升降横移立体车库

第一章 绪论1.1立体车库的背景和意义随着我国城市经济和汽车工业的迅速发展，拥有私家车的家庭越来越多，而与此相对应的是城市停车状况的尴尬。停车问题是城市在发展过程中出现的静态交通（车辆停放状态）问题，静态交通是相对于动态交通（车辆行驶状态）而存在的一种交通形态，二者相互联系，互相影响，停车设施是城市静态交通的主要内容，随着城市的不断发展，各种车辆的不断增加，对停车设施的需求也在不断增加，如果两者之间失去平衡，城市里就会出现停车难的一系列问题。数据显示，最近几年我国城市机动车辆平均增长速度在15%-20%，而同时期城市停车基础设施的平均增长速度只有2%-3%，特别是大城市的机动车拥有量的增长速度远远超过停车基础设施的增长速度，因此，我们必须重视城市停车难的问题，并积极探求解决的措施。专家们指出，解决城市静态交通问题，大体分为软硬两种措施。所谓软措施，就是通过政策法规，限制路面停车，提高停车场利用效率，使部分车主更愿意改乘公共交通工具，以减少机动车对停车场的需求。而硬措施，主要包括增建停车场，建设地下及立体停车场、利用其它空间满足停车需求。而无论采取什么措施，在规划后再收拾残局，于局限内弥补不足，政府和管理部门所需投入得精力和资金都不小。图1.1先进的自动化立体车库随着人类社会的不断进步和科学技术的发展，人类的生产、生活方式趋于集中，城市的规模越来越大，人们在城市里的生存空间却越来越小，于是出现了要利用空间的理念，城市中开始建设立体建筑、立体交通和立体停车。作为现代大都市的标志，城市中心商住区高楼大厦林立，社区道路、高架交通干道、立交桥和地下铁路，编织出城市立体交通网，汽车的住宅停车场也有了长足的发展，由平面停车向立体停车，由简单的机械车库向计算机管理高度自动化的现代立体停车演变，成为具有较强的实用性、观赏性和适合城市环境的建筑。伴随着汽车进入家庭，城市动态、静态交通管理制度的不断完善和人们对居住环境要求的提高，给停车产业提供了前所未有发展机遇，停车产业市场前景广阔。作为现代大都市的标志，立体建筑和立体交通都有了显著发展，道路拥挤、车满为患已成为当今快节奏社会中的最不和谐之音，发展立体停车已成为人们的共识。目前我国经济正处在高速发展时期，随着人们生活水平的不断提高，汽车进入家庭的步伐正在加快，停车产业市场前景广阔。机械式立体车库既可以大面积使用，也可以见缝插针设置，还能与地面停车场、地下车库和停车楼组合实施，是解决城市停车难最有效的手段，也是停车产业发展的必由之路。当前，我国许多大城市如北京、上海、深圳都开始大力发展机械式立体停车产业。机械车库与传统的自然地下车库相比，在许多方面都显示出优越性。首先，机械车库具有突出的节地优势。以往的地下车库由于要留出足够的行车通道，平均一辆车就要占据40平方米的面积，而如果采用双层机械车库，可使地面的使用率提高8090，如果采用地上多层（21层）立体式车库的话，50平方米的土地面积上便可存放40辆车，这可以大大地节省有限的土地资源，并节省土建开发成本。 机械车库与地下车库相比可更加有效地保证人身和车辆的安全，人在车库内或车不停准位置，由电子控制的整个设备便不会运转。应该说，机械车库从管理上可以做到彻底的人车分流。在地下车库中采用机械存车，还可以免除采暖通风设施，因此，运行中的耗电量比工人管理的地下车库低得多。机械车库一般不做成套系统，而是以单台集装而成。这样可以充分发挥其用地少、可化整为零的优势，在住宅区的每个组团中或每栋楼下都可以随机设立机械停车楼。这对眼下车库短缺的小区解决停车难的问题提供了方便条件。近年来，随着经济的发展，我国的城市化水平加快和人民生活水平的提高，汽车数量的不断增加。截至2003年底，我国个人汽车保有量为12427672辆。其中，个人轿车4890387辆，比2002年增加1462441辆，增长率为42.7%，但与此同时，汽车停车场地的增长却不能与之同步，汽车泊位与汽车数量的比例严重失调，由此带来停车难、违章停车、停车管理困难等一系列问题。当以往的路边、人行道上停车、地下或地面停车场均解决不了上述问题时，采用机械式立体停车设备是一个非常有效的措施。机械式立体停车设备又名立体车库，它占地空间小，并且可最大限度地利用空间，安全方便，是解决城市用地紧张，缓解停车难的一个有效手段。国家计委已明确机械式立体停车设备及城市立体停车场为国家重点支持的产业，1998年1月1日起执行的国家计委6号令把机械式停车序和立体停车场列入“国家重点鼓励发展的产业、产品和技术日录”，国家海关总署对机械式停车产品规定“国内投资项目给予免征进口税”、上述措施为我国立体车库产业的成长提供了良好的条件、也为我国解决城市停车间题提供了机会。可以预见立体车库具有非常广阔的市场前景。1.2立体车库的关键技术及其国内外研究发展现状1.2.1国外立体车库的研究现状早在50多年前，立体停车就在国外有所发展，先后出现了针对家庭使用的双层停车设备；利用住宅空地建起2-4层升降横移停车设备；适合城市中心商住区使用的停车楼和停车塔；利用广场、建筑物下面的空间建设地下车库。