（机械制造及其自动化专业论文）塔式车库出入库运行系统的力学性能研究.pdf

硕圭学位论文 摘要 本文的主要目的是对塔式立体停车库出入库运行系统的力学性能进行研究， 到提升系统的动态特性变化规律和影响因素，为塔式立体停车库的研究设计提 冬理论基础。作者进行了以下的研究： ( 1 ) 在对提升系统运行特点分析的基础上，探讨了提升系统的速度曲线形式： 至线一抛物线形式，建立了提升系统速度曲线的离散模型，并对不同阶段的速度、 曩速度的计算方法进行推导，得出提升轿爝在运行过程中任意时刻的速度、加速 芝，并对加速度控制产生速度曲线这一方法进行了研究，希望能提高运行效率和 f 层精度。 ( 2 ) 在分析车库提升系统动力学特征的基础上，以提升系统的起、制动加速度 主要激励，采用传统理论建模方法，建立了提井系统垂直方向7 自由度动力学 奠型和动力学运动微分方程，确定了质量矩阵、刚度矩阵、阻尼矩阵。对水平方 习物理模型进行合理简化，建立了提升系统水平方向5 自由度动力学模型，导出 茎移和力系在全局坐标系和局部坐标系之阕的转换关系。 ( 3 ) 论述了车库提升系统动力学模型的求解原理和计算方法，将提升系统分 旨阻尼和无阻尼系统分别进行考虑，设计了求解动力学模型的计算方法，为提升 暴统的动力学仿真和动态分析提供了数学原理与依据。 ( 4 ) | 以速度为王5 掇s ，额定载重为2 1 5 0 k g ，提升高度为4 的塔式车库为研 怒对象，考虑钢丝绳长度等因素的影响，用m a t l a b 编制程序对该车库提升系统在不 司载荷、不同位置进行仿真，得出一些结论。 在上面论述的基础上，得出了车库提升系统的力学性能研究对塔式车库产品 搀质量具有缀大的实用价值。 笑键词：立体车库；提升系统：建模：弹性动力学；动态特性：刚度系数：固有频率 a b s t r a c t t h cm a i np u r p o s co ft h i sp a p e ri s o ft h ci o w e rp a r k i n gs t o f a g eo p c r a t i n g d y n a m i cc h a r a c t e r i s t i c si nt h el a wa n d t h c o r c t i c a lb a s i sf o rt h et o w e rp a r k i n g t os t u d yt h cd y n a m i cc h a r a c t e r i s t i c s s y s t c m ，o b l a i n i n gt h cs y s t e m s i n f l u e n c i n gf a c t o r s ，p r o v i d i n ga s t u d yd e s i g n i n g a u t h o r sw o r k i n gi sf o l l o w i n g ： ( 1 ) b a s e do nt h ec h a r a c t e r i s t i c so ft h eo p c r a t i n gs y s t e mo ft h eu p g r a d e s y s t e m ， i nt c r m so fs p e e dc u r v ef o r m s ： s t r a i g h t - p a r a b o l i c e s t a b l i s h e da s p e c dc u r v ed i s c r e t em o d e l ，p r o v i d e dam c t h o do fc a l c u l a t i o no ft h ev e l o - c i t y ，a c c e l c r a t i o ni nd i f f e r e n ts t a g e sa n do b t a i n e dt h ev e l o c i t y ， a c c e l e r a t i o n o fa r b i t r a r ym o m e n ti no p e r a t i o np r o c e s s ，s t u d i e dt h em e t h o di na c c e l e r a t i o n c o n t r o i l i n gv e l o c i t yc u r v e s h o p et oi m p r o v et h eo p e r a t i n ge f f i c i e n c yo ft h e a c c u r a c yo fp e a c e ( 2 ) o nt h eb a s i so ft h ea n a l y s i st h cd y n a m i c sc h a r a c t c r i s t i c so fu p g r a d e s y s t e m0 ft h eg a r a