垂直循环式立体车库停车设备结构设计

垂直循环式立体车库停车设备结构设计【摘要】：现今生活水平的提升带动了越来越多普通家庭对出行代步工具汽车的消费，在经济高速发展中出现的汽车保有量剧增和房产市场的繁盛的背景下，停车难就自然成为了社会生活中急需解决的严重矛盾，本设计就是针对当前各线城市发展进程中遭遇的停车困难的社会性问题，了解其中缘由，提出了着力于立体停车库的发展的办法来解决当前的难题。有效的做到了减少稀有土地资源的浪费，符合现在提倡的环保、低能耗，绿色经济发展，最重要的是方便了我们的出行停放车辆。停车库的设计的重大创新在于转变了传统车库一车一位的平面式的格局，开发设计出有限土地资源利用最优化的机械是立体停车库。在国外立体车库的设计已有四十年左右的发展史了，在实践中不断改善设计，为以后的发展提供了更好的方向。相对较早在国外开始发展的立体车库，立体车库在我国的发展现状处于开端时期，存在许多技术困难，关键性的方面在于国内对立体车库的特点没有全面且深入的认识，导致认知上的缺失，这就成为了立体车库在我国前期发展不够快速全面的主要原因之一。机械式立体车库在环保性、经济性、安全性、节能性等方面上是单一平面式车库不能企及的，本设计以垂直循环式立体车库的适用范围广泛，设备能耗低，土地利用率高等优势，作为这次分析和研究的车库，设计内容涉及立体车库的基本机构结构、汽车升降机构，车辆停放的车笼结构等，在此展望未来我们能在立体车库设计方面有更多启发，逐步将立体车库的设计运用普及到我国的社会生活中，停车将不再是生活中的难题。【关键词】：停车；立体车库；停车难；应用Title of Graduation Paper Student:Tao ZhiqiangTutor: Tang Youming( School of Mechanical and Automotive Engineering, Xiamen University of Technology, Xiamen, 361024, China)【Abstract】：Nowadays, the improvement of living standards has driven more and more ordinary families to travel by travel tools - car consumption. In the background of the rapid growth of car ownership and the prosperity of the real estate market, the difficulty of parking is a serious contradiction in the social life.This design is to solve the social problems encountered in the development process of the current line cities, understand the reasons for it, and put forward the solution to the development of the three-dimensional parking garage to solve the current problems.Effective to reduce the waste of rare land resources, in line with the environmental protection, low energy consumption, green economic development, the most important is to facilitate our trip parking vehicles.The major innovation of the design of the garage lies in the transformation of the plane pattern of one car and one in the traditional garage, and the development and design of the optimized machinery for the use of limited land resources is a