目錄第 1 章 緒論…………………………………………………………………11.1 設(shè)計的要求………………………………………………………………11.2 設(shè)計的意義………………………………………………………………11.2.1 我國立體停車設(shè)備現(xiàn)狀調(diào)查報告……………………………………11.2.2 本課題研究的意義……………………………………………………1第 2 章 機械式立體車庫分類………………………………………………22.1 機械式立體車庫的特點…………………………………………………22.2 機械式立體車庫的分類及簡介…………………………………………2第 3 章 垂直循環(huán)式立體車庫的設(shè)計………………………………………73.1 方案選擇…………………………………………………………………73.2 垂直循環(huán)式立體車庫的設(shè)計計算………………………………………73.2.1 垂直循環(huán)式立體車庫的基本組成……………………………………73.2.2 垂直循環(huán)式立體車庫的結(jié)構(gòu)設(shè)計……………………………………83.2.3 驅(qū)動系統(tǒng)………………………………………………………………83.2.4 傳動系統(tǒng)設(shè)計…………………………………………………………93.2.5 軸的設(shè)計及校核………………………………………………………143.2.6 聯(lián)軸器及鍵的選擇…………………………………………………173.2.7 軸承及軸承座的選擇………………………………………………183.2.8 鋼結(jié)構(gòu)骨架……………………………………………………………183.3 垂直循環(huán)式立體車庫的輔助裝置及其他系統(tǒng)………………………213.3.1 立體車庫的輔助裝置………………………………………………213.3.2 防止轉(zhuǎn)動的安全掛鉤………………………………………………213.3.3 手動控制裝置………………………………………………………21第 4 章 立體車庫的自動控制系統(tǒng)………………………………………224.1 基本要求………………………………………………………………224.2 車庫控制系統(tǒng)的組成…………………………………………………224.3 車庫自動檢測系統(tǒng)……………………………………………………234.4 汽車自動存入和自動取出……………………………………………234.5 主機控制程序…………………………………………………………244.6 其他的控制系統(tǒng)………………………………………………………284.6.1 垂直循環(huán)式立體車庫面板…………………………………………284.7 垂直循環(huán)式立體車庫運行的可靠性與安全性………………………29總結(jié)…………………………………………………………………………30謝辭………………………………………………………………………….31參考文獻…………………………………………………………………….32附錄 A 外文翻譯--原文部分………………………………………………33附錄 B 外文翻譯--譯文部分………………………………………………第 1 章 緒論1.1 設(shè)計的要求隨著改革開放的不斷深入，中國經(jīng)濟的迅速發(fā)展，我國城市居民經(jīng)濟條件的日益改善，私人轎車的數(shù)量大大增加，致使在人口集中的城市里，在繁華的街道小車停車位的嚴重不足，使得停車難問題日趨嚴重，立體車庫無疑是解決小區(qū)停車難問題的一種有效途徑。1.2 設(shè)計的意義1.2.1 我國立體停車設(shè)備現(xiàn)狀調(diào)查報告國內(nèi)汽車產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展使城市汽車容量迅速增加，停車位在數(shù)量和布局上已不能滿足和適應(yīng)現(xiàn)實的需要， 更不適應(yīng)現(xiàn)代化城市的發(fā)展要求。城市住宅區(qū)和公共設(shè)施建設(shè)規(guī)模的不斷擴大要求建立大量配套停車設(shè)施，然而城市用地日趨緊張直接限制了停車設(shè)施建設(shè)大量占地。已有的住宅區(qū)怎樣改造補充車位、新開發(fā)的項目如何設(shè)計并提供車位、公共建筑怎樣合理利用現(xiàn)有車位，總之停車已經(jīng)成為房地產(chǎn)開發(fā)項目、政府各部門以及社會各界普遍關(guān)注和亟待解決的問題。我國現(xiàn)有的住宅小區(qū)停車的主要方式是場地停車，即在小區(qū)道路內(nèi)或空地上劃定車位，大多為見縫插針，將綠地或公共道路改成了車位，影響了小區(qū)居民的出行和休息。機械式立體停車庫可最大限度地節(jié)約土地和利用空間，是解決城市用地緊張、緩解停車難的一個有效手段。業(yè)內(nèi)人士指出：機械式立體停車設(shè)施能夠減少城市停車建設(shè)用地，將是未來幾年內(nèi)停車庫發(fā)展的主要方向，同時也是開發(fā)投資的重點。 機械式立體停車庫的建設(shè)蘊藏著商機，人們應(yīng)該用科學(xué)的發(fā)展觀，理性地思考、規(guī)劃和投資建設(shè)停車庫。1.2.2 本課題研究的現(xiàn)實意義目前我國城市停車的主要類型還是大型公共停車庫，規(guī)模大，占地面積較大，建設(shè)資金大，停放車輛多，主要應(yīng)用于車輛停放的密集區(qū)如商業(yè)中心區(qū)、大型的車站等，這都需要有較大的建設(shè)地面和空間?