g e，r e g a r dt h es y s t e mb e g i n n i n g ，b r a k i n ga c c e l e r a t i o na s t h em a i nm o t i v a t i o n ，u s et r a d i t i o n a lt h e o f c t i c a lm o d e l i n gm e t h o d s ，e s t a b l j - 7d o fs y s t c md y n a m i c sm o d e la n dd y n a m i c se q u a t i o n s0 ft h ev e r t i c a ld i r e c t i o n ，d e t e r m i n e dt h eq u a l i t ym a t r i x ， s t i f f n e s sm a t r i x ， d a m p i n gm a t r i x e s t a b l i s h c d5d o fs y s t e md y n a m i c sm o d e li nt h eh o r i z o n t a ld i r e c t i o n ， g e t t i n gt h ec o n v c r s i o nr e l a t i o n so fd i s p l a c e m e n ta n dd e r i v c ds y s t e mi nt h eg l o - b a lc o o r d i n a t es y s t e ma n dt h el o c a lc 0 0 r d i n a t es y s t e m ( 3 ) e x p i a i n c dt h ep r i n c i p l e sa n dc a l c u l a t i o nm e t h o d so ft h cs y s t e md y - n a m i c sm o d c l c o n s i d c r e dt h es y s t c ma sn od a m p i n ga n dd a m p i n gt w os i t u - a t i o n ， d c s i g n c dt h cm e t h o d s0 fd y n a m i cm o d e lc a l c u l a t i o n ，p r o v i d i l l gt h e m a t h c m a t i c a lp r i n c i p l e sf o rd y n a m i c ss i m u l a t i o na n da n a l y s i sb a s e do ft h e u p g r a d cs y s t c m ( 4 ) r c g a r d e das p e e d1 5m s ，r a t e dl o a d2 1 5 0 k g ，h e i g h l4 0 mt o w e r g a r a g ea se x a m p l e ，u s i n ge x p e r i m e n t a lm c a s u r c m c n t s ，p r o bs o f t w a r e c s t a b l i s h c dat h r e cd i m e n s i o n a lm o d c l ，o b t a i n e dt h ef e l e v a n tk i n e t i cp a r a - m e t e r s ，r e g a r dt h cl e n g t ho fw i r er o p ea saf a c t o f s ，u s i n gm a t l a bs o f t w a r et o s j m u l a t et h eu p g r a d es y s t e mi nd i f f e r e n tl o a d s ， d i f f c r e n tp o s i t i o n a n dd r a ws o m ec o n c l u s i o n si nt h ee n d i i 硕士学位论文 o 珏l h eb 鑫s i sq f | 囊嚣鑫b ￥ed i s c 娃s s e d ，铲ee 鑫曩d f 鑫w 毽e o 纛e l 狂s i o 珏| 氧a 专h e f 】c s e a f c ho ft h ed y n a m i c sc h a f a c t e r i s l i c so fg a r a 鬈eh o i s ts y s t e mh a sg r e a t p f a c l i c a lv a l u ef o r h 尊q l l a l i l yo fl h el o w e rg a f a g e k 豢yw o f d s ：l o w e fg a f a g e 毽p g f a d es y s l e l 矬s巷s l 建b l i s h i 臻gl 疑o d 巷l e l 鑫s l i cd y n a l 髓i c s d y 鼗a 趣i cc h 程r a c l 卷f 童s 专i e ss t i f f 纛e s s f a c t o rn a t u r a lf r e q u 移n c y 趣 硕士学位论文 附表索引 表5 1 车库提升系统动力学参数 5 5 表毒。