升降横移式立体车库设计.doc

I 升降横移式立体车库设计 摘 要 本文选用了社会需求大，最常见的一种立体车库升降横移式立体停车库。介 绍和分析了升降横移式立体停车库的结构和传动系统。 本文介绍了立体车库的现状，前景和各种型式立体停车库的特点，介绍了升降横 移式立体停车库的工作原理和优点,并对升降横移式立体停车库的各个组成部分作了介 绍,其中对升降横移式立体停车库的结构进行了全面的力学分析，包括升降横移式立体 停车库的钢架结构的强度、升降传动系统中轴的强度和链条的强度等。本文还对升降 横移式立体停车库的升降传动系统进行了详细的设计和计算.运用合理的方法实现了对 车库升降和平移传动,同时还对升降横移式立体停车库的整体框架和局部进行了结构优 化，使整体框架的强度提高了，重量减轻。最后对车库的控制部分作了简单的分析和 介绍，并绘制了电气原理图和 PLC 接线图。 另外还在升降横移式立体停车库中使用了一些必要的安全技术，更好的保证了驾 驶员和车辆的安全，使得整个车库安全平稳的运行。 关键词：机械式立体停车库，升降横移，结构，传动系统,优化，安全 II Design of the Up-down and Translation Cubic Car-base Park ABSTRACT In this paper, the choice of social needs, the most common form of three-dimensional garage - lifting and transferring parking equipment. Introduction and analysis of the PSH16 D/5K lifting and transferring parking equipment and structure of the transmission system. For demand of Cubic Car-base Park in society，The paper analyzed characteristics of every kind of Cubic Car-base Park, elected a kind of mechanical Cubic Car-base Park，the Up-down and Translation Cubic Car-base Park which could meet the society demand. Introduced the Up-down and Translation Cubic Car-base Park to ascend and descend work principle and meaning of horizontal move type stereoscopic parking database, and to garage of each one constituted part to make introduction analysis and design, This text still ascended and descend a spread of horizontal move type stereoscopic parking database to move system to carry on a detailed design and calculation to the Up-down and Translation Cubic Car-base Park. The method of usage reasonable carried out to the garage ascend and descend peace move to spread to move, the smolder was used to comprehensively analyze the Up-down and Translation Cubic Car-base Park. Including intension of the framework structure and axes etc, The optimal design was performed on the framework structure and part structure, it added intension and reduced the whole weight. Another is lifting and transferring parking equipment used in a number of the necess ary security technology, better ensure the safety of drivers and vehicles, making the entire garage safety smooth operation. KEY WORDS: Mechanical parking equipment, lifting and transferring, structure, optimize the transmission system, security III 目录 摘 要 .I ABSTRACT .II 1 绪论 .1 1.1机械式立体停车库的定义 .1 1.2课题的背景与意义 .1 1.3自动化立体车库的主要结构组成和类型 .2 1.3.1 自动化立体车库类型及特点.2 1.3.2 升降横移式立体车库结构组成 3 1.4论文的主要目的和意义 .3 2 升降横移式立体车库 5 2.1升降横移式立体车库工作原理 .5 2.2升降式横移立体车库的主要技术参数 .6 3 车库钢架结构 7 3.1钢结构的特点及应用 .7 3.2车库钢架结构的 .8 3.3 主要受力梁选型、计算与较核.10 3.3.1 受力梁的计算 10 3.3.2 受力梁的选型11 3.3.3 受力梁的校核12 3.4 主要受力柱的选型、计算与较核 .14 3.4.1 柱的计算.14 3.4.2 柱的选型.14 3.4.3 柱的校核.15 3.5 柱脚设计.16 3.6 钢结构的连接18 4 机械系统升降传动设计 .20 4.1 机械系统升降传动方案选取20 4.2 机械系统升降传动的组成 .20 4.3 传动链与链轮的选择 .20 4.4 链的设计计算 .21 4.4.1 减速机与传动轴之间传动链设计21 4.4.2 升降链条的设计22 IV 4.5 链轮的设计算 .23 4.5.1 双排链轮的设计计算 23 4.5.2 升降链轮的设计计算25 4.6 滚子链的静强度计算 .26 4.6.1双排滚子链的静强度计算.26 4.6.2升降滚子链的静强度计算.26 4.7 滚子链的使用寿命计算 .27 4.8 滚子链耐磨性计算.27 4.9 电动机的选择 .28 4.10 减速器的选择 29 4.11 传动轴的设计 31 5 横移传动系统设计 .36 5.1 横移传动结构设计 .36 5.2 G 系列小型齿轮减速电机选型 36 6 其它设计 .38 6.1 载车板部分 .38 6.2 防坠装置 .38 7 升降横移式立体车库总控制方案的设计 .40 7.1 控制原理说明 .40 7.2 控制对象 .40 7.3 控制器的选择与概述 .40 7.3.1 单片机的介绍41 7.3.2 PLC 介绍 41 7.3.3 工业控制机的介绍42 7.3.4 升降横移式立体车库控制器的选择42 7.3.5 PLC 的选型 43 8 可编程控制器系统设计 .45 8.1 I/0 的分配 45 8.2 PLC 模块的选择 48 8.3 PLC 的硬件连接图及 PLC 系统接线图的设计 48 9 电气原理图的设计 .49 4.1 电器原件的选择 .49 4.2 电气控制原理图 .49 致 谢 51 参 考 文 献 52 升降横移式立体车库1 1 绪论 1.1机械式立体停车库的定义 机械式停车库就是利用机械来存取、停放车辆的整个停车设施，以立体化存放的 机械式停车库叫做机械式立体停车库。它是集机械、电子、控制技术于一体的现代化 设备,成为缓解城市停车难的有效手段,形成了新行业,步入了引进、开发、制造、使 用相结合的发展，己成为技术密集型产品的代表。 1.2课题的背景与意义 立体停车起源于20世纪20年代的美国，是为了解决大城市内停车难的问题。目前， 土地资源紧张是大城市的现状，在亚洲各国表现尤其突出，因此，它的应用在亚洲各 国比较广泛，目前统计表明，立体车库在日本、韩国、中国等地应用很多。 在欧洲，德国、意大利等国家从事停车设备的开发和生产比较早。比较有名的公 司有:意大利的Sotefin、Inteark、德国Palis等。由于欧洲国家的土地资源比较富有， 停车问题不是很突出。停车设备的生产量不是很大，停车设备多数采用巷道堆跺式产 品，立体车库的主要优势式在巷道堆跺式立体车库上。 在亚洲，停车设备技术起源于日本，日本从20世纪60年代就开始从事立体车库的 研究，目前全日本己经投入使用的立体车位超过30万个，其中以升降横移类为主。 韩国立体车库设备技术是日本技术的派生。从20世纪70年代中期起步，在80年代 开始引进日本技术，经过消化生产和本土化，在90年代开始进入使用阶段。由于在这 几个阶段得到了政府的重视，因此各类立体车库的开发和应用，韩国近几年增长率都 在30%左右。目前韩国立体车库行业进入了稳步发展阶段。 我国从20世纪80年代开始从日本引进停车设备产品和相关技术，开发工作从80年 代中期开始，90年代以来，随着汽车工业和建筑业的发展，特别是轿车进入家庭后， 停车设备的应用逐步推广，已经形成了新兴的停车设备行业，步入引进、生产、研制、 使用相结合的初步发展阶段，现在我国从事立体车库设备制造的企业约有10家，其中 主机生产超过50家。一些企业经过长期积累发展壮大，已稳居行业前列，一些中小型 企业抢抓机遇在发展中崭露头角，一些大型集团公司开始跨行业进入停车领域，如北 京恩菲科技产业集团、西安斯达机电有限责任公司等。 在1996年以前，我国停车设备的年生产能力仅为400个泊位。2003年国内新建机 械式立体停车库303个，新增停车泊位3756个，较2002年增长37.7%。据不完全统计， 截至2003年底，国内机械式立体停车泊位已累计达82764个，分布在31个省市自治区 的56个城市。2003年市场增长最快的地区是江苏、山东、浙江，泊位分别增长 陕西科技大学毕业论文（设计说明书）2 512%、364%和11%，此外上海增长37%，广东增长10.3%，北京与上年持平。以上6个省 市泊位量占到全国新建泊位总量的87%，成为国内机械式立体停车库发展最热的地区。 尽管如此，目前我国各主要城市停车设施的建设仍远远落后于道路建设和汽车工 业的发展。据资料表明，现有停车位总数不到需求的7%。因此立体式停车库在我国有 很大的市场，它的研究与建设在我国还有很长的路要走。 1.3自动化立体车库的主要结构组成和类型 1.3.1 自动化立体车库类型及特点 根据立体车库的修建位置及在空间伸缩方向的 不同，立体停车库的主要类型有：升降横移式、垂 直升降式、巷道堆垛式和地下停车场等。它们的类 型众多，设计各有不同，库容量变化比较大，可满 足不同用户要求。