，F(xiàn)在還沒有應(yīng)用于城市住宅小區(qū)的立體車庫來解決私人汽車的停放問題，為了解決住宅小區(qū)內(nèi)的停車問題，只能利用小區(qū)內(nèi)較小的面積，建立中小型機械式立體車庫，占地面積少，存放的車輛多，而且能使住戶存取車輛時，既便捷又安全可靠。垂直循環(huán)式機械立體停車庫以其土地利用率和空間利用率高，使用操作簡單、靈活，安全可靠，適應(yīng)性強等諸多優(yōu)點，是解決大城市住宅小區(qū)停車問題的主要發(fā)展方向，將會在新開發(fā)的住宅小區(qū)及舊社區(qū)里大顯身手。第 2 章 機械式立體車庫分類2.1 機械式立體車庫的特點機械式立體車庫與傳統(tǒng)的自然地下車庫相比，在許多方面都顯示出優(yōu)越性。首先，機械式立體車庫具有突出的節(jié)地優(yōu)勢。以往的地下車庫由于要留出足夠的行車通道，平均一輛車就要占據(jù) 40 平方米的面積，而如果采用雙層機械車庫，可使地面的使用率提高 80％—90％，如果采用地上多層（21 層）立體式車庫的話，50 平方米的土地面積上便可存放 40 輛車，這可以大大地節(jié)省有限的土地資源，并節(jié)省土建開發(fā)成本。機械式立體車庫與地下車庫相比可更加有效地保證人身和車輛的安全，人在車庫內(nèi)或車不停準位置，由電子控制的整個設(shè)備便不會運轉(zhuǎn)。應(yīng)該說，機械式立體車庫從管理上可以做到徹底的人車分流。2.2 機械式立體車庫的分類及簡介機械式立體車庫根據(jù)其構(gòu)造上的不同可分為垂直升降式、升降橫移式、巷道堆垛式、水平循環(huán)式、多層循環(huán)式、平面移動式、垂直循環(huán)式、簡易升降式等立體車庫。其中垂直升降式、升降橫移式、巷道堆垛式、水平循環(huán)式、多層循環(huán)式、平面移動式立體車庫是大型停車場，停放車輛多達數(shù)十輛以至上千輛之多，適合于建在有相對較大的空間而且車輛停放密集區(qū)如中心商業(yè)區(qū)、車站、碼頭等。垂直循環(huán)式、簡易升降式一般占地面積較小，存放車輛較少，適合家庭和住宅小區(qū)停車。（1）升降橫移式立體車庫（圖 2-1）圖 2-1 升降橫移式立體車庫由停車位與升降裝置立體組合而成的停車裝置，升降裝置可整體橫向移動或升降裝置的搬運器可橫向移動，停車位設(shè)置在升降道和移動道的兩側(cè)，通過車盤的升降和橫移操作實現(xiàn)停車取車;采用模塊化設(shè)計，車位數(shù)從幾個到上百個均可，可以在地面及地下停車場使用，也可設(shè)計成半地下形式，使用形式靈活，造價較低，因此這類停車庫比較普遍。（2）垂直升降式(電梯式)立體車庫(圖 2-2)車庫中間是升降機垂直運送汽車的通道，兩側(cè)是沿垂直方向設(shè)置的停車車位，類似于電梯的工作原理，把容納汽車的停車室和升降汽車的升降裝置組合起來。存取車時由升降機構(gòu)帶動車和托盤到達指定層面，然后用橫移裝置通過橫向伸縮把車和托盤擱放在指定存車位置上或是相反。通過橫移裝置將指定存車位上的車輛和托盤送入升降機構(gòu)，升降機構(gòu)降到車輛入口處，打開庫門，將車開走。其內(nèi)部為層狀結(jié)構(gòu)，一般以二輛車為一個層面，整個存車庫可多達 20-25層，平均 50 平方米的土地可容車 40 至 50 輛，比傳統(tǒng)的停車場容車率高出約10 倍，是酒店、商場、商務(wù)場所等人口極度密集區(qū)的首選停車設(shè)備。這種車庫的高度較高（幾十米)，對設(shè)備的安全性、加工安裝精度等要求都很高，造價較高，但外型美觀大方，可以與建筑物并設(shè)，也可單獨設(shè)置，與環(huán)境融洽結(jié)合，高效利用土地。最適宜建筑在高度繁華的城市中心區(qū)域以及車輛集中停放的集聚點。圖 2-2 垂直升降式(電梯式)立體車庫（3）多層循環(huán)式立體車庫（圖2-3）圖2-3 水平循環(huán)式立體車庫搬運器排列成兩層或兩層以上并作上下循環(huán)運動而實現(xiàn)車輛多層存放的停車設(shè)備，根據(jù)循環(huán)的形狀可分為圓形循環(huán)式和箱形循環(huán)式。圓形循環(huán)式車庫一般存車位較少，出入庫時間短;箱形循環(huán)式車庫一般車位較圖2一4多層循環(huán)式立體車庫多，空間利用率高。在每列任意兩層的兩端，搬運器以升降運動進行不同層之間的循環(huán)。根據(jù)循環(huán)方向與停車方向的關(guān)系，可分為縱式和橫式兩類。根據(jù)汽車出入地下室的方式可分為由汽車自行駛到地下停車裝置上的直接出入式和用升降裝置使汽車出入的升降式。（4）巷道堆垛式立體車庫（圖 2-4）圖 2-4 巷道堆垛式立體車庫其工作原理和堆垛式立體自動化倉庫存取貨物很相似，采用堆垛機或橋式起重機作為存取車輛的工具，所有進到搬運器的車輛均由堆垛機或橋式起重機水平且垂直移動到存車位，或者從存車位取出，因此對堆垛機的技術(shù)要求較高，單臺堆垛機成本較高 ,所以巷道堆垛式立體車庫適用于車位數(shù)需要較多的客戶使用。 （5）垂直循環(huán)式立體車庫(圖2-5)圖2-5 垂直循環(huán)式立體車庫垂直循環(huán)類機械式停車設(shè)備采用與地面垂直方向做循環(huán)運動而達到存取車輛的停車設(shè)備。其工作原理是通過減速電機帶動傳動機構(gòu)，在牽引構(gòu)件——鏈條上，每隔一定距離安裝一個存車拖架，存車拖架隨鏈條一起作循環(huán)運動，從而達到存取車輛的目的。存車時，司機將車開至設(shè)備存車拖架準確位置后，停妥后，司機出庫。按動操作按鍵，電機啟動，存車拖架隨之運動，另一存車拖架轉(zhuǎn)動到進口位置即停，則可進行下一存車操作；取車時，按下所取車編號按鍵，設(shè)備動作，存車拖架按最短路程運行至出口，司機進入存車拖架，將車開出。