汽車智能停車庫的設計——智能車庫的結構設計及仿真

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1、 汽車智能停車庫的設計——智能車庫的結構設計及仿真 學 院： 專 業(yè)： 姓 名： 指導老師： 學 號： 職 稱： 中國·珠海 二○一年月 北京理工大學珠海學院XXXX屆本科生畢業(yè)設計 誠信承諾書 本人鄭重承諾： 本人簽名： 日期：年月日 智能停車庫的結構設計及仿真 摘 要 智能停車庫，顧名思義，是基于立體停車庫而設計出的

2、能實現(xiàn)全自動化立體停車的停車設備。其結構由框架、運輸設備、出車機構、控制系統(tǒng)及安全系統(tǒng)構成。在現(xiàn)代化城市社會中，智能停車庫的作用愈發(fā)明顯。在有限的土地面積上，停放更多的車輛，有效解決城市中停車難的問題，同時也能解決新手停車時不易操作的問題。 智能停車庫的停車原理不難理解。將車停放在車庫門口后，由運輸設備將車運輸?shù)娇蚣芮胺降闹付ㄎ恢弥校缓笥沙鋈胲嚈C構將車運輸進框架中。出車時反之運行即可。由此便可節(jié)省了尋找車位、停放車位的時間，也不會產生半自動機械停車設備不易操作的麻煩。 本文主要研究內容如下： 1. 現(xiàn)場調研及分析。 2. 整車庫選擇使用的控制系統(tǒng)。 3. 整體結構設計及安全性分析。

3、 4. 車庫的安全機構設計。 5. 智能停車庫的仿真分析。 關鍵詞：智能 停車庫 結構設計 仿真分析 Structure design and Simulation of intelligent garage Abstract Intelligent parking garage, as the name implies, is a parking equipment designed based on the three-dimensional parking garage, which can realize full-au

4、tomatic three-dimensional parking. Its structure is composed of shelf, transportation equipment, car delivery mechanism, control system and safety system. In modern urban society, the function of intelligent parking garage is more and more obvious. In the limited land area, parking more vehicles can

5、 effectively solve the problem of parking difficulty in the city, but also solve the problem that novice parking is not easy to operate. The parking principle of intelligent parking garage is not difficult to understand. AWhen the car is driven, it can be operated on the contrary. Thus, the time of

6、 finding and parking spaces can be saved, and the trouble of difficult operation of semi-automatic mechanical parking equipment can not be caused. The main contents of this paper are as follows: 1. On site investigation and analysis. 2. The control system selected for the vehicle depot. 3. Overa

7、ll structure design and safety analysis. 4. Safety mechanism design of garage. 5. Design of motor and reducer. 6. Simulation analysis of intelligent parking garage. Keywords: Intelligent parking garage Structural design Control system Simulation analysis 目 錄 1 前言 1 1.1

8、本設計的目的、意義 1 1.2國內外研究現(xiàn)狀及存在的問題 2 1.2.1國內研究現(xiàn)狀 2 1.2.2國內方面存在的問題： 2 1.2.3國外研究現(xiàn)狀 2 1.2.4國外方面存在的問題： 3 1.3本設計應解決的主要問題 3 2市場調研 5 2.1深圳偉創(chuàng)公司概況 5 2.2珠海寶興路立體停車場案例 8 2.3設計方案的制定 9 2.3.1設計流程 9 2.3.2設計原理 9 3.智能車庫的結構設計 10 3.1車庫控制系統(tǒng)的布局設計 10 3.2車庫的結構設計 11 3.2.1橫梁的結構設計 11 3.2.2支撐梁的結構設計 13 3.2.3 立柱的結構設計

9、 15 3.2.4框架焊接工藝及螺栓選擇 17 3.3其他零部件的設計和選擇 18 3.3.1 安全機構的設計 19 3.3.2減速器的選擇 19 3.3.3電機的設計 20 3.3.4聯(lián)軸器的選擇 20 3.3.5軸承的選擇 21 3.3.6軸的設計 22 3.4 本章小結 25 4．仿真分析 27 5．總結 36 1 前言 智能停車庫，顧名思義，可實現(xiàn)智能化管理及全自動式停放車輛的車庫設備稱之為智能停車庫。智能停車庫在世界上發(fā)展歷史長達百余年，然而由于之前社會現(xiàn)代化程度不高，機械只能化程度較低，車輛并不是人們出行的首選代步工具，汽車在全世界范圍

