三层三列升降横移式立体车库

目录摘 要3Abstract4第一章 绪论51.1研究背景与意义61.1.2实用价值71.1.3社会效益81.2 国内外发展现状91.2.1国内外发展现状91.2.2国内及港澳台地区的发展及现状101.2.3机械停车设备技术在我国发展经过了三个阶段111.2.4国内停车位需求量预测分析121.2.5机械式立体停车库与自行式平面停车场相比的优点12第二章 升降横移式立体车库的总体设计132.1 立体车库的分类及特点132.2 升降横移式立体车库的工作原理152.3三层7位立体车库的总体设计16 2.4 本章小结第三章 立体车库的结构与受力分析273.1 提升系统的设计3.2 平移系统的设计3.3 载车结构型式的分析3.4 传动系统的设计3.4.1 输送链的选择3.4.2 链轮部分的计算 3.4.3 电机功率计算及选择3.4.4 减速机的选择3.5 吊篮式载车板的设计及受力分析3.5.1 载车平板与骨架的结构设计3.5.2 吊篮式框架的结构设计3.6 车库固定框架的设计及受力分析3.7 本章小结第四章控制系统的详细设计及仿真4.1用MCGS设计监控界面4.2PLC编程设计4.2.1I/O分配表4.2.2系统程序的编写4.2.3传输、调试4.3PLC的硬件连接4.4梯形图设计4.4.1启动和存取车4.4.2车位状态显示4.4.3取车程序4.5程序仿真4.6本章小结第五章 立体车库的自动化软件设计485.1自动收费管理系统485.2自动存取车系统485.3远程诊断系统495.4自动道闸495.5监控安保系统49第六章 总结与展望50结束语51致 谢52参考文献53 摘 要立体车库是当前社会实现各种车辆停放及科学存放的停车设施。随着各大城市汽车销量的快速增加，停车难问题己经成为大中型城市的一个普遍现象。机械式立体车库可充分利用上地资源，发挥空间优势，最大限度地停放车辆，成为解决城市静态交通问题的重要途径。本文在对国内外车库现状及发展趋势做了充分调研的基础上，选择三层三列升降横移式立体为研究对象，运用力学理论分析了车库的框架结构强度、横移传动系统中轴的强度和升降传动系统中轴的强度等。设计并开发了基于可编程序控制器(PLC)的升降横移式立体车库控制系统，所研制的升降横移式立体车库具有稳定、可靠、快速、性价比高的特点，并已投入生产，被多个用户使用，取得了良好的经济和社会效益。关键词：立体车库，控制系统，可编程序控制器，钢结构AbstractStereo garage is a storage facility specially designed for automatic parking and scientific storage of various vehicles. With the increasing number of automobiles in cities, parking problem has become a common phenomenon in large and medium-sized cities. Mechanical three-dimensional garage can make full use of land resources, give full play to the advantages of space, maximize the parking of vehicles, and become an important way to solve urban static traffic problems.Based on the full investigation of the current situation and development trend of garage at home and abroad, this paper chooses three-storey three-row lifting and transverse stereo as the research object, and uses mechanics theory to analyze the frame structure strength of garage, the strength of axle in transverse transmission system and the strength of axle in lifting and transverse transmission system. The control system of lifting and transverse stereo garage based on programmable logic controller (PLC) is designed and developed. The developed lifting and transverse stereo garage has the characteristics of stability, reliability, rapidity and high performance-price ratio. It has been put into production and used by many users, and has achieved good economic and social benefits.Key words: stereo garage, control system, programmable logic controller, steel structure。