自70年代末起，世界经济高速发展，汽车逐渐普及，保有量不断增加，迫使地少人多、车多的国家、地区和一些发达国家积极开展了机械式停车技术的研究开发和制造应用。以日本、美国、德国等为代表的发达国家在停车技术领域的研究处于世界领先水平，韩国和我国的港、澳、台地区的停车业也通过引进-移植制造，得到了蓬勃发展，较好地解决了本地区的停车难，并开始向外输出技术和出口产品。图1.2国外高容量的立体车库目前世界停车产业正向多元化发展，其停车技术几乎包含了当今机械、电子、液压、光学、磁控和计算机技术等领域的所有成熟先进技术。机械方面，应用了许多新材料、新工艺。设备结构采用模块化设计，便于组合使用，易于安装拆卸。钢结构选用新型优质钢材，既提高了设备的强度和刚度，又使设备轻巧美观，载车板采用一次成型的镀锌板或彩涂板组装，美观、强韧、耐用。控制技术方面，广泛采用可编程序控制器和矢量变频变压调速闭环控制技术，使运行高速平稳，节省电力，振动和噪音也趋于最小。控制形式有，按钮式、锁匙式、IC卡式、键盘式、触摸屏式、遥控式等。安全元件采用各种光栅显示屏、光电管、机械式行程开关、磁性接近开关、光敏感应开关等，安全保护装置日臻完善，如汽车出入声光引导和定位、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、链条和钢丝绳长度超范围报警和弹性变形自动补偿、汽车图象摄影对比安全检测、自动消防灭火系统等。日本是最早应用机械式车库的国家之一，其在上世纪60年代初就开发并使用可最大限度的利用空间的机械式停车设备。当时日本全国汽车保有量大约为500万辆，大多采用的是垂直循环式停车设备。从80年代开始，日本开始向亚洲地区的韩国、中国及台湾地区出口产品及技术。韩国机械车库技术是日本机械停车技术的派生。其机械停车产业从20世纪70年代中期开始起步，80年代开始引进日本技术，经过消化生产和本土化，90年代开始为供应使用阶段。由于这几个阶段得到政府的高度重视，各种机械停车设备得到普遍开发和利用，韩国近几年增长速度都在30%左右。目前韩国停车设备行业进入稳步发展阶段。图1.3韩国LG公司研发的塔式1.2.2 国内立体车库的研究现状我国机械式车库的早期研究开发工作是从80年代中期开始，90年代开始引进和生产停车设备，在北京、上海、广州、深圳等地都有使用。参照日本等国标准制定的我国行业标准也于近几年出台，目前停车设备生产厂已发展到几百家，生产各种类型的停车设备，有些停车设备已开始出口。机械式立体车库是一种具有综合性能的建筑，不仅包含了机械停车设备，其规划建设涉及到区域整体景观、交通疏导、建筑结构、供电照明、通讯监视、通风排水、环境保护、安全消防、收费管理等各学科领域，就停车设备本身而言，其机械结构的发展已形成了停车设备独有的技术特征，需要多学科、多专业的复合型人才积极参与，把国外停车技术和各领域的成熟技术移植到我国停车产业，开发出安全、经济、高效、节能、省地的产品，满足国内外市场的需求。在我国的停车产业发展中还存在一些问题，如没有统一的技术标准；多数产品是仿效或引进国外技术制造，技术水平低；缺少具有一定规模的企业，生产能力不足；市场竞争无序，个别企业为抢占市场，采取低价竞争；缺少科研设计单位的参与，技术创新能力严重不足；政策不配套，对停车产业发展和管理严重滞后等。解决上述问题，需要我们在政策市场、管理和技术多方面做出努力。政策方面应参照发达国家的有关政策法规，规划确定出专用和公共停车位的合理数量，实现投资主体多元化，确定车库的管理属性和停车收费标准，给予投资和经营者相应的优惠政策，使其有利可图。市场方面应建立车库市场运行机制，利用价格杠杆调高占路停车收费标准，逐步消除“路满库空”现象。鼓励按市场规则经营车库，并实施政府监督和政策调控，使停车产业良性发展。图1.4在我国广泛使用的升降横移式立体车库1.3 本毕业设计的主要工作目标和工作内容目前，立体车库主要有以下几种形式：升降横移式、巷道堆垛式、垂直提升式、垂直循环式、箱型水平循环式、圆形水平循环式等。在对国内外各种同类产品进行分析的基础上，再结合造价、技术难度以及用户需求等各个方面的因素，可以发现升降横移式立体车库形式比较多，规模可大可小，而且对场地的适应性较强，同时采用这类设备的车库十分普遍。因此，最终确定研究对象为升降横移式立体车库。1、工作目标：（1）升降横移式立体停车设备总体结构的设计与研究；确定垂直升降式立体停车设备的总体布局、运行方式，然后进行存取车方式、提升系统、钢结构等各个组成部分的总体设计。（2）升降横移式立体停车设备的存取机构设计；在分析比较的基础上，确定车库的存取车形式，然后由此详细设计停车位、载车板和存取机构。（3）升降横移式立体停车设备的升降驱动机构研究；首先通过比较，选定曳引驱动方式作为整个车库的升降方式。然后设计升降平台、安全机构等。并计算升降系统电机所需要的曳引能力、平衡配重的重量等。2、工作内容：（1）结合现实生活中已经建成的升降横移式立体车库的项目，了解立体车库；参观一下柳州市五星街的立体车库，了解车库运行基本原理，了解轿车停车流程，记录立体车库使用注意事项等。