全自动立体式储物停车库说明书.doc

浙江省2012年第九届大学生机械设计大赛 全自动立体式储物/停车库说明书 设计者： 毛定杰、孙建伟、王迎、汤忻欣、王正宇 指导教师：曹建波、熊继平 浙江师范大学 2012年4月 全自动立体式储物/停车库设计说明书设计者：毛定杰、孙建伟、王迎、汤忻欣、王正宇指导教师：曹建波、熊继平（浙江师范大学）作品内容简介目前城市用地资源越来越紧张，为了节约宝贵的土地资源，本作品设计了一种家庭或社区用的新型全自动立体式储物/停车库，既可以实现自动储物或停车，又可以实现立体式结构，大大节约了用地空间。本作品是由机械系统和控制系统两部分组成。机械系统部分中，传动机构利用了双排大型链条循环传动，通过电机带动链条使四个库体一起循环运转。拖车机构利用拖车夹紧车辆的前轮，进行直线往复运动实现车辆的停入和取出。转台机构可以实现车辆的转向。控制系统部分中，核心是可编程控制器(PLC)，其主要作用是实现该停车设备的智能全自动化。存取操作时, PLC接收和分析主机传输过来的数据、指令进行控制; 判断检测元件的状态, 读取库体机械驱动部分的信息; 反馈信息到执行元件, 控制电机的转动方向，将车辆存入相应的车位号或者取出相应车位号上的车辆, 实现托盘的转动, 完成车辆存取操作。该全自动立体式储物/停车库包括四个储物或停车用的仓库，都安装在大型循环传动的一对链条上，并可以通过电机带动链条使四个储物/停车库一起循环运转，从而带动四个仓库可在空中停放。在作为车库使用时，还配有一辆小型拖车，靠夹紧车辆的前轮使其离地来拖动车辆进出车库，在车库的正前方有一个转台实现车辆的180度转向。作品设计的全自动立体式储物/停车库不仅能有效的利用城市、住宅小区内的有限空间和土地，而且控制系统简单，能使住户存取物品或车辆时安全可靠、便捷、高效。联系人：毛定杰联系电话：18758917907EMAIL：845113504qq.com1 研制背景及意义:随着我们国家经济的蓬勃发展，轿车的数量逐年增加。中国停车难的问题日益凸显。全自动立体式停车系统，以其充分利用空间，节省占地面积等显特点，成为解决停车难问题的重要方法之一。立体停车库是为城市建设提供的附属设施，可充实城市土地资源开发内涵，也是解决城市停车难题的重要举措，可以缓解和解决繁华地段及住宅小区的停车问题，其社会效益极大。全自动立体式车库需求即将喷井。2 主要性能指标： 全自动立体式储物/停车库包括四个储物或停车用的仓库，都安装在大型循环传动的一对链条上，并可以通过电机带动链条使四个储物/停车库一起循环运转，从而带动四个仓库可在空中停放。在作为车库使用时，还配有一辆小型拖车，靠夹紧车辆的前轮使其离地来拖动车辆进出车库，在车库的正前方有一个转台实现车辆的180度转向。极大的节约了时间和空间。作品主要性能如下;（1）空间利用率高普通家用车库一般只能停两辆的车位，全自动立体车库可以停四辆，极大的提高了空间利用率，实现停车数量的扩容。（2）直进直出模式全自动立体车库可180旋转运行，实现“直进直出”的模式，车辆存取无需拐弯，避免倒车麻烦。（3）操作简单，高效方便全自动立体车库每个车位均单独作业，整个车库不会出现取不下车的现象。停车20秒左右，取车只要30秒左右一键完成。（4）全自动的智能停车设备 存取车辆都由车库自动完成，用户无需自己将车开入车库，车库采用双排大型链条循环传动，存取车辆时便捷高效。以下是我们作品的三维效果图具体的效果图如图1-图6所示。图1 效果图1图2 效果图2图3 效果图3图4 效果图4图5 效果图5图6 拖车63 设计方案3.1 机构的基本原理链条循环传动式的传动机构就是一种比较常用的传动效率比较好的车库机构型式。其基本结构如图7所示。1-移动车库；2-传动链条；3-传动轮；4-支架；5-驱动电机；6-拖车；7-转台；8-车辆图7 系统结构图链条传动可以在两轴中心距较远的情况下传递运动和动力。能在低速，重载和高温条件下能够保证准确的传动比，传递功率较大，并且作用在轴上的力较小。传动效率高，但是链条的铰链磨损后，使节距变大造成脱节。因此此提升系统中链条强度对整个车库的安全起到了至关重要的作用，那就必须解决好影响链条强度的因素。磨损、腐蚀和疲劳断裂是钢丝绳的三种主要破坏形式，其中磨损对链条影响最严重。为此，我们采用双排大型链条，既可以增加链条的使用寿命，又增加了稳定性。下面由链条的静强度来确定链条节距。S=Q/kFt (1)Ft=1000P/v (2)V=(Pn)/(6000sin/2z) (3)由（1）、（2）、（3）得，6X107 Sk(sin/2n)/Pn=Q (4)所以所选择的链条必须满足6X107 Sk(sin/2n)/nP (5)式中：S为安全系数(取S=7)； k为链条工况系数(取k=1.3)； P为提升电机功率； z为链轮的齿数； n为链轮的转速； P为所选链轮的节距； Q为所选链条的最大静拉力。 移动车库支架的强度校核：假设车总重为G=25000N，取安全系数k=2.5。则连杆孔处受力F=Gk=25000X2.5/4=15625N。通过有限元分析，结果如图8所示，由图可知连杆所受的应力远未达到屈服应力。 图8 有限元分析图3.2控制系统的设计原理1. 控制策略设计立体车库控制系统控制量只有数字量，车库的提升机构采用成熟的升降机提升装置，使用曳引驱动方式。