汽车智能停车库的设计——智能车库的结构设计及仿真

汽车智能停车库的设计智能车库的结构设计及仿真学 院：专 业：姓 名：指导老师：学 号：职 称：中国珠海二一年月北京理工大学珠海学院XXXX届本科生毕业设计诚信承诺书本人郑重承诺：本人签名：日期：年月日智能停车库的结构设计及仿真摘 要智能停车库，顾名思义，是基于立体停车库而设计出的能实现全自动化立体停车的停车设备。其结构由框架、运输设备、出车机构、控制系统及安全系统构成。在现代化城市社会中，智能停车库的作用愈发明显。在有限的土地面积上，停放更多的车辆，有效解决城市中停车难的问题，同时也能解决新手停车时不易操作的问题。智能停车库的停车原理不难理解。将车停放在车库门口后，由运输设备将车运输到框架前方的指定位置中，然后由出入车机构将车运输进框架中。出车时反之运行即可。由此便可节省了寻找车位、停放车位的时间，也不会产生半自动机械停车设备不易操作的麻烦。本文主要研究内容如下：1. 现场调研及分析。2. 整车库选择使用的控制系统。3. 整体结构设计及安全性分析。4. 车库的安全机构设计。5. 智能停车库的仿真分析。关键词：智能 停车库 结构设计 仿真分析Structure design and Simulation of intelligent garageAbstractIntelligent parking garage, as the name implies, is a parking equipment designed based on the three-dimensional parking garage, which can realize full-automatic three-dimensional parking. Its structure is composed of shelf, transportation equipment, car delivery mechanism, control system and safety system. In modern urban society, the function of intelligent parking garage is more and more obvious. In the limited land area, parking more vehicles can effectively solve the problem of parking difficulty in the city, but also solve the problem that novice parking is not easy to operate.The parking principle of intelligent parking garage is not difficult to understand. AWhen the car is driven, it can be operated on the contrary. Thus, the time of finding and parking spaces can be saved, and the trouble of difficult operation of semi-automatic mechanical parking equipment can not be caused.The main contents of this paper are as follows:1. On site investigation and analysis.2. The control system selected for the vehicle depot.3. Overall structure design and safety analysis.4. Safety mechanism design of garage.5. Design of motor and reducer.6. Simulation analysis of intelligent parking garage.Keywords: Intelligent parking garage Structural design Control system Simulation analysis目 录1 前言11.1本设计的目的、意义11.2国内外研究现状及存在的问题21.2.1国内研究现状21.2.2国内方面存在的问题：21.2.3国外研究现状21.2.4国外方面存在的问题：31.3本设计应解决的主要问题32市场调研52.1深圳伟创公司概况52.2珠海宝兴路立体停车场案例82.3设计方案的制定92.3.1设计流程92.3.2设计原理93.