自动存取自行车库设计

自行车立体车库设计 1 摘 要 本文主要对 自行车 自动存取立体车 库 系统设计 多层回转立体车库系统进行设计。 针对目前停车场管理系统存在的系统管理介质落后、集成自动化程度低、安全性差、人性化和运行效率低下的不足，结合目前科学技术领域的最新研究成果，设计了一种技术较先进、性能可靠、自动化程度较高的停车场智能管理系统。本设计的指导思想立足于提高停车场管理系统的可靠性、安全性和高效性，对目前我国各大中城市所面临的 “ 停车难 ” 问题的解决，具有一定的促进作用。本系统所采用的 术，射频卡技术对其它交通收费系统也有一定的借鉴意义。 本文针对停 车场只能控制系统中存在的问题，把 进行了较深入的研究。 本文阐述了智能停车场系统的 费、计费和安全的一些基本思路和方法，并介绍了着重介绍了 还介绍 制器主要功能模块及应用，不仅编程简单，通用性强，抗干扰能力强，可靠性高，而且具有易于操作及维护，设计、施工、调试周期短等优点。本文主要是对停车场进行智能化设计，通过采取 到停车场智能化、高效化。 关键字： 车 立体车库 控制系统 钢结构。 自行车立体车库设计 2 目 录 1 绪论 . 3 1 1 课程的背景和意义 . 3 1 2 课题的关键技术及其国内外研究发展现状 . 8 1 2 1 国外研究现状 . 8 1 2 2 国内研究现状 . 8 2 自行车 自动存取多层回转立体车 库 机械部分设计 . 8 2 1 自动存取多层回转立体车库的基本结构 . 9 2 1 1 基本结构 . 9 2 1 2 主要参数 . 10 2 2 立体车库机械手的结构设计 . 10 2 2 1 机械手的介绍 . 13 2 2 2 机械手分析 . 13 2 2 3 机械手结构图 . 14 2 3 升降机构的设计 . 14 2 4 设计计算 . 17 2 4 1 设计 V 带和带轮 . 17 2 4 2 齿轮的设计 . 19 2 4 3 传动轴承和轴的设计 . 27 2 4 4 键的设计 和计算 . 28 2 4 5 联轴器的设计 . 29 3 立体车库电气控制系统设计 . 29 3 1 电气控制系统整体设计 . 30 3 2 电气系统关键部分设计 . 30 3 3 制程序设计 . 30 3 4 电动机的选择和计算 . 31 4 结论与展望 . 31 4 1 结论 . 32 4 2 展望 . 32 参考文献 . 32 自行车立体车库设计 3 1 绪论 课题的背景和意义 自行车无处停放或 随处乱停的问题是城市的社会、经济、交通发展到一定程度产生的结果，立体停车设备的发展在国外，尤其在日本已有近 30论在技术上还是在经验上均已获得了成功。 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 80 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。 在地下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。 1 2 课题的关键 技术及其国内外研究发展现状 目前各国都大力倡导使用绿色环保的自行车作为出行的交通工具。但是 , 大量的自行车在市区的停放问题成为一道技术难题 , 为解决这一难题 , 人们开发出各种各样的自=86750 (h) 验算结果：合格。 自行车立体车库设计 4 行车停放装置。介绍了国内外几种具有代表性的、实用性强的自行车停放装置 ,重点对比、分析了它们的结构、功能、使用及适用场合。指出未来城市的自行车停放装置将向自动化、智能化、立体化 , 以及海量存储、存取快捷、美观防盗等多功能方向发展 , 全自动地下自行车车库将在未来大都市中占据主导作用。 自行车停车架及停车棚具有成本低廉、可转移性好、普 及性强的特点 , 适合于自行车停放量较少、停放面积充足、停放时间短的场合 , 如小区街道、学校会所等 ; 双层自行车停放装置及直立式自行车停车架具有结构简单、节约空间的特点 , 适合于自行车停放量较大、停放面积有限的场合 , 如商贸中心街道、人流量大的街道等 ; 隔间式自行车停放装置具有防盗、防止车辆间摩擦的特点 , 适合于对自行车保护要求较高、停放时间长的场合 , 如附近机关、商铺、社区等 ; 悬挂式自行车停放装置具有安全防盗、方便、美化环境的特点 , 适合于城市发展较成熟的商业中心地段、社区街道等。