2 车库提舞系统垂直方蠢固有频率分析。 5 s 表5 3 攀库提升系统垂誊方向瞬态响成分析。5 6 v 塔式车库出入库运行系统韵力学性雏研究 插图索引 图1 1 立体车库事故图片 5 圈薹2 本论文的总体结构框圈。? 圈l 。3 本论文的总体结构框图+ 。8 图2 。l 塔式车库结构简图。10 图2 2 存车过程流程圈。14 图2 3 取车过程流程图。+ 。15 豳2 。4 抛物线一壹线形速度遗线。+ 。17 图2 5 提升矫厢的加速度曲线17 图2 6 提升轿嚣的加加速度麓线。兰8 圈3 重攀库提升系统垂患方向动力学模型。3 0 塑3 。2 导辘弯盎变形图。3 5 图3 3 提升系统导轨模型。3 5 图3 4 车库提升轿厢沿导轨运动时的物理模型。3 6 图3 5 车库提舞系统水平方离动力模型。，。3 7 图4 1 龙格库塔方法求解一阶常微分方程组流程图。4 5 圈嚣。董提拜系统启动对简化的计算模燮。+ 。s 2 图5 2 提升系统启动时简化的计算模型5 4 圈s 。3 提舞系统垂直振动模型豳有频率褶对于参数k ，的变化越线5 7 圈5 4 提升系统垂直振动模型固有频率相对予参数k 。的变化曲线5 8 图5 。5 提升系统垂直振动模型固有频率楣对于参数k 。的变化曲线5 9 圈5 6 提升系统垂直振动模型固有频率相对予参数k 。的变化髓线6 0 图5 。7 提舞系统垂直振动模型霾有频率相对于参数k 。的变化彗塾线6 l 图5 。8 鬣重侧钢丝绳的雕度系数随时阀变化魏线+ 6 2 图5 9 轿厢侧钢丝绳的刚度系数随时间变化曲线6 3 图5 。圭o 钢丝绳在距离轿艨为；的横截面掰一滋上熊应力图。6 凄 图5 。圭l 提升轿艨侧钢丝绳的动应力图。6 5 图5 。羔2 轿耀以加速发上舞时撒一缀截面应力图。s s 图5 13 考虑弹性时轿厢侧钢丝绳的动应力图6 6 兰州理工大学学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所 取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任 何其他个人或集体已经发表或撰写的成栗作品。对本文的研究做漤重要贡 献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的 法律后果由本人承担。 作者签名：同谯星墨期渊年t 胃伊墨 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即： 学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许 论文被查阅和借阅。本人授权兰州理工大学可以将本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 保存和汇编本学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所将本学位论文 收录到中国学位论文全文数据库，并通过网络向社会公众提供信息服 务。 作者签名： 淘醵 导师签名：刁铋参盛 日期：必谓年f 月，罗日 嚣期：勿谚年j 月罗尽 硕士学位论文 第 章绪论 1 课题研究的背景及意义 1 1 停车现状 近年来，随着经济的发展，我国城市化水平的加快和人民生活水平的提高， 我国轿车的僳有量也呈急剧上升态势。据中国汽车工业协会公布的数据表明，2 0 0 3 年我匡轿车产量首次突破2 0 q 万辆，达爨2 髓8 9 万辆，比2 0 0 2 年增长8 0 7 ，。2 0 戳 年全匡汽车产量达到5 5 8 多万辆，比上年增长2 0 2 5 ，其中轿车产量将达到2 8 0 万 辆，比2 0 0 3 年增长4 0 ，2 0 0 5 年，中国汽车产销量都在5 7 0 万辆以上，加上全年 进口汽车1 6 万辆，中国汽车市场以近5 9 2 万辆的总规模超过日本本土的5 8 0 万辆， 跃屠世界第二位，仅次子美蓬 “。到2 0 0 7 年4 月底我匿汽车傈有量己达到s 圭8 0 万辆的勰摸，且未来凡年将会持续扩大。由于2 0 0 8 年北索奥运会及2 0 圭o 年上海 世界媾览会等重大事件的影响，以及国内需求的进步拉动和“费改税 等政策 的驱动，我园的汽车工业仍将具有很大的发展空间并将继续傈持快速平稳发展。 按蘸述数据预测，2 0 王o 年将达到2 0 0 0 万辆臻1 。