（机械设计及理论专业论文）电梯式立体车库及载车托盘设计和研究.pdf

电梯式立体车库及载车托盘设计和研究 摘要 随着国民经济稳步运行和城市化进程加快，交通体系面临更严 峻的考验，停车自然成为一个大难题。在这个严峻形势下机械式立 体停车库应运而生，能高效地缓解停车难的矛盾。但是由于国内立 体车库制造商的技术不够成熟，很难保证立体车库质量，很少有人 放心把自己的爱车停入这种新兴停车库，导致了停车业的缓慢发展。 鉴于这种现状，本文对立体车库进行研究，并设计了一种高效的立 体车库。并引用有限元分析方法对载车托盘进行分析，保证了车库 质量，促进了立体车库业的发展。 论文首先对立体停车库各种形式进行分析，确定土地利用率最 高，结构简单的电梯式立体车库作为本论文的研究对象，并选定链 传动横移方式作为车库的存取形式，选定曳引驱动作为车库的升降 驱动形式。电梯式立体停车库的提升系统位于中央，停车位纵向并 列布置在提升井道的两侧，曳引驱动系统放在顶层，横移驱动装置 安置在提升轿厢中。 电梯式立体车库高度大，为实现快速存取车目的，就要求提升 电梯能快速提升，并能精确平层，而且噪音不能太大。曳引驱动式 电梯能满足立体车库对电梯提升系统的各项要求。选择最先进的交 流永磁同步无齿轮曳引机作为立体车库的曳引电机，并对电梯的对 重进行设计。存取机构采用链传动方式通过一次微横移和一次横向 横移来实现载车板的存取。存取车时，通过微横移机构的横移带动 横移机构跨过提升轿厢和停车位间的距离，再通过横移机构将载车 托盘横移入停车位内或将载车托盘从停车位内横移回横移机构内然 后微横移机构再带动横移机构横移回提升轿厢。立体车库控制系统 由以台式电脑为核心的管理层和以可编程控制器p l c 为核心测控层 组成，两者共同完成立体车库的控制。 立体车库载车托盘由方钢和带加强筋的钢板焊接而成。为了便 于分析，选择能承载中小型轿车的托盘型号进行设计，并分析其在 静载和动载两种模式下的受力情况。计算托盘在静载和动载模式下 的受力分析，并校核托盘的强度和刚度。 引入有限元分析软件a n s y s 对托盘进行各种静动受力分析，并 确定最佳的结构设计。 关键词：立体车库，升降机构，存取机构，载车托盘，有限元，a n s y s t h er e s e a r c ha n dd e s i g no fe l e v a t o r t y p et h r e e d i m e n s i o n a l c a rg a r a g ea n d t r a y a b s t r a c t w i t ht h e s t e a d i l yr u n n i n g o ft h en a t i o n a l e c o n o m ya n dt h e u r b a n i z a t i o np r o c e s sa c c e l e r a t i n g ，t r a n s p o r t a t i o ns y s t e mi sf a c i n gm o r e a n dm o r es e v e r e c h a l l e n g e ，a n dp a r k i n gn a t u r a l l yb e c o m e s ab i g p r o b l e m i n t h i s g r i ms i t u a t i o n ，m e c h a n i c a ls t e r e o s c o p i cp a r k i n g e q u i p m e n t w h i c hc a n e f f e c t i v e l y a l l e v i a t ed i f f i c u l t p a r k i n g c o n t r a d i c t i o nc a m ei n t ob e i n g h o w e v e r ，v e r yf e wp e o p l ew o u l dl i k et o p a r k t h e i rc a r si n t ot h i sn e w p a r k i n gg a r a g e b e c a u s et h e t h r e e d i m e n s i o n a lg a r a g et e c h n o l o g yo ft h ed o m e s t i cm a n u f a c t u r e r si s n o ts o p h i s t i c a t e de n o u g ht og u a r a n t e ei t sq u a l i t y ，w h i c hb r i n g sa b o u t s l o w l yd e v e l o p m e n to fp a r k i n gi n d u s t r y i nv i e wo f t h i ss i t u a t i o n ，i nt h e t h e s i st h et h r e e d i m e n s i o n a lg a r a g ei sr e s e a r c h e da n da ne f