第1章 绪论1.1研究背景与意义从改革开放以来，作为我国经济发展的支柱产业汽车工业得到了迅猛的发展，汽车的增多给经济带来繁荣的同时，也带来了停车难的问题，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，据有关部门统计:在上海，每天有40多万辆汽车停泊在马路两边；而在北京每天又有90万多辆汽车“无家可归”。另外，在城区的高级宾馆、饭店、人型商场的车辆密集区，由于受到原有占地面积限制而无法扩大泊车位，停泊困难和交通阻塞已成为一个突出难题。立体车库设备的发展在国外，比如在日本已有快40年的历史，无论是在技术上还是在经验上均已获得了成功。我国在90年代初开始研究开发立体车库停车设备，到现在也有20多年的历程。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。其次，立体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，有电子控制的整个设备便不会运转。立体停车设备可以用较小的基地面积停放较多数量的车位，免去了坡道式车库的坡道设计等空间问题。将车库设计中的建筑空间问题转化为机械方式的研究，采用新技术、新材料来解决停车的问题;采用计算机控制，库区无人进入，可以有效地防止盗窃和损坏，停车灵活，既可以大一积使用，也可以见缝插针设置，还能与地面停车场、地下停车库和停车楼组合实施的优点，己成为解决城市停车难最有效的手段，是停车产业发展的必经之路，具有重要的经济效益和社会效益。国家把机械式停车库和立体停车场列入“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机械式立体停车库的分类与优点机械式车库种类较多，主要有以下形式：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。下面介绍其中几种类型及其特点。（1）升降横移式停车位为两层或多层，有若干层的同层置车板可左右横向移位，通过升降机构改变置车板的高度。可为地上式或带地坑式。特点：有效利用空间，提高空间利用率达数倍。存取车快捷便利，独特跨梁设计，车辆出入无障碍。采用PLC控制，自动化程度高。 环保节能，低噪音。 人机界面好，多种操作方式可选配，操作简便。（2）升降横移式通过传动机械，驱使以垂直方式排列的各置车板作连续环形运动。车辆出入口位于设备最下面的称为下出入口式，位于中间部分的称为中出入口式，位于最上面的称为上出入口式。可为封闭式高塔或敞开式低塔。特点：使用PLC自动调车，一次按键即可完成存取车。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。可省去购置土地的大量费用，有利于合理规划和优化设计。（3）巷道堆垛式采用巷道堆垛机和搬运器，将进到搬运器上的车辆一起作平面移动且垂直升降到停车位旁，再用存取机构将车辆送入停车位。特点：全封闭管理，安全、防盗、为车辆提供最佳防护。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。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。固定式升降机各层行走台车的配置形式，可实现多个人同时存取车。（4）垂直升降（塔库）式停放车辆的停车位和车辆升降机以立体方式组成的高层停车设备。通过搬运机械将车辆或载有车辆的置车板横向或纵向地从车辆升降机搬运至停车位。停车位分横置式、纵置式和圆周式三种。特点：占地少，容车量大，高层设计最高能够达到平均一辆车仅占一平方米的空间。可同时提供多车位进出口，等待时间短。智能化程度高，可预约存取车及空车位导向。利用车库外形的空隙空间可以进行绿化，使车库变成一个立体的绿化体，有利于美化城市和环境。（5）平面移动式 在同一层面上，用搬运台车平面移动车辆，或使置车板平面横移。可为单层平面横移、单层（多层）平面往返以及门式起重机多层平移。特点：每层车台和升降机分别动作，提高出入库速度，可利用地下空间，停车规模可达到数千台。部分区域发生故障时，不影响其他区域的正常运行。通过计算机和触屏界面进行综合管理，可全面监视设备的运行状况，并且操作简单。（6）简易升降式停车位为两层或三层，通过升降机构或俯仰机构改变置车板的高度或倾斜角度，供车辆出入。可为地上式或带地坑式。特点：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。可任意迁移，搬迁安装容易或根据地面情况，独立及多台设备。备有专用锁匙开关，防止外人开动设备。车板防下滑保险装置。（7）其他水平循环类：各置车板以两列或多列方式水平排列，并循环移动。置车板以圆弧运动方式循环者称为圆形循环式；以直线运动方式循环者称为箱形循环式。多层循环式：各置车板以两层或多层方式排列，在相邻两层间的两端设有车辆升降机，同层置车板可在该层内作水平循环移动。置车板在设备两端以圆弧运动方式升降者称为圆形循环式；以垂直运动方式升降者称为箱形循环式。车辆入库方式与水平循环相同。