10、內的保有量也遠不及如今，所以對只能停車庫并沒有如此迫切的使用要求。但是，由于時代的快速發(fā)展，人類生活水平的不斷進步，機械智能化程度對人類生活滲透速度過快，導致汽車數(shù)量的不斷增加。這樣的科技進步帶來了許多便捷，但是也引起了更多復雜的社會問題。城市中人口數(shù)量不斷增多，汽車數(shù)量也在不斷增加，原有的土地面積已經無法再承載更多的車輛停放，因此，如何在有限的空間停放更多的車輛是現(xiàn)如今需要盡快解決的正要問題。智能停車庫也因此走入人們的視野，在近年來高速發(fā)展，成為城市中不可或缺的停車設備。 1.1本設計的目的、意義 這些年來，由于城市化速度進程飛快，城市中人口面積飛速增長，再加之人們的生活水平越來越好，因

11、此城市之中汽車保有量也在飛速攀升。根據(jù)國家有關大數(shù)據(jù)調查研究，截止2018年底，基本上每一個中國家庭中，都至少有一輛屬于自己家庭的汽車，這與十年前調查結果天壤之別。由此可見，中國城市中汽車數(shù)量增長速度是讓人難以置信的。但是，由于城市速度擴張?zhí)?，土地問題愈發(fā)緊張。大片的高樓拔地而起，城市中空閑土地數(shù)量愈發(fā)減少，因此停車位緊張的問題愈演愈烈。大量的城市車輛無法停放時，人們便將目光投到了對空間的利用上來，想要借助空間的立體性來化解停車難這一因為時代發(fā)展所不可避免的問題。因此，立體停車庫就走入了人們的生活當中，成為現(xiàn)代化社會中解決停車問題的手段。 立體停車庫，顧名思義，它是一個立體結構的停車場，在

12、所占土地面積不變的情況下，盡量利用整個立體空間，來對汽車進行合理的擺放和儲存，讓有限面積內停車數(shù)量最大化。其便利性和安全性都是極好的。立體車庫的誕生及研究，可以有效緩解城市停車壓力的問題。為此，國家出臺了一系列的舉措，如技術上支持立體車庫的科研研發(fā)，資金上給予其更多幫助等等。這一系列的扶持政策，必將推動立體車庫的良性發(fā)展及運行。目前立體車庫在市面上受歡迎程度越來越高，需求量也與日俱增，其整體性能也越來越好。由此可見，立體車庫的前景是相當光明的，立體車庫未來發(fā)展必然是更加美好的。 本次研究的目的就是經過市場調研及考察后，設計一款智能化程度較高的立體停車庫。其結構及性能方面克服一些市面上立體停車

13、庫結構常見的問題。因此本篇論文將圍繞本次設計結構方面展開一系列的調研研究。 1.2國內外研究現(xiàn)狀及存在的問題 1.2.1國內研究現(xiàn)狀 相對于國外近乎百年的立體車庫研究歷史，我們國家落后了很多。我國首次出現(xiàn)立體車庫的研究設計在上世紀八十年代，距今只有不到四十年的研究歷史由于之前我們國家的城市化水平并不高，汽車相對來說還是較為奢侈的產品，因此土地面積足夠容納當時的汽車數(shù)量，對立體停車庫的需求并沒有那么緊迫。但是近年來科技飛速發(fā)展，城市化進度的加快，大面積土地被建筑物所占用，城市內留給車輛存放的位置不斷減少，但是汽車保有量卻飛速提升。因此難以停車的問題在城市中逐漸顯露出來，傳統(tǒng)的單一停車位顯然

14、已經無法滿足城市內居民的需求，立體車庫的研究工作就顯得尤為重要，更多的自動、半自動立體停車庫成為居民區(qū)、大型商業(yè)中的新寵。 近年來，我國舉辦了多場大型的有關于立體停車庫的交流博覽會，吸引了世界各國著名的立體車庫制造商前來參加。這進一步表明，我國的立體停車庫技術正在得到世界的認可。立體停車庫技術同時也得到了政府部門的認可，其出臺許多相關舉措來幫助有關企業(yè)的發(fā)展建設。 1.2.2國內方面存在的問題： 1)立體停車庫的流暢性仍然存在著許多缺陷 目前市場上的立體停車庫產品大都存在一個誤區(qū)，認為停車位越多，就代表著產品越好，這是非常不正確的。在有限空間內設計越多的停車位，會造成每個停車位空間減小