three-dimensional parking garage.The design of three-dimensional garage has been around for forty years. Improving design in practice has provided a better direction for future development.Relatively early in the foreign development of the three-dimensional garage, the development of three-dimensional garage in China is at the beginning of the development, there are many technical difficulties, the key aspect is that the characteristics of the three-dimensional garage in China is not comprehensive and in-depth understanding, resulting in the lack of cognition, which has become a stereoscopic garage in Chinas early development. One of the main reasons why it is not fast and comprehensive.The mechanical stereoscopic garage is unavailable to a single plane garage in the aspects of environmental protection, economy, safety and energy saving. This design uses a vertical circular garage with a wide range of applications, low energy consumption and high land utilization advantages. As a garage with this analysis and research, the design content involves three dimensions. The basic structure of the garage, the car lifting mechanism, the parking structure of the vehicle, and so on. In the future, we can have more inspiration in the future of the design of the three-dimensional garage, and gradually popularize the design and application of the three-dimensional garage to the social life of our country, and parking will no longer be a difficult problem in life.【Key word】： parking; stereoscopic garage; parking difficulty; application目 录摘要.1关键词.1第1章 引言41.1 研究背景41.2 立体车库的概述与发展现状41.3 研究内容5第2章 立体车库设计的功能原理6第3章 立体车库设计的主要内容103.1 提升系统的设计103.2 平移系统的设计133.3 载车结构型式的分析143.4 传动系统的设计15第4章 车库关键部件及整机的结构设计184.1 吊篮式载车板的设计184.2 车库固定框架的设计234.3 车库整体的结构设计与建模25第5章 结论27致 谢28参考文献28第1章 引言1.1 研究背景我国继改革开放后社会经济的发展日益迅速，汽车尤其是私家车数量大幅增加。据有效统计截至2017年底，我国的3.1亿辆的机动车保有量中汽车保有量高达2.17亿辆1。近年来，我国停车库的扩充速度与新增的汽车量相距较远，在2009到2014年间，这种缺口在逐步的扩大。