（机械工程专业论文）nus2型立体停车设备的开发研究.pdf

n u s 一2 型立体停车设备的开发研究 摘要 本篇论文论述了作者在攻读工程硕士研究生期间所从事的科研开发项目一 n u s 一2 立体停车设备的开发研究一的研究过程以及研究成果。 论文首先介绍了此科研项目的选题，以及确立此项目并进行开发研究的目 的和意义。之后，系统地介绍了项目的研究、设计过程，以及试验检测和成果 应用。 论文以研究工作的进展顺序为序，分章、节逐一论述了设计过程、生产制造过 程、试验检测过程和成果应用案例。在设计过程部分，详细论述了设备总体结 构设计、传动系统设计、控制系统设计和安全防护设计，其中对钢结构件的受 力做了深入的理论分析、计算和实际检测。在生产制造过程部分，详细论述了 设备关键零部件的工艺研究过程和试制过程。在试验检测过程部分，详细论述 了钢结构框架的应力测试和设备安全运行检测，并提供了详细的检测数据报告。 最后以少量的篇幅提供了本开发研究成果投入实际应用的多个案例，以实际应 用效果说明了研究项目的成功。 论文以专门章节作为重点，详细论述了本研究项目的技术创新点，以及在 设计和工艺方面的独创性。全文配以公式、图表和试验数据，正确和直观的阐 述了研究项目的全部过程和成果。比较客观的反映出作者从事科研开发工作的 能力和水平。 关键词：立体停车设备结构设计液压系统控制系统p l c 安全性 t h er e s e a r c ho ft h en u s - 2t y p es o l i dp a r k i n ge q u i p m e n t a b s t r a c t t h ep u r p o s eo ft h i s p a p e ri s t of o c u so n a na u t o - p a r k i n gs y s t e me q u i p m e n t s d e v e l o p m e n ta n dd e l i v e r a b l ew h i c h is t u d i e dd u r i n gm ym a s t e rc o u r s e t h ea n a l y s i s s t u d ya n dd e v e l o p m e n ta r ea l lb a s eu p o nt h ep r o j e c to fn u s - 2p a r k i n ge q u i p m e n t i nt h i sp a p e r ，m yi n t r o d u c t i o ni sd i v i d e di n t of o u rm a i np a r t s ，d e s i g np r o c e d u r e ； m a n u f a c t u r ep r o c e d u r e ；e x p e r i m e n t a lp r o c e d u r ea n da p p l i c a t i o nc a s e s t u d y ；a l l d e s c r i b e di nd e t a i l e db yc h a p t e r i nt h ed e s i g np r o c e d u r es e c t i o n ，id e s c r i b e d e q u i p m e n t sg e n e r a lc o n s t r u c t i o nd e s i g n ，d r i v es y s t e md e s i g n ，c o n t r o l l i n gs y s t e m d e s i g na n ds e c u r i t y p r o t e c t i o nd e s i g n ，a n de s p e c i a l l yt o o k ad e e pt h e o r e t i c a l a n a l y s i s ，c a l c u l a t i o na n dt e s to nt h ef o r c eo ns t e e ls t r u c t u r em e m b e r s i nt h e m a n u f a c t u r ep r o c e d u r es e c t i o n ，id e s c r i b e dh o we q u i p m e n tk e yp a r t sc r a f tt ob e s t u d i e da n dt e s t e d i nt h ee x p e r i m g n t a lp r o c e d u r es e c t i o n ，t h et e s tr e p o r t sa r e p r e s e n t e dd e t a i l e df o r t h es t r e