立体车库设计--顾海燕.doc

升降平移式立体车库的设计说明书顾海燕 机械设计及理论 11309241. 设计任务1.1 设计课题设计一个升降平移式立体车库，要求每个停车板可承载一辆普通轿车，承载重量为12吨。1.2 任务内容（1） 一份机械传动设计说明书（2）一份机械图，用AutoCAD画出（3） 一份电路设计图（4）一份电路的输出说明2. 机械传动设计说明书2.1 立体车库的工作原理升降平移式立体车库选用钢结构框架，采用电机驱动链条带动载车板做升降横移运动，从而实现车辆的存取。其工作原理为：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。停泊在车库内地面层的车辆只作横移，不需要升降；而停在第二层的车辆只作升降运动。两层升降横移式车库的工作原理：存取车的出入口在第一层，第二层停车板既可作升降动作又可做横移动作。第一层设有空位，停车板通过横移动作变换空位，降下空位上方第二层的汽车，取出汽车，第一层的汽车可直接开出。如图2.1图2.1 两层立体车库示意图2.3 立体车库的机械传动方式说明（1）底层车板及横移装置每个底层车板底部装有四只钢轮，可以在导轨上滚动，其中两只为主动轮，装在长得传动轴上，另两只是从动轮。车板上的电机减速机驱动长传动轴运转，带动主动钢轮在导轨上滚动从而使车板作横向平移运动。简图如下：图2.2 横移装置简图（2）第二层车板及提升装置在第二层，每个车板都装有一个独立的电动机和链轮传动系统。电动机顺时针运转时，链轮带动卷筒1、2旋转，滚筒1和滚筒3是通过钢丝绳绑定的，滚筒1旋转时，钢丝绳的一头下降，另一头带动滚筒3同步旋转。滚筒2和滚筒4也是这样连接的。钢丝绳环绕在卷筒上，车板被提升，反之，车板下降。简图如下：图2.3 升降装置简图（3）上下行程开关行程极限开关的作用是使载车板横移到位后自动停止。（4）安全装置针对本车库设计了电磁防坠落装置和紧急停车按钮当第二层的车板回到原位时，电磁防坠落装置断电，安全钩钩入，防止车板意外坠落；当车板正常下降时，该装置通电，安全钩脱开，车板得以下放。在运行中如果有突发事件，应立即按紧急停车按钮，防止非正常下坠造成事故。简图如下：图2.4 防坠落装置简图2.4 立体车库的主要参数确定（假设车库只适用于中型轿车）（1）立体车库钢架以及载车板的参数中型轿车的长宽高分别为4700mm,1800mm,1450mm，质量大约2000kg，所以支撑柱的高应大于1450mm,设计时应留有余量，初步取立柱的高为L1=2100mm。载车板的长取L2=4500mm,宽取L3=1900mm,厚度取为L4=10mm,质量大约为700kg。载车板的截面图如下：图 2.5 载车板截面图（2）钢丝绳的选取1.类型选取通过查机械设计手册表10.1-5，根据起重机型用钢丝绳选用双绕绳式；按钢丝绕制方法选择交互捻绕型；按钢丝绳中丝与丝接触状态选择线接触型；按股绳截面形状选择圆形；按钢丝绳绳芯形式选择纤维芯型。2.选择计算按GB8918-88计算，计算方法如下： 式中d-钢丝绳最小直径（mm）-钢丝绳最大静拉力（N）C-选择系数（mm/）选择系数C的取值按表8.1-8选取，通过结构工作级别M6选择C=0.109，安全系数n=6.对钢丝绳受力分析 图3.8 升降机构钢丝绳受力分析图 2.6 钢丝绳受力图T-即为钢丝绳受力。G-钢丝绳所提升的重物，包括载车板及附属零件，车重。 G=G1+G2=(2000+700)*10=27000N。 钢丝绳的最大受力Fmax=0.25*27000=6750N所以钢丝绳的最小直径mm。故选择直径，由于在启动阶段会产生惯性力，故通过表8.1-9选择钢丝绳公称直径为=16mm。钢丝绳应力的校核：钢丝绳的破断应力应该满足公式 式中 所选用的钢丝绳最小破断拉力（N）； n安全系数，按表8.1-8选取。66750=40500N由表8.1-9知道直径为16mm的钢丝绳公称抗拉强度为，所以该钢丝绳的最小破坏拉力为144KN.所以=144000N40500N所选钢丝绳规格合格。（3） 卷筒尺寸设计本次设计采用铸造卷筒，设计参数如下：卷筒名义直径 其中，h：与机构工作级别和钢丝绳结构有关的系数 d：钢丝绳直径查机械设计手册第二卷表8.1.54得到： h=18所以=1816=288mm。