垂直升降式立体车库设计-含仿真-带答辩ppt【含CAD图纸+PDF图】
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垂直升降式立体车库设计院 （系）： 专 业： 学 号： 学生姓名： 指导教师： 年 月 摘 要立体车库对于解决我国日益严重的城市停车问题有很大的帮助，在市场上存在迫切的需求，从而受到了广泛的关注，成为了研究的热点。设计首先对立体车库的特点和发展状况作了简要的介绍，然后针对设计要求确定了垂直升降式立体车库的总体方案，并规划了车库的总体布局和工作流程。车库的具体结构设计包括载车台和曳引系统两大部分。载车台部分中进行了叉梳、微量升降装置、横移装置和回转装置的结构设计。而在曳引系统的设计过程中，结合现有成熟的电梯设计方法，完成了带防坠落装置的曳引机和其他部件的设计任务。对固定叉梳、回转支承和曳引轮轴等关键零件进行了校核。最后是运用Pro/E和3DS MAX为车库的运行过程做出了演示动画。本次设计完成的垂直升降式立体车库在存取装置上有所创新，对立体车库的研究应用有一定的参考意义。关键词：垂直升降；立体车库；叉梳ABSTRACTMechanical garage will be of great help to solve the parking problems which bring more and more troubles in our cities. The strong demand of market and widespread attention makes the mechanical parking system a focus to research.The paper introduces the relevant developments both at home and abroad in this field firstly so as to give a general understanding of the mechanical parking system. After analyzing the requirements and functions of the system, an overall plan was proposed. In the meantime, it makes out the overall layout of the garage and working processes. The detailed design of the mechanical garage mainly includes two parts: vehicle platform and traction system. Then the vehicle platform was formed after completing the design of comb structure, adjusting devices, sliding devices and rotating devices. Combined with the matured elevator technology, the design of traction system that makes up of traction machine with anti-fall device, and other parts was completed. The key components was checked intensively. Finally, three-dimensional modeling software Pro/E and 3DS MAX was used to make out an animation for the running process of the garage.This paper gives an innovative design on storage-retrieval system, which may be of a useful reference to the study of mechanical parking system.Key words: vertical lifting; mechanical garage; comb structure 目 录第1章绪论11.1 课题的目的与意义11.2 立体车库发展现状21.2.1 国外发展现状21.2.2 国内发展现状31.3 主要研究内容41.3.1 设计思路和方法41.3.2 主要研究内容4第2章立体车库总体设计52.1 垂直升降式立体车库概述52.1.1 垂直升降式立体车库工作原理52.1.2 垂直升降式立体车库主要结构组成52.2 主要设计参数62.3 垂直升降式立体车库功能原理方案设计72.3.1 车库功能原理方案设计要求72.3.2 功能分析72.3.3 功能元求解82.3.4 功能元的组合92.3.5 评价与决策92.4 车库总体布局92.5 车库的存取车流程102.6 本章小结12第3章载车台的设计133.1 载车台的构成133.2 叉梳的设计133.3 微量升降装置的设计153.4 横移装置的设计173.4.1 四杆机构的设计173.4.2 行走架部分的设计183.4.3 摇臂及其动力部分的设计193.5 回转装置的设计273.5.1 回转盘的设计273.5.2 传动装置的设计293.5.3 底架的设计323.6 本章小结32第4章曳引系统的设计334.1 曳引系统概述334.2 曳引机的设计334.2.1 钢丝绳及其端接装置334.2.2 曳引能力的计算354.2.3 曳引电机的选择374.2.4 曳引机的传动装置设计394.2.5 防坠落安全装置的设计404.3 其他部件的设计与选用444.3.1 导轨和导靴的选择444.3.2 轿厢和对重的设计454.3.3 缓冲器的选型474.4 本章小结48第5章关键零件的校核495.1 固定叉梳的校核495.2 回转支承的校核505.3 曳引轮轴的校核525.4 本章小结54结论55参考文献56致谢58第1章绪论1.1 课题的目的与意义随着我国汽车工业的发展和鼓励轿车进入家庭及一系列相关政策的实施，特别是伴随着我国国民经济的高速发展和城市化水平的不断加快，车辆的拥有量在飞速的增长。而与之不相匹配的是停车场地的严重缺乏，这加剧了交通拥挤的情况。近几年新增轿车每年在200万辆左右，按停车位与轿车数之比为1.2：l计算，每年需新增停车位240万个，才能满足停车位的需求1。但目前我国城市内大多采用平面式停车场，该种停车场占地面积大，设备复杂，有效停车位置少，对人员车辆安全的保障性差。若仅仅依靠增设平面式停车场则难以满足当前庞大的停车需求，而且其占地使用率低、车位土地使用成本较高、人车安全差等缺陷也严重影响着运营的经济性和可靠性。一种既能合理利用城市空间，又能有效缓解城市停车难的立体车库便应运而生。