曳引机的性能直接决定了提升系统的启动、制动减速度和平层精度，考虑到存取车过程对提升机构的精度要求较高，为此选用现在普遍使用的变频变压调速电机。存取车时，系统根据每层和每列设定位置接近开关和行程开关的信号来决定电机的启动、调速和停止以及汽车托盘的运行。接近开关采用红外线镜反射式光电开关，自动检测升降台当前的层数和旋转台所对应的列数。(1)提升控制。光电开关安装在升降机构上，在每一层的设定位置安装两个专用反射镜，一个是平层光电开关的专用反射镜，一个是减速光电开关的专用反射镜光电开关随升降机构运动，减速光电开关每经过一层时，产生一个输入信号，使升降机构当前层数增加1或减去1。(2)旋转控制。顺时针方向安排车位，如图9所示.车头统一向内当目标列数编号在0206之间时，回转盘顺时针旋转。当目标列数编号在0710之间时，回转盘逆时针旋转。光电开关随回转盘转动，顺时针旋转时，每经过1列则列数增加1；逆时针旋转时，每经过1列则列数减去1列数为01时，不旋转。首层的01号、06车位分别为车库进口和出口，均不停车。图9 每层军位分布图(3)汽车托盘控制到达目标车位后，液压缸开始动作，推动托盘沿导轨运动，将车停放到位或取出该车位停放的汽车每个车位安装一个光电开关，检测汽车是否停放到位升降机构上安装一个光电开关，检测汽车托盘是否回位。2. PLC控制系统设计PLC选用三菱公司的FX2N系列因为控制系统全部是数字量的输入和输出，所以只需要确定数字量输入输出模块的点数依据设计，输入点数为24点，输出点数为22点，考虑到系统的扩充与备用需要，选择FX2N一64MR型号的PLC。(1)初始化立体车库控制参数PLC数据寄存器初始值定义如表2所示。表1 数据寄存器初始植定义表(2)升降机构上升运用控制系统对升降机构进行变频调速控制。在实际运行中为了保证运行一个层距和二个层距均有较高的运行效率，所以本系统设有单层(仅运行一个层距)和运行两个个层距的运行控制。(3)回转盘旋转顺时针旋转时，D101初始值为1，逆时针旋转时D101初始值为6旋转减速光电开关导通一次，就代表回转盘转动了一列，D101增加1，比较D101和D103，如果D101小于D103，则继续旋转，如果D101等于D103，那就意味着回转盘快要到达指定列数了，旋转定位油缸开始动作，遇到旋转停止光电开关时，回转盘驱动电机停止。列数为01时，不旋转。(4)到达目标车位。确认到达目标车位后，液压缸开始动作，推动汽车托盘沿导轨进入车位。如果是存车，检测车辆是否停放到位的光电开关给出一个停车到位信号。如果是取车，汽车托盘上的光电开关给出一个汽车停放到位的信号。(5)升降机构下降。汽车托盘回位后，升降机构开始下降。如果是取车后下降，则选择高速下降，遇到直接下行减速光电开关后开始减速，当下行平层信号到来时停止运行。如果是存车后下降，考虑到存车后汽车托盘为空，如果在下降的过程中有取车命令，则开始执行取车任务。具体实现如下：首先判断此时汽车托盘和新的目标车位的相对位置。如果目标车位层数大于或者等于此时的托盘所在的层数，升降机构继续下降，遇到最近的一个下行减速开关后开始减速，接着遇到下行平层开关就停止，然后开始上升到目标车位，取车后下降；如果目标车位层数小于此时的托盘所在的层数，升降机构也也继续下降，当层数相等时开始减速，直至遇到目标车位层的平层开关就停止，取车后下降。(6)回转盘复位。轿箱下降的同时，回转盘复位。控制系统程序流程图如图10所示。图10 控制系统程序流程图(6) 程序梯形图。如图11所示。图11 控制系统程序梯形图4 创新点及应用我们的立体式储物/停车库，充分利用空间，节省占地面积，节约宝贵的土地资源，缓解了城市越来越紧张的土地资源矛盾；（2）全自动化和人性化的设计，可180旋转运行，实现“直进直出”的模式，车辆存取无需拐弯，避免倒车麻烦。节约人们的时间，让人们享受安逸、舒适的高质量生活；（3）全自动立体车库每个车位均单独作业，整个车库不会出现取不下车的现象。停车20秒左右，取车只要30秒左右一键完成，操作简单、方便。参考文献1 汪晓平PLC可编程控制器系统开发实例导航M北京：人民邮电出版社，2004：2783242 郭见江，于有生PLC在塔式立体车库中的应用J机电工程技术，2003，32(5)：71723 韩安荣通用变频器及其应用M北京：机械工业出版/社，2004：433440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4 创新，1999，(55)：795 徐灏机械设计手册(第3，4卷)M北京：机械工业出版社，1991 任伯淼机械式立体停车库M北京：海洋出版社，2001郑钧宜 李浩.电梯式立体车库升降系统研究J.中国水运,2006,(4):69-70.6 吴继锐.传动链的动力问题J.中南矿冶学院学报,1984,(9).7 郑志峰.链传动M.北京:机械工业出版社,1984.8 宋胜涛.升降横移式立体车库传动机构研究J.机械管理开发,2006(3):4-5.9 林永华.立体车库增加停车车位J.城市开发,2006,(7):80-81.10 荆友录 栾德宇.立体车库车辆存取机构的设计J.起重运输机械,2006(11).本作品已受理申请专利，专利号：2012201626663.3