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黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)
第1章 緒 論
1.1 課題研究的目的和意義
雙柱式二車位立體車庫(kù)能利用居民住宅小區(qū)內(nèi)原有的一庫(kù)一車位，來(lái)有效滿足多車輛家庭的需要，而且將車輛升起，存放在建筑物內(nèi)或鋼結(jié)構(gòu)框架內(nèi)又便于用戶對(duì)車輛檢修和有效防止被盜。同時(shí)雙柱式二車位立體車庫(kù)能有效利用住宅小區(qū)內(nèi)的空間和地面，在住宅區(qū)以家庭或組團(tuán)的方式設(shè)立，而且它的控制系統(tǒng)相對(duì)簡(jiǎn)單，能使住戶存取車輛時(shí)，既便捷又安全可靠，且易于操作。
本設(shè)計(jì)提出的實(shí)施方案，適合我國(guó)城市住宅小區(qū)的現(xiàn)狀，在我國(guó)將有著廣闊的發(fā)展前景，為眼下車庫(kù)短缺的住宅小區(qū)解決停車難問(wèn)題，是城市住宅小區(qū)解決停車問(wèn)題的主要發(fā)展方向。同時(shí)對(duì)緩解城市停車難問(wèn)題，促進(jìn)城市靜態(tài)交通的建設(shè)和發(fā)展，提高城市管理水平有重要的推廣應(yīng)用價(jià)值，而且解決城市住宅小區(qū)中停車難的問(wèn)題對(duì)汽車工業(yè)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的健康發(fā)展都具有十分顯著的意義。
通過(guò)本課題的研究，找到適合我國(guó)城市住宅小區(qū)的停車庫(kù)實(shí)施方案，解決住宅小區(qū)內(nèi)停車難問(wèn)題將會(huì)：
（1）有效地改善住宅小區(qū)內(nèi)車輛亂停亂放的現(xiàn)狀，提高居住小區(qū)環(huán)境質(zhì)量和生活質(zhì)量；
（2）可以有效地防止車輛被盜，減少經(jīng)濟(jì)損失；
（3）可以改善城市的交通質(zhì)量，促進(jìn)城市的可持續(xù)發(fā)展；
（4）可以使居民享受到停車無(wú)憂、來(lái)去自由的便利，促進(jìn)私人汽車的消費(fèi)，帶動(dòng)汽車工業(yè)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展；
（5）同樣，適合于城市住宅小區(qū)的立體車庫(kù)，也可以應(yīng)用于企事業(yè)單位、醫(yī)院、商業(yè)區(qū)等地面空間相對(duì)較少的公共停車，從而可以有效地解決城市公共停車難問(wèn)題[1]。
1.2 國(guó)內(nèi)外研究狀況及應(yīng)用現(xiàn)狀
1.2.1 我國(guó)城市停車難問(wèn)題
隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，個(gè)人消費(fèi)水平的不斷提高，私人小汽車將快速、大量的進(jìn)入城市家庭，城市里私人汽車會(huì)越來(lái)越多，對(duì)于身處大中城市的消費(fèi)者而言，擁有一輛甚至兩輛屬于自己的汽車已經(jīng)不再是個(gè)夢(mèng)想。但我國(guó)現(xiàn)有住宅小區(qū)大部分缺少必要的停車庫(kù)，已經(jīng)無(wú)法滿足小區(qū)內(nèi)居民停車的需要，小區(qū)內(nèi)的空地面積又少，造成小轎車到處亂停亂放，馬路邊、人行道、甚至草坪上都停車。
“十五”期間，國(guó)家鼓勵(lì)轎車進(jìn)入家庭，隨著城市居民汽車普及率的大幅提高，在中國(guó)城市土地資源越來(lái)越緊缺的情況下，城市住宅小區(qū)的停車難問(wèn)題已日益突出，許多大城市為了解決這個(gè)問(wèn)題，都提出了住宅小區(qū)內(nèi)建造立體停車設(shè)備，以滿足住宅小區(qū)內(nèi)廣大居民的停車需求[2]。
1.2.2 國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀
停車庫(kù)的發(fā)展，應(yīng)該說(shuō)從第一輛汽車誕生以來(lái)就隨之產(chǎn)生。然而擁有百年歷史的它卻遠(yuǎn)不及汽車工業(yè)那么引人注目，更不為大多數(shù)人所重視。至今，仍沒(méi)有人把它嚴(yán)格地歸并于哪一類，哪一項(xiàng)，但它是一個(gè)涉及物流倉(cāng)儲(chǔ)、建筑結(jié)構(gòu)、物業(yè)管理等多科目、多領(lǐng)域的綜合性項(xiàng)目。
伴隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，中心城市的人口、車輛也日益增多。人們?cè)诮鉀Q交通問(wèn)題時(shí)逐漸意識(shí)到，以往僅靠大力拓展道路來(lái)滿足車輛對(duì)動(dòng)態(tài)空間的需求是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。因?yàn)檐囕v大部分時(shí)間還是處于停駛狀態(tài)。這就是說(shuō)，車輛占用靜態(tài)空間（停車泊位）的時(shí)間遠(yuǎn)大于其對(duì)動(dòng)態(tài)空間（道路）的需求。停車泊位不足，會(huì)嚴(yán)重影響城市道路暢通、環(huán)境與安全?！败噹?kù)”是大中城市的熱門話題，國(guó)家經(jīng)貿(mào)委將“城市立體停車設(shè)備”列為“近期行業(yè)技術(shù)發(fā)展重點(diǎn)”，隨著家用汽車的不斷增加，公共場(chǎng)所及社區(qū)內(nèi)存車矛盾、車擠綠地的問(wèn)題將會(huì)越來(lái)越突出，在人們對(duì)生活質(zhì)量和環(huán)境意識(shí)不斷增強(qiáng)之時(shí)，“車庫(kù)”日漸成為熱門話題，立體停車設(shè)備將會(huì)大顯身手。故一種可解決居民小區(qū)用地緊張與停車難矛盾的先進(jìn)停車方式—雙柱式二車位立體車庫(kù)將會(huì)得到推廣應(yīng)用。近年來(lái)我國(guó)吸取和借鑒了國(guó)外解決城市居民小區(qū)內(nèi)停車問(wèn)題的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，在各大中心城市開(kāi)始興建雙柱式二車位立體車庫(kù)。
立體停車庫(kù)設(shè)備的發(fā)展在國(guó)外已有30～40年的歷史，無(wú)論在技術(shù)上還是在經(jīng)驗(yàn)上均已獲得了成功。我國(guó)也與90年代初開(kāi)始研究開(kāi)發(fā)機(jī)械式立體停車設(shè)備，距今已有十幾年的歷程。但是由于機(jī)械式舉升機(jī)構(gòu)磨損維修成本高，經(jīng)常需要更換銅螺母以及軸承，維修費(fèi)用高，因此漸漸將其替換為液壓式舉升機(jī)構(gòu)。
隨著汽車工業(yè)的迅猛發(fā)展，我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展與居民收入的提高，私家車的擁有量巨增，引發(fā)城市居民停車難的問(wèn)題，而且隨著城市建設(shè)的加快和汽車的大量增加，立體停車設(shè)備是今后停車場(chǎng)建設(shè)的主要方向，尤其是在寸土寸金的大城市，采用立體停車設(shè)備是解決“停車難”的必然出路，將是停車難問(wèn)題未來(lái)關(guān)注的焦點(diǎn)。
目前我國(guó)全國(guó)車輛停車位缺口在400萬(wàn)以上，而每年新增車輛卻在200萬(wàn)輛左右。隨著私人擁有車輛數(shù)量的迅速增長(zhǎng)，住宅小區(qū)內(nèi)的停車問(wèn)題日益突出。對(duì)于居住區(qū)有限的用地面積而言，出去住宅，公用建筑占地和必要的道路和綠化面積外，能夠提供于停車的面積是非常有限的。
