立体车库毕业设计开题报告

本本科科毕毕业业设设计计开开题题报报告告 课课题题名名称称三层升降横移立体车库机械系统设计 学学 号号 姓姓 名名 专专 业业 机械工程及自动化 指指导导教教师师 评评阅阅教教师师 开开题题时时间间 年年 月月 日日 东东北北大大学学机机械械工工程程与与自自动动化化学学院院 精品文档 1欢迎下载 一 立项依据 1 本课题的目的和意义 随着城市的发展 人口的增长及人们生活水平的提高 汽车这一现代化的交通工 具与日俱增 停车难成为困扰城市发展的一大难题 作为解决城市静态交通的有效措 施 向空间 向高层发展的自动化立体停车设备 以其占地面积少 停车率高 布置 灵活 高效低耗 性价比高 安全可靠等优点 越来越受到人们的青睐 目前市面上常 见的机械式立体停车库有 升降横移类 垂直循环类 多层循环类 水平循环类 平 面移动类 巷道堆垛类 垂直升降类和简易升降类等 8 种 其中升降横移类以其结构简 单 操作方便 安全可靠 造价低等优点 在国内车库市场占有绝对优势的市场份额 1 升降横移类停车库指的是采用以载车板升降或横移存取车辆的机械式停车设备的 立体停车库 由于升降横移类停车设备的形式比较多 规模可大可小 对场地的适应 性较强 因此 采用这类设备的停车库十分普遍 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 停泊在这类车库内地面的车只作横移 不必升降 上层车位 或下层车位需通过中间层横移出空位 将载车板升或降到地面层 驾驶员才可进入车 库内将汽车开进或开出车库 运行特点 最下层只能进行平移 顶层只能进行升降 中间层既可平移又可升降 除顶层外 中间层和底层必须留一空车位 保证上下车通 道的畅通 总的原则 升降复位 平移不复位 2 采用以载车板升降或横移存取车辆的机械式停车设备的立体停车库 此类型立体 车库适用于地面及地下停车场 配置灵活 造价较低 这种类型立体车库的特点是结构 简单 形式较多 规模可大可小 采用模块化设计 每单元可设计成 2 5 层 半地下 等多种形式 车位数从几个到上百个 对场地的适应性强 约占国内停车市场份额 70 以上 3 而现有停车位缺口严重据预计 2010 年轿车保有量将达到 2000 万辆 十五 期 间轿车保有量将增加 400 万辆 停车位需求按 1 1 2 100 的基本停车位和 20 的公共 停车位 计算 总需增加停车位 480 万个 平均每年需求 96 万个车位 如仅考虑 10 进 机械式停车库 这每年需提供机械式停车库 9 6 万个车位 1 因此从现有的停车位的 缺口情况和今后市场的需求可以看出 机械式停车设备的国际 国内市场前景十分良 精品文档 2欢迎下载 好 因而我对立体停车库中的升降横移停车库进行分析 精品文档 3欢迎下载 二 文献综述 2 1 国内外研究现状 发展动态 2 1 1 国外发展状况 早在 1920 年 美国建成了世界上第一座机械式立体停车设备 50 年代以后美国和 西欧陆续建成多种型式的立体车库 60 年代以来尤其是在市中心的商业区 建筑物高度 密集 不可能腾出大量地皮建停车场 此时 占地面积小的立体式停车设备才真正得 到发展普及 亚洲的停车设备技术起源于日本 日本从 20 世纪 60 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 到了 80 年代和 90 年代初 由于计算机技术和电力电子技术的飞速发展 由全电脑自动控制 采用变频 技术的新一代机械式立体停车设备首先在日本进入家庭 生产机械式立体车库的公司 约 100 多家 比较大的公司有新明和 石川岛播磨 日精 三菱重工等 从 90 年代起 日本每年投入运行的机械停车泊位都在万以上 目前全日本己经投入使用机械式停车 位超过 300 万个 其中以升降横移式停车设备为主 对于日本 优势在多层升降横移 类 垂直升降类 水平循环类 垂直循环类 简易升降类等产品上 4 德国和意大利等欧洲国家从事停车设备开发和生产也比较早 较好的公司有 意大 利 Sotefin Interpark 德国 PaliS 等 由于欧洲国家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 德国 和意大利等欧洲国家的优势在巷道堆垛类产品上 