【《适用于狭窄空间的升降横移式立体车库设计》15000字（论文）】

适用于狭窄空间的升降横移式立体车库设计摘要本文所设计的升降横移式立体车库能够很好的适用于狭窄空间中，车库占地面积较小，成本较低。文章中系统的介绍了车库的具体结构以及近些年发展状况；对车库的传动系统的设计做出了说明，以及一些结构设计和控制系统的简单简述，对一些重要零部件进行选型以及校核。车库配置灵活，成本较低，控制方便。最后在SolidWorks中生成简易立体车库存取机构的装配、关键零部件的二维图。关键词：立体；车库；升降横移；SolidWorks；目录TOC\o"1-3"\h\u第一章绪论 11.1选题背景 11.2课题研究目的与意义 21.3立体车库国内外研究现状 31.4本文研究内容 4第二章立体车库系统的比较与选择 52.1立体车库的分类及特点 52.2移动方案的确定 72.3横移方式及相关驱动的确定 82.3.1载车容器的选择 82.3.2相关驱动的选择 82.3.3移动方式的确定 92.3.4电机放置位置 92.4托盘提升系统的比较和选择 92.4.1提升方式的比较与选择 92.4.2链条设计时注意要点 10第三章立体车库的结构 113.1托盘的选择与设计 113.2导轨的设计 123.3框架的设计 123.3.1框架主体材料的选择及优点 133.3.2钢结构的强度校核 14第四章横移传动系统的设计 164.1横移机构原理 164.2电机的选择 164.2.1电机的分类 164.2.2横移电机的计算选择 164.3链传动的相关设计 174.4联轴器与键的计算选择 194.4.1联轴器的选择 194.4.2键的强度校核 204.5轴承的选择与寿命计算 20第五章升降传动系统的设计 225.1升降机构的工作原理 225.2升降电机的计算选择 225.3链传动的相关设计 225.3.1链轮传递功率的计算 235.3.2链速的计算 235.3.3链轮轴的设计计算 235.3.4链条的强度计算 245.4联轴器与键的选择即校核 255.4.1联轴器的选择 255.4.2键的选择与校核 255.5轴承的选择与寿命计算 265.6钢丝绳的选择 275.7滑轮的选择 28第六章车库的安全防护装置 296.1概述 296.2安全防护装置 296.2.1防坠装置 296.2.2其它防护装置 30第七章立体车库控制系统的设计 317.1PLC的简述……………………317.2PLC的特点………………327.3PLC的选择………...………….33结论 34参考文献 36附录1 38第一章绪论1.1选题背景随着当前我国的大型城市实体经济和通用汽车电子制造业等工业的迅速发展进步和不断发展,拥有自己一辆私家车的城市居民和老人家庭日益大量增加,而与之相直接对应的其实就是这些关于城市内部车辆停车管理现象的尴尬。以当前北京市机动停车场管理为题举例,截至2007年底,市区管辖范围内共计仅有一个公共机动停车场828处,共计管理停放机动汽车辆车位5.7万个,车就占市区内所有公共机动车辆平均行驶感的8.6%,停车管理设施以及生态环境与当前北京市整体城市规划的矛盾失衡问题也十分突出。上海的这种情况也是非常令我们感到让很多上海人开始感到无法乐观，城市中对机动车所有权占的保有辆、停车位的占用比率平均分别大约是4.84:1造成现在停车困难这一现象的主要原因是城市建设规划上的不足，即计划赶不上变化，相关部门对于城市汽车发展预测指数要比实际上要少一百多万辆，其中私人家庭小轿车就占了近50万辆，形式不容乐观,而事实上这一直至到新时代的汽车钟声正式开始敲响之前,北京市的小型汽车行业销售车辆总量则已经足足地比我们所可能预期的每年要少得多了100万辆,其中以大型私人和民营小型汽车销售为主的企业销售车辆数量也高达45万辆。所以只要面对快速发达的一线城市交通拥堵车流,停车配套服务设施的完善建造落后也就已经显得不足为奇了。据城乡建设部公共停车管理科技融合开展项目推广中心的人员介绍,北京市对于公共停车管理设施"欠账"最保守的处罚比例大概是20-30%。停车困难问题指的是一个大型城市在其快速发展的一个过程中经常可能会遇到出现的一种城市静态公共交通的管理问题,静态公共交通问题指的就它是一种城市相对于其他城市动态的公共交通而言所必然存在的一种具有社会性的交通活动形式,彼此之间有一定关联,互相也会产生一定影响,停车和交通设施等的建造工作是一个大型城市在其动态公共交通的主要功能组成的一部分,随着整个中国城市的不断进步和快速发展,各种类型停车和交通设施的建造需求也在不断的提高和逐渐增加,但很明显的出现了供不应求的现象，停车问题越来越严重。