立体车库，也称作机械停车库，指使用车辆以外其它带有动力的搬运器，完成车辆停放、存储工作的整个设施2。立体车库以多层形式向空间发展，空间利用率非常高，比平面停车场可节约5/6的用地3；在计算机的控制下，人和车脱离开，车辆入库出库由拖动装置自动完成，车的存取时间大大缩短，而且了杜绝人为因素，对车辆的防盗性和防护性都很好；免除采取通风设施，运行中的耗电量比工人管理的地下车库低得多；立体车库一般采用钢结构组装式，还具有无土石污染、低嗓音、建造周期短等优点。立体车库在日本、欧美等发达国家发展起来并得到了普遍应用，日益成为缓解城市停车难的首选方案。我国近几年也加大了对立体车库发展的重视。1998年1月1日起执行的国家计委6号令把机械式停车库和立体停车场列入“国家重点鼓励发展的产业、产品和技术目录”；国家海关总署对机械式停车产品规定“国内投资项目给予免征进口税”4。所以针对立体车库的研究成为了符合国家和行业发展需求的热点课题。本设计以垂直升降式立体车库作为研究对象。垂直升降式停车库一般以二辆车为一个层面，整个存车库可多达2025层，即可停放4050辆车，而且在所有存车库类型中其平面和空间利用率是最高的5。借用成熟的电梯技术，使汽车迅速升降到指定的固定停车位前，利用横移装置来实现汽车的存取。车库可以贴建筑物建造也可独立建造，而且其封闭的直面又可成为商业广告牌。电梯式停车库可在地面上设置、半地下设置或地下设置，如停车泊位需求较大时，此种车库又可横向或纵向拼接。具有高性能、省电节能、噪声比较小、运转高速、出入车快、安全装置齐全可靠、操作简单、维护方便等优点。因而垂直升降式立体车库的设计就具有其研究价值与实际应用意义。图1.1 垂直升降式立体车库外观1.2 立体车库发展现状1.2.1 国外发展现状立体车库在欧美日韩等发达国家很早就发展起来了，特别是对于大都市集中的日韩，地少车多的问题使之产生了对立体车库应用的迫切需求，因而这些国家是立体车库发展较为成熟的地区。日本从20世纪60年代开始从事立体车库的开发、生产、销售和服务，至今已有四十多年的历史。目前在日本从事立体车库及其设备开发、制造的公司约有200多家，其中生产立体车库的公司约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10万以上6。早在1999年时日本就有82%的停车位为机械式7。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。韩国立体车库技术是日本技术的派生8。从20世纪70年代中期开始起步，80年代开始引进日本技术，经过消化生产和本土化，90年代开始进入使用阶段。由于这几个阶段得到了政府的高度重视，各种立体车库得到普遍开发和利用。目前韩国停车设备行业进入稳步发展阶段。在欧洲，以德国和意大利等国家的立体车库发展较好。由于欧洲国家土地资源比较富余，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的应用也很好。德国和意大利等欧洲国家的优势主要在巷道堆垛类产品上9。1.2.2 国内发展现状我国在20世纪80年代初开始研制和使用机械式停车设备。80年代是起步阶段，90年代以来，随着汽车工业和建筑业的发展，尤其是轿车作为消费品进入寻常百姓家后，停车设施的需求加大，立体车库开始逐步推广，已经形成了新兴的停车设备行业。通过技术引进和自主开发，目前已进入消化创新阶段。据2002年的数据，从事停车设备制造的企业数约有100家，其中主机生产企业超过50家10。现有产品种类已经覆盖了行业标准所定的9大类别，可以说已基本上能够满足国内的需求，一些设备也开始出口。而且产品的质量也有很大的提高，尤其是变频调速、激光测距、PLC、IC卡触摸屏等新兴智能控制技术、信息技术、传感器技术在停车设备上的应用，大大提高了产品的高技术含量和现代化水平。1.3 设计内容及结构1.3.1 设计思路和方法本课题为垂直升降式立体车库设计。要求首先对垂直升降式立体车库运行原理和结构进行调查了解，明确设计参数、用功能原理设计的方法完成车库总体方案。然后以车库所存取的车辆为中心展开车库各部分的设计。1.3.2 主要研究内容1.针对垂直升降式立体车库相关的资料进行查阅，了解国内外发展现状及其典型设计的运行原理和结构。然后进行总体结构的设计，选择出最佳设计方案。主要包括车库整体结构、车辆存取、垂直升降方式的选型。叙述方案选择的过程。2.载车台的设计，主要包括回转装置、横移装置、微量升降装置、横移叉梳及与之配套的固定叉梳的设计计算。阐述机构工作原理，设计机构部件的形状尺寸，确定驱动元件型号，对关键的部分校核验算。3.曳引系统的设计，主要包括曳引机、轿厢、对重、钢丝绳、升降导轨、防坠落装置、缓冲器等部分的计算、设计和选型。选择电机、钢丝绳、导轨等零件的规格。确定结构形状尺寸、材料，对齿轮，轴等重要部件进行必要的校核。4.按制图规范要求绘制车库整体图、子系统的装配图和主要零件的零件图，用计算机和手工出图。第2章立体车库总体设计2.1 垂直升降式立体车库概述2.1.1 垂直升降式立体车库工作原理垂直升降式立体车库的运行原理与电梯载人至各楼层的原理相似，车库中间是汽车的垂直运输井道，两侧是沿垂直方向设置的汽车停车泊位，存车时，车辆驶进车库入口，由升降系统将车辆升降到目的层，然后用升降系统上的存取装置把车辆或载车板送进存车室；取车时，由存取装置把指定停车位上的车辆取出装进升降机构，然后由升降系统把车辆升降至车库出口处，司机再把车辆开走，从而完成整个车辆的存取11。2.1.2 垂直升降式立体车库主要结构组成垂直升降式立体车库习惯上称为电梯式立体停车库，亦称为塔式立体车库12。其机械部分一般主要由主框架结构、曳引系统、载车台组成。主框架结构，可以使用传统的钢筋混凝土建造，但一般多用钢架结构，相比土建结构来说具有、无土石污染、低嗓音等优势。钢架结构主要有外结构架、内结构架。外结构架由立柱、横梁、拉撑停车位的搁脚组成；内结构架由立柱、斜撑等组成，并与升降导轨、对重导轨及外结构架联成一体。主框架结构起到支撑曳引系统、载车台等功能结构，以及为停车位提供空间的作用。曳引系统，主要由曳引机、轿厢、对重、钢丝绳、滑轮、升降导轨、安全装置、缓冲器等部分组成。其工作原理是当曳引机启动，带动钢丝绳运动，提升或放下轿厢，而对重则朝向相反方向运动。轿厢和对重分别沿其导轨作运动。防坠落器和缓冲器为曳引提升的过程提供基本的安全保障。载车台，主要包括回转装置，横移装置，搬运器。载车台是安装在曳引系统的轿厢的底层，主要功能是将车辆横移送入或取出停车位。回转台可以在原地将车辆转向或掉头；横移装置能将车辆连同搬运器横移入出停车位。横移存取系统的设计比较多样。根据需要，可以搭配回转台与单向横移装置合用，或只用双向横移装置而取消回转台；搬运器的类型有载车板式、叉梳式，载车板式多采用滑叉进行，而横移叉梳则常常配合微量升降装置使用。2.2 主要设计参数标准JB/T 8713-1998规定，立体车库设计过程依靠以下三个主要参数13：(1) 适停车辆尺寸及重量。