當(dāng)前住宅小區(qū)內(nèi)主要的停車方式有小區(qū)路邊停車，住宅地層架空停車，地下停車場(chǎng)停車，機(jī)械式集中停車，立體車庫(kù)和分散停車。路邊停車的使用成本最低，但要以犧牲綠化用地為代價(jià)。住宅底層架空停車不占綠化用地，但受到住宅平面布局的影響，平面利用率也不高。地下停車場(chǎng)停車方式不侵占活動(dòng)用地，對(duì)綠地率基本無(wú)影響，但造價(jià)相對(duì)偏高。
正是由于以上原因，針對(duì)存車難問(wèn)題日見(jiàn)突出，雙柱式二車位立體車庫(kù)設(shè)備在原有一庫(kù)一車位的基礎(chǔ)上見(jiàn)縫插針，具有較大的靈活性，土地利用率高，對(duì)地形適應(yīng)性強(qiáng)，環(huán)境效益好且造價(jià)低。雙柱式二車位立體車庫(kù)停車方式主要適用于容積率較小的高檔住宅小區(qū)，雙柱式二車位立體車庫(kù)的典型設(shè)備是雙柱式舉升機(jī)構(gòu)，這類設(shè)備的可靠性高，操作簡(jiǎn)單，應(yīng)用較普遍。
在居民社區(qū)內(nèi)，一般設(shè)有私家車庫(kù)，但普遍是一庫(kù)一車位，存在利用率低的問(wèn)題?？紤]到車庫(kù)普遍舉架較高，利用有限的空間，將一庫(kù)一車位設(shè)計(jì)成為雙柱式二車位立體車庫(kù)，從而解決車位緊張的問(wèn)題，此設(shè)計(jì)不但節(jié)約成本，并大量節(jié)省了城市的可利用空間，可以有效保障利用有限的停車面積滿足停車需要，同時(shí)可以有效解決北方地區(qū)冬季停車難問(wèn)題。
雙柱式二車位立體車庫(kù)解決了停車位占地面積與住戶商用面積的矛盾，使私家車庫(kù)設(shè)計(jì)成為二車位立體車庫(kù)成為可能。雙柱式二車位立體車庫(kù)以其平均單車占地面積小的獨(dú)特特性對(duì)于解決停車難問(wèn)題具有重要意義。所以說(shuō)雙柱式二車位立體車庫(kù)，將被逐漸推廣并被廣大用戶所接受。同時(shí)此設(shè)計(jì)將大大節(jié)省小區(qū)內(nèi)為解決停車問(wèn)題而占用的大量土地，這些節(jié)約下來(lái)的土地可用來(lái)進(jìn)行小區(qū)的綠化和供小區(qū)內(nèi)居民的休閑娛樂(lè)之用，對(duì)城市居民居住小區(qū)的建設(shè)也將具有一定的積極意義[3]。
1.3 雙柱式二車位立體車庫(kù)的發(fā)展方向與前景
由于城市的土地資源是有限的，要解決持續(xù)增長(zhǎng)的停車問(wèn)題，立體化停車是必然的出路。近幾年，雙柱式二車位立體車庫(kù)正漸漸進(jìn)入我國(guó)大中城市，它占地面小，汽車存放在建筑物內(nèi)或鋼結(jié)構(gòu)框架內(nèi)，不會(huì)遭到損壞和被盜，使用便捷、安全、可靠。雙柱式二車位立體車庫(kù)操作簡(jiǎn)單、容車率高，有效的解決了部分城市居民小區(qū)內(nèi)的停車難問(wèn)題。
為了解決住宅小區(qū)內(nèi)的停車問(wèn)題，只能利用小區(qū)內(nèi)較小的面積，建立雙柱式二車位立體車庫(kù)，向空間發(fā)展，充分利用立體空間，占地面積少，而且能使住戶存取車輛時(shí)，既便捷又安全可靠。
雙柱式二車位立體停車庫(kù)以其土地利用率和空間利用率高，使用操作簡(jiǎn)單、靈活，安全可靠，適應(yīng)性強(qiáng)等諸多優(yōu)點(diǎn)，將會(huì)取代平面車庫(kù)，為眼下車庫(kù)短缺的住宅小區(qū)解決停車難問(wèn)題，是解決大城市住宅小區(qū)停車問(wèn)題的主要發(fā)展方向，將會(huì)在新開(kāi)發(fā)的住宅小區(qū)及舊社區(qū)里大顯身手。
1.4 主要研究?jī)?nèi)容和研究方法
我國(guó)城市的私人汽車越來(lái)越多，但由于住宅小區(qū)缺少必要的停車庫(kù)，造成了停車難問(wèn)題。我們想通過(guò)研究、探討、設(shè)計(jì)適合中國(guó)城市居民住宅小區(qū)的立體車庫(kù)的結(jié)構(gòu)、控制系統(tǒng)方案和實(shí)施方案。設(shè)計(jì)完成雙柱式二車位立體車庫(kù)的整體機(jī)械結(jié)構(gòu)的計(jì)算、校核；液壓系統(tǒng)的液壓回路設(shè)計(jì)以及各個(gè)液壓元件的計(jì)算、選型；電氣系統(tǒng)的控制原理圖設(shè)計(jì)以及相應(yīng)電動(dòng)機(jī)的選用；并運(yùn)用AutoCAD設(shè)計(jì)并建立出科學(xué)合理的結(jié)構(gòu)方案和控制方案，從而完成適用于居民小區(qū)內(nèi)單元式停車庫(kù)——雙柱式液壓驅(qū)動(dòng)二車位立體車庫(kù)設(shè)計(jì)：
（1）完成雙柱式舉升機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)；
（2）舉升提升架裝置的設(shè)計(jì)；
（3）升程自鎖保護(hù)等運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)；
（4）驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和校核；
（5）最終實(shí)現(xiàn)私家雙柱式二車位立體車庫(kù)的設(shè)計(jì)。
第2章 雙柱式二車位立體車庫(kù)方案選擇
2.1 二車位立體車庫(kù)方案對(duì)比論證分析
2.1.1 舉升類停車設(shè)備的分類
1、四柱式舉升機(jī)構(gòu)
四柱舉升機(jī)構(gòu)主要依靠四根粗鋼索拉起四角，拉力油缸置于平板下面，通過(guò)6個(gè)圓盤將力傳達(dá)四面。這種結(jié)構(gòu)比較緊湊，自重降低，保險(xiǎn)裝置為楔塊式，四個(gè)楔塊利用拉桿聯(lián)動(dòng)，扳動(dòng)拉桿就可打開(kāi)保險(xiǎn)裝置，方便耐用，四柱舉升機(jī)構(gòu)容易調(diào)水平，適合于汽車4S店四輪定位使用，因?yàn)橛幸凰妮喍ㄎ粰n位，可以調(diào)整，可以確保水平。四柱舉升機(jī)構(gòu)按結(jié)構(gòu)分為上油缸式以及下油缸式，上油缸式指油缸置于立柱頂部（帶橫梁）,下油缸式指油缸置于平板下面。
2、雙柱式舉升機(jī)構(gòu)
雙柱舉升機(jī)構(gòu)實(shí)用、簡(jiǎn)潔、合理而且節(jié)省占地空間，使用靈活方便。升降平穩(wěn)低噪聲，設(shè)有升程自鎖保護(hù)裝置，保養(yǎng)簡(jiǎn)單，操作方便，成本低。
2.1.2 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的分類
升降類停車設(shè)備可以采用鋼絲繩傳動(dòng)、鏈條傳動(dòng)和液壓傳動(dòng)3種形式。
1、機(jī)械式
機(jī)械式舉升機(jī)構(gòu)流行于1992～1998年間，該舉升機(jī)構(gòu)特點(diǎn)是同步性好，但由于機(jī)械磨損維護(hù)成本高（經(jīng)常需要更換銅螺母以及軸承），每年一臺(tái)舉升機(jī)構(gòu)的維修更換需要1000元左右，客戶最終會(huì)將該產(chǎn)品更換為維護(hù)成本小的液壓舉升機(jī)構(gòu)。
鋼絲繩傳動(dòng)采用蝸輪蝸桿減速器，主要傳動(dòng)件為鋼絲繩卷筒、輪系等。鋼絲繩傳動(dòng)的柔性好，沖擊小，噪聲低。但鋼絲繩易延伸、斷股、斷絲，需要經(jīng)常調(diào)整長(zhǎng)度，給設(shè)備的使用和維護(hù)帶來(lái)不便。
鏈條傳動(dòng)通過(guò)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)鏈輪機(jī)構(gòu)，牽引鏈條使載車板升降。性能穩(wěn)定可靠，壽命長(zhǎng)，不存在彈性伸縮，有準(zhǔn)確的平均傳動(dòng)比，維護(hù)性好，但需要裝設(shè)卷筒，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)較復(fù)雜，運(yùn)行時(shí)有一定的沖擊和噪聲。
2、液壓式