但它们都具有建筑面积小，停车 层数多，地上和地下空间利用率高的优点。停相同 数量车的情况下，在车辆流量大的繁华地段建一座 立体停车库比建一地面停车场节省将近 50%70% 的投资。严格的车库管理还保证了车库运行的安全 性和可靠性，为存车人提供了最大的方便，存车人只 需把车开到指定位置，下面的事都可由车库控制系统 来完成。 （1）升降横移式：多层升降横移式立体停车库采 用卷筒、滑轮和钢丝绳进行升降，在整个机构中有交 流减速横移电机和升降电机、钢丝绳、停车位框架、 搬运器和横移导轨等。它的运行原理是取上层车时， 将下层车板移开留出空位。该设备下层为左右横移， 上层为上下升降。升降横移式立体车库如图1一1所示。 （2）垂直升降式：也就是电梯式结构，一般以两 辆车为一个层面，中间部分是升降机，左右两旁是车 架。工作原理是:用升降机将车辆或载车板升降到指定 层，然后用安装在提升机械上的横移机械将车辆或载 车板送入存车位;或是相反，通过横移机械将指定存车 位上的车辆或载车板送入升降机，升降机降到车辆出 图 1 一 1 升降横移式立体车库图 图12 垂直升降式立体车库图 升降横移式立体车库3 入口处，打开库门，驾驶员将车辆开走，如图1一2所示。 （3）巷道堆跺式：它的工作原理和堆跺式自动化仓库很相近，升降机构可以上 升和水平移动，在运行到停车位时，通过伸缩机构的伸缩，完成在车架上存取车工作。 （4）地下停车场：它是为宾馆，商厦等原有的停车场专门设计的，原有的停车 场一般只能存放一层车辆，经过改建加上专用设备后，可放置上下两层车。有些地下 停车场本身是专门设计与环境协调的立体自动化车库。 其它的立体车库还有垂直循环类停车设备、水平循环类停车设备、简易升降类停 车设备等。 垂直升降式特点：占地面积少，耗能低，但是智能化程度最高，对地基，消防要 求很高，车位造价高。 巷道堆跺式特点：低噪声、低耗能、智能化程度高，等待时间长，进出口少。 水平循环式特点：结构简单，但是占地面积大，目前应用较少。 多层升降横移式立体车库（如图 11 所示）是中小型车库的一种典型机电一体 化产品，与其它车库相比，它属于中低密度经济型停车库规模可大可小（从层到 层） ；对场地的适应性较强、可同时移动多个车板，提高了工作效率减少了运行时间； 控制系统采用可编程控制器（PLC） ，操作管理简便明了，易于操作维护。总之，结构 简单，柔性好，启动平稳，噪声小，且安全可靠、同一层的车位移动独立，可以自由 动作，并且动作时间短，是升降横移式立体车库最大的优点。 根据场地大小及客户需要，该设备可实现层的多层设计。由于占地面积小 且动作灵活、易操作、造价低，因此是公司及单位在建造立体停车库时的理想选择。 以三层三排存车为例，可存车辆，且占地面积仅有 20m 左右。 2 另外，目前国内售价在每车位3.导-5万元，而我国的车库行业刚刚起步，汽车， 尤其是轿车正逐步走入家庭，购车与停车的矛盾已逐渐变大，立体车库正是为克服这 一矛盾走向市场的。根据专家建议，我国目前的机械式立体停车库价格应在6万/车位 以下，最好在4万/车位以下，而升降横移式停车库正好适应这一价格定位。因此以 “安全、快速、经济”著称的升降横移式立体车库，已成为一个新的“热点” 。目前 采用这类设备的停车库被普遍看好，具有良好的市场前景。 1.3.2 升降横移式立体车库结构组成 升降横移式立体车库主要由四部份组成：机械部分、电机驱动部分、控制管理部 分、安全防护措施。 （1） 机械部分：由车架、起升结构和双向平移结构组成，它是车库的主架。 （2） 电机驱动部分：由多个电机组成，由它来平移机构和升降机构的运行， 完成搬运器的上下和左右移动，以完成存取车过程。 陕西科技大学毕业论文（设计说明书）4 （3） 控制管理部分：立体车库控制系统随着它所采用的控制智能化程度不同 而不同。 （4） 安全防护措施：安全防护主要有两部分，一是存取车辆时人的安全保护， 二是车辆在存取时的安全保护。 1.4论文的主要目的和意义 随着社会的发展，城市人口的日益增多，楼房和车辆也越来越多。特别是改革开 放以来，国民经济的飞速发展为汽车工业注入了强劲的动力。 在2001年，我国通过了国民经济和社会发展十五计划纲要 ，在纲要中提 及到“鼓励轿车进入家庭” 。这是建国五十余年来官方文件中第一次明确“轿车进入 家庭”这样的提法，我国进入了汽车拥有率迅速上升时期。据统计，1985年我国汽车 拥有量为321.12万辆，1990年为551.36万辆，1997年全国汽车保有量110万辆，2000 年达到1608.91万辆。我国在2001年为全球第7大汽车销售市场，2003年全国汽车销售 达到439万辆，全球排名上升到第5位，仅列美国、日本、德国、法国之后。年销售将 有望在2010年达到70万辆，将成为全球第3大市场。 在2005年我国轿车保有量达1000万辆，到2001年将达200万辆。根据交通规划专 家的总体测算：一个城市停车位数量与机动车数量之比至少为1.2:1，才能基本满足 城市的停车需要，也就是说一辆车除去应该拥有一个固定停车位之外，包括工作、娱 乐、消费还至少应该有0.2个停车位。从2005年到2010年，我国将总共增加停车位480 万个，平均每年要96万个。 表1一1 几个主要城市汽车保有量及停车位现状(2005) 城市 汽车总量 (万辆) 停泊位数量 （万辆) 所缺车位数量 (万辆) 北京 24109.8131.2 广州 66.821.645. 2 天津 l0413.590 .5 从以上数据可以看出，有一大半的机动车的停放处于无序状态。