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升降横移式立体车库结构优化及控制策略分析 摘要 立体停车库是专门实现各种车辆的自动停放及科学寄存的仓储设施。随着 城市汽车保有量的不断增加，停车难问题已经成为大中型城市的一个普遍现象。 机械式立体停车库可充分利用土地资源，发挥空问优势，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。本课题以较为典型的升降横移式立体 车库为研究对象，综合考虑立体车库制造成本和运行效率的双重因素，对车库 的钢结构及控制策略进行了分析优化。 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，选择三层四 列式车库结构为研究模型。文章简单介绍了车库的主体结构和特点，对车库的 控制系统也作了简单的说明，依据升降横移式立体车库的运行原理，对车库钢 结构骨架进行了有限元分析，并通过强度理论进行校核，保证了车库的安全性； 在有限元分析的基础上，对车库钢结构骨架进行合理优化，使车库钢结构重量 减少了1 4 左右，降低了车库制造成本。 目前对车库的控制研究主要通过提升速度来提升车库的工作效率，这种效 率的提升依赖于能耗的增加，降低了车库部件的使用寿命。文中我们对车库停 车排队模型及控制策略进行了重点分析，通过对运筹学中的排队论进行深入研 究，将m m 1 n o o 排队理论应用于车库控制，并进行策略优化分析，选择原地 待命策略为主控制策略，高峰期辅以停( 取) 车优先策略，有效提高了车库的 运行效率，减少了能耗的损失，达到了很好的经济性。而且通过在立体车库控 制中引入排队论和控制策略，对于多学科交叉的研究方式也作了一种很好的尝 试。 关键词：立体车库结构优化有限元排队论控制策略 s t r u c t u r a lo p t i m i z a t i o no fu p - d o w na n dt r a n s l a t i o ns t e r e o g a r a g ea n da n a l y s i so fi t sc o n t r o ls t r a t e g i e s a b s t r a c t m e c h a n i c a lp a r k i n gs y s t e mi st h es t o r a g ew h i c hi su s e df o ra u t o m a t i cp a r k i n g a n ds c i e n t i f i cs t o r a g eo fk i n d so fa u t o m o b i l e a st h eq u a n t i t yo fu r b a na u t o m o b i l e h a si n c r e a s e dc o n t i n u o u s l yi nn o w a d a y s ，t h eh a r d t o p a r k p r o b l e mh a sb e c o m ea c o m m o np h e n o m e n o n m e c h a n i c a ls t e r e og a r a g ec a nu s el a n dr e s o u r c es u f f i c i e n t l y a n db r i n gs p a c ea d v a n t a g ei n t op l a y , a n dm a x i m i z et h en u m b e ro f p a r k i n gc a r s i th a s b e c o m ea ni m p o r t a n tw a yf o rs t a t i ct r a f f i cp r o b l e mo fc i t i e s t h ei s s u es t u d i e st h e t y p i cm e c h a n i c a lp a r k i n gs y s t e mw h i c hn a m e du p d o w na n dt r a n s l a t i o ns t e r e o g a r a g e ，a n dr e g a r d so ft h et w of a c t o r so fc o s to fm a n u f a c t u r ea n do p e r a t i o n a l e f f i c i e n c ys y n t h e t i c a l l y , a n da n a l y s e sa n do p t i m i z e st h es t r u c t u r ea n dt h ec o n t r o l s t r a t e g i e so ft h eg a r a g e o nt h eb a s i so f i n v e s t i g a t i o no nc u r r