智能车库的结构设计103.1车库控制系统的布局设计103.2车库的结构设计113.2.1横梁的结构设计113.2.2支撑梁的结构设计133.2.3 立柱的结构设计153.2.4框架焊接工艺及螺栓选择173.3其他零部件的设计和选择183.3.1 安全机构的设计193.3.2减速器的选择193.3.3电机的设计203.3.4联轴器的选择203.3.5轴承的选择213.3.6轴的设计223.4 本章小结254仿真分析275总结361 前言智能停车库，顾名思义，可实现智能化管理及全自动式停放车辆的车库设备称之为智能停车库。智能停车库在世界上发展历史长达百余年，然而由于之前社会现代化程度不高，机械只能化程度较低，车辆并不是人们出行的首选代步工具，汽车在全世界范围内的保有量也远不及如今，所以对只能停车库并没有如此迫切的使用要求。但是，由于时代的快速发展，人类生活水平的不断进步，机械智能化程度对人类生活渗透速度过快，导致汽车数量的不断增加。这样的科技进步带来了许多便捷，但是也引起了更多复杂的社会问题。城市中人口数量不断增多，汽车数量也在不断增加，原有的土地面积已经无法再承载更多的车辆停放，因此，如何在有限的空间停放更多的车辆是现如今需要尽快解决的正要问题。智能停车库也因此走入人们的视野，在近年来高速发展，成为城市中不可或缺的停车设备。1.1本设计的目的、意义这些年来，由于城市化速度进程飞快，城市中人口面积飞速增长，再加之人们的生活水平越来越好，因此城市之中汽车保有量也在飞速攀升。根据国家有关大数据调查研究，截止2018年底，基本上每一个中国家庭中，都至少有一辆属于自己家庭的汽车，这与十年前调查结果天壤之别。由此可见，中国城市中汽车数量增长速度是让人难以置信的。但是，由于城市速度扩张太快，土地问题愈发紧张。大片的高楼拔地而起，城市中空闲土地数量愈发减少，因此停车位紧张的问题愈演愈烈。大量的城市车辆无法停放时，人们便将目光投到了对空间的利用上来，想要借助空间的立体性来化解停车难这一因为时代发展所不可避免的问题。因此，立体停车库就走入了人们的生活当中，成为现代化社会中解决停车问题的手段。立体停车库，顾名思义，它是一个立体结构的停车场，在所占土地面积不变的情况下，尽量利用整个立体空间，来对汽车进行合理的摆放和储存，让有限面积内停车数量最大化。其便利性和安全性都是极好的。立体车库的诞生及研究，可以有效缓解城市停车压力的问题。为此，国家出台了一系列的举措，如技术上支持立体车库的科研研发，资金上给予其更多帮助等等。这一系列的扶持政策，必将推动立体车库的良性发展及运行。目前立体车库在市面上受欢迎程度越来越高，需求量也与日俱增，其整体性能也越来越好。由此可见，立体车库的前景是相当光明的，立体车库未来发展必然是更加美好的。本次研究的目的就是经过市场调研及考察后，设计一款智能化程度较高的立体停车库。其结构及性能方面克服一些市面上立体停车库结构常见的问题。因此本篇论文将围绕本次设计结构方面展开一系列的调研研究。1.2国内外研究现状及存在的问题1.2.1国内研究现状相对于国外近乎百年的立体车库研究历史，我们国家落后了很多。我国首次出现立体车库的研究设计在上世纪八十年代，距今只有不到四十年的研究历史由于之前我们国家的城市化水平并不高，汽车相对来说还是较为奢侈的产品，因此土地面积足够容纳当时的汽车数量，对立体停车库的需求并没有那么紧迫。但是近年来科技飞速发展，城市化进度的加快，大面积土地被建筑物所占用，城市内留给车辆存放的位置不断减少，但是汽车保有量却飞速提升。因此难以停车的问题在城市中逐渐显露出来，传统的单一停车位显然已经无法满足城市内居民的需求，立体车库的研究工作就显得尤为重要，更多的自动、半自动立体停车库成为居民区、大型商业中的新宠。近年来，我国举办了多场大型的有关于立体停车库的交流博览会，吸引了世界各国著名的立体车库制造商前来参加。这进一步表明，我国的立体停车库技术正在得到世界的认可。立体停车库技术同时也得到了政府部门的认可，其出台许多相关举措来帮助有关企业的发展建设。1.2.2国内方面存在的问题：1)立体停车库的流畅性仍然存在着许多缺陷目前市场上的立体停车库产品大都存在一个误区，认为停车位越多，就代表着产品越好，这是非常不正确的。在有限空间内设计越多的停车位，会造成每个停车位空间减小，导致用户的舒适度大大下降，其停车时的流畅度也大大降低。因此，合理的解决停车流畅度的问题，是很有必要的。2)立体停车库的推广存在一定问题国内立体车库在推广方面，一直存在着很严重的问题及缺陷。首先我们要了解到，车库最终的适用对象是司机。因此，司机直接操作的感觉是检验车库是否适应市场的关键标准。然而，目前国内存在的立体车库，大都让司机感觉到不是特别舒适，其操作过程也相当繁琐。因此立体车库在国人心中的形象一直有待提高。3）国民对立体停车库的认知度不够由于立体车库在国内，尤其是二三线城市中，算是较为新奇的东西，因此大多数人对立体车库其实并不是非常的了解。更加之目前市面上大部分立体车库为半自动化设计，相当一部分功能还需要司机自己来手动完成，安全性方面得不到有效保障。