机械式立体车库总体及升降机构设计机械CAD图纸

机械式立体车库总体及升降机构设计目录前 言- 1 -第一章 绪 论- 2 -第1.1节 机械式立体停车库发展概况- 2 -第1.2节 立体停车库分类及优点- 3 -第1.3节 机械式立体停车库市场前景分析- 4 -第二章 现有的立体停车库- 5 -第2.1节 立体车库的形式的确定- 5 -第2.2节 升降横移式立体停车库的原理- 7 -第2.3节 升降横移式立体停车库的优越性- 9 -第2.4节 研究升降横移式立体停车库的意义- 10 -第三章 升降横移式立体停车库模型的结构设计- 11 -第3.1节 概述- 11 -第3.2节 横移传动系统设计- 12 -第3.3节 升降传动系统- 15 -第3.4节 安全制动设计- 19 -第3.5节 主框架部分- 20 -第四章 立体车库电气控制系统设计- 22 -第4.1节 电气控制系统整体设计- 22 -第4.2节 电气系统关键部分设计- 24 -第4.3节 PLC 控制程序设计- 25 -结 论- 30 -参考文献- 31 -致 谢- 32 -摘 要本文以作者完成的课题机械式立体车库总体及升降机构设计为例，介绍和分析了升降横移式立体停车库的结构和控制系统。 就当前社会对于立体停车库的需求，本文分析了各种型式立体停车库的特点，选出了一种能广泛满足社会需求的机械式立体停车库升降横移式立体停车库。运用力学求解器对机械式立体车库总体及升降机构设计的结构进行了全面的力学分析，包括机械式立体车库总体及升降机构设计的框架结构的强度、横移传动系统中轴的强度和升降传动系统中轴的强度等。本文还对机械式立体车库总体及升降机构设计的整体框架和局部进行了结构优化，使整体框架的强度提高了，重量减轻。在对升降横移式立体停车库控制系统的设计中，采用了先进的PLC控制。其稳定、可靠、快速、性价比高的特点使得控制系统非常完美。为了使停车设备满足使用要求，根据国家关于机械式停车设备通用安全要求的标准、机械式立体车库总体及升降机构设计的实际，在机械式立体车库总体及升降机构设计中使用了一些必要的安全技术，这样保证了车辆的绝对安全，使得整个车库安全平稳的运行。经过最后车库样机的试制、检验，该车库运行良好，各项指标均达到或高于国家有关标准的要求，证明本文进行的整体结构优化和采用的控制方法具有创造性且其结果是非常令人满意的。关键词: 机械式立体停车库；机械式立体车库总体及升降机构设计；结构系统；防坠机构AbstractThe paper introduced and analyzed structure and control system of the up-down and translation cubic car-base park which had been finished by author. For demand of cubic car-base Park in society, The paper analyzed characteristics of every kind of cubic car-base Park, elected a kind of mechanical cubic car-basePark-the up-down and translation cubic car-base Park which could meet thesociety demand. The smsolver was used to comprehensively analyze the up-down and translation cubic car-base park. Including intension of the framework structure and axes etc, The optimal design was performed on the framework structure and part structure, it added intension and reduced the whole weight. The paper adopted PLC as control system in designing the up-down and translation cubic car-base park. The result proved that adopted PLC as control system is simple and easy to realize. The characteristic of stabilization, credibility ,speediness and high capability made the control system very perfection. In