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 VVVF 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坏式塔型车库 又如计算机管理 IC 卡识别 计时收费系统一出现 立即应用于停车库 使车库融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 比如日本 的三菱 大幅株式会社和德国 PALIS 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 90 年代的新技术 一问世 很 快替代了老产品 2 1 2国内发展状况国内发展状况 精品文档 4欢迎下载 我国立体车库的发展 始于上世纪八十年代 河北承德的华一机械车库集团有限 责任公司于1989年建造起国内第一台垂直循环类机械式停车车库 填补了国内机械式 停车车库的空白 立体车库产业在上世纪九十年代迅速兴起 步入了引进 开发 制 造和使用的快车道 国内立体停车库市场正以直线上升的态势在飞速发展 我国立体 停车设备的产品经引进技术和自主研究开发 生产技术水平有了很大的提高 许多设 备采用了当前机械 电子 液压 光学 磁控和计算机等领域的先进技术 如采用交 流变频调速系统 使运行高速 平稳 省电 减少振动和噪声 控制形式有按钮式 IC卡式 触摸屏式 密码钥匙式 遥控式等 有些设备还采用了总线控制技术 传动 装黄采用内藏式 以增大停车空间并保护各传动元件不受污染和腐蚀 提高了设备的 耐久性 机械结构中采用了模块化设计 便于组合使用 易于安装拆卸 缩短施工周 期 目前品种的满足率己达90 左右 有的品种填补了国内空白 产品国产化率达到 50 以上 还采用一些新材料 新工艺 如采用 H7 型钢做钢梁 组合的镀锌板或 一体成型的镀锌板做载车板 安全保护方面采用了声光引导及定位装置 自动消防灭 火系统等 目前品种的满足率已达90 左右 有的品种填补了国内空白 产品国产化 率达到50 以上 目前国内立体停车设备是以升降横移类为主 约占总量的84 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 机械液 压传动式 电传动式 控制方式也由单纯的手动控制发展到电气控制 PLC控制和现场 总线控制 图2 1 潍坊大洋自动泊车设备有限公司升降横移立体车库 精品文档 5欢迎下载 虽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差 甚远 停车设备需要进一步降低制造成本 提高技术含量以及设备使用的安全性和可 靠性 由此看来随着各种高新技术的引入 立体车库正在向专业化 复杂化 智能化和 高自动化方向发展 重点表现为以下几个方面 专业化 立体车库系统稳定可靠 能 正常运行而不出故障是用户的首要要求 也是一套停车场系统的重中之重 制造厂家 的专业化程度越来越强 如保证设备的可靠性 立体车库的软硬件设施及各种设备的 配套都达到专业化程度 复杂化 立体车库产业正在向多元化方向发展 它已经不仅 是纯粹的机械设备 还包含了当今机械 电子 建筑 液压 光学 磁控 管理和计 算机技术等领域的大量先进技术 立体停车系统己经日臻完善 如汽车出入车库时采 用声光引导和定位 汽车尺寸和重量自动识别 限速保护与多重机构互锁 停车泊位 自动跟踪 链绳长度超范围报警和弹性变形自动补偿 汽车安全检测 图像识别技术 科学管理等 各种领域先进技术的综合使用 已经使立体车库成为一个独立的大型复 杂的高技术设备 智能化 一些新技术正在迅速进入该领域 如变频技术 全电脑控 制系统 导航定位技术 停电及电源故障的自动判别排除及处理系统等 如 模块 阁架式立体车库的电梯调配 自动送车找位 自动平层 应快捷 准确 可靠 系统 安全装置的设置要与动态过程安全检测形成闭环 确保存取车过程的安全运行 高 自动化 立体车库的高自动化主要表现为先进的自动控制技术和科学的管理方法 控制 技术和管理方法互为所长 大幅度提高了存取车效率 车库可以将汽车自动停放到合 适的位置 可实现无人操作 5 精品文档 6欢迎下载 2 2 所阅文献的查阅范围及手段 所查阅的文献主要是通过学校的图书馆 图书馆网站和一些机械论坛网站和中国 期刊网站进行查询 主要查阅的范围是有关于本课题书籍 