液壓傳動(dòng)通過(guò)液壓工作站為多個(gè)液壓缸提供壓力，由活塞桿實(shí)現(xiàn)載車板的升降和車輛的存取。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行平穩(wěn)，噪聲低，但傳動(dòng)效率較低?？紤]停車時(shí)整個(gè)升降車架的負(fù)載是不確定的，采用單液壓缸承載會(huì)導(dǎo)致活塞桿承扭受壓，對(duì)液壓缸的壽命產(chǎn)生較大影響，因此采用雙缸方案，以增加整個(gè)滑動(dòng)部分升降時(shí)的穩(wěn)定性。
液壓式舉升機(jī)構(gòu)維護(hù)成本低，油缸使用5～10年沒(méi)問(wèn)題，液壓舉升機(jī)構(gòu)分為兩種，一種是單缸舉升機(jī)構(gòu)，一種是雙缸舉升機(jī)構(gòu)。
單缸優(yōu)點(diǎn)是：同步性好，不存在顛簸現(xiàn)象，有底板，舉升機(jī)構(gòu)的扭力靠底板抵消，安全性好。單缸主要應(yīng)用于四柱式舉升機(jī)構(gòu)。
雙缸液壓舉升機(jī)構(gòu)由于是雙缸，同步問(wèn)題難以解決，往往靠?jī)筛摻z繩來(lái)平衡，油缸以及鋼絲繩要調(diào)整得松緊一致，舉升機(jī)構(gòu)就可以同步，而且實(shí)用方便，大方豪華且節(jié)省占地面積，使用靈活方便。主要應(yīng)用于雙柱式舉升機(jī)構(gòu)。
本課題所設(shè)計(jì)的是液壓驅(qū)動(dòng)的雙柱舉升類停車設(shè)備，它的特點(diǎn)是：
（1）性能可靠，低能耗，操作方便；
（2）無(wú)龍門式橫梁，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；
（3）有升程自鎖保護(hù)裝置，保證了安全性；
（4）升降車架的最低位置低，使得車輛的底盤可以比較低，對(duì)各種車輛的適應(yīng)性都比較強(qiáng)；
（5）采用液壓傳動(dòng)的驅(qū)動(dòng)方式，與螺桿式的舉升機(jī)相比，使用壽命較長(zhǎng)；
（6）價(jià)格低廉，擁有的市場(chǎng)份額較大，便于推廣。
2.2 總體方案
考慮到住宅小區(qū)內(nèi)有限的綠地、道路等公用設(shè)施不能侵占，為了使停車設(shè)備單車位的制造成本最低，考慮綜合設(shè)施、機(jī)械制造、施工等因素，設(shè)計(jì)雙柱式二車位立體車庫(kù)，可利用一個(gè)車位同時(shí)停放兩輛車，采用載車板整體升降的方式。
當(dāng)需要停車時(shí)，按下控制設(shè)備上相應(yīng)按扭，電機(jī)通電帶動(dòng)液壓泵轉(zhuǎn)動(dòng)。液壓泵將高壓油注入液壓缸下腔使活塞桿伸出，推動(dòng)滑動(dòng)車架和載車板下降到與路面齊平，將車停至載車板。停車完畢，車主下車離開(kāi)停車位，利用相應(yīng)按扭將高位車輛升至高位。
為防止意外，載車板與支架立柱間設(shè)有防墜落保險(xiǎn)裝置，在液壓缸下腔油壓突然喪失時(shí)可以保證車輛的安全。
2.3 本章小結(jié)
本章主要進(jìn)行雙柱式二車位立體停車設(shè)備總體方案的選擇，通過(guò)將現(xiàn)有舉升機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式、驅(qū)動(dòng)方式以及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行了對(duì)比，最終選定采用雙柱結(jié)構(gòu)的舉升類停車設(shè)備，通過(guò)液壓驅(qū)動(dòng)，工作平穩(wěn)，操作方便，噪聲低，內(nèi)部設(shè)有升程自鎖保護(hù)保險(xiǎn)裝置，安全可靠，占地空間小，是立體車庫(kù)的理想設(shè)備。
第3章 雙柱式液壓驅(qū)動(dòng)二車位立體車庫(kù)機(jī)械設(shè)計(jì)
3.1 雙柱式二車位立體車庫(kù)工作原理
3.1.1 整體結(jié)構(gòu)及基本組成
雙柱舉升類停車設(shè)備采用立柱、提升架、支承梁、載車板的結(jié)構(gòu)，由機(jī)械系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)構(gòu)成。設(shè)置限位裝置、升程自鎖保護(hù)裝置等以保證舉升機(jī)構(gòu)安全使用，適用于室內(nèi)立體停車設(shè)備的安裝與使用。雙柱式舉升機(jī)構(gòu)以主、副立柱為主體，由液壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)兩只油缸，推動(dòng)提升輪，帶動(dòng)提升鋼絲繩提升滑車（見(jiàn)圖3.1）。支承梁鉸接于滑車，兩滑車由同步鋼絲繩保持同步升降。兩滑車內(nèi)設(shè)有機(jī)械保險(xiǎn)裝置。
雙柱舉升類停車設(shè)備機(jī)械主體部分由兩根立柱、提升架、支承梁及載車板等組成，雙柱舉升類停車設(shè)備的結(jié)構(gòu)類型就體現(xiàn)在這些組成上。
圖3.1 雙柱式二車位立體車庫(kù)整體結(jié)構(gòu)
1、立柱的結(jié)構(gòu)形式
立柱是由薄壁板折彎而成。通常將立柱的橫截面做成槽鋼形，它的四角作為導(dǎo)軌，一般采用4～6mm鋼板，該立柱4道彎折為提升架上的滑塊運(yùn)行提供了導(dǎo)軌空間，滿足了設(shè)備的功能要求。
2、載車板的結(jié)構(gòu)形式
載車板與車身底盤直接接觸，是梁結(jié)構(gòu)，通常采用20號(hào)冷彎矩形空心型鋼，支承
梁在承載升降過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生疲勞破壞和變形，因此支承梁必須具有足夠的橫截面面積以抵抗彎曲變形。
3、安全機(jī)構(gòu)
雙柱舉升類停車設(shè)備的安全機(jī)構(gòu)是由電磁鐵、安全掛鉤、彈簧、連桿等組成，其功能如下：當(dāng)工作臺(tái)上升時(shí)，電磁鐵通電吸引連桿，使安全掛鉤收回，若發(fā)生意外（如高壓油管或鋼絲繩爆斷），電磁鐵斷電，安全掛鉤在彈簧的作用下卡到卡塊上，防止滑車下滑，確保安全。
當(dāng)工作臺(tái)需下降時(shí)，先將工作臺(tái)上升少許10～20mm，再將電磁鐵通電，按手動(dòng)卸荷閥，工作臺(tái)在自重的作用下下降。
3.1.2 工作原理
雙柱舉升類停車設(shè)備的傳動(dòng)原理是：由電動(dòng)油泵提供動(dòng)力給兩側(cè)立柱中的油缸，再由油缸分別頂舉兩側(cè)提升支架、支承梁、載車板將高位車輛舉起。兩側(cè)油缸運(yùn)行的同步性由調(diào)平衡的鋼絲繩來(lái)實(shí)現(xiàn)。設(shè)備由機(jī)械系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)及電氣系統(tǒng)等三大系統(tǒng)組成。其中，機(jī)械系統(tǒng)包括：立柱、提升支架、支承梁、載車板。液壓系統(tǒng)包括：小排量齒輪泵及油缸。電氣系統(tǒng)包括：油泵用電機(jī)、控制開(kāi)關(guān)及電控箱。提升架上配有滑塊，起動(dòng)電動(dòng)油泵由油缸頂舉提升架，使提升架上面的四個(gè)滑塊在立柱導(dǎo)軌中運(yùn)行，確保了載車板運(yùn)行的直線度要求。使載車板托舉著高位車輛升高，直到高位車輛被安全、穩(wěn)固地舉升至所需高度為止。
3.2 主要技術(shù)參數(shù)
3.2.1 基本尺寸參數(shù)的確定
1、重心位置的范圍