e n ts i t u a t i o na n dd e v e l o p i n gt r e n do fg a r a g e i nd o m e s t i ca n da b r o a d ，w ec h o o s et h r e e - l a y e ra n df o u r - f o r m u l i s t i cg a r a g es t r u c t u r e a st h er e s e a r c hm o d e l t h ep a p e rs i m p l yi n t r o d u c e sm a i ns t r u c t u r ea n dc h a r a c t e r i s t i c s o fg a r a g ea n da l s og i v e sas h o r ti n t r o d u c t i o nt oi t sc o n t r o ls y s t e m t h ef i n i t ee l e m e n t a n a l y s i so fs t e e ls t r u c t u r eo fg a r a g ei su t i l i z e da c c o r d i n gt ot h eo p e r a t i o np r i n c i p l eo f u p 。d o w na n dt r a n s l a t i o ns t e r e og a r a g e ，i no r d e rt og u a r a n t e et h es e c u r i t yo fg a r a g e 。i t i sc h e c k e d a c c o r d i n g t ot h e s t r e n g t ht h e o r y b a s e d o nt h ef i n i t ee l e m e n t a n a l y s i s ，r e a s o n a b l eo p t i m i z a t i o no fs t e e ls t r u c t u r eo fg a r a g ei sp e r f o r m e d t h e w e i g h to fs t e e ls t r u c t u r eo fg a r a g ei sr e d u c e db y14 o rs oa n dt h em a n u f a c t u r i n g c o s ti sr e d u c e d r e c e n tr e s e a r c ho ng a r a g ec o n t r o li st oi m p r o v ew o r ke f f i c i e n c yo ft h eg a r a g e b yr i s i n gt h es p e e d b u ti td e p e n d so nt h ei n c r e a s i n go fe n e r g yc o n s u m p t i o n ，a n di t m a k e st h ew o r k i n gl i f eo ft h eg a r a g es h o r t e r t h ep a p e re m p h a t i c a l l ya n a l y z e st h e p a r k i n gq u e u em o d e lo fg a r a g ea n dc o n t r o ls t r a t e g i e s t h r o u g hd e e pr e s e a r c ho n q u e u i n gt h e o r yo fo p e r a t i o nr e s e a r c h ，m m 1 n o oq u e u i n gt h e o r yi sa p p l i e do n g a r a g ec o n t r o lt oo p t i m i z ea n a l y s i so nt h es t r a t e g i e s w ec h o o s es t a y i n ga w a i to r d e r s s t r a t e g ya st h em a i nc o n t r o ls t r a t e g ya i d e dw i t hp a r k i n g ( t a k i n g ) c a r sp r i o r i t ys t r a t e g y a tt h er u s hh o u r s i tc a r le f f e c t i v e l yp r o m o t et h ew o r ke f f i c i e n c yo ft h eg a r a g ea n d c a nr e d u c et h el o s si ne n e r g yc o n s u m p t i