人員僅僅按動幾個按鈕就可實現(xiàn)存取車。并且運行比較安全，有急停的控制，使其適用于更多場合。另外，在車庫的文中還簡單介紹了車庫在運行中比較重要的安全保護裝置等。最后，還繪制了立體車庫的總裝圖和零件圖。關鍵詞：立體車庫；結構設計；PLC ；AbstractNowadays, with the rapid development of GDP in China, more and more people bring cars into families, making it difficult to stop the parking problem in our country. Various kinds of three-dimensional garage become one of the most effective ways to solve the problem of hard to stop parking, of which the lifting and cross stereoscopic garage is the most widely used and most widely used.The main contents of this design are the mechanical structure design of multi-storey automatic three-dimensional garage in shopping malls and residential areas. According to the parking mode, the automatic three-dimensional garage can be divided into vertical lifting class, vertical cycle class, lifting and transversal type, plane moving class, roadway stacking class, simple lifting class, horizontal circulation class and so on. This design focuses on the detailed mechanical structure design of the three layer lifting and shifting stereoscopic garage and the stress analysis and checking of the key parts, and the design of the control system and the motor.Because of its simple structure and large application scope, the cylindrical structure type steel structure solid garage has detailed mechanical structure design. This paper mainly analyzes and checks the control system, supporting columns, longitudinal beams, beams and loading boards of the solid garage. In addition, the stereo garage used in this article is a PLC system for transmission, a solid garage driven by motors and chains. The advantage of the PLC transmission is that its control is relatively simple. The operator can only access the vehicle by pressing several buttons. And the operation is relatively safe, with emergency stop control, so that it can be applied to more occasions. In addition, in the garage, the paper also briefly introduces the important safety protection devices in the garage operation.Finally, the general assembly drawing and part drawing of the stereo garage are also drawn.Key words: stereoscopic garage; structural design; PLC；目 錄第一章 緒 論 ................................................................11.1 課題研究的意義及內容 .................................................11.1.1 本課題研究的意義 ................................................11.1.2 本課題研究的內容是 ..............................................11.2 國內外立體車庫的發(fā)展概況 .............................................21.2.1 國外立體車庫發(fā)展狀況 ............................................21.2.2 國內立體車庫的發(fā)展狀況 ..........................................31.3 立體車庫的分類 .......................................................41.4 本章小結 .............................................................4第二章 立體車庫的總體設計方案 ...............................................52.1 升降橫移自動立體車庫選型 .............................................52.2 立體車庫提升方式的選擇 ...............................................62.3 立體車庫的其他部件 ...................................................62.4 自動立體車庫的設計參數(shù) ...............................................72.5 立體車庫結構設計的內容及要求 .........................................72.6 本章小結 .............................................................8第三章 立體車庫主體框架設計 .................................................93.1 立體車庫的工作原理 ...................................................93.2 立體車庫鋼結構設計 ..................................................103.2.1 支撐柱的相關設計 ..................................................113.2.2 對橫梁的受力分析 ..............................................133.2.3 對于縱梁的受力分析 ............................................163.3 載車板受力分析校核 ..................................................183.4 本章小結 ............................................................19第四章 立體車庫的傳動系統(tǒng) ..................................................214.1 上下層載車板的垂直升降裝置設計 ......................................214.2 中間層載車板橫向移動裝置設計 ........................................234.3 本章小結 ............................................................24第五章 立體車庫的相關配套系統(tǒng) ..............................................265.1 安全系統(tǒng)的介紹 ......................................................265.2 立體車庫的控制系統(tǒng) ..................................................285.3 本章小結 ............................................................33第六章 結論與對未來的期盼 ..................................................346.1 結論 ................................................................346.2 對以未來國內的立體車庫市場的期盼 ....................................34參考文獻 ...................................................................35謝 辭 ...................................................................35圖表清單圖 2.1 地坑式升降橫移式立體車庫示意圖 ........................................5圖 3.1 立體車庫的工作原理圖 ..................................................9圖 3.2 立體車庫的框架結構原理圖 .............................................10圖 3.3 立體車庫的支撐柱受力圖 ...............................................11圖 3.4 20a 熱軋鋼示意圖 .....................................................12圖 3.5 橫梁圖 ...............................................................14圖 3.6 橫梁受力分析圖 .......................................................14圖 3.7 縱梁圖 ...............................................................16圖 3.8 縱梁受力分析圖 .......................................................16圖 3.9 載車板圖 .............................................................18圖 3.10 橫梁受力分析圖 ......................................................18圖 4.1 升降機工作原理 .......................................................22圖 5.1 防墜鉤原理圖 .........................................................27圖 5.2 車庫系統(tǒng)控制原理框圖 .................................................28圖 5.3 PLC 的硬件系統(tǒng)結構框圖 ...............................................29圖 5.4 電動機主電路 .........................................................29表 5.1 I/O 地址號分配對照表 .................................................30圖 5.5 控制系統(tǒng)的外部接線圖 .................................................31圖 5.6 控制系統(tǒng)部分的順序功能圖 .............................................32圖 5.7 控制系統(tǒng)的梯形圖 .....................................................331第 1 章 緒 論1.1 課題研究的意義及內容1.1.1 本課題研究的意義立體車庫作為我國解決停車難題的新興起產業(yè)，具有極其廣闊的發(fā)展前景。隨著我國 GDP 的快速發(fā)展，城市交通擁堵和停車問題是影響城市發(fā)展的重要因素之一 [1]。傳統(tǒng)的一車一庫已不能滿足城市發(fā)展的需要，我國各種汽車的數(shù)量不斷增加，使得三維的立體車庫成為解決這一問題的必然選擇。機械式立體車庫作為現(xiàn)代城市市的重要標志之一，城市中心高樓大廈林立，各種道路，立交橋和鐵路編織出城市立體交通網，停車場也有了全面的發(fā)展，從平面停車到立體停車的發(fā)展，以及從簡單的機械車庫到高度智能化的現(xiàn)代立體車庫的演變，成為一個實用性強、觀賞性強、整合性強的城市環(huán)境立體建筑。機械式立體車庫既可以采用大面積建造的方式，也可以因地制宜設置，還可以與地面停車場和地下車庫一起組合實施，是解決停車難最有效的手段，立體車庫與傳統(tǒng)的平面地下車庫相比，在諸多方面都顯示出了優(yōu)越性。首先，立體車庫在節(jié)約土地方面具有比較突出的優(yōu)勢，以往的平面地下車庫由于要留出足夠空間用于行車，一輛車就要均攤大概 30-40 平方米的面積，而如果采用多層立體車庫，可使地面的使用率提高很大一部分，這可以極大地節(jié)約有限的土地資源，并節(jié)約成本。立體車庫比平面車庫更有效，保證了人和車輛的安全，如果立體車庫中汽車或者人沒有到達指定位置，整個由計算機控制的機器將無法運行，因此，機械車庫的管理層面可以實現(xiàn)完全的人和車分流而行。在地下車庫中，使用立體停車還可以減少采暖通風設施。因此，該機器使用的功耗遠低于地下平車庫。立體車庫通常不被制成一個整體系統(tǒng)，而是由一個可組裝的單一框架和構成。這樣可以充分體現(xiàn)出使用較少土地的優(yōu)勢，可以在住宅小區(qū)下的每棟建筑物中隨機設立一個立體車庫。這為目前車庫短缺的居民區(qū)和商業(yè)區(qū)解決停車難的問題。綜上所述，可以預見立體車庫真的具有非常廣闊的市場前景和發(fā)展前景。21.1.2本課題研究的內容立體車庫的機械結構設計，包括自動立體車庫的總體方案設計，立體車庫橫移和升降電機的選用，結構強度核對和PLC系統(tǒng)設計，并繪制組裝圖紙和零件圖紙。1.2 國內外立體車庫的發(fā)展概況經過幾年甚至幾十年的發(fā)展，立體車庫逐漸從最初的半自動控制模式發(fā)展到全自動控制模式，機械結構也發(fā)展到一體化模塊化設計，便于組合、拆卸、安裝和更換；甚至材料和工藝的使用方面也有了不錯的發(fā)展。當今，立體車庫在西歐、東南亞、日本、韓國等世界各個國家和地區(qū)都得到了極其廣泛的應用，形成了集設計、制造、安裝、使用、維護為一體的產業(yè)。1.2.1 國外立體車庫發(fā)展狀況立體車庫的想法最早是在 19 世紀 20 年代美國人提出的，企業(yè)家對他們的想法進行實施，于是建造了第一座升降式的立體車庫。美國雖然是汽車生產大國，但他們的交通擁擠僅僅出現(xiàn)在像紐約，洛杉磯這樣的大城市中。這是因為美國領土面積較大，人卻比較少。隨著各種各樣的汽車普及全世界，生活因為汽車變得更加便利了，因此越來越多的人購買了汽車，造成汽車的數(shù)量暴增，停車位成為了寶地。19 世紀 50 年代以后，人們開始注意到立體車庫的重要性，可以節(jié)約很多土地和能源，于是紛紛引進技術，在自己的國家建設立體車庫。對于人口比較密集的國家和地區(qū)，如歐洲，韓國和日本，他們真正的體會到了立體車庫所帶來的生活便利，開始大規(guī)模的投資興建立體車庫。