机械设计说明书—自动立体车库结构设计

编号毕业设计（论文）题目： 自动立体车库结构设计 III本科毕业设计（论文）摘 要随着我国国民经济的快速发展，越来越的汽车进入家庭，使得我国城市停车难问题日益加剧。立体车库成为目前解决停车难问题的重要方式之一，其中以升降横移式立体车库应用最为广泛。本次设计的主要内容是自动立体车库的结构设计。而自动立体车库按结构可分为升降横移类、垂直循环类、水平循环类、平面移动类、巷道堆垛类、垂直升降类、简易升降类等。本文主要对两层式升降横移自动立体车库进行详细的结构设计和对关键部位受力分析并校核。四柱结构型式钢结构车库由于其结构较为简单有较大使用范围，本文对其进行详细设计。文中主要对自动立体车库的横梁，纵梁，支撑柱以及载车板进行详细的受力分析和校核。另外，本文中的自动立体车库采用了液压系统进行传动，区别与采用电动机驱动的自动车库。由于液压传动的优点，车库在升降或是横移过程中会更加稳定，减少了运动中所产生的噪音，使其适用于更多场合。在车库的设计中还介绍了车库运行中重要的安全防护装置。除此之外，还绘制了总装图、零件图。关键词：自动立体车库；结构设计；液压 AbstractWith the development of the national economy in our country, more and more cars are entering the common families. Stereo garage becomes the first choice for solving the problems of hard parking. Especially, lift-sliding type stereo garage is the most widely usedThe 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 录摘 要IIIABSTRACTIV目 录V1 绪论11.1 本课题研究的内容及意义11.2国内外的发展概况21.3本章小结42 自动立体车库的总体设计方案52.1 升降横移自动立体车库选型52.2 自动立体车库提升方式的选择62.3 自动立体车库的其他部件62.4 自动立体车库的设计参数72.5 自动立体车库结构设计的内容及要求72.6 本章小结73 自动立体车库主体框架设计83.1立体车库的工作原理83.2自动立体车库钢结构设计83.2.1 支撑柱设计93.2.2 横梁受力分析123.2.3 纵梁受力分析133.3 载车板受力分析校核153.4本章小结164 自动立体车库的传动系统174.1 上层载车板提升装置设计174.1.1 升降传动系统设计174.1.2 升降液压系统设计194.1.3 升降液压系统链轮设计204.1.4 升降液压系统传动轴设计214.2 横移液压系统设计224.3本章小结245 车库的配套系统255.1 安全系统255.2 立体车库的控制系统265.3 本章小结286 结论与展望296.1结论296.2不足之处及未来展望29致 谢30参考文献31附 录321自动立体车库结构设计1 绪论1.1 本课题研究的内容及意义本课题研究的内容是：自动立体车库的结构设计，包括自动立体车库的总体方案设计，有关零件部件的选型计算，结构强度校核及液压系统设计，并绘制出装配图和零件图纸。本课题研究的意义是：自动立体车库是我国的新兴产业，具有广阔的发展前景。随着我国经济快速的发展，城市交通拥堵和停车难的问题成了影响城市发展的重要因素之一，传统的车库己经不能适应城市发展的要求，再加上我国汽车保有量的不断增加，自动立体车库成为解决这一问题的必然途径1。机械式立体车库具有空间利用率高，节省城市有限的土地资源；具有建造成本较低、建造周期较短；车辆停放入车库快速便捷、自动车库更加安全，还具有节约能源等优点。同时自动立体车库还可以在有限的土地上停放更多的车辆，便于集中管理，减少管理费用和人员等的优势，在各个小区或空地都可以根据当地的实际情况进行立体车库的建设，可大大缓解这些地方停车难的问题，这对现在车库紧张的小区和其他人员较多的公共场所提供了很好的解决方法。因此，机械式立体车库具有广阔的应用前景。而自动立体车库的结构设计是车库建设及运行的重要环节，其设计水平与质量直接影响到用户的安全和建造成本。合理的结构设计可最大限度的利用有限的土地空间，缓解城市中停车难的问题。而目前我国自动立体车库加工生产厂家没有统一的标准：大多数自动立体车库行业的生产厂家大多以国外现有产品或技术为基础进行制造，对产品创新开发能力差，没有自己的知识产权；我国对立体车库的新技术引入研究较少，而对立体车库的主体结构框架钢研究和优化才刚刚起步，不能形成较大的生产加工规模。机械式自动立体车库种类较多，按照现在立体车库的发展，可将它分为巷道堆垛式立体车库，垂直升降式立体车库，垂直循环式立体车库，圆形水平循环式立体车库等。