order to satisfy using demand in design cubic car-base park, according to criterion of mechanical parking systems-general safety requirement and the facts of the up-down and translation cubic car-base park the paper introduced some safety technique which was used in the up-down and translation cubic car-base park. This can ensure absolute safety for Car and make the whole car-base park safety and running smooth. The sample of car-base park was founded and tested, this car-base park run well. Every index is higher criterion of country. It is successful and creationary that the paper adopted optimal design and control system.Keywords: Mechanical cubic car-base park；the uP-down and translation cubic car-base park；Structure system；Dropping prevent mechanism前 言近几年来，随着汽车工业和建筑业两大支柱产业的快速发展，在一些大、中城市相继出现了停车难和乱停车的现象。在解决城市停车难的问题中，欧美国家和亚洲国家采取的措施有所不同。但立体化停车是各个国家都积极采取的措施，尤其是全自动化的机械式立体停车库，在很多国家和地区都得到了快速的发展。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。机械式立体停车设备以其独特的优点，引起了各界的重视，得到了广泛的应用。机械式立体停车库可充分利用空间，在有限场地上，最大限度停放车辆，是改善城市交通，缓解城市停车难的新途径。就当前社会对于立体停车库的需求，本文介绍了各种型式立体停车库的特点，选出了一种能广泛满足社会需求的机械式立体停车库-升降横移式立体停车库，它也是比较典型的机电一体化产品。一些大城市已运用其实现许多停车问题。该车库依据升降横移类机械式停车设备运行原理,采用钢架结构搭建而成。本文对机械式立体车库总体及升降机构设计的结构进行了全面的力学分析，包括机械式立体车库总体及升降机构设计的框架结构的强度、横移传动系统中轴的强度和升降传动系统中轴的强度等。本文还对机械式立体车库总体及升降机构设计的整体框架和局部进行了结构优化，使整体框架的强度提高了，重量减轻。 第一章 绪 论第1.1节 机械式立体停车库发展概况机械式停车设备的应用已有30多年的历史了。发展较早、较好的有日本、韩国、德国等。在亚洲，机械式停车设备采用较早应用较普遍的是日本、韩国和我国台湾省。日本从事机械式立体停车库及其设备开发、制造的共有200多家，其中生产机械式立体停车设备的约100多家，比较大的公司有新明和、日精、三菱重工、大福、日成、东急、内外及昭和起重机等，产品既有出口的，也有进口的。韩国机械式停车设备行业的发展历程比较平稳。20世纪70年代中期为起步阶段，80年代为引进阶段，90年代为供应使用阶段。由于这几个阶段受到了政府的高度重视，各种机械式停车设备得到了普遍的开发和利用，年递增速度达到30%；2000年以来为发展阶段，自动化停车设备将随供应量不断的扩大而迅速发展。我国在20世纪80年代初开始研制和使用机械式停车设备。80年代是起步阶段，90年代以来，随着汽车工业和建筑业的发展，尤其是轿车进入家庭后，停车设备的应用逐步推广，己经形成了新兴的停车设备行业，步入了引进、开发、制造、使用相结合的初步发展阶段。现在从事停车设备制造的企业数约有100家，其中主机生产企业超过50家。首批获得国家颁发的立体停车设备制造企业资质的企业有22家。产品经引进技术和自我研制开发，生产技术水平有了很大的提高。许多设备采用了当前机械、电子、液压、光学、磁控和计算机等领域的先进技术，控制型式有按钮式、IC卡式、触摸屏式、密码钥匙式、遥控式等，有些设备还采用了总线控制技术；传动装置采用内藏式，以增大停车空间并保护各传动元件不受污染和腐蚀，提高了设备的耐久性；机构中采用了模块化设计，这样便于组合使用，又易于安装拆卸，且可缩短施工周期;还采用一些新材料、新工艺，如采用H型钢做钢梁，组合的镀锌板或一体成型的镀锌板坐载车板；安全保护方面采用了声光引导、定位装置及自动消防灭火系统等。