15、，導致用戶的舒適度大大下降，其停車時的流暢度也大大降低。因此，合理的解決停車流暢度的問題，是很有必要的。 2)立體停車庫的推廣存在一定問題 國內立體車庫在推廣方面，一直存在著很嚴重的問題及缺陷。首先我們要了解到，車庫最終的適用對象是司機。因此，司機直接操作的感覺是檢驗車庫是否適應市場的關鍵標準。然而，目前國內存在的立體車庫，大都讓司機感覺到不是特別舒適，其操作過程也相當繁瑣。因此立體車庫在國人心中的形象一直有待提高。 3）國民對立體停車庫的認知度不夠 由于立體車庫在國內，尤其是二三線城市中，算是較為新奇的東西，因此大多數(shù)人對立體車庫其實并不是非常的了解。更加之目前市面上大部分立體車庫為

16、半自動化設計，相當一部分功能還需要司機自己來手動完成，安全性方面得不到有效保障。 1.2.3國外研究現(xiàn)狀 在立體車庫研究方面，美國技術較為先進。且美國也是第一個設計并使用立體車庫。二十年代初，美國人就率先制造出了立體的機械升降車庫，也是從那時候開啟了整個智能化停車的大時代。在隨后的時間因種種原因其發(fā)展受到了阻礙，但是在1960年前后進入了高速發(fā)展的年代，其技術和科研水平都取得了巨大進展。到90年代后，數(shù)控技術的飛速發(fā)展引來了機械升降車庫的快速革命，自動化程度更高的智能車庫逐漸走入人們的生活，其發(fā)展也是尤為迅速，直到今日，市面上基本上已經全部為電腦控制的全自動立體車庫。 日本作為亞洲國家中

17、，先進制造業(yè)的代表，其立體停車庫的發(fā)展也是擁有相當久遠的歷史。其對立體停車庫的研究歷史已經長達六七十年，有了完整的科研理論及制造、研發(fā)、生產、銷售等一系列的配套服務過程。同時，日本有上百家的立體停車庫生產企業(yè)，大都是日本老牌機械制造廠商，其制造水平和科研技術都是世界一流水平的。由于日本國土面積限制，因此日本對立體停車庫的重視程度是外人無法想象的。智能化的立體停車設備在日本普及率相當高，其質量也很有保障。 韓國作為我國的鄰國，其立體車庫發(fā)展主要受到日本的影響。不過近年來，韓國對立體車庫也愈發(fā)的重視起來，其普及速度相當之快。目前韓國的立體停車庫發(fā)展狀況大致相同，進入到一個相對平穩(wěn)高速的發(fā)展階段。

18、 1.2.4國外方面存在的問題： 1）傳統(tǒng)方案仍需改進，創(chuàng)新力度仍需加強 由于國內在立體車庫開發(fā)方面起步較早，因此已經有多種成型的立體停車庫設備。但是由于科技的進步及時代的發(fā)展，一些立體停車庫設備已經不再適用于當今城市環(huán)境中，因此，如何創(chuàng)新，如何改進出更適合當前城市環(huán)境中使用的立體停車庫是一個相當重要，也是需要盡快考慮的問題。 2）立體車庫故障率較高，安全性能無法保證 智能立體車庫雖然方便可靠，但由于其機械結構長期高強度反復運動，安全性一直是一個較難解決的問題。因此，如何提高其安全性能，讓客戶使用起來更安心可靠，是立體車庫發(fā)展中一直需要解決和改善的問題。 1.3本設計應解決的主要問

19、題 由于立體停車庫在中國誕生的時間并不算久遠，所以其各方面還存在著許多的缺陷。從結構方面考慮，本設計有諸多棘手的問題需要解決。因此本次結構設計從技術角度出發(fā)，希望解決以下幾點結構設計上的主要問題： 1）解決對控制系統(tǒng)選擇的問題 在整個立體車庫的設計中，尤為重要的一點，也是整個核心部分，便是對控制系統(tǒng)的選擇。想要化解這一難題，最關鍵的是優(yōu)化其各個環(huán)節(jié)，有效的縮短運行時間，從而提升車庫的存放效率。 2）解決車庫的結構材料選擇問題 立體車庫的材料選擇是較大的問題。材料太過沉重會影響車庫的保養(yǎng)成本和經濟效益，選用輕便的材料又會影響車庫的安全性。因此，立體車庫中材料的選擇一直是一個比較重要，比