1.2.3国外研究现状在立体车库研究方面，美国技术较为先进。且美国也是第一个设计并使用立体车库。二十年代初，美国人就率先制造出了立体的机械升降车库，也是从那时候开启了整个智能化停车的大时代。在随后的时间因种种原因其发展受到了阻碍，但是在1960年前后进入了高速发展的年代，其技术和科研水平都取得了巨大进展。到90年代后，数控技术的飞速发展引来了机械升降车库的快速革命，自动化程度更高的智能车库逐渐走入人们的生活，其发展也是尤为迅速，直到今日，市面上基本上已经全部为电脑控制的全自动立体车库。日本作为亚洲国家中，先进制造业的代表，其立体停车库的发展也是拥有相当久远的历史。其对立体停车库的研究历史已经长达六七十年，有了完整的科研理论及制造、研发、生产、销售等一系列的配套服务过程。同时，日本有上百家的立体停车库生产企业，大都是日本老牌机械制造厂商，其制造水平和科研技术都是世界一流水平的。由于日本国土面积限制，因此日本对立体停车库的重视程度是外人无法想象的。智能化的立体停车设备在日本普及率相当高，其质量也很有保障。韩国作为我国的邻国，其立体车库发展主要受到日本的影响。不过近年来，韩国对立体车库也愈发的重视起来，其普及速度相当之快。目前韩国的立体停车库发展状况大致相同，进入到一个相对平稳高速的发展阶段。1.2.4国外方面存在的问题：1）传统方案仍需改进，创新力度仍需加强由于国内在立体车库开发方面起步较早，因此已经有多种成型的立体停车库设备。但是由于科技的进步及时代的发展，一些立体停车库设备已经不再适用于当今城市环境中，因此，如何创新，如何改进出更适合当前城市环境中使用的立体停车库是一个相当重要，也是需要尽快考虑的问题。2）立体车库故障率较高，安全性能无法保证智能立体车库虽然方便可靠，但由于其机械结构长期高强度反复运动，安全性一直是一个较难解决的问题。因此，如何提高其安全性能，让客户使用起来更安心可靠，是立体车库发展中一直需要解决和改善的问题。1.3本设计应解决的主要问题由于立体停车库在中国诞生的时间并不算久远，所以其各方面还存在着许多的缺陷。从结构方面考虑，本设计有诸多棘手的问题需要解决。因此本次结构设计从技术角度出发，希望解决以下几点结构设计上的主要问题：1）解决对控制系统选择的问题在整个立体车库的设计中，尤为重要的一点，也是整个核心部分，便是对控制系统的选择。想要化解这一难题，最关键的是优化其各个环节，有效的缩短运行时间，从而提升车库的存放效率。2）解决车库的结构材料选择问题立体车库的材料选择是较大的问题。材料太过沉重会影响车库的保养成本和经济效益，选用轻便的材料又会影响车库的安全性。因此，立体车库中材料的选择一直是一个比较重要，比较关键。且比较复杂的难题。3）优化安全机构设计问题立体车库的安全机构，是保护汽车安全的最后一道重要保障。在出入装置或传送装置出现问题时候，有安全机构紧急运行可以及时保护使用者的车辆不受到伤害。传统的安全机构设计往往比较简单，在一些比较紧急的时刻难以发挥其理想的效果。因此，有关安全机构的设计改良是一个重要问题。4）存取机构的电机和减速器设计问题存取机构能够正常的运作，电机肯定是必不可少的。其功率和大小会影响整个立体车库的运转效率。因此，电机的设计是很重要的一个环节。而减速器能起到一定的保护效果，对整个车库运行的安全性有一定的保障，并且还能影响整个车库的工作效率。因此减速器的合理设计是较为关键的一步。2市场调研2.1深圳伟创公司概况深圳伟创是广受市面上认可的一家专注于立体车库设计及研发的公司。该公司在立体车库方面研究设计已有二十多年的历史。其立体车库基本涵盖市面上所有类型的车库。与此同时，近些年的发展也让该公司和众多知名房地产商建立了长期合作的关系。该公司业务涉及范围也是相当全面的。医院、单位、小区等众多场所均需要其提供整体的立体停车方案设计。其公司在市面上销售的立体车库类型有以下几种：(一) 升降横移式 升降横移式立体车库运用了方块化处理的模式，将车位切割成多个小模块。其容车数量为一个单元格内停放5辆车，其停车库可设置2-8层。其运行的额定速度为：升降4-6m/min，平移6-8m/min。其提升方式主要是电机+链条式。控制系统主要采用PLC控制系统。主要适用于医院、商业中心等人流密集处，对停车位需求量较大的地方。图2.1为深圳伟创公司在南京地铁口的项目。图2.1 南京地铁站停车场（二）巷道堆垛式 巷道堆垛式立体停车库，主要是运用操控堆垛机的运动，让车辆停入指定的单元空格内，用户使用更加方便快捷。堆垛式车库同样适用于轿车及都市suv停放。其设计高度可达到2-8层，车辆单次存取时间控制在90秒以内。其堆垛机运行的主要额定速度为：升降40-80m/min，平移60-100m/min。其提升方式主要是电机+链条式+钢丝绳。控制系统为PLC系统。其适用场所主要是政府项目、小区等车辆停放时间较长的地方。图2.2为其公司在珠海宝兴路的项目：图2.2 珠海宝兴路停车库设计（三）垂直升降式垂直提升式立体停车库，顾名思义，让车辆垂直升降来摆放进入合适的位置中。