对适合在该机械式停车设备中停放的车辆，按其尺寸（GB/T 3730.3 定义的汽车长、车宽、车高)及重量（包括按GB/T 3730.2 定义的整车整备质量加上50 kg物品的重量)，分为X（小)、Z（中)、D（大)、T（特大)、C（超大)五个轿车组和K（客车)一个客车组，共6个组。如表2.1。表2.1 机械式停车设备中停放车辆分类组别代号汽车长车宽车高 (mmmmmm)重量 (kg)X4400175014501300Z4700180014501500D5000185015501700T5300190015502350C5600205015002550K5000185020501850(2) 存容量。对于垂直升降式立体车库，标准推荐值为756辆。(3) 单车最大进（出）时间。对于垂直升降式立体车库，标准亦有参考数据，为45210秒。本车库设定可以在繁华的商业网点、办公大楼或居民小区附近使用，要求能停放一般的微型到中高级轿车，存取时间不大于1分钟。结合标准14定出设计参数表2.2：表2.2 垂直升降立体车库设计参数项目参数车辆尺寸要求T型及以下车辆（车辆尺寸5300mm1900mm1550mm）车辆重量要求重量2350 kg升降速度1.5 m/s层数停车泊位12层每层泊位2存容量24出入口数量1单车最大进（出）时间时间60 s2.3 垂直升降式立体车库功能原理方案设计2.3.1 车库功能原理方案设计要求参照文献15的功能原理方案设计方法，根据本设计的基本设计参数要求和使用情况，明确本设计的功能要求如表2.3。表2.3 垂直升降式立体车库的功能要求项目要求备注功能1.实现立体车库中的机械自动存取车辆基本要求2.存取车辆的尺寸530019001550mm，重量2350kg必达要求3.存取车时间60s必达要求加工4.小批量生产，中小型厂加工基本要求成本5.进行一定的成本控制附加要求结构6.结构简单附加要求使用7.操作方便附加要求2.3.2 功能分析总功能：车辆存取（车辆的运送）。用黑箱法寻找总功能的转化关系，见图2.1，黑箱示意图。车库待存车辆（车库外）待取车辆（车位上）已存车辆（车位上）已取车辆（车库外）图2.1 垂直升降式立体车库的“黑箱”示意图总功能的分解：将总功能逐层分解，使之分为相应的原理解为止，得到图2.2所示的总功能分解结构图。横移总功能（车辆存取）支承和联接垂直升降功能（轿厢的升降）横移存取功能安全功能交换回转图2.2 垂直升降式立体车库的总功能分解结构图2.3.3 功能元求解采用形态学矩阵法对功能元的解进行组合，可得到设计方案的多种解。见表2.4。表2.4 垂直升降式立体车库的功能求解目录表分功能技术物理解12345A支承土建结构钢架结构B升降曳引驱动液压驱动卷筒驱动齿轮齿条驱动螺杆驱动C回转无四联杆机构齿轮驱动液压驱动D横移单向（钢丝滑轮牵引机构）单向（折臂机构）单向（齿轮齿条）双向（两移动副四杆机构）E交换载车板叉梳（液压装置微调）叉梳（螺旋升降器）F安全安全钳、限速器摩擦防坠落装置2.3.4 功能元的组合组合各功能元的解，可得N=254432=960种系统解。从中提取出以下三个比较合理的解作为主要的备选方案。方案1：A2+B1+C3+D4+E3+F2方案2：A2+B1+C1+D4+E1+F1方案3：A2+B1+C4+D1+E2+F12.3.5 评价与决策采用简单评价法。用“+”表示“很好”，用“+”表示“好”，用“-”表示“不好”。评价结果如表2.5。结果表明方案1为较为理想的方案。表2.5 垂直升降式立体车库的功能方案评价表评价准则方案123运行速度高+-运行精度高+成本低+-+结构简单-+操作安全+总计5+4+4+2.4 车库总体布局垂直升降式立体车库总体布局分为以下四个方面的问题：(1)停车位的布置。垂直升降立体车库的车位布置方式分为纵向并列式、纵向串列式和横向并列式。着三类形式如图2.3所示。相比其他两种布置方式，横向并列式易于扩展成为多个立体车库组合的形式，而且兼有结构紧凑、横移行程短的特点。所以本设计选用横向并列式的车位布置。(2)车库出入口相对于地面的位置。根据车库出入口相对于地面的位置，垂直升降立体车库分为下部出入式、中部出入式和上部出入式。下部出入式的车库的车辆出入口设在整个停车位的最下一层，即所有的停车位都在出入口上方；中部出入式的车库的车辆出入口设在整个停车位的中间的某一层，出入通道上下方各有部分停车位；上部出入式的车库的车辆出入口设在整个停车位的最上一层，即所有的停车位都在出入口下方。本设计采用车库出入口下部出入式的布置。这样车库的地坑较浅，建设和拆除方便，同时也避免了深坑的积水问题，且不会对环境带来严重的影响。(1) 纵向并列车位 (2) 横向并列车位 (3) 纵向串列车位图2.3 垂直升降式立体车库的停车位布置形式16(3)曳引系统曳引机的布置。垂直升降式立体车库又可由曳引系统的曳引机布置分为上驱动式、下驱动式。分别是曳引系统的曳引机布置在立体车库顶部或底部的形式。本设计将曳引机设在整个停车库的下部，工作人员易于到达，方便了对立体车库的日常的保养和故障时的维修。(4)进出车口的布置。垂直升降式立体车库对进出车口的布置有两种方案：直通式、折返式。前者是立体车库设有前后两门，能使车辆方便的前门进，后门出；后者是车辆能从一门出入库的形式。由于本设计已采用回转台和双向叉梳的组合，所以适用折返式，可使车辆顺利的出入车库，不用倒车。而在必要时多台立体车库并列组合的情况下也可增设彼此相通的门。2.5 车库的存取车流程由已确定的功能原理方案与车库总体布局规划出垂直升降式立体车库的存取车流程，如图2.4和图2.5所示。车辆驶入车库并开上轿厢内的叉梳若有取车需求信号时，轿厢移动到所取车辆所在层，进行取车动作；若无取车需求信号时，轿厢下降到车辆入口层，螺旋升降器升到初始位置存车过程结束符合限制，车辆驾驶员打卡，控制计算机分配停车位置及记录各种数据回转装置旋转90度后下降一段高度驾驶员下车离开车库，车库门关闭准备入库的车辆驾驶员判断有无车位及车辆是否超过尺寸轿厢提升至指定位置，微量升降装置升起到高位置横移叉梳向车位方向作横向移动横移叉梳横向移动到位，微量升降装置带动移动叉梳下降横移叉梳下降到低位置，车辆放下后横移叉梳作横向返回至轿厢内图2.4 立体车库存车的基本流程图微量升降装置降到初始位置，轿厢下降到最低层面载车台上升至平层后回转装置旋转90度，使车头朝外取车过程结束横移叉梳横向移动到目的车位驾驶员打卡，计算机判断车辆位置并从卡中自动收费横移叉梳作横向移动回轿厢以内车辆开出车库轿厢提升到所取车辆的层位，微量升降装置降到低位置微量升降装置带动横移叉梳抬起车辆驾驶员进入车库，进入车内等候车辆掉转车头图2.5 立体车库取车的基本流程图2.6 本章小结本章首先阐述了垂直升降式立体车库的原理与组成，确定了本次设计的主要参数要求。之后用功能原理设计的方法进行了对垂直升降式立体车库的功能分析和功能元求解、评价决策、并得到最优的总体方案。最后补充总体的布局和基本存取车流程。为下一步进行的详细结构设计做好了充分的准备。第3章载车台的设计3.1 载车台的构成载车台主要实现的为横移存取功能，其完成的动作是三个：回转、横移、交换。