與此同時，立體車庫的技術也在不斷的發(fā)展和完善，慢慢的他們發(fā)現(xiàn)不一定非要建成簡易升降式的車庫，于是他們想到了改進，隨后便產生了橫移升降式，垂直循環(huán)式等等不同種類的立體車庫，這些立體車庫各司其職，因地制宜。因為所處環(huán)境的不同，而使用不同的立體車庫，以達到物盡其用。事實上，立體車庫在國外的演變過程不僅僅局限于外觀和傳動方式，他們還改變了驅動方式，從最早的半人力驅動到電機驅動再到液壓乃至氣壓驅動，這3些驅動方式都是立體車庫在國外演變的結果。隨著，世界科技水平的日益發(fā)達，立體車庫在控制方式上也有著飛躍式的進步，從半機械半手動到半自動再到全自動，各國這樣的不斷更新?lián)Q代，對世界的人民做出了非常大的貢獻，也極大地刺激了各國的經濟。交通便利了，百姓可以駕車去商場甚至去各地旅游而不擔心車子的停放問題。這不僅僅是對政府，而且是對人民兩方面的雙贏。值得一提的是立體車庫不僅僅方便了停車，而且節(jié)約了大量的資源，可以將節(jié)省的用地用于發(fā)展經濟，這不失為一個刺激經濟的有效辦法。1.2.2 國內立體車庫的發(fā)展狀況對于我們國家來說，立體車庫的存在是必要的。但從事實情況來看，停車位在我國是極為稀缺的。眾所周知，我國至今還是世界上人口最多的國家，人均占地面積非常少。然而，我國的 GDP 總量占據(jù)世界第二的位置，百姓富裕了，自然就會去買車。隨著車輛數(shù)量的激增，中國現(xiàn)有的停車位數(shù)量顯然不夠，大量的車停在道路邊緣，造成城市交通擁堵，尤其是上下班高峰期，有的地方開車還不如騎車快。這是一個非常嚴肅的問題。中國政府和企業(yè)也注意到了這個尖銳的問題，開始考慮如何用最少的成本和資源建造最多停車位的車庫。于是他們放眼國外，引進了部分立體車庫的先進技術，開始了立體車庫的制造和放置。在那個時候，中國的制造技術還是比較落后的，生產的立體車庫質量和生產率都比較低下，無法滿足有車人士的需要，造成交通依舊擁堵，有車無處停。住在樓小區(qū)的樓下車庫的價格也是水漲船高，一路飆升。百姓們停車更難了。于是我國開始大量的吸收國外的各種先進的技術，無論是從設計、制造、安裝、維修等方面都有涉獵。慢慢的，中國的立體車庫市場開始變得繁榮起來，在中國的一些上線城市立體車庫已經隨處可見了。在住宅樓小區(qū)可以看到車庫在中央，居民們將車都停于此，存取車非常方便。商場的立體車庫大多數(shù)都是建造在地下，節(jié)省用地面積，市民們停好車可以直接由商場的電梯進入商場購物。提高了存取車效率，是市民們不用擔心車的安放問題，從而安心購物。雖然立體車庫如此的方便快捷，但是在我國還沒有完全的普及，只有大中城市，或者企業(yè)愿意投資的城市才有。而在中國更多的城市還是平面停車。我們國家的立體車庫產業(yè)體系發(fā)展的不是太完善，政府也沒有相關的保護和優(yōu)惠政4策，這造成中國的企業(yè)家不是特別想要投資立體車庫相關的項目，這就形成了現(xiàn)在這種只有大城市立體車庫才會普及的現(xiàn)象。這樣對于其他地方的人民相對來說不太公平，無法享受同樣的待遇。雖然現(xiàn)在的局面如此，但是還是有很多機械方面的企業(yè)間看中了立體車庫在中國的前景，因為人口決定了車的數(shù)量，車的數(shù)量決定立體車庫的數(shù)量，而立體車庫的數(shù)量也就決定了企業(yè)家的利潤。所以，中國的立體車庫的前景還是非常好的。相信國家會支持相關方面的企業(yè)，給予扶持。畢竟立體車庫的建造可以節(jié)約大量的用地，會減少國家土地資源的浪費和緊缺。同樣也相信，若干年后，立體車庫會隨處可見，在中國普及，給更多的人帶來便利。1.3 立體車庫的分類立體車庫種類繁多，根據(jù)運行方式和外觀特點可分為：垂直升降式，垂直循環(huán)式，多層循環(huán)式，平面移動式，堆垛式，水平循環(huán)式，升降橫移式，簡易升降式立體車庫等八大類。1.4 本章小結章節(jié)主要敘述了立體車庫的發(fā)展前景和空間，對于立體車庫的意義和內容進行了比較詳盡的闡述，還說明了立體車庫在國內外的發(fā)展史和成功的歷史背景。接下來文章將會對立體車庫的整體布局設計，結構設計，結構強度計算以及 PLC 進行設計并畫出立體車庫總裝圖、部分零件圖以及 PLC 控制圖。5第二章 立體車庫的總體設計方案立體車庫主要有以下六種形式：垂直升降式、垂直循環(huán)式、簡易升降式、平面移動式、升降橫移式、巷道堆垛式 [2]。在我國主要用的是簡易升降式車庫和升降橫移式立體車庫，升降橫移式立體車庫存取車方便，結構簡單，方便控制。而簡易升降式車庫停車輛數(shù)量有限不太適合大規(guī)模建造，無法進行較大空間的大規(guī)模布置和安裝 [3]，因此這次對于立體車庫的設計選擇了升降橫移式。為了節(jié)省成本并多停車，可以做成地坑式升降橫移式立體車庫，這樣減少了電機的使用，同時也增加了停車位。如圖2.1 所示為地坑式升降橫移式立體車庫示意圖。6圖2.1 地坑式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式立體車庫的結構框架可分為以下兩種。1．四柱型式：這種型式的停車設備的鋼結構框架穩(wěn)定性比較好，有較好的強度和剛度，特別適用于多層式的升降橫移類停車設備 [4]。2．二柱型式，這種型式的停車設備的最大優(yōu)點是具有廣闊的視野，方便司機師傅存取車方便。不足是對設備運行的穩(wěn)定性要求高，同時對結構框架的抗彎水平、抗壓水平、設計非常嚴格。車庫的布置方式有很多種，有全地上布置，半地上布置，全地下布置等例，普通居民區(qū)用的立體車庫一般就是全地上放置的，商場用的立體車庫一般為半地上或者全地下的立體車庫。全地上布置的車位一般為二層到七層之間，但市面上大部分的全地上布置車庫基本都為二層和三層，不選太高層的原因是因為層數(shù)越高，缸體結構就越不穩(wěn)定。對于半地上布置的立體車庫，它比全地上布置立體車庫多了地下的車庫，因此，半地上的車庫可以停更多的車，即可以提供更多的車位，不足是挖地坑的成本也是比較大的，但是不容忽視的是，它明顯更節(jié)約土地資源，更符合市民們對車位的需求。