根据运行方式和结构特点可分为：升降横移式立体车库，水平循环式立体车库，垂直循环式立体车库，多层循环式立体车库，堆垛式立体车库，平面移动式立体车库，垂直升降式立体车库，简易升降式立体车库等八大类2。1、升降横移式立体车库：整机特点，可有效利用空间，提高空间利用率达数倍。存取车快捷便利，其结构使用跨梁结构设计，使车辆出入无障碍。采用PLC控制，自动化程度高，人机界面好，多种操作方式可选配，操作简便，同时环保节能，低噪音。但下层车库必须有一空位用于车库升降。2、垂直循环式立体车库：车库采取垂直方向做循环运动进行对车辆存取的方式的立体车库。垂直循环式立体车库调车时间短，取车快速，占地面积小，可设置在地面上或半地上半地下，可独立或附设在建筑物内，还可多台组合。3、水平循环式立体车库：采用水平循环运动来存取车辆的机械式立体车库。水平循环式立体车库可以省去进出车道，充分利用狭长地形的地方建车库，降低通风装置的费用，若多层重叠可为大型停车场，但车库只有一个出入El，存取车时间较长，实用性差。4、简易升降式立体车库：其结构大多为一个车位泊两台车，构造简单实用，无需特殊地面基础要求。适合装置于工厂、别墅、住宅停车场 。5、多层循环式立体车库：其工作原理是使载车板作上下循环运动来进行车辆的调取工作。6、堆垛式立体车库：通过升降机、行走台车及横移装置输送载车板实现存取车操作，整个过程全自动完成，可设置于地上或地下，充分利用有效空间。载车板的升降和行走同时运行，存取车方便快捷。全封闭式管理，安全可靠，保障人、车安全3。从机械式自动立体车库的类型上看，应用较多的是升降横移式立体车库，占自动车库总量的绝大部分，其所占比例随着机械式立体车库的发展还会继续上升4。所以本文详细对升降横移式自动立体车库结构设计进行研究。1.2国内外的发展概况机械式立体车库经过几十年的发展，已由初期的半自动化控制方式发展到全自动化的控制方式；机械结构也发展到了模块化设计，便于组合、拆卸；使用材料和工艺也都有了突飞猛进的发展5。如今，立体车库在西欧、东南亚、韩国、日本都得到了广泛的应用，形成了一个包括制造、安装、使用和维修的行业6。国外的发展状况国外经济发达国家其自动立体车库在过去的几十年中已经得到了充分的发展。日本是一个人口众多人均土地资源较少的国家，由于其经济发达，停车难的问题早就出现，同时也带动了自动立体车库的发展、使其发展至今已经较为完善，现已经发展出较多车库种类。同时日本在车库的技术研究与开发、制造、管理等方面的水平都处于亚洲领先地位，所建成的立体停车场的数量和其容车量也居于世界前列。如今在日本全国建设并使用的自动立体车库的停车位已有300万个，大部分自动立体车库是升降横移式车库。而日本的优势主要在多层升降横移车库、水平循环车库、垂直循环车库、简易升降车库、垂直升降车库等产品上。而在韩国自动立体车库的技术发展主要受到其邻国日本的技术影响。韩国的立体车库产业从上世纪70年代中期进入起步阶段，在发展过程中又从其邻国日本引进相关技术，再对引进技术后不断改进，最后90年代立体车库展业进入大规模使用阶段。经过这几个阶段的快速发展再加上韩国政府的大力支持，自动立体车库在韩国国内得到大规模的应用和再开发，使得韩国这几年的自动立体车库产业增长速度加快到30左右7，使现在其产业进入稳步发展阶段。国外的机械式立体车库发源于上世纪20年代的美国，美国建成世界上第一座机械升降汽车库，但需要由司机自己开车来完成车辆的存取；50年代以后，伴随着小汽车的大量增加，在西欧、东南亚、韩国和日本立体车库也得到了广泛的应用，并形成了一个包括制造、安装、使用和维修的行业完整体系8。这些国家和公司从上世纪六十年代初就开发并使用可最大限度地利用空间的机械式停车设备，经过几十年的不断发展，自动立体车库从结构、控制、驱动、监测等方面不断地更新换代，日趋完善。而自动立体车库的外形也发生了较大的变化，使原来生硬机械钢架子的立体车库变成了一道独特的城市景观。国内的发展现状我国经济快速发展的同时汽车的数量也在快速发展，尤其在我国的大中城市。汽车数量的增长同时也造成了路面的拥堵，许多车辆面临着停车难的问题。面对这些问题，我国需要大量的停车设施和相关配套设备。据有关方面统计，截止到2008年底的数据，我国生产汽车数量增长到近一千万台，同比增长5左右9。由于我国停车位新建的速度远远达不到每年汽车增长的数量，致使每年我国仅在停车位的缺口数量就在300多万个左右，城市现有的停车位远远不能满足人们的需要。当前我国的车位数量与汽车数量之比约为1: 5，而正常的平衡比例应当是1: 1.2，与我国现有情况差距很大，需要大量增加停车位，在城市土地资源紧缺的情况下通过地面增加车位己成为城市发展的巨大矛盾指引10。为了解决这些，我国从二十世纪八十年代开始使用机械式停车设备。