o n ，r e a c h i n gh i g he c o n o m i cv a l u e s a n di ti s a l s oag o o da t t e m p ta tt h er e s e a r c hs t y l eo fm u l t i - c r o s s e dd i s c i p l i n e sb yi n t r o d u c i n g t h eq u e u i n gt h e o r ya n dc o n t r o ls t r a t e g yi n t os t e r e og a r a g ec o n t r 0 1 k e y w o r d s m e c h a n i c a lp a r k i n ge q u i p m e n t ，s t r u c t u r a lo p t i m i z a t i o n ，f i n i t ee l e m e n t ， q u e u i n gt h e o r y ，c o n t r o ls t r a t e g i e s 插图清单 图卜1 汽车保有量与私人轿车保有量随时间变化曲线图1 图2 - 1 立体车库分类图1 0 图2 2 俯仰升降地上两层及垂直升降半地下三层1 2 图2 - 3 升降横移式立体车库工作原理图1 3 图2 - 4 升降横移类车库主要组成1 4 图2 - 5 升降横移式立体车库钢结构骨架1 4 图2 6 载车板部分1 6 图2 - 7 传动系统不同的提升方式1 7 图2 8 机械防坠落装置1 8 图2 - 9 立体车库控制系统结构图1 8 图3 - 1 车库实体结构图2 0 图3 2 立体车库简化模型2 0 图3 3 前立柱受力分析图2 3 图3 4 导轨支撑梁受力图2 4 图3 5 导轨支撑梁受力简化图2 4 图3 6 上层横梁受力简图2 4 图3 7 上层横梁受力图2 6 图4 - 1 上层横梁受力模型图3 0 图4 - 2 上层横梁应力等值线图3 2 图4 - 3 上层横梁在状态( 3 ) 时的应力等值线图3 4 图4 - 4 导轨支撑梁应力等值线图3 5 图4 - 5 载车板简化模型受力变形图3 6 图4 - 6 整体模型受力图3 6 图4 7 整体模型应力等值线图3 7 图4 8 前立柱受垂直力简图3 8 图4 9 导轨支撑梁受力及截面图3 9 图4 一l o 上层横梁受力简图及弯矩图4 0 图5 - 1 立体车库运作模式4 4 图5 - 2 单服务台与单队列多服务台排队系统4 5 图5 - 3 多队列多服务台与多服务台串联排队系统4 5 图5 - 4 排队系统模型框图4 5 图5 - 5i n o u t 为1 5 3 0 时车库存取车时间和能耗图5 2 图5 - 6i n o u t 为3 0 5 0 时车库存取车时间和能耗图5 3 表格清单 表2 - 1 立体车库钢结构型号初选格1 5 表3 - 1 结构分析的计算工况和计算荷2 2 表3 2 顶层横梁不同况_ 2 5 表4 一l 改进后钢结构型号及格4 2 表4 - 2 钢结构改进前后比4 2 表4 3a n s y s 单位换算表4 3 表5 1 某车库的存取车时间情况表4 9 i v 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。 据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写 过的研究成果，也不包含为获得 金垦i 二些叁堂 或其他教育机构的学位或证。够而使 用过的材料。与我一同_ j i 作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明 并表示谢意。 学位论文作者虢钐韦 签字嗍矽劳归j 7 日 j 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解盒蟹旦些丕堂有关保留、使用学位论文的规定，有权保留 并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权尘 墅王些丕堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、 缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 靴做储戳：嘶 签字日期：陟眵月7 日 导师签名： 签字日期： 7 日 学位论文作者毕业后去向：安徽合肥 工作单位：合肥工业大学汽车装备工程技术研究所电话：0 5 5 1 - 2 2 4 9 9 8 3 通讯地址：合肥市包河区江淮重工业园邮编：2 3 0 0 5 1 致谢 两年多紧张而充实的研究生生活即将结束。在此谨以只言片语向两年来在 各个方面支持、帮助、关心过我的人们表示真挚的谢意。 在硕士论文成稿之际，我首先要感谢我的导师林巨广教授。在两年多的学 习生涯中，林巨广老师在学习、生活等方面均给予了我无私的帮助与支持。在 我学位课程的拟定、研究课题的落实、论文撰写等方面给予了悉心指导和热情 关怀，使我从中受益匪浅。