20、較關鍵。且比較復雜的難題。 3）優(yōu)化安全機構設計問題 立體車庫的安全機構，是保護汽車安全的最后一道重要保障。在出入裝置或傳送裝置出現(xiàn)問題時候，有安全機構緊急運行可以及時保護使用者的車輛不受到傷害。傳統(tǒng)的安全機構設計往往比較簡單，在一些比較緊急的時刻難以發(fā)揮其理想的效果。因此，有關安全機構的設計改良是一個重要問題。 4）存取機構的電機和減速器設計問題 存取機構能夠正常的運作，電機肯定是必不可少的。其功率和大小會影響整個立體車庫的運轉效率。因此，電機的設計是很重要的一個環(huán)節(jié)。而減速器能起到一定的保護效果，對整個車庫運行的安全性有一定的保障，并且還能影響整個車庫的工作效率。因此減速器的合理設

21、計是較為關鍵的一步。 2市場調研 2.1深圳偉創(chuàng)公司概況 深圳偉創(chuàng)是廣受市面上認可的一家專注于立體車庫設計及研發(fā)的公司。該公司在立體車庫方面研究設計已有二十多年的歷史。其立體車庫基本涵蓋市面上所有類型的車庫。與此同時，近些年的發(fā)展也讓該公司和眾多知名房地產商建立了長期合作的關系。該公司業(yè)務涉及范圍也是相當全面的。醫(yī)院、單位、小區(qū)等眾多場所均需要其提供整體的立體停車方案設計。其公司在市面上銷售的立體車庫類型有以下幾種： (一) 升降橫移式 升降橫移式立體車庫運用了方塊化處理的模式，將車位切割成多個小模塊。其容車數(shù)量為一個單元格內停放5輛車，其停車庫可設置2-8層。其運行的額

22、定速度為：升降4-6m/min，平移6-8m/min。其提升方式主要是電機+鏈條式?？刂葡到y(tǒng)主要采用PLC控制系統(tǒng)。主要適用于醫(yī)院、商業(yè)中心等人流密集處，對停車位需求量較大的地方。圖2.1為深圳偉創(chuàng)公司在南京地鐵口的項目。 圖2.1 南京地鐵站停車場 （二）巷道堆垛式 巷道堆垛式立體停車庫，主要是運用操控堆垛機的運動，讓車輛停入指定的單元空格內，用戶使用更加方便快捷。堆垛式車庫同樣適用于轎車及都市suv停放。其設計高度可達到2-8層，車輛單次存取時間控制在90秒以內。其堆垛機運行的主要額定速度為：升降40-80m/min，平移60-100m/min。其提升方式主要是電機+鏈條

23、式+鋼絲繩?？刂葡到y(tǒng)為PLC系統(tǒng)。其適用場所主要是政府項目、小區(qū)等車輛停放時間較長的地方。圖2.2為其公司在珠海寶興路的項目： 圖2.2 珠海寶興路停車庫設計 （三）垂直升降式 垂直提升式立體停車庫，顧名思義，讓車輛垂直升降來擺放進入合適的位置中。它的原理和電梯的操控相對類似，適合城市內轎車使用。其容車數(shù)量大概為其層數(shù)*2。通常情況下，其層數(shù)可達到15-33層。其提升裝置的額定速度為90-120m/min。其提升方式主要為電機+鏈條式。其控制系統(tǒng)選擇為PLC系統(tǒng)。適用于政府、小區(qū)等在有限土地面積內停放較大數(shù)量車輛的地方。下圖2.3為該公司鄭州城府的項目。 圖2.3 鄭州政

24、府停車庫設計 （四）垂直循環(huán)式 垂直循環(huán)式停車庫對于面積的要求相對而言并不是很大，其結構簡單易拆裝，外觀設計較為簡易，價格相對比較便宜，因此適合家用轎車的存放。其容車數(shù)量一般不多，多為4-9層，其單次存取車時間為45-85秒，全部車輛取出時間大概為15min左右。其提升方式主要為電機+鏈條式，控制系統(tǒng)選擇PLC系統(tǒng)，主要適用于酒店、企業(yè)單位等場所。下圖2.4為該公司在深圳某小區(qū)項目。 圖2.4 深圳某小區(qū)垂直循環(huán)式停車庫 2.2珠海寶興路立體停車場案例 本次課程設計主要參考深圳偉創(chuàng)公司的珠海寶興路立體停車庫設計方案。因此本次設計初，我首先考察了珠海寶興路立體停車庫的