特别突出的问题是在各大城市机场停车和机动公共汽车车辆拥有量的平均较高增长速度已经远远地要高于城市停车和公共基础配套设施的平均较高增长速度,因此,我们必须时刻引起高度重视当前我国城市机动停车困难的一些现实应用问题,并积极研究寻找相关解决对策措施。要解决城市交通拥堵的问题，一般有两种措施。其一：政府进行有效管理，通过政策、法规限制道路上停车，有效的提高停车场的利用率，建设更快速的交通方案，让更多的车主更加愿意转向公共交通，从而降低城市机动车对停车位的需求。第二种措施为：增建停车场。城市里土地资源有限，可以建设更多的地下车库或立体车库。实施这些措施，都需要政府和有关管理部门舍得投入经济与相关人才的培养。而无论在规划之后采取何种措施,在进行了规划之后再一次收拾自己的残局,由于这个时期的局限内弥补了自己的不足,政府和行业相关部门在规划之后所投入得的精力和经费都会大大幅度的增加。1.2课题研究目的与意义与原来的停车相比，立体车库的优势就显而易见了。从设备和资源上来说，原本人工地下车库中要保证其保暖通风，就要增加很多相关设备，而使用机械式停车设备就不需要这些设备了。因此使用机械式停车设备就极大的节约了电力资源。机械式车库一般为一个个单一的装配体，充分的发挥了其土地占用少、一体化程度低的优势便于随机设置在小区、校区的每一组或每一幢楼附近，为车位不足地区的停车问题提供了便利条件。我们其实应该这样说,机械化的企业车库从人员管理上就已经可以直接实现彻底的车库人员信息交换。在地下货物车库中既可以安全采用这种机器式储存车,也同样可以有效避免地面线下货物车库运行中的某些机器需要进行清洗通风和处理排水等等设施,因此,运行管理过程对其中的人力资源和设备耗电从不存在需要比一般工人使用来进行处理的地下货物车库能耗要低得多。这对眼下这个车库较少的住宅小区来说,解决小区停车困难度的问题时又提供了一个方便的停车条件。所以当以往路边、人行道上的自动停车、地下或者是地面的自动停车场都根本解决不了上述的停车问题时,我们就可以采取了一种机械型立体自动停车场的装置技术来加以实现-个极其有效的停车解决办法。机械式立体车库停车管理设备亦被广泛称为一种垂直或者横向升降式的住宅立体车库,它不仅占地少又空间小,并且同样能够尽可能的最佳合理化地利用住宅建筑物的内部空间,安全方便,是有效地帮助解决城市现代化和城市住宅建筑物的用地紧张,缓解居民停车困难的一个重要有效途径。由此看来立体车库具有广泛的市场前景。1.3立体车库国内外研究现状立体车库，科学的叫法应该是机械式停车设备，顾名思义，与传统的停车相比多了一些机械性和可行性，主要靠的是机械设备和电气设备两者共同作用，极大地方便了人们对于车辆的存放。但根据资料显示，立体车库并不是首先出现在中国的，而是西方的一些国家。它是伴随着我国的经济发展而传入中国。立体车库在中国的发展前景可以说是一片光明，可以从三点出发进行分析。就中国的国情来说，我国的人口资源较为密集，简单概括说就是人多车多地少；就城市的用地的人均面积来说，人均用地面积达到114平方米，已经超过国家规定标准。但就机动车数量来说，据统计，我国有接近5400万辆，是全球的第二大汽车市场，但全国的停车位缺口据统计已超过百分之。综上所述，随着中国汽车产业的发展，立体车库必会盛行于中国。人类历史上共出现过三次汽车工业变革，第一次变革是美国的汽车公司所安装的装配流水线；第二次变革是在当时的50年代，而立体车库就是在第二次汽车工业革命后才逐渐兴起的。其中美国建立了最早的立体车库，不过现在不复存在了。随之而来得的60年代末，由于日本的汽车制造水平较为发达，由此推动着第三次汽车变革，而与此同时，立体车库也传入日本，逐渐盛行起来，他们借鉴那些成功国家的经验逐渐发展起来。中国的汽车工业相比于欧美那些国家来说起步较晚。在上世纪九十年代时，我国机械式立体车库停车设备安装量不足1000泊位。而我国第一台设备到现在只有近20年历史。目前，我国多个大城市如北京、上海、深圳等地依然在使用引进的机械式车库。近年来随着机械式车库发展的需要，我国颁布了参照机械式车库发展比较完善的日美、美国等国家机械式车库标准，制定的适合我国机械式停车设备行业标准。目前，我国停车设备生产厂家遍布全国，可以生产已有的各类停车设备，部分停车设备也已经开始出口[5]。机械式立体车库是机械式停车设备中使用最为广泛的。机械式立体车库很具有综合性，因为它不仅是机械式停车设备，还需要有设计规划及其涉及的各个学科，如材料、通信监控、环保、安全和消防等。目前阶段国家在与立体停车相关的技术研发是积极鼓励支持的，提升核心技术水平，打造自主品牌，给予一些政策优惠，将其纳入先进制造业，逐渐的实现停车产业优势产能输出，更好的使自己的品牌走出去，推动其实现智能化以及信息化。需要注意的是在立体停车建成之前需要了解市场容载量，建立数据库，不断的要更新数据，对于外界要做到开放和共享功能，要充分运用技术手段实现经济和网络共同发展，不断加强车库功能，方便客户进行停车查询以及车位的预订和自动支付的功能，避免不必要的交通需求，如寻找停车位等。1.4本文研究内容（1）查阅有关立体车库相关文献，设计了一种适用于狭窄空间中的立体车库，即升降横移式立体车库。（2）简述了升降横移式车库存取车的过程（3）对立体车库所需要的一些重要部件，如电机等进行选型计算和校核。（4）利用三维软件SolidWorks构建各个零部件，然后组装成一个简单的立体车库模型。（5）简述系统的控制系统。