此时我国的立体车库技术较为落后仅只能进行自我的研究和开发，此阶段生产企业无法满足用户的需求，而自动车库种类单一，技术落后，无法满足用户较大的要求。到二十世纪九十年代，我国开始从国外引进技术，由于大量国外企业进入中国的立体车库行业，形成了比较多的中外合资企业。而有些有实力的中国企业开始向国外引进先进的技术，在国内由于其生产成本与国外相比较为低廉，这些企业利用国外先进技术并根据我国现有经济情况开发出符合我国的先进的自动立体车库。到如今经过近30年的发展历史，尤其是2000年以后得到了高速发展，现在我国的自动立体车库行业正处于快速发展阶段并很快进入稳定发展阶段，未来市场巨大。尤其在，我国的大中型城市中，自动立体车库需要巨大。但用户对产品的要求有两点，第一点是降低产品的价格，第二点是提高产品技术和性能。随着我国经济持续快速发展，城市规划不断完善，自动立体车库将使一个充满生机的朝阳产业，它的技术将得到长远发展。在我国随着现代各种高科技技术的发展，诸如计算机技术和电子技术的高速发展，越来越多的新功能被引入到立体车库中，让其向专业化、复杂化和智能化方向发展。重点表现为以下几个方面：专业化:立体车库系统稳定可靠能正常运行而不出故障是用户的首要要求也是一套停车场系统的重中之重。制造厂家的专业化程度越来越强如保证设备的可靠性立体车库的软硬件设施及各种设备的配套都达到专业化程度。复杂化:立体车库产业正在向多元化方向发展它已经不仅是纯粹的机械设备还包含了当今机械、电子、建筑、液压、光学、磁控、管理和计算机技术等领域的大量先进技术。立体停车系统己经日臻完善如汽车出入车库时采用声光引导和定位、汽车尺寸和重量自动识别、限速保护与多重机构互锁、停车泊位自动跟踪、链绳长度超范围报警和弹性变形自动补偿、汽车安全检测、图像识别技术、科学管理等各种领域先进技术的综合使用已经使立体车库成为一个独立的大型复杂的高技术设备。智能化:一些新技术正在迅速进入该领域如变频技术、全电脑控制系统、导航定位技术、停电及电源故障的自动判别排除及处理系统等14。车库可以将汽车自动停放到合适的位置可实现无人操作11。但在我国现有的自动立体车库产业发展并不十分完善，如在我国车库行业中并没有可依据较高的行业技术标准；大部分车库是根据或引进国外先进技术进行设计制造，但技术水平不高；并且我国国内并没有较大规模的车库生产加工企业，其大规模量产能力明显不足。在国内自动车库市场竞争无序，小型企业为抢占市场份额，进行恶性竞争；同时我国没有相关的部门参与详细研究，使其技术创新能力落后于其他国家；国家也没有相关政策进行扶持。为了解决上述问题，国家需要出台相关市场政策、管理方案等。虽然立体车库在我国的发展势头非常的迅猛，但是目前立体车库在住宅小区内的应用，却还是少的可怜。其主要原因还是人们的思维观念没有转变过来，而技术上的问题已经退居其次。可以说，当前的技术已经完全可以满足小区内建造立体车库的主要要求，急需解决的是人们的思想问题12。伴随着我国住房业的迅速发展，小区式居住方式已经成为市民住房方式的主流。并且，伴随我国经济的迅速发展，人们拥有自己的私家车也已经成为一种必然。所以，正是由于小区与私家车的数量越来越多，一旦人们的思想方式转变过来，那么应用于小区内的立体车库必将会如同雨后春笋般迅速地生长起来。而且，立体车库的技术也必然在今后的若干年内有大幅度的发展13。所以，无论是立体车库技术的研究，还是立体车库工程的建造，发展前景都是非常乐观的，都必将在不久的将来得到丰厚的回报。1.3本章小结本章主要介绍了自动立体车库的主要研究内容和及其意义，详细对自动立体车库的国内外发展情况做了详细介绍，在我国自动立体车库有较大的发展前景。本文将对车库主体结构设计，关键部件校核，传动部件及液压系统的设计和主要机械部位总装配图及主要零件图。2 自动立体车库的总体设计方案目前，立体车库主要有以下几种形式：升降横移式、垂直循环式、简易升降式、垂直升降式、平面移动式、巷道堆垛式14。而在中国使用较多的是升降横移式自动立体车库和简易升降式车库，升降横移式自动立体车库具有存取车快捷便利，结构简单等优点。而简易升降式车库所能停车辆数量较少不适合较大规模应用，无法满足较大空间的大规模布置。所以选择升降横移式自动立体车库进行设计。如图2.1 所示为升降横移式立体车库示意图。图2.1 升降横移式立体车库示意图2.1 升降横移自动立体车库选型升降横移自动立体车库按照主框架可分为两种。1四柱结构型式：这种型式的停车设备的钢结构框架稳定性好，有较好的强度和刚度，特别适用于多层式或重列式的升降横移类停车设备。2二柱结构型式，亦叫后悬臂型式立体车库如图2.2所示：这种型式的停车设备的最大优点是视野宽阔，存取车方便。缺点是对设备运行的稳定性和结构框架的强度、刚度、设计要求严格。图2.2 后悬臂型式立体车库示意图按车位布置形式分可分为全地上布置，半地下布置，重列式布置。