回转动作使车辆原地转向、掉头，横移动作使车辆可在载车台上方到停车位上方之间运动，交换动作使车辆进入或退出停车位。这三个动作是由叉梳、微量升降装置、横移装置和回转装置相互协调完成的。首先，设计就由载车台叉梳的设计开始，扩展至载车台的微量升降装置、横移装置，最后是回转装置的设计。载车台结构如图3.1所示。1-横移叉梳 2-微量升降装置 3-行走架 4-摇臂 5-横移导轨 6-回转盘 7-回转传动装置 8-横移动力装置 9-回转支承 10-底架图3.1 载车台结构示意图3.2 叉梳的设计总体设计中已确定了使用双向横移叉梳的方案。在此方案中，固定叉梳悬臂布置，横移叉梳由叉梳下部的横梁支承，在行走架的带动下作双向横移，可与两侧的固定叉梳进行交换动作。在GB 17907-1999机械式停车设备通用安全要求17中，对停车位的长、宽、高做出了明确的规定。宽度方面，规定对用搬运器将汽车送入车位的，为汽车全宽加150 mm。长度方面，规定不小于存放汽车的全长加200 mm。参考T型车辆的尺寸限制长宽高5300mm1900mm1550mm。横移叉梳总长为5560 mm，宽度为2200 mm。尺寸略大于限制尺寸，以避免发生车辆与车库设施的碰撞。图3.2 横移叉梳横移叉梳的叉梳栅格有前后轮之分，前轮叉梳栅格空间为1000mm2200mm，后轮叉梳栅格空间为1440mm2200mm。考虑到轿车车轮直径约为500 mm左右，因而前轮叉梳栅格空间在纵向长度1000 mm可允许一定的车辆停入的位置误差。而后轮叉梳栅格空间在纵向长度相比前轮叉梳栅格空间增大了440 mm，这是考虑到停放的车辆尺寸的多样，参考查到的前后轴间距较大与较小的车辆，前者例如奥迪A8前后轴间距2880 mm，后者例如大众Popo前后轴间距2407 mm，两者相差480 mm。而前轮叉梳有一定的纵向停放余量，所以后轮叉梳栅格空间在纵向长度定为1440 mm。参考专利18，横移叉梳无栅格部分用花纹钢板铺设。以方便车辆出入。结构如图3.2所示。图3.3 固定叉梳如图3.3所示，停车位的固定叉梳的结构与横移叉梳正好相反，横移叉梳的梳叉部分固定叉梳就是空格，横移叉梳的空格部分固定叉梳就是梳叉，而且横移叉梳中间盖花纹钢板的部分固定叉梳是一个完全的大空格。这样才能实现两个叉梳的相错运动。由于固定叉梳与横移叉梳式是相互配合作用的，其设计也是一体的。3.3 微量升降装置的设计微量升降装置安装在横移叉梳之下、行走架之上，采用电机带动螺旋升降器使得横移叉梳相对于行走架产生较小行程的升降动作，与叉梳一起共同作用完成车辆在载车台和停车位之间交换的功能。一共使用4台螺旋升降器，分为两组，分别布置在叉梳的前后两端，每组由一个双轴端输出的电机提供动力，4台螺旋升降器同时作用完成升降动作。结构如图3.4所示。图3.4 横移装置微量升降装置的升降高度是由固定叉梳与横移叉梳的高度为基础确定的。固定叉梳的高度是150 mm，横移叉梳的高度是200 mm，两者相差50 mm。微量升降装置在存车过程中是这样工作的：在横移叉梳横移动作之前，横移叉梳在微量升降装置的作用下其上平面上升到比固定叉梳的上平面高40 mm的高度，保证汽车轮胎和横移叉梳纵梁在横移时不与固定叉梳发生碰撞，然后横移叉梳作横向平移。横移到位后，横移叉梳在微量升降装置的作用下下降80 mm的高度，把汽车停放在固定叉梳上，此时横移叉梳的上平面比固定叉梳的上平面低40 mm，使横移叉梳避开汽车轮胎，然后横移叉梳横移回到载车台上轿厢以内。而取车过程正好相反：在横移叉梳横移动作之前，横移叉梳在微量升降装置的作用下其上平面下降到比固定叉梳的上平面低40 mm的高度，横移叉梳作横向平移到停车位。横移到位后，横移叉梳在微量升降装置的作用下上升80 mm的高度，使汽车停在横移叉梳上，此时横移叉梳的上平面比固定叉梳的上平面高出40 mm，使固定叉梳避开汽车轮胎，然后汽车和横移叉梳一起横移回到载车台上轿厢以内。电机选择方面主要考虑到微量升降装置要求体积小、结构紧凑、且需要频繁启动的特点，选择了ZY系列直流永磁电动机。而且此型还有可以双轴端输出的形式可选，非常符合使用要求。根据功率计算来选择具体的电机型号。最大停车重量为m1=2350 kg，横移叉梳重m2=500 kg，升降速度设为v=0.01 m/s，螺旋升降器传动效率为。则微量升降装置所需总功率为由于使用两台电机共同工作，电机额定功率。因而选择型号为130ZY54的电机。电压220V，转速3000 r/min，电流5.5 A，功率1.0 kW。螺旋升降器选择使用SWL蜗轮螺杆升降器(JB/T 8809-1998)，型号为SWL2.5。螺杆杆端形式为顶板式，以便安装横移叉梳。动力输入选择为单端输入。最大起升力25 kN，蜗轮蜗杆传动比24:1，最大许用功率0.55 kW，总效率14%。螺旋升降器外形如图3.5所示。图3.5 杆端形式为顶板式的螺旋升降器联轴器选择弹性套柱销联轴器(GB/T 4323-1984)，这样可以补偿一定的径向误差，弹性套柱销联轴器型号为LT2。3.4 横移装置的设计横移装置的作用是实现叉梳在载车台上方与停车位的横移动作。主要是通过两移动副四杆机构将动力形式由旋转运功变为直线运动，来推拉行走架。而且由于两移动副四杆机构自身的特点，还可实现到钢丝滑轮牵引机构、折臂机构、齿轮齿条机构无法完成的双向横移功能。双向横移功能的优点在于存取车的过程中，无需回到底层转向就可以在存放完成一辆汽车后，从井道另一侧车位取出车辆，减少了因为掉头所消耗的升降及回转的时间，提高了车库的运行效率。3.4.1 四杆机构的设计两移动副四杆机构的实现方案有两种：1.正弦机构；2.正切机构。如图3.6所示。(a) 正弦机构(b) 正切机构图3.6 两移动副四杆机构的实现方案两者均可实现双向横移功能，但比较来看后者更有优势：(1)受力方面：在摇臂将行走架向左右推出时，若摇臂力矩相等，则由于正切机构的力臂较短使得行走架受推出力较正弦机构大，横移初始加速度可以更大一些。(2)运动平稳性方面：正弦机构对行走架推出力的作用点是在行走架的中轴线的一半上变化的；而正切机构对行走架推出力的作用点始终在行走架的中点处，这样就与行走架的重心重合，避免产生行走架自身的转动趋向所引发的横移时的不平稳和震颤。(3)结构布置方面：正弦机构摇臂回转中心与载车台中心的距离需要比较大才能使对行走架推出力的作用点靠近行走架的中点处，而正弦机构摇臂回转中心正是横移装置的动力装置所在，这样布置的结果会使载车台体积庞大、结构繁杂。相反，正切机构摇臂回转中心与载车台中心的距离可以较小，易于进行紧凑的结构设计。(4)正切机构方案中行走架可以单独回转，即行走架绕其中心回转时，摇臂可以静止不动而不发生干涉。因此摇臂及其动力部分就不必安装在回转盘上一起回转，而可直接安装在载车台的底架上。综上所述，选择正切机构来设计完成横移动作。横移装置主要是由行走架部分和摇臂及其动力部分组成的。下面是对两部分进行的单独的设计。3.4.2 行走架部分的设计行走架部分之上安装着微量升降装置，需要给微量升降装置留出安装的位置；另一方面，而行走架部分是在回转盘预置的导轨上横移行走的，因此需要加设可与导轨相配的导轮；而且行走架还必须给摇臂摆动留出空间，保证不与摇臂发生干涉碰撞。