第二章立体车库系统的比较与选择2.1立体车库的分类及特点立体车库的出现有效的解决了城市里停车困难的现象，立体车库的类型多种多样，各有各的优势长处，即各有各的适用范围。共可分为九大列，下面举出几列做一下说明。垂直升降式，即设备在工作是的工作方向为垂直方向，来完成对于车辆的存取，利用率较高，不论是从面积还是空间的利用率都较好，最好的情况每一辆车占地面积仅有一平方米，规模能做大也能做小，车库最高可达25层，停放近百辆的车，操作较为方便，造价相对比较低，安全方面较为可靠，出现问题时维修较为方便，具有良好的市场资源。立体车库图如下图所示：图2-1垂直升降式车库图巷道堆垛式大型竖向倾斜升降型车辆立体车库主要用途是一种利用单台堆垛机吊车和平台模板车直接作为车辆储存和管理运输大型车辆的主要运输工具,所有的大型车辆是由单台平板作为堆垛的主机来直接进行车辆储存和管理运输,因此单台平板车对单台堆垛机的生产技术水平要求比较高,而且由于单台巷道平板车对堆垛机的生产成本也比较高,所以单台平板车和单台巷道平板堆垛式大型竖向倾斜升降型车辆立体车库主要适合于对每个车位储存人员配置数量和车辆储存车库空间要求需要比较多的大型企业客户。通过查阅资料得知，这种类型的停车设备在市场所占的份额与其他类型的停车设备相比，是少之又少，整体来说适用于大型车辆，密集式车库，全封闭，较为安全可靠。立体车库图如下图所示：图2-2巷道堆垛式车库图垂直循环式，即运用垂直循环移动来完成对于车辆存取的车库设备，省地，省去大量购买的费用，但是设备结构较为复杂，设备出现故障维修较为困难，而且故障率较高，与其他类型相比取车时间过长，因此实用性较差，不介意使用。立体车库图如下图所示：图2-3垂直循环式车库图升降横移式，较为常见，是通过载车板的垂直升降以及水平横移的方式，来实现存取车辆的车库设备，占据市场资源约为一半，设备较为灵活多变，设备适应性和融入性较强，无论是在狭窄空间中，还是一些公关场所都能满足需求，操作方便，造价成本低，具有好的市场前景。立体车库图如下图所示：图2-4升降横移式车库2.2移动方案的确定由上述知道立体车库的种类有很多，它们各有各的特点和优势。但系统都可以实现自动化控制,运行安全可靠。结合了之前网上查阅的资料和当今市场车库所占据的份额考虑，在狭窄空间中要设计立体车库，本次选择设计升降横移式的车库。如前面所说，车库的每个停车位均设有载车板，车辆按照规定停在载车板上，通过载车板升降，以及相对的横向运动到达车的指定位置。其中载车板的运动通过PLC可编程序控制器来实现，较为方便可取，配置灵活。本次设计的立体车库为三层三列式的，较为常见，也能符合在狭窄空间对于车辆的存取。而对于车辆的存取主要是载车板的移动来实现的。载车板大致的运动路径如下：图2-5存取车移动路径方案需要说明的是，水平层即地面层的载车板只需要做水平移动；第二层的载车板有垂直移动和水平移动；顶部载车板只能进行下降移动，方便用户存取车。具体存取车过程说明大致如下：停放在地面上的载车板上的车可直接进行存取，无需任何操作，和普通停车没有较大区别。第二层，若要对3号车进行存取，则3号载车板要先进行右平移，在向下一层到地面层；对4号车进行存取，则4号载车板要先进行左平移，在向下进行一层移动到地面层。第三层，6号车要进行存取时，载车板直接下降两层到地面层完成存取；5号进行存取时1号和3号载车板要向左平移一位，5号车的载车板向下移动两层到地面层完成存取；7号车进行存取时2号和4号载车板要向右平移一位，7号车的载车板向下移动两层到地面层完成存取。最后在SoildWorks中建好的模型如下图所示：图2-3立体车库三维模型2.3横移方式及相关驱动的确定2.3.1载车容器的选择考虑到设计的是一个狭窄空间中的三层三列式的立体车库，而且停放的小型汽车，所以选用托盘作为载车容器，较为可靠实用，满足绝大部分要求。因为是狭窄空间，规定托盘的基本尺寸为长=5400mm,宽=2000mm。2.3.2相关驱动的选择查阅相关资料得知，现有三种驱动方式可供选取：（1）第一种是利用液压系统进行驱动，（2）第二种是利用电机带动链条进行驱动，（3）第三种是电机带动齿轮齿条进行驱动。