f i c i e n to n ei s d e s i g n e d a n dt h i sa r t i c l ea n a l y z e sc a rt r a yu s i n gt h e f i n i t ee l e m e n t m e t h o dt oe n s u r et h eq u a l i t yo ft h eg a r a g ea n dp r o m o t et h es t e r e o s c o p i c p a r k i n gi n d u s t r y t h et h e s i sf i r s ta n a l y z e sv a r i o u sp a r k i n gf o r m sa n ds e l e c t s t h e e l e v a t o rt y p ee q u i p m e n to fp a r k i n gw i t hh i g h e s tl a n du t i l i z a t i o nr a t e a n ds i m p l es t r u c t u r ea si t ss t u d yo b j e c t ，s e l e c t sc h a i nd r i v et r a n s f e r r i n g m e a n sa s g a r a g ea c c e s s i n g f o r m s a n ds e t st r a c t o rd r i v e r a s g a r a g e d r i v e nf o r mo f t a k e o f fa n dl a n d i n g t h eh o i s t i n gs y s t e mo ft h e e l e v a t o rp a r k i n gg a r a g ei sl o c a t e di nt h ec e n t e ro ft h el i f ts y s t e m ， p a r k i n gs p a c e sa r r a n g e dp a r a l l e la n dv e r t i c a l l yi nb o t hs i d e so fs h a f t s ， t h et r a c t o rd r i v es y s t e mo nt h et o pf l o o ra n dt h et r a n s f e r r i n gd r i v e p l a c e di nu p g r a d ep a l a n q u i n sb o x e s t h eh e i g h to fe l e v a t o rp a r k i n ge q u i p m e n ti sl a r g e ，s ot oa c h i e v et h e p u r p o s eo fq u i c ka c c e s st ov e h i c l e s ，t h e l i f ti sr e q u e s t e dt ou p g r a d e q u i c k l ye n h a n c ea n dt h el a y e rt ob ef l a t t e dp r e c i s e l y ，b u tn o i s en o tt o o i i i m u c h r r a c t o r d r i v e ne l e v a t o rc a nm e e tt h e r e q u i r e m e n t s o ft h e t h r e e d i m e n s i o n a lg a r a g et ol if tu p g r a d i n gs y s t e m t h et h e s i sc h o o s e s t h em o s ta d v a n c e dg e a r l e s sp e r m a n e n tm a g n e ts y n c h r o n o u sa ct r a c t i o n m a c h i n ea s at h r e e - d i m e n s i o n a le l e c t r i ct r a c t o rg a r a g e ，a n dr e d e s i g n s t h ec o u n t e r p o i s eo ft h ee l e v a t o r s t h ea c c e s si n s t i t u t i o n su s ec h a i nd r i v et oa c h i e v ea c c e s st oc a r t r a y st h r o u g ham i c r o - q u a n t i t ya n dah o r i z o n t a lt r a v e r s e a c c e s s i n gc a r ， t h et r a n s f e r r i n go fm i c r