全自动地下自行车车库具有 全自动化、海量存储、存取快捷、防盗的特点 , 适应于新时代发展特点 城市不断扩大、人口持续增加 , 自行车使用量递增 , 以及人们生活质量不断提高。特别适合于北京、上海、广州等这些人均地面积少、出行人口密集、自行者拥有量极大的中心城市。 1 2 1 国外研究现状 随着人们生活质量的提高 , 省心、省力、安全是人们对自行车停放装置提出的新要求。因此 ,人们开发出一些机械电子一体化的自行车停放装置 , 悬挂式自行车停放装置即属于其中有代表性的一种 , 如图 1。它主要由滑轮升降机、电机驱动卷筒、控制电路以及固定车架等构成 , 自 行车被自动放置到空中停放区域。空中停放区域的外体由铁架搭建 , 可在铁架外表做广告招牌 , 达到了一物两用的功能。存车者把自行车放入停车架 , 按存车按钮 , 自行车通过滑轮升降自行车立体车库设计 5 机和电机驱动装置自动升入空中停放。 图 车者通过停放凭据认证后 , 按取车按钮便可取走自行车。这种停放装置使用了类似隔间式自行车停放装置的防盗措施 , 它主要由电控锁电路 (类似于超市的存包柜的控制电路 )来实现。当非法取车或存放车辆遇到破坏时 , 防盗报警系统会自动报警 , 管理人员可及时处理。 在瑞士日内瓦市出现了一种类似于悬挂式自行车 停放装置它们原理相似 ,但外形有差异 , 如图 2所示 (放大部分为磁卡感应器 )。一个 8辆自行车 , 存车者通过感应器扫描磁卡来停放自行车。 近年来人们开发出一种海量存放、全自动化、安全防盗、避免摩擦、方便快捷的自行车停放装置全自动地下自行车车库，如图 车库只有入口部分露出地面 , 地下部分为圆柱形结构 , 形似冰山 , 自行车停放架沿着圆柱形结构一层层搭建起来。整个圆柱形构架的中心空余部分用于安装车库的核心部分机械手升降导轨、机械手行走导轨和控制电路 , 以保证机 械手臂进行自行车的控制、升降、夹取、检测及安全保护等。该车库的磁卡感应装置未使用传自行车立体车库设计 6 统的 而是选用标准的智能型 (类似国内的借记卡 ), 这种卡不仅反应灵敏而且使用寿命较长 。这种安全防盗技术加上整个车库的地下圆柱形结构 , 车库的防盗能力得到很大提高。存车者只需将自行车放在指定位置 , 按下按钮 , 停放装置的机械手臂会自动把自行车存放至停放装置的空闲位置 ; 取车者也只需按一下按钮 , 自行车就会自动被机械手臂传送到取车者的面前。整个存取车过程只需 30 s 35 s。 目前 , 日本、荷兰、西班 牙、德国的一些城市已经使用这种停车装置 , 并受到了广泛的欢迎 , 打算在其他城市也普及使用。欧洲的停车库圆柱直径为 7. 5m, 高度为 5. 25m, 能容纳 92辆自行车 ; 日本东京的 80辆自行车 , 并已经建有 36个圆柱状的停车空间 , 总共能停放 6 000多辆自行车。这种全自动地下自行车车库特别适用于某些未规划完整的交通线路 , 停放自行车的空间预留地少、居民生活密集的区域建造自行车车库。 图 2 2 国内研究现状 自行车立体车库设计 7 减少交通工具气体排放量成为当今社会绿色环保的主题之 一 , 为此 , 各国大力倡导使用自行车作为出行的交通工具。然而 , 自行车使用量的增加却给其在城市停放方面带来了一系列问题 , 如停放空间狭小 , 易破坏自行车外表 ; 自行车乱停乱放 , 影响市容市貌 ; 在人行道与自行车车道设计重叠 ,阻碍交通 ; 停放点监管不严 , 盗窃频率高等。自行车停放带来的问题越来越受人们关注。针对以上问题以及不同场合的停放特点 , 人们相继开发出如保证自行车稳定及安全并充分利用空间等多种功能的自行车停放装置。并且随着机械电子技术的发展、人们生活质量的提高 , 全自动、方便快捷、存储量大的新型自行车停 放装置也逐步受到重视。 目前最普遍的自行车停放装置是样式各异的自行车停车架 , 如图 。自行车停车架是用普通的金属制成的形状各异的栏杆 , 依靠车锁把自行车固定在栏杆上 , 或者通过两杆间的间隙夹持住车轮来保证自行车停放的稳定。这类停放装置安装简便、成本低、可转移性较好。但当自行车存入量增加时 , 因车架间隙小 , 造成自行车之间相互阻碍和摩擦。 图 行车停车架属于露天式的停放装置 , 易受到雨淋、自行车立体车库设计 8 日晒和外界行为的影响 , 不能达到对自行车的有效保护。为弥补自行车停车架的这一缺陷 , 自行车停车棚应运 而生。