s so fs t e e ls t r u c t u r em e m b e r sa n ds a f e t yt or u n i nt h e e n d ，ip r o v i d e dc o u p l eo fc a s e st op r o v ea n di l l u s t r a t eh o wt h ep r o j e c ts t u d y d e l i v e r a b l ec a ns u c c e s s f u l l yb ea p p l i e d f o r m u l a s ，i l l u s t r a t i o n sa n de x p e r i m e n t a ld a t ao ft h i sp a p e rc o r r e c t l ya n dd i r e c t l y d e s c r i b eh o wt h ep r o je c tg o e sa n dh o wt h ed e l i v e r a b l et ob ep r o d u c e d ，a n dw e l l r e f l e c t e dt h ea u t h o r sc a p a b i l i t ya n dt e c h n i c a lp e r f o r m a n c e k e yw o r d s ： s o l i dp a r k i n ge q u i p m e n t ，c o n s t r u c t i o nd e s i g n ，h y d r a u l i cs y s t e m c o n t r o ls y s t e m ，p l c ， s e c u r i t y 合肥工业大学 本论文经答辩委员会全体委员审查，确认符合合肥工业大学 硕士学位论文质量要求。 答辩委员会签名：( 工作单位、职称) 抓烈喜寺仓旧彬鲁私 委员： 歹为如氏 一 丁眺 碱 壶f 撒缸神叨s 一 仑帕姒分 仑陋z 状孓 名、摩 念陀姒孓 刷礼舷 插图清单 图2 1 下载车蔽运动原理9 图2 2 上载车板升降运动原理9 图2 ，3 液压原理1 0 蚕2 。莲工作滤纛1 4 图2 5 工作状态1 4 图2 6 系统硬件构成15 图2 7 应用程序框1 8 蚕3 + l 下载车梭梳构运番籍2 l 图3 2 上载车税机构运动简2 3 图3 3 前立柱受力简2 5 銎3 。4 兹立拄裁嚣。- 2 5 圈3 ，5 后立桂受力简2 7 图3 。6 后立柱截面2 7 图3 7 纵粱受力筒”2 8 委3 8 缎粱截瑟2 s 图3 9 前梁受力简3 0 图3 - l o 前梁截丽3 0 图3 ，l l 边梁受力篱- 3 l 图3 1 2 边粱截蕊圈卜- 3 l 图3 ，1 3 边梁截颟图2 3 l 图4 ，l 波纹板截戚- 3 5 銎5 一l 绩穆应力溺试毒点? ”4 4 图6 ，l 防断链装嚣4 9 表格清单 表5 1 试验样品明细 表5 2 样品主要技术参数 表5 3 试验日期及天气 表5 4 试验用仪器设备 表5 5 试验用油料 表5 6 外观检查结果 表5 7 安全装置检测结果 表5 8 几何参数测量结果 表5 9 电气系统检测结果 表5 1 0 作业性能试验结果 表5 1 l 承载能力试验结果 表5 1 2 噪声测定结果 表5 1 3 液压油污染度测量结果 表5 1 4 连续作业试验结果- 表5 1 5 结构应力测试工况 表5 1 6 结构应力测试结果 表5 1 7 结构动应力测试结果 表5 1 8 作业可靠性试验结果统计 竹弘弛”扣”加仉叭舵舵舵们钙们钙 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 盒壁王些盍堂 或 其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工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。 学位论文作者签名 专秀雩 签字日期： o 厂年厂月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解合肥工业大学有关保留、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 金壁三些太堂 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) 日 学位论文作者签名：吾啄孪新硌撒 签字日期：0 3 - 年f 月 目 签字日期：3 啊库r 月 学位论文作者毕业后去向：原单位 工作单位：机械科学研究院 通讯地址：北京海淀区首体南路2 号 电话：0 1 0 - - 8 8 3 0 1 4 6 4 邮编：1 0 0 0 4 4 致谢 本文是在导瓣 霉尊忠教授懿悉心指导下竞残豹。