通过对各类立体车库的分析并结合本次设计的车库容量，可以得出选用升降横移式立体车库为最佳选择方案。1节省土地:据了解，机械式立体停车库的占地面积约为平面停车场的1/2至1/25，空间利用率比自行式停车库提高75%以上，有效提高车位利用率。2造价低:机械式立体停车主要向垂直空间发展，占地面积少。机械式停车设备每个泊位投资约210万元，而建筑自行式停车场(库)每个泊位的造价约为20万元，所以总体成本低于同等规模地下停车库。3安全性能好:机械式立体停车库是自动停车和取车，杜绝人为因素，采用自动化智能控制，存取车方便快捷，对车辆的防盗性和防护性都很好。另外，火灾隐患也大为降低。4可以免除采暖通风设施:运行中的耗电量比工人管理的地下车库低得多。5使用方便:按设计要求，一般存取车时间不超过120秒钟，通常不可能出现存、取车排队的现象。6高环保性:机械式立体停车库内的车辆是车主熄火后由机械装置存入车库，因此车库内空气污染较低，还省去了大量的通风设备投资。诸多因素表明，我国立体停车产业与其配套产业目前正在成为潜力巨大的前途性产业。停车设备制造业面临千载难逢的发展良机，具有高科技、高安全性、高可靠性、高效率的机械式、立体停车库将具有巨大的发展前景。1.3 国内外发展现状1.3.1国外发展现状国外发展立体车库较早的有日本、韩国、德国等国家，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、台地区的停车设备通过引进，得到了蓬勃发展，较好地解决了本地区的停车难的问题，并开始向外输出技术和出口产品。在亚洲，应用较普遍的是日本、韩国和我国台湾省。亚洲的机械式停车设备技术起源于日本，日本从20世纪60年代开始从事机械停车设备的开发、生产、销售和服务，至今已有四十几年的历史。目前在日本从事机械式停车库及其设备开发、制造的公司约有200多家，其中生产机械式停车设备的公司约100多家，比较大的公司有新明和、石川岛、日精、三菱重工等。从90年代起日本每年投入运行的机械停车泊位都在10万以上，品种也从单一升降横移式发展为多种形式，到今已开发生产出九大类近百个品种，管理体制、技术标准等方面日趋完善，目前全日本已经投入使用机械式停车位超过300万个，其中以升降横移式停车设备为主。对于日本，优势在多层升降横移类、垂直升降类、水平循环类、垂直循环类、简易升降类等产品上。韩国机械停车设备技术是日本技术的派生。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，2000年后为发展阶段。制造厂约有近百家，已进入我国的有现代集团、LG公司、德山公司、东洋公司、乐天公司等。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，自动化停车设备随供应量的扩大技术也得到迅猛发展。德国等欧洲国家从事停车设备开发和生产也比较早。由于欧洲国家土地资源比较充足，停车问题表现不是很突出，停车设备应用不是很多。产品形式多数为巷道堆垛式，多层升降横移式产品应用也很好。由于欧德国的停车业很发达，生产停车设备的厂商约有24家，其中KLAUS和OTTO WOHR两家公司的产量约占德国总产量的80%。德国和意大利等欧洲国家的停车库优势在巷道堆垛类产品上。1.3.2国内及港澳台地区的发展及现状台湾地区在20世纪70年代初，公共和民间停车场70%是地上和地下平面停车场。早在1981年，日商即在台兴建完成第座垂改循环式停车塔，落十来来饭店的建筑体之中，1982年生产出第一台双层式停车设务随着汽车的大量进口，使机械停车设备制造业得到快速发展，到1996年制造企业达到600多家，停车设备行业进入发展高峰阶段。但从1997年起，台湾房地产萧条，股市暴跃，停车设备行业出现滑坡，经过优胜劣汰后，行业进入稳步发展阶段。1984年，北京有色冶金设计院的工程师们，在设计一个综合写字楼项目中，发现与其配套停车位难以解决，由此开始开发设计机械式停车设备。经过几年的努力，1988年我国第一个采用二层升降横移式机械停，设备的地下车库在北京建成。两年后，位于中国石化总公司北京设计院院内，第一座竖直循环式机械车库建成。这两个机械车库的建成，揭开了我国机械式停车设备行业的开篇，为解决城市停车难的问题开了新的途径。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1-1 在我国广泛使用的升降横移式立体车库1.3.3机械停车设备技术在我国发展经过了三个阶段第一个阶段为自主开发阶段，此阶段为行业发展初期，市场较小，因此种类较少，技术单一。第二阶段是技术引进阶段，为了弥补各自的不足，开始寻求合作，利用国外的成熟技术、国内的廉价的生产成本，加入到行业的竞争中。第三阶段就是消化与创新阶段，从2003年开始，市场竞争加剧，各企业为加强自身的竞争力，开始在降低产品成本，提高产品技术水平方面下功夫，对引进的技术，进行充分的消化与分析，并根据国内的实际使用情况进行改造与创新，走上自主开发的道路。