期刊和学位论文 精品文档 7欢迎下载 参考文献 1 杨宽 城市经营性停车场投资机会分析 J 江苏 城市停车 2003 1 15 16 2 张启君 立体车库的主要型式及技术特点 J 北京 机电产品开发与创新 2003 Vol 63 7 9 3 常占营 停车设施的类型及适用条件研究 J 北京 公路 2001 8 6 8 4 吴文基 浅谈机械式立体车库 J 江苏 城市停车 2005 3 10 15 5 闫宏伟 立体车库在中国的发展前景 A 山西 教育出版社 2003 31 32 6 曹卫东 规范停车行业管理协助推动市场发展 J 河北 中国电梯 2004 5 7 任伯淼 加强国际合作促进停车产业发展 J 江苏 城市停车 2004 5 8 徐灏 机械设计手册 M 北京 机械工业出版社 1991 9 周开勤 机械零件手册 M 北京 高等教育出版社 1994 10 蔡春源 机械零件设计手册 M 北京 冶金工业出版社 1994 11 吴宗泽 机械设计实用手册 M 北京 化学工业出版社 1999 11 李晶 萧子渊 立体停车库液压升降系统的设计 J 起重运输机构 2004 6 12 张云生 升降平移式立体车库传动控制 J 昆明理工大学学报 2003 16 13 王以东 立体车库自动控制系统工程设计 J 江苏 城市停车 2008 3 14 吴宗泽 罗圣国 机械课程设计手册 M 北京 高等教育出版社 1998 15 华小洋 等 电梯式立体停车库 J 起重运输机械 2009 9 16 杜桂荣 彭斌等 多层升降横移式立体停车库的结构和控制系统 J 甘肃工业大学 学报 2008 3 17 徐格宁 立体车库钢结构失效模式分析简化模拟及失效准则 J 中国机械工程 2006 13 19 18 Glen Holdsworth Parking Policy and the Australia Capital CityCBD J Australia Parking 2000 三 研究内容 精品文档 8欢迎下载 3 1 课题的构想与思路 根据给定的参数和要求 确定械式三层升降横移式立体停车库车位的布置 确定各 车位的存取顺序和车库的运行过程 根据给定的数据和使用要求确定方案设计 进而 确定钢结构部分 载车板部分 传动系统 控制系统 安全防护系统五大部分组成结 构和各个部件的大致结构 运用 Caxa 和 Solidwores 分别画出总装 部件 零件的二 维工程图纸和建立三维模型 同时使用 Ansys 对一些重要部件作必要的有限元分析 3 2 主要设计内容 3 2 1 设计参数 表 3 1 三层升降横移式立体车库 类型三层升降横移式立体车库 存放辆数 13 形式地表层可升降 全长 5200mm 全宽 1900mm 全高 1500mm 全重 1800kg 升降速度 3 5m min 横移速度 8m min 3 2 3 方案设计 方案设计 因而我们可以把车库分成钢结构部分 载车板部分 传动系统 控制系统 安全 防护系统五大部分组成 因为我们主要研究的是机械部分因而主要对钢结构部分 载 车板部分 传动系统 安全防护系统进行研究和设计 3 2 4 结构设计 把方案设计落实到细微处 包括钢结构的设计 材料的选择 钢骨架的受力分析 升降系统的选择和传动机构 分析升降系统的种类并根据使用要求和数据选择合理的 载车板的选择 电动机 减速器 制动器的初步选择 画出非标准件的零件图 咨询 导师是否合理 有无需要改进的部分 3 2 5 图纸绘制图纸绘制 绘制总装 部件和零件的二维工程图 3 2 6 有限元强度分析有限元强度分析 对钢结构框架等重要的的零部件作简单的强度有限元分析和优化设计 3 3 总体设计方案 精品文档 9欢迎下载 3 3 1 车库运行过程车库运行过程 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 3 3 2 功能原理方案设计 根据机械式三层升降横移式立体停车库的运行方式 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 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做横移运动 并且装有能使载车板升降的 提升装 三层采用框架结构只能升降 升降运动采用升降电动机 链条或钢丝绳提 