全地上布置：有二层、三层、四层、五层，一般不超过五层，但也七层以上的，有的还做到了18层，但相对于低层提升速度要提高以保证客户使用要求。半地下布置：这种布置形式比全地上布置能多建车位，空间利用率高，但土建投资大。重列式布置：（对于只能设置一个车道，或设置两个车道太浪费，但有能停放两排或两排以上车辆长度的停车位时，可用这种方式布置）这种布置可充分利用平面减少车道占地，但进出车较麻烦一些。由于车库要求结构简单充分利用土地，所以选择第四柱结构型式的两层立体车库进行设计。2.2 自动立体车库提升方式的选择升降横移自动立体车库的提升方式有六种：（1）钢丝绳式提升型式（2）链条式提升型式（3）液压式提升型式（4）螺杆式提升型式（5）液压马达、钢丝绳组合提升型式（6）链条、钢丝绳组合提升型式而车库选用液压马达、钢丝绳组合提升型式，其优点是结构紧凑、响应速度快、低速平稳性好，并且产生噪音低，其升降传动方式如图2.3 所示 图2.3 自动立体车库提升装置示意图而车库横移传动方式也可选用液压马达带动导轮进行传动，其优点是可与升降系统使用同一液压泵减少了系统的占用空间。2.3 自动立体车库的其他部件自动立体车库的其他部件还包括载车板，安全系统，横移系统，横移系统，控制系统等。载车板是用于车辆停放以及移动升降车辆的载体，所以载车板设计必须稳定安全便于用户停放车辆。而载车板按照其结构形式可分为两种，一种是拼装式一种是整体式11。拼装式载车板主要使用普通钢板弯折成形，载车板面板使用波浪板冲压成形，并用螺栓固定。整体式载车板使用防滑花纹钢板焊接在加强筋上而成。由于整体式载车板加工方便快捷，稳定安全性高。所以车库设计中使用整体式载车板。安全系统是用于防止上层车辆和载车板坠落砸坏下层车辆或砸伤驾驶员的重要车库组成部分。上层载车板安全系统可分为防坠钩和防坠架。其中防坠钩安装于上层载车板上当上层载车板到位后防坠钩固定住载车板来实现防坠目地。而防坠架安装固定在下层载车板上，但体积较大不便于用户在下层停放车辆。经过上述分析选择防坠钩进行对车辆人员的安全防护。横移系统是用于底层车位横移的主要部件。控制系统是控制车辆移动的系统。2.4 自动立体车库的设计参数停车位设计最大尺寸5200mm2250mm1600mm；最大停车质量为1800kg；车库共两层上成层可停放3辆车，下层可停放2辆车，车库使用PLC进行控制；车库载车板提升时间 10s；下层载车板横移时间 10s。2.5 自动立体车库结构设计的内容及要求自动立体车库主体框架钢结构由前、后支撑柱，前、后横梁，纵梁等组成。传动系统安装在主体框架的纵梁与后立柱上，包含液压缸，传动的链条链轮，链条张紧装置和钢丝绳。载车板与钢丝绳相连进行提升，而下层载车板通过电机和导轨进行横移。自动立体车库必须具有足够的强度和刚度，才能安全稳定工作。升降横移式自动立体车库的结构设计主要包括：主体框架、传动系统、载车板及安全防护装置。2.6 本章小结本章主要确定了自动立体车库主体设计的重要参数，选择二层式升降横移自动立体车库，其采用液压传动方式进行提升和横移运动，使车库运行更加平稳。还确定了自动立体车库的安全防护等其他技术要求。3 自动立体车库主体框架设计自动立体车库主体框架在车库稳定和安全中起着很大作用，是车库的基础要进行详细的校核。 3.1立体车库的工作原理 图3.1 立体车库的工作原理图升降横移式立体车库是指利用载车板的升降或横向平移存取停放车辆的机械式停车设备。如图3.1所示上层载车板只作上下移动，下层载车板只作左右横移。立体车库工作原理当车辆驶入车库，用户根据需要选择所需停车位置。当用户选择上层空载车板时如1号载车板，控制系统会先控制5号载车板向有移动，5号载车板移动到位后系统控制4号载车板向右移动，下层载车板无法同时移动。此时1号载车板下方有空位，控制系统控制1号载车板下移等待用户将车辆驶入，用户将车辆停放好并确认后，提升装置带动载车板提升到二层固定位置。下层载车板只作横移，为上层车库下移留出空位，所以下层有一个空位。而用户选择下层车位时，可将车辆直接驶入车库，但不能驶入无载车板的空位。用户取车时，停放在下层载车板的汽车可直接驶出车库，停放在上层载车板的汽车操作过程与停车过程类似。升降横移式自动立体车库通过这种停车方式可更有效的应用土地，增加单位面积停放汽车的数量。3.2自动立体车库钢结构设计立体车库一般主要以钢结构和钢筋混凝土为主，在升降横移式车库中可选用钢架结构或钢筋混凝土。钢架结构与其它建筑结构相比，具有可靠性高，材料的强度高，钢结构自重小，材料的塑性和韧性好，钢结构制造简便，施工工期短等优点。而使用钢筋混凝土建设车库，建设周期过长同时也无法满足其精度要求。由于自动立体车库对其结构精度要求比较高，所以选用钢结构进行设计。如图3.2 所示自动立体车库钢结构框架图，包括前后支撑柱，纵梁和横梁。