但与此同时，汽车箨车场地的增长 却不能与之褥步，汽车泊位与汽车数量豹比例严重失调，据调查，翳翦全国供轿车 停牟的停车位缺口在4 0 0 万个以上，这几年新增轿车每年在2 0 0 万辆左右，按车位 与轿车数之眈为l ：1 2 计算，每年需新增停车位2 9 0 万个停车位，才熊满足停车 位的需求。在停车位的缺弱孛，基本停车位缺弱约占基本停车位需求麴4 0 ，公 共停车位缺翻约占公共箨车位需求的7 0 1 3 】。电上可知，我国旦前静态交通基础 设施严麓落后于动态交通基础设施，导致马路停车场大蹙出现，而由此导致的机 动车违章停靠，侵占道路和绿地，致使道路通行能力下降，影响了社会总体效率 等现蒙更是司空觅惯。随着城市孛“有车族努群体队伍隧益壮大，逐渐加重了城 市交通负担，停车难也成为长期困扰城市建设的一个难题。 1 1 2 解决方法 面对严峻的停车压力，各地政府纷纷采取各种措施缓解固益严重的停车难问 题。对我国而言遮是新课题。在国外些汽车产业发达豳家也曾经历过类似的过 程，他们都有自己独特的方法去解决这个闻题。例如：在法国巴黎建造有大规模的 塔式车厍出入库运行系统的力学性能研究 地下停车场，超过5 0 的机动车停到地下停车场：在蜀本，为方便车主找到停车场， 市区都有停车场的招牌，交通地图上也都标明停车场的位置。购车时规定无论单 位还是个人，都必须出示车库证明，否则不准购车；在墨西哥，政府鼓励发展代客 泊车监务等手段来解决停车难的闯题；在英国，违章停车者将受到严重惩罚，非 法停车被视为种刑事犯罪h 】。 以上都是各霄独具特色的解决停车难溺题的手段，可以适当借鉴。但是停车 难的问题归根结底在于不断攀升的汽车数量与市区有限车位之间的矛盾，要解决 这一矛盾，一方面可以控制车辆数目的增加。但随着经济的发展，人民生活水平 的提高，购车人数剧增，控制车辆数目这一措施在我国现阶段是不可能也是不现 实的。所以解决的办法只有增加车位，增加车位的方法可以新建停车场( 地上的或 地下的) ，但是建停车场需要大量资金两停车场收费价格低，多数投资商都不愿意 投资建设，而城市和己建小区有限的地面面积也无法提供足够的停车车位，所以 向空间发展成为当前解决这一问题的一条重要途径，机械式立体停车设备具有占 地面积较小、空闻利用率高、造价低、存取快捷、防盗性和防护性好等优点，在 有限的土地上建设立体停车库，己经成为许多大城市解决这一难题的首选之举。 随着我国城市建设的加快和汽车的大量增加，兴建立体停车库也成为今后我国停 车产业改革的主要方向和研究课题，尤其是在寸土寸金的大城市，采用立体停车 设备已经成为解决“停车难 闻题的必然出路。 1 2 塔式车库在国内外发展概况 1 2 1 国外的发展状况 枕械式立体停车库发源于上世纪2 0 年代的美国，是在繁华拥挤的都市里为解 决停车难而采取的一种措施。5 0 年代以后，伴随着私人小汽车的大量涌现，在薅 欧、东南亚、韩国和日本都得到了广泛的应用。发展较快的有日本、德国、法国、 意大利、荷兰、美嚣、韩国等。 闷本，从1 9 6 2 年研制出第一台立体停车设备以来，至今已经开发、生产出九 大类近百个品种的立体停车设备，拥有停车设备制造企业4 0 0 多家，在管理体制、 技术标准等方面目趋完善，霉本在役的停车设备最多。截止2 0 0 5 年底全日本已经 投入使用机械式停车位超过3 0 0 多万个1 5 1 。 韩国桃械式停车设备行业是仿效日本起家的，发展历程比较平稳。2 0 世纪7 0 2 硕士学位论文 年代为莛步酚段，8 年栽必警l 迸酚段，粥年代舞爱震阶段。制造叠鼗畜透露家， 出乎受到政府的重视，年增长率达捌3 0 ，2 0 0 0 年艨为发展阶段，自动化停零设备 隧供应量的扩大得到迅猛发震洚j 。 欧洲阑家由予土地资渊比较富余，停攀难问题褒现不是很突出，停车设备应 用幂是缀多，产品形式多数筠巷道堆瓣式，多层舞降横移式产晶应建遵报磐f 髓。德 国和意大剩等欧洲谰家从臻停车设备开发稀生产也姚较早，较好的公司有：意大利 s o 专e 薹主n ，王琏专e r p 8 r 氟德嚣随兰i s 等。德国瓣停车鼗较发达，生产磐军设备豹厂赛 约有2 4 家，其中到淞u s 和o t t ow o h r 两窳公司的产量约占德国总产量的8 0 1 8 l 。 这些垦家嬲公司从上世纪六十年代韧裁开发并使用埘最大限度地剥耀空间的桃械 式停车设备，经过凡十年的不断发展，机械式符车设备放造型、结构、控制、驱 动、监测、誊耋料、保险等方蘧不断她更薪换代，尽趋完美。 1 2 2 我国立体车库的发展 我凰念湾地区在2 0 世纪7 0 年代翩，公共翱民闻捧车场7 0 妫是地上和地下平面停 车场。早在重髂量年，霉商即在台兴建完成第一座垂逮德环式停车塔，落于米来饭 店的建筑体之中，1 9 8 2 年生产出第一台双朦式停车设备，随着汽车的大量进口， 馒枫械箨军设备制造监褥到快速发震，到羹9 9 6 年制造企业达到鳓多家，襻车设备 嚣波进入发展高峰酚爱。德从王9 9 7 年起，螽湾房墟产萧条，股市暴跃，停举设备 行业出现滑坡，经过优胜劣汰后，行业进入稳步发展阶段l 训。 