全地下布置的車庫與全地上布置的車庫大體無差異，只是搬到地下而已，一般安裝在商場地下，方便市民停車之后直接購物。72.2 立體車庫提升方式的選擇升降橫移立體車庫的升降方式大體有六種：（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）鋼絲繩和液壓混合提升型式（6）鋼絲繩和鏈條混合提升型式而本設計中立體車庫選用的為鋼絲繩和鏈條混合提升，其優(yōu)點是方便人員操作、方便維修、安裝。如圖2.3 所示，為車庫傳動升降示意圖。圖2.3 立體車庫提升裝置示意圖而車庫橫移傳動方式也可選用電機帶動導輪進行傳動，優(yōu)點是可以控制鋼絲繩的方向，使車平穩(wěn)上升。2.3 立體車庫的其他部件立體車庫的其他部件還包括載車板，安全系統(tǒng)，橫移升降系統(tǒng)，PLC控制系統(tǒng)，電力控制系統(tǒng)，操作系統(tǒng)等 [5]。載車板是一種用于承載車輛的載體，一般用于立體車庫中來方便車輛停在其上，并進行橫移或者升降運動。載車板的類型一般只有兩種，一種整體型，這種形式的好處體現(xiàn)在制造過程中，非常方便制造，可一氣呵成采用鍛造，做出來的載車板結構強度也很高，載車板上有焊接在上面的花紋，增大車和載車8板之間的摩擦，防止車輛在板上發(fā)生移動。另外一種就是拼接型，拼接型載車板是由鋼板彎折而成，表面的花紋也是沖壓成型的然后用螺栓固定在彎折好的鋼板上，適合轎車的?？俊０踩到y(tǒng)是用于防止立體車庫在緊急情況時或急停時，載車板和汽車意外下降傷人或傷害機器自身的系統(tǒng)，其主要構成就是安全掛鉤和安全架，安全掛鉤是安裝在載車板兩側共四個掛鉤，以達到穩(wěn)定防止墜落。而安全架安裝于載車板下方，在發(fā)生意外時會有一個托舉的作用。在安全掛鉤和安全架的聯(lián)手保護下，載車板手拉力和支持力的作用，因此大大減少了意外的的發(fā)生，這就是安全系統(tǒng)的原理和功用。PLC控制系統(tǒng)是用于中間層車位橫移和上下兩層升降的主要部分，是控制車輛移動的比較重要的系統(tǒng)。2.4 自動立體車庫的設計參數(shù)停車位設計基本尺寸6300mm×2600mm×1640mm，允許停車的最大質量不超過2000kg；車庫一共有三層上層可以停放3輛車只能升降，中間層可停放2輛車只能橫移，下層可停放三輛車也只能升降，車庫使用PLC控制系統(tǒng)進行控制，操作人員采用面板操作；令車庫載車板提升和下降時間為 ：5s；令中間層載車板橫向移動時間為 ：10s。2.5 立體車庫結構設計的內容及要求立體車庫框架結構由四根支撐柱，各層的前后橫梁，左右縱梁等構成。傳動系統(tǒng)安裝在框架的橫梁與立柱上，傳動系統(tǒng)包括電動機傳動的鏈條鏈輪，鏈條張緊裝置，卷筒和鋼絲繩 [6]。鋼絲繩經過導輪相連對上下兩個載車板進行升高和下降的控制，橫移電機和橫移導軌控制中間的載車板進行橫向移動。由于車輛和鋼絲繩對載車板有力的作用，要求載車板具有一定的強度性能和剛度性能，因此，升降橫移式立體車庫的結構設計應包括：總體框架的設計、傳動系統(tǒng)的相關設計、載車板的設計以及安全防護裝置的設計和說明。92.6 本章小結本章節(jié)完成了立體車庫布置方式的選擇為半地上式立體車庫即地坑式立體車庫，并且設計并且查閱了相關資料得出立體車庫的相關基本參數(shù)，方便之后的設計。車庫的傳動方式選擇電機帶動鏈條鏈條帶動軸和卷筒利用鋼絲繩實現(xiàn)升降。最后了解并確定了車庫的一些部件和系統(tǒng)，以及安全防護裝置，為車庫設計打好基礎。10第 3 章 立體車庫主體框架設計為了起到穩(wěn)定系統(tǒng)的作用，立體車庫的主體采用鋼架結構，這對車庫的安全狀況起到了很好的保障作用，這個鋼架結構是立體車庫的最基本的原型，本章將對其進行相應的設計計算。3.1 立體車庫的工作原理 1234567812345678123456781234567812345678圖3.1 立體車庫的工作原理圖本章主要設計了改進版的三層升降橫移式的立體車庫，是以升降橫移式立體車庫總體的框架為基礎，將一層置于地下，其余層置于地上，從而實現(xiàn)車位數(shù)量的進一步增加。設計的原理示意圖如圖 3.1 所示，上層和下層的車和載車板只做升降運動，不做橫移運動，中間的車和載車板僅僅做橫向的左右移動。11本次設計的原理是當駕駛員形式汽車到達立體車庫前面時，按動立體車庫上面的控制按鈕，使載車板移動，然后將車停到指定的車位，最后再次按動按鈕使車庫的車位復位。舉一個例子，舉一個例子，如果司機師傅要將車停在 1號車位，他需要在操作面板上按動停 1 號車位按鈕，使 7 號載車板向右移動，當載車板觸碰到行程開關后停止移動，隨后 1 號車位下移，使得 1 號車位下移至地面，觸碰到行程開關后停止運動。此時 1 號車位就體現(xiàn)在駕駛員的面前，駕駛員可以將車停進去，由于位置傳感器和延時繼電器的作用，使 1 號車位隔了一段時間上移，當觸碰到行程開關 1 號車位上移停止，這樣駕駛員就完成了停車過程，操作非常簡單，通俗易懂。以上就是地坑式立體車庫的基本原理。3.2 立體車庫鋼結構設計立體車庫的總體結構能主要是由鋼筋，鋼板等材料連接，并加以一定的連接和固定形成的簡單框架，利用這種鋼制材料的大型框架，有利于提高強度和剛度，使得結構承載能力更強，抗拉抗壓，耐磨并且具有一定的抗彎效果。而且剛結構的框架其可靠性比較強，整體來說質量比較小，制作起來也比較簡單，相比那些沉重的金屬材料，這種車庫方便拆卸和運輸，可以輕易的轉移車庫的位置。值得一提的是，鋼結構的車庫一般加工時間短，對于精度的保障還是很高的。所以，精度較高的立體車庫需要剛結構的主體框架模式來滿足。因此，接下來本章會以鋼為材料進行立體車庫的計算與說明。如圖 3.2 為立體車庫的結構原理示意圖，圖中顯示了鋼架的基本構成。圖3.2 立體車庫的框架結構原理圖123.2.1 支撐柱的相關設計1．