它的原理和电梯的操控相对类似，适合城市内轿车使用。其容车数量大概为其层数*2。通常情况下，其层数可达到15-33层。其提升装置的额定速度为90-120m/min。其提升方式主要为电机+链条式。其控制系统选择为PLC系统。适用于政府、小区等在有限土地面积内停放较大数量车辆的地方。下图2.3为该公司郑州城府的项目。图2.3 郑州政府停车库设计（四）垂直循环式 垂直循环式停车库对于面积的要求相对而言并不是很大，其结构简单易拆装，外观设计较为简易，价格相对比较便宜，因此适合家用轿车的存放。其容车数量一般不多，多为4-9层，其单次存取车时间为45-85秒，全部车辆取出时间大概为15min左右。其提升方式主要为电机+链条式，控制系统选择PLC系统，主要适用于酒店、企业单位等场所。下图2.4为该公司在深圳某小区项目。图2.4 深圳某小区垂直循环式停车库2.2珠海宝兴路立体停车场案例本次课程设计主要参考深圳伟创公司的珠海宝兴路立体停车库设计方案。因此本次设计初，我首先考察了珠海宝兴路立体停车库的整个结构设计。该停车场外观设计新颖别致，与通常所见的立体停车库大为不同。其外观设计如图2.5所示。图2.5 珠海宝兴路立体停车场外观图2.6 立体车库内部结构该车库内部的结构设计相当新颖。车库设计为五层，受到周边环境等因素的一些影响，车库的入口和出口分别设立在了整个车库的两个侧面上。整个车库的进出口设计累计有十二个之多，存取车高峰期依然能保证车辆快速有序的进出，这是非常难得可贵的。当司机想使用这个车库停放车辆时，首先将车辆停放在指定的入口内，然后车上的乘客及司机全部离开车辆。之后司机只需要进行刷卡操作，车辆便会有升降机运输至堆垛机上，再由堆垛机负责将车辆传送至指定的停车位中。取车过程同理，使用起来非常的方便，且时间控制在一分半内完成整个车辆的存取动作，相当的快捷。整个车库内部设计有五层之高车库下面两层停车位设计相对较大一些，便于一些较为体型较为宽敞的汽车停放。上面三层停车位设计较小一些，适合城市内大多数的轿车停放。其工作原理不难理解。以堆垛机为传送装置，将车辆从仓库入库搬移至指定的停车位中。其内部的主要的核心机械结构有堆垛机、履带式传送装置、电机、减速器及安全机构。2.3设计方案的制定2.3.1设计流程（1）本设计以伟创公司的珠海宝兴路智能车库为依托，在能力范围内设计出了一个堆垛式立体停车库的方案。本篇论文将从结构设计的角度出发，在查阅多方面设计资料进行对比后，选择钢材料作为立体车库的整体结构框架材质。钢结构具有以下几点优点：可靠性强，强度高，材料塑性和韧性较好，且密闭性较好。（2）经过查阅相关资料及相关分析后，考虑到其运行的流畅性方面，决定整个运输系统应采用变频变压调速电机，再结合相应的技术手段，以此为依托，来保证整个电机的运行和减速器的选择使用。（3）采用cad软件对立体停车库的的结构进行设计和制作，通过对零部件的设计，再通过装配，最后形成堆垛式立体停车库的的完整结构，并且完成零件的工程图，以此为基础完成这个设计的装配图，最终完成结构的设计，并进行后续仿真工作。（4）本设计的传动特点是：其使用相当方便快捷，且大部分操作过程由机器代完成，操作并不复杂，工作效率相对来说非常的高，适合许多场所使用。其智能化程度较高，安全性能也相对较好。 2.3.2设计原理市面上已有的成型的立体车库种类有很多，然而大部分都存在一些或多或少的缺陷及问题，大部分均为半自动化立体停车机构，需要人工操作停车，步骤繁琐不易操作，因此，再多方考虑后我选择设计一款堆垛式立体停车库。堆垛式立体停车库，顾名思义，运用堆垛机的快速移动来进行车辆的存取工作。因此对堆垛机的技术要求较高，单台堆垛机成本较高，所以巷道堆垛式立体车库适用于车位数需要较多的客户使用。这种车库自动化水平很高，且全封闭式建造，存车安全性高。本次设计主要参考伟创公司的堆垛式立体车库，因此其主要数据也是参考到其车库的数据。一些重要的参数如下：1）单个车位空间:5L*1.7W*1.3H（单位m）；2）载车板平行移动最大速度为15m/min；3）允许停放车辆的最大重量：2200kg；4）平层精度的许可值：5mm。3.智能车库的结构设计3.1车库控制系统的布局设计巷道堆垛式立体车库智能化程度较高，因此设计方案中初步将控制系统进行了分层的方式来设计这个控制系统。其划分为两个层面来分别进行操作：管理及控制。管理层面给主要有一台电脑为核心来进行管理工作。其主要任务是负责一些车辆出入的工作，还有调配汽车停放等。 测控层顾名思义，便是检测控制各层车位数量，同时进行一些安全性的检测，来保证整个停车库安全有效的运行。PLC控制系统在此适用。 PLC控制系统有以下这几个优点:1）其性能非常的不错，安全性也非常的高，是目前市面上较为安全可靠的控制系统。2）响应快。其相应速度较快，可以保证整个车库安全有序的工作运行，整个车库运转更加快捷平稳。