o t r a n s f e r r i n gd r i v e st r a n s f e r r i n gi n s t i t u t i o n s a c r o s st h ed i s t a n c eb e t w e e nu p g r a d i n gd r i v e nc a ra n dp a r k i n gs p a c e s ， a n dt h e nt h es l i d i n gt r a yw i l lb et r a v e r s e di n t ot h ec a rp a r k i n gs p a c e s ，o r i tw i l lb et r a n s f e r r e db a c kt ot r a n s f e r r i n gi n s t i t u t i o n sf r o mt h ec a r p a r k i n gs p a c e s ，a n df i n a l l ym i c r o t r a n s f e r r i n gd r i v e st r a n s f e r r i n gb a c k t ot h e u p g r a d e c a rb o d y p a r k i n gc o n t r o l s y s t e mi s m a d eu po f m a n a g e m e n tw i t hd e s k t o pc o m p u t e ra st h ec o r ea n dm o n i t o r i n gc o n t r o l l a y e rw i t hp l cp r o g r a m m a b l ec o n t r o l l e r a st h ec o r e ，a n dt h e yb o t h c o m p l e t et h r e e - d i m e n s i o n a lc o n t r o lo ft h eg a r a g e ，t h r e e - d i m e n s i o n a lg a r a g et r a yi sc o n s t i t u t e db yr e b a rs t e e la n d s t e e lp l a t ew e l d e dt o g e t h e r i no r d e rt of a c i l i t a t et h ea n a l y s i s ，t h et h e s i s s e l e c t st r a ym o d e l st h a tc a nc a r r ys m a l la n dm e d i u m - s i z e dc a rt od e s i g n ， a n da n a l y z e si t sf o r c e su n d e rt h es t a t i cl o a da n dd y n a m i cl o a dm o d e s a n dc a l c u l a t e st h es t r e s so ft r a yi nt h et w om o d e s ，a n dc h e c k st h e s t r e n g t ha n ds t if f n e s so ft r a y t h et h e s i sa n a l y z e st h es t a t i ca n dd y n a m i cs t r e s so ft r a yb y a n s y saf i n i t ee l e m e n ta n a l y s i ss o f t w a r e ，a n dd e t e r m i n e st h eo p t i m u m s t r u c t u r a ld e s i g n k e yw o r d s ：t h r e e d i m e n s i o n a lc a rg a r a g e ，e l e v a t i n gm e c h a n i s m ， a c c e s sm e c h a n i s m ，c a rt r a y ，f i n i t ee l e m e n t ，a n s y s i v 陕两科技大学硕士学位论文 原创性声明及关于学位论文使用授权的声明 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下， 独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本 论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。 对本文的研究做出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责任由本人承担。 