秘薅患教授歇佟者懿论文 选题、实验工作掰论文写寸管都给予了极大酌关心。同时，在整个论文工作中还 自始涎终得到了王大璞研究员的帮助，在此表示由衷的感谢。柯尊忠教授广博 的学识、开阔的视野、严谨的治学态度以及献身于祖豳科研事业的敬业精神， 都绩终者受盏蓬浚，在夔，佟髫表示深漾熬敬蠢霹裘。0 懿感瀣l 在作者学习期间，同学f t 给予了热情的帮助。在此，向所有给予关心和帮 助的港师和同学裁示衷心的感谢! 爨压，l 乍者还要特别感谢学校酶老师帮领导，是德俄、给予作者极大避关心、 支持釉鼓励，搜德 乍者戆够辩期完残学、监。 作者：李彗霉 2 0 0 5 年4 月 第一章立体停车设备的现状和发展趋势 l 。l 藜言 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嫩活水平的提高，轿车进入家庭已成 为必然趋势。据潮家统计局魄统计，截止列2 0 0 3 年底，我国汽车傈毒量达到 2 4 2 1 ，1 6 1 5 万赣，玩2 0 0 2 年增拥2 7 9 4 3 3 6 万辆，年增长率1 3 链。其中私太轿车 保有嫩达到4 8 9 万辆，比2 0 0 2 年增加1 4 6 2 4 4 l 万辆，年增长率4 2 7 。 众国轿车产燃在上世纪8 0 年代和9 0 年代各有次爆发性增长期，分别是 1 9 8 6 年1 9 8 8 年，年堰蕹度嵌6 0 跌上；1 9 9 0 年1 9 9 3 年，年蓬箍在4 0 戬上。 2 0 0 2 年开始进入又一增长麓。2 0 0 3 年全瀚轿车产量酋次突破2 0 0 万辆，达到 2 0 6 8 9 万辆，比2 0 0 2 年增长8 0 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 0 万辆，比2 0 0 3 年增长2 0 2 5 ，其中轿车产量 这戮2 8 0 万辆，阮2 0 0 3 年蹙长4 0 。 按目前的增长速度，预计2 0 0 5 年，全国汽车保有撼将达到3 0 0 0 万辆，轿 车保有量将达到1 0 0 0 万辆以上，超过“十五”汽车工业发展规划提出的指标： 2 0 0 5 年全国汽车绦有量达到2 4 6 5 2 5 4 5 万壤，其中轿车僳毒量约8 3 0 8 7 0 万 辆。预计2 0 1 0 年轿车保育羹将达妥2 0 0 0 万辆。 溅国汽车工业的高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，各地政府虽已花大力支持城市交通 基吾囊浚憝建设，穗始终难良瀵足汽车交恣壤长夔震要。最近卡足年来，我藿瑗 市机动车增长速度年平均在1 0 1 5 ，渐城市道路年平均增长速度只有2 3 。特别是大城市的机动车拥有量和交通的增长远远越过交通基础设施的增长 速度。如j e 京市在9 0 年代小汽车年平均年增长速度达到3 0 左右，但城市逶 路年平均增长率只有l ，2 ，邋路瑟获年增长率为3 7 。静态交道藻疆设施静 建设鼹落后于动态交通基础设施建设，全圜停车位缺阴平均在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涟度不断加 抉，瓣城泰交逶簇稿设麓的藤力越来越大。交逶掇圭砉、掺车难已经蔽为国内缀 多城市发展的严黧制约因素，因此也引起了各级政府的霾视。解决停车难的 个主要手段就是建设立体停车库。 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 浚镰谖车辆懿安全有序戆管蘧。因菇，运1 0 年寒立终箨车痒在我毯褥蘩了毫速 的发展，智能停车设备行业已经成为一个掰兴的行业。从1 9 9 7 年到2 0 0 0 年， 年递增速度在3 0 以上，2 0 0 0 年到2 0 0 3 年，年递增速度达5 0 以上。到2 0 0 3 年底，全国己有3 1 个雀，鸯浓区，壹辖寄鳇5 s 个壤枣兴建了机械式立体停车 库，共8 7 9 个，8 2 7 6 4 个车位，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。 1 2 立体停车设备国内外发展综述 1 2 1 国外发展状况 设备在国外最早出现日本。自1 9 5 9 年起日本开始研究，逐步进入设计和制 造。1 9 6 5 年成立行业协会，发展至今有1 1 0 家会员。目前在日本立体停车库应 用普及率很高，主要集中在大城市，在东京、名古屋、大阪三大地区集中了全 国7 5 的车库。在这些城市，几乎每条街道都能看到不同型式的车库，所以日 本的停车问题解决得相当好。日本的车库种类很多，技术比较先进。主要种类 有升降横移式、垂直循环式和垂直升降式。 德国立体停车库的发展始于6 0 年代，目前使用亦很广泛，在大城市中心处 处可见停车楼和地下停车场，种类与日本相似。 韩国和台湾地区基本上是引进目本的车库技术，起步虽晚，但发展极快。 目前在汉城和台北处处可见立体停车库。 