例如2014年我们新增的车位需求在2900万个左右，但当年仅仅建设了1100万个，仅一年缺口就达到了1800万个。从2009到2014年的车位缺口出现严峻的形势，总计车位的缺口达到5000万左右2。在汽车总量迅速增加的背景下，立体停车库进入了高速的发展阶段。在停车位存在大量缺口的情况下，进行立体停车位建设相对于传统大型停车场的建设，具备多方面的优势。主要包括成本低，占地面积小，建设速度快等方面的优势。立体停车库正在逐渐的获得各大城市的青睐。预计我国未来的立体车库建设将以30%到40%的速度增长。未来5年里我国的立体车库市场规模将高达数亿。即使这样，我国的新增汽车保有量的增长远超出新增停车设备的增长，仍然存有大量的车辆没有停车位，而且后续年份将逐步的增大。1.2 立体车库的概述与发展现状立体停车库出现比较早的是在韩国、德国和日本等国家3，这些国家进行了大量的研究，其整体水平也处于世界前列。我国的港澳台地区和韩国也通过各种渠道从上述国家进行了技术的引进，并获得了快速的发展，为地区的停车难问题提供了较好的解决办法，并开始向国外和周边地区销售产品。在亚洲地区，发展和使用比较早和广泛的是我国台湾省、日本和韩国。日本可以说在这个地区是最早开始开发研究机械式立体车库的国家4，从20世纪60年代开始，日本就开始设计机械式立体停车车库的设计开发，逐渐的在当今的生产销售取得优势。在日本进行立体停车库生产和销售的企业达到了100多家，日本在研究、产品设计以及生产管理上都比较完善，目前日本国内拥有的立体停车位总量超过了350万个。日本的技术优势主要体现在简易升降类、垂直升降式、垂直循环式、水平循环式以及升降横移式等品种上5。机械式立体停车库的设计和生产在意大利和德国等欧洲地区国家的开端是有较早的时间的6。具有代表性的的公司有德国Palis、意大利Sotefin和Interpark等公司。欧洲国家整体上人口密度不大，因此其停车问题并不是特别的突出，因此其发展速度和应用并不是特别的快速。即使如此巷道堆垛式，垂直升降横移式产品备受欧洲国家的青睐。欧洲立体停车库比较发达的是德国，德国生产立体停车库的企业达到24家左右。突出代表的KLAUS和OTTO WOHR两家公司就几乎占据德国的停车市场总产量的八成7。欧洲国家的立体车库的优势在于巷道堆垛类车库，在德国、意大利等表现突出。我国的停车问题日益突出，但是我国的立体停车设备的建设还处于较为初级的阶段。用于公共停车和专用停车的数量与需求总量相差很大，停车仍然是各大城市的一个普遍问题。现阶段，我国的停车位供给主要依靠自行式停车场、路上停车场、平面停车场等方式为主，立体式停车库的建设还处于尝试阶段，应用的总量较少。我国停车库行业发展较多的地区主要集中在沿海地区，沿海地区人口密度大，土地成本高，但是路面停车仍然占有大量的比例。大多数情况下，企业或者商场仍然选用了自行式停车场及地下自行式停车场。这类停车场具备比较多的缺陷，在发达国家，近年来已经很少进行此类停车场的建设，而是主要集中在现代化和智能化的立体停车库。20世纪80年代中期我国开始注视到立体车库的市场，后来的10年间从国外技术成熟的的地区引进和研发，在经济开放发展地区开始使用。我国近年来，立体停车库研发和生产发展很快，目前已经达到了100多家，生产的立体停车库种类比较全，涵盖了多种类。目前我国沿海地区以及比较大的一线和二线城市，已经表现出了非常大的建设需求。为了促进和规范我国的立体停车库行业，保证产品的质量，出台了机械式停车设备类别、型式与基本参数、JB/T87130-1998等6个标准8。这些标准的提出对于促进我们的立体停车库事业的发展具备极大的作用，发展立体停车库已经成为了大量城市的共识和选择，也取得了用户的欢迎。立体停车库种类繁多，可以满足各种场景下、各种使用规模的使用需求，还可以与各种建筑和场地结合建设，是解决我国停车位缺口大，增量不足的有效手段，发展前景十分光明。1.3 研究内容本文主要对垂直循环式立体车库停车设备结构进行设计与分析。同时对垂直循环式立体车库的运行原理及不同构件的设计要求进行了明确，并以此为基础他通过三维软件进行模型构件，最后利用有限元分析软件对立体车库在正常运行状态下不同部件的受力进行了分析。通过对循环式立体车库分功能的设计提出了三种不同的提升机构、平移系统和载车板结构形式，最终通过对各方案的详尽分析确定了垂直循环立体车库方案，通过设计和试验验证最终完成了循环式立体车库机械系统设计。