目前品种的满足率己达90%左右，有的品种填补了国内空白，产品国产化率达到50%以上。由于很多新建小区内住户与车位的配比为1:1，为了解决停车位占地面积与住户商用面积的矛盾，立体机械停车设备以其平均单车占地面积小的独特特性，已被广大用户接受。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。在机械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。第1.2节 立体停车库分类及优点停车库就其结构特征来分类，可分为平面式及立体式，平面式又分为地下平面式停车库、地上平面式停车库；立体停车库又可分为自行式立体停车库、半自动立体停车库和全自动立体停车库，而全自动立体停车库还可分为两层或多层平面式全自动立体停车库、竖向密集型全自动立体停车库以及特殊造型结构全自动立体停车库。 平面式停车库是最为普遍的一个停车场所，在我国应用最为广泛，它的一系列建筑结构要求在我国现行建筑设计规范大全、现行建筑结构规范大全、现行建筑施工规范大全中作了详细全面的阐述和规定。立体停车系统，特别是自动立体停车设备在国际上发展迅猛，在国内倍受青睐是因为比原有的老式停车库有着较多的优点： 1.高倍率的技术经济指标 自动立体停车库停车容量大。占地面积小，也可停放各种类型的车辆，特别是轿车。而投资却比同等容量的地下停车库少，施工周期却短，耗电省，占地面积也远比地下车库少。 2.外观同建筑协调，管理方便 自动立体停车库最适合用于商场、宾馆、办公楼前、旅游区。在老式却独具风格的建筑物前，采用优质合金材料，用新型装饰材料，可以达到耳目一新的效果。 许多装置基本无须专门的操作人员，一个司机就可单独完成。 3.完备的配套设施及“ 绿色”环保 自动立体车库具有完整的安全系统，如障碍物确认装置、紧急制动装置、防止突然落下装置、过载保护装置、漏电保护装置、车辆超长及超高检测装置等等，如果应用于公共场合，还可以配有计时装置，满足收费要求。存取过程可由人工完成，也可以配备计算机设备全自动完成，这也给今后的开发设计留有大的空间。 由于车辆在存取过程中只在极短的时间内低速行驶，故而噪声、排气极其轻微。第1.3节 机械式立体停车库市场前景分析据统计，随着中国加入WTO和人民生活水平的进一步提高，预计2010年将达到2000万辆，“ 十五”期间轿车保有量将增加400万辆。停车位需求按1：1.2(100%的基本停车位和20%的公共停车位)计算，总需增加停车位480万个。平均每年需求96万个车位。如仅考虑10%进机械式停车库，这每年需提供机械式停车库9.6万个车位。另外还有微型车、小型面包车等适宜用机械式停车设备的车位需求量尚未考虑，还有出口的需求亦未考虑在内。目前香港、澳门及新加坡、印尼、马来西亚、泰国等地区和东南亚国家的停车设备主要是靠进口，因此从现有的停车位的缺口情况和今后市场的需求可以看出，机械式停车设备的国际、国内市场前景十分良好。第二章 现有的立体停车库第2.1节 立体车库的形式的确定目前，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。(一） 升降横移式，见图2.1图 2.1升降横移式立体停车库升降横移式立体车库采用模块化设计，每单元可设计成两层、三层、四层、五层、半地下等多种形式，车位数从几个到上百个。此立体车库适用于地面及地下停车场，配置灵活，造价较低。1. 产品特点：1) 节省占地，配置灵活，建设周期短。2) 价格低，消防、外装修、土建地基等投资少。3) 可采用自动控制，构造简单，安全可靠。4) 存取车迅速，等候时间短。5) 运行平稳，工作噪声低。6) 适用于商业、机关、住宅小区配套停车场的使用。2. 安全装置：防坠装置，光电传感器、限位保护器、急停开关等。（二） 巷道堆垛式，见图2.2图 2.2 巷道堆垛式立体停车库巷道堆垛式立体车库采用堆垛机作为存取车辆的工具，所有车辆均由堆垛机进行存取，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。（三）垂直提升式立体车库，见图2.3图 2.3 垂直提升式立体停车库垂直提升式立体车库类似于电梯的工作原理，在提升机的两侧布置车位，一般地面需一个汽车旋转台，可省去司机调头。垂直提升式立体车库一般高度较高（几十米），对设备的安全性，加工安装精度等要求都很高，因此造价较高，但占地却最小。（四）垂直循环式，见图2.4图 2.4垂直循环式立体停车库产品特点：1) 占地少，两个泊位面积可停610 辆车。2) 外装修可只加顶棚，消防可利用消防栓。3) 价格低，地基、外装修、消防等投资少，建设周期短。