论文作者签名：禹剥宁 e l 期： 2 q q 拿生三月 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解陕西科技大学有关保留、使用学位论文的规定，同 意学校保留或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；本人授权陕西科技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、缩印或其他 复制手段保存论文和汇编本学位论文。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。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：重通笪王导师签名：( 毛三喜孙期：驰 电梯式立体车库及载车托盘设计和研究 1 绪论 1 1 课题的由来与研究意义 第五届中国汽车产业发展高峰年会上，交通部公路司副司长徐亚华介绍， 2 0 0 5 年，我国民用汽车保有量达到316 0 万辆，比2 0 01 年增长9 6 。截至2 0 0 7 年底，全国汽车保有量已达到5 6 9 6 万辆，占世界8 5 亿辆汽车保有量的6 7 ， 每千人拥有汽车超过4 0 辆；中国已成为世界第二大汽车消费市场、第三大汽 车生产国和世界汽车工业重要的组成部分。特别是近年来我国国民经济连续以 两位数速度增长，汽车工业空前发展，据中国汽车工业协会公布的数据显示继 2 0 0 6 年全国汽车产销突破7 0 0 万辆大关之后，2 0 0 7 年汽车产量达到8 8 8 2 4 万 辆，2 0 0 8 年仍将继续保持两位数的增长，汽车产销有望在2 0 0 8 年首次突破1 0 0 0 万辆大关【1 l 。 随着汽车产销量的快速跃进，汽车的停车也成为一部分有车族的烦恼。以 天津市为例，2 0 0 5 年，天津机动车保有量达10 4 3 万辆，其中私家车3 0 3 万 辆。而全市共有各类机动车停车场l5 7 8 处，停车泊位仅有13 5 万个。即使加 上部分物业小区和企事业单位内部的停车泊位，全市机动车停车泊位仍无法满 足需求，有2 0 万辆机动车每天夜间停放在马路两侧、楼群里巷，处于无人看 管状态。 随着国民经济稳步运行和城市化进程加快，我国许多城市交通体系面临更 严峻的考验，交通问题成为困扰城市发展的瓶颈。“停车难”便是汽车消费迅速 增长带来的突出的现象。例如上海黄浦区，占地4 16 平方公里，每天高峰时间 里，这一区域轿车停放量达到四千辆以上，即每平方公里要停放一千辆左右， 而这一地区是上海的黄金地段，贸易金融中心，商家林立，流动人口密度大， 停车自然成为一个大难题。尽管政府有关部门已经花了很大力气，充分利用可 利用的每一块地方，每一个空间，但这一切却未从根本上解决“停车难”。自动 立体停车库正是在这个严峻形势下应运而生，而大力开发推广它，能高效地缓 解停车难的矛盾，让城市重新充满生机1 2 4 1 。 目前，在一些发达国家和地区，城市中心区域停车费用高是很常见的。据 了解，在我国香港最为繁华的旺角和铜锣湾地区，停车费用已经达到了10 0 港 元d , 时；在纽约曼哈顿核心区，停车费用更是高达15 0 2 0 0 美元d , 时。这是 一种调节城市中心区车流量的有效手段。随着城市中心区域可开发土地的进一 步减少，停车费用的上涨将成为必然1 5 。 在国内一些经济较发达，人口密度又较大的城市中，开发推广立体停车库， 陕两科技大学硕士学位论文 并已经日趋成熟。不仅缓解了目前城市中道路空间狭小的矛盾，减少了污染， 又适应了城市高节奏快速发展的需要，也可配合市政建设带动一大批第三产业 的兴起，可谓有百利而无一害，为城市向更大规模发展提供有利的条件。 在针对严峻的交通压力，以及昂贵的存取成本，本课题综合考虑车库的占 地面积和车库所采取的结构，选择了电梯式车库，这种车库具有如下特点：电 梯式车库占地面积小，结构相对简单，适用性强，易于推广。随着城市中心区 域可开发土地的进一步减少，占地面积小这一点将成为车库选型中必须着重考 虑的一个因素。车库结构简单可以减小车库的成本，从而无论在一般的小区还 是很繁华的市中心都是极易推广的。 本论文设计的电梯式立体车库应用前景很广，为2 l 世纪的城市交通系统 提供实用的、具有自主知识产权的、国产化的城市停车技术和装备，对解决城 市用地紧张，缓解停车难具有重要的意义。论文引进a n s y s 有限元分析方法 对立体车库托盘进行受力分析和验算，该方法对立体车库的设计具有重要的借 鉴意义。 1 2 立体车库的国内外发展现状 美国于l9 2 0 年建成世界上第一个用机械升降的汽车库。到6 0 年代立体车 库发展很快，到2 0 世纪9 0 年初兴起用电脑控制的自动化立体车库。这种车库 在德国、美国、日本已经普及，而英国、法国、瑞士、韩国等国家纷纷仿效。 日本由于国土面积小而应用最广，自从19 5 9 年引进了建造机械式立体停车库 技术之后，到l9 8 3 年，就已经在本土上共建造了2 5 4 5 4 座多种形式的机械式 车库，平均每座容车量达到十辆左右，最多的能达到百辆以上。从上世纪七十 年代末期起，车库容量年递增率为5 7 ，已经赶上了同期汽车拥有量的年 递增率4 6 。从技术特征上看，日本更重视竖式自动立体车库的发展，即 密集型自动立体停车库的发展。