第2章 立体车库设计的功能原理在进行循环式立体车库设计之前需要综合考量车库车位数量、外形尺寸以及停取时间等因素，除此之外还要对车库在不同场合的适用性以及安装难度和成本进行分析。根据需求来完成车库结构设计，首先完成车库外形尺寸和构型设计：不同类型车辆的尺寸不同，因此应基于此来完成车库车位外形和尺寸设计，以车辆轮廓为基础确定车库尺寸时应当留有一定的余量，保证车主可以顺利实现停、取车，不同类型汽车的轮廓尺寸见下表所示：表 2-1 普通汽车的轮廓尺寸及重量在进行立体车库设计时不仅需要考虑车库结构尺寸对车库功能的影响，除此之外还要考虑立体车库的运行效率。基于此可根据车库的服务对象以及用途来设计车辆停取的合适时间。车辆停放时间指的是待停车辆开始进库到车辆经过运动后停放在指定位置所需要的时间，车辆从存放开始当入库结束为一个存车周期。通过前期调研，对不同类型的车辆存取时间进行统计，并总结了车库存取的时间表如下，以车辆存取时间表为基础可为立体车库的设计奠定基础。表 2-2 不同类型车库存取时间表根据不同类型车辆在车库中的停取时间完成立体车库车辆外形的设定，初步设定该立体车库一层中停放的车辆尺寸大小为：L（长）；W（宽）；H（高）；G（重量）；在本车库中二层所停放的车辆尺寸要小于一层，初步设定二层车库所停放的车辆尺寸大小为： L（长）；W（宽）；H（高）；G（重量）。按照设定的车辆尺寸可知循环式立体车库的设计需要满足下述几个方面的要求：（1）该立体车库可实现当前市场中常见类型车辆的存取，根据应用场合确定车库为侧方位提升方式；（2）车库不同车位之间为相互独立的关系，在车辆存取的过程中不同车位之间不会发生相互干涉；（3）本文所设计的立体车库主要安装于人员和车辆密度较大的地区，如小区周边、路边车位以及其他不适宜安装其他车库的场合；（4）立体车库的车位结构和外形尺寸要求为总高度，总宽，根据车辆停放需求，一层车位可停放所有类型车辆，二层车位可停放小型车辆，一层和二层车位的净高度分别为 ；（5）二层车位载车板的提升高度应大于一层车位的净高度，要求车位在升降时行程时间为二十秒，速度0.11m/s；（6）一层车位载车板平移距离为2200mm，载车板的升降行程为十五秒，即速度0.147m/s；（7）本文所设计的立体车库载车板和车辆的总负重要；（8）为了保证该设备可稳定长期运行，要求载车板和其他部件受力合理，结构安全可靠。本文所设计的立体车库应当符合现行国家标准以及停车设备的安全要求标准，满足结构可靠、运行稳定等需求，同时可满足不同场合的车辆存取要求。本文在进行研究设计时主要基于立体车库的功能原理和实现方式进行车库结构分析，并确定了循环式垂直立体车库的设计方案。首先对车库在不同场合的机械系统所需实现的基本功能进行分析，进而以此为基础确定了车库的功能目标。在机械系统设计中采用了黑箱设计方法，即已知输入和输出来完成机械系统内部结构的设计，采用黑箱法在设计时依照设计任务的需求和约束条件来确定机械系统的主要功能，并摒弃系统的非必要功能9。下图为采用黑箱法设计垂直循环式立体车库示意图，在未知机械系统的情况下根据能量流、信息流以及车辆驶入方式等输入以及侧方位存取方式输出来确定立体车库的机械系统。通过分析可知本文所设计的立体车库的总体功能是实现车辆的侧方位存取，且在车辆存取过程之中上下两层之间的运动不会发生干涉现象。图 2-1 黑箱法设计立体车库示意图本文所设计的垂直循环式立体车库的主要功能是通过侧方位形式实现车辆上下层位置的转换，上下层车辆在停放和存取过程中不会发生相互干涉现象，除此之外立体车库上下两层在车辆存取顺序上没有明确限制。在通过黑箱法明确立体车库的总功能之后需要将系统功能进行分解，分为若干子功能，对车库子部分功能原理和运行方案来完成垂直循环式立体车库的总体方案设计。本文所设计的立体车库子功能包含车库下层载车板平移功能以及上层载车板的侧方运动功能，除此之外还要保障载车板具有良好的承载功能，车库上下两层在运行时具有一定的运行可靠性和安全性功能等。根据了立体车库不同子功能来对车库的总体设计方案进行详细设计，通过模块化的方法完善总体设计方案，为了更为细致的表述不同模块的功能原理，采用如下图所示的功能原理树状图来对立体车库不同子功能进行描述：图 2-2 功能原理树状图根据上图所示的立体车库功能原理树状图可总结本文所设计的垂直循环式立体车库应当具备的四大功能，分别为：平移功能、侧方位提升功能、支撑功能以及安全保障功能。