从经费和维修角度去考虑，液压系统精度较高，维护困难，基本不予考虑；齿条齿轮优势明显，效率较高，链传动的传动精度较高，虽然也有一定的弊端但在考虑范围内，这里我们选取链条传动。2.3.3移动方式的确定横移方式有两种，第一种是将驱动装置安置于固定部件上，安全系数相对较好，这种主要适用于大型车库，不适合狭窄空间中实施。第二种是将驱动装置安置于托盘上，适用于小型车库。因此本次设计选择第二种。因此，综合所有因素考虑，最终确定了利用电机进行驱动装置，驱动装置安装在托盘上，通过驱动链条来实现动力传动。2.3.4电机放置位置电机采用水平放置，安装在托盘的下方。电机输出轴的轴向为水平，轴向朝前，可以较为方便的实现输出轴与链条的配合，主动链轮与被动链轮采用垂直放置的方法以此提高效益，实现传动力的目的。需要注意的是，设计的车库是狭窄空间的小型车库，移动距离不大，速度不需要太快，因为如果转速快的话不利于制动，从而降低安全系数。所以我们需要减速器这一标准键，相对就更为方便。而电机的计算选择在后续会加以说明。2.4托盘提升系统的比较和选择本次设计所采用的托盘完全相同，加以说明，二三两层托盘相对于第一层说多了一个提升设备，第三层托盘相对于第一二层没有平移设备。2.4.1提升方式的比较与选择较为常见的提升系统有钢丝绳提升系统，链条提升系统以及液压提升系统。其中钢丝绳承载能力强、重量轻，具有弹性，但容易扭曲，使得传输精度降低；液压提升传动系统非常复杂，测试成本较高，不易使用；链条提升系统成本低、方便安全，传输效率也较好，不易扭曲。总结来说，整个托盘提升系统以带有减速器的三相异步电机作为动力，通过链传动传递动力，带动托盘的升降以此来完成对于车辆的存取。2.4.2链条设计时注意要点1尽可能采用标准链条。2在满足要求的前提下，选择多齿数的链条，因为齿数越小，附加动载荷也就越大。3当啮合的转速较高时，需要采用推荐性的润滑。4适当安装防护装置。5.采用厂家规定的润滑方式进行润滑，避免影响使用寿命。立体车库的结构本章主要简单的描述了立体车库的大致结构需要以及相关部件的选择，如托盘，框架，吊环，传动轴等。部件的选择至关重要，是设计立体车库的关键核心，设计出来的车库是否具有可行性。3.1材料相关的选择与设计（1）外框材料的选择外框选用冷弯空心型钢。考虑到使用方便与减低成本，所以我们从（GB/T6728-2017）中选择方形型钢管，其尺寸为：边长B=80mm，壁厚t=5.0mm，理论重量M=8.966kg/m。（2）托盘材料的选择根据GB/T33974-2017，花纹钢板的花纹种类较多，本次设计选择菱形花纹钢板，较为常见。选择的尺寸：基本厚度9.0mm，理论重量LX=86.2kg/m2。托盘三维建模如下图3-1所示：图3-1托盘三维图（3）吊环材料的选择吊环初步选择普通碳素钢Q235，尺寸为：吊环的长为100mm，宽为20mm，高为250mm，其上端为半径为50mm的半圆，且与该半圆同心处去除了直径为60mm的圆。具体三维建模如图3-2所示：图3-2吊环建模示意图3.2导轨的设计考虑到小车和托盘的重量要求，选用GB/T11264-2012型轻轨30，材料为高磷铸铁，总长度为107.95mm，轨道焊接于车库的第一二层对应的横梁上。润滑方式，导轨直接手动加润滑油。截面如图3-3所示：图3-3轨道截面图3.3框架的设计对于框架的设计要求是简单，强度合格，便于制造。本次设计中，主框架的立柱共有八根，由混凝土直接固定在地面。结构简图如图3-4所示：图3-4主框架简图3.3.1框架主体材料的选择及优点初步选择立柱采用工字钢，因为工字钢的承载能力强，选用热轧工字钢（GB/T706-88）中的25a型号可以满足使用要求。总共8根立柱，4根在前，4根在后。横梁为H=200mm，壁厚t=6mm的冷弯矩形空心钢管（GB/T6728-2017）。其三维建模如下图3-5所示：图3-5横梁建模图纵梁三维建模如下图3-6所示：图3-6纵梁建模图本次设计采用钢结构，较为实惠，范围较广，与此同时也有以下优点：1.钢结构重量轻。2.钢的材料强度较高。3.有较好的耐热性，韧性和塑性较好，可靠性高。4.工业化生产程度较高。5.结构密封性能好3.3.2钢结构的强度校核假设托盘上停放了一辆轿车，则托盘受力示意图如下所示：图3-7受力示意图由此得知四根钢丝绳同时拉住托盘及小汽车，托盘重量为1180kg,汽车的重量为2000kg，所以每根钢丝绳所受载荷F为：F=（G1+G2）÷4=（2000+1180）kg×9.8N/kg÷4=7791N由此得知托盘上每条钢丝绳收到的力为7791N,在本设计中，钢丝绳固定在两个工字钢上，所以每一个受力为3895.5N。钢承受的最大正应力为：δmax=Mmax/W（3-3）其中Mmax-梁的最大弯矩W-抗弯截面系数根据《械设计手册》我们知道所选择的热轧工字钢（GB/T706-88）中的20a型号的钢弯曲截面系数为9.32×10-6。代入数据所以有：δmax≈457.9Mpa对于材料Q235，查资料得知，δ在375Mpa~500Mpa之间，故纵向梁是安全的。