3）方便快捷，并采用模块化的结构、因而安装容易。同时，PLC控制系统运行时有强大的自测能力，其会在运行后优先判断是否适合当前环境运行，之后再判断运行模式为自动还是手动。自动状态下开始进行相关工作。其工作流程如图3.1图3.2所示。图3.1存车流程图 图3.2取车流程图3.2车库的结构设计本次设计已伟创公司堆垛式为依托，设计出一个较为小型的，适合小区或公司停放车辆的立体停车库。因此在结构设计方面，考虑到土地面积、存放时间等综合问题，因此车库整体设计并不大，为一个三层结构的车库。一层两侧分别设有存取车口，二三层全为停车位部分两侧，共有38个停车位，由一台堆垛机负责车辆的存取工作。整个车库采用钢结构材料设计。钢结构材料是市面上相对较为理想可靠的材料，而本次设计主要采用到的钢材料为Q235碳素钢，这种材料的材料特性较为出色，其屈服极限为235Mpa，其抗拉强度最低为375Mpa，最高可达到500Mpa。而车库整体的钢结构，所产生的许用位移为10mm。本车库整体框架结构主要由：横梁、支撑梁、立柱、传动链、链齿、板式输送机组成。其中我设计的结构有：横梁、支撑梁及立柱。下面对这三个部分分别进行计算分析。3.2.1横梁的结构设计参阅文献，本设计的横梁其选用碳素钢Q235构成，根据调研数据知其危险截面在处，截面长110mm，宽370mm，其截面积为A=96.42cm2。1) 横梁许用应力的确定及强度校核本次计算查阅相关资料，可知依据有关材料力学中的相关理论可知，选用Q235碳素钢为其整体钢结构材料时，其屈服强度为235Mpa，在安全系数取得n=2的情况下，可以知道许用应力= s/n=1.94Mpa。首先对支撑梁进行了受力分析，其受载荷作用如图3.3所示：图3.3 支承梁受力分析简图我们首先对横梁的受力进行研究，已知A、B两点全约束L=4.23m，E=210Gpa，I=500cm4，载荷为：。横梁所承受的最大弯矩为MMax=ql/8=（35000*4.23）/8=18506N.m。其扭矩图为：图3.4 支撑梁扭矩图因此横梁的最大应力为max=Mmax/W=18506/1.28*104=1.44Mpa。可得，由强度理论可知：横梁稳定。2）横梁最大挠度计算根据挠曲方程：；可知横梁的最大挠度为：。计算得：fmax=fl3/48EI=35000*4.233/48*2.1*1011*500*10-8=5.2*10-4m。根据上述计算分析，首先我进行了横梁的结构设计，其三视图如下所示：图3.5 横梁主视图图3.6 横梁的俯视图图3.7 横梁的左视图3.2.2支撑梁的结构设计根据相关调研得知，整个支撑梁的设计，选用方钢作为设计材料所制成。由整个钢结构的立体车库框架可知，每一个立柱都需要承受均匀载荷分布的力，因此就可以让一个集中载荷中连带上一个额外加入的弯矩。由于立柱是承重柱，在整个钢结构车库中受力方向均为垂直向上的，整个框架所承受力的力不足以引起立柱的变形，因此可以不做考虑。所以，整个框架结构设计中，支撑梁是最为关键且重要的。在车库停放车辆较多时，支撑梁的危险程度是最为高的。1）支撑梁许用应力计算及强度校核首先我们先对支撑梁进行受力分析，其受力分析如下图所示：图3.8 支撑梁受力分析简图已知A、B两点全约束l=2.074m，E=210Gpa，I=2500cm4，其面积，载荷为：F=10000+6000=160KN。支撑梁所承受的最大弯矩为Mmax=ql/8=16000*2.074/8=4148N.m，其弯矩图如下：图3.9 支撑柱弯矩图最大应力为max=Mmax/W=4148/1.28*104=3.24Mpa。查阅资料可知，依据材料力学中相关的理论依据，其结构选用Q235碳素钢时，其屈服强度为235Mpa。给予去限制条件在安全系数为n=2的情况下，其许用应力的计算为= s/n=7.29Mpa。可得，由强度理论可知：支架安全可用。2）支撑梁最大挠度计算挠曲方程为：。最大挠度为：计算得：fmax=fl3/48EI=160000*73/48*2.1*1011*6120*10-8=5.3*10-4m。根据上述计算过程，完成了对支撑梁的设计，其三视图如下图所示：图3.10 支撑梁的主视图图3.11 支撑梁的俯视图图3.12 支撑梁的左视图3.2.3 立柱的结构设计1）立柱屈服极限计算立柱为等截面立柱，受压静力，两中心压杆的稳定条件为： ，其中：为临界载荷，P为工作载荷，n为安全系数，为许用安全系数。其受力仅受到一个垂直向下的压力，在没有左右拉力的情况下，不受到剪切应力的作用。故岂不涉及剪切应力的计算。查简明材料力学附录型钢表可得此方钢面积:，压杆全长为l=383.3cm;弹性模量，比例极限，屈服极限2）立柱载荷计算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。查得金属结构中的压杆安全系数，取n=3。代入得。3）立柱许用应力计算及强度校核前立柱的稳定安全系数由计算可得，由上式可知安全。若按插减系数法计算：。