4) 可采用自动控制，运行安全可靠。 综上所诉，从各方面因素的考虑，我们选择了升降横移式立体停车库作为本课题的研究项目。第2.2节 升降横移式立体停车库的原理1、立体车库的工作原理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。升降横移式立体车库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。停泊在这类车库地面的车只作横移，不必升降，上层车位或下层车位需通过中间层横移出空位，将载车板升或降到地面层，驾驶员才可进入车库内将汽车开进或开出车库。图2.5 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。由于升降横移式停车设备对场地的适应性强，介绍系统各机械部分部件结构和功能可根据不同的地形和空间进行任意的组合、排列，规模可大可小，对土建的要求比较低，因此，应用非常广泛。图 2.5 七车位升降横移式立体车库工作原理图2、立体车库机械部分部件结构和功能以三层三列式立体车库为模型建立研究对象。升降横移式立体车库主要由结构框架部分、载车板部分、横移系统、提升系统、控制系统、安全防护系统六大部分组成。下面我们重点对车库的主要组成(图2.6所示)进行分析。图 2.6 升降横移式立体车库主要组成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(如图2.5所示)。结构主体采用热制方钢、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。其工作原理如图2.5 ，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7车位升降横移式立体停车设备，PLC 主要要控制二、三层五个升降电机的正反转和一、二层四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。第2.3节 升降横移式立体停车库的优越性在众多的停车设备中，升降横移式立体停车的优点比较突出，主要表现在几个方面： 节约占地面积，充分利用空间。一般来说，升降横移式立体停车库的占地面积约为平面停车场的1/2-1/25，空间利用率比建筑自走式停车库提高了75%。 相对造价比较低。升降横移式立体停车库每个泊位约1.5万元，而建筑自走式停车库每个泊位的造价约为巧万元以上。 使用方便，对操作人员的要求不高，操作简单、安全、可靠，存取车快捷 ,维护也很方便。一般存取一辆车约为80秒。 减少了因路边停车而引起的交通事故。在许多城市的主要地段，司机往往没有找着停场而把车停靠在路边，这样就很容易阻塞交通，甚至引起交通事故 。 增加了汽车的防盗性和防护性。在车库的系统中配置有智能防盗装置 、防火装置等 ，增强了车库的整体安全。 改善了市容环境。在现代化的车库的设计中，不仅仅只是为了满足停车要求 ，更主要的是让其融入城市的整体建筑环境中，成为现代化大都市一道独特的风景 。升降横移式立体停车库是全自动化的停车方式，也是今后停车改革的主要方向。尤其是寸土寸金的大城市，采用机械式立体停车方式，显得尤为必要，而升降横移式立体停车库也在机械式立体停车库中显得更加普遍化，居民化。第2.4节 研究升降横移式立体停车库的意义升降横移式立体停车库是一种比较典型的机电一体化产品形式，它主要涉及机械、电子、建工等多个领域，它需要各方面的专业技术人员协同工作.在现代化大都市中，升降横移式立体车库己经渗入到人们的各个生活领域，在机关、宾馆酒店、医院和居民区等许多地方，升降横移式立体停车库成了一道必不可少的基础设施。但是我国的机械式停车库技术发展比较晚，大部分还沿用着日本80年代的技术。随着我国经济的飞速发展，轿车拥有量的迅速膨胀，机械式车库的现有功能已落后于人们的要求。现有车库技术的不足主要表现在取车得时间比较长，智能化程度比较低，安全程度不够，设计形式比较陈旧。上海和北京等地现有的许多高质量的立体停车库，都是运用大量的外汇从国外进口的，并且售后服务也得不到令人满意的保障。为了打破这种依赖进口的格局，打出具有自身特色的车库产品，就得要在原有技术上有重大突破，从而带动国内车库行业的发展，因此，对升降式立体停车库的系统研究显得尤为重要。第三章 升降横移式立体停车库模型的结构设计第3.1节 概述机械式立体车库总体及升降机构设计的结构设计在整个车库中非常重要，主框架部分、载车板部分和传动系统是机械式立体车库总体及升降机构设计的主要组成部分，主框架部分承担着整个机械式立体车库总体及升降机构设计的总量，而且它的轻重、稳定性和可靠性以及载车板部分还影响着整个立体停车库的重量、材料和成本的多少以及安全性，传动系统决定着机械式立体车库总体及升降机构设计运行的好坏，所以如何设计主框架部分、载车板部分和传动系统成为影响整个立体停车库的关键因素。