再按照表8.1.58取卷筒直径D=400mm卷筒槽形选择标准槽形，查表8-1-59得：槽底半径R=10.5mm 槽距P=21mm 按照表8-1-60选择A型卷筒，卷筒直径D=400mm，长度L=300mm；起升高度H=1850mm（4）链及链轮的选择1链的类型选择 本设计链起到平衡和传动的作用，因此通过表14.21根据实际需要选短节距精密滚子链（简称滚子链），其结构特点：由外链节和内链节铰接而成。销轴和外链板、套筒和内链板为静配合；滚子空套在套筒上可以自由转动，以减少啮合时的摩擦和磨损，并可以缓和冲击。2滚子链的基本参数和尺寸根据实际需要选择12A型链条，尺寸如图3.9。图2.7滚子链结构尺寸 节距 P=19.05mm 滚子直径 d1=11.91mm 内节内宽 b1=12.57mm 销轴直径 d2=5.96mm 套筒孔径 d3=5.98mm 链条通道高度 h1=18.34mm 内链板高度 h2=18.08mm 外链板高度 h3=15.62mm 过渡链尺寸 l1=7.9mm l2=9014mm c=0.1mm 排距 Pt=22.783.滚子链链轮的基本参数和主要尺寸（GB/T12341997）图2.8 滚子链链轮结构尺寸查表14.23初选Z=18,已经选择链条的型号为12A型。通过查表14.22查得配用链条的节距P=19.05mm滚子链外径 排距确定分度圆的直径d:d=P/100。=19.05/100。=109.7mm 由于121.60mmd115.14mm,选择d=118mm齿跟直径: （317）分度圆弦齿高 ： 取=5mm最大齿跟距离 （318）齿侧凸缘 ： 选取=80mm（5）减速电机的选择1.横移减速电机选取1)主要参数的确定由于载车板宽度为1900mm，故选取同一层的相邻的两个车的距离为2500mm，相邻两个车位的横移时间不超过30s,故选取横移运行时间为25s，横移速度，主要由设备运行周期，周围环境的安全性，载车运行时的平稳性等因素确定。行走轮直径：由结构尺寸及轮压等因素决定，行走轮直径确定为80mm。横移载车板自重 载车板额定载荷 2）功率计算电机输出轴转速n计算：其中：横移速度V=120m/s行走轮直径D=80mm驱动力矩M计算：由机械手册1册表1-1-7、1-1-9、1-1-10查得：行走轮与钢导数的静摩擦系数：=0.15行走轮与钢导数的滚动摩擦系数：=0.05滚动轴承的摩擦系数：=0.0015正压力：则：起动驱动力矩：行走驱动力矩：电机功率计算：由于结构紧凑，容纳电机的空间狭小，选择减速电机的参数如下：输出扭矩：输出转速：功率：（6）提升传动轴的计算根据已经定的位置，初步确定出提升传动轴的结构图如图2.9图2.9 提升传动轴各段轴径的确定：初选深沟球轴承6212，所以轴颈处直径为60查机械设计课程设计表5.9深沟球轴承（GB/T276-94）得滚动轴承6212的安装尺寸B=22，所以第一段轴长为22，然后利用一个轴肩来顶住轴承，所以第二段轴的直径为80，由于第二段轴上要套上卷筒，所以开有2212110的键槽。在这段轴的后端设一轴肩，用来定位卷筒，具体尺寸如图所示。另外这根轴要更电机出来的轴通过链传动来传递动力，所以在轴的后端也开有键槽，用来装链轮。具体尺寸如图所示。3. 立体车库总装auto-CAD4. 电路输出说明在升降横移式立体车库中，控制系统的主要控制对象首先是车库内的横移电机和升降电机，控制系统要使它们在不同的时间内实现正反转;其次是车库内的各种辅助装置，如指示灯及其各种安全设施等。为了保证载车板能横移到预定位置以及载车板能上升或下降到指定位置，采用了行程开关。为了判断载车板上有无车辆，采用了光电开关。4.1 硬件系统配置(1) PLC选型根据控制系统的要求，从经济性，实用性和可靠性等方面考虑，本次采用三菱FX1N-5DM型PLC作为控制系统的核心控制器。(2) PLC的I/O资源配置根据立体车库控制系统的要求功能，对PLC进行IO分配，具体分配如下。