l9 9 3 年，在日本东京举行的世界立体自动停 车设备展览会盛况空前【6 】。 2 0 0 6 年十月在上海举办的“2 0 0 6 上海国际停车设备和智能系统展览会”吸 引了来自德、日、美等世界上知名的停车设备制造商，全自动立体停车设备的 容车能力及其技术完备，先进程度已被世界广泛承认和接受。国内正处于经济 与建设发展阶段，目前已有国外多种停车设备出现在国内市场上。 根据停车设备工作委员会对国内8 3 家机械式停车设备主机制造厂家做的 统计分析表明，2 0 0 3 年中国停车设备行业仍然保持了较高的增长势头。中国 停车设备行业作为一个新兴的行业，2 0 0 0 年以来得到了快速地发展，机械式 2 电梯式立体车库及载车托盘设计和研究 停车泊位的年平均增长率超过了5 0 。2 0 0 3 年国内安装建设的机械式立体停 车库3 0 3 个，较2 0 0 2 年增长5 4 6 ；停车泊位3 3 7 5 6 个，较2 0 0 2 年增长3 7 7 ； 出口泊位5 7 8 6 个，较2 0 0 2 年增长l8 9 m 。 统计结果显示，2 0 0 3 年国内机械式停车库的发展主要呈现出以下几个特 点： 首先，市场明显扩大，北京市场一枝独秀的状况开始受到挑战。2 0 0 3 年 年全国有2 2 个省( 区) 、市的4 0 个城市兴建了机械式立体停车库，其中北京、 上海、广东、江苏、山东和浙江以上6 个省市泊位量占到全国新建泊位总量的 8 7 ，成为国内机械式立体停车库发展最热的地区。 其次，车库类型增多，一些技术含量较高、附加值较大的车库类型开始受 到用户的青睐。2 0 0 3 年升降横移类车库占新建车库总量的8l ，泊位量占总 量的8 4 ，仍然是国内机械式立体停车库的主流库型，但像垂直升降类( 塔式) 、 平面移动类等技术含量较高、空间利用率更大的停车库也有了迅速增长，2 0 0 3 年北京升降横移类车库泊位较2 0 0 2 年下降7 1 ，而垂直升降类车库则新增了 7 座10 0 0 多个泊位。 再次，以小型车库为主，中、大型车库增长较快。 最后，住宅小区仍是机械式停车库的主要市场。2 0 0 3 年新建机械式停车 库中，小区配建占5 0 ，比2 0 0 2 年4 2 的份额提高了8 个百分点；单位自用 停车库占新建车库总量的3 0 ；公共停车库占2 0 t 4 】。 统计显示，中国的停车设备制造厂家正逐步成熟起来，无论生产规模还是 技术水平都已接近和达到了国际水平，不仅具备向国内市场提供各类停车设备 的能力，而且出口量也在不断增加。 1 3 论文的主要研究内容 针对我国立体车库或多或少存在各种质量问题的状况，论文在查阅大量资 料的基础上，设计了一种结构简单，运行效率较高的电梯式机械立体车库，并 把有限元分析软件a n s y s 引进立体车库托盘的设计中来。论文主要完成以下 内容： ( 1 ) 在对现有的各种机械式立体车库进行分析、研究，结合造价、土地利 用率、结构形式等方面，确定立体车库的形式、总体布局。并对立体车库的运 行时间和工作流程进行了设计。 ( 2 ) 对立体车库各结构系统进行设计并绘制车库的立体效果图。对立体车 库各主要结构如立体车库的升降机构、存取机构和车库的控制系统进行详细的 陕西科技大学硕士学位论文 设计。最后详细介绍立体车库的存取车过程。 ( 3 ) 由于托盘在立体车库中的重要作用，本章单独对立体车库托盘进行研 究和设计。根据车辆承载机构的要求，设计了托盘的结构和尺寸，并对所设计 的托盘进行力学分析，以验算托盘的强度和刚度。 ( 4 ) 引进有限元分析软件a n s y s 。在分析托盘的有限元模型后，通过 a n s y s 有限元软件建立托盘模型，并分析托盘在静载和动载的作用下，托盘 的强度和变形。最后对托盘进行了相关的优化设计。 1 4 本章小结 本章介绍了论文的由来和研究意义，并对国内外立体车库的发展现状进行 介绍、比较，指出国内立体车库业发展的困境。最后总体介绍了本论文将要研 究和设计的内容。 4 电梯式立体车库及载车托盘设计和研究 2 立体车库总体方案设计 2 1 机械式立体停车库总体结构形式及分类 现有的机械式立体停车库按照其机械装置的构造可分为以下几种：循环 式，垂直升降式，高架仓储式等几种d o ! 。 循环式停车库又可分为水平循环式( 原理见图2 1 ) ，垂直循环式及多层 水平循环式停车库。垂直循环式立体停车库，是将载有汽车的载车板悬挂在环 形链条上，以环形链条带动载车板及汽车做垂直循环升降。存取车时，系统在 微机的控制下，将载有车的载车板或空车位移到出入口的层面上，由司机将车 开出存车位或开进存车位( 原理简图见图2 2 ) 】。此种车库优点是占地面积 少，空间利用率高，出入口可设在车库的上部，中部，下部。缺点是车库以电 机作为动力源，用链条传递动力，带动所有车位移动，存取一辆车时整个系统 都要一起移动，这样对能量的损耗比较大而且容易磨损机械部分，而且噪声比 较大。 3 f 1环形链条2停车位 图2 1 水平循环车库原理简图 f i 9 2 1p r i n c i p l ed i a g r a mo ft h eg a r a g el e v e lo ft h ec y c l e 多层水平循环式停车库是在水平循环式的基础上发展改进起来的。