在此谨向导师表示衷心的感谢! 导师渊博的学识、 严谨的治学态度、科学求实的作风、忘我的敬业精神和虚怀若谷的学术作风给 我留下了深刻的印象，并将激励我在今后的科学道路上不懈攀登! 感谢访 峰老师、王淑旺老师在我硕士论文写作期间对我的指导和建议。他 们渊博的知识、清晰的思路和丰富的经验对我完成学位论文提供了莫大的帮助。 感谢所有师兄、师弟和师姐、师妹在生活和学业上帮助；感谢合肥工业大 学汽车装备工程技术研究所的所有老师和安徽江淮自动化装备有限公司的全体 员工，他们在专业技能上给予我很大的帮助，让我在业务水平上有很大提高。 他们的敬业精神、脚踏实地的作风、平和谦虚的为人、团结奋进的精神风貌为 我树立了良好的榜样，这种潜移默化的作用将对我今后的工作、学习起着不可 估量的影响；同时也向文中所列出的和可能由于疏忽而没有列出的参考文献的 作者们一并表示感谢。 感谢我的父母、爱人和亲人对我论文写作期间的关心和支持，是他们的鼓 励，使我能够在学习与工作双重重压的情况下按时完成硕士学位论文。 最后，感谢评阅论文和出席硕士论文答辩委员会的诸位专家、教授在百忙 中给予的悉心指导! 同时也对曾给予我帮助和关心的老师、同学和朋友们表示 衷心的感谢! 作者：汤伟 1 1 课题的来源及研究意义 第一章绪论 我国自改革开放以来，房地产业和汽车工业两大支柱产业得到了高速发展， 尤其随着我国城市建设速度的加快和人民生活水平的提高，轿车进入家庭己成 为必然趋势。据国家统计局的统计，截止到2 0 0 3 年底，我国汽车保有量达到 2 4 2 1 1 6 1 5 万辆，比2 0 0 2 年增加2 7 9 4 3 3 6 万辆，年增长率1 3 。其中私人轿车 保有量达到4 8 9 万辆，比2 0 0 2 年增加1 4 6 2 4 4 1 万辆，年增长率4 2 7 。全国轿 车产量在上世纪8 0 年代和9 0 年代各有一次爆发性增长期，分别是1 9 8 6 年1 9 8 8 年，年增幅度在6 0 以上；1 9 9 0 年1 9 9 3 年，年增幅在4 0 以上；2 0 0 2 年开始 进入又一增长期；2 0 0 3 年全国轿车产量首次突破2 0 0 万辆，达到2 0 6 8 9 万辆， 比2 0 0 2 年增长8 7 ；同时，2 0 0 3 年全年轿车销售2 0 4 万辆；2 0 0 4 年全国汽车 产量达到5 5 万辆，比2 0 0 3 年增长2 0 - 2 5 ，其中轿车产量达到2 8 0 万辆，比2 0 0 3 年增长4 0 ：2 0 0 5 年，全国民用汽车保有量为3 1 6 0 万辆，轿车保有量为8 6 0 6 7 万辆；2 0 0 6 年底，全国民用汽车保有量达到4 9 8 5 万辆，其中私人轿车保有量达 到1 1 4 9 万辆，比上年增长3 3 5 ；预计2 0 1 0 年我国汽车保有量将达到5 5 0 0 万辆左右，轿车保有量将达到2 0 0 0 万辆( 如图1 - 1 所示) 。我国汽车工业的高 汽车保有量( 万) 私人轿车车保有量( 万) 。 ， ， 2 4 0 0 2 0 0 0 匡益匾 1 6 0 0 啪。巨亟 8 0 0 4 0 0 2 0 0 2 2 0 0 32 0 0 4 2 0 0 52 0 0 6 2 0 1 0 ( 年) 图1 - 1 汽车保有量与私人轿车保有量随时间变化曲线图 速发展和汽车销售额的高速增长，必然给城市交通( 包括动态交通和静态交通) 带来巨大的压力，各地政府虽己花大力支持城市交通基础设施建设，但始终难 以满足汽车快速增长的需要。最近十几年来，我国城市机动车增长速度年平均 在1 0 - 1 5 ，而城市道路年平均增长速度只有2 一3 。特别是大城市的机动车拥 有量和交通的增长远远超过交通基础设施的增长速度。如北京市在9 0 年代小汽 车年平均增长速度达到3 0 左右，但城市道路年平均增长率只有2 ，道路面积 o 的 们 加 加 年增长率为3 7 。静态交通基础设施的建设更落后于动态交通基础设施建设， 全国停车位缺口平均在6 0 以上。因此造成大量车辆停在道路内，形成马路停车 场。随着汽车进入家庭的速度不断加快，对城市交通基础设施的压力越来越大。 交通拥堵、停车难已经成为国内很多城市发展的严重制约因素。据统计，在上 海每天有3 5 万辆汽车停泊在马路两边；北京每天就有9 0 力| 辆车无“家”可归。 在我国，许多大中城市交通设施落后，道路堵塞严重，停车难、乱停车与不断 增长的机动车保有量间的矛盾同益突出，早己是社会普遍关注的焦点问题。怎 样解决这个日益突出的矛盾? 难道要限制汽车增长吗? 显然这不合经济发展的潮 流，只有充分利用现有的有限资源，大力加强静态交通的建设，才能有效解决 “停车难”问题，因此“立体车库”应运而生。 1 1 1 课题的来源 本课题源于合肥工业大学汽车装备工程技术研究所与中国航空工业总公司 下属某机械厂共同研发项目。改革开放以后，该机械厂根据“军品转民品”的 发展方针，结合自己的优势，以新产品开发作为突破口，重点以航空产品、汽 车保修设备等作为企业生产结构调整的主要方向。随着国内汽车保有量的与日 俱增，停车位日益紧张，有效解决停车问题的立体车库将会成为未来大中城市 商场、酒店、住宅小区的主要方式。