输入输入设备输入输入设备X0启动X13载车板横移限位开关X11号载车板呼叫X14载车板升降限位开关X22号载车板呼叫X151号载车板横移到位X33号载车板呼叫X162号载车板横移到位X44号载车板呼叫X17手动、自动X55号载车板呼叫X18上升按钮X63号载车板平层X19下降按钮X74号载车板平层X20左移按钮X85号载车板平层X21右移按钮X93号载车板光电开关X22载车板挂钩到位X104号载车板光电开关X231号车位载车板检测X115号载车板光电开关X242号车位载车板检测X12门前光电开关X253号车位载车板检测输出地址输出设备输出地址输出设备Y03号载车板升降Y94号载车板防坠电磁铁Y14号载车板升降Y105号载车板防坠电磁铁Y25号载车板升降Y113号载车板有车Y31号载车板左移Y124号载车板有车Y41号载车板右移Y135号载车板有车Y52号载车板左移Y14低速Y62号载车板右移Y15高速Y7报警灯Y16正转Y83号载车板防坠电磁铁Y17反转（3）其他资源的配置1继电器和接触器在立体车库中，由于载车板的运行过程并不是连续的，而是根据按钮操作进行动作的，因此需要PLC根据当前按钮的情况来控制载车板的启动和停止，在本系统中，需要用到7个接触器，分别是：3号载车板升降变频接触器，4号载车板升降接触器，5号载车板升降接触器。1号载车板左移接触器，1号载车板右移接触器，2号载车板左移接触器，2号载车板右移接触器。用到了一个继电器，用来控制PLC的启动。2变频器该车库选用的变频器是三菱的A700型变频器。A700系列变频器是三菱电机全新一代的高性能通用型变频器，可选功率范围在0.4KW500KW，是为满足广大自动化产品用户对于使用的灵活性和方便的要求设计的，努力做到新设计水平先进、新颖；全功能齐全、一机多用；高控制性能优越而独特。特别适用在一些高端的应用场合，典型的应用有印染、起重和卷曲等。3传感器（1）载车板上有无车检测在每个载车板上的一条对角线上安放一套光电开关， 用于检测载车板上有无车。（2） 载车板平移运动是否到位检测只有下层载车板有平移运动， 在每个车位上分别安装一只限位开关， 用于检测载车板平移运动是否到位。（3）载车板升降是否到位检测只有上层载车板有升降运动， 在每个载车板垂直运动的轨道上， 在低层和上层分别安装一只限位开关， 用于检测载车板下降和上升是否到位。（4）上层载车板吊钩是否挂好检测控制吊钩动作的电磁铁上有一反馈信号， 可用于指示吊钩是否已把载车板挂好。4.控制点分布（1） 一层载车板左右平移控制一层载车板只有两个， 每个载车板只有左右移动两个动作， 采用三相交流电机控制。（2）二层载车板升降运动控制二层载车板有三个， 每个载车板只有升降两个动作， 采用三相交流电机控制。（3）吊钩动作控制只有二层的载车板使用吊钩， 每个载车板用2 套吊钩， 吊钩用电磁铁控制。根据依据需要控制的电机、电磁铁和检测点等条件，建立电气线路图图4.1 电器线路图4.2 PLC接线图4.3 PLC程序设计本文所设计的PLC存取车控制系统只针对上2层的车位， 而对于1层车位， 存取车直接开进开出即可。控制软件采用梯形图语言编写。 根据立体车库的运行控制要求，程序设计方案如下：（1）每个载车板在运动之前，需要根据各传感器的状态，来判断目的地是否有空位，有空位才可以移动，如果没有空位，则需要通过周边载车板横移运动来挪出空位，然后再进行相应的运行。（2）故障报警程序能够实时地采集设备异常信息，及时发出声光报警信号，提醒司机和管理人员进行处理。若是车库在运行过程中，有人或物进入车库，PLC将立刻关闭所有运行设备，并发出声光报警信号。本升降横移式立体停车库控制系统分为两种工作方式：手动方式和全自动方式，可用开关来进行选择。（3）梯形图如下：（4） 各梯形图对应指令表0 LD M5001 OR M802 OR M813 OR M5004 OUT M100 5 LD X0016 OR X0027 ANI M1008 ANI M819 MOV K2 K4M50010 LD X00311 OR X00412 OR X00513 ANI M10014 ANI M8115 MOV K4 K4M50016 LD X01717 OUT M2018 LD X01219 AND X00020 MC N0 M40021 LDI M2022 MC N1 M40123 LD X00124 ANI M10025 ANI M8126 OR M2127 ANI M5028 OUT M2129 LD X00930 OUT Y01131 LD M2132 AND X02533 OR M5034 ANI M50035 OUT M5036 LD M2137 AND X02338 AND X02439 ANI M5040 OUT M5541 LD M2142 AND X02343 ANI X02444 ANI M5045 OUT M5646 LD M5547 AND X02348 OUT M6549 LD M6550 ANI T151 ANI Y0035