机械传动系统主要功用是传递原动机的功率，变换运动的形式以实现预定的要求。传动装置的性能、质量及设计布局的合理与否，直接影响机器的工作性能、重量、成本及运转费用，合理拟定传动方案具有十分重要的意义。一般常用以下几种传动方案：方案一：带传动，易于实现两轴中心距较大的传动；具有传动平稳，缓冲、吸振的特性；结构简单，成本低；可起过载保护作用。方案二：链传动，平均传动比准确，工作可靠，效率较高；传动功率大，过载能力强，相同工况下的传动尺寸小；可在恶劣环境中工作；易于实现较大中心距的传动；结构轻便，成本低。方案三：蜗杆传动，能以单级传动获得较大传动比；传动平稳，无噪声；传动具有自锁性。方案四：直齿轮传动，传动准确平稳，承载能力高。好的传动方案除应满足工作机的性能和适应工作条件外，还应尺寸紧凑、成本低廉，传动效率高等。故对更方案进行价值分析，由表3.1和表3.2选出较好的方案。表3.1 定性判定与价值对应判定不用差勉强可用中等满意较好好很好超目标理想价值P0.10.20.30.40.50.60.70.80.91.0表3.2 传动方案选择的使用价值表设 计 指 标加权因子方案一方案二方案三方案四价值价值价值价值传动精度0.20.020.50.050.80.080.80.08功 率0.20.020.40.040.50.050.60.06效 率0.80.120.80.120.20.030.80.12圆周速度0.20.020.20.020.20.020.20.02制造安装0.80.160.80.160.20.040.20.04价 格0.70.1050.60.090.40.060.50.075寿 命0.30.030.50.050.50.050.50.05平稳噪声小0.60.060.30.030.60.060.50.05总使用价值0.5350.560.390.495综上所述，选择链传动方案更加合理，所以我们的传动系统采用链传动形式。第3.2节 横移传动系统设计横移传动系统的作用是使上升到位的搬运器平移到指定位置，其传动主要是靠电机带动链轮使滚轮在轨道上移动。如图3.1 图3.1 横移传动示意图一、初步参数的确定PSH7D(七位机)升降横移式立体停车库模拟装置采用与实际立体停车库标准1：8的比例进行设计，设备尺寸为载车板长L=0.7m载车板宽W=0.29m车库总高H=0.72m底层高 h=0.25m初设承载总质量M=7KG则带动横移轴转动所需功率(假设摩擦因子u=0.2, 横移速度为0.15m/s):所以二、横移传动系统电动机的选择横移所需功率P=FV=1.55W根据输出功率选择电动机：60KTYZ齿轮减速同步电机，220V，50HZ，P=14W，输出转速n=110r/min三、横移链轮的设计1.初选小链轮齿数从动大链轮齿数2.确定链条链节数Lp初定中心距,则链节数 取Lp = 623.计算单排链所能传递的功率及链节距P由机械原理与设计表13-8查得工作情况系数由机械原理与设计表13-10查得小链轮齿数系数Kz=0.663750607,链长系数选择单排链，由机械原理与设计表13-11查得多排链系数Kp=1.0故所需传递的功率为取链节距P=6.00mm选择链号04B1114GB1243.1-834.确定链实际长度 L及中心距aL=LpP/1000=626/1000=0.372mm中心距调整量实际中心距5计算链速6作用在轴上的压轴力Q圆周力F=1000P/V=（1000140.001）/0.11=127.273N按平均布置取压轴力系数有四、横移传动轴A的设计横移传动轴A是一层车库的横移轴，它的受力情况可以简化成以下的形式: 算出轴的初步估算轴径至少为d=12.2mm轴的强度校核:由知，得由知， 得作轴的剪力图如下： 由剪力图可知作轴的弯矩图如下：D处所受弯矩最大，所以对D剖面进行强度校核 小于估算轴径，所以强度足够。取轴与链轮配合处 取轴与轴承配合处 ，安装尺寸取轴与滚轮配合处 五、横移传动轴B的设计横移传动轴B是车库二层的横移轴，它的受力情况可以简化成如下的形式: 该轴的校核与横移传动轴B相同。第3.3节 升降传动系统在升降传动系统中，我们采用钢丝绳传动型式。钢丝绳传动形式的升降传动系统一般是由电机、减速系统、卷筒、滑轮、钢丝组成。在钢丝绳传动型式中，钢丝绳的主要作用是拖动搬运器上下升降。钢丝绳一端与搬运器相连结，钢丝绳另一端缠绕卷筒上(搬运器的前端钢丝绳与后端钢丝绳必须同方向绕着卷筒转动)，当搬运器需要升降时，提升电机便会通过其正反转来带动卷筒顺时针或逆时针旋转实现搬运器的升和降。示意图如图3.2所示 图3.2 升降传动示意图一、升降传动系统电动机的选择升降所需功率P = G V = 79.80.1 = 6.86 W选择功率P = 25W的电动机，频率为50HZ，电压220V，经减速器后电动机的输出转速为初定卷筒直径为50mm,载车板上升速度V = 0.1 m/s,求得卷筒的转速:由得，链轮的传动比初取传动比 i = 2二、升降链轮的设计1.