图3.2 立体车库的框架原理图3.2.1 支撑柱设计1支撑柱受力分析车库停放车辆最大质量为1800kg，其车辆前后轮载荷以3: 2分布进行计算；载车板质量为约为600kg；每个车位满载为2400kg；图3.3 立体车库的支撑柱受力图当车库空载时支撑柱的受力如图3.3 所示： （3.1）式（3.1）为车库受力计算；其中为前支撑柱所受的力；其中为前支撑柱所受的力。当车库满载时支撑柱的受力： （3.2） （3.3）式（3.2）（3.3）为车库受力计算。，所以对前支撑柱进行校核。由于支撑柱主要受压应力和剪切力作用，而支撑柱受剪切力影响较小，所以主要对支撑柱的压应力进行校核和稳定性分析。2支撑柱的材料选择和校核根据材料力学附录表4，选用20a热轧工字钢（GB 70688）15，材料使用Q235A；图3.4 20a热轧钢示意图20a热轧工字钢参数：屈服极限；弹性模量； 比例极限；抗拉强度 ；高度 h=200mm；腿宽度 b=100mm；腰厚度 d=7mm；横截面积 W=35.578cm；惯性矩 ，；截面系数 ，；惯性半径 ，；支撑柱屈服强度校核： ； （3.4）式（3.4）为支撑柱屈服强度公式。支撑柱屈服强度远大于7.08Mpa，所以符合屈服强度要求。支撑柱的稳定性校核：压杆的长度因数，由于压杆的约束条件是一端固定一端自由，所以；惯性半径；支撑柱长度 ；支撑柱的柔度： （3.5） （3.6）式（3.5）（3.6）为支撑柱的柔度计算公式。根据材料力学表9.2：,； （3.7）式（3.7）为直线公式的最小柔度计算公式。支撑柱的柔度大于和，则前立柱属于细长杆，应按欧拉公式计算临界载荷。立柱的工作载荷；由欧拉公式求得临界压力；金属结构中的压杆安全系数 （3.8）式（3.8）为临界压力计算公式。前支撑柱的稳定安全系数 （3.9）式（3.9）安全系数计算公式。所以满足稳定要求。3.2.2 横梁受力分析横梁主要受载车板和汽车重量所产生的拉应力和弯曲应力作用，根据材料力学附录表4，选用20a热轧工字钢（GB 70688）15，材料使用Q235A 图3.5 横梁图图3.5 横梁图纸所示其总长度为，纵梁以的间距分别连接与横梁上，通过螺栓进行连接。对横梁进行受力分析，并绘制受力简化图，如图3.6 所示。图3.6 横梁受力分析图根据图3.6 所示由静力平衡方程式求出A,B两点处的支反力和：前横梁受力： （3.10）式（3.10）为前横梁受力计算公式。后横梁受力： （3.11）式（3.11）为后横梁受力计算公式。由于前横梁所受的力大于后横梁所受的力，所以对前横梁进行校核。 （3.12）式（3.12）为AB两点支反力计算公式。四个集中力作用在截面上的弯矩分别为，; （3.13）式（3.13）为横梁弯矩计算公式。从图中可得最大弯矩; （3.14）式（3.14）为横梁弯曲许用应力计算公式。符合弯曲许用应力条件。校核梁的切应力查表得；。由剪力图得：,代入切应力强度条件， （3.15）式（3.15）为横梁切许用应力计算公式。进过校核横梁满足正应力和切应力强度条件。3.2.3 纵梁受力分析根据材料力学附录表4，选用20a热轧工字钢（GB 70688）15，材料使用Q235A；图3.7 纵梁图如图3.7 所示纵梁图纸，纵梁长度为，其固定点的间距为，固定点离纵梁两端分被为。纵梁主要受载车板和汽车重量所产生的拉应力和弯曲应力，对纵梁进行受力分析，并绘制受力简化图如图3.8 所示。图3.8 横梁受力分析图由静力平衡方程式求出A,B两点处的支反力和：左右纵梁：；中间纵梁 （3.16）式（3.16）为纵梁受力计算公式。由于中间纵梁所受的力大于左右纵梁所受的力，所以对中间纵梁进行校核。; （3.17）式（3.17）为AB两点的支反力计算公式。四个集中力作用在截面上的弯矩分别为，; （3.18）式（3.18）为纵梁弯矩计算公式。从图中可得最大弯矩； （3.19）式（3.19）为纵梁弯许用应力计算公式。符合弯曲许用应力条件。校横梁的切应力：查表得；由剪力图,代入切应力强度条件， （3.20）式（3.20）为纵梁切应力计算公式。所以横梁满足正应力和切应力强度条件。3.3 载车板受力分析校核根据材料力学附录表4，选用14b热轧槽钢（GB 70688）15，材料使用Q235A；如图3.9 所示，载车板的总长度为5.5m,而载车板受到力为,受力的长度为。对载车板进行弯曲变形校核。图3.9 载车板图纸对载车板受力分析，如图3.10 所示：图3.10 横梁受力分析图上层载车板使用钢丝进行固定升降，其载重后不能变形过大，否则会影响其正常运行，对车辆安全产生影响。所以对载车板进行校核。根据材料力学书，挠曲方程为： （3.21）式（3.21）为挠曲计算公式。最大挠度为： （3.22）式（3.22）为最大挠曲计算公式。其中弹性模量；惯性矩 ，；受力长度； 计算得：；经校核后载车板的变形量仅为，满足要求。载车板的强度校核：载车板共使用4根相同的热轧槽钢 （3.23）式（3.23）为弯矩计算公式。