国外立体停车设备的技术以日本和德国领先，其发展主要有两个特点： 一是高技术含量高。日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，使车库溶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，性能价格比吏高。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，并且正在打入了中国车库市场。 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停车设备，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 5 0 0 个车位酶占3 3 ：5 0 0 个车位以上豹大型车库占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 停车艨占3 0 ，公共停车库占2 0 。 我藿立钵跨车浚荟懿接零主要寒耋嚣本。生产嵇期大多是谤割嚣本等垂熬 产品，经过多年的努力，到搿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 业资威认证中心。产品有很大部分来鱼自主开发项目，生产技术承平睦有了缀 大撼离。 目前阁内立体停车设备是以升降横移类为主，约占总鬣的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、爨攮滚压传动式、电传麓式。控裁方式遣壶单缝筑手裁控割发霪嚣电气控 制、p l c 控制和观场总线控制。 照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 还相麓甚远。停车设备需要遂一步降低生产成本，提嵩技术含量以及设各使用 静安全穗帮可靠缝。 1 3 项目的来源及主要研究内容 慕予立体箨车设套广藏鲍枣场藏景，缝合我陵在钒槭工程菲据设诗方垂积 累的技术基础和缀验，我们确定开发与市场需求相适藏的、薪型的立体停车设 备。为此，我们进行了多方筒的调研和可行性分析。 1 3 1 产品的市场定位 随羞藏泰建浚鹣毫速发蕊，蠛泰中豹襄盈大厦、豢缓写字搂、办公楼嚣潼 民小酝如雨后春笋般拔地而起。各太城市对城市建设的规划都提出在这些高楼 大厦和住宅小区必须提供机动车停车场( 库) 的要求。而由于城市建筑用地的 紧张葶瓣地价的屠藏不下，这些停车场自然幽过去的平露形式转为立体形式和地 下影试，汉朝在现有面积的条件下扩大襻敬车位戆鼗警。 针对这种情况，我们将计划开发的立体停车设备定位在地下停车库的应用 上。因为目前建设的大型高层建筑都建有一至三层的地下层，并通常用来停放 车辆。联爰立嚣侉事设备表露效建提高车疆存藏量，怒经彝大楼物照主乐于接 受。髓着高楼大麟的不断建设和增多，这种需求会不断增长，提供趣好的市场 应用前景。 1 3 2 产品的型式定位和技术剑新点 逶常大型毫鬣建筑的逮下篡静高度在3 6 寒左右，嚣稷帮布裁囡建茨奉身 而舁，大小不同，变化比较复杂。并且，猩立体停车席的建设时，建筑的主体 工程融完工，不允许对建筑结构进行大的改动和施工。这样就从不同方面对应 鼹懿交体箨车露设备形成了一定貔限割。臻魏：层高羧利了毫层车黪设备的应 用：施工限制又排除了沉降地坑式停车设备的使用：还有建筑的供电和消防安 全方面的要求，又限制了部分类型停车设备的应用。 根据实施使用条件和种种应用限制，我们对目前国内外市场的立体停车设 备机械了分析比较，确定了我们计划开发的立体停车设备的型式，具体定位为： 两层升降横移式立体停车设备。 技术创新点确定为： 一 设备运行过程的优化控制； 一 提高设备运行的安全性和可靠性； 一结构和工艺创新。 第二章立体停车设备设计开发过程 2 1 技术分析比较和方案确定 现有的两层立体停车设备有简易升降式和升降横移式两种。简易升降式由 于结构简单，使用的方便性和运行的安全性较差，应用的不多。目前主要使用 的是升降横移式。升降横移式安装驱动方式不同，分为：全机电式和液压机电 式。 升降横移液压机电式与升降横移全机电式不同的地方主要是上载车板的 提升系统。前者比后者有许多显著的优点： 1 )节约能源。载车板上升时液压站工作，液压缸将载车板提到位后液 压阀关 闭油路，液压缸停止运动。载车板下降时，液压电机不工作，只是液压阀打开， 载车板充分利用高车位的重力势能，依靠自身重量自行下落，不需外加动力， 在一个工作周期内，有三分之一时间不消耗能源。使设备下降安全、节能、运 行成本低。电机驱动时，即使下降也需要动力。 2 ) 能源共用。在一套车库设备中，由于采用液压系统做载车板的提升 驱动， 所以就不必给每个上载车板配备一套动力源，只需要配备一台液压站，就很容 易在实现对每个上载车板的驱动。电机驱动时，若采用一套动力源，就需要配 置复杂的传动机构才能实现。 