该机械厂积极抓住商机，着手研发建造立 体车库，为企业发展寻找新的出路，也为国内新型机械式停车设备的研制拓宽 方向。 1 1 2 课题的研究意义 进入二十一世纪，我国城市化建设的迅速发展，城市空地和巷道越来越少， 导致我国目前的停车状况与日本2 0 世纪6 0 年代中期、韩国8 0 年代末期的状况很 相近。很多人开车到达目的地后，为找到一个停车位要花费大量的时间转来转 去，特别是在城市商业闹区等公用场所。虽然每辆车在购买的时候都交纳了泊 位费，但人们仍然在为停车难挠头。 业内人士认为，停车用地问题涉及城市规划、建设、市政、环保、公安交 管等多个部门，是个巨大的系统工程。因此，单靠一个简单的措施并不能解决 城市停车难问题。要解决停车问题，关键是要充分发挥地下停车场的作用，同 时要向立体发展。具体说来，一是需要政府有关部门研究可行的解决方案，开 发停车设施，重新规划、审定停车场所，将城市静态交通真正管起来；二是需 要创造合理的投资环境，吸引民间资本投资各种停车设施。 停车设备建设是汽车工业和城市发展的基本条件之一，停车设备本身也是 城市交通战略和城市道路产业政策不可缺少的组成部分，对于确保安全、流畅 的交通环境，整洁优美的生活环境以及保持社会的安定起着重要的作用。 立体车库最大的优势在于节约用地、最大限度地利用空间，有效提高车位 利用率，这是解决城市用地紧张、缓解停车难的一个有效手段。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 2 5 ，空问利用率比建筑自走 式停车库提高7 5 以上。经济发达的国家和地区如同本、德国、韩国及台湾都 已有数十年建设机械式立体停车库的历史，尤其在同本，由于土地资源缺乏， 人口密度高，故立体停车发展起步早、种类齐全、技术水平及丌发经验丰富。 从2 0 世纪6 0 年代至今，库型从二层简单式发展至多层竖直循环式、电梯式等大 规模集成车库。可编程控制器、交流变频调速等先进技术都广泛应用于机械式 立体停车库，它包含了当前机械、电子、液压、光学、磁控技术领域的成熟先 进技术，因此新型立体车库已成为技术密集型产品的代表。立体车库是各国都 积极采用的措施，尤其是自动化机械式立体车库在当今发展尤为迅速，广泛应 用于高级宾馆、大酒店、大商场、办公楼、居民住宅区等城市的繁华地段【lj 。 从现有停车位的缺口情况和今后市场的需求可以看出，立体车库的市场前 景十分良好。它的发展对于促进国民经济快速增长，尤其在缓和汽车与车位相 对紧张之间的矛盾方面具有广泛的社会意义。据有关部门统计，北京市汽车的 保有量己超过了2 2 0 万辆，到奥运会举办前预计将达n 3 5 0 万辆数量；通过图1 1 我们也可以看出，2 0 0 5 年轿车保有量接近9 0 0 万辆，2 0 1 0 年轿车保有量预计将达 n 2 0 0 0 j j - 辆，汽车保有总量将达n 5 5 0 0 万辆。“十一五”期间轿车保有量将增加 11 0 0 万辆，按照基本停车位和公共停车位1 ：1 2 的比例，整个“十一五 期间总 需增加停车位1 3 2 0 万个，平均每年需求2 6 4 万个。仅考虑1 0 9 6 的停车位由立体车 库解决，则每年需由立体车库提供车位2 6 4 万个；另外，还有微型车、多功能 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在内，车库出 口的需求量也未考虑在内，由此可见，立体车库的市场应用前景十分可观。 立体停车库可以高效地利用土地面积；可以提高交通车辆的流通速度；可 以保证车辆的安全有序的管理。因此，近l o 年来立体停车库在我国得到了高速 的发展，智能停车设备行业己经成为一个新兴的行业。从1 9 9 7 年n 2 0 0 0 年，年 递增速度在3 0 以上，2 0 0 0 年至1 j 2 0 0 3 年，年递增速度达5 0 以上。至1 j 2 0 0 6 年底， 全国己有2 6 个省，自治区，直辖市的6 8 个城市兴建了机械式立体停车库1 2 j ，提 供了超过1 0 万停车位，其中，以北京、上海、江苏、浙江、广东发展较快；预 计在今后五到十年间这种需求有增无减。因此，立体车库行业被誉为2 1 世纪最 热门的行业之一。 本课题对立体车库的结构和控制策略进行优化，能够在保证车库正常安全 运行的情况下有效地减少车库的总体重量、降低车库的建造成本，同时可以通 过改变车库的控制策略，大大提高车辆进出车库的存取效率。该课题的研究符 合国家“十一五”提倡的“节能降耗减排”的可持续发展目标要求，另一方面， 它对立体车库的未来发展有一定的引导作用，因此具有十分积极的意义。 1 2 立体车库的国内外现状及发展趋势 1 2 1 国外研究现状 机械式立体停车是解决大都市出现的停车难问题的有效方法。土地资源紧 张是大都市的现状，在亚洲各国大城市表现的尤为突出，所以机械式立体停车 在亚洲的应用比较广泛，目前统计结果表明，市场都集中在亚洲的同本、韩国、 中国等地。 早在1 9 2 0 年，美国建成了世界上第一座机械式立体停车设备。