查材料力学附录表3，最大应力为： （3.24）式（3.24）为载车板强度校核计算公式。所以载车板使用14b热轧槽钢满足强度要求， 同时也满足挠度要求。3.4本章小结本章主要对自动立体车库框架主体进行设计校核，其中包括立体车库的支撑柱的材料选择再对其进行稳定性校核，纵梁和横梁的材料选择以及正应力和切应力强度的校核。本章还对载车板进行材料选择，强度和扰度校核。4 自动立体车库的传动系统立体车库的传动系统大多采用的是机械传动，而采用液压传动的较少。液压传动与机械传动相比较而言有较多优点。自动车库中液压传动最大的优点是噪声小，工作较平稳，单位体积重量轻，易于进行自动化控制。在如今人们注重居住舒适情况下，液压传动对立体车库噪声的减小有很大帮助，这可以使自动立体车库有更大的应用空间。因此，在欧美等发达国家自动立体车库已向液压传动方式发展。4.1 上层载车板提升装置设计上层载车板是使车辆从地面提升到上层并提供安全稳定的停车空间的重要提升装置。所以上层载车板选用卷筒，导轮，钢丝绳和液压马达来完成一系列提升运动。4.1.1 升降传动系统设计升降系统安装车库的顶部，卷筒，液压马达和传动轴安装在后横梁上，导轮安装在纵梁上。根据设计需要选择卷筒，根据起重设计手册选取T153卷同组，其参数为，最大提升高度为,起重量为,其配套选用的钢绳直径为。载车板提升时需要导轮和卷筒组共同运动才能完成。如图4.1所示：图4.1 提升机工作原理计算作用在卷筒上的力；卷筒受到汽车重量载车板重量之外，还受到导轮所产生的摩擦力。其钢绳与导轮之间的摩擦系数。故有 （4.1）式（4.1）为卷筒组受力计算公式，式中为液压马达所受的力。所以液压马达所受力为28800N，根据液压传动与气压传动表确定液压驱动的压力为。根据液压气压传动与控制，液压马达结构简单，噪音和流量脉动小，适用于负载扭矩不大，速度平稳性和噪声要求较高的场合。所以选择叶片液压马达。液压马达基本参数为：排量，转速，输出扭矩。液压马达出油口为与进油口的压力为其压力差为，所以液压马达可将油直接流回油箱。由于升降系统采用叶片式液压马达，使系统实现恒速升降。载车板离地高度为，液压系统在10秒内完成升（降）过程；故速度应大于 （4.2）式（4.2）为载车板速度计算公式。取速度；由于载车板与钢丝绳相连，钢丝绳与卷筒相连，故卷筒的线速度也为；卷筒的角速度： （4.3）式（4.3）为卷筒的角速度计算公式。卷筒的转速； （4.4）式（4.4）为卷筒的转速计算公式。液压马达转速为，传动系统采用链轮传动，其传动系数；液压马达的流量为： （4.5）式（4.5）为液压马达的流量计算公式。由于液压系统管路布置的不确定性，整个液压回路损失大约为，流量损失约为；所以：；根据上述数据选择液压泵，其流量为，转速。由于液压泵无法将电动机的驱动完全转化，所以液压泵的效率取，根据上述数据对液压泵电动机进行选型： （4.6）式（4.6）为液压马达的功率计算公式。根据所需转速和功率选择电动机；查机械手册选择型电动机，电动机额度功率为，电动机转速为。4.1.2 升降液压系统设计根据上述参数设计液压系统回路，每次车库只能有一辆车做升降运动，升降完成后控制系统才能进行其它运动。如图4.2所示：1为过滤器，2为液压泵，3为可调节流阀，4为直动式溢流阀，11为液压表；5，7，9为三位四通电磁阀；6，8，10为液压马达；1YA,2YA为5号三位四通电磁阀的两个电磁阀；3YA,4YA为7号三位四通电磁阀的两个电磁阀；5YA,6YA为9号三位四通电磁阀的两个电磁阀；图4.2 提液压系统工作原理图表4-1 电磁阀动作顺序表动作1YA2YA3YA4YA5YA6YA1号载车板上升 +1号载车板下降+2号载车板上升+2号载车板下降+3号载车板上升+3号载车板下降+表4-1为自动立体车库液压系统的电磁阀动作顺序表，其中加号为得电，减号为失电。4.1.3 升降液压系统链轮设计上层载车板通过传动轴提升汽车，而液压马达通过链轮与传动轴连接。为了保证其传动的稳定和安全性，对链轮进行选择校核。由于传动轴的转速为，远小于，其链传动为低速链传动。链轮抗拉静力强度不够易受破坏。所以根据机械手册对链轮行抗拉静力强度计算：； （4.7）式（4.7）为抗拉静力强度计算公式。式（4.7）中为链的抗拉静力强度的计算安全系数；为单排链的极限拉伸载荷()；为工作情况系数为1；为离心力引起的拉力取0；为垂直拉力；为链的有效拉力系数1。根据机械设计选择链号16；初步选择ISO链号为20A,其节距；排距，单排抗拉载荷为。根据式（4.7）为抗拉静力强度计算公式；其安全系数过小不符合要求。重新选择ISO链号为28B,其节距；排距，单排抗拉载荷为。根据式（4.7）抗拉静力强度计算公式；其安全系数大于6符合要求。由于链速小于，；所以液压马达的链轮齿数取14齿，液压马达与传动系数；取传动轴参数为7，传动链轮确定。