其中A为受力面积，P为工作载荷，为安全系数，为许用安全系数，为中心压杆折减系数。则可计算出，安全裕度较大。综合上述上支撑梁、支撑柱、立柱的计算及校核过程，可得出结论：所设计的停车库框架结构为安全可用的。根据上述计算过程，完成立柱的设计，其三视图如下所示：图3.13 立柱的主视图图3.14 立柱的左视图图3.15 立柱的俯视图3.2.4框架焊接工艺及螺栓选择在整个车库的钢结构框架设计在，其焊接方式的选择是尤为重要的问题。经过翻阅相关理论资料后，主要选用螺栓连接、对焊、角焊的方式来进行整体钢结构框架的连接工作。1）焊缝连接要求整个焊接过程在选用的钢结构材料上完成，因此首先需要参考其钢结构强度，才能进行相关的焊接工作。强度不相同的金属，若是想焊接在一起时，应选择其强度较为低一些的金属所适合的材料来进行相应的焊接工作。在论文中所涉及的有关结构框架的设计中，不可随意增大焊接缝隙。其目的主要是及时的防止在某一处产生大量的焊接缝隙。所有，尤为关键的一点，焊接缝隙的安排摆放应该处于这一零件的重心处。而焊接的坡口形式，需根据具体材料和施工标准的要求来选用。2）角焊缝的尺寸要求：进行角焊工作时，根据调研数据所知，其角焊缝通常情况下为直角，即两角变夹角为90。如果遇见较为特殊的情况时，即夹角小于60或夹角大于120（通常称之为斜角角焊缝）时，不适合用于承重所用的焊缝。此情况不适用于钢管结构。整个角焊缝的工艺尺寸其最小值为（t代表焊接厚度）。当时，当t6mm时，。在用于T型处的单面角焊缝情况下，可以适当的增加1mm，但是用于自动焊的情况下，其最小尺寸就应减少1mm。在进行角焊工作时，其尺寸一般情况下，相对于较薄焊件，应该小于其1.2倍，此情况同样不适用于钢管结构。当焊接件为较薄焊接件时，及其厚度小于等于4mm情况下，焊角的最小尺与焊件相同。圆孔或槽孔内的焊接尺寸也有一定的要求，即圆孔直径应小于焊角尺寸的1/3。3）螺栓连接要求整个立体车库的钢结构框架研究方面，高强度螺栓是连接立柱和整个平面方向上导轨的主要连接件。参考有关文献和资料，可以知道高强度螺栓按性能划分，大致可分为两个大类，即摩擦型高强度螺栓和承压型高强度螺栓。下面我们对其分别进行分析：摩擦型高强度螺栓其完全不依靠孔内壁所承受的压力和栓杆上所承受到的剪切应力，仅依靠两个相连的零部件间的摩擦阻力来进行力的传导。其摩擦阻力的主要来源是螺栓上的预紧力，即作用在两个零部件摩擦面上面产生的压力。其工作环境较为苛刻，不得受潮防止其表面生锈。承压型高强度螺栓这种螺栓相对而言没有那么复杂，其与市面上常见的螺栓较为接近，多靠螺纹和螺栓连接而成，主要靠孔壁内承受到的压力和栓上收到的剪切力。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所受到的压力、载荷和剪切力的设计数值。3.3其他零部件的设计和选择其他零部件主要包括安全机构、减速器、电机、轴承、联轴器、及轴的设计和选择部分。其中，安全机构设计用于车库的堆垛机中，可有效保护堆垛机安全的运行。电机、轴承、联轴器及轴主要用于载车板，及框架上的出车机构上，其作用主要是负责载车板的正常运行。3.3.1 安全机构的设计首先我对车库可能出现的各种意外情况做出了总结分析，认为在各种不确定因素的影响下，可能发生以下几种安全隐患：(1)因电机失灵而导致堆垛机超速运行。在上升或下降过程中，一旦制动器丧失了控制能力，亦或是轮齿、轴、键、销这些减速器上的关键零件发生了损坏，还有曳引绳出现了较为复杂的断裂、失灵等情况时，堆垛机的提升装置就会失灵，其操作速度就会达到甚至超过其设定的极限。(2)终端越位。遇到一些外部因素的故障，如电路出现问题时，整个运输装置上升到顶层，亦或是下降到最底层时，就会发生一些意外情况从而停靠在不合理的位置。(3)带故障运行。在减速装置发生故障，或电机发生故障时，整个运输装置失去作用。(4)突然停驶。因为一些外部因素，如电路问题，或是控制系统发生了一些不可避免的故障时，会导致运输装置突然停止工作。在明确了车库可能发生的各种安全问题后，我便针对其每种问题设计出了相应的安全机构，因此来确保立体车库发生各种意外时，能有效保护到使用者的利益。具体的安全机构有以下几种:1)超速限制装置：利用一些可以调控速度的设备来对意外发生的情况进行限速保护工作。因此设计中添加限速器来进行安全保护。2)防碰撞保护装置：为应对整个运输装置出现高速下坠的意外情况，设置缓冲器作为其保护装置。3)位置异常保护装置：为应对运输装置可能发生停放位置异常的情况发生，添加限位开关和强制减速开关来保护其安全运行。 4)电路异常保护装置：为应对可能发生的电路异常情况，安排了断相错相保护装置，以此来保护电路的安全工作。5)异常停止保护装置：为应对运输装置可能发生的异常停运现象，安装有手动盘车，能够在异常停止现象发生时手动进行车辆的运输工作。3.3.2减速器的选择减速器用于横移机构电机和微横移机构电机上，主要负责控制电机运行的速度，以此保证车库的安全运转。