据统计：2001年 的上海，每天停在马路上的汽车就多达35力辆，广州每天也有35万辆机动车“露宿” 街头，北京更有90万辆之多，这些车大都停在马路上、绿化隔离带、胡同、非机动车 道、消防通道等非停车地带。151致使本来就紧张的交通更拥挤不堪，严重滞后了城 市交通的发展。行车难、停车难、乱停车，加剧交通拥堵、降低生活质量、恶化投资 环境，成为城市经济发展的障碍，大大降低了城市的文明程度。 为缓解这种局面，城市停车场所的建设，尤其是多停车位、少占空间、使用操作 简单、安全可靠的“立体停车库”的建设，对现在寸土寸金的大都市有着不可替代的 升降横移式立体车库5 价值。自动立体车库已成为城市交通一个研究热点，并且国家将其列入了重点科技攻 关项目之一。 2 升降横移式立体车库 2.1 升降横移式立体车库工作原理 升降横移式立体停车库由于适应性强而备受青睐，该类车库每个车位均有载车板， 所需存取车辆的载车板通过升、降、横移运动到达地面层，驾驶员进入车库，存取车 辆，完成存取过程。停泊在这类车库内地面的车只作横移，不必升降，上层车位或下 层车位需通过中间层横移出空位，将载车板升或降到地面层，驾驶员才可以进入车库 内将汽车开进或开出车库，每个车位升降均由一台电机驱动，通过链条拖动搬运器垂 直升降，横向移动借助导轨，也是利用一台电机实现车位的移动，它的主要优点在于 同一层的车位移动独立，可以自由动作，并且动作时间短，缩短了存取车的时间。 升降横移式立体车库为多层多列布置，除顶层外每层设一空位，作为交换车位， 除底层以外的所有车位均能自行升降，除顶层以外的所有车位均能自行横移，当某一 车位需存取车辆时，该车位下方到空位之间的所有车位向空位方向横移一个车位的距 离，该车位下方形成一升降通道，此时，该车位便可自由升降，当车位降至地面时， 车辆便可开进或开出，见图 21 。 (1)升降横移式立体车库，包括多层结构的框架，在框架上设置有横移导轨，底 层横移导轨上设置有可以沿导轨移动的载车盘，上层横移导轨上设置有可以沿导轨移 动的载车架，以及通过链条连接在载车架上可以升降的载车盘。其特征在于：框架上 除顶层以外的其他每一层均有一空闲的载车盘位置，作为上层载车盘下降的通道，载 车架的一端的横梁上安装有升降电机和减速器并通过链轮和链条带动传动轴。传动轴 上安装有四个链轮，每个链轮带动一根链条，链条的是一端设计成套状，绕在载车架 纵梁上的链轮组上，另一端则绕过一个链轮与载车盘连接。载车架上设计有防坠挂钩， 图 2-1 车库示意图 陕西科技大学毕业论文（设计说明书）6 用于悬挂载车盘。防坠挂钩由电磁铁和复位弹簧控制它的弹出与复位。 (2)升降横移式立体车库的出入库方法，其特征在于包括如下步骤： A. 将除顶层以外的每一层空闲的车位集中在同一纵向位置上，作为初始位置。 B. 如有汽车入库按如下步骤进行： a)如需进入底层的停车位直接驶入即可。 b)如需进入底层以外的上层车位，先将位于上层车位纵轴线和初始空闲车位纵 轴线之间的所有该上层车位下面的载车架同时向初始空闲车位方向横移一个载车 架位置；然后将该上层停车位的载车盘垂直放下直到底层，将车辆驶入载车盘后， 再将载车盘垂直升高到原来的位置；最后将其它载车架横移回到初始位置。 C. 如有汽车出库按如下步骤进行。 a)如底层汽车出库直接驶出载车盘即可。 b)如有除底层以外的上层车位的车出库，先将位于该上层车位纵轴线和初始空 闲车位纵轴线之间的所有该上层停车位下面的载车架同时向初始空闲车位方向横 移一个载车架位置；然后将该上层车位的载车盘垂直放下直到底层；将车辆驶出 载车盘后，再将载车盘垂直升高到原来的位置；最后将其他载车架横移回到初始 位置。 2.2 升降式横移立体车库的主要技术参数 由于设计任务的要求，本车库是一个三层、16 位的升降横移式立体车库。车库的 主要设计参数，见表 21： 表 21 升降横移式立体车库主要设计参数 名称参数名称参数 总长（mm） 5300 升降 7.2m/min 总宽（mm） 1900 额定速度 m/min 横移 6m/min 总高（mm） 1550 升降 5.5kw 容车规格 重量（kg） 2400 电动机 （kw）横移 0.18kw 存车单元宽 2550 驱动方式链条 存车单元长 5860 车位 16 车库总宽 16600 层数三 车库总深度 6500 车库总高度 7350 控制方式 现场总线，PLC 全自动 控制 停车设备 尺寸 （mm） 出入层高度 2000 操作方式按钮，旋转开关 存车方式倒车入库，前进出库 安全装置 急停装置，防坠落装置， 光电管，防护网电源电压 220VAC 升降横移式立体车库7 3 车库钢架结构 3.1 钢结构的特点及应用 钢结构是钢材制成的工程结构，通常由型钢和钢板等制成的梁、桁架、柱、板等 构件组成，各部分之间焊缝、螺栓或铆钉连接，有些钢结构还部分采用钢丝或钢丝束。 钢结构与钢筋混凝土结构、木结构和砖石等砌体结构都是工程结构的不同分支。 它们之间有许多共同性，例如在结构体系、内力分析和设计程序等方面大体是相同的； 但由于材料性质的不同、原材料和构件截面形状的不同，也有其特殊性，例如在结构 型式、构件计算方法、构件连接方法和构造处理方法等方面都有显著的差别。 钢结构具有下列优缺点： （1） 材质均匀，可靠性高 钢材组织均匀，接近于各向同性匀质体。钢材由钢厂生产，控制严格，质量比较 稳定。钢结构的实际工作性能比较符合目前采用的理论计算结果，所以钢结构可靠性 较高。 （2） 强度高，重量轻 钢材强度较高，弹性模量亦高，因而钢结构构件小而轻。当今有多种强度等级的 钢材，即使强度较低的钢材，其密度与强度的比值一般也小于混凝土和木材，从而在 同样受力情况下钢结构自重小，可以做成跨度较大的结构。 由于杆件小，所占空间少，亦便于运输和安装。 （3） 塑性和韧性好 钢结构的抗拉和抗压强度相同，塑性和韧性均好，适于承受冲击和动力荷载，有 较好的抗震性能。 （4） 工业化程度高，工期短。 钢结构都为工厂制作，具备成批大件生产和品精度高等特点；采用工厂制造、工 地安装的施丁方法，有效地缩短工期，为降低造价、发挥投资的经济效益创造条件。 （5） 密封性好。 钢结构采用焊接连接后可以做到安全密封，能够满足一些要求气密性和水密性好 的高压容器、大型油库、气柜油罐和管道等的要求。 （6） 抗震性能好。 钢结构由于白重轻和结构体系相对较柔，受到的地震作用较小，钢材又具有较高 陕西科技大学毕业论文（设计说明书）8 的抗拉和抗压强度以及较好的塑性和韧性，因此在国内外的历次地震中，钢结构是损 坏最轻的结构，已公认为是抗震设防地区特别是强震区的最合适结构。 （7） 耐热性较好。 温度在 250以内，钢材性质变化很小，钢结构可用于温度不高于 250E 的场合。 当温度达到 300E 以上时，强度逐渐下降，600C 时，强度降至不到三分之一，在这 种场合，对钢结构必须采取防护措施。 （8） 耐火性差 钢结构耐火性差，钢材表面温度达 300400 摄氏度以后，其强度和弹性模量显著 下降，600 摄氏度时几乎降到零。当耐火要求较高时，需要采取保护措施，如在钢结 构外面包混凝土或其他防火板材，或在构件表面喷涂一层含隔热材料和化学助剂等的 防火涂料，以提高耐火等级。 （9） 耐锈蚀性差 钢结构耐锈蚀性较差，特别在潮湿和有腐蚀性介质的环境中，容易锈蚀，需要定 期维护，增加了维护费用。 由于钢材和钢结构有上述特点，钢结构常用于各种工程结构中。升降横移式立体 车库主架也采用钢结构。 3.2 车库钢架结构的 车库主框架体系的基本构成是由水平方向的梁和垂直方向的柱通过钢性结点连接 而成。这种结构体系通过结构构件的抗弯刚度来抵抗侧向力的作用。主框架体系是典 型的柔性结构体系，受层间位移的限制，结构的刚度在设计中起控制作用。也就是说， 基本上都是由变形限值作为设计的控制条件，梁柱的截面尺寸主要由结构的刚度而不 是强度来决定。在具体的设计过程中，所选的梁柱截面尺寸如果满足了规范对层间位 移的限制要求，构件的承载力一般也能满足要求。 停车设备的主框架主要采用热轧 H 型钢、槽钢、角钢、矩形钢和钢板焊接成型， 以其作为承重结构，用高强度螺栓连接成主框架，具有较好的强度和刚度，其特点我 们从三个方面去认识它：一是自重轻，基础宽度不大，从而降低基础部分的造价；二 是施工速度快，工期短，见效快，不受地质条件及材料制约；三是可拆迁，由于这种 车库是组装式的车库，这就决定了它具有灵活性。主框架的骨架由支柱、横梁腹杆和 支撑动力及附属装置的上、下支承梁等组成。机械传动系统安装在主框架部分骨架上， 由传动部件和张紧装置组成。载车板与链条相连，驱动装置和机械传动系统驱动载车 板上下和左右运动，实现车辆的停放和存取。停车库主框架骨架支撑着动力装置、机 械传动系统和停车载荷，为保证停车设备安全、可靠地工作，它应有足够的强度、刚 度和稳定性。 升降横移式立体停车库主框架的第一层根据不同的结构要求，有单柱形式、跨梁 升降横移式立体车库9 形式、后悬臂形式等。图 3-1 为升降横移式立体停车库主框架的几种典型形式。单柱 型式结构紧凑，安装、搬运方便，给驾驶员一种导正的作用，若装有平衡装置在升降 过程中有全程平衡保护。跨梁形式进出车辆较方便，结构较简单但较单柱形式跨度大， 所以安装搬运不方便。后悬臂形式无前柱，对汽车进出载车板较好，但因主框架在后 侧，稳定性较差，且一般不能做重列式。考虑到安全性和结构方面的问题，目前一般 大于二层都采用单柱形式。 在主框架设计中，当斜向支撑构件的两端均位于梁、柱相交处，另一端在另一支 撑与梁的连接点处同梁相连，则构成了框架一中心支撑结构体系。从图 4-2 中可以看 出，斜向支撑构件与梁、柱一起形成了竖向支撑析架。与框架结构体系相比，框架一 中心支撑结构体系在弹性变形阶段具有较大的刚度，很容易满足规范对结构物层间位 移的限制要求。在节点设计方面，将全部梁、柱节点作成刚性连接，由支撑析架和框 架共同承担水平荷载，这样就比较保险，可以 保证主框架的可靠性。 在侧向力作用下，竖向支撑析架表现为弯 曲型变形，框架为剪切型变形，二者互为补充， 变形相互协调。在这种结构体系中，由于支撑 的存在，使得作用在梁、立柱及其节点域上的 力减少，节点设计和构造要比框架结构体系简 单、可靠。对于在工程设计中经常使用的如图 3-2(a),(b),(c)所示的人字形支撑，我们一般 通过加大与之相连接的框架梁的截面尺寸，使 其在强震作用下仍能处于弹性变形状态，以此 来改善整个结构体系的受力性能。我们在立体车库中采用了图 3-2(a)的形式。 图 3-1 升降横移式立体停车库主框架的典型形式 图 3-2 中心支撑框架 陕西科技大学毕业论文（设计说明书）10 3.3 主要受力梁选型、计算与较核 3.3.1 受力梁的计算 车库受力梁主要承受静载荷的作用，根据其结构图做出计算简图，见图 3-2。 图 3-2 受力梁计算简图与剪力、弯矩图 升降横移式立体车库11 由设计可知： kNF kNFF kNF 5 . 11 23 5 . 11 4 32 1 mml mmll mmll 2300 2480 220 3 42 51 1计算支反力 由于载荷成对称分布，所以 A 与 B 端的支反力为 kN FFFF FF ByAy 5 . 34 2 4321 2建立剪力与弯矩方程 由于载荷对称分布，所以只计算左半部分，由图 3-2 得该梁左半部分的剪力与弯 矩方程如下： 对于 AC 段 kNFF Ays 5 . 