机械式三层升降横移式立体车库的设计.pdf

第2 2 卷第6 期 2 0 0 9 年 月 机电产品开笈与刨斩 D e v e l o p m e n t I n n o v a t i o no fM a c h i n e r y E l e c t r i c a lP r o d u c t s V o l 2 2 N o 6 N o v 2 0 0 9 文章编号 1 0 0 2 6 6 7 3 2 0 0 9 0 6 0 6 8 0 3 机械式三层升降横移式立体车库的设计 王子熙 李伟华 北京联合大学机电学院 北京1 0 0 0 2 0 摘要 介绍了城市交通停车问题的合理有效的设计方案 机械式三层升降横移式立体车库的设计 科 学的论证了本方案的可行性 在我国各大中型城市都将有效应用 可为目前车库短缺的城市解决 停车难问题 是快速发展中城市交通的实用方案 同时这种停车库能够节省有限的土地资源 有 效地缓解交通拥堵和泊车难问题 关键词 立体车库 栽车板 横移机构 升降机构 中图分类号 T B 4 7文献标识码 A d o i 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 2 6 6 7 3 2 0 0 9 0 6 0 2 7 0 引言 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4 0 m 2 的面积 而如果采用双层机械车 库 可使地面的使用率提高8 0 一9 0 如果采用地上 多层 2 1 层 立体式车库 5 0 m 2 的土地面积上便可存 放4 0 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 1 国内外研究现状 1 9 3 2 年美国开始建造第一台简易式存车库 采 用电梯系统上下搬运汽车 它是B o w s e r 公司在美国俄 亥俄州辛辛那提市建造的C a r e w 塔式车库 共2 4 层能 容纳5 0 0 辆汽车 该车库直到1 9 7 9 年才投入使用 1 9 6 8 年6 月 英国的第一座大型自动化立体停车库在 伦敦的R o c h e s t e rR o w 建造 这个能容纳3 0 0 辆汽车的 设施 由威斯敏斯区政府的路外停车部门M a s t e rP a r k 所有和管理 它实际上是一个半自动化升降操作的设 施 直到今天还在提供停车服务 2 0 世纪8 0 年代中 期 德国的K r u p p 制造公司在当地安装了两台较大的机 械式立体停车设备 一个是在萨尔布吕肯 另一个是在 慕尼黑 这两台设备目前都仍在运营 意大利从事停车 设备开发和生产也比较早 较好的公司有 意大利 S o t e f i n I n t e r p a r k 等 由于欧洲国家土地资源比较富余 收稿E t 期 2 0 0 9 0 9 0 8 作者简介 王子熙 1 9 8 5 男 学士 研究方向 机械产品 设计 6 8 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 意大利和其他一些欧洲国家的优势在巷道堆垛类产品 上 截至2 0 0 2 年底 荷兰已有大约9 0 座机械式停车 库 但在建筑密度较高的市中心区并不太多 部分原因 是由于人们缺乏对机械式停车系统的认识 对这种系统 的信任度不高 2 0 0 1 年1 月 一种高度相当于1 4 层楼 内部结构好似书架的立体停车库在莫斯科投入使用 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 1 9 8 7 年 K r u p p 在韩国首都汉城设计建造了世界 上最大的自动化停车库 拥有1 3 0 0 个车位 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 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 其中生产机械式停 