自行车停车棚是在一块固定区域上建立密闭或半密闭的遮蔽棚 ,棚内安装有一些自行车停放架以达到停放自行车的目的 ,有密闭式车棚和敞门式车棚两种主要形式 , 如图 的结构简单、成本较低。它还能有效避免自行车受外界因素的影响、保证停放自行车的稳定性、减少胡乱停车行为。 图 增加自行车停车架及停车棚的防盗措施 , 人们发明了智能自行车棚。这种自行车车棚是在密闭式自行车车棚的入口安装上一种门禁装置 , 只有通过自行车车主专属的电子钥匙或者磁卡才能开启车棚门存放或提取自行车。这种车棚不仅拥有普通停车棚 的优点 , 而且可以明显减少停放自行车被盗的现象。 2 1 自动存取多层回转立体车库的基本结构 2 1 1基本结构 入口部分露出地面 , 地下部分为圆柱形结构 , 形似冰山 , 自行车停放架沿着圆柱形结构一层层搭建起来。整个圆柱形构架的中心空余部分用于安装车库的核心部 机械自行车立体车库设计 9 手升降导轨、机械手行走导轨和控制电路 , 以保证机械手臂进行自行车的控制、升降、夹取、检测及安全保护等。（如图 示） 图 1 2主要参数 自动存取多层回转 立体车库的基本结构参数： 2辆； 层； 500 2 立体车库机械手的结构设计 自行车立体车库设计 10 2 2 1 机械手的介绍 工业机器人的手又称为末端执行器，它使机器人直接用于抓取和握紧（吸附）专用工具（如喷枪、扳手、焊具、喷头等）进行操作的部件。它具有模仿人手动作的功能，并安装于机器人手臂的前端。由于被握工件的形状、尺寸、重量、材质及表面状态等不同，因此工业机器人末端操作器是多种多样的，大致可分为以下几类：（如图 （ 1）夹钳式取料手 （ 2）吸附式取料手 （ 3）专用操 作器及转换器 （ 4）仿生多指灵巧手 2 2 2机械手分析 手指是直接与工件接触的部件。手指松开和夹紧工件，是通过手指的张开与闭合来实现的。 图 械手机构简图 在图 ， O 为电机输出轴，曲柄 杆 块 B 和支架构成曲柄滑块机构；滑块 B、连杆 杆支架构成滑块摇杆机构。通过两个机构串联，使电机最终驱动 来回摆动，从而实现手指的开合运动。 图 的黑线和蓝线表示机构运行的两个极限位置。 为便于手指的顺利合拢，可以在两个手指之间设置一个弹簧，这样还可以提供适当的夹紧力。 另外 ，在选用电机的时候，要使电机的功率足以克服自行车立体车库设计 11 弹簧的收缩和张开，并且提供足够加紧物体的力。 2 2 3 机械手结构图 传动机构是向手指传递运动和动力，以实现夹紧和松开动作的机构。根据手指开合的动作特点分为回转型和平移形。采用回转型传动机构。图 初步设计的机械手机构图。 图 3 升降机构的设计 减速装置和钢丝绳拽引轮对称安置。设计升降机构考虑的问题有 : (1)速度曲线 :立体车库的总体机械结构 ,采用电梯提升机和平移存取构型。车辆存取时间限制在 30要求传动装置可高速度运行。平移机构存取车辆时 ,要求起 升机构具有很高的平层精度 ,以减小撞击。为了保证安全、低噪声、平移起制动平稳 ,要求传动装置具有自动加减速功能 ,升降机构的驱动装置采用了交流变频调速技术。 (2)负载机械特征 :升降机构是频繁起制动设备 ,其运行中的大量时间处在加减速的过程中 ,升降机构带有对重 ,因自行车立体车库设计 12 此它的负载机械特征分布于坐标系的四个象限内。当升降平台静止或匀速运动时 ,表现为静态负载机械特性。当其加减速运动时 ,表现为动态负载机械特性 (除含静态特性外 ,还含加速度造成的惯性转矩 )。（如图 图 体车库的主要任务是在最短的时间内安全地完成车辆的 存取，而立体车库中升降电梯的速度已定，因此设计一套合理而安全的存取机构将成为车库设计的重要任务。设计合理可缩短存取车辆的时间，增加车辆存取的安全性。 设计研究的主要思路就是想把传统的螺旋式升降改为液压升降，这样就可以大大的节省人力物力，而且也能精准的完成机械的自由升降。以便更好的使用放线机。本人的想法是想用液压驱动不想用陈规的螺杆升降， 要解决这些问题必须解决升降系统和驱动系统，在常规的螺杆升降的前提下，要提升很大重量到指定高度是非常困难的，这样会大大的降低工作效率，所以选用液压升降会大大节省人力物力，还有 就是因为刚卷质量非常大，单靠钢丝绳的拉力是远远不够的，想要正常的自由旋转就必须要有一个可靠的驱动系统，现在一般用的驱动系统都是电机驱动，因为它有许多优点，可以根据线卷的拉力大自行车立体车库设计 13 小来调节他的转速，还可以进行一般的正反转，还有就是在电机上安装一个变频器，可以无限调速，可以得到任何想要得转速。