對支撐柱受力分析：車庫停放車輛質量一般小于2000kg，因此取質量為2000kg，對其車輛前后兩部分的載荷以3: 2分布進行計算，每個載車板質量為大約為600kg，這樣每個車位滿載時的重量為2600kg。圖3.3 立體車庫的支撐柱受力圖當車庫框架空載時支撐柱的受力分析如圖3.3 ：= =5x0.5x6000N=15000N P前 后（3.1）式（3.1）為車庫受力計算，其中前支撐柱所受的力為 ； 后支撐柱所P前 后受的力為 。P后當車庫框架停滿載時支撐柱受力為：=5x0.5x6000N+5x0.5x0.6x2000N=45000N 前（3.2） =5x0.5x6000N+5x0.5x0.4x20000N=35000N 后（3.3）13其中式子（3.2）和（3.3）為計算立體車庫受力的公式。由于 ，所P?后前以對前支撐柱進行校核。 支撐柱停車或者空載時，會產生車庫整體對它產生的壓應力和剪切應力，但是剪切應力相對來說比較小，因此本次設計暫不考慮剪切應力，只對柱的壓應力展開相關計算和校核。2．支撐柱的材料選擇和校核根據(jù)《材料力學》附錄Ⅱ表4，選用20a熱軋工字鋼（GB 706—88） [7]，材料使用Q235A；圖3.4 20a 熱軋鋼示意圖查詢書中圖表得到20a熱軋工字鋼參數(shù)：屈服極限為 ， 彈性模235sMpa??量為 ， 比例極限為 ， 抗拉強度為 52061EMpa??20pa??， 高度為 h=200mm，腿寬度為 b=100mm，腰厚度為 d=7mm，橫37?～截面積為 W=35.578cm2，慣性矩為 ， ， 截面系數(shù)為 437Ixcm4y158Ic?， ， 慣性半徑為 ， ；32Wxcm?31.5yc?.xi2.1yicm。:17.IS14對支撐柱屈服強度校核：σ=P/W=45000/（35.578x0.0001）=12.65MPaλ1=100>λ2=61.6，因此，?12前立柱應該屬于細長桿，應按照歐拉公式來計算臨界載荷 。柱的最載荷crpPmax=P前=45000N，由歐拉公式求臨界壓力，其中金屬結構中的壓桿安全系數(shù)查詢表格為 1.8~3,nn????取Pσ=π 2EI/（2l） 2=141364N （3.8）式子（3.8） 為計算臨界壓力的公式。rcP15前支柱的穩(wěn)定安全系數(shù)n= Pσ/Pmax=141364/45000=3.14>nω=3 （3.9）式子（3.9）為計算安全系數(shù)公式。由于n>nω，所以前支柱滿足相關穩(wěn)定性要求。3.2.2 對橫梁的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(jù)《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 橫梁圖如圖3.5，橫梁的總長度為7.8m，由螺栓固定在框架上，其中縱梁每2.6m一個分布在橫梁上?，F(xiàn)對其中一個橫梁進行受力分析，并畫出其受力簡圖，如圖3.6所示。16圖3.6 橫梁受力分析圖根據(jù)圖3.6 ，由平衡方程求出A,B兩點的支反力 和 ：RAFB先求出前橫梁受力：1213+780N5F???車 載（3.10）其中式子（3.10）為計算前方橫梁受力的公式。后橫梁受力：1213+420N5FF???車 載（3.11）式子（3.11）為計算后方橫梁受力的公式。由于前方橫梁承受的力超過后方橫梁所受的力，所以對前方橫梁進行校核 [9]。R17802.50(2.5)17.8BFKN????A178.17（3.12）式子（3.12）為計算AB兩點支反力的公式。集中力作用在截面上的彎矩分別為：， ; AM=0BR12.540NFm??A2B（3.13）式子（3.13）為計算橫梁彎矩公式。從以上分析中可求得最大彎矩：;max450NM?A??6.187.23zKMpaW?????（3.14）其中式子（3.14）為計算橫梁的彎曲許用應力的公式。由于滿足強度條件，因此通過校核可以放心使用。校核梁的切向應力：查表得 ； 。:17.2IxS?d0.cm由剪力圖得：,將其代入切應力強度公式，maxF.8SKN??*maxa 22F178014.78..zs MpaIb? ???????（3.15）其中式子（3.15）為計算橫梁的切向許用應力的公式。經過嚴格的校核該橫梁同時滿足正應力和切應力兩方面的強度條件，因此，可以放心使用。3.2.3 對于縱梁的受力分析根據(jù)《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；18圖3.7 縱梁圖如圖3.7，為縱向梁，其主要受到車和載車板的重力所產生的拉應力以及彎曲應力，本文將對縱梁進行簡單的受力分析，其中縱梁長度設置為 ，其相6.3m鄰兩個固定點間的距離約為 ，離縱梁兩端最近的兩個固定點離兩端的3.954m?距離均為 。對于縱梁并畫出受力簡圖如下圖3.8 所示。1.5m圖3.8 縱梁受力分析圖根據(jù)受力分析，由靜力的平衡條件求出A,B兩點的支反力 和 ：RAFB其中左右縱梁：；121+650N2F???車 載中間縱梁1213F車 載（3.16）其中式子（3.16）為計算縱梁所受應力的公式。因為中間的縱梁所受的力幾乎沒有旁邊的支柱加以支撐，其所受應力大于左邊和右邊縱梁所受的應力，因此本文將對中間縱梁進行相關的設計計算。19;RB130.5130(4.15)36FKN????A.（3.17）式子（3.17）為計算AB兩點的支反力的公式。集中力作用在截面上的彎矩分別為：， ; AM=0BR13NFm??A2B（3.18）式子（3.18）為計算縱梁彎矩的公式。從之前的分析求出最大彎矩：；max130NM?A??654.827z MpaW??????（3.19）其中式子（3.19）為計算縱梁的彎許用應力公式。符合彎曲許用應力條件。對橫梁的切應力進行校核：查表得 ；:17.2IxS?；d0.cm由圖可知 ,代入切應力的強度公式，maxF13SKN???*max221310.87..zs MpaIb? ???????