前輪驅(qū)動(dòng)的車輛有以下優(yōu)點(diǎn)：前驅(qū)車的傳動(dòng)效率比后驅(qū)車要高。所有的前驅(qū)車在設(shè)計(jì)的時(shí)候，不管發(fā)動(dòng)機(jī)橫置還是縱置，它的重心都偏于前軸，也就是在車頭側(cè)，與驅(qū)動(dòng)輪的位置很近，傳動(dòng)距離短。其中又以前橫置發(fā)動(dòng)機(jī)效率最高，這也是大多數(shù)前驅(qū)車所采用的布置方式。由于發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出軸與汽車前軸平行，變速箱與驅(qū)動(dòng)橋是做成一體的固定在發(fā)動(dòng)機(jī)旁，動(dòng)力可以直接通過(guò)斜齒輪傳遞到差速器上，再經(jīng)變速箱、驅(qū)動(dòng)橋，減速增扭后傳遞給兩根半軸最后驅(qū)動(dòng)車的前輪旋轉(zhuǎn)，顯然這種距離最短，且沒(méi)有經(jīng)過(guò)任何轉(zhuǎn)換的傳動(dòng)效率是最高的。
正是基于以上的原因，所以現(xiàn)代汽車大多采用發(fā)動(dòng)機(jī)前置，使車輛的重量分布比大約是3:2，重心偏前。
2、舉升機(jī)外形尺寸的確定
根據(jù)所舉升車輛的基本尺寸初步確定舉升機(jī)構(gòu)的主要技術(shù)參數(shù)如表3.1所示。
表3.1雙柱式液壓驅(qū)動(dòng)二車位立體車庫(kù)主要技術(shù)參數(shù)
舉升重量
3500kg
舉升高度
1850mm
總高度
2760mm
總寬
2748mm
上升時(shí)間
50s
下降時(shí)間
30s
3.3 電機(jī)功率的計(jì)算
高位汽車重量1.7t，汽車載車板及其附件的重量加上一部分的余量1.3t，所以取3t。
載車板有汽車時(shí)上升設(shè)計(jì)速度：
(3.1)
由公式（3.1）得
載車板上升功率:
(3.2)
(3.3)
其中，由公式（3.3）
取
由公式（3.2）得
取
3.4 主立柱的設(shè)計(jì)與校核
3.4.1 立柱截面特性分析與計(jì)算
雙柱式舉升機(jī)是一種可以廣泛用于立體車庫(kù)的舉升機(jī)，具有結(jié)構(gòu)緊湊、外形美觀、操作簡(jiǎn)便等特點(diǎn)，只需用此種安全可靠的舉升設(shè)備將汽車舉升到一定的高度，即可實(shí)現(xiàn)立體車庫(kù)的功能。隨著我國(guó)私家車保有量越來(lái)越大，此種型式的舉升機(jī)需求量也會(huì)日益增大。本機(jī)主要性能參數(shù)為：額定舉升載荷3t；在載重3t情況下，由最低位置舉升到最高位置需50s；當(dāng)拉下操縱桿使溢流閥接通，車輛由最高位置降到最低位置需30s；電動(dòng)機(jī)功率1.3KW；載車板在最低位置時(shí)的舉升高度為120mm，最大舉升高度為1850mm，工作行程為1730mm。
雙柱式舉升機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)型式有多種，本設(shè)計(jì)中的舉升機(jī)構(gòu)系指液壓驅(qū)動(dòng)的雙柱式舉升機(jī)構(gòu)。舉升機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)系統(tǒng)為液壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)和控制，由兩立柱內(nèi)安裝的液壓油缸實(shí)現(xiàn)上下運(yùn)動(dòng)，推動(dòng)連接立柱與滑臺(tái)的鏈條，使滑臺(tái)上安裝的滑塊沿立柱滾動(dòng)，實(shí)現(xiàn)滑臺(tái)的上下移動(dòng)。設(shè)備的主要部分有：提升機(jī)構(gòu)、支承機(jī)構(gòu)、平衡機(jī)構(gòu)和安全鎖機(jī)構(gòu)。
1、主立柱的截面特性分析與計(jì)算
主立柱體是舉升機(jī)構(gòu)主要的受力承重部件。舉升機(jī)構(gòu)立柱在工作時(shí)受來(lái)自于保險(xiǎn)鎖機(jī)構(gòu)處承重的壓力和升降滑臺(tái)滑塊作用在立柱上的彎矩。立柱殼體用鋼板整體壓制成形，其內(nèi)部相應(yīng)位置焊有保險(xiǎn)裝置支承板，用于鎖定狀態(tài)時(shí)受力和承重，下部與底座焊接。其中一個(gè)立柱體上還裝有液壓泵站和電氣控制箱。主立柱作為主要的承重件，先對(duì)其截面特征進(jìn)行分析，這里主要確定立柱截面形心的位置和截面的慣性矩。
2、確定立柱截面形心和中性軸的位置
將整個(gè)截面劃分為 ,,三個(gè)部分，取與截面底邊相重合的軸為參考軸（見(jiàn)圖3.2），,, 分別為三個(gè)組合截面的中性軸，則三個(gè)截面的面積及其形心至軸的距離經(jīng)計(jì)算分別為：
圖3.2 雙柱式舉升類停車設(shè)備的主立柱橫截面示意圖
；
；
整個(gè)截面形心C在對(duì)稱軸Y上的位置則為：
(3.4)
由式（2.4）得
3、確定各組合截面的慣性矩和立柱整個(gè)截面對(duì)中性軸Z的慣性矩
設(shè)三截面的形心分別為、、，其形心軸為、、（如圖3.2）,它們距Z軸的距離經(jīng)計(jì)算分別為：
由平行移軸公式，三截面對(duì)中性軸Z的慣性矩經(jīng)計(jì)算分別為：
（3.5）
由式（3.5）得
（3.6）
由式（3.6）得
（3.7）
由式（3.7）得
其中、 、分別為三截面對(duì)各自形心軸、、的慣性矩，將三截面對(duì)中性軸Z的慣性矩相加，即將式（3.5）、（3.6）、（3.7）相加，得：
4、立柱整個(gè)截面上半部分（以Z軸為界）的靜矩S的計(jì)算
三個(gè)截面上半部分的靜矩值分別為：
立柱整個(gè)截面上半部分（以Z軸為界）的靜矩為：
3.4.2 主立柱的強(qiáng)度分析與驗(yàn)算
舉升機(jī)構(gòu)工作時(shí)，其載車板將汽車提升至一定高度鎖定，舉升機(jī)構(gòu)直接承載處位于載車板端部，故應(yīng)先對(duì)滑臺(tái)部件進(jìn)行受力分析（見(jiàn)圖3.3） ：
圖3.3 提升架部件受力情況示意圖
1、滑臺(tái)部件受力情況分析
考慮滑臺(tái)部件中滑臺(tái)和支承梁的總自重，假定自重全部集中在負(fù)載處，近似估算值為66.37kg。單側(cè)支承梁受到的最大載荷為1.75噸，加上滑臺(tái)部件的自重，滑臺(tái)端部受力大小為1816.37kg， 和是立柱通過(guò)滑塊給予滑臺(tái)的反力，，和為保險(xiǎn)支承板給予滑臺(tái)部件的支承力，B處為支承點(diǎn)位置，則：
2、舉升機(jī)構(gòu)主立柱受力情況分析
主立柱受力情況見(jiàn)圖2.3所示，圖中和是滑臺(tái)通過(guò)滾輪作用在立柱上的力（圖3.4為最高位置）和為鎖緊時(shí)滑臺(tái)作用在立柱上的壓力，、和為底部支座反力。針對(duì)立柱受力情況,經(jīng)計(jì)算得：
圖3.4主力柱受力情況示意圖
3、舉升機(jī)構(gòu)主立柱強(qiáng)度校核計(jì)算
從圖3.4看出，整個(gè)立柱體相當(dāng)于一個(gè)懸臂梁，可畫出立柱的彎矩圖和剪力圖。由引起的彎矩圖和剪力圖見(jiàn)圖3.5，計(jì)算得：
圖3.5 立柱上作用力及其彎矩圖和剪力圖
圖3.6 立柱上作用力及其彎矩圖和剪力圖
由引起的彎矩圖和剪力圖見(jiàn)圖3.6所示，計(jì)算得：
由產(chǎn)生的引起的彎矩圖見(jiàn)圖3.7所示，計(jì)算得：
圖3.7 立柱上作用力及其彎矩圖
立柱受力的合成彎矩圖和合成剪力圖如圖3.8所示。從圖中看出，在截面處，剪力最大() ，彎矩最大()，此處是危險(xiǎn)截面。
圖3.8 立柱受力的合成彎矩圖和合成剪力圖
前面計(jì)算已得到，抗彎截面模數(shù)：
（3.8）
由式（3.8）得
截面上半部分靜矩：
(3.9)
其中
由式（3.9）得
（1）校核正應(yīng)力強(qiáng)度
(3.10)
由式（3.10）得
許用應(yīng)力選：
滿足強(qiáng)度條件。
（2）校核剪應(yīng)力強(qiáng)度
（3.11）
由式（3.11）得
選
而許用應(yīng)力
滿足強(qiáng)度條件。
（3）折算應(yīng)力強(qiáng)度校核
主立柱橫截面上的最大正應(yīng)力 產(chǎn)生在離中性軸最遠(yuǎn)的邊緣處，而最大剪應(yīng)力則產(chǎn)生在中性軸上，雖然通過(guò)上面的校核說(shuō)明在這兩處的強(qiáng)度都是滿足要求的，但是因?yàn)樵诮孛鍯 處，M 和Q都具有最大值，正應(yīng)力和剪應(yīng)力都比較大，因此這里的主應(yīng)力就比較大，有必要根據(jù)適當(dāng)?shù)膹?qiáng)度理論進(jìn)行折算應(yīng)力校核，取該截面邊緣處某點(diǎn)K 進(jìn)行計(jì)算：