25、整個結構設計。該停車場外觀設計新穎別致，與通常所見的立體停車庫大為不同。其外觀設計如圖2.5所示。 圖2.5 珠海寶興路立體停車場外觀 圖2.6 立體車庫內部結構 該車庫內部的結構設計相當新穎。車庫設計為五層，受到周邊環(huán)境等因素的一些影響，車庫的入口和出口分別設立在了整個車庫的兩個側面上。整個車庫的進出口設計累計有十二個之多，存取車高峰期依然能保證車輛快速有序的進出，這是非常難得可貴的。當司機想使用這個車庫停放車輛時，首先將車輛停放在指定的入口內，然后車上的乘客及司機全部離開車輛。之后司機只需要進行刷卡操作，車輛便會有升降機運輸至堆垛機上，再由堆垛機負責將車輛傳送至指定的停車位中

26、。取車過程同理，使用起來非常的方便，且時間控制在一分半內完成整個車輛的存取動作，相當?shù)目旖?。整個車庫內部設計有五層之高車庫下面兩層停車位設計相對較大一些，便于一些較為體型較為寬敞的汽車停放。上面三層停車位設計較小一些，適合城市內大多數(shù)的轎車停放。 其工作原理不難理解。以堆垛機為傳送裝置，將車輛從倉庫入庫搬移至指定的停車位中。其內部的主要的核心機械結構有堆垛機、履帶式傳送裝置、電機、減速器及安全機構。 2.3設計方案的制定 2.3.1設計流程 （1）本設計以偉創(chuàng)公司的珠海寶興路智能車庫為依托，在能力范圍內設計出了一個堆垛式立體停車庫的方案。本篇論文將從結構設計的角度出發(fā)，在查閱多方面

27、設計資料進行對比后，選擇鋼材料作為立體車庫的整體結構框架材質。鋼結構具有以下幾點優(yōu)點：可靠性強，強度高，材料塑性和韌性較好，且密閉性較好。 （2）經過查閱相關資料及相關分析后，考慮到其運行的流暢性方面，決定整個運輸系統(tǒng)應采用變頻變壓調速電機，再結合相應的技術手段，以此為依托，來保證整個電機的運行和減速器的選擇使用。 （3）采用cad軟件對立體停車庫的的結構進行設計和制作，通過對零部件的設計，再通過裝配，最后形成堆垛式立體停車庫的的完整結構，并且完成零件的工程圖，以此為基礎完成這個設計的裝配圖，最終完成結構的設計，并進行后續(xù)仿真工作。 （4）本設計的傳動特點是：其使用相當方便快捷，且大部分

28、操作過程由機器代完成，操作并不復雜，工作效率相對來說非常的高，適合許多場所使用。其智能化程度較高，安全性能也相對較好。 2.3.2設計原理 市面上已有的成型的立體車庫種類有很多，然而大部分都存在一些或多或少的缺陷及問題，大部分均為半自動化立體停車機構，需要人工操作停車，步驟繁瑣不易操作，因此，再多方考慮后我選擇設計一款堆垛式立體停車庫。堆垛式立體停車庫，顧名思義，運用堆垛機的快速移動來進行車輛的存取工作。因此對堆垛機的技術要求較高，單臺堆垛機成本較高，所以巷道堆垛式立體車庫適用于車位數(shù)需要較多的客戶使用。這種車庫自動化水平很高，且全封閉式建造，存車安全性高。本次設計主要參考偉創(chuàng)公司的

29、堆垛式立體車庫，因此其主要數(shù)據(jù)也是參考到其車庫的數(shù)據(jù)。一些重要的參數(shù)如下： 1）單個車位空間:5L*1.7W*1.3H（單位m）； 2）載車板平行移動最大速度為15m/min； 3）允許停放車輛的最大重量：2200kg； 4）平層精度的許可值：5mm。 3.智能車庫的結構設計 3.1車庫控制系統(tǒng)的布局設計 巷道堆垛式立體車庫智能化程度較高，因此設計方案中初步將控制系統(tǒng)進行了分層的方式來設計這個控制系統(tǒng)。其劃分為兩個層面來分別進行操作：管理及控制。 管理層面給主要有一臺電腦為核心來進行管理工作。其主要任務是負責一些車輛出入的工作，還有調配汽車停放等。 測控層顧名思義，便是