3 )液压系统可以使载车板的升降运动变得更加平稳； 4 )液压驱动系统具有良好的安全保护性能，车重超载或运动受阻时， 液压系 统的安全阀会自动溢流，确保设备和存放车辆的运行安全，系统可靠性高。电 机驱动不具备这个功能。 5 ) 液压驱动系统不会发生越程运动事故。载车板运行到上限位时，如 果上限 位行程开关发生故障，未能发出停止信号，液压泵会继续工作，载车板就会继 续上升被机架上的死挡块阻挡，此时液压系统内的系统压力升高，当系统压力 超过设定值时，安全阀打开，使系统压力下降，载车板停止上升。电机驱动时， 上限开关失灵，就会产生越程冲顶现象，若不能及时停止，就会损坏设备。 6 ) 液压驱动系统在工作中，不会发生象电机抱闸失灵，致使载车板失 控下落 的事故。在系统中设置防暴阀，即使发生管路破裂现象，载车板仍不会失控， 可以安全、可靠的速度下降。 采用液压驱动，能够实现在停电状态下的应急出车，并且安全、可靠。液 压驱动系统的换向阀可以具有手动释放功能。当车库停电时，使用手动功能打 开换向阀，使载车板下降到地面，完成出车功能。电机驱动时，升降电机使用 手动释放十分困难，而且非常不安全。一般不采用。 从分析比较可以看出，不同结构、不同驱动方式的设备具有各自的性能特 点和适用性。我们确定开发目标需要尽量吸收他们的长处，从提高设备使用性 能，满足应用要求出发，并综合考虑设备制造难度和制造成本。 最终确定的开发方案是： 一 研究开发两层升降横移式立体停车设备： 一采用机械、液压联合驱动方式； 一 采用型钢结构框架和拼装式载车板； 一采用手动、光电和p l c 组合控制。 2 2 总体设计 n u s 一2 型立体停车设备共有上、下2 层；水平横向可以分为2 9 跨，每跨 是一个车位宽，这样可以变型为多种库型；每个车位均有载车板，下层车位水 平横移运动，可以自由存取车辆。上层车位做垂直升降运动，结合下层车位的 平移运动，形成上层车位的下降空位，实现上层车辆的存取动作。 车库车位的升降运动由液压系统驱动，平移运动是由电机驱动。 各部分运动的控制是通过p l c 实现。 所有停车单元的控制系统都通过现场总线连接到总监控室。在总监控室里， 通过计算机屏幕可以监控所有设备的运行情况，并进行管理。 设备总体划分成六大部分： a ) 机架结构部分； b ) 载车板部分； c ) 传动系统； d ) 控制系统； e ) 安全防护系统。 2 2 1 机架结构部分 设备的机架由钢结构组成，是上、下载车板的支撑和导向。我们设计的机 架采用h 型钢和矩形钢管组合焊接成部件，用高强度螺栓连接构成一个牢固的 框架。其外观简洁，刚度好，强度高，抗风、稳固、可靠，完全满足承载要求。 考虑到使设备适应不同场地条件，进行任意的多种组合应用，所以机架结 构部分采用模块化设计，结构部件具有良好的通用性和互换性。 主体结构的前框架采用大跨距的跨梁式设计，给车辆出、入库留出最大的 空间。主体结构后部，每个车位宽度上均设立柱。平衡链条安装在后立柱h 型 钢的凹槽内。h 型钢的翼板作为上载车板的运动导向，在水平面的x ，y 方向上 限制载车板的摆动。 由于机架各部件的焊接结构的制造精度和装配精度均要求较高，并要求互 换性好，为此，制造中必须采用一定的工艺手段来保证。构成机架的焊接件在 焊接前需要进行校直。焊接时采用专用焊接夹具，以防止和减小焊接变形，提 高工件的尺寸精度，并使其具有互换性。 机架是放置在自然环境中使用，因此其表面涂层十分重要，应具有防锈、 防腐能力，并且要求色彩明亮，易识别。为此，焊后的钢结构机架，表面需要 进行喷丸处理，消除焊接应力，清除焊剂焊渣，达到喷漆前的要求。所有结构 件外表面喷涂四层专用防锈环氧树脂漆。第一层采用富锌底漆，具有良好的防 锈防蚀功能：第二层采用云铁中间漆，以增强漆膜间的附着力和漆膜弹性；最 后两层为环氧树脂面漆，具有抗氧化、不褪色，漆膜厚，附着力强，耐冲击的 优良性能。 2 2 2 载车板部分 载车板分为上载车板和下载车板两种，工作时分别做不同的运动。上载车 板工作时做垂直升降运动；下载车板工作时做水平横向运动。上、下载车板的 主体结构相似，都是采用螺栓将左右两条纵向边梁以及前后两条横梁连接成矩 形框架，上面铺设由相互咬合的波纹板构成的面板。载车板组装前，需要对其 组件进行不同的表面处理，使载车板经久耐用。载车板是停车设备通用的组合 构件，因此要求通用性、互换性好，并且结构工艺应满足批量生产和便于装配 的需要。 载车板实际使用中要承受运动、载荷和撞击，因此在其设计上采用了弹性 体设计原理和预应力设计方法，保证其结构具有承载力大，泊车稳定，无加载 噪声的特点。 载车板的面板是由我们专门设计的冷轧镀锌波纹钢板拼装而成，其表面平 整无缝隙，防锈防蚀不漏水，外形美观。面板在载车板上安装后，其横截面呈 微拱形，雨水或车辆漏油可沿拱形表面流入载车板边梁的水槽中，不会污染下 层停放的车辆。面板组件上装有消除加载噪声的装置，车辆进入时，车辆的撞 击和碾压不会发出金属摩擦的刺耳噪声。面板上设置了可调节的汽车定位机构， 能使汽车在载车板上保持正确的停车位置，不会因外界环境影响，发生位移。 