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 3 3 3 升降横移式立体停车库升降横移式立体停车库的总体布局 1 钢结构框架 2 横移系统 3 载车板 4 升降系统 5 防坠落装置 图 3 1 升降横移式立体停车库布局图 精品文档 10欢迎下载 图 3 2 升降横移式立体停车库分布图 车库的运行情况如下 图中的底层即 3 6 9 12 号车直接进行存取 13 号车下架 到地面层后进行存取 2 5 8 11 号车位必须通过 3 6 9 12 号车位横移出相应的 空位 再下降到地面层存取车 如需在 10 号车位存取车 则可将 11 号和 12 号车位向 右移动一个车位 10 号车位直接下降即可 如需在 2 号车位存取车 则将 3 6 9 12 号车位右移一位 2 号车下降即可 其他车辆的存取依次类推 3 3 4 钢结构框架的选择与设计 立体车库一般主要以钢结构和钢筋混凝土为主 钢结构框架有以下几种特点 1 可 靠性高 2 材料的强度高 钢结构自重小 3 材料的塑性和韧性好 4 钢结构制造简 便 施工工期短 5 钢结构密闭性好 因而在升降横移式车库中我们选用钢架结构 主框架体系的基本构成是由水平方向的梁和垂直方向的柱通过钢性结点连接而成 这种结构体系通过结构构件的抗弯刚度来抵抗侧向力的作用 主框架体系是典型的柔 性结构体系 受层间位移的限制 结构的刚度在设计中起控制作用 停车设备的主框 架主要采用热轧 H 型钢槽钢角钢矩形钢和钢板焊接成型以其作为承重结构 升降横移式立体停车库主框架的第一层根据不同的结构要求 有单柱形式 跨梁 形式 后悬臂形式等 图为升降横移式立体停车库主框架的几种典型形式 单柱型式 结构紧凑 安装 搬运方便 给驾驶员一种导正的作用 若装有平衡装置在升降过程 中有全程平衡保护 跨梁形式进出车辆较方便 结构较简单但较单柱形式跨度大 所 精品文档 11欢迎下载 以安装搬运不方便 后悬臂形式无前柱 对汽车进出载车板较好 但因主框架在后侧 定性较差 且一般不能做重问题 单柱形式在结构上稳定性好 其强度 刚度比较好 安装也较方便 特别适用于 多层式和重列式的升降横移类立体停车库 但是这种形式不便于车辆的驶入 车库的 成本也相应的提高了 跨梁形式中应用比较典型的是二柱结构型式 这种型式的停车 设备的最大优点视野宽阔 存取车方便 不利的方面主要表现在对设备运行的稳定性 和结构框架的强度 刚度 设计要求高 它主要用于二层升降横移类立体停车库 因 而我们采用单柱形式 图 a 单立柱形式 图 b 跨梁形式 图 c 后悬臂形式 图 3 3 升降横移式立体停车库主框架的典型形式 在主框架设计中 因为受到侧向力作用下 竖向支撑析架表现为弯曲型变形 因此 使用人字形支撑结构如下图所示 精品文档 12欢迎下载 图 3 4 升降横移式立体车库钢结构骨架 在升降横移式立体停车库的主框架设计中一个重要部分 安装连接形式设计的是 否合理直接影响结构的质量 安装速度及经济效益 常规的主框架的连接有焊接 铆 接与螺栓连接三种 扭剪型高强螺栓是一种新型连接方法 具有受力性能好 耐疲劳 可拆换 施工方便及安全可靠等优点 同普通螺栓相比 单位体积耗钢减少 30 一 50 近年来在主框架的设计中广为采用 因此使用扭剪型高强螺栓连接 表 3 2 立体车库钢结构型号初选规格 编号名称初选型钢截面面积 cm 2 理论重量 kg m 惯性矩 cm 4 1 上层横梁22b 工字钢 46 52836 5243570 2 下层纵梁H 型钢 HM250 175 55 7944 16120 3 立柱结构用冷弯空 心型钢 260 180 62 679 78832 4 导轨支撑梁H 型钢 HM250 175 55 7944 16120 5 角钢7 5 角钢 10 167 79653 57 3 3 5 载车板载车板 用来承载入库车辆 按结构形式有框架式和拼板式两种 拼板式载车板用镀锌钢 精品文档 13欢迎下载 板一次性冲压或滚压成组装件 并用咬合拼装成载车板 用螺栓紧固连接 拼装前可 以先对组建进行各类表面处理 如电镀 烤漆等 使载车板轻巧 美观 拼装式载车 板运输方便 通用互换性好 强度大 刚度好 重量轻 减少基础承力 而且由于是 整体折弯成型 车板厚度小 一般厚度为 50 55 毫米 整体折弯成型结构形式适合于 批量生产 