5 0 年代以后 美国和西欧陆续建成多种型式的立体车库；6 0 年代后期，随着世界汽车工业的 迅速发展，城市汽车拥有量急剧增长，尤其是大量私人小轿车的出现，使美、 同、欧等工业发达国家的大城市均出现了不同程度的停车难问题，尤其是在市 中心的商业区，建筑物高度密集，不可能腾出大量地皮建停车场。此时，占地 面积小的立体式停车设备才真正得到发展普及。 亚洲的停车设备技术起源于日本，日本从2 0 世纪6 0 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。据f 本建设厅调 查统计，6 0 年代末，仅东京市就引进西欧技术建成了各种形式的机械化立体停 车设备4 0 座，到1 9 8 3 年，全日本共建各种停车设备2 5 4 3 7 座，共计1 9 5 万个泊车 位。到了8 0 年代和9 0 年代初，由于计算机技术和电力电子技术的飞速发展，由 全电脑自动控制，采用变频技术的新一代机械式立体停车设备首先在日本进入 家庭。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2 0 0 多家， 其中生产机械式立体车库的公司约i 0 0 多家，比较大的公司有新明和、石川岛播 磨、日精、三菱重工等。从9 0 年代起日本每年投入运行的机械停车泊位都在1 0 万以上。目前全日本已经投入使用机械式停车位超过3 0 0 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。 德国和意大利等欧洲国家从事停车设备开发和生产也比较早。较好的公司 有：意大矛l j s o t e f i n 、i n t e r p a r k 、德国p a li s 等。由于欧洲国家土地资源比较富 余，停车问题表现不很突出，停车设备应用量不是很大。多数为巷道堆垛式产 品，多层升降横移式产品应用很好。德国和意大利等欧洲国家的优势在巷道堆 垛类产品上。 韩国机械停车设备技术是日本技术的派生。产业从2 0 世纪7 0 年代中期开始 起步，8 0 年代开始引进日本技术，经过消化生产和本土化，9 0 年代开始为供应 使用阶段。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3 0 左右。目前韩国停车设备行业进入稳 步发展阶段。 总体来看，国外立体停车设备的技术以日本和德国领先，其发展主要有两 4 个特点：一是高技术含量高。同本和德国的车库行业将机、电工业的高新技术 成果随时转化和移植到车库产品中，使车库技术进步和产品更新很快。比如高 速曳引机和v v v f 调速控制技术( 即高速电梯技术) 很快应用到垂直升降式车库产 品，使这种电梯式车库存取速度更快，存车量更大，从而逐步替代老式的垂直 循环式塔型车库。又如计算机管理、i c 卡识别、计时收费系统一出现，立即应 用于停车库，使车库融于城市楼宇自动化管理系统中，无论是公共停车还是住 宅停车变得更容易、更方便。二是车库产品朝着性能价格比更高的方向发展。 即不但重视停车密度和高性能，更讲究产品的经济实用性。日本经济经历了几 次高潮和低谷，车库行业亦几起几落，在竞争中，产品越趋成熟越注重经济实 用，性能价格比更高。比如日本的三菱、大幅株式会社和德国p a l i s 公司均研制 成功停车密度较高，而造价较低的高层车库和无车板、无车架等先进车库。这 些新产品都是9 0 年代的新技术，一问世，很快替代了老产品，并且正在逐渐打 入中国车库市场。 1 2 2 国内发展状况 我国在2 0 世纪8 0 年代初开始研制机械式立体车库，进入9 0 年代，有了突飞 猛进的发展。从1 9 9 2 年进口第一座垂直循环式车库到1 9 9 6 年成立立体停车设备 协会，短短几年时间就完成了从产品和技术引进到自主开发、制造的过程。几 年来各种类型的车库设备相继出现，协会成员已发展到6 0 多家企业和研究院所。 目前上海、北京、深圳、广州、天津、成都、大连、南京、济南、福州、沈阳 等城市都相继出现了立体车库。库型以小型车库为主，1 0 0 个车位以下的占6 4 ， 1 0 0 5 0 0 个车位的占3 3 ，5 0 0 个车位以上的大型车库占3 ，但已有增长的势头。 使用地以商业住宅小区为主，用于小区配套的占5 0 ，单位自用停车库占3 0 ， 公共停车库占2 0 。 我国立体停车设备的技术主要来自日本。生产初期大多是仿制日本等国的 产品，经过多年的努力，到目前已经形成一定的生产规模和市场。据有关方面 统计，目前约有生产企业1 0 0 余家，成立了由国家认可的立体停车设备制造企业 资质认证中心。产品有很大部分来自自主开发项目，生产技术水平也有了很大 提高。 目前国内立体停车设备是以升降横移类为主，约占总量的8 4 。此外还有垂 直升降类和平面移动类。在技术方面，由最初的机械传动式逐步在发展液压传 动式、机械液压传动式、电传动式。控制方式也由单纯的手动控制发展到电气 控制、p l c 控制和现场总线控制。 与各种先进技术的融合将促进停车场向高技术方向的发展，形成停车场产 业。我国停车场的需求在不断增大，尽管我国立体停车设备工业起步较晚，但 人们已经认识到立体停车场建设的必要性和紧迫性。