我国太陆立体率库的发展，始予上世纪八十年代，1 9 8 4 年，北京有色冶金设 计院的王程师们，在设计个综合写字楼璞嚣巾，发现与其配套的停车| 蠢题难以 解决，蠢此开始开发设计枫械式停率设备。经过凡年的努力，董粥8 年我国第一个 采髑二层舞降横移战机械停车设备的地下攀库在北容建成。羔9 8 9 年河北承德的华 一桃械车库集霞有限责饪公司建造起蓬肉第一螽垂蠢锤琢类枫械式停车车库，填 补了国内机械式停车车库的空白。1 9 9 0 年，位于中国石化总公司北索设计院院内， 第一座受誊循舔式捉辘车麾建藏；这嚣个撬械式斧车库黧建成，揭嚣了我鸯樾藏式 立体停车设备行业的开篇，为解决城市停攀难的阍题开辟了薪的途径1 1 叭。缀由于 枣场需求原露，十多年来发展缓慢。近年来，随着溪民经济的高速发震，汽车工 监和汽车需求市场的快速发展，我困轿车傈有量怠剧上升，城市停车设施的增长 磺显落螽予车辆的增长，停车润题在各大中城市成海一个需要迫切解决的鲻遂， 使褥立体率疼产鼗在主世纪九十年代迅速兴起，爹入了孳i 进、开发、制造翮使翔 的快车道，匿内立体停车库市场正以直线上升的态势在飞速发展。中国重机协会 箨攀设备工作委员会提供鹣数蠢显汞，截至羹鳃? 年黻蘸，机械式箨攀设备蒸本主 3 塔式车库出入库运行系统的力学性能研究 是在芝京、上海、广搦、深测凡个大城市采翔，戮2 0 0 年基扩袋到省会城市，2 0 e 王 年扩展到全国生要的大中城市，2 0 0 3 年已扩展到一些中小城市，2 0 0 4 年国内安装 建设的机械式立体停车瘁3 0 3 个，较2 0 0 3 年增长5 4 。6 ；2 0 0 4 年底，全国已有5 6 个城 市兴建了机械式立体停车库。截止2 0 0 5 年，机槭式停车设备营内销售额突破l o 亿 元人民币：全国机械式停车库总量突破羔o o o 个：全国机械式停车设各泊镶总数突破 l o 万个“朝。截至目前全国己有2 6 个省( 市) 、自治区、崖辖市的7 9 个城市采用了机 械式停车设备h 托。为适应立体车库行业迅猛发展的需要，保证产品质量和可靠性， 戮规蕊立体车库酶生产藕建设，藿家己盎台了概械式停车设备类羽、型式与基 本参数j b t 8 7 1 3 0 1 9 9 8 等6 个标准，对推动我国立体车库事业将起到极大的促 进佟用。 ，3 立体车库的国内外研究现状及本课题的研究意义 3 。 国内应用现状 综上所述，高科技靛立体停车库已成隽我翟当今停车场新发展的趋势，僵现 实情况是，我豳目前停车库的利用率并不高，很多城市立体车库的大部分停车位 常年闲置，投资与回掇不成魄铡。究其原因主要有以下几方面： 酋先是质爨方面，当前，我国设计制造的立体车库大多处予最原始的使用阶 段，它的设计水乎、经济侩值耱安全性还毒待于完善和开发，实际技术水平与霎 际先进水平还存在一定差距。虽然国内已有很多立体率库生产厂家，但大多数因 为质量不过关，丽未能得到生产许可，在2 0 0 4 军6 男羔臣之前结束的停车设备生 产企业的许可证评审工作中，全国l o o 多家企娩中只有8 家企业拿到了生产许可 证n 引，立体车库事放还时有发生。图l 。王是2 0 0 8 年9 胃器目汉口世纪大厦五层 高的智能化立体车库突发意外时的图片1 1 4 l ：事赦发生肘，辆尼桑轿车正处于上 升阶段，当车子被提升到2 层车位( 大约3 米的高度左右) 时，载车叛上的钢板 垮落，车子突然掉了下来，车头受损，停在旁边车位上的辆桑塔纳轿车也被擦 伤。瑟据杭州嬲n 钉报道在此前不久2 0 0 6 年5 胃2 6 日梳州就曾发生过立体车库事 故，当时一辆汽车突然从车库三层捧落下来，将旁边的一辆宝马轿车疆伤。据深 圳晚报n 6 1 报道在2 0 0 7 年7 月1 6 日，深圳市福田区沙头街道新洲九街北侧的一家 立体停车霹中也突发惊险事故，当时一辆剐被送入车库存赦的皇色本露小轿车， 在被提升到三层库位的位置时，撑托在汽车轮下的铁架板突然损坏扭鼗，致使轿 车直坠地面，砸毁一辆停放在其左下方的宝马轿车。所幸事故发生时轿车下部没 毒 硕士学位论文 图1 1 立体车库事故图片 有人员停留，没有造成人员伤亡。 其次是停车设备本身的设计存在缺陷，自动化技术水平总的来说较低：设计制 造成本过高而导致的车辆收费过高，成为阻碍其推广使用的主要原因。资料显示， 在北京一般地面停车每小时2 元，而立体车库为5 元。 第三，存取速度慢，按照规定在立体车库规范标准中规定车库最难取车的车 位，一次存、取车的时问不得超过两分钟，但由于我国的技术水平现状，实际上 很难达到这个标准。 第四，人们要有一个逐步接受的过程，人们对立体车库的优点还未完全接受， 特别是对一些新手司机，立体车库所要求的车技比地面车库要高，在存取车的过 程中因为开车技术问题而导致车辆被挂伤、擦伤的情况时有发生，这使得部分有 车族对立体库望而生怯；另外，市民还认为，立体车库虽然节省空间，但是也是 上天下地，自己不放心爱车被高高挂起，或是深入地下1 。 