該類型車庫占地小，容量大，利用地面兩個平面停車位可同時停放7-32輛車；機械性能穩(wěn)定，安裝操作簡便，配置靈活，存取車方便；運行平穩(wěn)，制動可靠，安全性高，外觀輕巧美觀。（6）簡易升降式立體車庫（圖2-6）圖2-6 簡易升降式立體車庫簡易升降類機械式停車設(shè)備把停車位分成上、下二層或二層以上，借助升降機構(gòu)或俯仰機構(gòu)使汽車存入或取出的一種機械式停車設(shè)備。該類車庫一般為準無人方式，結(jié)構(gòu)十分簡單、建造成本較為經(jīng)濟，安裝周期也很短，性能可靠、操作也十分容易。該類車庫多適用于多用于私人住宅、企事業(yè)單位、地下室等場所，在面積一定時至少增加二倍以上的停車位。托運盤作升降運動的裝置有鋼絲繩式的、鏈式的、液壓式的等形式。（7）圓形立體車庫（圖2-7）臺灣省臺北市矽鋼中山停車業(yè)公司獨創(chuàng)圓形立體車庫，具有獨到之處。圓形立體車庫由于車輛存取時無橫向移動，出入庫速度高，具有優(yōu)異的平穩(wěn)性，噪聲小，故障率低，成本低等特點。圖 2-7 圓形立體車庫第 3 章 垂直循環(huán)式立體車庫的設(shè)計3.1 方案選擇本次設(shè)計的參數(shù)要求如下：5000mm(長)×1850mm(寬)×1550mm(高)，車重1700kg，容量8臺，最長提車時間為1min。通過第二章的各種車庫類型的分析比較：結(jié)合這次設(shè)計8臺車容量車庫的任務(wù)，可以看出垂直循環(huán)式立體車庫無疑是最佳的選擇方案，它占地少，配置靈活，安裝方便，存取車快捷。3.2 垂直循環(huán)式立體車庫的設(shè)計計算垂直循環(huán)式立體車庫主要由鋼結(jié)構(gòu)骨架、驅(qū)動裝置、機械傳動系統(tǒng)、電氣及自動控制系統(tǒng)、自動檢測系統(tǒng)、IC卡自行收費系統(tǒng)、消防系統(tǒng)等部分組成。垂直循環(huán)式立體車庫整機采用輕鋼結(jié)構(gòu)，對稱布置受力合理，既能滿足整體強度和穩(wěn)定性要求，又降低整機重量。采用高精度鏈輪與鏈條配合傳動，傳動準確，降低了機械噪音與磨損。3.2.1 垂直循環(huán)式立體車庫的基本組成垂直循環(huán)式立體車庫的基本組成框圖如圖3-1所示:圖3-1 垂直循環(huán)式立體車庫基本組成框圖3.2.2 垂直循環(huán)式立體車庫的結(jié)構(gòu)設(shè)計車庫鋼結(jié)構(gòu)骨架支撐動力裝置、機械傳動系統(tǒng)和停車載荷，為保證停車設(shè)備安全、可靠的工作，它具有足夠的強度、剛度和穩(wěn)定性。車庫鋼結(jié)構(gòu)骨架由支柱、橫梁、斜拉桿、腹桿和支撐動力及附屬裝置的上、下支承梁等組成，其支柱通過螺栓與基礎(chǔ)相連。機械傳動系統(tǒng)安裝在鋼結(jié)構(gòu)骨架上，由傳動部件、張緊裝置、鏈條、車輛托盤、鏈條導(dǎo)軌、托盤導(dǎo)軌等部分組成。傳動部件是使機械循環(huán)運行的機構(gòu)，張緊裝置是保證機械正常運行的部件，鏈條是連接鏈輪與張緊鏈輪的牽引構(gòu)件，車輛托盤是存取車的承托裝置，鏈條導(dǎo)軌和托盤導(dǎo)軌是保證鏈條和托盤正常運行的構(gòu)件。3.2.3 驅(qū)動系統(tǒng)垂直循環(huán)式立體車庫采用電機驅(qū)動，符合本次設(shè)計的要求，電機設(shè)置在車庫下部，可正反雙向轉(zhuǎn)動，在車庫上、下部各有兩個大型鏈輪，下部的兩個鏈輪用一根傳動軸來連接，上、下部的鏈輪都固定在支撐架上并通過兩條鏈條相連，這樣可以使兩邊保持同步，確保工作起來震蕩較小，工作安全可靠，噪聲小，采用的電機功率必須大一些才能保證工作的穩(wěn)定性。（1）減速電機的選擇計算功率：○ 1按存取車輛時間小于一分鐘計算，鏈條循環(huán)取速度8m/min，一輛轎車的重量是1700kg,托盤上升所需最大功率: 由參考文獻 [2]知電動機輸出功率：(3-2-1)wPp?/0?式中： ——工作機所需功率；wp——減速機與工作機之間的傳動總效率。?(3-2-2)WVFP?其中：驅(qū)動力 ；1.749.86.KNWFmg??工作速度 。8/inV代入數(shù)據(jù)得： /60.48/60.9kwWP???鏈傳動總效率：（3-2-3)nw?.21——聯(lián)軸器效率，查參考文獻 [2] 表1-2取0.99；1?——滾動軸承傳動效率（四對）查參考文獻 [2]表1-2取0.99。2代入數(shù)據(jù)得： 94.0.9.02421????w則電機的輸出功率為： 0/8./6.kwpP確定減速機的轉(zhuǎn)速：○ 2由車輛的規(guī)格初步估計鏈輪直徑在2米左右，而鏈條循環(huán)速度為8m/min。根據(jù)公式： 。81.27rminVnd??所以可購買德國SEW-傳動設(shè)備公司生產(chǎn)的功率為11kw，轉(zhuǎn)速為1.27r/min的交流減速電機如圖3-2所示，不必重新設(shè)計選擇傳統(tǒng)的Y系列三相異步電動機及減速器。圖3-2 交流減速電機3.2.4 傳動系統(tǒng)設(shè)計傳動系統(tǒng)的執(zhí)行機構(gòu)主要指鏈傳動，通過鏈輪的轉(zhuǎn)動帶動鏈條上的車輛托盤（即車架）來實現(xiàn)車輛的存取。（1） 鏈條及鏈輪的選擇查參考文獻 [5]選擇單排滾子鏈，鏈條型號為 GB1243.1-○ 1 296140??A83?；緟?shù)如下：節(jié)距： 63.5mp?滾子外徑： 198d內(nèi)鏈節(jié)內(nèi)寬： 7.b銷軸直徑： 24?