2 2 2 1 上载车板 上载车板是设备中的重要部件，关系到设备运行的安全性和稳定性。从设 备运行安全角度考虑，我们在上载车板设置了双重防坠落保险装置：在其前部 设置了防断链保护装置，当提升链条意外断开时起安全保护作用：在其后部设 置了自锁型的防坠落装置，用于防止上层车辆长期存放时出现缓慢下落现象， 起到安全保障作用。 自锁型的防坠落装置是此设备安全保护装置的一大特点，也是设计上具有 独创性的一点。它的设计采用了机电结合连锁控制的方式。当上载车板上升到 位时，由机械结构自动锁住，限制上载车板的下降动作。当上载车板需要下降 时，通过控制电磁铁打开机械闭锁机构，使上载车板顺利下行。锁紧机构是对 称分布在上载车板的后部，两套机构必须同时动作。如果这一动作失误，上载 车板不能顺利下降而产生倾斜，将造成摔车事故。所以防坠落装置的设计制造 是关键性技术。在设计上采用同一安装基准，并设置2 个联轴节，便于安装和 调节。另外，采用了双电磁铁控制，提供了操作的可靠性。根据使用要求，我 们与电磁铁厂家合作设计制造了专用牵引电磁铁，其推杆可以自动复位，并具 有大推力、大行程的特点。该电磁铁还具有自整流功能，通过整流将输入的2 2 0 v 交流电源转换为直流2 0 0 v ，降低了元件工作时的噪声。 我们在设计时将上载车板的前起吊点后置了1 1 5 米，上载车板前吊点采 用后置式设计，扩大了车位进、出1 3 的宽度和转弯范围，最大限度地减少了泊 车障碍，方便车辆进出，并且有效降低了对车库行车通道宽度的要求，提高了 设备的适应性。上载车板安装后整体后倾o 3 。，使板面不会存留雨水，适于露 天使用。 2 2 2 2 下载车板 下载车板做水平移动，给上载车板的下降让出空位。下载车板的水平移动 是由电机通过联轴节和一根长传动轴驱动载车板下面的两个驱动轮来实现的。 长传动轴的轴线要与电机的输入轴保持一定的同轴度，否则会降低电机的有效 功率，出现运转不灵活甚至卡死现象。所以在设计时应对与安装传动件相关的 基准面给出精度要求。 为了简化加工，提高安装精度，同时采用了4 个联轴节。安装时通过调整 联轴节来消除加工和连接产生的误差，这样即可以满足运动要求，又可以降低 加工精度。 2 2 3 传动系统设计 设备的传动系统包括两部分：液压传动系统和电机传动系统。电机传动系 统用于下载车板的水平移动，是以电机、摆线针轮减速机构和驱动轮组成。液 压传动系统是由液压动力源、液压缸与一套传动链系统组成，是设备的主要传 动系统，也是设计的重点之一。传动系统的设计见图2 - 1 ，2 - 2 。 _ 。“。 ，銮差主三蚕重量；i i 坌 止一 】l平衡链 电机联轴节传动轴行走轮载车扳 圈22 i 载车扳运聊原理图 2 2 3 1 液压系统设计 液压系统为上载车板提供提升动力，是设备的关键部分。它主要由液压泵 站、液压控制阀组和液压缸组成，液压系统原理图见图2 3 。运行平稳、安全， 速度可调。当意外停电时，应急操作功能可以提供手动操作方式，保证户可以 照常存取车辆，避免了因意外情况而延误使用的问题。 9 5 控制电i 龋电压：2 4vd c j 一过滤嚣：2 一渡压泵；3 一燕成控裁块： 一龟鞋换离趣 i 防爆婀：6 一渡匿缸 图2 3 液鹾系统原理斟 a 1 液压泵站 液压站采用集成油路，简化管路系统，撼少泄漏环节。油箱上设脊防护罩， 将电枫和闽岛均罩在其中，起到防尘、防水、茨撞的保护 乍用，两秃蔫采用防 护等级高静电戳，降低了成本。防护翠疼采取了漓音猎藏，可暖有效簿低嗓音。 考虑n u $ 一2 型车库多用于地下停车场，使用环境共鸣效果较强，设备运行 噪声必须予以控制。我们采用了低噪声液聪泵，其与电机之间采用弹性联轴器 连接。泵设置在涵麓凌，以爨狳霹疆缝噪声，浚妥漾意戆效票。设蠢实嚣运行 噪声低子6 5 分贝。 b ) 液压控制阀组 液压控制阕缎建实现液压系统控制和保涯液压系统安全运行的熏受组件， 其中关键元髂毫接逸雳德国或荧国骧装逶嗣俘，良疆赢系统懿可靠馁。 设置安全溢流阀，当系统工作压力超过设定值时，自动溢流，耐有效防止 机械过载和运动冲击。 袋雳螺纹捶装式电磁换囊润，其锥阙密辫结稳豹蜜瓣萄靠蛙裹；其毒手动 操作功能，可隧满足停电应急搽作的需要。 设置防暴阀，万一出现高压软管破裂时，可防止上躐车板升降运动失控， 确保设备运行安全。 c ) 弱步液压酝 采用单作用同步液压油缸。每个上载车税设置一缎液压缸，它们水平安装 0 在机架顶部的横梁上。这是本设备独特的机械与液压传动形式的精巧组合，结 构紧凑，有效减少了安装空间；设备下降时不需外加动力，充分利用上载车板 的重力势能做功；设备运行安全、平稳、节能、降噪，有效降低了运行成本。 两个单作用液压油缸经过一根链轮轴组合安装，保证了机械运动的同步要 求。 考虑到车库实际使用中可能出现临时停电状态，为保证在此情况下能够实 现手动存取车辆功能，我们还设计了机动型液压油源，可供用户选择。该油源 以一台小型汽油机做为动力，可以灵活移动。