初选小链轮齿数从动大链轮齿数2.确定链条链节数Lp初定中心距a0=20p,则链节数 取Lp = 603.计算单排链所能传递的功率及链节距P由机械原理与设计表13-8查得工作情况系数由机械原理与设计表13-10查得小链轮齿数系数Kz=0.663750607,链长系数选择单排链，由机械原理与设计表13-11查得多排链系数Kp=1.0故所需传递的功率为取链节距P=6.00mm选择链号04B1114GB1243.1-834.确定链实际长度 L及中心距aL=LpP/1000=606/1000=0.36m中心距调整量实际中心距5.计算链速6.作用在轴上的压轴力Q圆周力F=1000P/V=（1000250.001）/0.052=480.769N按平均布置取压轴力系数有三、钢丝绳的选用钢丝绳直径的确定 确定选择系数 C = 0.123 根据机械设计手册P27-9，选择圆股钢丝绳-合成纤维芯钢丝绳:d = 2mm , , 最小破断拉力 F = 2.08 KN四、卷筒A 的设计卷筒A是车库二层的卷筒，最大起升高度 Hmax = 200mm绳槽槽距 P = 1.2d = 2.4mm,卷筒槽底直径 D = 47mm卷筒计算直径（由钢丝绳中心算起的卷筒直径） 固定钢丝绳的安全圈数 卷筒上有螺旋槽部分长：无绳槽卷筒端部尺寸 ,固定钢丝绳所需长度中间光滑部分长度 m = 6mm卷筒长度 五、卷筒B 的设计卷筒B是车库三层的卷筒，最大起升高度 Hmax = 450mm绳槽槽距 P = 1.2d = 2.4mm,卷筒槽底直径 D = 47mm卷筒计算直径（由钢丝绳中心算起的卷筒直径） 固定钢丝绳的安全圈数 卷筒上有螺旋槽部分长： 无绳槽卷筒端部尺寸,固定钢丝绳所需长度 中间光滑部分长度 m = 6mm卷筒长度六、升降轴的设计根据升降传动轴的受力情况，可简化为如下形式： 轴的初步估算轴径至少为d=19.1mm轴的强度校核:由知， 得由知，得作轴的剪力图如下： 作轴的弯矩图如下： D处所受弯矩最大，所以对D剖面进行强度校核 小于估算轴径，所以强度足够。取与轴承配合处的直径 , 安装尺寸与卷筒配合处直径 与链轮配合处直径 第3.4节 安全制动设计由于载车板上停有汽车，在升降电机停止工作时，电机会被倒拉反转，使车板自动下落。因此需要加以制动。经过许多方案的设计和比较，得出较优的设计，运用杠杆原理，靠摩擦使升降轴制动，从而阻止电机被倒拉。但电机在工作时，制动装置是不需要的，我们又采用电磁铁通电顶开制动杆，从而达到消除制动的效果。如图3.3 图3.3 电磁铁结构原理图当电机不工作时，电磁铁无电，杆左端由于重力使摩擦带拉紧，从而阻止轮子转动，轮子安装于轴上，使轴也固定不动。当电机要运行时，电磁铁给电，顶起杆，有杠杆原理使皮带松开，消除制动。由于该装置采用杠杆原理，因此它制动使所要产生的摩擦力是可调的，只要调整中间皮带固定的位置或杆的长度。因而这种方案还是比较好的。但如果在现实中大型的车库，就不能采用这种装置了。第3.5节 主框架部分主框架体系的基本构成是由水平方向的梁和垂直方向的柱通过钢性结点连接而成。这种结构体系通过结构构件的抗弯刚度来抵抗侧向力的作用。主框架体系基本上都是由变形限值作为设计的控制条件，梁柱的截面尺寸主要由结构的刚度而不是强度来决定。在具体的设计过程中，所选的梁柱截面尺寸如果满足了规范对层间位移的限制要求，构件的承载力一般也能满足要求。主框架如图3.4 图3.4 主框架示意图杆件截面校验:首先进行柱的校验，然后是梁的校验。1.柱的校验:柱选用方钢，横截面积，许用压应力柱横截面上工作应力为满足强度条件，故钢柱的强度是安全的。2.梁的校验:梁选用热轧等边角钢，,。梁主要受到的力是弯矩和剪力, 许用正应力，许用切应力 (1)正应力图3.5 角钢截面由图3.5所示的三个截面处抗弯截面系数分别为，则(2)剪应力 先求出角钢的静矩 可见，选用的角钢同时满足弯曲正应力与弯曲切应力强度条件。第四章 立体车库电气控制系统设计第4.1节 电气控制系统整体设计整个车库设计由一台PLC对车库进行统一的管理和监控，通过PLC控制载车板纵横传动装置以完成对车辆的存取操作。各车位内车辆的调入调出由PLC根据当前各车位的车辆存放情况，按照相应的调度策略调度车辆进出。立体车库的自动存取车控制系统包括弱电与强电两套系统。弱电系统主要包括各种信号的采集、报警与控制输出。PLC输出信号给接触器线圈，控制接触器的接通与关断。强电系统包括载车板电机控制线路、控制电机正反转接触器、到位限位及载车板的上下行程限位。车库采用车位检测装置代替人工找位，用升降装置输送汽车到位。