34 1 11 0lx 11 xFM Ay 11 0lx 对于 CD 段 kNFFF Ays 23 12 2121 llxl 12122 lxFxFM Ay 2121 llxl 对于 DG 段 kNFs0 3 2 321321 lllxll 213213133 llxFlxFxFM Ay 2 321321 lllxll 3.画弯矩图与剪力图 剪力图与弯矩图见图 3-2。 可以看出 DE 段的弯矩最大，其值为 mkNM63.64 max 可以看出 AC 与 BF 段的剪力最大，其值为 kNFs 5 . 34 max, 3.3.2 受力梁的选型 由于梁的受力和安装的需要，选用材料为 Q235 钢的工字型组合梁。查钢结构规 范得 Q235 钢的强度设计值见表 3-1。 表 3-1 钢材的强度设计值 2 mmN 陕西科技大学毕业论文（设计说明书）12 钢材 牌号 厚度或直径 （mm） 抗拉、抗压和抗弯f抗剪 v f端面承压 ce f Q235 钢16 215125325 选取的工字型组合梁截面特征见表 3-2。 表 3-2 组合梁截面参数 3.3.3 受力梁的校核 1弯曲正应力强度校核 由受力梁的弯矩图可知 D、E 截面是梁的危险截面，所以只对 D、E 截面进行弯曲 正应力强度校核。 由表 3-1 可知 2 215mmN 等截面直梁的强度条件为 （3-1） Z W Mmax max 2 3 max 9 . 101 634 64630 mmN cm mN 则 max 尺寸参考数值 x-xy-y HhBw t l t 截面 面积 理论 重量 x I x W x i x S y I y W y i 型号 mm 2 cmKg/m 4 cm 3 cmcm 3 cm 4 cm 3 cmcm 200300 30028020061056.844.6951063412.934913001334.85 升降横移式立体车库13 可见梁的弯曲正应力强度符合要求。 2弯曲切应力强度校核 由受力梁的剪力图可知 A、B 截面的梁的危险，所以只对 A、B 截面进行弯曲切应 力强度校核。 由上表可知 2 125mmN 等截面梁的强度条件为 （3-2） z zs I SF max,max, max 在中性轴处切应力最大，可得最大切应力 22 0max 8 hbbh I F z s 2 8 22 5 . 88 006 . 0 1095108 18 . 0 194 . 0 3 . 02 . 034500 mmN 则 max 可见梁的弯曲切应力强度符合要求。 3挠度的校核 挠曲轴的近似微分方程 （3-3） EI xM d d w x w w 查手册可知， 23 10206mmNE 4 9510cmI 则 26 10 6 . 19mmNEI 由于结构对称分布，最大挠度发生在 M 截面处。 载荷单独作用时，截面 C 的转角与挠度分别为 2 F EI lF FB 2 2 11 1 EI lF w FB 3 3 11 1 由作用在截面 M 的挠度为 1 F 111 2 3 2FBFBFG w l lw 载荷单独作用时 D 截面的转角与挠度分别为 2 F EI llF FC 2 2 322 2 陕西科技大学毕业论文（设计说明书）14 EI llF w Fc 3 3 322 2 由作用在截面 M 的挠度为 2 F 222 2 3 FCFCFG w l w 根据叠加原理，得截面 G 的挠度为 mmwww FGFGG 2 . 5 21 查手册得梁的容许挠度 mm l 11 700 则 G w 可见受力梁的钢度条件符合要求。 3.4 主要受力柱的选型、计算与较核 3.4.1 柱的计算 由于钢架结构的跨度不大，层数不多，所以采用等截面柱，按其结构得计算简图 见图 3-3。 由设计可知 kNFF69 21 kNF20 3 mkNMM56.16 21 易知柱脚截面 A 受的弯矩和轴力最大，是危险截面，所以对此截面进行计算与较核。 截面 A 受的轴力 ，kNFFFFA158 321 截面 A 受的弯矩由两部分组成，绕 x 轴的弯矩，绕 y 轴的弯矩。 x M y M mkNMMM x 12.33 21 图 3-3 柱的计算简图 升降横移式立体车库15 mNM y 0 3.4.2 柱的选型 由柱的受力和安装的需要，选用材料为 Q235 钢的工字型组合柱。选取的工字型 组合柱截面特征见表 3-3。 表 3-3 柱的截面参数 尺寸参考数值 x-xy-y HhBw t l t 截面 面积 理论 重量 x I x W x i X S Y I y W y i 型号 mm 2 cmKg/m 4 cm 3 cmcm 3 cm 4 cm 3 cmcm 300400 400360300122016312848030240017.2133090106007.43 3.4.3 柱的校核 1. 由于该柱是压弯构件，所以强度计算按下式进行。 （3-4）f wr M wr M A N nyy Y nxx x n 式中 、：绕 x、y 弯矩； x M y M 、：截面塑性以展系数； x r y r 、：绕 x、y 轴的净截面抵抗矩。 nx w ny w 查手册可知 2 215mmNf 05 . 1 x r 2 . 1 y r 陕西科技大学毕业论文（设计说明书）16 则 fmmN wr M wr M A N nyy y nxx x n 2 64 1 . 32 10240005 . 1 33120 10163 158000 可见满中强度要求。 2. 局部稳定性要求 （1）柱翼缘板外伸宽度与其厚度 之比应满足下列要求bt （3-4） y ft b235 15 由表可知 3 . 0 Bb 02 . 