內(nèi)鏈板高度： 60.3mh極限拉伸載荷： 7KNQ技術(shù)要求：調(diào)質(zhì)處理 ，材料為45號鋼。HBS25~由于傳統(tǒng)的鏈傳動無法直接輸出與托盤連接，故本次設(shè)計特在傳統(tǒng)的滾子鏈的鏈節(jié)上加裝八個特殊輸出機構(gòu)，并均分布在鏈條上，每個機構(gòu)由兩個聯(lián)結(jié)部分組成：一個聯(lián)結(jié)與鏈條內(nèi)鏈板聯(lián)接，安裝只要替換鏈條中一個鏈節(jié)的內(nèi)鏈板即可，另一個聯(lián)結(jié)與托盤上的橫軸相聯(lián)接。此特殊的輸出機構(gòu)圖如下所示：圖3-3 特殊輸出機構(gòu)示意圖根據(jù)本次設(shè)計要求：存量為八臺車，選擇車架尺寸寬為2050mm，高為○ 21700mm?？梢猿醪焦烙嬫溳喼睆皆趦擅鬃笥摇２閰⒖嘉墨I [6]初選鏈輪齒數(shù)為103個，分度圓直徑 。208.3md?技術(shù)要求：齒面硬度為 ，材料為40Cr。50~4HRC經(jīng)分析要使托盤運動至車庫上部的鏈輪最上端時不發(fā)生碰撞，每個特殊輸出結(jié)構(gòu)之間距離至少為2.35米。（2） 鏈條結(jié)構(gòu)尺寸的確定及校核初步估計鏈輪中心距：○ 1 32.352.358.1420.16.mnda??????? ?鏈節(jié)數(shù)計算：○ 2鏈 長： .81.0mL鏈條節(jié)數(shù)： 2965.633????p確定鏈長及實際中心距：○ 3由參考文獻 [5]表12-2-2知： 3.518.796m10pL??計算中心距： 063.5()(29).22paz???實際中心距： .4.a?確定鏈速：○ 4最長取車時間為t=1min，則有 18.7960.5ms9.4in2Lvt???由參考文獻 [5]表12-2-2知：（3-2-4）0nzp則： 109.4137ri65vnzp???按靜強度校核鏈條：○ 5由于鏈條處于低速重載傳動中，其靜強度占主要地位。由參考文獻 [5]知，鏈條靜強度計算式：（3-2-5）pfctAnFKQn???式中： ——靜強度安全系數(shù)；n——工況系數(shù)，查表12-2-3取 ；AK0.1?A——鏈條極限拉伸載荷， ；Q347NQ——有效圓周力， ；tF109.6.2K15tPFv??——離心力引起的力， ，其中 為鏈c 2.04cq?q條質(zhì)量，可由表12-2-9查得： ；-16.kgm?——懸垂力， ，其中 為系數(shù)，查圖12-2-3fF0)sin(aKFff ???fK得： ， 為中心距， ， 為兩輪中心線對水平面的傾角，1?fKaa14.6，則 ；?90?(sin)2.986.1049.2N0ff qg?????——許用安全系數(shù)， 。pn~4p代入數(shù)據(jù)得： pfctA nFKQ????????76.5106.92.0373符合強度要求。（3） 鏈輪結(jié)構(gòu)尺寸的設(shè)計計算鏈輪主要由齒圈、輪轂、輪輻和加強筋組成。鏈輪齒形的設(shè)計必須遵循以下原則：保證鏈條順利的嚙入和嚙出；○ 1具有足夠的容納鏈條節(jié)距伸長的能力；○ 2防止鏈條跳動而掉鏈；○ 3具有合理的作用角；○ 4齒廓曲線與鏈傳動的工況相適應(yīng)；○ 5加工工藝性要好?！?6本次設(shè)計取滾子鏈國家標準GB1243.1-83規(guī)定的端面齒形，即三圓弧—直線齒形。1） 輪轂由后面的軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計可知，與鏈輪輪轂配合的軸徑為 ，查參197mkd?考文獻 [5]表12-2-15知：輪轂厚度 為：h1979.5050.28.364m66kdh??????輪轂長度： ，其結(jié)構(gòu)如下所示：42ml圖3-4 輪轂2） 齒圈由于鏈輪直徑很大，所以采用可以更換齒圈的裝配式結(jié)構(gòu)。最后確定齒圈的參數(shù)如下：分度圓直徑： ，查參考文獻 [6]表13-2-9○ 1 m23.0818sin??pkzd?選取 ，節(jié)距 ；32.790k?63.5mp齒頂圓直徑： ； ○ 2 2165.21)80cot4.( ????zda?齒根圓直徑： ，其中滾子外徑○ 3 1.39.64.mf??；19.68md?齒側(cè)凸緣直徑：○ 4 201876.201.74658.3267.04.1 ????????hzctgpg?其中內(nèi)鏈板高度 ；23分度圓弦齒高：○ 5 .map鏈輪軸向齒廓參數(shù)，查參考文獻 [4]表8-5知：○ 6齒寬： ；110.95,36mffb?倒角寬： ；8a倒角半徑： ， ；xrp?67.5mx?齒側(cè)凸緣圓角半徑： ；04,2aapr倒角深： 。31.8h表 3-1 40A 滾子鏈的基本參數(shù)和尺寸鏈號 節(jié)距Pmm滾子外徑mm內(nèi)鏈節(jié)內(nèi)寬mm內(nèi)鏈節(jié)外寬mm內(nèi)鏈板高度mm銷軸直徑mm極限拉伸載荷(單排)Q單排重量 qkg/m40A 63.5 39.68 37.85 54.89 60.33 19.84 347KN 16.103) 輪輻輪輻采用鑄件，加工后將其與輪轂焊接，為減輕鏈輪重量，在輪輻上加六個均布的直徑為400mm的孔，其結(jié)構(gòu)尺寸如下：圖3-5 輪輻4） 加強筋板也采用為鑄件，將其與輪輻焊接，其目的是為了加大鏈輪的強度，共六個，其厚度為 。046352.mhp???當輪轂、輪輻、加強筋板焊接在一起后，要對其進行熱處理，具體裝配后的結(jié)構(gòu)見零件圖。（4） 鏈傳動的失效形式鏈傳動的失效形式主要有鏈條的疲勞破壞，鉸鏈的磨損，鉸鏈的膠合，鏈條的靜力拉斷，經(jīng)分析在鏈條低速過載的情況下，靜力拉斷占主導(dǎo)地位，故只需對其進行靜強度校核即可，校核見上述過程。