目前，国内停车行业现状有如下特点:1品种规格增多，技术水平提高2市场覆盖率不断扩大3用户服务面扩大4出口量增加1.2.4国内停车位需求量预测分析随着中国近年来城市经济的繁荣，城市化进程的加快，停车难问题日益凸显，截止2017年底，我国汽车保有量2.17亿辆，而我国停车位的建设进展却依然缓慢，各地方的停车位发展速度滞后于汽车发展速度，停车难己成为大中城市发展的社会问题，从产品结构看，目前传统停车场建设规模占接近90%的市场份额，新型的机械式停车场的建设虽一片火热，单整体市场占比仅10%左右，2010年-2017年我国新建立体车库项目呈逐年上升趋势，2010年为1147个，2013年上升至1812个，同比增长11.44%，2017年续升至2459个，同比增长11%，数量如此众多的汽车停放，导致停车难问题的出现，可见我们机械停车设备行业拥有巨大的商机和广阔的市场。第二章 升降横移式立体车库的总体设计2.1运行原理升降横移式立体车库每个车位都有载车板，车辆就停在载车板上，最下层的载车板只做左右横移，不能升降，中间层车位可以左右横移和升降，上层车位只能升降，不能横移，若中间层车位需要存取车，则需下层车位移出空位，才能降至底层，上层车位需要存取车，则需要中间层车位和下层车位移出空位方能下降至底层，存车时，当载车板到位后，驾驶员将车开上载车板后下车离开，中间层和上层载车板自动升至所在层位，取车时，下层车位直接开出，上层和中间层则是载车板降至底层后，等驾驶员进入车库开走汽车后，载车板自动回至所在层位。图2-1为一个地上7车位的升降横移式停车设备，其工作原理是：三层三个车位可以升降，二层两个车位可以升降和平移，一层的两个车位只能横向横移，空车位供三层和二层的车位下降时借用。1、2号车位可以直接存放车辆；7号车位需下降后再存放车辆；3号车位则需先将1号和2号载车板右移，再将3号载车板下降；4号车位则需先将2号载车板右移，再将4号存车板下降；5号车位需要先将1、2、3、4号四个载车板右移，再将5号载车板下降；6号车位则需要先将2、4号载车板右移，再将6号载车板降下。图2-1 七车位升降横移式立体车库工作原理图2.2 设计要求升降横移式立体车库的设计要求，本文就从机械、电气、控制、安全等方面做以下说明：（1） 机械结构的设计要求钢结构本身自重、结构架上各停车位的车辆及固定叉梳重量、提升系统制动所产生的惯性力、驱动装置的重力、顶部梁架所受滑轮组和配重的重力、整体结构所受的风力、地震载荷以及由于外界环境温度变化而引起的温度应力等,它们以集中或均布方式作用于立体车库。（2） 电气系统的设计要求1、在升降横移式立体停车库中，控制系统中主控单元的主要控制对象首先是车库内的横移电机和升降电机，控制系统就是使它们在不同的时间内实现正反转，其次是车库内的各种辅助装置，这些辅助装置帮助我们更好的控制立体车库。为了保证载车板能横移到预定位置以及载车板能上升或下降到指定位置，采用了行程开关。为了判断载车板上有无车辆，采用了光电开关。同时在车库中还采用了一些传感器如烟温传感器以及安全预警装置。在此图中只是简单的画出了三层七位升降横移式立体车库的一些其简单的功能。根据这些功能我们可以很直观的观察出三层七位升降横移式立体车库的工作。2、电机控制及接线设计：在存取车时车位的升降不能同时进行，车位的升降和横移也不能同时进行，这两个动作必须是互锁的，即当上层车位在升降时，地面层车位不能移动，反之亦然，并且上层车位每次只能有一个车位进行上下升降运动。这些在程序中可采用联锁和互锁的方法来解决。（3） 控制系统的设计要求1.自动操作:存取车时，按钮操作，只要按动选车位按钮，控制系统根据当前车库存车状况，自动选择调度方案，以最短的!间完成车辆的出入库。2.安全互锁控制:立体车库不允许因错误动作造成车辆损坏，所以必须要有如光电检测等安全设施，及时检测车库状况，避免事故发生。3.高速、平稳:为了缩短存取时间，要求传动装置以高速度运行，同时，要求传动装置具有自动加、减速功能，以保证安全、低噪声与平稳起动和制动。（4） 安全方面的设计要求1 防干扰和电力超载安全装置此装置可防止外界干扰，使得PLC得到止确的信号，而且在电力超载的情况下可以自动断电。2 光电检测(1)存车时，检测搬运器上车辆停放是否到位，采用光电开关在底层进行扫描，光电开关的接收器与发射器分别安装在底层左右两边，对搬运器前后位置进行检测。当车辆停放不到位时，车辆就将光电开关光源挡住，此时系统就会警告;只有当车辆停放到位后，系统才正常工作。(2)调动搬运器时，要检测搬运器停放是否到位。(3)检测搬运器上有无车辆，可在每个搬运器的一条对角线上安装一套光电开关，用于检测其上有无车辆。(4)光电开关安装于立体停车库的车辆进出口、车库内部两侧，立体停车库车辆进出口的光电开关防止在车库运动过程中有人进入而发生意外，车库内部两侧的光电开关是检测车辆是否超高，搬运器上的光电开关是检测车辆是否超长。假如车辆超高或超长，则相应的报警灯闪或蜂鸣发出报警音，在车库运动过程中有人进入，则车库停止运行，两侧的报警灯闪，直致排除事故才可重新运行。(5)检测搬运器升降是否到位，在升降机垂直运动的各层轨道上装上垠位开关，用于检测其上升及下降是否到位。(6)检测搬运器平移升降运动是否到位，搬运器的运动为横移和升降两种方式，搬运器左右横移到预定位置，左右行程开关动作，使搬运器停止，以确保车辆的安全；上下行程开关亦是保证搬运器上下升降到预定位置，准确停靠。3 车辆防滑、定位装置在搬运器上采用波纹板，防止车辆打滑，侧挡板防止车辆侧滑，前挡板使车辆停放在安全范围内，安全槽引一导司机停车，这样一来即可避免事故的发生而且使车辆停放更加方便。4可靠性设计可靠性是一切控制系统或装置的关键，本车库的可靠性设计包含以下方面:（1）.多重联锁保护。关键的动作采取软件和硬件双重联锁保护，软件多重保护，硬件强制联锁。（2）冗余措施。