其载有 汽车的载车板呈多层配置，一般两到三层，并配有升降装置。载车板不仅能在 单层间循环移动，还能在层间循环移动，在任意两层间的两端配有升降装置， 配合循环链条完成载车板的层间循环。此种停车库适合于地下车库，可以有效 的占满地下空间，而且是经由升降机进出车库，完全不必另设车道。 5 陕西科技大学硕士学位论文 l 环形链条 2 停车位 图2 2 垂直循环式立体车库原理简图 f i 9 2 2p r i n c i p l es c h e m a t i co fv e r t i c a lc i r c u l a t i n gt h r e e d i m e n s i o n a lg a r a g e 1 2 7厂 ? ， 目国巨隹二骞 刁目0 = 2 j c = = 一l目禺f i 一目目 r 1r _ _ - - i 1t 一一_ i 1 i 竺f f 一1f f 一一f f 一1 乍寻自 _ - 一1 r _ _ 1 1 1 垂直升降器2水平循环车位 3出入口 图2 3 多层水平循环式立体车库 f i 9 2 - 3c i r c u l a t i n gl e v e l so fm u l t i s t o r e yt h r e e - d i m e n s i o n a lg a r a g e 垂直升降式停车库习惯上称为电梯式立体车库，同时亦可称为塔式立体停 车库。车库中间是升降机垂直运送汽车的通道，两侧是放置载车板的停车车位。 存车时升降机把汽车提升到预定车位层位，然后用横移装置将汽车平移到停车 位。取车时则是升降机提升到预定车位，先由平移装置将汽车从停车位取出放 在升降机上，再由升降机将车送到出口。垂直升降式停车库每层一般可存两辆 6 电梯式立体车库及载车托盘设计和研究 车，整个车库一般在l0 层以上，可以停放2 0 6 0 辆汽车，而占地面积不到5 0 平方米，所以具有很高的平面和空间利用率。电梯式立体停车库可设置于地上， 半地下或地下可单独设备或安装于建筑物内。当停车泊位需求较大时，此种 车库还可横向或纵向拼接m 】。 高架仓储式停车库又称巷道堆垛式立体车库，巷道堆垛式立体车库采用堆 垛机作为存取车辆的工具，它采用机械传送设备传送汽车，在两侧泊位的中 央设有巷道堆垛机，整个车库的运行均由堆垛机来完成。堆垛机是可以三维运 动的机械装置，及在电梯上附加横向行走机械，可整体横向移动，载有汽车的 电梯还可上下运动。与前两种车库相比，土地利用率不高。作为一个已过时将 要被运步淘汰的设备，其技术性能与前两种车库相比更显其许多其结构与功能 的缺陷与不足。不过这种车库的可靠性和安全性较高，而且适合把己经建成的 单层停车库改造成2 3 层的机械停车库。 图2 - 4 巷道堆垛式立体车库 f i 9 2 - 4s t a c k i n go ft h r e e d i m e n s i o n a lg a r a g e 2 2 立体车库总体方案设计 经过上面的分析可以看出，循环式停车库原理简单，造价成本低，占地面 积小，灵活性强；高价仓储式停车库虽然库容量大，但是若实现高程度智能化， 则成本大，且控制系统要求高；垂直升降式立体停车库运营成本低，效率高， 噪音小，安全可靠，机械化程度高，适台于交通繁忙的城市中心区建设，具有 广嗣的应用前景。本文将重点研究电梯式立体停车库。 根据中华人民其和国机械行业标准j b 厂8 7 1 3 一l9 9 8 ，垂直升降式立体 陕西科技大学硕士学位论文 停车库的整体结构按停车位分布状态大致可分为以下几类【1 3 - 15 ： ( 1 ) 电梯式：车库的提升井道在中间，停车位在井道两侧，每一楼层只有两 个停车位。存取车时，提升机构升降到停车楼层后，横移机构可以左右方向存 取车，存取机构简单，但是存放的车辆相对来说少。 ( 2 ) 圆柱型：车库的提升井道在中间，停车位置以并道为中心，呈辐射状分 布。它又有提升机构回转和存取小车回转两种形式。与电梯式相比，它每层的 停车位增加了，但是其提升机构和存取机构就变得复杂。 ( 3 ) 升降机+ 平面移动型：每层的截面呈方形，停车位以提升井道为中心分 布在四周。载车板在存取车辆时，作平面纵向移动操作，与升降机连接完成存 取车作业。 ( 4 ) 升降机+ 平面回转型：每层的截面呈圆形，停车位以井道为中心分布在 四周，载车板在存取车辆时，作平面回转移动操作，与升降机连接完成存取车 作业。 ( 5 ) 十字型：中间是提升机，可回转，停车架以十字形布置，可纵列亦可横 列。工作时，提升机升降并回转与停车架连接完成存取车作业。 由于电梯式车库占地面积小，结构相对简单，适用性强，易于推广。在综 合各方面因素后，本文以电梯式作为垂直升降式立体车库的总体结构型式。电 梯升降式停车库简图见图2 5 ，提升系统位于中央，停车位纵向并列布置在提 升井道的两侧。存取车辆时，由电梯轿厢提升至需要的楼层并平层后，由安装 于提升轿厢内的横移驱动装置将车辆横移送入位于电梯两侧的停车为中。 本车库设计层数为10 层，层高约2 0 m 。满负荷时可停车2 4 辆。整个车库 占地面积约4 0 平方米，单位车辆占地面积约l o m 2 。当需要更大容车数量时， 可并排建设两座或多座同类型立体车库。电梯式立体车库对提升系统要求能安 全高速运行，平层精度要高，并且噪音小。