（5） 鏈傳動的潤滑方式本次設(shè)計的鏈傳動潤滑方式采用人工定期地涂脂潤滑方式，由于鏈傳動為低速傳動，故采取脂潤滑方式即可。（6） 鏈傳動的張緊鏈傳動張緊的目的，主要是為了避免在鏈條的垂度過大時產(chǎn)生嚙合不良和鏈條的振動現(xiàn)象；同時也為了增加鏈條與鏈輪的嚙合包角。本次設(shè)計的張緊裝置選中心距可調(diào)的裝置，通過調(diào)節(jié)中心距來控制張緊程度。該機構(gòu)可購買或自行設(shè)計，通過與鏈輪的自由安裝配合來調(diào)整中心距。3.2.5 軸的設(shè)計與校核本次設(shè)計的立體車庫中共有四根軸，主傳動軸兩根（由于主傳動軸較長，為便于加工將其分為兩段，中間用聯(lián)軸器連接），從轉(zhuǎn)動軸兩根，材料均為45號鋼，調(diào)質(zhì)處理 ，查參考文獻 [4]表19-1知：45號鋼的HBS250~，其屈服極限為 ，且查表0-2知，對塑性材料有：彎60MPab??35MPas??曲 ，扭轉(zhuǎn) ，擠壓 ，剪切][.1][F[].~6[]?[]1.5~2[]p??。因45號鋼許用拉應(yīng)力為 ，n為安全.~8j? 37.MPasn系數(shù)，對塑性材料通常取 ，故 ， 。2.51[]78Pa[]90?其設(shè)計如下：（1） 主傳動軸初步估計軸徑○ 1由參考文獻 [1]知，軸的扭轉(zhuǎn)強度條件為：（3-2-6）3950[].2TTPnWd????則有： ，查表15-3取 ，則 ，3nPAd??1?Am8.196437.05???取與鏈輪配合的軸徑為 。m197?k軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計○ 2如下圖3-6所示，此軸分為兩段，共7534mm,左主動軸長3958mm，從左側(cè)往里302mm直徑180mm處開有裝聯(lián)軸器的鍵槽，根據(jù)軸的直徑選擇相應(yīng)的鍵，從而確定鍵槽尺寸；余留長度80mm，與軸承座相配合的軸段長為290mm，直徑為190mm；與鏈輪配合的軸段長為250mm，直徑為197mm，并開有一個裝鏈輪的鍵槽；從內(nèi)軸承座外側(cè)到聯(lián)軸器之間的光軸為2700mm，直徑為180mm,為減輕重量，該光軸部分可作成中空。右主動軸與左主動軸類似于對稱分布，長3576mm，也開有一個裝鏈輪的鍵槽。此軸中間一段只要一般的粗糙度即可，而兩端與軸承配合的軸要保證相當?shù)木龋溆嗟谋ＷC普通精度即可。如圖3-6示意圖所示，具體軸的結(jié)構(gòu)見零件圖。圖3-6 主動軸示意圖軸的校核○ 3此軸主要受扭矩作用，所以只要對軸進行扭轉(zhuǎn)應(yīng)力強度校核即可，由參考文獻 [3]可知校核公式為： 。PWT??該軸的扭矩圖如圖3-7所示：圖3-7 扭矩示意圖可以看出軸的第二個鍵槽中心截面（即與鏈輪配合處）受扭矩最大，為危險截面，應(yīng)對它進行扭應(yīng)力強度較核：（3-2-7）][maxa????PWT式中： ；KN87.6243.19509max ???nPT。33 5.16?dWp?代入數(shù)據(jù)可得： 。??MPa90Pa91.40.8762maxa ????pT由此可知強度符合要求，設(shè)計合理。（2） 從傳動軸此軸共兩個，每個長876mm，在車庫上部對稱分布。在直徑197mm處裝配鏈輪，上面開有鍵槽，防止軸和鏈輪的相對移動，該段長250mm；與軸承座配合的直徑為190mm，該段長290mm，鏈輪左右均有一個；它需要承受垂直方向的壓力，鏈輪軸向定位采用軸肩或采用套筒聯(lián)接，長20mm；軸的公差，跳動度以及圓柱度，表面粗糙度，軸肩粗糙度均按照與配合的要求選取。如圖3-8示意圖所示，具體的結(jié)構(gòu)見零件圖。圖3-8 從傳動軸示意圖軸的受力分析○ 1據(jù)受力分析，該軸處于復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下，故需對其進行彎扭合成法來進行強度校核。每根從動軸受到最大壓力為四輛車的重量: kg680174??m四個車架重量:估計每個車架為400kg, 2?鏈條總重量： .3.6105.632933???pqlm估計鏈輪質(zhì)量： 為500kg4代入數(shù)據(jù)得：????KN19.08.56.3021684321 ???????ggF計算彎矩及扭矩：○ 2 m1.497.90?????FLM彎矩圖如圖3-9所示：圖3-9 彎矩示意圖，'MT?2''dF式中： 為四輛車的重量， ；'F KN64.8.917041' ??gm代入數(shù)據(jù)得： m3.23.086.' ????T扭矩圖如圖3-10所示：圖3-10 扭矩示意圖可以看出該軸的中心截面（與鏈輪裝配處）為危險截面：在該截面邊緣某點同時作用有最大彎曲正應(yīng)力和扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，其值分別為：（3-2-8）pWMmaxax??（3-2-9）Taxa?式中： ， ；KN21.3max??M3015.?p，869'ax?.T 3m7.2dW?所以根據(jù)第三強度理論進行校核： ，將上面兩式????????2axax34r子代入得：（3-2-10）??????TMr2max3代入數(shù)據(jù)得： 。178MPa][P17.94075.8.62123 ??r強度符合要求，設(shè)計合理。3.2.6 聯(lián)軸器及鍵的選擇（1） 聯(lián)軸器的選擇由前可知與聯(lián)軸器配合處直徑為180mm，查參考文獻 [2]選用HL10型彈性柱銷聯(lián)軸器，共兩個。