（2）参阅了国内外的几种升降横移式立体车库的相关资料，对当前的车库技术发展前沿有了大概的了解，从而把握国内外车库技术的发展趋势和方向；通过网上检索，了解立体车库最新发展概况，以及国外立体车库建设情况等。了解建设立体车库的钢材选用，电机选择，建设方法等。（3）据柳州市五星街的立体车库原型，再根据文献资料。初步选择建造立体车库所需钢材、电机、链轮等组成。（4）依据以上的车库组成部件选型，利用AUTOCAD建立立体车库二维图形。在绘制CAD图形过程中，再对部件选型中不合适的进行替换，以达到最佳效果。（5）归纳、总结并完善报告。结合以上5项计划任务，最后完善论文的总结部分。本章小结：在了解国内外立体车库的发展状况、认真查阅了解立体车库的工作原理、参观柳州市五星街立体车库之后，确定了把升降横移式立体车库作为研究对象。第二章 升降横移式立体车库机械部分设计2.1升降横移式立体车库的基本结构2.1.1升降横移式立体车库简介 1、立体车库的工作原理升降横移式立体车库以钢结构框架为主题，采用电机驱动链条带动载车板做升降横移运动，实现存取车辆。其工作原理为：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。停泊在车库内地面层的车辆：只作横移，不必升降；而停泊在顶层的车辆：只作升降，不作横移；中间层则通过升降横移运动为顶层车辆让出空位，或存取车辆。四层升降横移式的运行原理：该停车设备的出入口在第一层，最高层的停车板只可做升降动作，最底层的停车板只可做横移运动。中间两层停车既可作升降动作又可做横移动作。下上层均设有空位，停车板通过横移动作变换空位，降下空位上方的汽车，取出汽车，最底层汽车无需倒车，便可直接开出。结构框架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我们选用钢架结构。钢架结构与其它建筑结构相比，具有如下特点：a.可靠性高钢材在生产时，整个过程可严格控制，质量比较稳定，性能可靠。钢材组织均匀，接近于各向同性匀质体;钢材的物理力学特性与工程力学对材料性能所作的基本假定符合较好;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，计算结果可靠，所以说钢结构的可靠性高b.材料的强度高，钢结构自重小与混凝土等材料相比，虽然钢材的重力密度大，但它的强度和弹性模量较高，而且强度与重力密度之比也高得多。钢结构自重小，从而便于运输与安装，可减轻基础的负荷，降低地基和基础部分的造价。c.材料的塑性和韧性好钢材的塑性好，钢结构在一般条件不会因超载等而突然断裂。破坏前一般都会产生显著的变形，易于被发现，可及时采取补救措施，避免重大事故发生。钢材的韧性好，钢结构对动力荷载的适应性强，具有良好的吸能能力，抗震性能优越。d.钢结构制造简便，施工工期短钢结构一般在专业工厂制造，易实现机械化，生产效率和产品精度高，质量易于保证，是工程结构中工业化程度最高的一种结构。构件制造完成后，运至施工现场拼装成结构。拼装可采用安装方便的螺栓连接，有时还可在地面拼装成较大的单元，再进行吊装。施工工期短，可尽快发挥投资的经济效益。由于钢结构具有连接的特性，故易于加固、改建和拆迁。e.钢结构密闭性好钢结构采用焊接连接可制成水密性和气密性较好的常压和高压结构、管道等。f.钢材的耐锈蚀性差在没有腐蚀介质的一般环境中，普通钢材制成的钢结构经除锈后再涂上合格的防锈涂料，锈蚀问题并不严重。立体车库多在没有腐蚀介质的环境中，所以对钢结构本身的维护费用低。结构主体采用热制H 型钢、槽钢、角钢和钢板等型材制造，具有较好的强度和刚度，轻巧、美观，并可二次拆卸安装，运输方便。上载车板及其提升系统每块上载车板都配有一套独立的电机减速机与链传动组合的传动系统。电机顺时针旋转时，载车板上升，电机逆时针旋转时，载车板下降。根据载车板及车重确定链条所需的传动力。根据传动力及载车板的移动速度确定电机功率。根据车身高度确定上下载车板间的距离，根据这个距离确定链条的长度，最后根据传动力确定链轮大小，链节形状及大小。下载车板及其横移系统由于下载车板不需悬挂链条，所以为了节省材料，下载车板比上载车板要短。每块下载车板后部都配有一套独立的电机减速机传动系统，藏于载车板内。在下载车板底部装有四只钢轮，可以在导轨上行走，其中两只为主动轮，装于长传动轴两端，另两只为独立安装的从动轮。电机减速机驱动长传动轴运转，长传动轴上的主动钢轮在导轨上滚动行走从而使下载车板作横向平移运动。根据载车板及车辆的重量、行走速度、滚轮与导轨间的摩擦系数确定横移电机的驱动功率。安全装置上载车板上装有上下行程极限开关和防坠落安全装置。防坠落安全装置装在纵梁与上载车板上停位之间，在纵梁两测各装两只挂钩，上载车板两侧相应位置处各装两只耳环，当上载车板上升到位后，纵梁下面的四只挂钩便自动套入四只耳环内，以防止升降电机常闭制动器慢释放后，上载车板在汽车和载车板本身的重力作用下慢慢下滑，压坏下层汽车。另外也防止制动器一旦失灵，上载车板从上停车位坠落，砸坏下层汽车。下载车板的安全装置主要是行程极限开关和防碰撞板。