框架式载车板是先用型钢和钢板焊接成承载框架 然后在两侧停车通道和 中间突起的顶面铺设不同厚度的钢板 多数采用中间突起结构 这种载车板的优点是 可按需要设置行车通道宽度 并具有较好的导入功能 这种结构形式较适合车型变化 较多的小批量生产 我们这里采用第二种载车板方式 框架式载车板 由空心矩形方钢 角钢和钢 板焊接而成载车板框架 在框架上面铺设钢板 中间突起 同时在行车通道上安装防 滑钢板 它和中间突起的钢板一起 防止汽车在存取时产生纵向或横向的滑动 在底 层载车板中装有横移机构带动载车板做横移移动 并且在载车板两侧装有防坠楼装置 防止因意外发生的事故 图 3 5 拼版式载车板 1 防坠落装置 2 4 空心方钢 3 3mm 钢板 5 6 角钢 7 1mm 钢板 图 3 6 框架式载车板 3 3 3 传动系统 精品文档 14欢迎下载 升降横移式立体停车库的传动系统分为升降传动系统和横移传动系统 在升降横 移式立体停车库中传动系统是其核心部分 传动系统的好坏直接关系着整个车库的安 全 尽管升降横移式停车库的种类型式很多 其工作原理都大致相同 均是每一个车 位都有一搬运器 所需存取车辆的搬运器通过升降 横移运动到达预定位置 进行车 辆存取 完成存取全过程 也就是停泊在地面层的车辆只作横移 不必升降 上层车 位或下层车位需要通过中间层横移出空位 将搬运器降到地面层 驾驶员才可进入车 库内存取车辆 传动力系统即主机一般为电机减速机 电机减速机用于沿轨道水平横移的主机或 汽车升降部主机 且必须设有制动系统 制动系统采用常闭式制动器 对控制升降运 动的制动器其制动力矩不小于 1 5 倍额定载荷的制动力矩 3 3 3 13 3 3 1 升降传动系统升降传动系统 升降传动系统是车库传动系统的主传动系统 它是利用托动装置将载车板从底层停 车位提升到上层车位架或从上层车位架放到底层来存取车辆 根据它的托动型式可分 为 钢丝绳型升降传动系统和链条型升降传动系统 链条传动型式链条传动型式 链条传动型式的传动机构与钢丝绳传动型式的传动机构在工作原理上是类似的 但在机构上却存在着一定的差别 如链轮传动型式机构示意图所示 搬运器的两个端 面各有 3 个链轮 也各有 2 根定长的链条绕在链轮上 初始位置搬运器水平 当提升 电机带动载车板向上提升时 由于链条是定长的 所以不管是上升还是下降 搬运器 始终保持水平 精品文档 15欢迎下载 1 车位高层横移导轮 2 定长链条 3 载车板 4 链轮 5 地面横移导轮 6 9 车位架 7 升降链条 8 升降电机 图 3 7 链条传动型式升降机构示意图 钢丝绳传动钢丝绳传动 钢丝绳传动形式的升降传动系统一般是由电机 减速系统 卷筒 滑轮 钢丝绳 组成 在钢丝绳传动型式中 钢丝绳的主要作用是拖动搬运器上下升降 如图所示 精品文档 16欢迎下载 1 钢丝绳滚筒 2 轴套 3 滚筒支架 4 轴 5 滚动轴承 6 链轮 7 链条 8 行星减速器 9 测速器 10 交流异步电机 11 电磁制动器 12 端盖 13 钢 丝绳 14 15 定滑轮 16 定滑轮支架 17 横移支撑架 18 横移行走 19 载车 板 图 3 8 钢丝绳传动形式升降机构示意图 钢丝绳一端与搬运器相连结 钢丝绳另一端缠绕在卷筒上 搬运器的前端钢丝绳与 后端钢丝绳必须同方向绕着卷筒转动 当搬运器需要升降时 提升电机便会通过其正 反转来带动卷筒顺时针或逆时针旋转实现搬运器的升和降 在立体车库设计中 各种提升方式特点如下 1 采用链传动 优点是传动简单可靠 维修简单 造价低廉 缺点是冲击比较大 有提升高度的限制 安装调试时需要注意是否有咬链的情况出现 2 采用钢丝绳传动 优点是对车库底盘可以提升的高度可以不加限制 造价比较低 缺点是因为需要外加钢丝绳桶和刹车盘增加了安装调试的时间和造价 综上所述 本车库为三层 从提升高度上选链传动或钢丝绳传动都可以 但从高 度可扩展角度考虑 选择钢丝绳传动更为有利 因此 我们选钢丝绳组合提升的型式 3 3 3 2 3 3 3 2 横移传动系统横移传动系统 精品文档 17欢迎下载 横移传动系统的作用是使上升到位的搬运器平移到指定位置 其传动主要是靠电 机带动链轮使滚轮在轨道上移动 在设计中我们充分利用己有型钢的结构 用 H 型钢 作为滚轮的轨道 这样不但保证了轨道的质量 而且还减轻了整体结构的重量 由升降横移式立体停车库的工作原理可知 除了顶层的载车板不需横移外