0 l tt 查手册可知 Q235 钢的屈服点 2 235mmNfy 则 15 235 235 1515 t b 可见符合条件。 （2）腹板计算高度与其厚度之比应满足下列要求 0 h w t 当时，6 . 10 0 （3-5） yw ft h235 255 . 016 0 0 由设计可知 4 . 1 0 147 mmh360 0 mmtw12 2 235mmNfy 则 9 .120 235 255 . 01630 12 360 0 0 yw ft h 可见符合要求。 3.5 柱脚设计 轴心压力设计值（静力荷载） ，钢材kN1000 Q235，焊条 E43 型，基础混土强度等级 C15，选用 带靴梁的柱脚见图 3-4。 1确定底板平面尺寸LB 基础凝土强度等级 C15，；采 2 5 . 7mmNfcc 用锚栓，锚栓孔面积 mmd30 图 3-4 柱脚 升降横移式立体车库17 22 0 16956306mmA 靴梁厚度取，悬臂 C 取mmtb10 mmdC903 则 2 3 0 15028916956 5 . 7 101000 mmAfNLBA cc mmctbB b 50090210230022 mmL300 500 150289 采用 ；580500 LB 则 2 3 67 . 3 16956580500 101000 mmNa 2确定底板厚度 （1）区格为四边支承板，查表得，；67 . 2 150400ab1132 . 0 mmNmmqaM/1642815045 . 6 1132 . 0 22 （2）区格为三边支承板，查表得，；3 . 030090 11 ab0273 . 0 mmNmmqaM/1584830045 . 6 0273 . 0 22 1 （3）区格为三边支承板，查表得，；1 22 ab1117 . 0 mmNmmqaM/58369045 . 6 1117 . 0 22 2 最大弯矩；， （钢板） ；柱承mmNmmM/16428 max 2 215mmNf mmt4016 受静力荷载，钢板受弯时；2 . 1 mm fMt x 5 . 19 2152 . 1164286 6 max 取 mm20 3靴梁与柱身间坚向焊缝计算 靴梁与柱身间共有四条焊缝，每条焊缝计算如下： 23 22321607 . 04101000)7 . 04(mmfNlh w fwf 取 22 223235204408mmmmlh wf 靴梁高度取。mm450 4靴梁与底板连焊缝计算 焊缝总长度 ；mmlw1500904105802 所需焊脚尺寸 陕西科技大学毕业论文（设计说明书）18 mm lNh wff 88 . 4 150016022 . 1 7 . 0101000 7 . 0 3 取 。mmtmmhf7 . 65 . 17 柱端与底板间焊缝亦采用。mmhf7 3.6 钢结构的连接 钢结构是由钢板、型钢等组合连接制成基本构件，如梁、柱、桁架等；运到工地 后再通过安装连接组成整体结构。连接在钢结构中占有很重要的地位，将直接影响钢 结构的制造安装和经济指标以及使用性能。连接设计应符合安全可靠、节省钢材、构 造简单、制造安装方便等原则。 钢结构的连接方法可分为焊缝连接、螺栓连接和铆钉连接等。在本车库钢结构的 连接主要采用焊缝连接和螺栓连接。下面对本车库的主要结构的连接作简要说明。 主要受力梁之间的连接 梁与梁的拼接节点，应设置在内力分布较小的位置，通常设在距梁端 1m 左右位 置处，分为： 1.翼缘和腹板完全焊透的对接焊缝连接； 2.采用翼缘对接焊缝连接和腹板螺栓连接的混合连接； 3.翼缘和腹板均采用高强度螺栓连接。 根据车库主要受力梁的受力和安装的需求，车库主要受力梁之间的连接采用翼缘 对接焊缝连接和腹板螺栓连接的混合连接，其连接方式见图 3-5。 图 3-5 翼缘焊接、腹板螺栓连接 升降横移式立体车库19 主要柱与梁之间的连接 梁与柱连接通常采用的是柱贯通的连接形式，按柱对梁约束刚度可分为三类： 1 铰接连接：梁腹板传递竖向剪力 2 半刚性连接 ：梁腹板与翼缘传递剪力和部分弯矩 3 刚性连接：梁上下翼缘传递弯矩，腹板传递剪力 根据车库结构受力和安装的需要，钢柱与轨道横梁之间的连接采用刚性连接，其 连接方式见图 3-6。 柱与其它梁的连接采用半刚性 连接，其连接方式见图 3-7。 图 3-6 梁与柱的钢连接 图 3-7 梁与柱的半钢性连接 陕西科技大学毕业论文（设计说明书）20 4 机械系统升降传动设计 4.1 机械系统升降传动方案选取 升降机构有直流电机驱动和交流电机驱动两种，直流电机驱动的调速性能好、运 行平稳、平层精度高(5mm 以内) ,但结构复杂、设备体积大、制造成本高。交流电机 驱动有变压调速控制和变频变压调速控制,其调速性能、运作平稳性都能满足停车库 的要求,平层精度也较高(15mm 以内),构造相对简单,设备体积小、制造成本低。所以 本设计选择交流异步电机驱动。 传动机构方案比较多，目前应用得最多是主要有两种，链条传动和钢绳牵引传动。 钢绳牵引传动体积较大、笨重，但是其结构简单便于维护；链条传动体积较小，运行 平稳、安全，但是结构复杂。本设计选择链条传动方式。 4.2 机械系统升降传动的组成 升降传动系统主要由以下几部分组成：鼠笼式三相异步电动机、二级 NGW-L 行星 减速器、传动轴、双排链轮、单排链轮等，见图 4-1。 4.3 传动链与链轮的选择 图 4-1 升降传动机构 升降横移式立体车库21 车库的升降传动采用链传动，因为链传动具有结构简单，传力大，平均传动比准 确，能在较大的轴间距间传动，经济耐用，维护容易，也有一定的缓冲减振作用。又 由于升降传动不经常传动，只有有在存取车时才传动而且采用低速传动，所以选用传 动用短节矩精密滚子链（简称滚子链 GB/T 12341997） 。 