其结构如图3.7所示。图3.7 行走架每组微量升降装置都安装在由槽钢、H形钢和方形空心钢从两端用钢板焊在一起的小框架上。小框架的方形空心钢一侧向外，安装着用于横移行走的滚轮。两个小框架又通过两根方形空心钢作的纵梁焊接成一体。纵梁的间距恰小于叉梳纵梁的间距，两者可以在同一平面内错开来避免干涉。而纵梁布置在小框架上一平面内刚好可空出摇臂摆动的空间。行走架中央处焊接的横梁作用是安装在摇臂导槽内滑动的销轴。为了减小销轴与摇臂导槽的摩擦，也将滚轮应用到此处。图3.8 滚轮滚轮主要是由轮轴、轴承、轮圈三部分组成。选用两个角接触球轴承7007C对顶布置，内圈由垫圈螺钉固定，外圈由轮圈孔端和弹性挡圈固定，避免轴承或轮圈因松动而滑脱。滚轮结构如图3.8所示。3.4.3 摇臂及其动力部分的设计摇臂直接采用热轧槽钢加工而成，槽钢牌号为12.6，总长2750 mm。用法兰盘安装在传动装置的输出轴上。安装结构如图3.9所示。图3.9 摇臂安装结构横移叉梳宽2200 mm，载车台与固定叉梳间隔30 mm，则需将叉梳推出距离为。而摇臂回转中心与叉梳中心间距，当摇臂将横移叉梳推出至最大位移时，其转过角度，有效摇臂长度。图3.10 横移装置工作示意图摇臂所需最大力矩出现在将静止的车辆从停车位上方开始横移回到载车台的时刻。此时受力情况如图3.11所示。车辆及横移叉梳横移所需的力为F，销轴所承受的力为F0，摇臂所传递的转矩为M。图3.11 摇臂受力示意图车辆及横移叉梳横移时克服的主要是滚轮的滚动摩擦力，则车辆及横移叉梳横移所需的力为 (3.1)车和横移叉梳的重力球轴承承受径向载荷时的滚动摩擦因数轮与导轨滚动时的滚动摩擦因数（钢与钢）则销轴所承受的力为摇臂所传递的转矩为设需要4 s以内转到位，则等效的转速则横移装置所需总功率为电机选用YR系列三相异步电机，型号为YR160M-8，额定功率为4.0 kW，同步转速为750 r/min，额定转速715 r/min横移装置动力部分采用齿轮蜗杆传动装置，这样可以达到较高的减速比，以输出较大的力矩，而且整个传动装置结构也十分紧凑，适用于此处。总传动比而电机额定转速则总传动比又，i1为蜗轮蜗杆传动比，i2为圆柱齿轮传动比。先设计蜗轮蜗杆传动部分，确定传动比后再设计圆柱齿轮传动部分。1、蜗轮蜗杆传动部分的设计选择普通圆柱蜗杆传动，具体形式为GB/T 10085-1988推荐采用的ZI渐开线蜗杆。具体设计参照文献19。蜗杆材料采用45号钢淬火处理，硬度为4055 HRC，这样可以提高表面硬度，增加耐磨性。而蜗轮材料选用减摩性好的ZCuAl10Fe3铸造铝青铜，金属模铸造，为了防止变形，对蜗轮进行时效处理。初选蜗轮蜗杆的基本参数如下：中心距a=315 mm，模数m=10 mm，蜗杆分度圆直径d1=90 mm，传动比i1=53，蜗轮齿数z2=53，蜗杆头数z1=1，变位系数x2=+0.500 mm，蜗轮分度圆直径d2=530 mm。分度圆导程角，直径系数，由于是ZI渐开线蜗杆，法向压力角。(1) 校核蜗轮的接触疲劳强度蜗轮圆周处的滑动速度： (3.2)蜗杆圆周速度v1，蜗轮圆周速度v2，而，则滑动速度，查得蜗轮的许用接触应力。确定弹性影响系数ZE，因选用铸造铝青铜与钢制蜗杆相配，故；确定接触系数Z，蜗杆分度圆直径d1和传动中心距a的比值，查得。确定载荷系数K，由于载荷性质为不均匀、小冲击且启动载荷较大，使用系数；载荷有中等冲击、变化较大，齿向载荷分布系数；蜗轮圆周速度，动载系数，则蜗轮齿面的接触应力接触疲劳强度满足。(2) 校核齿根弯曲疲劳强度由于z290，则不易出现因弯曲强度不足而失效的情况，但仍需进行齿根弯曲疲劳强度的校核计算，以避免因重载而使运动平稳性不足。应有蜗轮的齿根弯曲应力 (3.3)当量齿数 根据变位系数x2=+0.500 mm，当量齿数查得齿形系数螺旋角系数 ZCuAl10Fe3制造的铸造铝青铜基本许用弯曲应力应力循环次数寿命系数则许用弯曲应力 而蜗轮的齿根弯曲应力 满足弯曲强度要求。蜗轮结构采用齿圈式，由青铜齿圈及铸铁轮芯所组成，如图3.12所示。齿圈与轮芯采用H7/r6配合，加装4个螺钉拧紧后将头部锯掉，以增强联接的可靠性。图3.12 蜗轮结构2、高速级斜齿圆柱齿轮传动选择小齿轮材料40Cr，调质处理，硬度241286 HBS；大齿轮材料ZG35CrMo，调质处理，硬度190240 HBS，精度8级。圆柱齿轮传动比。取z1=30，则，。(1) 按齿面接触强度设计 (3.4)确定各参数数值初选载荷系数Kt=1.5，齿宽系数d=1.0；弹性系数，节点区域系数；查得，则；接触疲劳强度，；大齿轮转速；小齿轮转速；大齿轮的应力循环次数：小齿轮的应力循环次数：查得接触疲劳寿命系数，取安全系数SH=1，得到许用接触应力：确定传动尺寸得动载荷系数 Kv=1.14；使用系数KA=1.25（原动机均匀平稳，工作机轻微冲击）；齿间载荷分布系数K=1.2（假设）；齿向载荷分布系数K=1.07；故载荷系数；修正d1，即；确定模数取。确定中心距中心距圆整为165 mm。修正，与初选值相差不大，不需修正。 由，取，。(2) 校核齿根弯曲疲劳强度由，查得，；由，查得，。纵向重合度：螺旋角系数 ；查得，；弯曲疲劳强度极限为，；取SF=1.25，得到 弯曲强度足够。验算，合适。3、齿轮蜗杆传动装置的支承蜗轮轴两端用一对圆锥滚子轴承33118对顶支承。蜗杆采用一端固定支承，一端游动支承的方式，以适应由于温度变化而使蜗杆发生伸缩的要求。即固定支承端用套杯固定安装一对圆锥滚子轴承30312的外圈，并用圆螺母将轴承内圈与轴锁紧，这一端就不可在轴向移动。而蜗杆的另一端仅仅在轴上固定深沟球轴承的内圈，外圈不固定，则蜗杆的这一端就可以与此轴承一起在孔内轴向游动。大齿轮直接安装在蜗杆一端伸出的轴颈上，也用圆螺母锁紧。齿轮轴两端用一对圆锥滚子轴承32209对顶支承。横移动力装置结构如3.13所示。图3.13 横移动力装置3.5 回转装置的设计回转装置的作用是实现车辆入出车库的原地掉头。主要是由回转盘，传动装置和底架组成。传动装置通过带外齿圈的回转支承将动力传递到回转盘上，带动回转盘旋转，而底架则主要起到支撑和连接的作用。设计也分这三部分展开3.5.1 回转盘的设计回转盘是回转运动的执行部件，结构如图3.14所示。其上部承载着行走架、叉梳以及所搬运的汽车，而下部安装在回转支承的外圈上，可以相对于回转支承的内圈作旋转运动，所以回转盘的设计同时要考虑上下相关部件的安装。图3.14 回转盘回转盘的两端伸出部分与普通状态下的横移叉梳等高，而且外轮廓做成弧形，上表面铺设钢板，可以使汽车顺利进入横移叉梳上。为了保证强度还加焊了倾斜的加强支撑。回转盘上还安装有与行走架滚轮相配的导轨，结构如图3.15所示。导轨是用热轧T型钢TW50100加工而成的。导轨是用螺栓从不行走滚轮一侧连接在下面用热轧H型钢HW100100做成的横梁上的，这样导轨受到良好的支承，受力变形也相应减少。图3.15 回转盘的导轨安装回转盘中心焊接了一整块中部挖出大圆孔的钢板，其作用是便于安装回转支承的外圈，所以大圆孔的周围还开有小的螺栓孔。