1 3 2 研究现状 同济大学的徐格宁等在立体车库钢结构系统设计方法方面，探索一种全新设 计方法一一基于简模型和全模型的人工神经网络映射建模及离散优化设计方法提 出”以层分块”的模块化建模思路。采用国际著名的有限元分析软件a l g o 卜v i z i c a d 建立”全模型”，并完成数值分析，运用人工神经网络强大的非线性映射能力，映射建 立了既包含全模型足够信息，又能保证与全模型失真度最小的映射模型，实现了对 立体停车系统钢结构各构件截面的优化设计，实现了w i n d o w s 平台的v b 开发环 境下所有设计分析软件模块的集成【18 1 。山东科技大学的荆友录等从理论上通过对 塔式车库出入库运 1 ：系统的力学性能研究 立体停车痒的结构戳及控制系统进行研究，完戒了对立体车库的整体结构、存取 车的形式及整体控制系统的设计，设计了一套智能全自动立体停车库系统【1 9 l 。山 东大学的袁德真等通过对现有各种停攀设餐的特点和使用条件的毙较分辑，并结 合用户的反馈意见，以￥i s u a 王b a s i e6 o 为开发工具、以箨i n d o w s 为操作平台， 运用 m 王( 人机界面) 与p l c 控制技术，变频调速技术，设计了套优质赢效又魄较 经济的立体车库控制系统轻引。武汉理王大学的李浩等对立体车库的升降机构控制 系统和车库排队系统进行了详细的研究，设计了一套控制系统总体方案，发现了 立体车库系统符合m 膨八排队模型1 2 。武汉大学靛李振囊等遗过对智能立体车库 的车库钢构架、机械传动与控制系统软硬件等进行研究，开发了一种小型井降横 移式智能立体车库1 2 筋。武汉理工大学的廖庆等遥过对垂壹升降式立体车瘴的总体 结构的研究，建立了立体车库的几种存取策略的时间数学模型和能耗模型【2 引。长 安大学的贺文华等通过对舞降横移式立体车库控毒l 系统模拟设计的研究，实瑗了 对3 3 立体车库模型的控制，探讨了用可编程控制器p l c 实现车库控制系统的基 本方法1 。 综上可知，由于立体车库在我国乃至世界上还是个新兴的产业，对立体车麾 进行的专门研究还不多，特别是缺少对车库力学性能进行系统性的研究。虽然我 国从二十世纪八十年代就开始研制和使用机械式立体车库，但出于各种原因，多 年来发展缓慢，还处于初级应用阶段。当前，我国设计制造的立箨车库在各个领 域虽然也采用了一些先进技术，但主要是集巾在计算机、磁控、光学、电子等控 制方面，如采用交流变频调速系统来实现高速、平稳运行，减少振动和噪声等， 控制影式有触摸式、密码式、遥控式等，有的还采用了现场总线控制技术；传动 装置采震内藏式，以绦护传动元件和增大停车空闻；为了便于安装拆卸和组合使 用，在机构中则采用了模块化设计；采用薪材料和新工艺，翔采雳组舍的镀镶板 来制作载车板：安全方面则采用自动消防灭火系统，声光引导及定位装霞等。这 些产品大多处于最原始酶使用阶段，在使溺过程中仍然存在着振动、冲毒、平层 误差大等阎题，严重影响了车辆豁存取速度。 豢前藩井对该系统的研究也是主要集中在控翻方面，从力学性麓方筒对其进 行研究的楣对较少，两且主要是从结构力学方面进行研究。分析方法主要以交分 骧理梵基础的分橇力学方法对其进行研究，大多只是针对其结构受力进行研究， 也有针对提升系统垂崴振动的原因，如钢丝绳抖动、导轮偏心等引起振动的原因， 建立控制模型，扶优化控铡策路、控制算法等角度来降低提升系统垂直振动，嚣 专门针对提升系统进行动力学分析的文献非常罕见。 6 硕十学位论文 1 3 3 研究意义 随着人们生活水平的提高和汽车工业的发展，汽车的使用在近几年得到了飞 速的发展，我国的家用轿车拥有量也在大幅度增长，停车问题已成为一个迫切需 要解决的问题。而作为解决这个问题的必然选择的立体停车设备，如何把好它的 质量关，降低制造成本，提高车库的性能，避免各种意外事故的发生等问题，也 就成为各生产厂家的当务之急。本课题就是在这种形势下，响应市场的需求和设 计的需要，对塔式车库的出入库运行系统的力学性能进行分析，为提高立体车库 的性能和产品的改进以及开发研究提供理论依据，奠定理论基础，因此具有非常 重要的意义。 1 4 本论文研究的主要内容 本文以塔式立体车库为主要研究对象如图1 2 【2 5 】所示， 图1 2 塔式立体车库示意图 主要技术指标为： 车库形式：电梯升降式立体停车库 车辆交换方式：叉梳式交换 电梯升降速度：6 0 m i n ( 矢量控制) 最大容车规格：5 2 0 m ( l ) 2 15 m ( w ) 1 5 5 m ( h ) 叉梳横移速度：1 5 m m i n 7 塔式车库出入库远霉亍系统的力学性能研究 最大客车重量：2 圭s o 堍 旋转台的转速：6 r m i n 最大容车数量：4 0 辆 占地面积：6 0 舻 车库标准层离：2 。2m 平层精度要求：士5 m m 消防设备：e 0 2 气体和水 本文重点对车库出入库运行系统豹力学性麓进行研究。 主要研究内容包括：对车库的燃入运行系统及运动曲线进行分拼，并对提升系 统酌动力学模型酌求解原理和方法进行研究；对车库提舞系统的动态特性进行仿 真研究，重点研究模态响应和瞬态动力学响应，得出了一些结论；最后对提升钢 丝绳进行动应力分折，劳输出钢丝绳麴时变特性曲线以及在系统失剐性与弹性两 种条件下的动威力趣线。