在现有的广泛用于电梯升降系统驱 动形式主要有曳引驱动、钢丝绳卷筒式和链轮链条提升式等几种方式。钢丝绳 卷筒式技术成熟，布置灵活，但是它结构尺寸大，占用空间大，对提升高度有 一定的限制。链轮链条提升式具有结构简单、价格低等优点，但是提升速度很 慢，不适合高层的电梯式立体车库中应用。而曳引式驱动系统与钢丝绳卷筒式 相比，尺寸大大减小，提升高度高很多，适合于高层的电梯式立体车库。本文 选用带有交流永磁同步无齿轮曳引电机的曳引驱动方式作为电梯式立体车库 的提升系统。提升系统的曳引电机安放于车库顶层。 在立体车库提升轿厢内安装有链传动式存取车机构。链传动式存取车机构 是以链传动的形式，通过一次微横移和一次横向横移来实现载车托盘的存取。 8 电梯式立体车库及载车托盘设计和研究 链传动式横移装置设计成上下两层，上层为存取载车托盘用的横移机构，其作 用是将载车托盘存入车库停车位。下层是微横移机构，其作用是使放置在它上 面的横移机构往左或者往右越过轿厢和停车位之间的间隙。存车时，微横移机 构运动，带动横移机构连同载车板作短距离横移，越过升降轿厢与停车位之间 的间隙；横移机构动作，通过设置的拨叉拨动载车托盘下部的挡板，使载车板 平稳地横移到停车位的托梁上。取车时则相反，微横移机构的动作使循环链啮 合载车板，然后横移机构拉动载车板到提升轿厢上。存取车动作结束后，微横 移机构动作，回到轿厢上。 研 2 引p 刊 l = 到0 = 1 j 0 刊l ! = = 一 j 呈10 = j _ 0 三：三一0 刊 j 一 i 刊 1 r = 二。二一 p 三到： x l _ 仨异 ，一 r 2 j v ，以 b a 岜雨盍生妒 ，一幺，l 卜口3 孙l l 一研 。田、 l 媸扎- l j 输 邪1 l q 参_ l l - 鳓， ，彳工d 、 l 总参j - - j 翰， 征f p 、 l _ q ) 卜l j _ 幼 。毋、 l 嗣班j l 坍i 卜 呼1 l 馁* j _ j 竹 。绵一u ) 、 。强丹上一j 舫 鲽 沪 髟y d a )正面图b )侧面图 1 横移驱动装置2 车库钢架3 载车托盘4 曳引电机 图2 5 电梯式立体车库结构简图 f i 9 2 5s t r u c t u r ed i a g r a me l e v a t o rt y p ep a r k i n ge q u i p m e n t 立体车库采用载车板作为车辆存取的载体，车辆停放在托盘上，车库各系 统对放置有汽车的托盘进行提升，横移完成车辆的存取。托盘采用方钢、角钢 和5 m m 钢板焊接而成，在托盘底部焊接有方钢，并安装有尼龙滚轮，以方便 横移机构的平移。 立体车库配备有基于p l c 可编程控制器的高性能控制系统。p l c 具有高度 9 陕西科技大学硕士学位论文 的工作可靠性和快速响应性，能够完成车库存取车控制、位置检测、安全检测 等底层操作。并且能很好和台式电脑进行数据的传输，完成车库的控制。 2 3 立体车库工作流程 立体车库的基本工作流程如下图2 6 ： 司蝴l 卡 l r 上位机显示车信息并搜寻所存 车位向p 发出指令 r 搓手澌厢姻空载车托盘，并运行 至所取车车位屡蔽 l 黜掏瓣辆l a ) 取车流程图 图2 - 6 存取车流程框图 b ) 存车流程图 f i 9 2 - 6f l o wd i a g r a mo fv e h i c l ea c c e s s 2 4 立体车库运行时间设计 立体车库运行时间包括车辆的存入库时间和取出库时间。存车时间是指从 车辆进入车库到车库自动化运行，将车辆送入停车位时间。取车时间指车辆从 存车位置经车库自动化运行至车库底层处的时间。从以上立体车库工作流程的 1 0 电梯式立体车库及载车托盘设计和研究 分析上看，可以将车库运行时间分成几个部分来计算。存车时由存入汽车和取 出空载车托盘两部分组成，取车时由存入空载车托盘和取出车辆两部分组成。 现分别分析存车时间和取车时间 1 6 l 。 存车时，提升系统将载有汽车的托盘提升至将要存入车位的时间设为t l ， 存取横移机构将托盘送入车位的时间为t 2 ，提升系统运行至要取出托盘的停车 位时间为t 3 ，存取横移机构取出空托盘时间为t 4 ，提升系统载着空载车托盘运 行至车库底层时间为t 5 。其中t 2 等于t 4 。则立体车库存车时间 z 。= t l + t 2 + t 3 + t 4 + 厶 ( 2 1 ) 取车时，首先要将空载车托盘送回车位处，再取出所要取的车辆。同样取 车时间由五个分时间组成。t l 为提升机提升空载车托盘时间，t 2 为存入空载车 托盘时间，t 3 为提升机运行至要取车辆楼层处，t 4 为取出载有汽车的托盘时间， t 5 为提升机运行至车库底层时间。 可以看出，立体车库存取车过程基本相同，运行时间主要包括两次横移托 盘的时间和三次提升机运行时间。由于存取横移机构每次动作时间相同，可另 t 2 - - t 4 = 15 s 。立体车库总体时间控制在12 0 s 内，故由式2 1 可知提升机每次动 作平均时间3 0 s 。对于由变频驱动技术控制的现代高速电梯，这个速度是很容 易达到的，故立体车库的运行时间能满足有关规定的要求。 