（2） 鍵的選擇與校核1） 查參考文獻 [10]表9-4選普通平鍵：與聯(lián)軸器配合的選用：鍵45×290 GB/T1095-1990，四個；○ 1與鏈輪配合選用：鍵45×240 GB/T1095-1990，四個?！?22） 校核查參考文獻 [1]知校核公式為：（3-2-11）][1023ppkldT?????式中：T——傳遞的轉(zhuǎn)矩，由前知 ；mKN87.6?——鍵與輪轂鍵槽的接觸高度， ，h為鍵的高度；k 5.12?——鍵的工作長度，圓頭平鍵 ；l bLl?——軸的直徑；d—許用擠壓應(yīng)力，查表6-2知： 。][p? MPa150~2][?p?聯(lián)軸器與軸配合的鍵： ， ，代○ 1 m180?d m249?bLl入上述公式可得： ][Pa05.1425.76263 ppklT?????鏈輪與軸配合的鍵： ， ，代入○ 2 19d1952???bLl校核公式可得： ][MPa93.1075.286063 ppklT??????由此可知鍵的選擇能滿足要求。3.2.7 軸承及軸承座的選擇（1） 軸承的選用及校核軸承均選用深溝球軸承，查參考文獻 [10]選軸承型號為6238 GB/T276-○ 194。軸承壽命校核：○ 2查參考文獻 [1]知軸承壽命計算公式為：（3-2-12）?)(601PCnLh?查表知： ，當量動載荷為 。對于球軸承，218kNC? kN093.452?F， ，代入數(shù)據(jù)得：3??r/min47.n h1.)093.4518(7.60)( 66 ????PLh可知軸承壽命足夠長，選擇符合要求。軸承潤滑○ 3由于傳動軸轉(zhuǎn)速比較低，故軸承采用脂潤滑即可，在軸承座內(nèi)加入足夠的脂潤滑即可，對承受較大載荷來說此種潤滑方式十分適宜。（2） 軸承座的選擇查參考文獻 [7]選“適用帶緊定套軸承的四螺柱滾動軸承座”，型號為SD538 GB/T7813-1998。3.2.8 鋼結(jié)構(gòu)骨架（1）骨架結(jié)構(gòu)車庫骨架全由鋼材結(jié)構(gòu)組成，主要由立柱、橫梁、斜拉桿、加強肋等構(gòu)成；本次設(shè)計主要采用熱扎槽鋼結(jié)構(gòu)，材料均選牌號為 Q235-A。查參考文獻 [2]表 7-9 初選立柱型號為 20 GB707-88，該車庫全部重量由四根大的立柱承受，四根立柱外型截面為正方形，中間為空的，外型尺寸為：正方形邊長為 200mm,立柱厚度為 40mm，高度為 8000mm,立柱底部上焊有一塊正方形鐵板，邊長為 400mm，厚度為 30mm，鋼材上安裝四個地腳螺栓，保證立柱的固定，另外焊接肋板，增加立柱的強度。立柱截面形狀如圖 3-11 所示。圖 3-11 立柱正面橫粱也承受很大的壓力，車輛的重量通過支撐架壓在橫梁上，用螺栓M24 固定在立柱上或加肋板焊接固定，它采用工字形截面，如圖 3-12 所示，型號為熱扎工字鋼 18 GB706-88，側(cè)面橫梁因受力較小，主要起連接作用，因此只需要外形合適就可以，可采用和正面橫梁一樣的連接方法，選熱扎槽鋼 16即可。圖 3-12 橫梁的工字形截面斜拉桿、加強肋均采用熱扎等邊角鋼截面，角鋼號數(shù)為 10 GB9787-88，截面形狀如圖 3-13 所示。圖 3-13 斜拉桿、加強肋的等邊角鋼截面鋼結(jié)構(gòu)骨架的具體安裝見總裝配圖。此種鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的承載能力強，且型鋼強度高、耐壓、耐彎能力強，根據(jù)受力分析知其遠遠滿足設(shè)計要求，故無須對其進行強度校核。（2）車輛托盤車輛托盤（即車架）主要由橫軸、底板和導(dǎo)向槽及導(dǎo)向輪組成。其下部載車板是一個整體，四周是框架結(jié)構(gòu)，在托盤載車板上設(shè)置車輛定位裝置，車輛駛上托盤至定位即無法前進，托盤面為防滑設(shè)計，防止車輛自行滑動。如圖 3-14 所示。圖 3-14 停車架橫軸○ 1此軸長 6376mm，直徑為 50mm，材料選 Q235-A，它主要受向下的壓力，即托盤為 400kg，車重為 1700kg。因 ，取??N2058.91740????NMPa150??由 ，即 。??Ar7.4.2 ??此軸安全可靠。底板○ 2它是停放車輛的地方，為了保證車輛在上面不滑動，上面安裝防滑塊，下面還有肋板，用來增加底板的強度，以免車在上面使底板產(chǎn)生彎曲變形。導(dǎo)向槽○ 3前端導(dǎo)向槽是防止鏈條的左右移動，讓鏈條軸在其滑槽中上下移動來達到需要的效果。它的寬度比鏈軸大一點點，用來保證鏈軸既能在里面上下移動，也不至于左右有大的移動范圍。后斷導(dǎo)向槽是為了防止車輛托盤過大的擺動而產(chǎn)生的不良后果，需要讓鏈滑塊上的軸承在滑槽中移動來減小擺動。導(dǎo)向輪○ 4導(dǎo)向輪由前后導(dǎo)向輪和側(cè)面導(dǎo)向輪組成，在左右側(cè)面各裝四個，在底板前后各裝一個，每個車架上的導(dǎo)向輪共計十個。兩側(cè)的導(dǎo)向輪保證車架在豎直方向上運動平穩(wěn)，而前后兩個導(dǎo)向輪的作用是保證車架在運行到車庫上部鏈輪的圓弧處，防止脫離鏈條而發(fā)生擺動。3.3 垂直循環(huán)式立體車庫的輔助裝置及其他系統(tǒng)3.3.1 立體車庫的輔助裝置輔助裝置主要有導(dǎo)軌、地基支撐架及加強支架等。（1） 導(dǎo)軌導(dǎo)軌由側(cè)面導(dǎo)軌、上圓弧導(dǎo)軌和下圓弧導(dǎo)軌三部分組成。側(cè)面導(dǎo)軌○ 1它是為車架在垂直方向運行時，導(dǎo)向輪的滾動而設(shè)置的，本次設(shè)計采用 20號熱扎槽鋼做導(dǎo)軌即可，其優(yōu)點是加工方便，經(jīng)久耐用，結(jié)構(gòu)性能好。