本论文结构框图如图董。3 所示： 。s 本章小结 嚣薹3 本论文瓣慧体结构撵瑟 本章篱要奔绍了霹前匡内蒋车行韭的现状以及存在髂一些溺遂，攒趱立棒停 率设备是解决这一闯题的必然选择，详鳃介绍了立体停车设备程国杰外的应用及 发展情况。，介缨了本课题研究的主要内容、匿的、意义以及主要解决的闻题。 嚣 硕士学位论文 第2 章塔式车库出入库运行系统简介 2 。_ l 塔式立体车库的分类整体方案简介 塔式立体车库叉称为垂直升降类汽车停车库，同时亦可称为电梯式立体车库， 它是将存车位分布在并道周围，然蘑透过提升橇掏在并遒内徽升降运动，装在提 秀机上的横移机构将车辆或载车板横移，实现存取车辆的机械式停霉库。 依据中华人民共和屋机械行业标准j 彤t8 7 1 3 1 姻8 ：机械式停车设备类别、型 式与基本参数要目中，在参考国外标准的蒸础上，结合我国的实际情况列出了垂 直升降式立体车瘁的不润形式。此类立体车库的整体结构按簿车位分布状态大致 可分为以下凡类1 2 6 l ： ( 1 ) 电梯式： 此类车库的提升并道在中间、停车位在并遂嚣侧，每一楼层只有两个停车位。 提升机构升降到停车楼层焉，横移机构便甜存取车辆。 往) 蟊柱型： 提升并道在中间，停车位置以井道为中心，呈辐射状分布。它又有提升机构 回转程存取小车酲转两秭形式。与电梯式相比，它每层的停车位增加了，德是其 提升机构和存取机构就变褥复杂。 0 ) 丹降枫+ 平聪移动型： 每层的截面量方形，停车位以提升并遵为中心分布在四周。载率板在存取车 辆时，作平面纵向移动操作，与升降机连接完成存取车作业。 。 鞲) 秀降机十平藤回转型： 每层的截面呈圆形，停车位以井道为中心分布禚四周，载车板在存取车辆时， 作平面回转移动操作，与舞降祝连接完成存取率佟娩。 ( 5 ) 十字型： 中阕是提并祝，哥雹转，停车架以十字形布置，萄级别亦霹横捌。王作时， 提升机辨降并回转与停车架连接完成存取车作业。 与其它几神形式相比，电梯式立体车库占地面积小，结构相对简单，适用性 强，易予推广。此类车库车辆髂出入嚣在率库整个停车彼的最下一层，提升系统 居孛，停车位纵向并列布置在提升并道的褥镤| | ，一般每层可以存两辆车，整个车 库般在l o 一2 5 层以上，可以侉放2 0 5 0 辆汽车，整个车库的占地面积大约6 0 平 方米，所以具有很高的平面和空间利用率，具有高效、节能、噪声低、安全可靠、 操作楚单、维护方便等特点。最适合建在寸寸金的城市串心区，本文选取这种 9 塔式车库出入库运行系统的力学性能研究 垂直升降式立体车瘁酶爨入库运行系统为姘究黠象。 车库的结构简图见图2 1 【1 8 】； 辫2 薹璐斌车库续祷篱圈 薹 硕士学位论文 2 2 塔式立体车库的结构及特点 2 2 i 率库的结构 由图2 - 重可知，该种型式的立体车库的结构主要由钢架结构，升降装置、载 车板横移装置、载车台回转升降装置、自动控制系统、消防系统和其他安全保护 装置等几部分组成。 ( 1 ) 钢结构框架 钢架结构购主要作用是承重和内置几十个停车泊位并安装机械传动、电气控 制、消防系统、排水等设备。包括：主结构架，用于承受车库自身部件重量和存 入车辆重量，主要包括立柱、横粱、纵梁等外部；内部结构支架，用于构成存车 室和支撑停车库内一些视械翻电气部件主要包撬电梯舞降导辘、小车行走导鞔、 停车架等部件。钢结构的设计应符含g 剧t 3 8 l l 起重机设计规范的规定。 ( 2 ) 升降装饕 升降装置的主要作熙是完成车辆在垂壹方向上鹃提舞或下落。主要包括：国曳 引驱动机，郎电机、减速箱和制动器；传动部件，包括钢丝筑帮滑轮( 或升降链条、 链轮) 等；对重和平衡链；外降导轨_ 和对重导轨。曳引驱动帆通过钢丝绳( 域链条) 使载车台升降，同时对重也相应运动，平衡重量，这样有利于减小电机功率。 ( 3 ) 载车板横移裟置 载车粳横移装置的功能是通过两个叉械的相对交错运动来将载攀扳存入车库 或取出，实现车辆在水平方向上的移动。横移机构设置在行走小车长框架两头的 横梁上，主要由电机、链传动长轴、链条、链轮及三级滑义等组成。其工作原理 是当邀杭运转后，通过链传动带动长辘转动，长轴两端透过链条、链轮带动三缀 滑叉傲横向存取运动。 ( 4 ) 回转舞降装置 芳降圈转装置的主要律篇是通过电桃的芷、反转带动螺旋幄使舞降架舞嵩或 下降，当需要回转时，遥过旋转电机驱动齿轮减速箱，其输出小蓊轮驱动回转大 齿轮完成回转动佟。主要菇l 螺旋幅、舞降架、回转台等部分组成。本文采用蠹置 圭薹 塔式率麾出入库运行系统的力学性能研究 式旋转盘，帮把旋转装置与横移装置全部敖在舞酶枫上。 ( 5 ) 自动控制系统 自动控制系统主要包括控制、拖动、检测及安全保护部分。电梯式立体车库 存取车时动撵较多，要求控铡系统实现顺序动作、速度、定位及安全互锁等控制， 一般都采用p 控制系统。同时，为保证在运行时快速、平稳、准确平层、自动加 减速等性耱，车库升降装置多数采用交流变频调速系统。