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。系统输出控制信号包括控制电机运行方向信号，控制电机运行信号，控制电磁铁得、失电信号，控制灯光报警信号，控制车库照明信号。升降横移式立体车库是一种比较典型的跨学科机电一体化产品，集机械、电子、信息技术于一体。其中，电子技术、信息技术和传感技术的合理运用与组合构成了车库的控制系统。升降横移式立体车库的控制系统是整个车库系统的重要组成部分，也是车库系统的核心。执行机构是“四肢”，框架是“躯体”，那么控制系统就是“大脑”。它指挥着车库的每个运作过程，并对整个系统的状态过程进行监控。升降横移式立体车库的系统控制原理：操作者(人)要通过控制系统信息交流的平台(界面)把操作信息传送给控制系统，经系统处理后，系统把可识别的控制信息通过辅助设备驱动执行结构，来完成车库现场的运作。其系统控制原理框图，如图4.1所示。 图 4.1 车库系统控制原理框图由于PLC的可靠性、抗干扰能力强。国内外现有的升降横移式立体车库，它们的系统控制形式大都采用可编程控制器控制，特别是应用在智能化要求程度高、多车尾、大容量的现代化升降横移式立体车库中。PLC的可靠性、抗干扰能力强。PLC的硬件系统结构框图如图4.2所示图 4.2 PLC的硬件系统结构框图在升降横移式立体车库中，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，如指示灯及其各种安全设施等。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。一般小型车库选用按钮操作，界面清楚，易于操作，但对于大型车库来说要用上位机来进行对其控制。同时在车库中还采用了一些传感器以及安全预警装置，因本系统只有开关量输入而无模拟量输入，凭可编程序控制器本身的抗干扰能力和隔离变压器就能满足要求，因此可不必再另外增加其它抗干扰措施。检测点与控制点：1.检测点分布(1)载车板上有无车检测在每个载车板上的一条对角线上安放一套光电开关， 用于检测载车板上有无车。( 2 ) 载车板平移运动是否到位检测只有下层载车板有平移运动， 在每个车位上分别安装一只限位开关， 用于检测载车板平移运动是否到位。( 3 )载车板升降是否到位检测只有上层载车板有升降运动， 在每个载车板下方和框架下方分别安装一只限位开关， 用于检测载车板下降和上升是否到位。( 4 ) 人员误入检测在进入车库的大门口装有光电传感器，在整个装置在运行的过程中如果光电传感器接受到有物体误入的话就立刻停止运行，以保证人员安全。2.控制点分布( 1 ) 一层载车板左右平移控制 一层载车板只有两个， 每个载车板只有左右移动两个动作， 采用带自动抱闸的三相交流电机控制。( 2 ) 二层载车板升降横移运动控制 二层载车板有两个， 每个载车板有横移、升降四个动作， 采自动抱闸的三相交流电机控制。( 3 )三层载车板升降运动控制 三层载车板有三个， 每个载车板只有升降两个动作， 采用带自动抱闸的三相交流电机控制。( 4 )制动控制只有二、三层的载车板使用制动系统，每个载车板用皮轮制动，制动杆用电磁铁控制。根据依据需要控制的电机、电磁铁和检测点等条件，建立电气线路图，见附录。第4.2节 电气系统关键部分设计PLC接线设计：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，如指示灯及其各种安全设施等。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及安全预警装置，其简化接线图见图4.4。 图 4.4 简化PLC接线图第4.3节 PLC 控制程序设计本文所设计的PLC存取车控制系统针对1层车位，上2层和3层的车位的存取。控制软件采用梯形图语言编写。程序流程见图。需要说明的是， 载车板用链条依靠载车板上的吊点悬吊在托架上， 在静止状态时， 防坠（安全）装置止住载车板。在设计不同层进出车程序时运用了“ 并行分支与汇合” 的技巧， 所谓并行分支指的是各分支流程可同时执行， 待各流程动作全部结束后， 根据相应执行条件， 汇合状态动作。即如果选择第3层载车板进出车， 可以使一层二层同时平移左移或右移，这样， 控制系统能自动处理设备动作顺序之间的联锁或双重输出， 而且控制系统的试运行及故障检查非常方便， 可节约大量时间， 提高工作效率。 图 4.5 存取车程序流程图根据车库的运行控制要求，用户应用程序采用模块化结构， 由主循环程序和若干子程序构成。用编程软件支持的梯形图逻辑语言编写，系统应用的程序框图如图4.5 所示。程序设计方案如下：（1）初始化程序提出系统的控制信息，扫描各到位开关信号；（2）主控制程序按照进车优先的原则，将最多的车位保持在进车位置。每个载车板运动之前，需要先判断目的地是否有空位，有空位才可以动作，前后动作互锁。