上圓弧導(dǎo)軌○ 2它是為了保證車架在運行到上部鏈輪左右平移時不發(fā)生擺動而設(shè)計的，本次設(shè)計用焊接結(jié)構(gòu)的 U 型圓弧導(dǎo)軌，材料用 Q235-A 即可。下圓弧導(dǎo)軌○ 3它是為了保證車架在運行到下部鏈輪時防止其脫離鏈條而設(shè)計的，本次設(shè)計用焊接的鋼架結(jié)構(gòu)作為下圓弧導(dǎo)軌，材料也采用 Q235-A。（2） 地基支撐架在車庫最底層設(shè)置八個地基支撐架，主要用來分擔車輛對四根主要立柱的承壓能力，這樣合理地布置更有利于整個車庫框架的設(shè)計。3.3.2 防止轉(zhuǎn)動的安全掛鉤安全可靠是立體車庫必備的特性，在立體鋼結(jié)構(gòu)骨架上部左右兩側(cè)各設(shè)兩個安全掛鉤，在電機運轉(zhuǎn)鏈條運動過程中，安全掛鉤電磁鐵通電，移動鐵塊吸合，掛鉤自然下落，保證托盤順利轉(zhuǎn)動；當車托盤轉(zhuǎn)到適當?shù)奈恢?，電機停止轉(zhuǎn)動是，安全掛鉤電磁鐵斷電，移動鐵塊自然下落，掛鉤鉤入上部左右側(cè)的兩個托盤，以防其突然轉(zhuǎn)動。3.3.3 手動控制裝置設(shè)有手動控制機構(gòu)，當遇到停電或者電控系統(tǒng)出現(xiàn)故障，而又需要停取車時，可轉(zhuǎn)動手動控制，通過蝸輪蝸桿機構(gòu)傳動來控制托盤的上升和下降，從而完成存取車輛。第 4 章 車庫的控制系統(tǒng)4.1 基本要求操作簡單、快捷，使用方便，安全可靠，維護量小，為用戶提供一個安全、簡易的使用環(huán)境，這是對自動化立體停車設(shè)備的基本要求。該立體車庫控制系統(tǒng)需要完成的控制動作包括: 能夠完成自動監(jiān)測(托盤內(nèi)有無車輛、存車的位置、空車位等)、對電機能自動控制正反轉(zhuǎn)以完成自動存取車、可以實現(xiàn)自動收費.能夠通過遠程遙感控制來實現(xiàn)停取車輛， 還要有為了安全設(shè)置消防系統(tǒng)等，因此設(shè)計的立體車庫的控制系統(tǒng)主要由車庫自動檢測系統(tǒng)、自動計費管理系統(tǒng)、自動存取車系統(tǒng)、消防自動報警系統(tǒng)和自動滅火系統(tǒng)組成，考慮通過微型計算機、可編程控制器(Programming Logic Controller,簡稱PLC)來完成控制。PLC作為自動化工業(yè)控制器，采用微電子技術(shù)，大量的開關(guān)動作由無觸點的半導(dǎo)體電路完成，可靠性高;其功能強大，通用性好，不僅有邏輯運算、定時、計數(shù)、順序控制等功能，還具有A/D, D/A轉(zhuǎn)換、數(shù)值運算、數(shù)據(jù)處理和通訊聯(lián)網(wǎng)等功能:采用梯形圖編程方式，編程簡單;PLC產(chǎn)品的己經(jīng)實現(xiàn)了系列化、單元化，并配備了.多種齊全的控制單元供用戶選擇，應(yīng)用靈活:此外，PLC還具有體積小、能耗低、質(zhì)量輕、性能價格比高等優(yōu)點。PLC完全可以滿足系統(tǒng)的控制需要，PLC控制電機的轉(zhuǎn)動來帶動整個機械循環(huán)轉(zhuǎn)動裝置運轉(zhuǎn)，實現(xiàn)車位的運轉(zhuǎn)。利用計算機的數(shù)據(jù)通信手段、數(shù)據(jù)處理能力和圖形顯示、多媒體技術(shù)，可以顯示車庫形象、直觀的全貌，可直接在計算機上完成停車操作和計費結(jié)算，并對操作運行和故障給提示、報警。PLC和微型計算機可以組成一個的全自動存取車控制系統(tǒng)。4.2 車庫控制系統(tǒng)的組成車庫只設(shè)一個存取車口，采用后進入庫，前進出庫，在口上有IC卡讀卡機以識別車主身份，存車時車主只需在入口處的非接觸式讀卡機前感應(yīng)區(qū)域晃一下自己的IC卡，車庫將自動將空車輛托運盤調(diào)出并打開車庫門，車主開車進入車庫，將車駛?cè)胝{(diào)出的空托運盤上，停車到位即可離開，車庫門自動關(guān)閉:取車時，車主在入口處的非接觸式讀卡機前感應(yīng)區(qū)域晃一下自己的IC卡，控制器自動讀取車位號，車庫內(nèi)對應(yīng)的托車盤將自動把車輛送出，車庫門打開，車主入內(nèi)開車出來，庫門自動關(guān)閉。圖4-1 車輛控制系統(tǒng)組成框圖4.3 車庫自動檢測系統(tǒng)車庫自動檢測系統(tǒng)完成以下功能:（1）存車時，首先由自動監(jiān)測裝置來檢測各停車用的托運盤上是否有車一在每個托盤一條對角線上安裝一套光電開關(guān)，可檢測其上有無車輛。如檢測到車位上有車，則其結(jié)果為1，反之為0，檢測結(jié)果存入計算機中。（2）將車輛停放到托盤上時，檢測托盤上停放汽車長寬高重是否超限以及停放是否到位:采用光電開關(guān)在出入口底部進行掃描檢測，光電開關(guān)的接收器和發(fā)射器分別安裝在底層左右兩邊，在托盤前后位置均進行檢測，當有車輛不符合規(guī)定的容車尺寸或停放不到位時，車就把光電開關(guān)光源擋住，此時系統(tǒng)不能動作， 只有車輛停放到位后，系統(tǒng)才能正常工作。（3）取車時，檢測出入口處托盤上車輛是否被取走，如取走則車庫關(guān)門。（4）檢測托盤轉(zhuǎn)動最否到位:在每個托盤上及出口處車位上裝上限位開關(guān)，存取車時檢測車輛托盤是否轉(zhuǎn)動到位。如檢測到托盤到位，將數(shù)據(jù)輸出到PLC，控制電機制動并使制動器抱閘。4.4 汽車自動存入和自動取出要實現(xiàn)車庫的自動化關(guān)鍵解決汽車自動存入和自動取出的問題。