行程极限开关的作用是使载车板横移到位后自动停止。防碰撞板的作用是：下载车板横移时，如果碰撞到人、遗留行李或车主宠物时，切断横移电机电源，横移停止。控制系统升降横移式立体停车设备的控制系统采用PLC 可编程序控制器控制，主要有手动、自动、复位、急停四种控制方法。自动控制应用于平时的正常工作状态，手动控制应用于调试、维修状态，复位应用于排除故障场合，急停应用于发现异常的紧急场合。对于本文中所列的17车位升降横移式立体停车设备，PLC 主要要控制二、三、四层13个升降电机的正反转和一、二、三层12个横移电机的正反转。此外要控制上层车位上安全钩的电磁铁和系统报警显示装置等。2、立体车库的型号表示方法 图2.1立体车库的型号表示方法例如：升降横移类停车设备，最多停28 辆中型以下轿车，不能停放客车，标记为： PSH28Z适停车辆的尺寸及质量如下：:BDvi对适合于机械式停车设备中停放的车辆，按其尺寸及质量（整车加50千克物品的质量），分为X(小)、Z(中)、D（大）、T（特大）、C（超大）五个轿车组和一个K(客车)一个客车组，共六个组，分组范围见表1。 9OZy0)K n5x-SxS0 组别代号汽车长/mm x车宽/mm x车高/mm质量/kgX4400x1750x1450 1eF_Ya! 1300 auoA Z4700x1800x1450 :z124Zf 1500 ! $XO Un D5000x1850x1550 EUQ449p 1700 mG!L$ T5300x1900x1550 fl!1AKSnN 2350 Zh8 QI+ C5600x2050x1550 Q!MsyG w%r1) 222.5其他 C H 222.5表3.计划中全部车辆入库时间、出库时间及平均存车时间 Q-H =wJ4R因为本设计的车库比较小型，故可以不用考虑全部车辆入库时间、出库时间及平均存车时间。4、单车最大进（出）时间 x 1 R! 机械式停车设备中最大进（出）时间就是指从给出一个进车（或出车）的指令开始，将车停放到该机械式停车设备的最不利位置（或将车辆从最不利位置取出），直到该停车设备进行下一个进车（或出车）指令为止所需的时间。单车最大进（出）时间应根据其使用环境、地区、用途及用户的特殊要求来合理选定，不同类型的机械式停车设备选取的单车最大进（出）时间可以不一样，但基本的要求应当不出现存取车排队的现象。 QWIOim- 目前已经实施或已制定出来的几个行业标准中对单车最大进（出）时间有如下规定： pKGUM 升降横移类：取35170s; 4 I/ 垂直循环类：对存容量10的小型循环式停车设备，取90 s; Ir(K 对存容量为1050辆的中、大型循环式停车设备，取180 s; (p#;6Xhf 垂直升降类：取45210 s; GoZJDE3 简易升降类：取30110 s; RK5%ZY 其他类型还未作规定，可视具体情况选取。 6nhfIq3wY所以本设计所取的单车最大进出时间为：35170s。2.1.2 立体车库钢结构设计在升降横移式立体车库中其主要结构是钢结构，有两部分：主体框架部分和载车板部分。主体框架部分的钢结构比较复杂，运用了“H”型钢、角钢、槽钢等数种型钢形式，就其连接形式而言比较单一，即焊接和螺栓连接两种形式。载车板部分的钢结构比较简单，其框架部分为数段矩形方钢对焊而成，其它辅助结构则以角焊代之。焊接和螺栓连接是车库钢结构部分的两种主要的连接方式，其连接方式的质量优劣将直接影响车库整体结构性能的优良与否，所以在车库的设计和建造中具有很重要的位置。立体车库在连接过程中主要运用对焊、角焊和螺栓连接。钢架主要分为上、下框架，通过它可以安装消防、排水设施以及作为钢丝绳和链的支撑部件。主要由立柱、上边架、下边架以及轨道支架组成。各钢板采用高强度螺栓联结。高强度螺栓连接中，构件内力是靠构件钢板表面间由高强度螺栓以巨大的夹紧压力所产生的摩擦力来传递的，故高强度螺栓连接的承载能力是以抗滑强度被连接钢板发生相对滑动的载荷来表示，而不考虑螺栓的受剪。抗滑强度又取决于高强度的预紧拉力、钢板表面的摩擦系数、摩擦面及高强螺栓数量。高强度螺栓由高强螺栓、高强螺母各一个，以及高强垫圈个两个组成。一、焊缝连接要求1.焊缝金属宜于基本金属相适应，当不同强度的钢材连接时，可采用与低强度钢材相适应的焊接材料。2.在设计中，不得任意加大焊缝，避免焊缝立体交叉和在一处集中大量焊缝，同时，焊缝的布置应尽可能对称于构件的重心。3.对接焊缝的坡口形式，应根据板厚和施工条件按现行标准手工电弧焊焊接接头的基本形式与尺寸和埋弧焊焊接接头的基本形式与尺寸的要求选用。4.在对接焊缝的拼接处，当焊接的宽度不同或厚度相差4mm以上时，应分别在宽度方向或厚度方向，从一侧或两侧做成坡度不大于1/4的斜角，当厚度不同时，焊缝坡口形式应根据较薄焊件厚度选定基本形式与尺寸。5.当采用不焊透的对接焊缝时，应在设计图中注明坡口的形式和尺寸，其有效厚度不得小于，t为坡口所在焊件的较大厚度。在承受动力载荷的结构中，垂直于受力方向的焊缝不宜采用不焊透的对接焊缝。6.角焊缝两焊脚边的夹角a一般为90度(直角角焊缝)。夹角a120度或a6mm时，。