（3.12）
由式（3.12）得
（3.13）
由式（3.13）得
圖3.9 點(diǎn)K處取出的單元體受力情況示意圖
在點(diǎn)K處取出的單元體受力情況如圖3.9所示。由于點(diǎn)K處在復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)，立柱材料采用的45鋼，可以采用第四強(qiáng)度理論，將 ，的數(shù)值代入，用統(tǒng)計(jì)平均剪應(yīng)力理論對(duì)此應(yīng)力狀態(tài)建立的強(qiáng)度條件為： ，所以有：
按第四強(qiáng)度理論所算得的折算應(yīng)力也滿足許用強(qiáng)度要求。
3.4.3 主立柱的剛度分析與驗(yàn)算
用迭加法進(jìn)行剛度計(jì)算，彈性模量E取，經(jīng)計(jì)算，由F1引起的撓度（往內(nèi)彎）為：;由F2 引起的撓度（往外彎）為：;由M 引起的撓度（往外彎）為：，此值很小，可忽略不計(jì)。
立柱實(shí)際往內(nèi)彎的撓度為：
上述立柱的強(qiáng)剛度分析計(jì)算進(jìn)行了近似和簡(jiǎn)化，所有數(shù)據(jù)估算相當(dāng)保守，留有大的安全余量。改變立柱的厚度、形狀和加強(qiáng)筋的尺寸等均能影響其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度。在保持立柱厚度不變時(shí)，適當(dāng)增加加強(qiáng)筋和截面尺寸，有利于提高立柱結(jié)構(gòu)的強(qiáng)剛度。
3.5 梁的偏載計(jì)算與校核
3.5.1 梁的偏載計(jì)算與校核
根據(jù)高位車的排量，車寬取1800mm，則發(fā)生偏載的極限位置距離中心400mm處
由產(chǎn)生的M引起的彎矩圖見(jiàn)圖3.10所示，計(jì)算的：
圖3.10 偏載彎矩圖
圖3.12 支承梁截面圖
E=BH-bh （3.14）
JX= （3.15）
WX= （3.16）
其中H= B= 100mm
b=h=5mm
則由式（3.16）得 WX=
對(duì)于45號(hào)鋼，，其中
（3.17）
由公式（3.17）得：
所以滿足條件。
3.5.2 提高梁彎曲強(qiáng)度的措施
1、適當(dāng)調(diào)整梁上載荷作用的位置
合理布置梁上載荷和支座位置在可能的情況下，適當(dāng)調(diào)整梁上載荷作用的位置，
可有效地減小梁內(nèi)的最大彎矩值。
2、合理選用梁的截面形狀
由彎曲正應(yīng)力強(qiáng)度條件可知，梁的抗彎截面系數(shù)愈大，梁能承受的彎矩就愈大。因此，梁的合理截面形狀應(yīng)當(dāng)是，截面面積較小，而抗彎截面系數(shù)較大。或者說(shuō)合理的截面形狀應(yīng)當(dāng)是其抗彎截面系數(shù)與截面面積的比值WZ/A盡可能地大。工程上常用這個(gè)比值來(lái)衡量截面的合理性。表3.2列出了幾種截面的WZ與A的比值。由此表可見(jiàn)，矩形截面比圓形截面合理，而工字形、槽形截面又比矩形截面更合理。究其原因，是因?yàn)閺澢龖?yīng)力沿截面高度線性分布，離中性軸愈遠(yuǎn)處彎曲正應(yīng)力愈大，工字形截面使較多的材料處于高應(yīng)力區(qū)，能充分發(fā)揮材料的潛力。
表3.2 常用截面的WZ與A的比值
截面形狀
圓形
矩形
工字形
WZ/A
0.125d
0.167d
(0.27～0.31)d
注：d為直徑。
3、采用變截面梁
等截面除了最大彎矩所在截面外，其它各截面上的應(yīng)力均低于許用應(yīng)力，材料未能充分利用。為了節(jié)省材料，減輕梁的自重，可將梁設(shè)計(jì)成變截面的，即在彎矩較大處，采用較大截面，彎矩較小處采用較小截面。如果將變截面梁設(shè)計(jì)成等強(qiáng)度梁。從節(jié)省材料、減輕自重角度看，等強(qiáng)度梁最合理。但由于加工制造等原因，實(shí)際上只能近似做到等強(qiáng)度要求。
必須指出，以上這些措施都是從提高彎曲強(qiáng)度的角度提出的。但在工程實(shí)際中，設(shè)計(jì)一個(gè)構(gòu)件還應(yīng)考慮剛度、穩(wěn)定性、加工制造等多方面因素，應(yīng)經(jīng)過(guò)綜合考慮比較后，再確定梁的截面形狀和結(jié)構(gòu)形式。
3.6 鋼絲繩的選取
3.6.1 鋼絲繩的特點(diǎn)及用途
表3.3 按鋼絲繩繞制次數(shù)分類
分類
特點(diǎn)
用途
雙繞繩
先由鋼絲繞成股，再由股圍繞繩芯繞成繩。這種鋼絲繩的繞性受繩芯材料影響很大，比單繞繩撓性好
起重機(jī)中廣泛應(yīng)用
表3.4 按鋼絲繩繞制方法分類
分類
特點(diǎn)
用途
交互捻
鋼絲繞成股的方向和股捻成繩的方向相反稱為交互捻。如繩右捻，股左捻，稱為右交互捻，繩左捻，股右捻，稱為左交互捻。這種鋼絲繩的缺點(diǎn)是僵性較大，使用壽命較低，但不容易松散和扭轉(zhuǎn)
在起重機(jī)械中廣泛應(yīng)用
表3.5 按鋼絲繩中絲與絲的接觸狀態(tài)分類
分類
特點(diǎn)
用途
線接觸
由不同直徑鋼絲捻制而成，股內(nèi)各層之間鋼絲全長(zhǎng)上平行捻制，各層鋼絲螺距相等，鋼絲之間呈線狀接觸，包括外粗式（S型）、粗細(xì)式（W型）及填充式（Fi型）。這種鋼絲繩消除了點(diǎn)接觸的二次彎曲應(yīng)力，能降低工作時(shí)總的彎曲應(yīng)力，耐疲勞性能好。結(jié)構(gòu)緊密，金屬斷面利用系數(shù)高。使用壽命長(zhǎng)，比普通鋼絲繩壽命高1～2倍
廣泛應(yīng)用
優(yōu)先選取
表3.6 按股繩截面形狀分類
分類
特點(diǎn)
用途
圓股
股繩截面形狀是圓形
廣泛應(yīng)用
表3.7 按鋼絲繩繩芯分類
分類
特點(diǎn)
用途
纖維芯
具有較高撓性和彈性，不能耐高溫，不能承受橫向壓力
起重機(jī)廣泛應(yīng)用
3.6.2 鋼絲繩直徑的計(jì)算與選擇
根據(jù)鋼絲繩選用原則（《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》），本設(shè)計(jì)宜采用線接觸鋼絲繩為提升動(dòng)力端，所以選取6×19S—1770（GB/T 8918）類型鋼絲繩。
鋼絲繩直徑可由鋼絲繩最大工作靜拉力按式（3.18）確定
(3.18)
式中d——鋼絲繩最小直徑，mm；
C——選擇系數(shù)，；
S——鋼絲繩最大工作靜拉力，N。
根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》選取C
表3.8 機(jī)構(gòu)利用等級(jí)
機(jī)構(gòu)利用等級(jí)
總設(shè)計(jì)壽命
說(shuō)明
T5
6300
經(jīng)常中等地使用
表3.9 機(jī)構(gòu)載荷狀態(tài)
載荷狀態(tài)
說(shuō)明
L2-中
機(jī)構(gòu)經(jīng)常承受中等的載荷，較少承受最大的載荷
表3.10 機(jī)構(gòu)工作級(jí)別
載荷狀態(tài)
機(jī)構(gòu)利用等級(jí)
T0
T1
T2
T3
T4
T5
T6
T7
T8
T9
L1-輕
—
—
M1
M2
M3
M4
M5
M6
M7
M8
L2-中
—
M1
M2
M3
M4
M5
M6
M7
M8
—
表3.11 C值選取
機(jī)構(gòu)工作級(jí)別
選擇系數(shù)C值
鋼絲公稱抗拉強(qiáng)度/MPa
1550
1700
1850
M1-M3
0.093
0.089
0.085
M4
0.099
0.095
0.091
M5
0.104
0.100
0.096
其中
由式(3.18)得：
表3.12 6×19（a）類鋼絲繩結(jié)構(gòu)及力學(xué)性能
鋼絲繩公稱直徑
鋼絲繩近似重量
鋼絲繩公稱抗拉強(qiáng)度/MPa
1470
1570
1670
1770
1870
鋼絲繩最小破斷拉力
d
/mm