存取車時，傳動鏈條運動的方向和轉(zhuǎn)動的車位數(shù)由自動選優(yōu)算法確定， 即存取車時盡量使轉(zhuǎn)動的車位數(shù)量最少，路徑最短，轉(zhuǎn)動的時間最少。當車主刷卡并按存車鍵后，計算機將IC卡號及當前時間讀入，同時通知自動檢測系統(tǒng)查找空托盤，由自動監(jiān)測系統(tǒng)提供的空托盤車位號，計算機利用自動選講算法確定到達出入口最近的空托盤位置，并且通過通信模塊把鏈條轉(zhuǎn)動的方向及運轉(zhuǎn)車位數(shù)傳輸給PLC, PLC控制電機把相應(yīng)的空托盤轉(zhuǎn)動到出入口處，打開入口，司機將車開入托盤，司機出庫以后按確認鍵，車庫關(guān)門。計算機將存入車輛的車位號和入庫時間都寫入IC卡中。取車時，車主刷卡并按取出確認鍵后，計算機掃描數(shù)據(jù)庫，如有車則讀入取車時間，收費，并將IC卡號、存取時間、收費金額等數(shù)據(jù)保存，然后讀出要取車量的車位號，然后利用自動選優(yōu)算法確定車輛要轉(zhuǎn)動的方向及運轉(zhuǎn)車位數(shù)，并將其通過通信模塊傳輸給PLC，再由PLC控制電機把車輛托盤轉(zhuǎn)動到出入口處，打開入口，司機將車開出，自動檢測系統(tǒng)檢測到出入口處托盤上車輛已被取走，車庫關(guān)門。存取車自動尋優(yōu)算法:右圖為存取車自動尋優(yōu)算法模型圖，圖中方框代表停車位，方框中數(shù)字表示車位號，其相對位置固定不變，模型有8個停車位，0號車位在車庫的出入口處。設(shè)系統(tǒng)逆時針為正轉(zhuǎn)，順時針為反轉(zhuǎn)。在控制器存儲區(qū)內(nèi)，用某些RAM單元位(如位尋址單元20H的8位和21H的低4位)標志0-7停車位的停車情況，用0表示停車位空，1表示停車位己停車。在每次存取車時，控制系統(tǒng)先根據(jù)該RAM區(qū)中的數(shù)值判斷存車情況及其分布，然后根據(jù)停車算法確定控制方案。在另一RAM區(qū)(如30H--3BH單元)保存己編號的停放車輛所在的停車位號。 存車時，先判斷20H, 0位的值，若為1，表示停車己滿;若為0，表示可以存車，可以存車時，先置位OOH，然后20H單元的8位和21H單元的低4位連續(xù)循環(huán)左移，直到滿足下列2個條件:OOH位為0; 20H單元的1,2,3位數(shù)值之和與20H單元的第5位及21H單元的0,1,2,3位數(shù)值之和的差滿足 ,即圖5-22中左右1??右左 R兩側(cè)停車數(shù)量之差滿足不大于1輛車的要求，這樣可使機械傳動部件受力較為均勻。找到滿足條件的空車位后，可根據(jù)程序循環(huán)移位次數(shù)判定電機運轉(zhuǎn)方向和循環(huán)車位數(shù)。若循環(huán)移位次數(shù)R，大于4，則反轉(zhuǎn)，循環(huán)車位數(shù)為8- ;若 小1R于或等于4，則正轉(zhuǎn)，循環(huán)車位數(shù)即為 。根據(jù)循環(huán)車位數(shù)設(shè)定計數(shù)器初值，1R按正反轉(zhuǎn)判定結(jié)果控制電機運轉(zhuǎn)，由對轉(zhuǎn)過的停車位計數(shù)的光電開關(guān)的脈沖輸入觸發(fā)中斷，控制電機停轉(zhuǎn)。取車時，系統(tǒng)根據(jù)車輛所在的位置，找到30H-3BH單元中該車所在的停車位號 。若 ，取車時反轉(zhuǎn)， 即為旋轉(zhuǎn)車位數(shù):若 ，取車時2R302?2 742?R正轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)車位數(shù)為8- 。根據(jù)正反轉(zhuǎn)情況和旋轉(zhuǎn)車位數(shù)設(shè)置計數(shù)器初值，調(diào)試2R電機運轉(zhuǎn)程序，完成取車過程。存車和取車后均需對原RAM單元中的停車情況進行更新。4.5 主機控制程序系統(tǒng)控制采用微型計算機作主機，PLC作下位機，對電機的轉(zhuǎn)動直接控制。（1） 主機控制程序主機的控制程序主要完成的功能:在存車時，計算機根據(jù)自動車位檢測裝置確定該車要存入的具體車位號，由自動尋優(yōu)算法算出存車時托盤要轉(zhuǎn)動的方向和運轉(zhuǎn)的車位數(shù)，并將這些數(shù)據(jù)通過通信模塊傳輸給PLC.在取車時讀出IC卡上的存車數(shù)據(jù)，得到所要取出車所在的車位號，再由自動尋優(yōu)算法算出取車時托盤要轉(zhuǎn)動的方向和運轉(zhuǎn)的車位數(shù)，并將這些數(shù)據(jù)傳輸給PLC。主機控制程序的流程框圖如圖4-3圖4-3 主機控制程序的流程（2） PLC控制程序PLC是車庫控制系統(tǒng)的核心，它的主要作用是:當有存取操作時，PLC會接收和分析主機傳輸過來的數(shù)據(jù)、指令并做出合理的工控安排;判斷檢測元件的狀態(tài)，讀取車庫機械驅(qū)動部分的信息:然后反饋信息到執(zhí)行元件， 控制電機的轉(zhuǎn)動方向及轉(zhuǎn)動的車位數(shù)，把車輛存入相應(yīng)的車位號或者取出相應(yīng)車位號上的車輛，實現(xiàn)托盤的轉(zhuǎn)動，完成車輛的存取操作。圖4-4 PLC控制流程圖PLC控制程序的設(shè)計一般遵循以下基本原則:控制系統(tǒng)應(yīng)安全、可靠、實用，且易于維修；○ 1在滿足控制要求的前提下，系統(tǒng)應(yīng)力求簡單、經(jīng)濟，性價比高；○ 2考慮的今后的發(fā)展和工藝的改進，在硬件配置上應(yīng)留有一定的裕量?！?3（3） 電機雙向控制梯形圖