我国机械停车行业从第一 台机械式立体停车设备的建成到现在，已经走过了二十多个年头时i b j 。从姗姗 起步到近几年的高速蓬勃发展机械式停车设备，从最初人们对它的陌生和排斥 使用到如今在大中城市的现代化建筑、居民小区等场合被大量采用，最终成为 解决城市“停车难”的一种有效工具，立体车库经历了它发展的低谷和高潮， 特别是机械式立体车库在最近几年发展尤其迅速，可以预见在未来时间里立体 车库将会呈现处越来越多的优势，使立体车库技术会像汽车一样得到飞跃式的 发展【5 1 。 虽然我国停车设备行业和技术得到了快速发展，但与停车设备的市场需求 还相差甚远。停车设备需要进一步降低制造成本，提高技术含量以及设备使用 的安全性和可靠性。 1 2 3 主要发展趋势 随着当今社会各种高新技术的引入，立体车库正在向专业化、复杂化、智 能化和高自动化方向发展，重点表现为以下几个方面： 专业化：立体车库系统稳定可靠，能正常运行而不出故障是用户的首要 要求，也是一套停车场系统的重中之重。因此，必须提高制造厂家的专业化程 度，才能保证设备的可靠性，立体车库的软硬件设施及各种设备的配套也应当 达到专业化程度。 复杂化：立体车库产业正在向多元化方向发展，它已经不仅是纯粹的机 械设备，还包含了当今机械、电子、建筑、液压、光学、磁控、管理和计算机 技术等领域的大量先进技术。立体停车系统已经日臻完善，如汽车出入车库时 采用声光引导和定位、汽车尺寸和重量自动识别、限速保护与多重机构互锁、 停车泊位自动跟踪、链绳长度超范围报警和弹性变形自动补偿、汽车安全检测、 图像识别技术、科学管理等，各种领域先进技术的综合使用，已经使立体车库 成为一个独立的大型复杂的高技术设备。 智能化：立体车库的发展越来越向着智能化方向发展，一些新技术正在 迅速进入该领域，如变频技术、全电脑控制系统、导航定位技术、图像识别技 术、传感技术、光纤通讯技术、防火防盗系统、停电及电源故障的自动判别排 除及处理系统等。对于全电脑自动控制系统，要开发、设计专用硬件系统和专 用软件，使之适用于存取车全过程的管理和控制，尤其是对于“模块”阁架式 立体车库的电梯调配，自动送车找位、自动平层，应快捷、准确、可靠。系统 安全装置的设置要与动态过程安全检测形成闭环，确保存取车过程的安全运行。 高自动化：立体车库的高自动化主要表现为先进的自动控制技术和科学 的管理方法。控制技术和管理方法互为所长，大幅度提高了存取车效率。在控 制方法上采用了遥控技术和自动识别系统：车辆停靠稳妥( 在车库外面需要自 动转向) 后，车库可以将汽车自动停放到合适的位置，可实现无人操作；在科 学管理方面，计算机中心对停车场实行全方位管理，整个停车场完全在计算机 监控之下，包括设备监控、出入口监控、停车场内部监控，整个停车场运行的 状态信息都可以存入计算机，通过便捷的人机管理界面，实现车流量统计、系 统故障查询、收费状况查询、进出车辆信息查询、系统运行状态的实时查询， 同时可以设置打印报表功能【3 儿4 | 。 未来的车库系统管理更丌放、更灵活，整个管理系统能够实现控制与管理 一体化，系统操作更加简便，功能更加强大。整个车库的管理可以纳入楼宇自 动化系统，联入网络，形成一个综合的计算机管理网络信息系统，真正实现立 体车库的无人化管理。 1 3 课题的主要研究内容 随着土地资源的不断开发，城市人均占地面积不断缩小，代表着机械与电 气控制最新科技的立体车库将是未来商业宾馆、酒店、办公娱乐场所及居民小 区的主要停车方式。本课题以升降横移式立体车库为主要研究对象，通过对国 内知名立体车库制造企业和济南等地立体车库实际使用情况的市场调研，针对 立体车库的钢结构和系统控制中排队论和控制策略进行了研究。 立体车库的钢结构是车库重量的主要部分，钢结构的材质型号及板料厚度 对车库的安全性起着至关重要的作用：由于车库在停放车辆的时候，需要将汽 车进行横移或升降，汽车的重量本身会对车库产生一定的作用力，存取车动作 时的动力势能也会加重这种作用，因此，如果车库板材厚度不够，会影响车库 整体的刚度和强度，对车库的安全性有一定的隐患；如果车库板材过厚，一方 面会加重车库的总重量，不便于移动和运输，同时也会增加车库自身的制造成 本；另一方面，会对钢铁造成浪费，这与国家“十一五”规划强调的“节能减 排”约束性指标相矛盾。 因此，为了满足企业的发展需求，同时使车库整体刚度和强度满足使用要 求，达到车库停放车辆的安全性指标，也为了满足减少材料浪费的目标，课题 研究了以下几个内容： ( 1 ) 立体车库的方案选型和确定； 通过对立体车库各种型号结构、原理及其特点的分析研究，确定出企业开 发车库的类型，并对车库的机械结构方案和控制方案进行初步规划。 ( 2 ) 立体车库受力情况分析，确定主要受力构件，分析其稳定性，并对车库 进行模型简化； 考虑车库在运行过程中所要承受的力和其他各种外部因素，对车库钢结构 进行受力情况分析，确定出存取车过程中的主要影响因素和关键受力部件，并 对车库模型进行简化。 ( 3 ) 通过分析软件对机械结构进行分析优化； 运用a n s y s 分析软件对简化后的车库钢结构模型进行分析优化，得到最优 化结构尺寸，并与原先设计的钢结构进行比较。 ( 4 ) 对车库存取车过程中排队及控制策略进行研究。 通过对车库存取车过程中排队理论及控制策略的研究，得到最优存取车方 案，减少汽车进出库的时间，提高车库的存取车效率。 第二章升降横移式立体车库总体方案设计 2 1 产品的选型和定位 多层式立体车库普遍采用高架式存放，它的特点是节省土地面积，即在一 个单位的面积上可以容纳多个车位；同时，可以根据场地的大小、形状排列， 具有灵活多变的特性。停车位有一个横移矩形框架及一个载车板组成，载车板 为保安全采用链条传动或钢丝绳传动。传动件密封于横移框架中，可免受风吹 雨淋，对延长寿命及降低维护费用有明显效果。 除以上独特性以外，现代先进的立体车库更具备详尽完善的安全保护功能 以及引进国外技术与器件的电脑全自动操作的管理系统。 另外，对于不同型号的立体车库，又具备其独特的结构和运行模式，能适 用于不同的场地和现有停车空间。因此，如何选择一款合适的立体车库型式作 为企业进行市场推广的切入点，对于企业未来生存和市场竞争力有着紧密的联 系。下面我们通过对系列不同车库的原理和适用情况的分析，来确定作为该企 业市场切入口的车库类型。 2 1 1 当前立体车库的种类及其特点 立体车库的类别根据j b t 8 7 1 3 - - 1 9 9 8 机械行业标准，按其工作原理区分主 要包括以下九种：( 1 ) 升降横移类s h ：( 2 ) 垂直循环类c x ；( 3 ) 水平循环类 s x ；( 4 ) 多层循环类d x ；( 5 ) 平面移动类p y ；( 6 ) 巷道堆垛类x d ；( 7 ) 垂 直升降类c s ；( 8 ) 简易升降类j s ；( 9 ) 汽车升降机类q s t l l 。 1 ) 升降横移类 利用存车板升降或横移存取车辆，适用于地面及地下停车场，配置灵活， 造价较低。它以钢结构框架为主体，采用电机驱动钢丝绳或链条带动载车板做 升降横移运动，实现存取车辆。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。 停泊在这类车库内地面的车辆只作横移，不必升降，而停泊在顶层的车辆只作 升降，不作横移。中间层则通过升降横移运动为项层车辆让出空位，或存取车 辆( 见图2 - - a ) 。 2 ) 垂直循环类 垂直循环类停车库采用垂直方向做循环运动的方式，通过电机带动传动机 构，在牵引构件一链条上，每隔一定距离安装一个存车托架，当电机启动时， 存车托架随链条一起做循环运动，达到存车目的( 见图2 一卜b ) 。 ( c ) 水平钨环盛s x ( e ) 平面硌动搂p y 萋。搿畿滋麓戮缀l 荔貔； 萎，觏溉嚣麓蠢麓黪g + j 尊珊自磐i _ _ 霉，：_ i 塌掰礴镕。撵 。；棼黪撬鬻叠。馨 ；a 女溉- 辨_ 簟誊。；薅黼笺 ，卜。一。o i 游藏熬j ，缈幕警簪 簇囊豢鬻豢羹 囊端慨藜鬻雾篱嬲溉篓 镕菇豢瓣藜荔薹。貔徽甏 = 撅褫嚣”薯jo 渤瓣蘩雾 孽獭女舷置r 麓毒囊j 兹缫壤。雾 l 篓鍪霉鬟掌 ( g ) 垂直升降奖c s 雾 _ _ - _ w 。 嬲i 蟛 缀 嚣 “荔。# 峨j 抽。 螂 雾一 ( b ) 垂直循环共c x ( a ) 多层翻环安s x ( f ) 营道堆螺饕x d 黼誊毒攀麓| i | | i 擎赫茹l j 爹耄、端期黧鹚幽囔鬻睽i ；罗 - ：i ) 饩车，钭睦帆捷i - i 图2 1 立体车库分类图 1 0 ( h ) 衙舞升降共j s 3 ) 水平循环类 用一个水平循环运动的车位系统存取停放车辆，减少平面停车的跑车道。 该类车库利用机械升降横移原理，由控制车辆存取停放的车位系统在水平面上 作循环运动，将所需存取车辆的载车板移到入口处，驾驶员再将汽车存入或取 出。车辆通过车位系统定位检出，提供最佳安全防护。它可以省去原平面停车 的进出车道，提高土地利用率，最适合建于狭长地形的地方，如地下室即可采 用这种型式。由于车辆存取是在出入口，原有行车道由停车机械代替，不仅提 高了土地利用率，还减少了废气排放和污染，降低拉通风装置的费用。此种方 式连车道空间一起利用，若多层重叠可为大型停车场( 见图2 - 1 - c ) 。 4 ) 多层循环类 通过使载车板作上下循环运动，从而实现车辆多层停放。该类设备适合设 置于建筑物的地下室，特别是铁路、高架路的下方、一般道路的地下等，最适 宜用于场地窄小，无法设置车道，且只允许设置一个出入口的场地( 见图2 - l - d ) 。 5 ) 平面移动类 这类车库采用在同一层上用搬运台车或起重机平面移动车辆，或使载车板 平面横移实现存取停放车辆，亦可用搬运台车和升降机配合实现多层平面移动 存取停放车辆。主要有搬运式和容纳式两种，搬运式只一个停车板，通过搬运 台车把车辆搬到停车位中；容纳式是有与停车位相同数量的停车板，停车板下 有横移装置。在同样面积内，容纳式比搬运式增加3 0 一5 0 的车位数( 见图 2 1 - e ) 。 6 ) 巷道堆垛类 采用巷道堆垛机或桥式( 门式) 起重机将进到搬运器的车辆水平且垂直移 动到存车位，对堆垛机的技术要求较高，因此该类车库自动化水平很高；另一 方面，车库全封闭式建造，存车安全性高。这种停车设备往往用于地上或地下 的大型停车