驱动装置则是用液压驱动，它可以避免由于螺杆滑丝而引起的不必要的工程事故，而且力大可以迅速提升到指定高度。 2 4 设计计算 2 4 1 设计 带轮 确定计算功率 查课本 178P 表 9： K 式中 为工作情况系数， 既电机的额定功率 . 选择带型号 根据 8.4 k ,查课本 152P 表 8 153P 表 8 型带 选取带轮基准直径 21, dd 查课本 145P 表 8 153P 表 8小带轮基准直径d 901 ，则大带轮基准直径 0 ,式中为带传动的滑动率，通常取（ 1% 2%），查课本 153P 表 8取 d 2242 。 验算带速 v 35/40090100060 1 在 5 25m/s 范围内，带充分发挥。 确定中心距 a 和带的基准长度 由于 ,所以初步选取中心距 a： 4 7 1)2 2 490(10 dd 初定中心距710 ，所以带长 , 自行车立体车库设计 14 )(22 0220 121 查课本142P 表 8取基准长度 d 1400 得实际中心距 82/ 120 取 50 验算小带轮包角 1 21 a dd 包角合适。 确定 v 带根数 z 因 d 901 ，带速 ，传动比 i , 查课本 148P 表 8 8 8 80 查课本 142P 表 8 查课本 154P 表 8由内插 值法得 K = 154P 公式 8 00故选 Z=5 根带。 计算预紧力 0F 查课本 145P 表 8得 ,故 : 单根普通带张紧后的初拉力为 00 220 计算作用在轴上的压轴力 利用 15P 公式 8得 : p i i 0 自行车立体车库设计 15 轮的设计 齿轮材料，热处理及精度 考虑此减速器的功率及现场安装的限制，故大小齿轮都选用硬齿面渐开线斜齿轮 （ 1） 齿轮材料及热处理 材料：高速级小齿轮选用 45 钢调质，齿面硬度为小齿轮 280取小齿齿数 1Z =40 高速级大齿轮选用 45 钢正火，齿面硬度为大齿轮 240 i 5 40=200 取 200. 齿轮精度 按 10095 1998，选择 7 级，齿根喷丸强化。 初步设计齿轮传动的主要尺寸 按齿面接触强度设计 2131 )(12 确定各参数的值 : 试选 课本 215P 图 10选取区域系数 由课本 214P 图 10 则 由课本 202P 公式 10算应力值环数 60n1 j =60 1（ 2 8 300 8） =109 h =108 h #(齿数比 ,即 12查课本 203P 10得： K 1 = K 2 =齿轮的疲劳强度极限 取失效概率为 1%,安全系数 S=1,应用 202P 公式 10 : 1Z =40 200 自行车立体车库设计 16 H 1 = =550= H 2 = =450=432 许用接触应力 M P )( 21 查课本由 198P 表 10： = 由 201P 表 10 : d =1 T=105 11/105 104 小齿轮的分度圆直径 2131 )(12 = 43 计算圆周速度 100060 11nd t 0 060 计算齿宽 b 和模数 计算齿宽 b b= td =算摸数 初选螺旋角 =14 t 4co 计算齿宽与高之比 齿高 h= =计算纵向重合度 自行车立体车库设计 17 =d 14t a a n =计算载荷系数 K 使用系数 1 根据 ,7 级精度 , 查课本由 192P 表 10 动载系数 查课本由 194P 表 10 K H 的计算公式 : K H = )d 2d +10 3 b =+1) 1+10 3 课本由 195P 表 10 : K F =课本由 193P 表 10 : K H = 载荷系数 : K K K K H K H =1 按实际载荷系数校正所算得的分度圆直径 =计算模数 4co 4. 