车设备的公司约1 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 我国从9 0 年代初开始研究开发机械式立体停车设 备 目前可以生产立体车库的工厂有1 0 0 余家 中等以 上规模的也有2 0 余家 各个厂家由于技术力量 生产 设备 选用材料 配件 制造经验等不同 其产品质 量存在较大差异 我国第一座立体汽车库矗立在苏州阊 门石路商业区 经过长达9 个月的试营运 通过了建设 部门的鉴定 这座车库呈长方形 高3 2 m 分1 6 层 能容纳各种轿车3 0 辆 占地仅5 0 m 2 由于采用先进的 万方数据 产品与市场 变频无极调速技术 升降稳 振动小 速度每分钟9 0 米以上 存取车辆只需两分钟时间 同时 库内全封闭 管理 设有监控系统 防火预警系统和自动灭火设施 确保存车安全 在此之后 包括昆明市塘子巷商务大 厦 苏州石路商业区 天津静安寺立体停车库以及北京 等多个地区的多座建筑物相继采用了各种类型的立体车 库 位于北京中关村硅谷电脑城南侧的立体停车场正在 建设之中 立体车库的分类 立体车库的结构和形式很多 其 分类方法也有许多 目前 按立体车库的存取方式可分 为 升降横移式 巷道堆垛式 垂直提升式 垂直循环 式 箱型水平循环式 圆形水平循环式等 2 三层升降横移式立体车库设计 车库运行原理 该设备的顶层载车板只需上下升降 中层载车板既可升降 又可横移 底层载车板只需左右 横移 中层和底层都有一个空位 可以通过横移载车板 变换空位 使空位正上方的顶层载车板下降到底层 底 层载车板上的汽车可直接出车 整个过程即可完成 设计特点 三层停车位 其空间利用率最高 非常 适合平面空地使用 而且可根据场地情况量身定做 实 现2 5 层或更多层的多车位设计 由于其对土建要求较 低可根据不同的地形和空间进行任意组合排列 规模可 大可小 因此应用十分广泛 机械式三层升降横移式立体停车采用电机 齿轮和 链条进行升降 车库总体采用钢结构设计 在整个机构中 有立柱 横梁和纵梁还有横移导轨等组成 总共有7 个停 车位 底层有可以横移的载车板 二层有移动的框架利用 滑轮带动载车板一起运动 并且装有能使载车板升降的 提升装置 例如齿轮 链条等 三层采用框架结构只能升 降 升降运动采用升降电动机 链条提升 横移运动借助 导轨采用交流减速横移电动机和滑轮驱动 优点是结构 简单 柔性好 启动平稳 噪声小 且安全可靠 3 立体车库结构设计 车库采用钢结构设计 有立柱 横梁和纵粱组成 底层有两个可以横移的载车板 二层有两个移动的框架 带动载车板一起运动 并且装有能使载车板升降的提升 装置 三层采用框架结构只能升降 升降运动采用电动 机 链条提升 横移运动采用电动机和链轮驱动 运行 平稳可靠 3 1 立体车库各层参数计算 1 车库结构材料 底层车位载 车板重量估算载 车板 立柱 采用空心方钢 2 0 0 x 2 0 0 厚度d 8 m m 边 长a 2 0 0 m m 理论质量 3 0 2 8 k g m 共四根 横梁和纵 梁 采用热轧H 型钢 G B T 1 1 2 6 3 1 9 9 8 底层载车板 焊接件 两侧1 0 槽钢作为边框 中间用1 0 槽钢均匀 布置 上面焊接2 r a m 厚钢板 根据车位规格 5 0 0 0 x 1 8 5 0 x 1 5 5 0 m m 重量 1 8 0 0 k g 参照同类产品资料 选取防滑钢板 4 9 0 0 x 2 3 0 0 m m 理论 质量m 2 3 5 5 k m 2 则钢板的质量M 1 4 9 x 2 3 x 2 3 5 5 2 6 5 k g 采用热轧槽钢1 0 0 G B 7 0 7 8 8 h 1 0 0 m m b 4 8 m m d 5 3 m m t 8 5 r a m 理论质量m 1 6 7 3 3 k m M 2 4 9 0 0 4 8 x 2 x 1 6 7 3 3 4 9 4 8 2 x 1 6 7 3 3 1 6 5 k g 采用热轧等边角钢 G B 9 7 8 7 8 8 