圆孔或槽孔内的焊缝焊角尺寸不宜大于圆孔直径或槽孔短径的1/3。 （3）角焊缝的两焊角尺寸一般为相等，当焊件的厚度相差较大，且焊脚尺寸不能符合上列要求时，可采用不等焊脚尺寸，与较薄焊件接触的焊脚边以及与较厚焊件接触的焊脚边应分别符合上列要求。 （4）侧面脚焊缝或正面脚焊缝的计算长度不得小于和4mm。 （5）侧面脚焊缝的计算长度不宜大于60h(承受静力荷载或间接承受动力载荷时)或40h(承受动力载荷时);当大于上述数值时，其超过部分在计算中不予考虑。若内力沿侧面焊缝全长分布时，其计算长度不受此限。 8.在直接承受动力载荷的结构中，角焊缝表面应做成直线形或凹形。焊脚 尺寸的比例：对正面脚焊缝宜为1：1.5(长边顺应力方向);对侧面脚焊缝应为1：1。 9.在次要构件或次要焊件连接中，可采用断续焊接。断续焊接之间的净距，不应大于巧t(对受压焊件)或30t(对受拉构件)，t为较薄焊件厚度。 10.当角焊缝的端部在构件转角处作长度为的绕脚焊时，转角处必须连续施焊。二、螺栓连接要求在立体车库的钢结构中，主立柱与横移导轨“H”型钢的连接是整体结构中的主连接，高强度螺栓连接则是主连接中常用的连接形式。高强度螺栓连接按其受力的性能可分为：摩擦型和承压型。摩擦型高强度螺栓连接摩擦型高强度螺栓连接完全依靠被连接的构件间的摩擦阻力来传力，完全不靠孔壁承压和栓杆受剪。摩擦阻力的大小决定于作用在构件摩擦面上的压力(螺栓的预紧力)，同时也与被连接构件的材料及表面处理情况有关。施工时不得在摩擦面上误涂丹红、油漆、淋雨、受潮等。承压型高强度螺栓连接靠孔壁承压和栓杆受剪，与普通的螺栓相似，其连接多为螺纹连接和绞制孔用螺栓连接。对于同时承受剪力和螺栓杆轴方向拉力的承压型高强度螺栓，应符合下式要求：其中式中，每个承受型高强度螺栓所受的剪力和拉力； 每个承压型高强度螺栓的受剪、受拉、承压承载力设计值。立体车库钢结构受力主要包括：钢结构本身自重，结构架上各停车位的车辆及载车板重力，提升系统起制动所产生的惯性力，驱动装置的重力，顶部梁架受滑轮组、轿箱和配重的重力，整体结构所受的风力、地震载荷以及结构由于外界环境温度变化而引起的温度应力等，它们均以集中或分布方式作用。由于该立体车库为四层五列式，属于低层钢结构建筑。因此，我们对该车库模型进行受力分析时作如下假设：1、车库单独建立，不与其它建筑物相连接，属于最常见状况;2、不计由于结构阴面与阳面温差引起的热应力;3、整体结构无初始变形和缺陷;4、在静态环境里，地震载荷与风载荷作用忽略不计。三、立体车库钢结构分析校核在车库钢结构设计中，包括轴心受力构件、梁、拉弯和压弯构件的设计。进行轴心受力构件设计时，轴心受拉构件应满足强度和刚度要求，轴心受压构件除应满足强度、刚度要求外，还应满足整体稳定和局部稳定要求。在梁的设计中，梁的刚度和强度对截面设计起控制作用，因此应先进行这二者的计算。由于车库系统对于系统的安全要求特别高，所以还应对其整体稳定进行计算，此外，梁的接点处均应采取构造措施，以防止其端截面发生扭转。在进行梁的截面设计时，考虑强度，腹板宜既高又薄，考虑整体稳定，翼缘宜既宽又薄，所以在荷载作用下，受压翼缘与腹板有可能发生波形屈曲，即梁发生局部失稳。发生局部失稳后，梁的部分区域退出工作，将使梁的有效截面积减小，强度承载力和整体稳定性降低，这时可以采取增大板厚度或设置加强肋等措施。对于压变构件，需要进行强度、刚度、整体稳定性和局部稳定性计算。对于拉弯构件，一般只需要进行强度和刚度计算。在对立体车库钢结构骨架的分析中，我们先从单根梁的受力进行分析，适当简化力学模型，在正确分析各梁的约束和受力的基础上，先对各梁和立柱的刚度和强度进行分析，找出系统薄弱处所在，然后在整体分析之中给予特别关注。图 2.2 立体车库简化模型立体车库钢结构骨架由立柱、横梁、纵梁和支承动力及附属装置的上、下支承梁等组成，其立柱通过螺栓与基础相连，其余钢梁靠焊接或者螺栓相互连接。立柱主要承受压力和其他因素造成的扭矩，即压应力和部分剪应力；前后两个面的纵梁主要承受拉伸和弯矩造成的拉应力和弯曲应力;侧面的横梁承受较小的拉应力和剪应力。为了减小振动和提高稳定性，各部分都必须保证足够的强度和刚度，立体车库的简化模型如上图2.2。机械传动系统安装在钢结构骨架上，由传动部件和张紧装置组成。停车托架与传动链条相连，驱动装置和机械传动系统驱动托架循环运行，实现车辆的存取和停放。设计时采用Q235碳素钢，其屈服极限为235Mpa，抗拉强度为375-500Mpa。整体车库钢结构许用位移为10mm。本车库所限车型为中型车，最大容车重为2000kg，载车板重约700kg，所以每个车位所承受的最大重量为2000+700=2700kg，在每个载车板上模拟汽车前后车轮位置，按照额定载荷6：4的比例均匀放置集中载荷。1、支撑柱受力分析钢结构的支撑柱是由H型钢制成，前面有五根立柱均匀分布，后面有五根立柱，均匀分布。由于每一个立柱承受的力都是均布载荷，所以可以简化为一个集中载荷附加一个弯矩。在各种受力的工况中，立柱均为受力杆，在竖直方向上，车库骨架承受的力作用到地基，不足以引起立柱的压溃变形，所以可以暂时忽略不计，主要分析在两个弯矩作用下立柱的最大偏移位移量。