第四章横移传动系统的设计4.1横移机构原理机构传动如下图4-1所示：1链轮2链条3联轴器4传动轴5滚轮6电动机图4-1传动系统简图4.2电机的选择4.2.1电机的分类查资料得知，通过划分可以将电机划分为直流电机和交流电机，其中交流电机又可以细分为同步和异步电机。每个种类都有各自的优势，直流电机对于电压的改变调节较为方便，所提供转矩也较大，比较适用于一些提升机，因为它要频繁的调节转速，相对来说较为便宜，但其结构较为复杂，若出现故障，需要的维护成本也越高，逐渐的被其他类型的电机所替代。与直流电机相比，异步电机的结构较为简单，价格也较为便宜，维修方便，性能较好。所以本次所选择的是异步电机。4.2.2横移电机的计算选择为了计算方便，本次设计规定轿车重量为2000kg，托盘重量为1180kg,即总的重量为3180kg,考虑到在狭窄空间中，速度不易过快，规定速度V=0.06m/s,查资料取动摩擦因素的值为μ=0.2，则所需要的功率为Pw=FV=μmgv（4-1）Pw=FV=μmgv=0.2×3180×9.8×0.06=0.374KW电机输出功率:P0=Pwμ其中Pw-工作机所需要的功率μ−传动总效率，这里取0.93代入计算得P0=0.3774÷0.93=0.402kw由此设计初步选择异步电机，代号为80M1-4，具体为YCJ齿轮减速三相异步电动机。这一系列电动机的额定功率为P=0.55Kw；额定转速为n=87r/min；转距T输出=68N/m；电机输出轴直径D=30mm。电机三维建模如下图所示：图4-2电机建模图4.3链传动的相关设计4.3.1传动比的确定设计初选链轮直径为80mm,所以链轮转速为：n=60×1000V÷(2×3.14×40）=143r/min而上述所选取的电机的额定转速为n=87r/min，所以传动比为i=143÷87=1.644.3.2链轮齿数的选择查表初选20A滚子链，小链轮的齿数z1=19,因为传动比为1.64，所以大链轮的齿数z2=19×1.64=31.16，取大链轮齿数为35。大小链轮选择相同的材料，材料为灰铸铁，要进行适当的热处理还有其他一些处理。4.3.2链条的转速计算链速的计算公式：V=n×Z×P÷(60×1000)（4-3）其中n为所选的升降电机的转速，此处额定转速为n=87r/min，Z为链轮齿数，此处为19，p为链的节距，此处为31.75mm代入数据得V=0.87m/s链条的有效圆周力：F=1000P/V（4-4）上式P-即为升降电机的功率，为0.55KWV-链速，为0.87m/s代入数据得F=1000×0.55÷0.87=632.18NT的计算公式：T=F×d/2（4-5）式中F-链条有效圆周力，F=632.18N；d-链轮的直径，为190mm代入数据得：T=632.18×190÷2÷1000=600.57N·m。链轮轴的功率P=T×n/9550=600.57×87/9550≈5.47kw轴上的载荷计算：载荷计算公式为：F=1000×P/v（4-6）所以代入数据F=9.12N。4.3.4链条的强度计算由设计手册知，强度计算公式为：n=QKA×FT+FC+f其中n-为强度安全系数为极限拉伸载荷；KA为工况系数，取1.0；FT为有效圆周力，上式算得结果为632.18N；FC为离心力所引起的力，因为速度较小，忽略不计；f为悬垂力；而悬垂力f的计算公式为：f=(Kf+sin上式中Kf为系数，取值为1.0；θ为水平面的倾角，取90°；q查资料取值为1.5；a为链的节距，此处为31.75mm;代入数据得：f=2×1.5×9.8×0.3175)100Q的值要查表才能确定，链为20A的滚子链，并且是单排链，所以拉伸载荷的值为86.7将f的值代入强度计算公式得：n=QKA×FT+FC+f=86.76.32+0.09=13.52所以符合强度要求。链条三维建模如下图所示：图4-3建模图若要进行润滑，润滑方式为人工润滑4.4联轴器与键的计算选择4.4.1联轴器的选择从上述所选的电机知道电机输出轴直径为30mm,查资料选的联轴器的型号为YL型的凸缘联轴器，轴径范围在22到34之间，符合要求。4.4.2键的强度校核查表选择普通键连杆，材料都为钢件，直径为30mm。与联轴器配合的键的尺寸如下，宽b=10mm,高h=8mm,长L=32mm。键的校核公式为：&p=2T×103/k/l/d(4-9)式中T-为传递的转矩键与轮毂键槽的接触高度，大小为0.5h键的工作长度,I=L-b=22d-轴的直径代入上述公式得&p=2T×103/k/l/d2=2×12.02N·m×103×10-3÷(4×10-3m×22×10-3m×30×10-3m)≈20.19Mpa许用挤压压力[δ]p取值为110MPa。