挖出大圆孔的目的是为了给横移装置从其中间穿过留出足够的空间。回转支承选用单排四点接触球式回转支承（JB/T 2300-1999），由内外两个座圈组成，结构紧凑、重量轻、钢球与圆弧轨道四点接触，能同时承受轴向力、径向力和倾覆力矩，结构如图3.16所示。选择具体型号为011.35.1800.11，传动形式为渐开线圆柱齿轮外啮合小模数，安装形式为标准型有止口、内外圈均为螺纹孔。图3.16 回转支承3.5.2 传动装置的设计回转盘及其上面所承载的汽车及叉梳回转时可简化为矩形块绕其中心轴转动，如图3.17所示。所以其转动惯量。取矩形块长b=5.0 m，宽a=2.0 m，总重m=4000 kg。则。图3.17 回转体简化模型确定回转装置回转90o用时3s，则回转所用平均角速度假设回转角速度按图3.18中所示变化，则角加速度。则传动装置应提供给回转盘的力矩为图3.18 角速度变化曲线图所需功率 (3.5)其中，开式的齿轮齿圈传动效率；蜗轮蜗杆的传动效率；联轴器的传动效率；则功率为。电机选用YR系列三相异步电机，型号为YR160M-8，同横移装置部分，额定功率为4.0 kW，同步转速为750 r/min，额定转速715 r/min。而电机额定转速，则总传动比。又，i1为齿轮齿圈传动比，i2为蜗轮蜗杆传动比。1、齿轮齿圈传动部分设计已选单排四点接触球式回转支承，具体型号为011.35.1800.11，其外齿参数为齿数，模数，变位系数x= +0.5，齿宽b= 90mm。将齿轮齿圈传动比i1定为3.5，则小齿轮齿数，取整之后，则分度圆直径，齿宽b=96 mm，齿顶圆的直径，而相应的齿根圆直径。小齿轮采用辐板式结构，结构如图3.19所示图3.19 小齿轮2、蜗轮蜗杆传动部分蜗轮蜗杆传动比。与横移部分的蜗轮蜗杆相同选择普通圆柱蜗杆传动，具体形式为GB/T 10085-1988推荐采用的ZI渐开线蜗杆。蜗杆材料采用45号钢淬火处理，硬度为4055HRC，以提高表面硬度，增加耐磨性。而蜗轮材料选用减摩性好的ZCuAl10Fe3铸造铝青铜，金属铸造，为了防止变形，须对蜗轮进行时效处理。选蜗轮蜗杆的基本参数如下：中心距a =315 mm，模数m=12.5 mm，蜗杆分度圆直径d1 =112 mm，传动比i1 =41，蜗轮齿数z2 =41，蜗杆头数z1 =1，变位系数x2 =+0.22 mm，蜗轮分度圆直径d2 =512.5 mm。分度圆导程角，直径系数。图3.20 回转部分蜗轮蜗杆传动装置由于是ZI渐开线蜗杆，法向压力角，校核的过程与横移装置处类似，校核发现其强度足够，此处不再赘述。蜗轮蜗杆传动装置部分结构如图3.20所示。3.5.3 底架的设计底架承载着全部载车台的重量，内部安装着横移部分和回转部分的传动装置，还作为轿底与轿厢立柱相连，所以将其做成框架结构以增加其受力的能力，结构如图3.21所示。图3.21 底架主视图底架上部焊接了一块与回转盘类似的带圆孔钢板，也是用作与回转支承相连，通过它将回转支承的内圈固定在底架上。底架下部的槽钢是用于安装横移部分和回转部分的传动装置的，其尺寸来源于传动装置的布局。底架的最底层的槽钢是用于与曳引系统中的缓冲器相接触的，其两端通过钢板焊接在底架下部。图3.22 底架侧视图如图3.22所示，底架侧视图所示底架的两端立柱处还留有与轿厢立柱连接所用的螺栓孔，以便组装连接。3.6 本章小结本章主要阐述了载车台的设计过程，包括有叉梳、微量升降装置、横移装置和回转装置四部分的分解设计，其中有四杆机构、蜗轮蜗杆传动、齿轮传动的计算，型钢焊接结构的设计。由于各层之间上下相连，连接的设计比较多。总体上来看很好的达到了在满足使用要求的前提下，尽量使载车台结构紧凑、传动合理的目的。第4章曳引系统的设计4.1 曳引系统概述曳引系统在垂直升降式立体车库中负责将载车台及存入的车辆提升到指定的层位，或者将出库的车辆及载车台带到地面。它对安全要求有很高的要求，以免出现事故而造成车辆或者人员损失。同时，曳引系统的设计还决定垂直升降式立体停车设备的整个运行速度，并对车库的钢结构的受力情况也构成影响。所以曳引系统的设计对立体车库而言显得至关重要总体方案设计中已确定采用曳引机下置驱动与摩擦防坠落装置结合的方案。所以钢丝绳和防坠落安全装置整合在曳引机部分中一起设计；而由于关联紧密，轿厢、对重、升降导轨、导靴、缓冲器放在一起进行设计。4.2 曳引机的设计确定曳引系统的初始参数：额定载重（最大载重m=2350 kg在允许的125%过载范围内）；额定速度 ；轿厢自重 ；提升高度 ；曳引比(钢丝绳倍率) ；平衡系数 （经常工作于重载情况）；对重重量 。4.2.1 钢丝绳及其端接装置选用钢丝绳数n=6。由于钢丝绳会受到多种附加力的影响，如钢丝绳经过曳引轮及导向轮产生的弯曲应力、制造时产生的初始内应力、电梯加减速过程中的惯性力以及由于钢丝绳载荷分配不均匀的影响等，故应取较大的安全系数，我国标准GB7588-2003中规定：对三绳或三绳以上的曳引驱动应有20。取安全系数。按照单根钢丝绳的最小破断载荷要求来计算选择钢丝绳型号21。单根钢丝绳的最小破断载荷：选择钢丝绳GB/T 8918-1996，型号为，其公称直径为16 mm，公称抗拉强度1770 MPa，最小破断载荷为150 kN。截面形状如图4.1。图4.1 钢丝绳截面形状在设计方案中确定了曳引比，钢丝绳的两端均固定在钢架结构的上梁上。钢丝绳端接装置的形式主要有：铰接锥套、整体式锥套、螺纹连接式锥套、自锁楔型和绳夹型22。图4.2 整体式锥套式端接装置整体式锥套结构简单，锻造后加工成型，零件数量少而被广泛使用，所以选择整体式锥套做为端接装置，外形如图4.2。锥套用35号钢锻造加工。而钢丝绳与锥套的连接用巴氏合金浇灌法在电梯安装现场完成。钢丝绳的端接装置应有利于钢丝绳张力的调节，至少有一端的端接装置是可调的。端接装置的均衡调节，通常采用压缩弹簧的形式。均衡调节装置除可调节各钢丝绳的张力外，还有一定的缓冲和减震作用。4.2.2 曳引能力的计算对系统的曳引能力必须进行计算，以保证曳引系统在任何条件下都能够有足够的曳引力。曳引轮受力如图4.3所示。曳引力的计算公式一般采用柔性体对刚性体的摩擦关系式，即著名的欧拉公式。图4.3曳引轮受力图绳槽的形式常见的有三种：半圆槽、V形槽与带切口的半圆槽，其形状如图4.4所示。其他条件相同的情况下，钢丝绳在不同的绳槽内会受到不同的比压，获得不同的摩擦力。比压将影响钢丝绳的磨损，而摩擦力则直接产生曳引力。绳槽的选择极大的影响着曳引系统的曳引能力。(a)半圆形绳槽 (b)V形绳槽 (c)带切口的半圆形绳槽图4.4 绳槽形状当曳引轮绳槽为半圆形时，钢丝绳几乎有半个圆周接触在槽面上，其接触面大，使用寿命较长，但摩擦力小，使得曳引力也小；当曳引轮绳槽为V形时，有较大的摩擦力(减小V形槽的角度，就会增加摩擦力)而得到较大的曳引力。但在运转时磨损较大，同时也使得槽形因磨损而变形；带切口的半圆槽将槽做成圆弧状，同时底部开有一个切口。这样不仅摩擦力大，而且可使得钢丝绳在槽内运行自如，有接触面大、使用寿命长的优点，能获得较大的曳引力。