立柱的弯矩与由作用的均布载荷决定，因此支撑住的最大偏移发生在最大受力状态下，即为车库满载时。前立柱为六根，后立柱为六根，当车库空载时，每一根前立柱所受载荷总大于后立柱所受载荷，因此我们重点分析前支撑住受力情况。图2.3所示为前立柱的力学结构简图。图 2.3 前支撑住的力学分析图己知A点为全约束，施加在B点的弯矩，施加在C点的弯矩,施加在D点的弯矩，且 根据下列公式进行分析挠曲方程为：端截面转角：，最大挠度：，所以，由梁的迭加原理得出立柱顶端D端为最大挠度点2、立柱稳定性校核前立柱为等截面立柱，受压静力，前立柱受力状态简化如图2.3所示。两中心压杆的稳定条件为：其中：临界载荷P工作载荷n安全系数许用安全系数图 2.4 立柱受垂直力简图（1）立柱的截面力学特性查简明材料力学附录A型钢表可得HW 300X300型H型钢面积： 惯性矩：惯性半径：（2）确定压杆柔度其中：压杆全长为l=500cm压杆长度系数u=2，见机械手册l，1-153页表1-1-104求压杆柔度范围值：其中：弹性模量比例极限 求压杆柔度范围值其中：屈服极限常数查机械手册1，l-1-07，则前立柱属于细长杆，应按欧拉公式计算临界载荷。（3）强度校核设立柱空载时受载车板和上层钢结构载荷满载时前立柱承受最大载荷则立柱的工作载荷由欧拉公式得临界载荷由机械手册1，1-152页表1-1-100查得，金属结构中的压杆安全系数，取n，=3。代入得前立柱的稳定安全系数，由上式可知安全。若按插减系数法计算：其中A受力面积P工作载荷安全系数许用安全系数一中心压杆折减系数，安全裕度较大。3、导轨支撑梁强度校核前后导轨支撑梁均为两点点支撑，承受作用力相同，故我们分析前导轨支撑梁，如果前导轨支撑梁在允许范围之内，则后导轨梁也必然符合设计要求。如图2.5所示，简支梁AB为两点支撑，受均布载荷的作用，两端全约束，且同样为均布载荷。图 2.5导轨支撑梁受力分析简图我们先来分析一下图2.5中的梁的受力。已知A、B两点全约束均布载荷为：挠曲方程为：最大挠度为：计算得：面积梁所承受的弯矩为则导轨支撑梁所承受的最大弯矩为最大应力为根据材料力学“失效、安全系数和强度”理论，由于钢结构选用材料为Q235，屈服强度为235MPa，取安全系数下n=2，所以许用应力。可得，由强度理论可知：导轨支撑梁稳定。4、四层横梁强度校核 四层横梁可以简化为固定梁，受力状态如图2.6所示。横梁两端固定，A、B两点产生相应的支反力和。图 2.6 四层横梁受力简图及弯矩图所承受的主要是拉压受力，所以我们只对其正应力进行分析。梁所承受的弯矩为：最大弯矩为：其中代入得：最大正应力为：其中为抗弯截面系数，根据机械设计手册可以得知由此可得则由弯曲强度理论可知：四层横梁稳定。2.2 立体车库升降横移机构设计2.2.1 横移机构设计立体车库横移传动机构由减速电机、驱动轮和从动轮、地面铺设导轨组成。升降横移机构则为升降传动机构与横移传动机构的结合。升降横移式立体车库底层与中间层载车板为横移机构，上层载车板为升降机构。升降装置由传动系统、升降架等组成。1、横移方案选择其中提升方式分为下列六种，可根据不同要求任意选用。（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）液压缸、钢丝绳组合提升型式（6）链条、钢丝绳组合提升型式在立体车库设计中，各种提升方式特点如下：（1）采用链传动：优点是传动简单可靠，维修简单，造价低廉;缺点是冲击比较大，有提升高度的限制，安装调试时需要注意是否有咬链的情况出现。（2）采用钢丝绳传动：优点是对车库底盘可以提升的高度可以不加限制，造价比较低;缺点是因为需要外加钢丝绳桶和刹车盘增加了安装调试的时间和造价。（3）采用液压传动：优点是可以真正实现无级调速，结构紧凑，功率与重量比高、响应速度快、抗干扰能力强、误差小精度高、低速平稳性好、调速范围宽、介质自身可起冷却润滑作用、安全防爆等优点;同时也具有元件昂贵、成本高、密封技术要求高、油液易污染、能源传输不便等缺点。综上所述，本车库为四层，从提升高度上选链传动或钢丝绳传动都可以，但从方案经济及可行性角度考虑，选择链传动更为有利;在横移运动中，采用异步电机驱动，通过链驱动，也能达到精确、稳定地传动。图 2.7 载车板横移原理图2、横移载车板动力系统计算运动原理如图2.7载车板横移原理图所示，减速电机通过联轴节直接驱动载车板行走轮转动，实现载车板横移运动。（1)主要参数的确定横移运动行程 s = 2500mm横移运动时间 t = 20s横移速度，主要由设备运行周期，周围环境的安全性，载车运行时的平稳性等因素确定。行走轮直径：由结构尺寸及轮压等因素决定，行走轮直径确定为80mm。