（3.20）其中式子（3.20）為計算縱梁切應力的公式。因此滿足正應力以及切應力強度條件的縱梁，可以放心使用。3.3 載車板受力分析校核根據(jù)《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；20如圖3.9，總體長度為3.95m的載車板,其受到力約為 ,受到力作用q=20N的的長度為2.8m左右，根據(jù)以上條件，對載車板采用彎曲變形校核。圖3.9 載車板圖紙如圖3.10 為載車板受力情況分析：圖3.10 橫梁受力分析圖為了不影響立體車庫的工作，需要減小車輛停在載車板時所產生的形變，否則無論是在停車方面還是機器運轉方面都會存在相當嚴重的問題。因此，要對載車板的撓度和強度進行計算和校核。查閱材料力學的書籍，撓曲方程為：24xqlfEI??（3.21）式子（3.21）為計算撓曲公式。其最大撓度為：214max38qlfEI?（3.22）式子（3.22）為計算最大撓曲公式。由于彈性模量 ， 慣性矩 ， ，52061EMpa??4609Ixc?4y61.Icm?， 受力長度 ； 4y61.Icm?.8lm由上述條件計算得出：；4 45max 1802.2.910m3860qlfEI ??????由于這種材料載車板的變形量僅僅為 ，不足以對車庫的運行5.產生干擾，并且滿足撓度公式要求，因此可以安全放心的使用。對載車板的強度校核：22max0.50.8M4.98qlKNm???A（3.23）其中式子（3.23）為計算彎矩公式。查材料力學附錄表3， 3=87.1zWc最大應力為：??3maxax64.905.Mpa<871zM??????（3.24）其中式子（3.24）為計算載車板強度的校核的公式。載車板采用14b熱軋槽鋼可以滿足使用過程中的各個要求，可以安全放心的使用，至此已經完成了載車板相關計算。223.4 本章小結本章節(jié)對于立體車庫的基本構成做了比較詳盡的計算和校核，在立體車庫的框架方面，我們進了支撐柱的受力分析，以及強度的運算和校核；同時也對立體車庫的橫梁和縱梁進行了受力情況分析，并也對其進行強度等運算和校核。在立體車庫的內置部件方面，我們還計算了載車板的強度和撓度，為立體車庫總體基本結構提供了安全保障。23第 4 章 立體車庫的傳動系統(tǒng)立體車庫的傳動基本都是靠機械傳動來實現(xiàn)運轉的，通過液壓，氣壓和PLC都能夠控制系統(tǒng)的運轉，它們都各有各的優(yōu)點，然而采用PLC控制系統(tǒng)傳動的立體車庫是相對較多的。PLC控制系統(tǒng)傳動有比較多的優(yōu)點，比如工作的時候不會像氣壓和液壓傳動系統(tǒng)那樣出現(xiàn)漏油等現(xiàn)象，維修比較方便，單位體積重量輕，方便工作人員操作，停車效率極大地提高了，這得使城市的居民都能享受高科技帶來的福利。因此，PLC控制系統(tǒng)的立體車庫已經成為當今使用最廣泛的立體車庫了。244.1 上下層載車板的垂直升降裝置設計上下層載車板是使車輛或者貨物從地面提升或下降到指定位置并提供安全保障和停車空間的升降儲存裝置。因此，上層載車板選用卷筒，鏈輪，鋼絲繩，鏈條和升降電機等零件來完成一系列升降運動，以完成上下層停車的基本需要。升降傳動系統(tǒng)設計：升降系統(tǒng)安裝各個車位的頂部，靠近后橫梁的部分，安裝著電機連接著傳動軸，傳動軸又帶動著卷筒，卷筒纏繞著鋼絲繩，導輪安裝在縱梁上，鋼絲繩通過卷筒和導輪實現(xiàn)車子的升降。本文根據(jù)立體車庫總體參數(shù)的需要來選擇卷筒，并根據(jù)起重機的設計手冊選取T153 卷筒組，其基本參數(shù)為 ，能提升高度為 ,最大抬起重024Dm?16m量為 ,與其配套的鋼繩直徑為 。如圖4.1，為升降裝置的基本結構，50kg1.5需要各個機構緊密配合。 重 物導 輪卷 同 組圖4.1 升降機工作原理計算作用在卷筒上的力；卷筒受到的力很復雜，但此次設計僅關注三個力，車和載車板組合質量帶來的重力，還導輪和鋼絲繩的摩擦力。其鋼繩與導輪之間的摩擦系數(shù) 。0.2f?故有+F(206(206)0.265f N???????車 載 車 載 ）25（4.1）其中式子（4.1）為計算卷筒組受力的公式，式中 為電機所受的力。F所以升降電機所受力為26520N，為了使系統(tǒng)實現(xiàn)以平穩(wěn)的速度升降，升降系統(tǒng)采用三相異步電動機進行驅動。載車板距離其下面一層的高度平均約為 ，為了滿足停車效率，應當使1.8m車5秒內下降或上升完成；故速度應大于.036/5vs?（4.2）式（4.2）為載車板速度計算公式。取速度 ；由載車板，鋼絲繩，與卷筒依次相連接，故卷筒的線0.4/vms?速度等于升降的速度也為 ；./s卷筒的角速度 ：?vr??0.43.6/12rads（4.3）式（4.3）為卷筒的角速度計算公式。卷筒的轉速 ；n3.06198.35/mintr????（4.4）由于卷筒的角速度與大鏈輪的角速度相同即： =3.06rad/s鏈 卷取大鏈輪分度圓直徑為 ，則D24m鏈 v=.4m/鏈 卷升降電機的選用：工作機所需功率： P10.73kWwFv??鏈 ??w為 工 作 機 效 率（4.5）26所需電動機的功率： dP1.06kWw????為 電 動 機 到 工 作 機 總 效 率（4.6）其中式（4.5）、（4.6）為計算電機所需功率的公式。查機械手冊選擇Y180L-6 型電動機，電動機額度功率為15kW，電動機轉速為970r/min [10]。因此，大小鏈輪傳動比可求出 n970i=4.8513?電卷小鏈輪分度圓直徑為：Dd4.5mi鏈鏈4.2 中間層載車板橫向移動裝置設計中間層載車板在電機的驅動下做橫向移動，并在水平軌道上做勻速運動，由安裝在載車板后方的步進電動機帶動運轉。中間層載車板在橫移導軌上受力很簡單，只需要受一個力的作用，即導軌與導輪之間的滑動摩擦力，其計算方式為：()(206)0.126Ff N??????A車 載（4.11）式子（4.11）為計算摩擦力的公式。