首先平移功能指的是下层车辆在存取时载车板在电机带动下通过沿着既定的导轨完成平移运动，继而将实现车辆的入库和出库4。侧方位提升功能指的是车辆听取完毕时通过电机驱动上层载车板完成侧方位升降，完成上层车辆的出库。支撑承载共鞥指的是立体车库上下两层所存放的车辆质量以及尺寸大小有所差异，因此需要根据车辆不同的车载情况来进行合理的支撑设计，保证结构具有良好的运行稳定性和可靠性。立体车库的安全保障共鞥指的是当上层机构运行到特定位置时需要通过紧固部件来对载车板进行固定，从而防止出现意外情况，除此之外还要防止车辆坠落，以期保证车辆和车库周边人员的安全。第3章 立体车库设计的主要内容3.1 提升系统的设计在确定垂直循环式立体车库设计总体方案之前需要完成提升系统的设计，提升系统是车库设计中最重要的运动模块，当前国内外研究者鲜有对侧方位提升系统进行研究，因此相应的研究成果也较少，因此在确定车库提升系统时需要根据其功能原理和运动特性进行分析，将机构的总功能拆分为若干子功能模块，分析可知，本文所设计的垂直循环式立体车库的提升系统由两大部分构成，其一为动力装置，其二为侧方位升降装置。侧方位提升系统的运动原理可概括为：在动力装置的作用下将动力传输至升降装置，与升降装置固连的下层车位载车板将以侧方位的形式运动至路面，路面上的车辆行驶到载车板后升降装置将下层车辆搬运至上层，完成入库，相反，通过动力装置和升降装置的配合也可实现上层车位中车辆的出库。当前常见动力装置包含两类，分别为液压动力装置和电力动力装置。升降装置有三大类，分别为钢丝绳式、链条式以及液压式提升装置。可根据实际的应用场合来完成动力装置和升降装置的选型。本文所设计的立体 车库通过设计不同的机械传动系统来完成车库侧方位提升方案的制定，在确定方案之后将通过三维软件进行模拟仿真并对提升机构的性能和工作特性进行分析。各侧方位提升系统的设计分析如下：（1）异面四杆侧方位提升机构该机构属于双摇杆机构，将该机构应用于垂直循环式立体车库中的示意图如下所示，固定底杆为与载车板相互平行的杆，两长杆为摇杆，通过复变摆动特性来完成车辆的侧方位提升，两摇杆的极限位置角约为 90，具体结构如下所示。图3-1 异面四杆侧方位提升机构示意图根据上图所示的提升机构示意图可知，载车板随两摇杆在极限位置完成复变摆动，进而实现车辆存取。该侧方位提升机构的传动方式为在电机的带动下钢丝绳完成载车板的牵引四杆机构的牵引回转运动从而实现侧方位提升。（2）L型侧方位提升机构L型侧方位提升系统的传动原理是通过横向和纵向的直线运动相合成来完成传动，该提升机构通过电机带动链条将载车板固定在L型托架上，车辆停入L型载车板后通过链条的传动将车辆移至下层车库，随后通过链条带动下层车位实现平移运动，将载车板平移至车库上层，完成侧方提升的目的，取车运动原理与之相反。L型侧方位提升机构通过升降和平移动作来完成提升，其结构示意图如下所示：图3-2 L 型侧方位提升机构示意图L型侧方位提升机构由两个部分的运动组成，分别为载车板的平移和提升运动，这种机构形式通过对动作的分解来完成所需实现的侧方位功能。（3）摇臂摆杆侧方位提升机构摇臂摆杆侧方位提升机构示意图如下所示，下层车位由固定框架所构成，上层框架为摇臂摆杆所连接的吊篮式载车板，提升摆臂一端固定于支撑框架上，另一端同上层载车装置相连接，由液压装置来驱动提升摆臂进而实现上层载车装置的提升和下降，上层载车装置在提升摆臂的带动下呈扇形运动，两端点位于摇臂的极限位置，通过载车装置在极限位置的复变摆动来完成侧方位功能，进而实现上层车位的存取。图3-3 摇臂摆杆侧方位提升机构示意图上述侧方位提升机构设计方案是基于设备所需实现的功能予以确定的，传动路线用来表达各部件的运动方式及其空间布局。对上述三种侧方位提升方案的优缺点以及设计要点进行综合比较结果如下表所示，在后续章节中将重点讨论不同设计机构的零部件设计以及动力装置的选择，可依照最终选择的设计方案可最初 拟定的结构尺寸来对设计机构进行详细计算，最终基于此来确定零件型号及动力装置。表3-1 提升机构优劣分析表根据设计目的可知本文所设计的垂直循环式立体车库主要用于在路边车位、小区空地等场合，要求车库在升降过程中机械传动稳定可靠且具有一定的安全性，分析可知本课题的主要任务是通过立体车库的应用达到节省空间，提升停车效率。通过对上述传动机构进行分析可知液压系统具有良好的功率特性，除此之外重量比较高，因此可实现空间的节省，同时液压系统具有良好的工作可靠性和稳定性，除此之外，当出现过载等情况时液压系统中的安全阀可保证车辆在存取过程中的安全性。