对车库影响较大的:F:.要部件采取冗余措施，如供电电源和PLC的输入电源均可采用双路供电。重要信号的检测采用双传感器等。（3）隔离技术。为了增加整个系统的可靠性，应对PLC、变频器等采取严格的隔离措施，主要包括防电源侧和现场侧来的干扰。对交流电源采用对称滤波技术，对现场来的干扰用光电隔离。2.3三层7位立体车库的总体设计在进行升降横移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升降横移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，并确定了升降横移式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升降横移式立体车库示意图，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升降横移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升降横移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升降横移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停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。支撑承载功能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。2.4 本章小结第三章 3层7位立体车库的结构设计和受力分析3.1 提升系统的设计在确定升降横移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，本文所设计的升降横移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，将该机构应用于升降横移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升降横移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升降横移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，与本课题所设计的升降横移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)在本文所设计的升降横移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。3.5 吊篮式载车板的设计及受力分析3.5.1 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3-9 载车底板结构图 3-10 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3-11 载车板骨架结构3.5.2 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3-12 吊篮式结构及参数图 图 3-13 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 3-14 链上链接件图图 3-15 链连接受力图1图 3-16 链连接受力图2图 3-17 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3-18 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。3.6 车库固定框架的设计及受力分析垂直循环式 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 3-19 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 3-20 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。3.7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3-21 整体结构图图3-22 底版图图3-23 主框架图图3-24 牵引链装配图3.7 本章小结本章对立体车库进行分析，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。第四章控制系统的详细设计4.1用MCGS设计监控界面多媒体仿真要涉及很多技术，包括音频技术，视频图像技术，通信技术，计算机技术等多个方面。利用MCGS可视化仿真技术，可以实现满足要求的仿真界面，能够提供一个多角度，多层次的观察仿真过程。在计算机上实现工程的仿真与模拟测试，可以使用户方便的进行各种仿真参数的设置，从而很大程度上降低了开发费用和难度。系统人员可以集中更多的精力在最优化方案的选择和设计，而不是把大量精力放在语言编程上。可以在较短的开发周期，实现较好开发效果，并且开发成本也低很多。4.2PLC编程设计4.2.1I/O分配表参考车库位置图，编写表4-1输入分配表与表4-2输出分配表。表4-1中，