由此可见[δ]p大于20.19MPa，满足要求。所以联轴器与键的挤压压力强度足够，能保证安全。与链轮配合的键的尺寸如下，宽b=12mm,高h=8mm,长L=32mm。与上一轮相比键与轮毂键槽的接触高度k有变化，代入上述公式得&p=2×12.02N·m×103×10-3÷(6×10-3m×22×10-3m×30×10-3m)≈10.52Mpa<[δ]p所以链轮与键的挤压压力强度足够，选择满足要求。4.5轴承的选择与寿命计算本次设计选择深沟球轴承轴承寿命计算公式为：Lh=(C/P)ε式中C为动态载荷额定值，取21；P为动量载荷，为轴上载荷的一半，值为4.56KN；ε取值为3；n对于球轴承来说取19.8代入数据得：Lh=（21÷4.56）360×19.8×由此可知该轴承的使用寿命足够长，为3.23×10第五章升降传动系统的设计5.1升降机构的工作原理每个载车板上均有YCJ系列齿轮减速三相异步电机与链传动组合的传动系统，其工作原理如图5-1所示。电机正转时，带动钢丝绳运动使托盘跟着上升，电机逆转时，带动钢丝绳运动使托盘跟着下降。1电动机2链轮3滚筒4钢丝绳5滑轮6固定端7横梁图5-1升降简图5.2升降电机的计算选择为了计算方便，本次设计规定轿车重量为2000kg，托盘重量为1180kg,即总的重量为3180kg,考虑到在狭窄空间中，速度不易过快，规定速度V=0.6m/s,则所需要的功率为Pw=FV=mgvPw=FV=mgv=3180×9.8×0.6=1.87KW电机输出功率:P0=Pw÷μ其中Pw-工作机所需要的功率μ-传动总效率，这里取0.93代入计算得P0=1.87÷0.93=2.01kw初步选择的电机为100L2-4系列的YCJ的齿轮减速异步电动机，功率P=3kw，输出转速n=22.5r/min，T=1177N·m，输出轴直径D=55mm，频率为50Hz。5.3链传动的相关设计因为载车板升降速度在0.6m/s及以下，初选钢丝绳盘直径为0.26m，所以链轮转速为n≤0.6÷(3.14×0.26)×60≈42.4r/min，这里设此轴转速n`=35r/min。而上述所选取的电机的额定转速为n=22.5r/min，所以传动比为i=35÷22.5=1.5。查表初选小链轮的齿数z1=21,因为传动比为1.5，所以大链轮的齿数z2=21×1.5=31.5，取大链轮齿数为34。5.3.1链轮传递功率的计算由功率公式：Pca=KA×P(5-1)查《机械设计表》取KA的值为1.5，P为所选的电机的功率，为3kw。代入数据得Pca=3×1.5=4.5kw。查《机械设计表》取得小链轮齿轮系数KZ的值为0.778，考虑到为了使系统运行时更加平稳，采用双链传动，而双链传动系数查表得KP的值为1.8,而链长系数KC的值为0.8额定功率表达式：P=1.75×PcaKZ×KP×KC代入数据得，P=1.75×4.5÷(0.778×1.8×0.8)=7.03kw从以上数据，查阅资料初步选择24A滚子链，链的节距P=38.1mm，材料为Q235，大小链轮选用地材料相同。5.3.2链速的计算链速的计算公式：V=n×Z×P÷60000(5-3)其中n为所选的升降电机的转速，此处额定转速为n=22.5r/min，Z为链轮齿数，此处为21，p为链的节距，此处为38.1mm代入数据得V=0.30m/s5.3.3链轮轴的设计计算链轮轴的转速与所选的升降电机的转速应保持一样，即为n=22.5r/min，链条的有效圆周力：F=1000P/V(5-4)上式P-即为升降电机的功率，为3KWV-链速，为0.30m/s代入数据得F=1000×3÷0.3=10000NT的计算公式：T=F×d/2(5-5)式中F-链条有效圆周力，F=10000N；d-链轮的直径，为260mm代入数据得：T=10000×260÷2÷1000=1300N·m。链轮轴的功率P=T×n/9550=1300×22.5/9550≈2.149kw轴上的载荷计算：载荷计算公式为：Fe=1000×P/v(5-6)所以Fe=1000×2.149÷0.6≈3281.7N。5.3.4链条的强度计算由设计手册知，强度计算公式为：n=QKA×FT+FC+f其中n-为强度安全系数为极限拉伸载荷；KA为工况系数，取1.0；FT为有效圆周力，上式算得10000N；FC为离心力所引起的力，因为速度较小，忽略不计；f为悬垂力；而悬垂力f的计算公式为：f=(Kf+sin上式中Kf为系数，取值为1.0；θ为水平面的倾角，取90°；q查资料取值为5.6；a为链的节距，此处为38.1mm;代入数据得：f=2×5.6×9.8×0.381)100Q的值要查表才能确定，由于为24A的滚子链，并且是双排链，所以拉伸载荷的值为259.1。