判断是否有空位是根据载车板上光电开关信息来确定的。升降系统启、停动作也是根据相应的到位行程开关来确定；（3）故障报警程序故障报警程序能够实时地采集设备异常信息，及时发出声光报警信号，提醒司机和管理人员进行处理。若在程序执行过程中，有人、物侵入车库空间，PLC将按照闭锁关系停止设备运行，同时发出故障报警。该程序完整而高效的完成了升降平移式车库全部动作，具有安全可靠性。完全达到了作为民用机电一体化设备所应具备的条件，充分发挥了它的作用。控制程序采用模块化编程形式， 车位运行过程中只需调用子程序模块， 这样大大降低了程序的复杂程度， 方便了程序的修改， 而且为车位的拓展提供了便利条件。整个程序包括主程序模块、手动按键子程序模块、紧急停车按键子程序模块、初始化程序模块、存取车位号赋值程序模块、空车位号与移动车位号赋值程序模块、载车板平移运动程序模块、光电开关子程序模块、载车板升降运动程序模块和故障报警子程序模块。程序所用状态元件、定时器及数据存储器均选用具有掉电保护功能的元件， 当系统掉电时元件保持掉电前的状态， 以保存现场信息， 待上电后继续完成被中断的动作当发生意外情况时， 按下急停按钮中止系统的运行并保存现场断点信息当出现电气或机械故障时， 如电机过载、过热时自动中止系统运行， 并发出声光报警， 同时系统转人手动方式进行故障处理。所谓输入输出点定义是指整体输入输出点的分布和每个输入输出点的名称定义，它们会给程序的编制、系统的调试和文本的打印等带来很多方便。因为本系统是对开关量控制的应用系统，并对控制速度要求不高，选用一般的可编程序控制器，其具有的自诊断功能和采用的循环扫描工作方式完全能满足要求。本系统输入端有自动/手动选择开关，自动工作时有总开、总停按钮，有上、下、左、右移动按钮，车位号信号输入若干。输出端需要控制9台电机(4台横移电机和5台升降电机)，加上一些用于人机交流及安全检测的数字量输入输出，如数字键盘输入、LED数码显示、安全检测、及各种操作按钮等。再考虑到系统的可扩展性，选用三菱公司的FX系列的可编程序控制器完全满足容量的要求。我们在分配输入输出点时按照控制功能分段，相同功能的输入板和输出板组成一组。一般情况下输入点与输入信号，输出点与输出控制一对应。分配好后，按系统配置的通道与接点号分配给每一个输入信号和输出信号。在本系统中报警器是几个信号共用一个输出点，各报警因素逻辑关系并联后接到报警输出点。升降横移式立体停车库的输入点、输出点的具体分布可按表4.1进行。表4.1 PLC的I/O分配表输入原件符号元件名称输出原件符号元件名称X0SB0报警消音Y0M1一（1）车位左移X1SB1启动Y1一（1）车位右移X2SB2停止Y2M2一（2）车位左移X3SB3急停Y3一（2）车位右移X4SB4自动Y4M3二（1）车位左移X5SB5手动Y5二（1）车位右移X6SB6存取Y6M4二（2）车位左移X7SB7取消Y7二（2）车位右移X10SB8复位Y10M5二（1）车位上升X11SB9一（1）车位Y11二（1）车位下降X12SB10一（2）车位Y12M6二（2）车位上升X13SB11二（1）车位Y13二（2）车位下降X14SB12二（2）车位Y14M7三（1）车位上升X15SB13三（1）车位Y15三（1）车位下降X16SB14三（2）车位Y16M8三（2）车位上升X17SB15三（3）车位Y17三（2）车位下降X20SB16左移Y20M9三（3）车位上升X21SB17右移Y21三（3）车位下降X22SB18上升Y22X23SB19下降Y23X24SQ1一（1）左限位Y24X25SQ2一（2）左限位Y25X26SQ3一（2）右限位Y26X27SQ4二（1）左限位Y27X30SQ5二（1）右限位Y30K1二（1）车位制动X31SQ6二（2）左限位Y31K2二（2）车位制动X32SQ7二（2）右限位Y32K3三（1）车位制动X33SQ8二（1）上限位Y33K4三（2）车位制动X34SQ9二（2）上限位Y34K5三（3）车位制动X35SQ10三（1）上限位Y35X36SQ11二（1）、三（1）下限位Y36HL2报警灯X37SQ12三（2）上限位Y37X40SQ13三（2）下限位X41SQ14三（3）上限位X42SQ15二（2）、三（3）下限位X43NX1一（1）车位检测X44NX2一（2）车位检测X45NX3二（1）车位检测X46NX4二（2）车位检测X47NX5三（1）车位检测X50NX6三（2）车位检测X51NX7三（3）车位检测X52NX8误入检测 本升降横移式立体停车库控制系统分为两种工作方式：手动方式和全自动方式，可用开关来进行选择。其中手动方式主要用于调试维修或应急情况，也就是通过PLC实现“点动”，即当选择了车位号后，再按下“上”、“下”、“左”、“右”键，就可以把载车板调整到预定的位置。全自动方式是立体停