通过查阅有关资料和调研相关的资料分析，在横移机构电机上，选择市面上已有的行星齿轮减速器。该减速器为卧式安装形式，易于安装。其采用行星齿轮的形式，结构更加坚固。而微横移机构电机，则采用了斜齿轮硬齿面减速器。其结构更加精密，体积更加小巧，适用范围广，通用性更强。3.3.3电机的设计电机主要负责载车板的运动，输送车辆从堆垛机运输到框架上，实现车辆的存储工作。1）横移机构电机横移机构电机为框架中载车板的横向移动所涉及到的电机。在本设计的停车库中，由调研知存取速度最快为30m/min，最慢为18m/min，整个运送车辆的载车板横向移动行程为2.5m，时间为8s，则横移速度/0.31m/s。所移动的质M=2200kg，则所消耗的功率为: 链传动的功率 0.920.96 ，取最小值计算，所需电机功率 1.337/0.92 1.45kw 选电机功率为1.5kw。2）微横移机构电机微横移机构电机为框架上载车板横向调整车辆位置所用到的电机。其作用是辅助车辆正确停放入位，因此其设计功率相对于横移机构电机较小。微横移机构的行程0.2m ，微动时间设定为2s,则速度/0.lm/s。所移动质量2500kg，则所消耗的功率为：链传动的功率0.920.96 ，取最小值计算，所需电机功率0.49/0.920.53，选电机功率0.75 kw。3.3.4联轴器的选择在整个载车板的设计中，多处地方需要利用联轴器连接。如链轮和驱动轴、驱动轴与减速器间。因此为保证其精度要求，应选择具有补偿功能的联轴器。在查阅相关资料并保证较低成本的情况下，选用滚子链联轴器。它的结构相对简单，采用标准件，其制作也相对简单，具有一定的补偿能力，适用于本次设计的环境要求。其工艺性也较好，适用性较强，符合本次设计选择要求。本次设计选取的滚子链联轴器如下图所示：图3.16 滚子链联轴器3.3.5轴承的选择本次设计过程中，所使用到的轴承，通过调研得知，大多数所受力均为轴向力。因此，大多数轴承所受到的均为轴向载荷。根据资料调研所得，深沟球轴承较为适合本次设计所使用。其主要特点是承受径向载荷，但同时也可用来受到一定径向和轴向所产生的负载之和。当转速较高的时候，推力轴承不适用这种条件下进行工作时，深沟球轴承同样可以用来承受纯轴向所带来的负载。本次设计所选用深沟球轴承如下所示：图3.17 深沟球轴承3.3.6轴的设计1）选择材料根据查阅相关资料所得，轴最常使用的材料大致有以下三种：35碳素钢、45碳素钢及50碳素钢。其中，最为常见也最为实用的为45碳素钢。遇见一些特殊情况，如受到的力较大的情况下，亦或是对尺寸和质量有要求时，又或是加工条件有特定要求时，要采用合金钢。对于受力不多的轴，可以选择Q235钢作为其制造材料。在一些特殊情况下，轴的表面可以进行一些特殊处理来提高其疲劳强度或耐磨性。在一般温度下（低于）合金钢无法提高所设计轴的刚度要求。若想提升轴的精度，需要使轴径增大，即使用强度较低的碳素钢。制造较为难以设计的轴时，应选用高强度铸铁。因为其基本不受应力集中的影响。总结得本次设计用到45钢完成轴的设计，热处理为调质，硬度HBS在217255之间，抗拉强度。，屈服点，弯曲疲劳极限，扭转疲劳极限。图3.18 轴2）初步估算轴径初步估算轴径常用类比法，经验法及按许用切应力估算法，初步估算轴径作为轴结构设计的基础。根据机械设计手册表15-2公式初步估算轴径，材料为45钢，有表简明机械零件设计手册，可得轴径为： 3）轴的结构设计选择经过翻阅资料和有关调研情况所知，轴的设计选用深沟球轴承，其装配工作容易完成。轴承直径选用d=60mm。这种轴承集中应力较小，设计合理，刚度要求符合标准，工艺性良好。4）轴上的受力分析链轮的圆周力：由前面计算知，链轮的有效圆周力为，链轮的径向力：链轮的轴向力：由于链轮无轴向力，故。5）轴的支反力由，且受力的对称性知。在垂直面内的支反力，6）轴的弯矩及扭矩链轮的作用力在水平面内的弯矩。链轮作用在垂直面内的弯矩。查阅资料可知，其弯矩为二者合力，因为其合成弯矩图共面时为最危险的截面。则截面的最大合成弯矩为。7）轴的强度校核对轴进行强度校核，要确定其结构尺寸。根据其各方面因素确定危险截面的位置，然后对危险截面进行强度校核。然后对轴的安全系数校核计算。弯曲应力幅为： 。其中W为抗弯截面系数，查阅资料得。由于是对称循环应力，故平均应力，查阅资料得 。式中钢弯曲对称循环应力时的疲劳极限，查得。正应力有效应力集中系数，键槽查得，按配合查得，故取；表面质量系数，轴经车削加工，查得；尺寸系数，查得。切应力幅为。式中抗扭截面系数，由表查得。所以 。式中钢扭转疲劳极限，查得；切应力有效应力集中系数，按键槽，按配合，故取；同正应力情况；平均应力折算系数，查得。轴D截面的安全系数确定。可知，故，该轴D截面是安全的。3.4 本章小结本章主要进行了以下设计：1）车库框架中整体结构设计。包括横梁、支撑梁、立柱设计。2）安全机构的设计工作。3）其他零部件的设计选择。