30、檢測控制各層車位數(shù)量，同時進行一些安全性的檢測，來保證整個停車庫安全有效的運行。PLC控制系統(tǒng)在此適用。 PLC控制系統(tǒng)有以下這幾個優(yōu)點: 1）其性能非常的不錯，安全性也非常的高，是目前市面上較為安全可靠的控制系統(tǒng)。 2）響應快。其相應速度較快，可以保證整個車庫安全有序的工作運行，整個車庫運轉更加快捷平穩(wěn)。 3）方便快捷，并采用模塊化的結構、因而安裝容易。同時，PLC控制系統(tǒng)運行時有強大的自測能力，其會在運行后優(yōu)先判斷是否適合當前環(huán)境運行，之后再判斷運行模式為自動還是手動。自動狀態(tài)下開始進行相關工作。其工作流程如圖3.1~圖3.2所示。 圖3.1存車流程圖

31、 圖3.2取車流程圖 3.2車庫的結構設計 本次設計已偉創(chuàng)公司堆垛式為依托，設計出一個較為小型的，適合小區(qū)或公司停放車輛的立體停車庫。因此在結構設計方面，考慮到土地面積、存放時間等綜合問題，因此車庫整體設計并不大，為一個三層結構的車庫。一層兩側分別設有存取車口，二三層全為停車位部分兩側，共有38個停車位，由一臺堆垛機負責車輛的存取工作。整個車庫采用鋼結構材料設計。鋼結構材料是市面上相對較為理想可靠的材料，而本次設計主要采用到的鋼材料為Q235碳素鋼，這種材料的材料特性較為出色，其屈服極限為235Mpa，其抗拉強度最低為375Mpa，最高可達到500Mpa。

32、而車庫整體的鋼結構，所產生的許用位移為10mm。 本車庫整體框架結構主要由：橫梁、支撐梁、立柱、傳動鏈、鏈齒、板式輸送機組成。 其中我設計的結構有：橫梁、支撐梁及立柱。下面對這三個部分分別進行計算分析。 3.2.1橫梁的結構設計 參閱文獻，本設計的橫梁其選用碳素鋼Q235構成，根據(jù)調研數(shù)據(jù)知其危險截面在處，截面長110mm，寬370mm，其截面積為A=96.42cm2。 1) 橫梁許用應力的確定及強度校核 本次計算查閱相關資料，可知依據(jù)有關材料力學中的相關理論可知，選用Q235碳素鋼為其整體鋼結構材料時，其屈服強度為235Mpa，在安全系數(shù)取得n=2的情況下，可以知道許用應力[σ

33、]= σs/n=1.94Mpa。 首先對支撐梁進行了受力分析，其受載荷作用如圖3.3所示： 圖3.3 支承梁受力分析簡圖 我們首先對橫梁的受力進行研究，已知A、B兩點全約束L=4.23m，E=210Gpa，I=500cm4，載荷為：。橫梁所承受的最大彎矩為MMax=ql/8=（35000*4.23）/8=18506N.m。其扭矩圖為： 圖3.4 支撐梁扭矩圖 因此橫梁的最大應力為σmax=Mmax/W=18506/1.28*104=1.44Mpa。可得，由強度理論可知：橫梁穩(wěn)定。 2）橫梁最大撓度計算 根據(jù)撓曲方程：；可知橫梁的最大撓度為：。計算得：fmax=fl3

34、/48EI=35000*4.233/48*2.1*1011*500*10-8=5.2*10-4m。 根據(jù)上述計算分析，首先我進行了橫梁的結構設計，其三視圖如下所示： 圖3.5 橫梁主視圖 圖3.6 橫梁的俯視圖 圖3.7 橫梁的左視圖 3.2.2支撐梁的結構設計 根據(jù)相關調研得知，整個支撐梁的設計，選用方鋼作為設計材料所制成。由整個鋼結構的立體車庫框架可知，每一個立柱都需要承受均勻載荷分布的力，因此就可以讓一個集中載荷中連帶上一個額外加入的彎矩。由于立柱是承重柱，在整個鋼結構車庫中受力方向均為垂直向上的，整個框架所承受力的力不足以引起立柱的變形，因此可以不做考慮。所