横移载车板自重 载车板额定载荷 （2）功率计算电机输出轴转速n计算：其中：横移速度V=125mm/s行走轮直径D=80mm驱动力矩M计算：由机械手册1册表1-1-7、1-1-9、1-1-10查得：行走轮与钢导数的静摩擦系数：=0.15行走轮与钢导数的滚动摩擦系数：=0.05滚动轴承的摩擦系数：=0.0015正压力：则：起动驱动力矩：行走驱动力矩：电机功率计算：由于结构紧凑，容纳电机的空间狭小，选择台湾明椿电气的减速电机，其参数如下：输出扭矩：输出转速：功率：载车板的额定载荷是承载的最高上限，实际使用概率很小，通常可以泊车的车辆的重量都在1000kgf2000kgf之间这是由车型所决定的，所以功率不需留余量，选择0.2KW的电机比较经济电机允许短时超载，静摩擦引起的大起动阻力矩不会造成电机损坏。2.2.2 载车板设计载车板用来承载库存车辆，按结构形式有框架式和拼板式两种。框架是载车板用型钢和钢板焊接承载框架，并多数采用中间突起结构，在两侧停车通道和中间凸起的顶面铺设不同厚度的钢板。这种载车板的优点是可按需要设置行车通道宽度，并具有较好的导入功能，适合车型变化较多的小批量生产。拼板式载车板用镀锌钢板一次冲压或滚压成组装件，采用咬合拼装成载车板，用螺栓紧固连接，拼装前可以先对组件进行各种表面处理，如电镀、烤漆等，使载车板轻巧、美观。如图2.8所示。图 2.8 拼板式载车板及拼合示意图2.2.3 安全防护机构车库的安全防护措施非常重要，在众多的车库中车辆的高价性与车库自身的价值相差很大，并与客户对车库的信任度有着密切的联系。对于升降横移式立体车库，它的安全防护措施要做到以下几点，并配备有相应的防护装置。1.防火措施：在车库中安装有温烟传感器，可对车库的火情实行实时监控，并把监控信号传给中央控制系统。2急停措施：在发生异常情况时能使停车设备立即停止运转，在操作盒上安装有紧急停止开关，并设为红色，以示醒目。3.阻车装置：在很多情况下停车时，司机必须要把车停在载车板合适的位置上，一般在载车板的后端一侧安装上一高25mm以上的阻车挡铁。防止超限运行装置：停车设备在升降过程中，在定位开关上方装有限位开关，当定位开关出现故障时，由限位开关使设备停止工作，起超程保护作用。5.人车误入检出装置：设备运行时，必须装有防止人车误入装置，以确保安全，一般采用红外装置。一旦检测到在车库运作时，有人或其它物体进入车库，系统就会使这个车库停止运作。6.防止载车板坠落装置：当载车板升至定位点后，需设置防坠装置，以防止载车板因故突然落下，伤害人车，一般防坠装置采用挂钩形式。挂钩防坠方式为电磁铁驱动。图 2.9 防止载车板坠落装置载车板的防坠落装置是立体车库中的一个关键部件，在泊车安全方面起着决定性的作用。防坠落装置中解锁动作由电磁铁完成。解锁动作要求，当电磁铁通电时以推杆触动安全钩解锁;当电磁铁断电时推杆自动缩回。2.2.4 横移机构及轴的设计本设计中立体车库的升降部分和横移部分均采用链传动输入动力。链传动由主动轮、从动轮和绕在链轮上的链条组成。链传动的特点：能保证准确的平均传动比；传动效率高，可达到0.950.98；作用在轴上的压力较小；能在高温、油污等恶劣环境工作。广泛应用于矿山、农业和石油机械中。轴在升降传动系统和横移传动系统中都是特别重要的，它不但影响着传动的好坏还影响着车辆的安全，在轴的设计中，按照常规设计方法，先进行初算轴，然后进行轴的结构设计，确定轴径后，再对轴的强度进行校核。根据实际情况确定危险截面，求出该截面的弯曲应力和扭转应力。（循环特征为对称循环，脉动循环）再考虑应力集中等方面的因素，按交变应力状态的疲劳强度的公式进行该截面安全系数的校核计算，其中：对称循环应力时的疲劳极限和扭转疲劳极限 正应力有效应力集中系数和剪应力有效应力集中系数 表面质量系数 尺寸系数 s许用安全系数值 通过校核就可以确定轴的直径。1、横移传动空轴校核横移电机型号为CLPK22040303，输出的最大扭矩为6.594kgf.M=6.594kgf=65.94NM链传动最大传动效率为0.98空心轴的抗扭截面系数为轴的最大切应力为故轴满足强度要求。提升传动空轴校核载车板自重 载车板额定载荷 为安全和稳定起见选用:横移电机型号台湾明椿MLPK55370603，功率3.7KW，输出的最大扭矩为151.582kgf.m 151.582kgf.m=1515.82Nm链传动最大传动效率为0.98钢管型号为60x6空心轴的抗扭截面系数为轴的最大切应力为故轴满足强度要求。2、横移转轴的校核图 2.10 轴受力示意图上面章节已求得起动驱动力矩即最大阻力距：电机最大输出力矩：电机功率为0.2KW轴采用45号钢制造可得 轴上最小直径为24mm，可知 虽然键槽、轴肩及过渡配合所引起的应力集中均将削弱轴的疲劳强度，但由于轴的最小直径是按扭转强度较为宽裕确定的，所以截面I，II，B均无需校核。因此，只需要校核截面A。根据机械设计课本P373，表15-4可得 横移载车框架自重 : 载车板额定载荷 据机械设计课本表15-1可知45号钢许用弯曲应力：。因此，故安全。本章小结：在了解升降横移式立体车库工作原理之后，对立体车库的钢结构进行设计，对强度和刚度进行校核，并对横移机构进行设计，并对安全防护机构进行介绍，确定横移电机型号，并对传动轴进行校核。第三章 升降横移传动系统的设计3.1载车板水平横移运动的传动系统(链传动系统)第一层1、2、3、4号车位设置在地平面，汽车的存取可在对应位置进行，车辆进入载车板后，只需实现水平横移的运动方式，见图3.1。