操作者只需将两根油管通过专用 快速接头接入车库设备原有的液压系统，即可投入使用。 2 2 3 2 传动链系统 传动链系统包括：用于提升上载车板的两条提升链和两条悬挂平衡链。 液压缸的运动通过提升链传递到上载车板，实现上载车板的升降。因此提 升链起着力的传递和保证液压缸同步的作用，所以采用了滚子链。平衡链只是 用于上载车板的受力和运动平衡作用，所以采用板式链。 在平衡链的设计上，日本的同类产品采用特制的平链。根据我国的链条市 场供应情况，我们在充分考虑保证使用安全性的前提下，采用了标准板链。根 据标准板链的形状设计了防断链装置的压轮的形状，选择尼龙作为压轮材料， 使防断链装置在板链上不产生振动，因而上载车板的运动变得平稳、无噪声。 采用标准板链的另一优点是降低了制造成本且易于订购。 在提升链的连接上，通过对设备实际工况的分析，采取了结构受力的优化 设计。当设备在短时间内( 1 5 小时) 工作时，上载车板的载荷由提升链承受， 此状态下存取车辆动作平稳、无冲击；当设备停放较长时间( 超过5 小时) 不 工作时，上载车板的载荷转为由机架承受，减少了提升链的受力疲劳，使设备 更加安全可靠。 2 2 4 控制系统设计 n u s 一2 两层升降平移式车库存取车辆的过程是自动进行的。取车时，只要 按 动控制盘上与存放自己车辆的载车板号码相同的按钮，载车板就会自动运行并 停止在出车位上。在设备入口处安装有一对光电开关，机架上装有警示灯和蜂 鸣器。当车辆入库时，警示灯发出闪光，同时蜂鸣器发出蜂鸣信号提醒过往行 人及车辆注意安全。汽车入库时，如果车辆没有停到位或车身超长，警示灯和 蜂鸣器会同时示警，提醒司机注意。 在机架的两侧各装有一个红色急停开关。设备运行中，如果出现不安全因 素，只要按下任意一侧的红色急停开关，整个设备就会立即停止运动。当故障 排除后，释放急停开关，设备即可恢复正常运行。 在电气控制方面，对电机设置了过载保护功能。当电机发生过载或过热时， 安全保护开关自动跳起，避免电机长时间处在过载或过热状态，从而保护了电 机。 车库的运行是采用先进的p l c 控制，利用预先编好的程序，可以实现自动 运行。并可以根据使用要求，方便地调整运行参数。 2 2 4 1中央控制单元 电控系统的中央控制器采用了法国施耐德公司生产的t s x 一3 7 系列p l c ( 可 编程控制器) 。此类p l c 大量用于建筑机械、起重机械设备中，有着十分可靠的 工作特性。同时这种p l c 体积非常精小、运算速度极快、功能极易扩展，方便 现场安装和设备的功能扩展，因此十分适合在立体车库中作为中央控制单元使 用。 2 2 4 2 检测单元 为了使立体车库在使用中更加安全、便捷，以及提供设备良好的可维护性， 我们选用了施耐德公司生产的光电开关、接近开关、限位开关等器件。当有车 辆进入车库时，整个系统会通过安装在车库不同部位的检测装置对车辆的入库 状态进行监控，并为驾驶员提供明确的提示，以保证车辆和人员的绝对安全。 如果车辆进入不到位或不准确，系统会及时提示驾驶员并帮助驾驶员将车辆调 整到理想的位置上。遇到车辆超长的情况，系统会不断发出警告。当用户取车 离库时，系统的检测装置会时刻监控用户的位置。当系统检测到用户处在可能 会发生危险的位置时，会立即停止动作并提示用户到安全位置进行下一步的操 作。 2 2 4 3 现场操作单元 在每组车库的一侧立柱上都设有用于操作车库的人机界面一控制盘。通过 在控制盘中选取对应车位，用户就可以方便快捷地将自己的车辆取走。 2 2 4 4 机电保护单元 由于n u s 一2 型立体车库采用双层结构，为保护上、下层车辆的安全，专门 设计了机械自锁和电动解锁的保护装置，从而确保了车辆和人员的绝对安全。 系统的动力电部分，依据电源功率等级采用了法国施耐德公司生产的漏电 断路保护器，从而有效地进行过载、漏电、短路保护，保证电气电路的安全运 行。 通过使用施耐德电机保护器，电机运行平稳可靠，使库中的车辆在移动时万无 一失，也可大大提高车库的使用寿命，降低维护成本。 2 2 4 5 通讯单元 当停车场根据实际平面布局需要，形成多组车库设备单元并联时，为了实 现统一、智能化控制，必须建立高效可靠的数据通讯网络。对这类系统，我们 采用了时下最为可靠和高效的现场总线形式，构成通讯网络。采用施耐德 m o d b u s 现场总线技术作为通讯协议。这种现场总线安全、高速，它被广泛的应 用于各类工业生产现场。 2 2 4 6 在线监控单元 有了m o d b u s 现场总线作为桥梁，我们可以在监控室里通过电脑对车库的工 作情况进行在线监控。车辆的入库出库、报警信息、车库设备故障信息等，都 可以从计算机屏幕上清楚地看到。通过监控室的计算机，可以对每日车库的工 作状态进行历史纪录，进行科学的管理。 2 2 4 7 操作系统 操作系统有两种设置方式。一种是按钮方式。采用按钮操作，经久耐用， 适用于公共车位的使用：另一种为磁卡方式。一车一卡，适用于密码控制的专 用车位使用和楼宇管理。使用磁卡存取车辆，能够使操作设备的过程变得简单。 