齿根弯曲疲劳强度设计 由弯曲强度的设计公式 )(c 确定公式内各计算数值 小齿轮传递的转矩 m 确定齿数 z 因为是硬齿面，故取 z 24， z i z 24 动比 误差 i u z / z 78/24 i 5，允许 计算当量齿数 z z / 24/ 4 自行车立体车库设计 18 z z / 78/ 4 初选齿宽系数 按对称布置，由表查得 1 初选螺旋角 初定螺旋角 14 载荷系数 K K K K K K =1 查取齿形系数 Y 和应力校正系数 Y 查课本由 197P 表 10 : 齿形系数 Y Y 应力校正系数 Y Y 重合度系数 Y 端面重合度近似为 2111 ） 1/24 1/78） ） 因为 /则重合度系数为 Y 螺旋角系数 Y 轴向重合度 o Y 1 计算大小齿轮的 Y 安全系数由表查得 S 作 寿命两班制， 8 年，每年工作 300 天 小齿轮应力循环次数 60 60 1 8自行车立体车库设计 19 300 2 8 10 大齿轮应力循环次数 N1/u 10 /10 查课本由 204P 表 10到弯曲疲劳强度极限 小齿轮 大齿轮 查课本由 197P 表 10弯曲疲劳寿命系数 : K 1 K 2 取弯曲疲劳安全系数 S= F 1 = 0 F 2 = 8 013 111 Y 222 Y 大齿轮的数值大 设计计算 计算模数 n o 243 对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的法面模数 于由齿根弯曲疲劳强度计算的法面模数，按 1357取 2为了同时满足接触疲劳强度 ，需要按接触疲劳强度算得的分度圆直径 计算应有的齿数 取 25 那么 25=81 几何尺寸计算 计算中心距 a= ( 21 = 14)8125( =600a=600行车立体车库设计 20 将中心距圆整为 110按圆整后的中心距修正螺旋角 = 92 2)8125(a r c c o ( 21 因 值改变不多 ,故参数 , k , 不必修正 . 计算大 s 225co 200 s 281co 1000计算齿轮宽度 B= 圆整的 502 B 551 B 动轴承和传动轴的设计 1. 传动轴承的设计 . 求输出轴上的功率 转速 3n ，转矩 3T 3n =T =m . 求作用在 齿轮上的力 已知低速级大齿轮的分度圆直径为 2d =而 232 3 4 8co st Ft =周力 径向力 轴向力 方向如图示 : . 初步确定轴的最小直径 先按课本 15步估算轴的最小直径 ,选取轴的材料为 45钢 ,调质处理 ,根据课本 315361 表P 取 1122001000自行车立体车库设计 21 o 70333m 输出轴的最小直径显然是安装联轴器处的直径 d ,为了使所选的轴与联轴器吻合 ,故需同时选取联轴器的型号 查课本 114343 表P ,选取 5.1 0 2 7 因为计算转矩小于联轴器公称转矩 ,所以 查机械设计手册 11222 选取 00011 与轴配合的毂孔长度为半联轴器半联轴器的长度故取 . 根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 为了满足半联轴器的要求的轴向定位要求 , -轴段右端需要制出一轴肩 ,故取 -的直径 7 ;左端用轴端挡圈定位 , 按轴端直径取挡圈直径0 半联轴器与 轴配合的轮毂孔长度 为了保证轴端挡圈只压在半联轴器上而不压在轴端上 , 故-的长度应比 略短 一些 ,现取 2 初步选择滚动轴承 故选用单列角接触球轴承 7 ,由轴承产品目录中初步选取 0 基本游隙组 标准精度级的单列角接触球轴承 7010C 型 . 的设计和计算 选择键联接的类型和尺寸 一般 8 级以上精度的尺寸的齿轮有定心精度要求，应用平键 . 根据 55 65 查表 6： 键宽 16 10 2L =36 20 12 3L =50 校和键联接的强度 查表 6 p =110 自行车立体车库设计 22 工作长度 222 60 333 00 键与轮毂键槽的接触高度 0.5 5 0.5 6 由式（ 6： 222322102 p 3333331020 2 p 两者都合适 取键标记为： 键 1： 28 16 A 1096 2： 20 50 A 1096 联轴器设计 为了隔离振动和冲击，选用弹性套柱 销联轴器 . 公称转矩： T=9550 550 课本 114343 表P ,选取 5.1所以转矩 0 2 7 因为计算转矩小于联轴器公称转矩 ,所以 查机械设计手册 11222 选取 弹性套柱销联轴器其公称转矩为 500 立体车库电气控制系统设计 3 1 电气控制系统整体设计 键 1： 28 16 键 2： 20 50 自行车立体车库设计 23 图 2 电气系统关键部分设计 图 3 制程序设计 自行车立体车库设计 24 图 4 电动机的选择和