选用带切口的半圆槽，切口角，定曳引轮的节圆直径。图4.5 带切口的半圆绳槽槽形钢丝绳线速度 ；最大许用比压 ；假设钢丝绳在曳引轮上的包角 ；算出最不利的两种工作状况下的静张力比：(1)轿厢位于最底层且载有125%的额定载荷时(2)空载轿厢位于最高层时为使曳引系统在工作状况下不打滑，就必须满足条件 (4.1)设轿厢转动减速度 ，与轿厢加减速度及电梯特殊情况有关的系数，与绳槽形状因磨损而发生改变有关的系数C2=1.0（切口槽）得到满足曳引条件时的最小摩擦系数：摩擦系数，接触角。带切口半圆槽的摩擦系数：曳引条件满足。验算切口槽边缘的最大比压：比压也满足许用条件。4.2.3 曳引电机的选择在车库运行过程中，曳引电机需频繁的起动、制动、正转、反转，而且负荷变化大，经常工作在重点短时状态、电动状态、制动状态下，对电机要求较高。曳引电机是先通过在静功率条件下进行容量计算，然后用分析验算启动转矩与额定转矩的比值来判断选择的电机容量是否合适。1、计算启起动转矩最大不平衡重量。考虑到导向轮、反向绳轮及导轨与导靴的摩擦阻力和钢丝绳的僵性阻力，设效率为85%。故负载转矩：摩擦转矩： (4.2)其中，摩擦系数，轴承处直径，加在轴承上的载荷。则摩擦转矩 。最大加速转矩： (4.3)设轿厢的最大启动加速度为0.4 m/s2，则曳引轮圆周处最大的切向加速度为0.8 m/s2，则曳引轮的角加速度 。直线运动总质量 ；对应的转动惯量为 ；设旋转体运动部分的总转动惯量为 480 kg/s2；对应的转动惯量为 ；则总转动惯量 ；得到最大加速转矩为 。启起动转矩：2、电机容量计算计算静功率 (4.4)设曳引机的传动总效率，则选用YD系列变极多速三相异步电动机。该类电机具有可随负载性质的要求而有级地变化转速，从而达到功率的合理匹配和简化多速系统的特点。具有效率高、节能、起动转矩大、性能好、噪声低振动小等优点。广泛应用于机床、矿山、冶金、纺织、印染、化工、农机、建筑等机械的拖动。电机型号为YD280M-8 (JB/T 7127-1993)，额定功率22 kW，转速750 r/min，额定转矩为。中间传动装置提供的减速比 ；输出的额定转矩 ； 则启动转矩与额定转矩的比值 ，而YD280M-8电机最大转矩与额定转矩之比为1.7，因此该选择已足够。4.2.4 曳引机的传动装置设计曳引机根据拖动装置的动力有无经过中间的减速箱传递到曳引轮上而分为有齿轮曳引机和无齿轮曳引机。后者的电动机电枢同制动轮和曳引轮同轴线相连，一般以直流电机为动力。由于没有减速箱为中间环节，它具有传动效率高、噪声小、传动平稳等优点；但存在能耗大、造价高、维修不便等缺点。目前一般用在高速电梯上。有齿轮曳引机通常采用蜗轮蜗杆传动的方式。蜗轮蜗杆传动的方式主要优点有：传动平稳，运行噪声低；结构紧凑，外形尺寸小；传动件少，减少了维修和更换零件的次数；具有较好的抗冲击载荷特性。本设计选择蜗轮蜗杆传动形式。采用普通圆柱蜗杆传动，蜗杆形式为GB/T 10085-1988推荐采用的ZI型。蜗杆材料采用40Cr调质，硬度260-290 HBW，高频表面淬火硬度45-50 HRC。这样可以提高表面硬度，增加耐磨性。而蜗轮材料选用减摩性好，而且适用于滑动速度较高情况的ZCuSn10P3铸锡磷青铜，金属模铸造，并对蜗轮进行时效处理。中心距a=400 mm，模数m=20 mm，蜗杆分度圆直径d1=160 mm，传动比i1=7.75，蜗轮齿数z2=31，蜗杆头数z1=4，变位系数x2=+0.500 mm，蜗轮分度圆直径d2=620 mm。分度圆导程角。其校核与载车台横移部分类似，强度足够，不再赘述。电机与蜗轮蜗杆传动装置之间还设有机电式制动器，当主电路断电或控制电路断电时，制动器动作将曳引系统强行停止。曳引机种最常用的是电磁制动器。它由一组弹簧、带制动衬垫的转动轴瓦、制动臂以及电磁铁组成。当线圈通电时，制动器松闸；当电磁线圈失电时，制动轴瓦靠弹簧压紧于制动轮而产生制动力矩。选择LTZ型带制动轮型联轴器（GB/T 4323-1984），型号为LTZ6，结构如图4.6所示，公称转矩，许用转速。图4.6 LTZ型带制动轮的联轴器选择电磁块式制动器MW400-1250，外形如图4.7所示，制动转矩。由于制动器布置在高速轴处，所需制动力矩，满足使用要求。图4.7 电磁块式制动器4.2.5 防坠落安全装置的设计防坠落安全装置主要是针对轿厢失控超速运行的情况而采取的安全对策。通常，防坠落安全装置所指的就是限速器、安全钳。其作用原理是当提升系统的升降速度达到限定值的时候，限速器发出信号切断电源，同时以机械动作带动安全钳。安全钳将提升轿厢或对重强行制停在导轨上。限速器、安全钳结构复杂，成本高，而且两者必须联合动作才能起作用。本设计参考了建元电梯的提升和防坠落一体的升降机23专利对防坠落安全装置进行了设计。根据电梯曳引驱动实践证明断绳的可能性已小到能够不计的程度，防坠落的职能转到了因摩擦力不够而发生的滑速加速坠落方面24。在曳引轮旁，设左右两个导轮，让钢丝绳对它们有一定的绕角，结构如图4.8所示。速度检测装置检测到曳引轮超速信号时，控制制动机构制动这两个平时为自由状态的导轮成为阻尼轮，使钢丝绳上得到新的摩擦力去制停住轿厢。结构中采用了棘爪式制动机构，取消了安全钳。将摩擦驱动和防坠落组合为一体，解决了立体车库曳引系统的坠落问题。图4.8 防坠落装置示意图1、棘轮与棘爪的设计参照机械设计手册25进行棘轮与棘爪的设计。本设计中的棘轮棘爪结构如图4.9所示。棘轮与棘爪作用时承受的扭矩为负载转矩与摩擦转矩之差：图4.9棘轮棘爪棘轮材料选为45号钢调质处理。许用弯曲应力，许用单位线压力，取齿宽系数。初取齿数，按齿受压进行计算模数取模数 ，齿数 ；齿根高 ；周节 。图4.5 棘爪受力示意图棘爪设计为直头式，受力如图4.10所示，按受偏心压缩来进行强度计算弯曲应力 (4.5)棘爪材料采用45号钢，则许用弯曲应力；圆周力；棘爪宽度 ，危险断面的厚度 ，偏心距mm，棘爪危险断面的截面模量。弯矩；棘爪危险断面面积；弯曲应力。2、棘爪轴校核棘爪轴部分受力如图4.11所示，取。则棘爪固定部分的轴颈：而棘爪轴的，强度满足。图4.11 棘爪轴受力示意图由于棘爪设计在轴两侧近似对称，不平衡力矩很小，电磁铁仅需要很小的力就可完成对棘爪的摆动动作。电磁铁选用MQ3交流电磁铁，外形如图4.12所示。型号为MQ3-24.5。额定吸力24.5 N，额定行程20 mm，每小时额定操作次数600，机械寿命为。图4.12 MQ3电磁铁由于防坠落设计中将曳引轮和棘轮，导轮和棘轮固接在一起，所以曳引轮和棘轮，导轮和棘轮的结构可以设计为一体。曳引轮和导轮的结构采用轮圈与轮芯之间用铰制孔螺栓联接的方式；而棘轮则制造成轮圈的形式，也用铰制孔螺栓与曳引轮和导轮的轮芯相联接。曳引轮的绳槽形状的设计如前文所述，而导轮不产生曳引力，其绳槽形状则简化为半圆槽。导轮的节圆直径d=600 mm。为了保证钢丝绳运行过程中不会脱出绳槽，设计采用了较深的绳槽形式，并设有侧翼。结构如图4.13所示。