为确保车辆安全，车库 内还安装了光电检测装鬣和各种限位装置来检测隐患。 ( 6 ) 消防系统 停车痒内设置有整套酶自动灭火系统。烟感及温感探测器均匀地分布在各层 车架中间，如果库内温度或烟气浓度过离，消防系统将启动排风机直至达到设定 要求。若失火，整个自动灭火系统会迅速把火熄灭。 2 。2 。2 车库的特点 这种停车设备具有如下特点： ( 1 ) 作为存取车辆的工具，其摒彝了老式停车场或停车楼占地面积大、停车 数量少、污染严重和停车安全性低等阕题，继承和发扬智能立体车库占地少、停 放车辆多，便于集中管理、安全可靠等优点。 ( 2 ) 车辆的存取是全自动的，在立体停车露的室内没有人员停留，杜绝了人 员伤亡事件的发生。 ( 3 ) 停车方式荦位与通道在同一尚度上，车库内设置有旋转装置，汽车可以 童动调头，缩短遗入库时闻，实现迅速存取车，车辆进漱方便。 ( 4 ) 采用计算橇控捌、实现监控管理一体化，具有存取速度快、安全可靠、 操作简单、维护方便，车辆存放安全性离等特点。 ( 5 ) 具有结构简单、造价低、使用方便、地利用率高等特点。 ( 6 ) 还可以根据用户的需要及环境和场地的具体情况设计不同数量的车位， 从凡十个车位到上千个车位，车位麓增减方便灵活，可建立在广场商场、建筑物 顶部、地下等场所。 ( 7 ) 车库可以站建筑物建造逸可独立建造，露且其封闭的立面叉可捧商业广 告牌，做到物尽其用。 硕士学位论文 由于英具有数上麓点，所戮对予“寸寸金”熬城市来说，这种车库无疑是现代 人们泊车的最为理想的选择。 2 3 出入库运行系统工作原理 立体车库控制系统通过入桃界面来实现车辆的存取。存车时，在人机界蕊的 主界面中，按“存车界面”，再选撵所需鬻存车的库位按“取消 键可重新选择 库位) ，判断无误后，按确定，自动完成存车过程：取车时，入机界面进入取车界面， 直接选择想要取车的库位( 按“取消静键可重新选择取车库位) ，判断无误后，按确 定，基动完成取车过程。存车和淑车过程的工俸磊理具体如下： 2 3 。 存车原理 蔫产存率，进入存车界面。发布存车指令，人撬界面将耀瘦箍号送给p ，首 先打卡判断有无车位，如果有空车位，则打开大门，司机将车开到升降台指定位 置震下车从侧门离开选择库位并按“确定 键，此时，大门歼始关闭。p l c 根据选 取库位判断车辆是否超过尺寸限制，记录各种数据，再判断是否需要旋转，若需 要，则葱动旋转电机。同时升降台低速上舞，到达换速限缀开关，转失快速上舞， 快要到达指定层时，升降台切换为低速上升，达到指定层碰撞到主平层行程开关 时，主电机制动。计数器根据平层歼关设定的数值，发布平层指令，开始平层。 当平层季亍程开关均闭合( 霾角水平) 时，平层结束。此时，旋转台升起，叉梳伸出， 把汽车推进库位，簿放准确后，旋转台下降，横移叉梳落至车位槽内，此时汽车 被架在攀位上，车被存入车位。叉梳皂动遐出库位，回到旋转台原位。此时，在 人机界面上显示相应车位有车信息。同时升降台低速下降，至换速限位点，转为 快速下降，快到一层时锈换为慢速下降，到达一层时平屡，旋转台恢复至原状态， 完成存车操作。 存车流程图如图2 2 所示 2 3 2 取车原理 取车过程和存车过程正好相反，取车时，在人机界面上选择取车界面，选择 车位，判断无误器，按确定。进入取车操佟。根据车位位置，p 磁判断是开始取 车前将旋转台旋转还是取宠车蜃再旋转。然后，升降台汗贻快速上舞，到达指定 层，并平屡。此时，横移叉棱进入车位，当到达车位限饿黠，旋转台上辩，横移 1 3 塔式车库出入库运行系统的力学性熊研究 鬻2 。2 存攀过程滤穗漤 叉梳上抢，托起汽车，将车拉出车位，送至旋转台上。此时，汽车被架在旋转螽 上，旋转台下降复位。人机界面上相应率位的车消失，势降台下降至一层，开始 平层，平层完毕，p l e 根据先前的判断是否需将旋转台旋转，并检测旋转台是否捌 薹毒 颈士学位论文 位。大门打开，司机把车从升降螽上舞凄，延时王o s 蜃，大 1 塞动关闭，取车过 程结束。取车流程图如图2 3 所示。 鋈2 3 取车过程流茬圈 塔式车库出入库远行系统的力学性能辨究 巍主霹翔，塔式车瘁的畿入库运行系统主要包括圈转舞降系统、舞降系统和 水平横移系统三部分。 本论文将重点对提拜系统进行研究。 2 。4 塔式车库提升系统的运动特性 2 。4 。 提秀系统的运动特点 壶2 。3 车库的工作潦理可知，塔式车库的提辩系统是一种需要经常癌动、制动 的机械。而且在运动过程中车库提升系统的速度、加速度和加速度的变化率也是 变化的量，从褥对机构翻运动部件产生强烈的冲击和振动，这就是通常所说的动 载荷。例如，在提升机构中，当开始起升和下降时，豳于频繁开闭起升魄机，制 动装置会产生力矩冲击，引起动力载荷。提升机构的起升绳索属于弹性系统，当 绳索从松弛状态突然起辩时，会产生较大翡冲击并弓 起动力载荷。此外，电动机 平衡度较差，卷筒加工不圆，各种零件的制造误差和缺陷都能使机构激振丽产生 动力载荷；概构的起动和铡动，遥过不平整的轨道接头处，以及与缓