允許偏差/%
/(kg/100m)
/KN
13
+6
0
53.10
69.80
74.60
79.30
84.10
88.80
14
62.30
81.90
87.50
93.10
98.70
104.00
16
72.20
95.00
101.00
108.00
114.00
120.00
取
3.7 本章小結(jié)
本章先后對(duì)雙柱式二車位立體停車設(shè)備機(jī)械部分主要組成部件、工作原理進(jìn)行了闡述，并根據(jù)高位車和低位車的主要參數(shù)對(duì)雙柱式舉升類停車設(shè)備的主要技術(shù)參數(shù)進(jìn)行了確定，并對(duì)機(jī)械機(jī)構(gòu)中的主立柱、支承梁、載車板進(jìn)行了計(jì)算和強(qiáng)度、剛度、撓度的校核。還根據(jù)此舉升機(jī)構(gòu)的載重量對(duì)電機(jī)、鋼絲繩進(jìn)行了選擇。完成了雙柱式二車位立體停車設(shè)備機(jī)械部分的設(shè)計(jì)和校核。
第4章 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)
4.1 汽車舉升機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求
雙柱式二車位立體停車設(shè)備液壓系統(tǒng)，除要求能在一定的范圍內(nèi)將汽車同步舉升和下降外，還要求其能使汽車在任意高度停止并保持不動(dòng)，以便實(shí)現(xiàn)立體車庫(kù)的功用。因此，液壓系統(tǒng)必須具有定位保持功能。另外，因汽車的重量較大，一旦液壓系統(tǒng)出現(xiàn)故障，舉升機(jī)支承部分在汽車重力的作用下會(huì)迅速下滑，可能會(huì)對(duì)低位車輛造成威脅，而且舉升機(jī)上面的汽車也有被摔壞的危險(xiǎn)。所以，為了防止這樣的情況發(fā)生，舉升機(jī)必須具有機(jī)械鎖定裝置。機(jī)械鎖由分別安裝在舉升油缸外側(cè)和活塞桿頂部與舉升臂相聯(lián)的銷軸上的兩根鋸齒形齒條組成。安裝在油缸外側(cè)的齒條固定不動(dòng)，而安裝在銷軸上的齒條則隨活塞桿上下移動(dòng)，并且能繞銷軸做一定角度的擺動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)兩根齒條的分離和嚙合。當(dāng)舉升臂處于定位狀態(tài)或液壓系統(tǒng)出現(xiàn)故障。油壓低于一定數(shù)值時(shí)，動(dòng)齒條就會(huì)在自身重力和彈簧力的作用下與靜齒條嚙合，機(jī)械鎖鎖死，使舉升臂不會(huì)下滑，這樣就確保高位車輛和地位車輛不會(huì)出現(xiàn)危險(xiǎn)。
4.2 液壓系統(tǒng)液壓回路的設(shè)計(jì)
舉升機(jī)的液壓回路如圖4.1所示，共由2部分組成：升降回路和補(bǔ)油回路。
4.2.1 升降回路
升降回路由左升降液壓缸15、右升降液壓缸3、三位四通換向閥7以及節(jié)流閥13、單向閥12組成。其中，液壓缸3和15分別驅(qū)動(dòng)舉升機(jī)構(gòu)的左右兩個(gè)提升架升降，兩缸串聯(lián)，液壓缸15的上腔與液壓缸3的下腔直接相連。在無(wú)泄漏的情況下，活塞上升時(shí)，左升降缸15上腔流出的液壓油全部流入右升降缸3的下腔。而在下降時(shí)，右升降缸3下腔流出的液壓油全部流入左升降缸15的上腔。這樣，兩缸的活塞就會(huì)同時(shí)升降。如果兩油缸的內(nèi)徑及活塞桿直徑設(shè)計(jì)合理，就會(huì)使兩缸活塞完全同步地上升或下降，舉升機(jī)的兩個(gè)提升架也就始終處于相同的高度。
液壓缸15、3活塞的升降由三位四通換向閥7控制，當(dāng)電磁鐵YA1得電時(shí)，換向閥7處于左位，液壓油經(jīng)過(guò)單向閥12驅(qū)動(dòng)油缸15和3的活塞同步上升，提升架通過(guò)載車板將汽車舉起。當(dāng)電磁鐵YA2得電時(shí)，換向閥7處于右位，液壓油驅(qū)動(dòng)油缸15和3的活塞同步下降，缸15下腔排出的液壓油經(jīng)節(jié)流閥13流回油箱，舉升臂將汽車放下。此處，單向閥12和節(jié)流閥13的作用是：當(dāng)提升架推動(dòng)汽車上升時(shí)，液壓油經(jīng)單向閥12大流量流入缸15的下腔，以較快的速度推動(dòng)活塞上升；而要將汽車放下時(shí)，缸15的下腔流出的液壓油需經(jīng)過(guò)節(jié)流閥13流回油箱，形成了節(jié)流閥出口調(diào)速回路，節(jié)流閥的節(jié)流及背壓作用可以防止舉升機(jī)構(gòu)在汽車重力、提升架和載車板自重的作用下過(guò)快下降,避免發(fā)生事故。當(dāng)YA1和YA2都不得電時(shí)，換向閥7處于中位，此時(shí)，油缸15和3的活塞位置被鎖定，不能移動(dòng)。相對(duì)應(yīng)兩提升架也就停止不動(dòng)。
圖4.1 汽車舉升機(jī)液壓控制回路
1.左行程開(kāi)關(guān) 2.右行程開(kāi)關(guān) 3.右下位開(kāi)關(guān)4.右升降缸 5.液控單向閥 6. 節(jié)流閥 7.兩位三通電磁閥 8.溢流閥9.三位四通電磁閥10.溢流閥11.液壓泵 12.濾油器 13.油箱14.單向閥 15.節(jié)流閥
16.兩位三通電磁閥 17.左升降缸18.左下位開(kāi)關(guān)
4.2.2 補(bǔ)油回路
假如液壓油無(wú)泄漏,而油缸的設(shè)計(jì)和制造精度又達(dá)到要求的話，以上回路足以保證兩提升架的同步上升和下降。但由于泄漏不可避免，油缸和活塞之間、兩油缸之間的管路聯(lián)結(jié)等處，都會(huì)產(chǎn)生一定的泄漏。壓力越大、使用的時(shí)間越長(zhǎng)，泄漏就會(huì)越厲害。由于液壓油的泄漏，兩活塞的移動(dòng)必將產(chǎn)生誤差。隨著時(shí)間的推移，誤差不斷累計(jì)。當(dāng)累計(jì)達(dá)到一定程度就會(huì)超出兩提升架允許的高度誤差。為了使兩提升架能夠長(zhǎng)時(shí)間的同步運(yùn)行，必須消除這種同步誤差。誤差主要是由液壓油泄漏引起的，所以設(shè)計(jì)了補(bǔ)油回路。
補(bǔ)油回路由2個(gè)二位三通電磁閥5和14、液控單向閥4、溢流閥6及行程開(kāi)關(guān)1和2組成。行程開(kāi)關(guān)1和2安裝在舉升機(jī)兩側(cè)提升架行程的最上端。當(dāng)換向閥7左位工作，油缸15和3的活塞在液壓油的驅(qū)動(dòng)下同時(shí)上升，假若兩活塞完全同步，同時(shí)到達(dá)最高點(diǎn)，兩行程開(kāi)關(guān)同時(shí)接通，補(bǔ)油回路不工作。若液壓缸15的活塞首先到達(dá)最高點(diǎn)，行程開(kāi)關(guān)1被接通，但缸3卻未到達(dá)頂點(diǎn)，開(kāi)關(guān)2仍處于斷開(kāi)狀態(tài)，則電磁鐵YA3得電，二位三通電磁閥5右位工作，液壓油通過(guò)電磁閥5右位和液控單向閥4向液壓缸3下腔補(bǔ)油，使缸3的活塞繼續(xù)上行，直到到達(dá)最高點(diǎn)。當(dāng)達(dá)到最高點(diǎn)時(shí)，行程開(kāi)關(guān)2也被接通，電磁鐵YA1和YA3同時(shí)失電，三位四通閥7回到中位，二位三通閥5也返回左位，液控單向閥4閉合，補(bǔ)油結(jié)束。
反之，若缸3活塞首先到達(dá)行程的最高點(diǎn)，而缸15活塞還未到達(dá)時(shí)，行程開(kāi)關(guān)2導(dǎo)通但1仍處于斷開(kāi)狀態(tài)，電磁閥YA4得電，其上位工作，壓力油通過(guò)閥14通至液控單向閥4的控制口,將單向閥4打開(kāi)。此時(shí)缸15活塞繼續(xù)上行,其上腔多余的液壓油通過(guò)液控單向閥4和換向閥5左位以及溢流閥6排入油箱。當(dāng)缸15活塞到達(dá)其行程上端，行程開(kāi)關(guān)1接通時(shí)，YA1和YA4同時(shí)失電，閥7回到中位，閥13恢復(fù)下位，液控單向閥4關(guān)閉，補(bǔ)油結(jié)束。此處溢流閥6的作用是產(chǎn)生一定的背壓，避免液控單向閥4打開(kāi)時(shí)因缸3下腔直接連通油箱而可能產(chǎn)生的右升降臂在重力作用下下降的情況。