图4.13 导轮（棘轮）结构4.3 其他部件的设计与选用4.3.1 导轨和导靴的选择升降导轨的主要作用是为轿厢和对重在垂直方向运动时导向，限制轿厢和对重在水平方向的移动，还能防止由于轿厢的偏载而产生的倾斜。在电梯中大量使用的是T形导轨，其截面形状如图4.14所示。这种导轨通用性强，且具有良好的抗弯性及可加工性。选用杭州远球金属制造有限公司生产的T形导轨作为本次设计的升降导轨，具体型号选为T90/A。材料为Q235，抗拉强度370-520 MPa，延伸率24%26。图4.6 T形导轨导靴起到将轿厢或对重与约束在导轨上的作用，轿厢导靴一般安装在轿厢上梁上部和底座下部，对重导靴安装在对重架的上部和底部。导靴常用的有滑动导靴和滚动导靴，前者又可分为刚性滑动导靴和弹性滑动导靴。弹性滑动导靴由于靴头是浮动的，在弹簧作用下靴衬始终压贴在导轨面上，因此轿厢在运行过程中具有一定的吸震性。适用于提升速度在2.0m/s以下的曳引系统中。因而采用弹性滑动导靴的形式。选择由山东省宁津龙翔机械制造有限公司生产的弹性滑动导靴产品，外形如图4.15所示。型号为90的可与T90/A导轨相配。图4.7 弹性滑动导靴4.3.2 轿厢和对重的设计轿厢起支撑作用，由于载车台的设计中已将载车台的底架作为轿厢的轿底，此处轿厢设计只包含轿厢的立柱和顶架，结构如图4.16所示。一般，曳引比i=1的曳引系统中无动滑轮，即轿厢上无导轮，直接与钢丝绳相连；曳引比i=2的情况下轿厢至少设置一个导轮。图4.8 轿厢轿厢由型钢焊接而成，顶部纵梁用两根型号为32b热轧槽钢32b背靠背做成，靠近两端处安装导轮用于曳引提升；立柱共有4根，每根立柱都是用两根型号为10的热轧等边角钢做成，下端与载车台底架用螺栓相连，上端和横梁焊接后，与纵梁焊接为一体。轿厢的八个角点处，还留有用于安装导靴的位置。对重的功能是保证曳钢丝与曳引轮之间产生摩擦力，与轿厢保持平衡，共同作用，在曳引轮上产生整个曳引系统的曳引力。这样可以在系统运行时，降低传动装置的功率消耗。所以在曳引系统中，不配上对重就不能运行。虽然对重起到平衡轿厢重量的作用，但是这种平衡只是相对和变化的。对重的质量匹配将直接影响到曳引力和传动功率。对重包括对重架和对重块。对重架用型钢和钢板焊接而成，上部安装导轮，下部制成双栏结构，以供对重块放置，四个角上安装导靴。对重块由铸铁制造，对重块的安装还需有压板从上方压紧，使其不出现松动。结构如图4.17所示。图4.9 对重4.3.3 缓冲器的选型缓冲器是曳引系统的极限位置的安全装置。当电梯超越底层或顶层时，轿厢或对重撞击缓冲器，由缓冲器吸收消耗冲击的能量，将碰撞加速度和碰撞力控制在安全范围内，从而使轿厢或对重安全减速直至停止。按结构形式，缓冲器可以分为弹簧缓冲器和油压缓冲器。油压缓冲器可适用于额定速度大于1 m/s的电梯。而且由于油压缓冲器是以消耗能量的方式实行缓冲的，所以没有回弹现象，缓冲平稳，同时耗能型缓冲器的缓冲行程大约是蓄能型缓冲器的一半。选用油压缓冲器，选型依据是计算出的缓冲行程。缓冲过程中能量守恒，则有 (4.6)额定速度 ；撞击时轿厢速度 ；而轿厢撞击缓冲器至最大行程的载荷：（假设轿厢最大减速度不大于3g）则缓冲行程 。选用新乡市鼎力起重机械有限公司产的HYG30-150型法兰式高频系列液压缓冲器，其缓冲行程为150 mm，容量为，缓冲力200 kN。外形如图4.18所示。缓冲器都安装在底坑里。缓冲器需要装三个，两个正对着提升轿厢，一个正对着对重，三个缓冲器的规格一致。图4.10 法兰式高频系列液压缓冲器4.4 本章小结本章完成了曳引系统的设计。包括曳引机的设计，轿厢、导轨及其他部件的设计和选型。前者的设计重点在如何达到足够的曳引能力并满足车库垂直升降的要求；后者是整体的协调和配合。过程中参考借鉴了电梯技术和相关的专利来进行设计。第5章关键零件的校核5.1 固定叉梳的校核固定叉梳悬臂布置，强度问题比较突出。所以在载车台部分已确定了移动叉梳式的外形的情况下，首先来校核固定叉梳。其受力如图5.1所示。图5.1 固定叉梳受力车库存放的车辆最大重量为2350 kg，假设车辆的前后轮载荷分配为6:4，前轮所在的梳叉的受力较大，前轮的重量由两个梳叉承担，每根梳叉的受力情况见图，整个梳叉为典型的悬臂梁结构，左右车轮对梳叉的压力分别为。因此可简化为F3=6909 N，AC=1100 mm。选用结构用冷弯矩形空心钢GB/T 6782-2002，尺寸为A=150 mm，B=100 mm，t=8 mm，Iz=1039.101 cm4。图5.2 结构用冷弯矩形空心钢截面1、固定叉梳弯曲强度校核由材料力学27知，弯曲强度校核应满足 (5.1)其中，惯性矩，最大弯矩。则最大弯曲应力 。所用型钢材料为Q235，又许用弯曲应力，安全系数n=1.40，则。弯曲强度满足。2、固定叉梳挠度计算在叉梳E点将出现最大挠度。将载荷F1、F2在E点共同引起的位移视为F1、F2为单独作用下的产生位移的叠加，即 (5.2) (5.3) (5.3)惯性矩，弹性模量，l=2.2 m，AB=0.3 m，AD=1.9 m。根据刚性要求最大挠度，则此时总挠度亦满足挠度要求。横移叉梳栅格所用的钢材也相应选用冷弯矩形空心钢，尺寸参数为A=200 mm，B=100 mm，t=4 mm，Ix=1200 cm4。5.2 回转支承的校核回转支承已选型为单排四点接触球式回转支承011.35.1800.11，其校核主要是考虑在使用过程中，一般要承受轴向力Fa、径向力Fr以及倾覆力矩M的共同作用，对不同的应用场合，由于主机的工作方式及结构形式不同，上述三种荷载的作用组合情况将有所变化，有时可能是两种载荷的共同作用，有时也有可能仅仅是一个载荷的单独作用。通过计算来得到回转支承受到的当量轴向力和当量倾覆力矩，并以之为依据，查回转支承承载能力曲线图，判断是否满足承载能力的要求通常，回转支承的安装方式有座式安装、悬挂式安装这两种形式。本设计中选择座式安装的形式。座式安装的回转支承受力如图5.3所示。图5.3 回转支承座式安装的受力单排四点接触球式回转支承的选型计算分别按承载角45和60两种情况进行。两种情况中只要有任意一点在回转支承承载能力曲线图的曲线以下时，就说明所选回转支承达到了承载能力要求。按承载角时进行计算。总轴向力；总倾覆力矩；力矩平面内作用的总径向力；对于连续运转的工作台，回转支承静载工况下的安全系数为。则当量轴向力：当量倾覆力矩：图5.4 12号回转支承承载能力曲线图28查机械设计手册中单排四点接触球式回转支承011.35.1800.11所对应的承载能力曲线图，如图5.4所示，结果满足承载能力的要求。5.3 曳引轮轴的校核曳引轮轴是曳引机中受力较大的轴之一，有必要对曳引轮轴进行强度的校核。轴的结构如图5.5所示。图5.5 曳引轮轴结构曳引轮轴的材料为45号钢，调质处理，查得。曳引轮轴受载荷如图5.6所示。其中参数的值如下：，；，；，；合成弯矩 。按弯扭合成应力校核轴的强度。做出弯矩图，由轴的结构图以及弯矩扭矩图可判断出，安装曳引轮的轴颈处截面为轴的危险截面。校核危险截面
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