35、以，整個框架結構設計中，支撐梁是最為關鍵且重要的。在車庫停放車輛較多時，支撐梁的危險程度是最為高的。 1）支撐梁許用應力計算及強度校核 首先我們先對支撐梁進行受力分析，其受力分析如下圖所示： 圖3.8 支撐梁受力分析簡圖 已知A、B兩點全約束l=2.074m，E=210Gpa，I=2500cm4，其面積，載荷為：F=10000+6000=160KN。支撐梁所承受的最大彎矩為Mmax=ql/8=16000*2.074/8=4148N.m，其彎矩圖如下： 圖3.9 支撐柱彎矩圖 最大應力為σmax=Mmax/W=4148/1.28*104=3.24Mpa。查閱資料可知，依據(jù)材料

36、力學中相關的理論依據(jù)，其結構選用Q235碳素鋼時，其屈服強度為235Mpa。給予去限制條件在安全系數(shù)為n=2的情況下，其許用應力的計算為[σ]= σs/n=7.29Mpa?？傻茫蓮姸壤碚摽芍褐Ъ馨踩捎?。 2）支撐梁最大撓度計算 撓曲方程為：。最大撓度為：計算得：fmax=fl3/48EI=160000*73/48*2.1*1011*6120*10-8=5.3*10-4m。 根據(jù)上述計算過程，完成了對支撐梁的設計，其三視圖如下圖所示： 圖3.10 支撐梁的主視圖 圖3.11 支撐梁的俯視圖 圖3.12 支撐梁的左視圖 3.2.3 立柱的結構設計 1）立柱屈服極限

37、計算 立柱為等截面立柱，受壓靜力，兩中心壓桿的穩(wěn)定條件為： ，其中：為臨界載荷，P為工作載荷，n為安全系數(shù)，為許用安全系數(shù)。其受力僅受到一個垂直向下的壓力，在沒有左右拉力的情況下，不受到剪切應力的作用。故豈不涉及剪切應力的計算。 查簡明材料力學附錄型鋼表可得此方鋼面積:，壓桿全長為l=383.3cm;彈性模量，比例極限，屈服極限 2）立柱載荷計算 設立柱空載時受載車板和上層鋼結構載荷，滿載時前立柱承受最大載荷，則立柱的工作載荷。由歐拉公式得臨界載荷。查得金屬結構中的壓桿安全系數(shù)，取n=3。代入得。 3）立柱許用應力計算及強度校核 前立柱的穩(wěn)定安全系數(shù)由計算可得，由上式可知安全。

38、若按插減系數(shù)法計算：。其中A為受力面積，P為工作載荷，為安全系數(shù)，為許用安全系數(shù)，為中心壓桿折減系數(shù)。則可計算出 ，安全裕度較大。 綜合上述上支撐梁、支撐柱、立柱的計算及校核過程，可得出結論：所設計的停車庫框架結構為安全可用的。 根據(jù)上述計算過程，完成立柱的設計，其三視圖如下所示： 圖3.13 立柱的主視圖 圖3.14 立柱的左視圖 圖3.15 立柱的俯視圖 3.2.4框架焊接工藝及螺栓選擇 在整個車庫的鋼結構框架設計在，其焊接方式的選擇是尤為重要的問題。經過翻閱相關理論資料后，主要選用螺栓連接、對焊、角焊的方式來進行整體鋼結構框架的連接工作。 1）焊縫連接要求

39、 整個焊接過程在選用的鋼結構材料上完成，因此首先需要參考其鋼結構強度，才能進行相關的焊接工作。強度不相同的金屬，若是想焊接在一起時，應選擇其強度較為低一些的金屬所適合的材料來進行相應的焊接工作。在論文中所涉及的有關結構框架的設計中，不可隨意增大焊接縫隙。其目的主要是及時的防止在某一處產生大量的焊接縫隙。所有，尤為關鍵的一點，焊接縫隙的安排擺放應該處于這一零件的重心處。而焊接的坡口形式，需根據(jù)具體材料和施工標準的要求來選用。 2）角焊縫的尺寸要求： 進行角焊工作時，根據(jù)調研數(shù)據(jù)所知，其角焊縫通常情況下為直角，即兩角變夾角為90°。如果遇見較為特殊的情況時，即夾角小于60°或夾角大于120°（