1- 从动链轮 2-主动链轮 3-减速电机 4-传动主轴 5-行走轮 6-载车板7-导轨图3.1 第一层横移链传动结构图 传动方式为：减速电机3-主动链轮2-链条-从动链轮1-主轴4-行走轮6-载车板5，实现第一层载车板的横移运动。3.2升降横移运动的传动系统(链传动系统) 第二层5、6、7、8车位是由一个横移矩形框架及一个悬挂载车板组成，汽车进入载车板后，既要进行水平横移运动，又要进行垂直升降运动。第二层升降横移传动结构图如图3.2和图3.3。图3.2图3.31- 横移从动链轮 2-行走轮 3-横移主动链轮 4-横移减速电机 5-横移主轴6-载车板 7-横移框架 8-升降卷筒 9-升降主轴 10-升降减速电机11-升降主动链轮 12-从动链轮横移传动方式为：横移减速电机4一横移主动链轮3-链条一横移从动链轮1-横移主轴5-行走轮2-横移框架7，实现第二层载车板的横移运动。 升降传动方式为：升降减速电机10一升降主动链轮11-链条一升降从动链轮12-升降主轴9-升降卷筒8-升降链条一载车板6，实现载车板的垂直升降，完成第二层载车板的垂直升降运动。第三层的升降横移传动结构和第二层的相同。3.3 垂直升降运动的传动系统(链传动系统)第四层13、14、15、16、17号车位是由一个焊装在停车设备的骨架上的框架及一个悬挂载车板组成。汽车进入载车板后，只需要进行垂直升降运动。垂直升降运动的传动系统如图3.4和图3.5。图3.4图3.51-从动链轮 2-主动链轮 3-减速电机 4-主轴 5-升降卷筒 6-框架 7-载车板传动方式为：减速电机3-主动链轮2-链条一从动链轮1-主轴4-升降卷筒5-升降链条一载车板7，实现载车板的垂直升降，完成垂直升降运动。3.4载车板的结构和尺寸的设计机械设计手册由于本设计存车容量为470018001450中型车，考虑力学性能，设计结构尺寸如图3.6。 整体由冷弯空心型钢、冷弯等边槽钢和钢板焊接而成。 低部三横梁钢材选用矩形冷弯空心型钢结构（GB/T6723-1986）。通过查表3.1-165，根据实际需求选择尺寸HBt=160808。理论重量为26.81kg/m横截面面积S=33.64。材料选择优质碳素结构钢20钢. 确定长度为1850mm,数量为3根。得质量为车板边梁选择冷弯等边槽钢（GB/T6728-2002）。通过查表3.1-158根据实际物理需求，选择HBt=100504.0。理论质量为5.788kg/m.横截面面积S=7.373, 重心X=1.448. 材料选择优质碳素结构钢20钢. 确定长度为4700mm,数量为2根。得质量为中部支撑刚选择矩形冷弯空心型钢结构（GB/T6723-1986）。通过查表3.1-165，根据实际需求选择尺寸HBt=100505。理论重量为10.484kg/m横截面面积S=13.365.材料选择优质碳素结构钢20钢确定长度为1690mm,数量为2根。得质量为 钢板材料采用ZG06Cr13Ni14Mo.体积为质量为 图3.6载车板结构示意图3.5升降系统各零部件的结构设计和尺寸确定 本系统主要通过电动机带动卷筒通过钢丝绳提升或下放载车板。结构主要由托架、钢丝绳及滑轮组件、链和链轮组件、卷筒组件、电动系统等组成。3.5.1 升降系统结构的初步设计对升降结构设计计算，其初步结构主要由螺栓、H边梁钢、链轮、滑轮、 钢板 、连接板支撑钢等组成。 图3.7升降系统3.5.2 钢丝绳的设计计算机械设计手册21机构工作类型的选择由于本车库为中型车车库，工作时间1t2（小时），通过表8.1-1选择利用等级T52.机构载荷的等级的选择车库机构一般承受中等载荷，较少承受大载荷，所以通过表8.1-2选择机构载荷L23.机构工作类型的选择通过机构工作类型T5和机构载荷L2查表8.1-3选择机构工作类型为M54.钢丝绳的设计计算及选择（1）类型选择通过查表8.1-6根据起重机型用钢丝绳选择双绕绳式；按钢丝绕制方法选择交互捻绕型；按钢丝绳中丝与丝接触状态选择线接触型；按股绳截面形状选择圆形；按钢丝绳绳芯形式选择纤维芯型。（2）选择计算按GB/T381-1983计算，计算方法如下： （31）式中d-钢丝绳最小直径（mm）-钢丝绳最大静拉力（N）C-选择系数（mm/）选择系数C的取值按表8.1-8选取，通过结构工作级别M6选择C=0.109，安全系数n=6.对钢丝绳受力分析 图3.8升降机构总体受力T-即为钢丝绳受力。G-钢丝绳所提升的重物，包括载车板及附属零件，电机，滑轮，导轮，链轮等。粗略计算电机，滑轮，导轮，链轮及附带零部件质量各为100kg，那么它们总体质量为500kg，托架质量粗略计算200kg， 那么G的估算值为 G=2000+500+200kg30000N 钢丝绳的最大受力所以钢丝绳的最小直径故选择直径通过表8.1-9选择钢丝绳公称直径为钢丝绳应力的校核：钢丝绳的破断应力应该满足公式 （32）式中 所选用的钢丝绳最小破断拉力（N）； n安全系数，按表8.1-8选取。67500=45000N由表8.1-9知道直径为20mm的钢丝绳公称