计算链轮的分度圆直径： （4.8）式（4.8）为链轮的分度圆直径计算公式；其中为链轮节距。根据式（4.8）链轮的分度圆直径计算公式；液压马达链轮分度圆直径；液压马达链轮分度圆直径。4.1.4 升降液压系统传动轴设计上层载车板通过传动轴提升汽车，传动轴要承受载车板和汽车的所有重量，所以对传动轴要求较高。传动轴选用的无缝钢管，无缝钢管的厚度为；传动系统的卷筒和链轮都焊接在钢管上，但必须焊接牢固。若焊接出现虚焊会使卷筒或链轮在运动中脱落，引起车辆掉落，造成严重的事故。焊接时也要保证卷筒，链轮与传动轴的同心度，若误差较大会使链轮卷筒与传动轴的震动加大，影响传动系统的稳定性和效果。传动轴的长度为，卷同组焊接在离传动轴端处，而链轮焊接在传动轴的中间部位。对传动轴进行受力分析：如下图4.3所示：其中为卷筒直径，为链轮分度圆直径。图4.3 传动轴扭矩图 （4.9）式（4.9）为无缝钢管壁厚计算公式。其中；为无缝钢管直径；为液压马达的最大扭矩： （4.10）式（4.10）为链轮的扭矩计算公式。将数据代入式（4.9）中；经校核选择无缝钢管，其壁厚为;选择材料为45钢。4.2 横移液压系统设计下层载车板做横向移动，移动距离为。载车板在地面的水平轨道上做恒速运动，载车板由分布在前后导轮的液压马达带动运行。载车板在导轨上运动只需克服导轮与导轨之间的最大摩擦力： （4.11）式（4.11）为摩擦力计算公式。其中和分别为车辆和载车板重量；为摩擦系数；导轮直径；导轮所受的扭矩； （4.12）式（4.12）为导轮扭矩计算公式。载车板运动速度； （4.13）式（4.13）为载车板速度计算公式。导轮角速度； （4.14）式（4.14）为导轮角速度计算公式。导轮转速； （4.15）式（4.15）为导轮速度计算公式。液压马达的选型：由液压马达的工作阻力查液压传动与气压传动确定工作压力为。根据上述参数选择叶片式液压马达，其转速为，流量为。由于液压系统管路布置的不确定性，整个液压回路损失大约为，流量损失约为；所以：；其液压原理图与升降载车板原理相似，如下图4.4所示：图4.4 下层载车板液压原理图图4.4中1为过滤器，2为液压泵，3为可调节流阀，4为直动式溢流阀，9为液压表；5，7为三位四通电磁阀，6，8为两台相同液压马达。4.3本章小结本章主要对自动立体车库传动系统进行设计校核，其中包括立体车库上层载车板的提升装置设计，液压马达的选型，液压系统的设计，链轮的设计校核以及传动轴的设计校核。本章后半部分为下层载车板的液压传动设计，以及液压系统设计。5 车库的配套系统自动立体车库包括安全系统，配套辅助系统和控制系统等组成。这些系统能够保证自动立体车库的正常运行。5.1 安全系统车库的安全防护对与整个车库的正常运行有着非常重要的意义，在车库中的车辆的价值往往有很大的区别，有些车辆的价值往往很高需要得到很好的安全防护。同时在停放车辆的过程中，也要对车辆驾驶员以及周围人员进行有效的安全防护。对于升降横移式自动立体车库，必须包括以下几点的安全防护装置：1防火装置：在车库中一些易燃物品存放处必须安装温度传感器或烟雾传感器，如液压油箱汽车油箱，并将这些传感器与报警器或控制系统相连。2.阻车装置：在立体车库停车时，汽车司机必须要把车停在载车板合适的位置上，由于载车板的大小有限，使这一停车过程变得繁琐。所以要在载车板的尾部安装上一定高度的阻车板来帮助司机停车。也可在载车板的后部安装限位开关，当汽车尾部超过便会报警提醒用户。同时也要在各个运动装置处安装限位开关，防止运行时出现故障。3.载车板防坠落装置：当上层载车板提升到位后，需要对其固定，以防止出现机械故障使车辆坠落造成财产损失或人员伤亡。防坠落装置一般有以电磁驱动的防坠挂钩或安装在下层的防坠落架。4.急停装置：在车库运行过程中出现异常情况，可以使车库立刻停止运行。这一装置应安装在醒目处，并有相关提示。上层载车板在整个车库中是较为危险的部分，所以要对其进行更好的防护。如图5.1 所示载车板防坠钩其工作原理：图5.1 防坠钩原理图当上层载车板提升到所需位置后电磁铁断电，弹簧带动挂钩挂住载车板。当用户取车时电磁铁通电，吸引衔铁带动挂钩松开载车板，然后液压马达运行放下载车板。用户去完车后重复上升过程。立体车库除了车库主体外还需配套其他设备：1.照明设施：在车库中必须安装足量的照明设备方便用户在地下或夜间存取车辆。照明设备可由手动或采取自动控制的方法进行操作，并安装传感器可在无人情况下关闭照明，以便节约能源。2.排水设备：在车库中排水照明设备以便排出积水，防止电器短路造成事故。排水设备可采取自动控制的方法进行操作，并安装传感器可在无人情况下自动开启排除多余积水。3.检测设备：在车库运行时有人或其他物体进入车库安全范围内，车库将自动停止运行，直到检测设备不再检测到目标后，才能手动开启自动车库进行复位操作。4.