由于左右兩缸在結(jié)構(gòu)上是分離的，兩缸之間封閉腔具有一定的體積。當(dāng)舉升機(jī)構(gòu)負(fù)重上升時(shí)，兩缸之間封閉腔內(nèi)的壓力會(huì)突然增加。由于油液具有可壓縮性，此封閉腔的體積會(huì)有所減小，使左缸在開(kāi)始位置上升時(shí)就會(huì)高于右缸，產(chǎn)生一定的高度誤差。但因?yàn)橛鸵旱目蓧嚎s性很小，兩缸間產(chǎn)生的高度差也很小。又因?yàn)榕e升機(jī)構(gòu)對(duì)兩提升架間的高度誤差要求不高，而且兩提升架間的跨度又較大，所以因油液壓縮而產(chǎn)生的兩缸間高度差對(duì)舉升機(jī)構(gòu)的正常工作不會(huì)產(chǎn)生任何影響。假如對(duì)兩缸之間的誤差要求較高的話，可以在起始位加裝2個(gè)行程開(kāi)關(guān),控制補(bǔ)油回路工作進(jìn)行補(bǔ)油即可。
在產(chǎn)品中大量的實(shí)際應(yīng)用表明，這種汽車舉升機(jī)液壓系統(tǒng)回路簡(jiǎn)單，制造方便，運(yùn)行平穩(wěn)。由于增加了補(bǔ)油回路，徹底解決了液壓油泄漏導(dǎo)致的同步舉升誤差累積的問(wèn)題，并且降低了對(duì)液壓缸制造精度的要求，降低了生產(chǎn)成本。
4.3 液壓系統(tǒng)的類型和特點(diǎn)
液壓系統(tǒng)的類型和特點(diǎn)見(jiàn)表4.1。
表4.1 液壓系統(tǒng)的類型和特點(diǎn)
液壓系統(tǒng)的類型
特點(diǎn)
按主要用途分
液壓傳動(dòng)系統(tǒng)
以傳遞動(dòng)力為主
液壓控制系統(tǒng)
注重信息傳遞，以達(dá)到液壓執(zhí)行元件運(yùn)動(dòng)參數(shù)（如行程速度、位移量和位置、轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)角）的準(zhǔn)確控制為主
按控制方法分
開(kāi)關(guān)控制系統(tǒng)
系統(tǒng)由標(biāo)準(zhǔn)的或?qū)Ｓ玫拈_(kāi)關(guān)式液壓元件組成，執(zhí)行元件運(yùn)動(dòng)參數(shù)的控制精度較低
私服控制系統(tǒng)
傳動(dòng)部分或控制部分采用液壓伺服機(jī)構(gòu)的系統(tǒng)，執(zhí)行元件的運(yùn)動(dòng)參數(shù)能夠精確控制
比例控制系統(tǒng)
傳動(dòng)部分或控制部分采用電液比例元件的系統(tǒng)。從控制功能看，它介于四幅控制系統(tǒng)和開(kāi)關(guān)控制系統(tǒng)之間。但從結(jié)構(gòu)組成和性能特點(diǎn)看，它更接近于伺服控制系統(tǒng)
數(shù)字控制系統(tǒng)
控制部分采用電液數(shù)字控制閥的系統(tǒng)。數(shù)字控制閥與伺服閥或比例閥相比，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)廉、抗污染能力強(qiáng)、穩(wěn)定性重復(fù)性好、功耗小等特點(diǎn)，在微機(jī)實(shí)時(shí)控制的電液系統(tǒng)中，它部分取代了比例閥或伺服閥工作，為計(jì)算機(jī)在液壓領(lǐng)域中的應(yīng)用開(kāi)辟了新的方向
4.4 液壓系統(tǒng)的組成
4.4.1 液壓系統(tǒng)的組成
液壓系統(tǒng)通常由三個(gè)功能部分和輔助裝置組成，見(jiàn)表4.2。
表4.2 液壓系統(tǒng)的組成
動(dòng)力部分
控制部分
執(zhí)行部分
輔助裝置
液壓泵
用以將機(jī)械能轉(zhuǎn)化成液體壓力能
有時(shí)也將蓄能器作為緊急或輔助動(dòng)力源
各類壓力、流量、方向等控制閥
用以實(shí)現(xiàn)對(duì)執(zhí)行元件的運(yùn)動(dòng)速度、方向、作用力等的控制，也用于實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)、程序控制等
液壓缸、液壓馬達(dá)等
用以將液體壓力能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能
管道、蓄能器、過(guò)濾器、油箱、冷卻器、加熱器、壓力表、流量計(jì)等
4.4.2 液壓缸的組成
1、缸筒和缸蓋
一般地說(shuō)，缸筒和缸蓋的結(jié)構(gòu)形式和其使用的材料有關(guān)。工作壓力p100105Pa時(shí)使用鑄鐵，在p200105Pa時(shí)使用無(wú)縫鋼管，在p200105Pa時(shí)使用鑄鋼或鍛鋼。
2、活塞和活塞桿
活塞和活塞桿的結(jié)構(gòu)很多，常見(jiàn)的除一體式、錐銷式連接外，還有螺紋式連接和半環(huán)式連接等多種形式。
螺紋式連接結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，裝拆方便，但在高壓大負(fù)載下需備有螺母放松裝置。半環(huán)式連接結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，拆裝不便，但工作較可靠。
此外，活塞和活塞桿也有制成整體式結(jié)構(gòu)的，但它只適用于尺寸較小的場(chǎng)合。活塞一般用耐磨鑄鐵制造，活塞桿則不論是空心的還是實(shí)心的，大多用鋼料制造。
3、密封裝置
對(duì)于活塞桿外伸部分來(lái)說(shuō)，由于它很容易把贓物帶入液壓缸，使油液受污染，使密
封件磨損，因此常需要在活塞桿密封處增添防塵圈，并放在向著活塞桿外伸的一段。
4、緩沖裝置
液壓缸中緩沖裝置的工作原理，是利用活塞或缸筒在其走向行程終端時(shí)在活塞和缸筒之間封住一部分油液，強(qiáng)迫它從小孔或細(xì)縫中擠出，產(chǎn)生很大的阻力，使工作部件受到制動(dòng)，逐漸減慢運(yùn)動(dòng)速度，達(dá)到避免活塞和缸蓋相互撞擊的目的。
4.4.3 齒輪泵
齒輪泵是液壓系統(tǒng)中常用的液壓泵，在結(jié)構(gòu)上可分為外嚙合式和內(nèi)嚙合式兩類。
外嚙合齒輪泵的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，尺寸小，質(zhì)量輕，制造方便，價(jià)格低廉，工作可靠，自吸能力強(qiáng)（容許的吸油真空度大），對(duì)油液污染不敏感，維護(hù)容易。它的缺點(diǎn)是一些機(jī)件承受不平衡徑向力，磨損嚴(yán)重，泄露大，工作壓力的提高受到限制。此外，它的流量脈動(dòng)大，因而壓力脈動(dòng)和噪聲都較大。
內(nèi)嚙合擺線齒輪泵的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，零件少，工作容積大，轉(zhuǎn)速高，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，噪聲低。由于齒數(shù)較少（一般為4～7個(gè)），其流量脈動(dòng)比較大，嚙合處間隙泄漏大，所以此泵工作壓力一般為2.5～7MPa，通常作為潤(rùn)滑、補(bǔ)油等輔助泵使用。
4.4.4 單向閥
單向閥是用以防止液流倒流的元件。按控制方式不同，單向閥可分為普通單向閥和液控單向閥兩類。
普通單向閥又稱止回閥，其作用是使液體只能向一個(gè)方向流動(dòng)，反向截止。液控單向閥又稱單向閉鎖閥，其作用是使液流有控制的單向流動(dòng)。液控單向閥分為普通型和卸荷型兩類。
液控單向閥的主要以下兩種作用。
1、保壓作用
當(dāng)活塞向下運(yùn)動(dòng)完成工件的壓制任務(wù)后，液壓缸上腔仍需保持一定的高壓，此時(shí)，液控單向閥靠其良好的單向密封性短時(shí)保持缸上腔的壓力。
2、支撐作用