存取车时，只需将磁卡插入读卡机中，用户的专用车位就会自动停在可以出入 车辆的位置。磁卡可以具有多种功能，除了存储车位密码外，还可以用于存车 收费、大楼管理的其它项目收费等。 在控制程序中，我们设计了自动和手动两套操作方式，自动方式用于正常 运行，手动方式用于调试检修和应急处理。 2 2 4 8 停电应急装置 车库设置了停电应急装置。平时将该装置接在总监控室的电路上，停电时 将其切换到需要做紧急处理的电控柜相应接口上，车库的控制系统即可正常工 作。配合机动型液压油源和手动开启电机抱闸装置，有两名工作人员即可很快 解决停电时的取车问题。 2 2 4 9 p l c 控制 2 2 4 9 1 设备运行工况 我们研制开发的二层升降平移式立体停车设备，其基本型为上下两层共5 车位。在实际应用时，可根据场地大小将一套设备配置成比较经济的9 至1 7 车位。基本型的上层有3 个可升降的载车板，下层有2 个可横向移动的载车板， 其工作流程如图2 4 所示。 图2 4 工作流程倒 图2 5 所示为基本型5 车位车库的某一工作状态，当用户选中1 号上载车 板存车时，1 号上载车板应从二层下降到一层处于待车状态。在1 号上载车板 下降前，3 号上升到二层，之后一层的4 、5 号载车板会根据控制系统的指令由 横移电机驱动自动右移，将l 号上载车板下部的位置空出。一层的4 、5 号载车 板右移到位后，行程开关发出到位信号，p l c 控制系统给液压传动系统发出指 令，液压传动系统运行，使l 号载车板下降着陆。当l 号载车板着陆到位后， 下限行程开关发出到位信号，p l c 控制系统指令液压传动系统停止运行。至此 车位自动调配过程结束，此时用户可将车辆存入车库内。 7 ：d ? 、 ” j ， f j 参量：0 。t 参” 、i 一 j 一荨、t 、 一i 。、- 一 。 ， 。 q ! 。一j k 一f 一 v l j 图2 - 5 工作状态图 2 2 4 9 2p l c 控制系统的构成 设备使用时涉及到人身和车辆的安全，而且使用的环境可能是室外露天， 所以对设备的安全性和可靠性要求很高。为此，我们对将采用的控制系统进行 了全面的分析对比。可编程控制器( p l c ) 是由工业微型计算机、输入输出设 备、保护及抗干扰隔离电路等构成的微机控制装置，具有顺序、周期性工作的 特征，从应用角度看可编程控制器具有如下特点： 1 ) 可靠性高：由于可编程控制器的输入输出端口均采用继电器或光电 耦合器件，采取了隔离和抗于扰措施，使其具有很高的抗于扰能力，因而能在 恶劣环境下可靠工作； 2 ) 体积小：由于在制造时采用了大规模集成电路和微处理器，用软件编 程代替了硬连线，便于安装，实现了小型化； 3 ) 通用性好：由于可编程控制器采用模块化结构，一般有c p u 模块、电 源模块、p i d 模块、模拟输入和输出模块等，可以用这些模块灵活的组成各种 不同的控制系统，对不同的控制系统，只需选取不同的模块即可，因而具有很 好的适用性； 4 ) 使用方便：对于不同的控制系统，当硬件结构选定后，如果输入输出 作 很小的变动时，只需修改相应程序即可，无需对系统连线做较大的修改，减少 了现场调试的工作量，使用起来灵活方便。 基于可编程控制器的上述优点能够适应和满足立体车库高性能的使用要 求，所以我们确定该车库控制系统采用p l c 。 车库控制系统是由操作单元、控制单元、工作状态显示系统、报警系统和电 液执行机构组成。系统硬件构成如图2 6 所示。 数字量输入模块 操 作 控 制 信 号 到 位 开 关 信 号 报 警 系 统 信 号 数字量输出模块 横 移 电 机 信 号 液 压 系 统 信 号 图2 - 6系统硬件构成图 故 障 显 刁i 信 号 该设备的操作控制系统分为手动操作运行系统和自动操作运行系统。手动 操作运行系统是专用于车库设备的安装调试和使用中的故障处理；自动操作运 行系统是设备正常工作时使用的，这两套系统能够互锁。在使用时，用户只需 在操作面板上选择与载车板编号相同的按钮按下，该载车板便会自动运行并达 到出入车的位置。 控制单元是该系统的核心，控制系统由操作面板、p l c 主机、现场传感器 及执行机构组成，实现了p l c 与现场设备的数据交换。本设备的p l c 主机采用 t s x 一3 7 1 0 ，可以控制6 4 个开关量i o 点，提供1 4 k 的用户逻辑存储区，其扫 描速度为3 m s k b ，很好地满足了使用要求。 p l c 用内部的半导体元件取代大量的有接点电器，仅需修改控制程序，就 可方便的改变系统的控制方式。p l c 读取输入模块采集的现场设备状态信息， 经c p u 进行数据处理，所得出的运算结果通过输出模块去控制现场相应的设备， 从而实现车库的自动控制。这样一来有效地降低了设备故障率，简化了控制系 统，因而提高了设备使用的安全性和可靠性。 数字量i o 模块用于接受现场开关量信号，将其反馈至p l c ；亦执行p l c 的输出指令，直接驱动