其中 和 分別為車輛和載車板自身重力，滑輪之間的摩擦系數(shù)為車 載， 導輪直徑 ；0.1f?10Dm?導輪所受的扭矩：130.56.2MFDNm???A（4.12）式子（4.12）為計算導輪扭矩的公式。載車板運動速度：272.60/1vms?（4.13）式子（4.13）為計算載車板速度的公式。導輪角速度為：0.265./vradsr??（4.14）式子（4.14）為計算導輪角速度的公式。導輪轉速為：5.26031/minntr????式子（4.15）為計算導輪速度的公式。橫移電機的選用：工作機所需功率：0.1260.P.71195NwfFvkW????（4.15）所需電動機的功率：0.71.39wdPkW??（4.16）查機械手冊選擇Y90S-6型電動機，電動機額度功率為0.75kW，電動機轉速為910r/min。284.3 本章小結本文主要對立體車庫升降橫移系統(tǒng)進行設計計算和校核，其中包括立體車庫上層和下層載車板的升降裝置設計，通過對升降裝置的設計，可以讓停車車的效率大大提高。在此之后，又進行了升降電動機的選型，鏈輪的設計校核和計算。本章的后半部分為中間層載車板橫移系統(tǒng)傳動設計，通過對橫移系統(tǒng)的設計，可以讓各個車位都可以停上車，實現(xiàn)了倒車位的作用，隨后進行了橫移電機的選用，是的橫移系統(tǒng)更加穩(wěn)定可靠29第 5 章 立體車庫的相關配套系統(tǒng)立體車庫的從系統(tǒng)層面看包含兩個系統(tǒng)，分別為安全系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，這兩個系統(tǒng)各司其職，保證立體車庫的安全運轉和邏輯穩(wěn)定運轉，是立體車庫最重要的組成部分之一 [11]。5.1 安全系統(tǒng)的介紹不得不說，車庫的安全系統(tǒng)是非常必要的，雖然車庫只是大體上的一個鋼架子，但是里面停的車輛的價值是無法估計，駕駛員的生命更不是用金錢就能30衡量的。因此，立體車庫的安全裝置的意義可見一斑，它可以保護車輛無論是高價值的還是低價值的，都會讓司機們感到由內而外的安全，讓他們放心停車，去忙其他的事情而不會分心。它還可以在停車過程中保障人員們的安全，使他們不會有生命危險，這無論對車庫管理員還是駕駛員都是一件好事，正是由于這些原因，所有的立體車庫幾乎都安裝了安全保護系統(tǒng)。立體車庫的安全系統(tǒng)，必須滿足以下幾個裝置的安裝，才算完整：1．防火裝置：眾所周知，立體車庫是用來停車的地方，有車的地方一定會有油等易燃易爆物品，為了防止由于一些操作不當或者不小心造成的火災，需要安裝一個防火裝置，那就是由煙感報警器和消防栓混合構成的防火裝置，當火災發(fā)生時會產生煙霧，煙霧經過報警器，報警器就會報警鳴笛，這個時候車庫管理員會及時趕到，打開消防栓實施滅火，防范于未然，以免火勢過大無法搶救所造成的大量財產損失和人員傷亡。2.阻車裝置：阻車裝置是用來阻擋車輛繼續(xù)運行的裝置，當駕駛員開汽車倒車入庫時，由于視野盲區(qū)的作用無法得知車輛應該停在什么位置，如果漫無目的的倒車，可能會導致立體車庫后端鋼架的損壞，并導致車輛的損壞和人員的傷亡。為了極大地避免這種狀況的發(fā)生，立體車庫中必須要安裝一個阻車裝置，它是由光學傳感裝置或者限位開關和報警器連接的，當駕駛員倒車入庫時，達到合適的位置便會觸動到光源或著限位開關，是報警器鳴笛報警，這樣駕駛員便知道自己超過安全界限，并將車往前開達到指定位置。3.載車板防墜落裝置：載車板的防墜落裝置是防止立體車庫在服役時產生載車板脫離原位置的裝置，主要是防止載車板突然下落造成車輛和人員的傷亡。一般防墜落裝置是由四個防墜掛鉤構成的，并由電磁鐵控制，牢固的掛在載車板上使其牢牢固定防止其脫落。4.急停裝置：急停裝置是防止立體車庫在運行過程中突然斷電或者不確定因素導致的電壓，電流不穩(wěn)想象所造成的嚴重后果，包括車庫的損壞，車輛的損壞和人員的傷亡等等。急停裝置一般由電磁鐵和一些輔助件構成，一般針對較高層載車板的事故問題。當立體車庫運行時，由于不知名原因突然斷電，導31致電磁鐵失電子，發(fā)生動作，使安全防墜掛鉤，牢牢扣在載車板上，以保證人員和車輛的安全這，防墜鉤的工作原理也是。如圖5.1 所示即為載車板防墜鉤：圖 5.1 防墜鉤原理圖立體車庫除了車庫主體外還需配套其他設備：1.照明設施：照明設施即可以使操作人員和駕駛員們看清車庫和道路的燈光。由于在夜晚或者某些地下立體車庫的光線非?；璋?，會導致駕駛員看不清道路造成事故，也會導致操作人員看不清操作面板導致操作失誤。因此，為了避免這些問題，需要在立體車庫及其附近提供充足的光源，這些光源就是照明裝置。2.排水設備：現(xiàn)在大部分的車庫都是露天的，也有部分車庫在室內或者地下。但是對于露天的立體車庫，必須擁有良好的排水裝置。因為，當天氣不是特別好的時候，會下大雨，雨水會導致立體車庫的電路或者系統(tǒng)短路，造成車庫無法使用，需要維修，這就會造成停車困難，道路會更擁堵。因此，車庫必須有一套完整的排水系統(tǒng)，將水流導入地下。3.檢測設備：檢測設備是為了避免由于一些意外，使誤入車庫內的小孩或者其他人員受到傷害的裝置，當檢測系統(tǒng)的傳感系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)內部有人時，會立即切斷電源，停止車庫運行，防止人員傷亡。324.安全標識：在立體車庫所在的背景墻或者關鍵部件上，會有明顯的安全標識來提醒和防止人員誤觸或者不當操作導致的危害。5.2 立體車庫的控制系統(tǒng)事實上，幾乎世界上所有的立體車庫都是由 PLC 系統(tǒng)進行控制的，PLC 系統(tǒng)可以進行邏輯運算，儲存，編程，計時和記數(shù)等方面的使用，一般的機械化工廠的機床和機械也都是由 PLC 系統(tǒng)實現(xiàn)控制的，它是一種非?？煽康碾娮友b置。它可以通過邏輯運算和順序運算減少人們在生產過