當(dāng)活塞以及所驅(qū)動(dòng)的部件向上抬起并停留時(shí)，由于重力作用，液壓缸下腔承受了因重力形成的油壓，使活塞有下降的趨勢(shì)。此時(shí)，在油路串一液控單向閥，以防止液壓缸下腔回流，使液壓缸保持在停留位置，支撐重物不致于落下。
4.4.5 溢流閥
溢流閥是節(jié)流閥與溢流閥并聯(lián)而成的組合閥，它能補(bǔ)償因負(fù)載變化而引起的流量變化。使用溢流閥的系統(tǒng)效率較高。因?yàn)椴捎靡缌鏖y的系統(tǒng)，泵的供油壓力隨負(fù)載的增大而增加，能量損失小，系統(tǒng)發(fā)熱少。
4.4.6 濾油器
在液壓系統(tǒng)中，由于系統(tǒng)內(nèi)的形成或系統(tǒng)外的侵入，液壓油中難免會(huì)存在這樣或那樣的污染物，這些污染物的顆粒不僅會(huì)加速液壓元件的磨損，而且會(huì)堵塞閥件的小孔，卡住閥芯，劃傷密封件，使液壓閥失靈，系統(tǒng)產(chǎn)生故障。因此，必須對(duì)液壓油中的雜質(zhì)和污染物的顆粒進(jìn)行清理。目前，控制液壓油清潔程度的最有效方法就是采用過(guò)濾器。過(guò)濾器的主要功用就是對(duì)液壓油進(jìn)行過(guò)濾，控制油的潔凈程度。
4.4.7 節(jié)流閥
流量控制閥是通過(guò)改變節(jié)流口面積的大小，改變通過(guò)閥流量的閥。在液壓系統(tǒng)中，流量閥的作用是對(duì)執(zhí)行元件的運(yùn)動(dòng)速度進(jìn)行控制。常見(jiàn)的流量控制閥有節(jié)流閥、調(diào)速閥、溢流閥等。
溢流閥是結(jié)構(gòu)最為簡(jiǎn)單的流量閥，常與其它形式的閥相結(jié)合，形成單向節(jié)流閥或行程節(jié)流閥。
4.4.8 油箱
油箱的主要功用是儲(chǔ)存油液，同時(shí)箱體還具有散熱、沉淀污物、析出油液中滲入的空氣以及作為安裝平臺(tái)等作用。
油箱屬于非標(biāo)準(zhǔn)件，在實(shí)際情況下常根據(jù)需要自行設(shè)計(jì)。油箱設(shè)計(jì)時(shí)主要考慮油箱的容積、結(jié)構(gòu)、散熱等問(wèn)題。
雙柱式二車位立體車庫(kù)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)的好壞，將直接影響舉升的性能和效率。雙柱式二車位立體車庫(kù)液壓系統(tǒng)主要是舉升液壓系統(tǒng)。
本次雙柱式二車位立體車庫(kù)設(shè)計(jì)主要偏重于機(jī)械機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與分析，而其液壓系統(tǒng)所采用的油泵、油缸、液壓閥等液壓系統(tǒng)元件均為高度標(biāo)準(zhǔn)化、系列化與通用化且由專業(yè)化液壓件廠集中生產(chǎn)供應(yīng)。因此在本設(shè)計(jì)中只需要進(jìn)行液壓元件計(jì)算選型。其主要內(nèi)容包括油缸的直徑與行程、油泵工作壓力、流量、功率以及各種相關(guān)控制閥的選型等。
4.5 油缸的選型與計(jì)算
油缸是液壓系統(tǒng)執(zhí)行元件，也是舉升機(jī)構(gòu)的直接動(dòng)力來(lái)源。通常油缸分為活塞式和浮拄式兩類。活塞式均為單向作用，其缸體長(zhǎng)度大而伸縮長(zhǎng)度小、使用油壓低（一般不超過(guò)14MPa）。浮拄式為多級(jí)伸縮式油缸，一般有2～5個(gè)伸縮節(jié)，其結(jié)構(gòu)緊湊，并具有短而粗、伸縮長(zhǎng)度大、使用油壓高（可達(dá)35MPa）,易于安裝布置等優(yōu)點(diǎn)。浮拄式油缸又分為單向作用式與雙向作用式。雙向作用式用油壓輔助車廂降落，因此工作平穩(wěn)，降落速度快。直推式傾卸機(jī)構(gòu)多采用單作用多級(jí)油缸；而桿系組合式傾卸機(jī)構(gòu)多采用單作用單級(jí)油缸。舉升機(jī)構(gòu)油缸選用單級(jí)活塞雙作用缸HSGL63/45E1101-1000。
4.5.1 油缸直徑及行程確定
油缸選型主要依據(jù)所需的最大作用力以及最大工作行程來(lái)確定的。根據(jù)液壓系統(tǒng)中油缸的工作特點(diǎn)，則：
（4.1）
式中：——系統(tǒng)效率，通常按=0.8；
——液壓系統(tǒng)額定工作壓力（MPa），
參考表4.3選取,越高，對(duì)密封要求也越高，成本亦隨之上升；根據(jù)機(jī)構(gòu)的類型及其工作特點(diǎn)，取MPa。
表4.3 液壓設(shè)備常用的工作壓力
設(shè)備類型
機(jī)床
農(nóng)業(yè)機(jī)械或中型工程機(jī)械
液壓機(jī)、重型機(jī)械、起重運(yùn)輸機(jī)械
磨床
組合機(jī)床
龍門刨床
拉床
工作壓力P/（MPa）
0.8~2.0
3~5
2~8
8~10
10~16
20~32
其中，單個(gè)液壓缸的最大作用力：
由式（4.1）可知：
表4.4 缸筒內(nèi)徑尺寸系列（GB/T2348-1993）
8
10
12
16
20
25
32
40
50
63
80
（90）
100
（110）
125
（140）
160
（180）
200
（220）
250
（280）
320
（360）
400
（450）
500
注：括號(hào)內(nèi)數(shù)值為非優(yōu)先選用者
取油缸內(nèi)徑mm。
由于將油缸固定在距立柱低端1米處，且工作行程為1730mm，所設(shè)計(jì)的滑輪組可以省一半的行程，所以：
mm
表4.5 缸活塞行程系列（GB/T234-1980）
25
50
80
100
125
160
200
250
320
400
500
630
800
1000
1250
1600
2000
2500
3200
4000
取L=1000mm。
4.5.2 活塞桿直徑d的確定
在單桿活塞中，d值可由D和λv求的，標(biāo)準(zhǔn)液壓缸的λv系列值為1.06、1.12、1.25、1.4、1.6、2、2.5、和5，為了減少?zèng)_擊（即不使往返運(yùn)動(dòng)速度相差過(guò)大），一般推薦λv≤1.6?；钊\(yùn)動(dòng)速度受結(jié)構(gòu)的限制，范圍0.1～0.2m/s
7
d=0.7D
液壓系統(tǒng)各液壓缸均采用雙作用單桿活塞缸。即受壓也受拉，而且工作壓力p大于7所以活塞桿直徑選公式：
d=0.7D （4.2）
將D值代入（4.2）式中，可求得
d=0.7D=0.763=44.1mm
表4.7 液壓缸活塞桿外徑尺寸系列（GB/T2348-1993）
4
5
6
8
10
12
14
16
18
20
22
25
28
32
36
40
45
50
56
63
70
80
90
100
110
125
140
160
180
200
220
250
280
320
360
取活塞桿直徑d為45 mm。
4.5.3 液壓缸壁厚和外徑的計(jì)算
液壓缸的壁厚由液壓缸的強(qiáng)度條件來(lái)計(jì)算。
液壓缸的壁厚一般是指缸筒結(jié)構(gòu)中最薄處的厚度。從材料力學(xué)可知，承受內(nèi)壓力的圓筒，其內(nèi)應(yīng)力分布規(guī)律因壁厚的不同而各異。一般計(jì)算時(shí)可以分為薄壁圓筒和厚壁圓筒。
液壓缸的內(nèi)徑D與其壁厚的比值D/≥10的圓筒稱為薄壁圓筒。起重運(yùn)輸機(jī)械和工程機(jī)械的液壓缸，一般用無(wú)縫鋼管材料，大多屬于薄壁圓筒結(jié)構(gòu)，其壁厚按薄壁圓筒公式計(jì)算
（4.3）
式中 ——液壓缸壁厚；
D ——液壓缸的內(nèi)徑；
——試驗(yàn)壓力，一般取最大工作壓力的（1.25～1.5）倍；
——缸筒材料的許用應(yīng)力。其值為：鍛鋼：=110～120 MPa；
鑄鋼：=100～110 MPa；鋼管：=100～110 MPa；
高強(qiáng)度鑄鐵：=60 MPa；灰鑄鐵：=25 MPa。
=1.510=15 MPa
本設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)向液壓缸的材質(zhì)是鋼管，其=100～110 MPa，所以選=110 MPa。
將Py、值代入（4.3）式中，可求得
3.41mm
液壓缸壁厚度算出后，即可求出缸體的外徑為