型号为5 根据 实际需要 选用等边角钢型号为 5 0 5 0 理论质量 m 2 4 2 2 k g m 则M 4 4 9 5 5 2 3 x 2 4 2 2 2 4 5 1 1 5 2 4 2 2 3 6 x 2 4 2 2 8 7 k g 综上可得底层载车板总质M M l M 2 M 5 2 6 5 1 6 5 8 7 5 1 7 k g 载车板下焊接有角钢起 加强作用 钢板以及钢管也采用焊接方式连接起防护作 用 2 防滑钢板 边沿槽钢 底板支撑角钢 二 三层载 车板 焊接件两侧用1 0 槽钢 一端用1 0 槽钢 一端 用5 角钢 中间用2 m m 厚钢板 地面用5 角钢支撑 根据车位规格 参照同类产品资料 则钢板的质量M I 长X 宽X 理论质量 4 9 x 2 3 2 3 5 5 2 6 5 k g 选择h l O O m m b 4 8 m m d 5 3 r a m t 8 5 r a m 理论质量m 1 6 7 3 3 k g i n 计算出M 2 4 9 0 0 4 8 x 2 x 1 6 7 3 3 4 9 4 8 x 2 x 1 6 7 3 3 1 6 5 k g 根据实际需要 选用等边角钢 5 0 5 0 理论质量 m 2 4 2 2 k m 长 4 9 0 0 m m 宽 2 3 0 0 m m 布局为横向5 根 纵向5 根 则M 4 4 9 5 5 2 3 x 2 4 2 2 2 4 5 1 1 5 x 2 4 2 2 3 6 x 2 4 2 2 8 7 k g 综上可得二 三层载车板总质量M 总 M 1 M 2 M 2 6 5 1 6 5 8 7 5 1 7 k g 3 2 电机的选择 选用交流电动机 适用于不易燃易爆 无腐蚀性气 体的场合 以及要求具有较好启动性能的机械 1 升降运动电机 由立体车库专用升降电机通过 链传动来提升载车板实现升降运动 载车板总重量n l 复 5 1 7 k g 取传动中各部件的效率如下 链传动效率 1 1 0 9 7 轴承效率 1 1 0 9 9 齿轮效 率 1 1 0 9 7 1 1 总 0 9 1 2 二 三层容车规格为m 1 8 0 0 k g 可得升降需要的拉 力F F m m 蠢 g 取g 1 0 N K g 所以F 5 1 7 1 8 0 0 x l O 2 3 1 7 0 N 升降速度v 4 8m m i n 即v 0 0 8 m s P F v 1 0 0 0 2 3 1 7 0 0 0 8 10 0 1 8 5 2 K W 考虑传动中的各种摩擦阻力 使载荷阻力增大 1 0 则P z P 1 x 1 1 0 2 0 3 K W 所需电机输出功率 万方数据 产品与市场 P z l P z 总 2 0 3 0 9 1 2 2 2 0K W 所以选用J X 1 2 3 1 摆线 针轮减速三相异步电极n 6 2 2 r m i n 减速比为2 3 2 横移运动电机 通过链传动由滑轮实现横移 运动 二层框架重m 幄 3 0 0 k g 取g 1 0 N K g G m m 蕾 m 框 g 1 8 0 0 5 1 7 3 0 0 x 1 0 2 6 1 7 x l O 2 6 1 7 0 N 取导轨面摩擦系数f O 2 0 则框架平移时所受 阻力F 为 F G x f 2 617 0 x O 2 0 5 2 3 4 N 平移速度为V 8 m r a i n 即v O 1 3 m s P 1 F v 1 0 0 0 5 2 3 4 x 0 1 3 1 0 0 0 6 8 0 4 2 1 0 0 0 0 6 8 K W 考虑传动中 的各种摩擦阻力 使载荷阻力增大1 0 则P z P 1 X 1 1 0 0 6 8 x 1 1 0 7 4 K W 取传动中各部件的效率如下 链传动效率 q Q 9 7 轴承效率 f l O 9 9 1 1 总 0 9 2 2 所需电机功率P z l P z O 7 4 0 9 2 2 0 8 0 K W 所以选用J 1 1 2 摆线针轮减速三相异步电极n 3 2 1 r m i n 减速比为4 