2 5 本章小节 本章概略的介绍了机械式立体车库的几种结构形式及优缺点，选择土地利 用率较高，科技含量大，适合于市区建设的电梯式立体车库作为车库的整体结 构形式，提升系统采用曳引驱动式电梯，选择链传动方式作为车库的存取车机 构。控制系统分为管理层和测控层两个层次，管理层以台式电脑为核心，测控 层选用p l c 可编程控制器作为主控制器。 在对立体车库总体方案进行设计以后，对立体车库工作流程做了基本介 绍，并分析了立体车库运行时间。将车库平均运行时间控制在1 2 0 s 内。 陕西科技大学硕士学位论文 3 电梯式立体车库的设计 3 1 电梯式立体车库的优点 垂直升降式停车库习惯上称为电梯式立体车库，同时亦可称为塔式立体停 车库。车库中间是升降机垂直运送汽车的通道，两侧是放置载车板的停车车位。 存车时升降机把汽车提升到预定车位层位，然后用横移装置将汽车平移到停车 位。取车时则是升降机提升到预定车位，先由平移装置将汽车从停车位取出放 在升降机上，再由升降机将车送到出口。垂直升降式停车库每层可存两辆车， 整个车库设计为1 0 层，可以停放2 0 辆汽车，而占地面积不到5 0 平方米，所 以具有很高的平面和空间利用率。电梯式立体停车库可设置于地上，半地下或 地下，可单独设备或安装于建筑物内。当停车泊位需求较大时，此种车库还可 横向或纵向拼接i t ：l 。 由于电梯式车库占地面积小，结构相对简单，适用性强，易于推广。在综 合各方面因素后，本文以电梯式作为垂直升降式立体车库的总体结构型式。 3 2 电梯式立体车库的结构设计 本文设计的电梯式立体车库基本由升降装置，横移存取装置，车库库位， 和载车托盘等结构组成。横移存取机构安放于升降电梯内，升降电梯位于车库 中间，电梯的左右两侧是车库库位，车库库位由各类型钢焊接拼装而成。在车 库的每个库位上都安放有载车托盘，载车托盘是车辆的载体，车辆的存取都是 由载车托盘带动完成。本文主要对升降装置，横移存取装置，和车库的载车托 盘进行了设计，并设立了车库的控制系统组成。立体车库的三维效果图见图 3 1 。 电梯式立体车库主要由升降装置完成车辆在垂直方向的运动，由横移存取 装置完成水平方向的运动。升降装置主要有提升轿厢，曳引系统，钢丝绳，轿 厢导轨，配重等结构组成。曳引系统是升降装置的提升动力，装配有高性能的 驱动电机，并有调频控制系统对升降电梯的速度进行控制。提升轿厢上配备有 四根起吊钢丝绳，以利于控制电梯的平层精度。配重的设计是为了减少电机的 功劳消耗，也增加了车库的安全性。为增加电梯的平稳度，在立体车库提升井 道的四个角上分别安装上轿厢导轨，导轨固定在车库的钢架立柱上。 电梯式立体车库的横移存取装置安放在提升轿厢内。当提升轿厢完成车辆 在垂直向的运动后，由横移存取装置完成车辆在水平方向的运动，以完成车辆 的存取。横移存取装置由微横移机构和横移机构两部分组成，微横移机构的存 1 2 电梯式立体车库及载车托盘设计和研究 在主要是为了使横移机构跨过提升轿厢和存车库位之间的空隙，使得横移机构 能带动载车板完成车辆的存取。微横移机构由驱动电机和链轮组成，以完成移 动过程。 载车托盘是车辆的载体，车辆的存取都是对载车托盘的运动，由载车托盘 带动汽车存取到立体车库车位上。载车托盘使用量大，车库有多少的车位就有 多少的载车托盘。故托盘的结构设计应尽量简单实用，并且成本低，质量轻。 本文设计的托盘是由各型钢和钢板焊接而成，成本相对较低，质量在5 0 0 k g 左 右。 i 汽车2 车库3 钢架结构4 车住5 托盘6 曳引绳7 升降导轨 8 地面9 存车装置1 0 弹簧座1 1 滑座i2 工作台l3 升降装置 图3 - 1 电梯式立体车库三雏效果图 f i 9 3 - it h r e e d i m e n s i o r t a ld i a g r a mo fe l e v a t o rg a r a g e 33 3 3 升降结构的设计 3 3 1 升降原理 当f 成熟的电梯升降驱动方式有曳引驱动、钢丝绳卷筒驱动、液压驱动、 链轮链条驱动等形式。在高层立体车库中，由于对高度和运行时间的要求，采 陕西科技大学硕士学位论文 用的驱动方式主要是曳引驱动和钢丝绳卷筒驱动【1 7 1 8 】。 钢丝绳卷筒驱动是一种在起重机械上被广泛运用的驱动机构，技术比较成 熟。虽然它布置灵活，起吊用的钢丝绳可在空间内变向设置，而且钢丝绳失效 可以用肉眼观察，但是它的结构尺寸较大，占用空间大，能耗高，对提升高度 有一定的限制。并且钢丝绳卷筒式驱动的钢丝绳使用伸长量大，平层时会引起 升降搬运器上浮或者下沉现象。由于这种种原因，钢丝绳卷筒驱动不适合于高 层的电梯升降式的立体车库。 曳引驱动就是利用曳引绳与曳引轮槽之间的摩擦来使重物垂直运动。曳引 绳的一端连接重物，另一端为平衡重，曳引轮带动曳引绳，使得重物和对重做 反方向的运动。这种驱动方式适应性强，可以只将曳引钢丝绳的长度改变就能 2 3 1 提升轿厢2 钢丝绳3 曳引轮4 对重 图3 - 2 立体车库曳引驱动方式简图 f i 9 3 2s c h e m a t i co ft h r e e d i m e n s i o n a lg a r a g et r a c t o rd r i v e 适应不同的提升高度的要求。当重物或平衡重碰底时，曳引绳与曳引槽会因为 摩擦力减小而打滑，从而避