将f的值代入强度计算公式得：n=QKA×FT+FC+f=259.110+0.42=24.86所以符合强度要求。结合以上论述，链轮简图如下5-2所示：图5-2链轮简图5.4联轴器与键的选择即校核5.4.1联轴器的选择选取的电机的轴径为55mm,从GB5843-86中查得，YL10型凸缘联轴器能够满足要求，因此选择YL10型凸缘联轴器。联轴器公称转矩的计算公式为：T=9550×上式中P--为电机的额定功率；n—为电机的转速P的值取3KW，转速n为22.5r/min。代入上式得T=9550×3÷22.5≈1273.33N·m；由公式：Tca=KA×T上式中T--为公称转矩；KA—为工况系数，这里取值为1.5；代入上式得Tca=1.5×1273.33N·m=1909.995N·m5.4.2键的选择与校核设计采用普通平键连杆方式进行对半联轴器，链轮与键的定位。配合处轴的直径是50mm。键与联轴器的校核：初选键的材料为Q235，其宽度b=15mm；高度h=8mm；长度L=56mm，键槽的加工用键槽铣刀。键的校核公式为：&p=2T×103/k/l/d(5-8)式中T-为传递的转矩，由上式算得1.3kN∙m;K-键与轮毂键槽的接触高度，大小为0.5h;I-键的工作长度,I=L-b=41;d-轴的直径，为50mm代入上述公式得&p=2T×103/k/l/d2=2×1.3kN·m×103÷(4×10-3m×41×10-3m×50×10-3m)≈130Mpa<235Mpa所以抗挤压强度足够，能够安全使用，满足要求。轴与链轮配合的键的校核：初选键宽度b=15mm；高度h=8mm；长度L=63mm，轴的直径d为45mm,键的工作长度为I=L-b=48。代入上述公式得&p=2T×103/k/l/d2=2×1.3kN·m×103÷(4×10-3m×48×10-3m×45×10-3m)≈121.73Mpa<235Mpa所以抗挤压强度足够，能够安全使用，满足要求。5.5轴承的选择与寿命计算本次设计选择深沟球轴承，为组合件。轴承寿命计算公式为：Lh=(C/P)ε式中C为动态载荷额定值，取24KN；P为动量载荷，为轴上载荷的一半，值为16.4KN；ε取值为3；n对于球轴承来说取24.33代入数据得：Lh=（24÷16.4）360×24.33×由此可知该轴承的使用寿命足够长，为1.24×105.6钢丝绳的选择由前面计算得知，每根钢丝绳所承受的最大拉力为7.791KN。钢丝绳直径计算公式为：d=C∙Fmax上式中，C取值为0.1；Fmax的值为7.791KN代入数据算得钢丝绳直径为11.7mm，对应的最小破断拉力为8.03KN。5.7滑轮的选择滑轮是能改变钢丝绳受力方向的部件，滑轮的材料为铸铁，为了与钢丝绳较好的进行配合，选取滑轮的直径为115mm。钢丝绳滑轮如下图所示：图5-3钢丝绳滑轮第六章车库的安全防护装置6.1概述立体车库也是近几年在我国兴起的，设备不太完善，因此防护设备是不可或缺的，毕竟是要长期使用，而且随着技术水平的不断提升，防护装置也会越来越细致，保证了车库的安全运行。防护装置是立体车库的重要设备，好的立体车库必须符合国家的车库安全标准，保证车库的安全运行。6.2安全防护装置6.2.1防坠装置立体车库的常用防坠装置是倒钩，就是所谓的保护勾，当载车板运行到一定高度停止运动后，将载车板悬挂在保护勾上，防止因为钢丝绳或者是链条的突然断裂而出现载车板的坠落，毕竟这种情况之前有过先例。保护勾模型下图6-1所示：图6-1保护勾模型6.2.2其它防护装置（1）减震装置载车板的底部装有减振装置，当载车板做升降运动时，减振装置起到减振缓冲的作用，保证车库运行时的安全。（2）载车板移动位置的检测每个车位都安装一个限位开关，用来检测载车板移动的位置是否到位。（3）报警提示当遇到突发情况，如车库中人员的随意进出，或者其它问题的阻碍或是遇到紧急情况，此时报警装置发出号令，终止命令的执行，直至警报解除。第七章立体车库控制系统的设计7.1PLC简述plc全称为一种可编程式的逻辑式微控制器,是一种专门能够直接进行工程数字化和模拟运算数据处理的工程电子系统,专为这种实现在电子工业和应用自动化工程环境设计中的广泛应用而进行开发和研究设计。它主要是一种利用一类小型具有较高可编程性的数据存储器,用于其内部所有的数据存储处理程序,执行逻辑运算,顺序控制,定时,计数与其他算术综合操作等各种方法并用来生成面向用户的执行命令,并通过各种类型数字或者模拟式的文字输入/者各种输出方式来自动实现和管理控制各种类型的人造机械或者人造工艺品的生产流程。