3 4 链条及链轮设计 链传动是属于具有中间挠性件的啮合传动 它兼有 齿轮传动和带传动的一些特点 与齿轮传动相比 链传 动的制造与安装精度要求较低 链轮齿受力情况较好 承载能力较大 有一定的缓冲和减震性能 结构轻便 与摩擦型带传动相比 链传动的平均传动比准确 传动 效率稍高 并且能在恶劣环境条件下工作 链传动的应用范围很广 通常中心距较大 平均传 动比要求准确的传动 环境恶劣的开式传动等都可成功 采用链传动 链的使用寿命很大程度上取决于链的材料及其热处 理 制造精度等 链轮材料应能满足强度和耐磨性的要 求 链轮采用中碳钢制造 由于小链轮的啮合次数比大 链轮多 因此对材料的要求也比大链轮高 本文的大链 轮采用4 5 设计计算略 由于篇幅所限 本设计中的 传动轴的设计与校 核 梁柱的校核 等不在此文中讨论 5 结论 机械式三层升降横移式立体车库由钢结构构成 分 上 中 下三层装车 共可承载7 辆汽车 可大幅度减 少占地面积 采用电动机给予动力 由载车板 导轨进 行横移运动 链传动进行上下提升 整个机构中有立柱 横梁和纵梁还有横移导轨等组 成 上层载车板只能进行上下升降 中层可进行横移升 降 下层只能进行横移 中层和下层各有一个空位 可 以通过横移载车板变换空位 使空位正上方的顶层载车 板下降到底层 底层载车板可随意进出车 整个车库存 取车方案即可完成 参考文献 1 杨宽 城市经营性停车场投资机会分析 J 城市停车 2 0 0 3 1 2 常占营 停车设施的类型及适用条件研究 J 公路 2 0 0 1 3 吴文基 浅谈机械式立体车库 城市停车 2 0 0 5 3 4 同宏伟 立体车库在中国的发展前景 A 山西教育出版社 2 0 0 3 5 曹卫东 规范停车行业管理协助推动市场发展田 中国电梯 2 0 0 4 5 6 任伯森 加强国际合作促进停车产业发展 J 城市停车 2 0 0 4 5 7 徐灏 机械设计手册 M 1 北京 机械工业出版社 1 9 9 1 8 周开勤 机械零件手册f M l 北京 高等教育出版社 1 9 9 4 I F 9 蔡春源 机械零件设计手册I M 北京 冶金工业出版社 1 9 9 4 f 1 0 1 吴宗泽 机械设计实用手册f M l 北京 化学工业出版社 1 9 9 9 J l G l e nH o l d s w o r t h P a r k i n gP o l i c ya n dt h eA u s t r a l i aC a p i t a lC i t y C B D J A u s t r a l i aP a r k i n g 2 0 0 0 T h r e e d i m e n s i o n a lM e c h a n i c a lG a r a g ec a nP l a yt h em o s tE f f e c t i v eP a r ti nS t o p p i n gt h eE f f e c t i v e n e s so f t h eU r b a nT r a f f i c I F AN C Z i X i L I 形e b H l l a B e i j i n gU n i o nU n i v e r s i t yD e p a r t m e n to f M e c h a n i c a lE n g i n e e r i n g B e i j i n g1 0 0 0 2 0 C h i n a A b s t r a c t T h i sp a p e ri n t r o d u c e a ne f f e c t i v ep r o g r a m m eo fs o l v i n gt h ep r o b l e mo fC h i n a su r b a nt r a f f i c s t o p p i n g T h i sp r o g r a m m ef o rC h i n a su r b a nt r a n s p o r tp r