由于升降传动所用链轮都是小尺寸链轮，所以链轮结构选用整体式结构。由于设 计链轮的齿数较少，所以链轮采用 20 号钢，见表 4-1。减速机与传动轴之间采用双排 链传动，其余都采用单排链传动。 表 4-1 链轮的材料参数 材料热处理热处理后的硬度 20 渗碳、淬火、回火 5060HRC 4.4 链的设计计算 4.4.1 减速机与传动轴之间传动链设计 减速机输出转速及主动链轮转速，减速机的输出功率 P=3.8Kw,传动min/18 1 rn 比。5 . 1 0 i 1. 选择链轮齿数 取小链轮齿数,大链轮的齿数为。17 1 z25175 . 1 2 z 2. 确定计算功率 由表 9-6 查得,由图 9-13 查得,双排链。4 . 1 A K1 Z K75 . 1 P K 则计算功率为 kWP K KK P P ZA ca 04 . 3 75 . 1 8 . 314 . 1 3. 选择链条型号和节距 根据及，查图 9-11,可选 20A。查表 9-1，链条节距为kWPca04 . 3 min/18 1 rn P=31.75mm。 4. 计算链节数和中心距 初选中心距。mmmmpa 5 . 1587 5 . 95275.31)5030()5030( 0 取，相应的链长节数为mma1100 0 3 . 90 1100 75.31 ) 2 1725 ( 2 2517 75.31 1100 2) 2 ( 2 2 2 0 212210 0 a pzzzz p a LP 为了避免使用过渡链节，应将计算出的链节数圆整为偶数=90 节。 0P L P L 查表 9-8 得到中心距计算系数，则链传动的最大中心距为24978 . 0 1 f =)(2 211 ZZLpfa P 1094)2517(90275.3124978 . 0 5. 计算链速 v，确定润滑方式 陕西科技大学毕业论文（设计说明书）22 smsm pzn v/161 . 0 / 100060 75.311718 100060 11 由 v=0.161m/s 和链号 20A,查图 9-14 可知应采用定期人工润滑。 6. 计算轴压力 P F 有效圆周力为 N V P Fe23602 161 . 0 8 . 3 10001000 链轮垂直布置时的压轴力系数，则压轴力为05 . 1 P F K NFKF eFP P 247822360205 . 1 双排滚子链的规格和主要参数见表 4-2。 表 42 双排滚子链规格和主要参数 抗拉载荷 节距 p 滚子直径 1 d max 内链节内 宽 1 b min 销轴直径 2 d max 内链板高 度 2 h max 排链 t p ISO 链号 mm 双排 min 20A31.7519.0518.99.5430.1835.76173.5 4.4.2 升降链条的设计 传动轴及链轮转速，传动轴的输出功率；传动轴带四个min/12 2 rn kWP4 . 3 1 链轮运动，每个链轮的的输出功率；传动比 i=1。kWP85 . 0 2 1. 选择链轮齿数 取链轮齿数 z=19。 2. 确定计算功率 由表 9-6 查得=1.4,由图 9-13 查得=1,单排链,则计算功率为 A K Z K kWPKKP ZAca 19 . 1 85 . 0 14 . 1 3选择链条型号和节距 根据及，查图 9-11,可选 20A。查表 9-1，链条节距为kWPca19 . 1 min/12 2 rn P=31.75mm。 4. 计算链速 v，确定润滑方式 smsm zpn v/121 . 0 / 100060 75.311912 100060 1 由 v=0.121m/s 和链号 20A,查图 9-14 可知应采用定期人工润滑。 6. 计算轴压力 P F 升降横移式立体车库23 有效圆周力为 N V P Fe7025 121 . 0 85 . 0 10001000 2 链轮水平布置时的压轴力系数，则压轴力为15 . 1 P F K 。NFKF eFP P 8078702515 . 1 表 43 单排滚子链规格和主要参数 抗拉载荷 节距 p 滚子直径 1 d max 内链节内 宽 1 b min 销轴直径 2 d max 内链板高 度 2 h max 排链 t p ISO 链号 mm 双排 min 20A31.7519.0518.99.5430.1835.7686.7 4.5 链轮的设计算 4.5.1 双排链轮的设计计算 链轮的齿形参数见表 4-4 与 4-5。 表 44 双排滚子链小链轮的齿槽形状 计算公式及结果 名称符号 最小齿槽形状最大齿槽形状 齿侧圆弧 半径 e rmmzdre 4 . 43)2(12. 0 11max mmzdre 5 . 71)180(008 . 0 2 11min 滚子定位 圆弧半径 i rmmdri6 . 9505 . 0 1min mmddri7 . 9069 . 0 505 . 0 3 11max 滚子定位 角 7 . 134 90 140 1 min z 7 . 114 90 120 1 min z 表 45 双排滚子链大链轮的齿槽形状 计算公式及结果 名称符号 最小齿槽形状最大齿槽形状 齿侧圆弧 半径 e rmmzdre 7 . 61)2(12 . 0 21max mmzdre 7 . 122)180(008 . 0 2 21min 滚子定位 圆弧半径 i rmmdri6 . 9505 . 0 1min mmddri7 . 9069 . 0 505 . 0 3 11max 陕西科技大学毕业论文（设计说明书）24 滚子定位 角 4 . 136 90 140 2 max z 4 . 116 90