根据以上零部件的选择及设计工作，大体上完成整个结构框架的设计分析过程，由此可以测绘处整个车库的框架装配图：对其进行整体装配组合，完成整个车库的结构设计。其整体结构如下：图3.19 立体车库框架主视图图3.20 立体车库框架俯视图图3.21 立体车库框架左视图4仿真分析本设计中，利用UG软件对整个车库的设计进行了三维建模，其具体过程如下：1.在上述的涉及的车库整体钢架结构设计完成之后，需要绘制车库框架装配图，装配图是整个设计制图阶段的重中之重，本次设计依照以下原则对弹片搬运机械手进行装配图绘制：1）立体车库框架装配图应正确选择主视图和图样布局。2）立体车库框架装配图需要正确表达装配图2D尺寸和零件之间的关系。3）立体车库框架装配图应按实际工作情况作为主视图。4）立体车库框架装配图中细小结构如：倒角、圆角、退刀槽均可不画。5）立体车库框架装配图应能体现运动机构的原理和结构特点。2.立体车库框架总装配图首先对整个车库的各零部件结构进行三维建模。其三维模型图如下：1）横梁三维建模图如下：4.1 横梁主视图4.2 横梁左视图4.3 横梁三维图2）支撑梁三维建模图如下：4.4 支撑梁三维图4.5 支撑梁左视图3）立柱三维建模图如下：图4.6 立柱三维图4）立体车库框架单边三维建模图如下：图4.7 立体停车库框架单边主视图图4.8 立体停车库框架单边俯视图图4.9 立体停车库框架单边左视图图4.10 立体停车库框架单边立体图5）最后完成整个立体停车库框架的三维建模：图4.11 立体停车库框架整体俯视图图4.12 立体停车库框架整体立体图由此完成了整个立体车库框架的三维建模设计。5总结智能化的高速普及对立体停车库行业的影响还是非常重要的。巷道堆垛式停车库的出现，有效解决了停车问题，同时也弥补了传统机械立体停车设备的不足和缺点。本篇论文查阅许多参考文献，同时进行了一定的市场调研，完成了立体停车库的一些重要工作。其主要完成任务如下:（1）对车库控制系统的研究 经过市场调查及分析，选用PCL（可编程控制器）作为车库的控制系统。PLC在市场上得到用户的广泛认可，其性能及优越性均较为明显，手动和自动模式的转换可以保证车库安全且高效的运转。因此选用PLC作为车库的控制系统是我认为较为合理。 （2）对车库的骨架结构研究在进行相关市场调研及资料查阅的情况下，完成了本车库的钢结构框架设计。确保了整个立体停车库框架的安全性，保障了车库能够安全有效的运行。(3)对车库安全保护机构的研究 保护机构是车库较为关键的一个环节，因此对于车库安全机构的研究设计是很有必要也是非常重要的一个环节。本次研究在确定立体车库中可能发生的各种危险后，设计出相应的安全保护机构，对于智能车库整体的安全性得到了极大的提升。 (4) 对车库电机及减速器的研究电机及减速器是车库运转必不可少的一部分。因此电机及减速的设计过程也是复杂且严谨的。在减速器方面直接选用行星齿轮减速器。而电机则分别进行计算设计了横移机构电机和微横移机构电机。结合时代的发展，科技的进步，立体车库的发展前景一定是积极的。堆垛式立体停车库，作为立体停车库领域智能化程度最高的停车设备，其市场价值肯定是无穷的。但是目前市面上的堆垛式立体停车库依然存在着较多的缺陷和问题。总的来说，对于堆垛式立体车库的研究还有相当漫长的道路要探索。未来立体车库的发展一定是充满光明的。参考文献 1付翠玉, 关景泰. 立体车库发展的现状与挑战J. 机械设计与制造, 2005(9):156-157.2张启君. 立体车库的主要型式及技术特点J. 机电产品开发与创新, 1999(2):7-9.3任伯森.中国机械式停车设备发展概况J.中外停车设备及配套产品重点厂商名录.1999,1 :5 -74喻乐康，左东晓.机械停车库的技术发展J建设机械技术与管理.1999,1: 30 -325中国重型机械工业协会停车设备管理委员会.机械式立体车库J.北京:海洋出版社,2001.96佳隆等编.都市停车库设计阅.杭州:浙江科学技术出版社，19987童林旭.地下停车库设计阅.北京:中国建筑工业出版社，19968朱昌明，洪致育，张惠侨M.电梯与自动扶梯一原理、结构、安装、测试. 上海上海交通大学出版社.19959怡丰工业设备有限公司.自动化停车设备说明书10高健.机械优化设计基础M.北京:科学出版社，2000.11华文瀚. 立体车库中存取车机械装置及其控制系统的研究开发D. 西南交通大学,201012徐宁. 智能立体车库的应用与研究J. 机电产品开发与创新,200913张刚,孟如. 巷道堆垛类机械式停车系统J. 农业装备与车辆工程,200514赵康正. 机械式立体车库的几种类型J. 交通与运输,201015李浩,郑均宜,鲁芳. 堆垛式立体车库存取车的优化J. 起重运输机械,200616贺拥军,杨承超,周绪红,等. 立体车库的结构形式及应用与发展J. 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