可编顺式程序控制器简称plc最早概念是在五六十年代后期末在当时日本和1930年美国首先通过发明和应用出现的,目的主要的就是把它作为一种工具用来控制替代运动继电器的,以此来实现对运动逻辑顺序判断、计时、计数等顺序控制的各种功能,由此后来日本也把它重新叫做可编顺序运动控制器,提出使用plc这个基本概念的公司是1929年美国通用汽车公司。当时,根据目前我国现代汽车装备制造业及行业整车生产线的实际应用情况,希望将旧型继电器的控制板用一种更加电子化的新型继电控制器技术来重新取代这种传统的旧型继电器控制板,从而有效降低或大大延长在我国汽车工业进行制造改型时,重新设计开发或者重新制造这种传统新型继电器控制板所需要花费的技术成本和制造时间。随着技术水平的不断进步,plc已广泛地把一开始认为使用的是微处理器和外围集成电路和它作为中央处理器,输入、送出的元组件和外围集成电路也都在一开始都分别是在中、大规模乃至超级大和小规模的使用集成电路。7.2PLC可编程序控制器的特点(1)功能齐全PLC控制器不仅继承了其它控制器的优点，也同时具有计算机的方便和灵活处理信息的能力，PLC的可靠性高，同时抗干扰能力也较为强大，因为它一开始是为工业环境下的应用而设计的，在硬件措施方面它采用模块式结构，这样一旦系统出现故障，PLC能够立即分析出故障的地方，并及时进行模块更换，不影响系统的正常工作。在软件措施方面，设置了专门软件用来检测外界环境，一旦电压或者信号方面出现问题，能够及时处理，同时也拥有信息保护和恢复软件，故障消失时，能够立马恢复原来的信息，正常进行工作；更重要的是设置了WDT警戒时钟，当PLC程序执行的时间超过了WDT规定的时间，系统就会自动报警。(2)应用灵活其系统采用国际标准的平台积木式控制硬件系统架构,以及一套完全模块化的控制软件设计,使得其不仅完全能够充分满足各种大小不同、功能繁复的文件控制系统需要,而且还完全能够充分适应各类制造工艺生产流程中对于变更文件频率要求较多的不同应用型和场合。plc的硬件安装与现场使用接线简便,可按一根矩形积木的连接方式对其进行直接扩充或者直接删除它们的所有系统硬件尺寸。由于它的所有工作逻辑、控制等全部功能都必须是通过控制软件直接实现的来完成的,因此这些控制软件可以允许装备设计者在没有任何选择或者没有购买一台好的硬件控制设备之前就直接开始设备进行"软接线"研制工作,从而大大缩短了整个系统的硬件设计、生产、调试等整个工作中的周期,研制的前期资金占用相对来说也比较少了。(3)稳定可靠现代开关plc已经大量采用了一些软件集成技术程度很高的小型微电子元件,大量的触点开关控制动作也都是由无触点的小型半导体开关电路自己操作来自动执行和控制完成的,其工作可靠性很在极大程度上可说是普通开关使用的和传统的小型机械触点开关所无法比拟的。为了能够更好地保证所有PLC能在任何工业环境都能够实现较好的运行，设备生产商和制造厂家也严格按照遵守了与国际标准相关的工业技术规范并按要求对所有plc设备进行了产品出厂前的严格检验。所以尽管具有各类别的型号,但都必须能够充分适应良好的机械工业设计实际应用环境。plc的主要组成硬件结构系统组成包括多核微处理器、存储器、输入和数据输出控制元件(i/o)、电源控制元件、编程器、i/o器和扩展控制单元及其它外部设备等等。各个部分主要经由接口总线(其中包括备用电源接口总线、控制器接口总线、地址总线、数据总线)相互进行联络连接从而构成。7.3PLC的选择因为是小型狭窄空间中的立体车库，为了节约成本，因此不必要设置为全自动存取车的立体车库。通过按下对应车位的按键，该车位将在PLC的控制下降到地面层，车主完成存取车。从前面我们可以知道，1、2号车位直接进行存取车辆不需要按键，所以我们只需要设置5个按键对应其余5个车位。在每个车位的载车板下安装了一个可以承载3000kg的轮辐式测力拉压力重量称重传感器，给PLC一个输入，PLC再控制报警器输入的电压使车主知道车辆开始在载车板上了或者给管理人员提示有较大（重）的杂物在载车板上，可以及时清理。控制单元主要采用西门子PLC,目前应用范围比较广，控制功能强、运算执行速度快的微型数位可编程式微控制器。选择西门子里面的S7-200这一系列，这一系列适用于小型狭窄空间的场合。该PLC工作存储器为125KB；电源为24VDC，板载DI14×24VDC漏型/源型，板载DQ10×24VDC及AI2和AQ2；6个高速计数器和4个脉冲输出；信号板扩展板载I/O；多达3个用于串行通信的通信模块；多达8个用于I/O扩展的信号模块；0.04ms/1000条指令；2个PROFINET端口，用于编程、HMI和PLC间数据通信。7.4工作过程控制系统控制的主要对象是电机，因为电机是动力源，通过控制电机的正反转来实现载车板的上升和下降，操作者除了地面上的1,2号两个车位，想停在哪个车位就按下对应的按钮，平台就会把信息传递到控制系统中去，