根据本课题侧方提升机构的技术要求即功能需求，同时综合考虑提升机构设计方案在不同场合的适用性，最终选用第三种摇臂摆杆侧方位提升机构。3.2 平移系统的设计在完成提升系统设计需要进行立体车库平移系统的设计。平移系统是运动系统中的重要模块，由导向机构、行走机构以及动力机构等部分组成。平移系统的主要工作原理为：通过电机来动传动系统，进而实现载车板和车辆按照预期的轨迹进行运动，实现车辆的存取。在上文中我们以及对不同的传动方案进行了全面比较，通过比较结果可知两种驱动方案使用场合和性能均具有一定特点。链条式平移传动可与动力装置相结合实现车库平移传动，继而实现车辆的存放功能，该传统方式具有性价比高、结构简单等优势。链条式平移传动的基本原理为：通过独立的减速电机带动装有四个滚动轮的载车板运动，其中了两个滚动轮为主动轮，主动轮和载车板之间通过传动轴相连，传动系统由电机带动主动轮作为输出，载车板和电机则构成平移输出系统，其结构示意图如下图所示。减速电机输出系统中主动轮通过与导轨之间的相互配合来对载车板自由度进行限制，进而主动轮在导轨上仅作横向平移运动，通过载车板的复变平移完成车辆的存取功能。图3-4 减速电机输出系统示意图根据减速电机输出系统示意图以及设备的供暖需求来完成系统传动方案的设计，按照系统传动方案设计传动结构示意图如下所示：图3-5 传动结构示意图传动路线用来表达传动系统零件的运动方式可空间布局，在后续章节中 将对零部件及动力装置的选型进行介绍，并根据已定的结构迟迅进行计算，最终确定零件型号。3.3 载车结构型式的分析在垂直循环式立体车库中载车板结构作为车辆的支撑装置在整个系统中的作用十分重要，除此之外载车板也可用作提升机构，根据立体车库的总体设计方案可将载车板按结构形式的差异分为两种，其一为框架式，其二为拼版式两种。拼板式载车板指的是通过螺栓将波浪板按照载车板设计尺寸大小拼接成一个整体。波浪板适合于大批量生产，波浪板的拼接图如下所示：图3-6 波浪板连接图整体式载车板指的是在完成钢板和型钢的选型之后通过焊接的方式使两者连接成一个整体，随后将载车板通过焊接的方式固连在框架上，通常采用两块折弯板对接的方式来完成载车板的拼接。整体式载车板结构较为简单，且工作可靠性高，使用寿命较长，适合小批量生产。通过对整体式在车本和拼装式载车板进行分析，将两者之间进行比较，差异特征如下表所示。根据下表可知拼装式载车板较重，因此在载车板底部不适宜安装其他装置，与本课题所设计的垂直循环式立体车库的设计要求不符，因此载车板结构形式选用框架式。表 3-2 两种载车板差异特点3.4 传动系统的设计根据总体设计方案传动系统包含如下几个部分，分别为：输送链、输送链链轮、传动轴、电机、支撑轮10。3.4.1 输送链的选择在选择输送链时根据设计方案可知其上部的圆弧约是半径90cm的圆弧，在直线部分大约是125cm。由此可以计算得出应选用M630输送链，节距选择25cm的标准链条10。本设计中的链条是标准件，在满足相互不影响的情况下，选择满足设计尺寸需求的传动链。图 3-7 滚子链参数图滚子链的具体参数如下表所示：表 3-3 M630输送链尺寸当车位满载后立体车库的总重量应当小于36吨，用等效法进行计算可知滚子链所受的静载荷大小为352.8KN。惯性离心力为： （3-1）根据计算结果选用滚子链型号为M630可满足需求。输送链总长在3000cm。在选择好滚子链类型后需要对链轮进行设计：3.4.2 链轮部分的计算 链轮齿数分度圆直径：d= （3-2）齿顶圆直径： （3-3）)齿根圆直径： （3-4）内节宽齿侧圆弧半径： （3-5） 滚子定位圆弧半径： （3-6） 滚子定位角：- （3-7） - （3-8）齿宽bf1： （3-9）倒角宽ba: (3-10)倒角直径： (3-11)倒角深： (3-12)链总长 根据现行国际标准，车库最大取车时间为，因此立体车库运转一周所需时间要小于10，则：线速度：即链轮转速：d= (3-13)在本文所设计的垂直循环式立体车库中链轮尺寸较大，该部件也是立体车库中重要结构件之一，由此就会在系统运行过程中对链轮的齿部和中心轴部产生不同程度的机械磨损，因此采取链轮的两部分是不同材料制成再组合的方法来解决。链轮齿形部分采用45#钢调质处理，链轮内侧材料为铸钢，其强度和尺寸均可满足设计需求10。