安全标识：在车库各个危险部件上都应该贴有安全标识，提醒用户安全使用。5.2 立体车库的控制系统立体车库采用PLC对其进行控制管理。而PLC是种专门在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。自动立体车库的控制系统包括弱电系统和强电系统。其中弱电系统主要包括各种信息采集系统、报警系统和控制输出输入装置等。强电系统包括液压泵电机线路、照明装置线路及排水装置管线。而PLC通过对输入信号处理后，输出所需信号给交流接触器对其进行通断控制，以此来控制相应的电路。立体车库采用车位检测装置进行快速停放车辆，再用升降装置输将汽车和载车板提升到指定位置。系统在面板处设有急停开关，当发生意外时，按下急停开关，断掉所有电机的电源，使载车盘无法继续运行，以保护人员及设备的安全。图5.2车库系统控制原理框图自动立体车库的控制原理如图5.2所示：当用户需要停放车辆时，用户可以先通过控制面板选择所需车位，控制系统控制车库将车位移动到所需位置。用户停车时，车库控制系统会根据传感器的信息进行提示，以便完成停车过程。停车完成后，系统会将车位送回原处。自动立体车库中需要在关键部位安装传感器，这些传感器可以将检测的信息输入给控制系统用于监控自动立体车库中车辆和人员的状况。在电器控制电路上，也要设置继电器、断电、缺相、断相和相序保护等设备，用于电路的控制。同时控制系统也要根据这些信息对液压系统的各个电磁阀进行控制，以达到对车库升降横移控制。其具体工作原理，如下图5.3所示：图5.3 PLC的硬件系统结构框图如图5.3所示PLC包括处理器，电源，存储器，输入输出部件以及I/O端口组成。自动车库的控制系统可根据不同的PLC系统进行编程控制，来完成车库所要求的一系列动作。其中控制系统必须对液压电机进行有效的控制。如图5.4所示为电动机主电路图：图5.4电动机主电路如图5.4所示车库控制系统可以控制KM3的闭合来控制液压电机地运行，来实现立体车库升降和横移运动。自动立体车由于其自动控制系统，车库可以采用多种方式进行操作。自动立体车库可以使用控制面板，IC卡或由专职操作员进行操控，而在不同场合可以有不同的选择。1.控制面板：控制面板操作简便方便，用户可根据自己的需要车位。用户在控制面板上输入车库位置系统将自动调整车库，便于用户停放车辆。取车用户同样使用控制面板输入车辆所在位置，完成取车过程。由于控制面板的特点，其主要用于公共场所等需要临时停放车辆的地方。2.IC卡：IC卡使用可大大简化操作过程，用户只需将IC卡在感应区刷卡，系统识别后会将IC卡所对应的车位降下使用户完成停车或提车过程。IC卡主要适用于小区等使用固定车位的场所，可防止车位被他人占用。3. 专职操作员进行操控：车库由专门的人员进行管理，用户可将车辆交给工作人员进行管理。它主要适用于大型车库的日常管理与运行。5.3 本章小结本章主要内容介绍了安全防护装置和其它配套装置在自动立体车库中起到非常重要的作用，介绍了防坠钩的作用及运行方式，以及其它配套装置的用途。车库控制系统，介绍了控制系统的原理及组成部分以及简介了电动机的主电路。本章还简介了操作系统的操作方式。6 结论与展望6.1结论大学期间最后的毕业设计就快结束了，这次毕业设计是过去四年所学的基础理论知识、专业理论知识等知识综合应用，也是踏上社会和工作岗位的最后一次试炼。通过这次毕业设计，我深深体会到做任何事都必须耐心、细致。在这次毕业设计中，不仅是对以前知识的复习，也从中学到其他的专业知识。让我对自己所设计的自动立体车库有了十分详细的认识，也进一步对其设计要点有了自己的认识。本次自动立体车库结构设计不仅仅是对钢结构进行设计校核，也设计了车库的液压系统，详细介绍了液压系统的工作原理。6.2不足之处及未来展望毕业设计所设计的立体车库，在快速发展的中国有很大的应用前景。但立体车库目前在我国应用还较少，它的设计水平、经济价值还有待于完善和开发，但我国市场大量需要低价格的机械停车设备。这也使立体车库结构向更加简洁紧凑的方向发展。但本文所设计的立体车库还有较多的方面有待优化，使其结构更加简单。在未来自动立体车库还是有很大的市场空间，只要与时俱进发展更加先进自动的车库，这一项目才能满足未来的要求。致 谢毕业设计是对我们大四学生的一次综合考验，是对我们四年学习任务的考察，在毕业设计的过程中，我们不但可以跟老师学习新的知识，还能拓宽我们的视野，对以往学过的内容也起到复习的作用。 在此次毕业设计中，指导老师黄老师和朱老师给了我极大的帮助，从论文的选题到设计，导师自始至终都给予严格而细致的指导，他们严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、学习中的榜样。与此同时还要感谢跟我一组的同学们，他们的支持也给予了我很大的帮助，同学们之间经常探讨一些问题，也让我在此次设计中学到更多的专业知识。