图 3-8 链轮3.4.3 电机功率计算及选择当设备处于半空载状态时车库两边的负载差距加大，因此若想稳定云状其功率也最大，计算可知：62=12（t）,12吨约为7 N= (3-14)考虑安全系数，电机启动的最大功率可依照下式进行计算：32.671.3=差表可知选用的电机型号为。该电机参数为：额定功率，同步转速，满载转速10。3.4.4 减速机的选择减速机的总传动比为i总=271，基于此选用减速电机型号为二级行星减速机10。减速机和链轮之间的传动比为;i=4.3 ，因此选择齿轮的传动比为1:4.3，并用齿轮来连接链轮和传动轴。由于空间限制，要通过锥齿轮来实现传动。第4章 车库关键部件及整机的结构设计4.1 吊篮式载车板的设计4.1.1 载车平板与骨架的结构设计通过上文分析可知载车板由几块普通钢板通过焊接构成，载车板的厚度同其刚度呈正相关关系。但随载车板厚度的增加底板的重量和钢材的用量会增加，因而需要根据实际受载情况下载车板的受力来对载车板进行设计。为方便停车，在载车板合适的位置需要设计相应的车轮定位挡板。载车板的尺寸应当依照车辆尺寸和总体设计方案予以确定。初步选定载车底板厚度为3mm，其结构示意图如下所示。图4-1 载车底板结构 图 4-2 底板的受力分析von Mises 应力 最小为587100 N/m2 最大为1.23545e+009 N/m2合位移 最小为0.0293294 mm 最大为245.342 mm对等应变 最小为2.75808e-006 最大为0.00308242由于底板厚度变化时，载车底板的重量和刚度也会改变，不能通过载车板厚度的增加来改变其刚度，为了满足强度和重量需求，在载车板设计时通常使用骨架支撑的方式来进行设计。在本文所设计的垂直循环式立体车库中可使用槽钢作为载车板骨架，按照现行国家标准和实际设计经验，初步确定载车板的骨架机构如下图所示：图4-3 载车板骨架结构4.1.2 吊篮式框架的结构设计吊篮式载车板的主要功能是完成中小型车辆的存放，即车辆的尺寸代销满足：L（长）；W（宽）；H（高）；G（重量）。即根据车辆尺寸大小设计的载车板尺寸为：，吊篮式载车板地层托盘长度，为减少整体结构质量要保证具有一定的安全余量。可通过错开升降方向和载车板所受重力方向来改变受力，保证载车板工作可靠性。吊篮式结构如下图所示。图4-4 吊篮式结构及参数图 图 4-5 心轴图心轴受向下压力，根据已有数据可知车辆和载车板的总重量在3吨以下，按3吨进行计算，则心轴强度可按照如下公式进行校核：心轴受力：危险截面积为0.0044m2P=材料强度符合要求。链上链接件是载车车笼与传动系统相连接的部分，在垂直循环式车库的车笼升降的过程中起到了至关重要的作用，此件的链接的设备部分是非常关键的一个环节，无论是从车库控制系统的流畅运作，还是车辆停放到车笼后的系统的存放、取出都起到至关重要的作用。 图 4-6 链上链接件图图 4-7 链连接受力图1图 4-8 链连接受力图2图 4-9 链连接受力图3采用螺栓螺母的连接方式销链相连接，根据上述尺寸参数以及设计需求和实际设计经验将不同子部分相连接，进而形成完整的上层吊篮式载车板结构，吊篮式载车板结构如下图所示：图4-10 吊篮式载车板结构示意图对设计完成的吊篮式载车板结构进行分析可知，该结构较为简单，且具有良好的运行稳定性，主要构件包含载车托盘两侧边梁，边梁材料为为冷弯卷边Z型钢，尺寸代销为180703，底板骨架材料为槽钢；上层吊篮框架由两部分构成，分别为钢管、方管中间轴，其材料均为45号无缝钢管，吊篮式载车板结构自重约为610kg。4.2 车库固定框架的设计垂直循环式 立体车库骨架为钢架构，本设计材料主要为热扎槽钢结构，牌号为11。立柱的设计和校核查资料可知立柱型号为10，该车库需要由与地面基桩相互固定的立柱来实现承载，在强度满足的前提下，为减少材料的使用成本，将立柱设计为空心正方形立柱，截面形状如下图所示：图 4-11 立柱底板截面图外形尺寸：矩形边长为30cm,厚度为5cm，高度为1624cm,底部上焊有一块边长为40cm，厚度为3cm的矩形铁板，为了保证立柱具有足够的强度，设计在立柱的四面焊接加上有助板的结构。立柱截面形状如图4-1所示。图 4-12 主框架及顶部导轨图顶部导轨是为了对输送链的运动起到固定支撑的的作用，因此将结构的上部设计成与链轮的分度圆半径相同的圆弧，同时保证滚子能在导轨的轨道槽中平顺滚动，这样就能够实现控制链条的固定轨迹运动了。为了防止链条出现轻微松弛的情况，可在导轨与框架螺栓连接部位增加垫片，由此来提升导轨的高度，这样就可以对输送链实现张紧的效果了。强度计算为：p= (4-1)半载受力受力最大， (4-2)此时受力P= (4-3)满载时：车的总重： 立体停车库的总重：60t即为 强度为：p=每根柱受载：立柱截面积：则受压力为：p=风载荷计算： Wk= (4-4)因结构高度米，总宽5.2米，高宽比=3.31.z=1+计算确定，宽高比3.34，取s=1.3,增大系数=1.24，影响系数v=0.47，基本风压w0=0.35kN/m2,负载宽度为6米。计算得: (4-5)侧面总截面积大约为： (4-6) P= (4-7)作用在框架上的力的和为： ，故材料选择合理。4.3 车库整体的结构设计与建模根据上文对立体车库不同模块结构的受力分析进行建模，以整体尺寸为约束条件对吊篮式载车板、平移载车板以及摆臂和固定框架等多个组件进行校核计算，利用三维仿真软件 SolidWorks 对各子模块进行尺寸约束，得到侧方位无避让垂直循环式立体车库的三维结构如下图所示。图4-13 整体结构图图4-14 底版图图4-15 主框架图图4-16 牵引链装配图第5章 结论本文对应用于路边车位、小区窄边等多种场合的垂直循环式立体车库进行分析，并基于其发展现状和功能需求提出了一种新型设计方案，同时对设计内容进行了探讨，对传动系统的电机选用、链传动的设计与校核进行了计算与分析，并且对于车库关键部件的结构进行具体的分析，分别对于吊篮式载车板、车库固定框架、平移机构进行具体的的设计，最后对于车库的结构进行建模分析。参考文献123刘晓娟.垂直升降式立体车库系统设计与研究J.机械设计与制造,2011:15-20.4李娟.巷道堆垛式自动化立体车库存取策略研究D.兰州交通大学硕士论文2010:3-7.5谢爱梅.基于PLC的立体车库控制系统设计J.时代农机,2017,44(06):76-77+79.6李珍珠.仿真技术在立体车库上的应用与实现J.中小企业管理与科技(上旬刊),2017(04):166-167.7张桂红.智能旋转立体车库设计J.电子制作,2017(02):21-22.8方平进.智能立体车库控制系统的研究与设计D.江西理工大学硕士论文,2011:11-15.9王虎军,马殷元,耿浩.垂直升降式立体车库的安全可靠性分析与设计J.中国安全科学学报,2015,25(08):75-80.10朱家诚.升降横移式立体停车设备的设计J.机械,2016(14):22-23.1112陶磊,武建涛,朱敏哲,李军,梁飞.升降横移式立体车库控制系统的设计J.起重运输机械,2015(01):14-16.13覃祖朋,谢永智.升降横移立体车库的设计J.机电信息,2017(24):142-143.14张接信,王爱超,黄柱安.垂直循环式立体停车设备的设计与应用.起重运输机械. 2016,7；41-43.15宋运动,张接信,何斌.立体车库概述与发展前景分析J.起重运输机械,2017(12):63-66.16白玉铭. 垂直循环式立体车库设计研究D. 哈尔滨工程大学，2007.17马红麟基于PLG控制的多层立体车库的研究与设计J制造业自动化，2009(3)：97-99.18侯韦.模块化设计在机械垂直循环式立体车库应用研究D. 长安大学，2015.19陈婧,田怀文.大型垂直循环横向平移立体车库的 结构设计及稳定性分析J.机械设计,2013,30(5): 67-70.20梁睦,梁东凯.立体车库的应用及结构设计方案研讨J.机电产品开发与创新,2011,24(06):57-59.21Tajahuerce E, Javidi B. Three-dimensional image securityJ. Critical Reviews of Optical Science & Technology, 2017:102980G.22IMaria LZOK，Katarzyna UCZAK. Intelligent Building, Automated Car Parking System. pp:217-226,2015.23Faheem , S.A. Mahmud , G.M. Khan , M. Rahman and H. Zafar . A Survey of Intelligent Car Parking System.pp.714-726,Otc 2013.24Yang H Y. Design of a Three-Dimensional Garage Control SystemJ. Applied Mechanics & Materials, 2014, 556-562:2540-2543.