40、通常稱之為斜角角焊縫）時，不適合用于承重所用的焊縫。此情況不適用于鋼管結構。整個角焊縫的工藝尺寸其最小值為（t代表焊接厚度）。當時，，當t>6mm時，。在用于T型處的單面角焊縫情況下，可以適當?shù)脑黾?mm，但是用于自動焊的情況下，其最小尺寸就應減少1mm。在進行角焊工作時，其尺寸一般情況下，相對于較薄焊件，應該小于其1.2倍，此情況同樣不適用于鋼管結構。當焊接件為較薄焊接件時，及其厚度小于等于4mm情況下，焊角的最小尺與焊件相同。圓孔或槽孔內的焊接尺寸也有一定的要求，即圓孔直徑應小于焊角尺寸的1/3。 3）螺栓連接要求 整個立體車庫的鋼結構框架研究方面，高強度螺栓是連接立柱和整個平面方向上

41、導軌的主要連接件。參考有關文獻和資料，可以知道高強度螺栓按性能劃分，大致可分為兩個大類，即摩擦型高強度螺栓和承壓型高強度螺栓。下面我們對其分別進行分析： 摩擦型高強度螺栓 其完全不依靠孔內壁所承受的壓力和栓桿上所承受到的剪切應力，僅依靠兩個相連的零部件間的摩擦阻力來進行力的傳導。其摩擦阻力的主要來源是螺栓上的預緊力，即作用在兩個零部件摩擦面上面產生的壓力。其工作環(huán)境較為苛刻，不得受潮防止其表面生銹。 承壓型高強度螺栓 這種螺栓相對而言沒有那么復雜，其與市面上常見的螺栓較為接近，多靠螺紋和螺栓連接而成，主要靠孔壁內承受到的壓力和栓上收到的剪切力。其連接多為螺紋連接和絞制孔用螺栓連接。對于

42、同時承受剪力和螺栓桿軸方向拉力的承壓型高強度螺栓，應符合下式要求： 其中 式中，——每個承受型高強度螺栓所受的剪力和拉力； ——每個承壓型高強度螺栓所受到的壓力、載荷和剪切力的設計數(shù)值。 3.3其他零部件的設計和選擇 其他零部件主要包括安全機構、減速器、電機、軸承、聯(lián)軸器、及軸的設計和選擇部分。其中，安全機構設計用于車庫的堆垛機中，可有效保護堆垛機安全的運行。電機、軸承、聯(lián)軸器及軸主要用于載車板，及框架上的出車機構上，其作用主要是負責載車板的正常運行。 3.3.1 安全機構的設計 首先我對車庫可能出現(xiàn)的各種意外情況做出了總結分析，認為在各種不確定因素的影響下，可能發(fā)

43、生以下幾種安全隱患： (1)因電機失靈而導致堆垛機超速運行。在上升或下降過程中，一旦制動器喪失了控制能力，亦或是輪齒、軸、鍵、銷這些減速器上的關鍵零件發(fā)生了損壞，還有曳引繩出現(xiàn)了較為復雜的斷裂、失靈等情況時，堆垛機的提升裝置就會失靈，其操作速度就會達到甚至超過其設定的極限。 (2)終端越位。遇到一些外部因素的故障，如電路出現(xiàn)問題時，整個運輸裝置上升到頂層，亦或是下降到最底層時，就會發(fā)生一些意外情況從而?？吭诓缓侠淼奈恢谩? (3)帶故障運行。在減速裝置發(fā)生故障，或電機發(fā)生故障時，整個運輸裝置失去作用。 (4)突然停駛。因為一些外部因素，如電路問題，或是控制系統(tǒng)發(fā)生了一些不可避免的故障時，

44、會導致運輸裝置突然停止工作。 在明確了車庫可能發(fā)生的各種安全問題后，我便針對其每種問題設計出了相應的安全機構，因此來確保立體車庫發(fā)生各種意外時，能有效保護到使用者的利益。具體的安全機構有以下幾種: 1)超速限制裝置：利用一些可以調控速度的設備來對意外發(fā)生的情況進行限速保護工作。因此設計中添加限速器來進行安全保護。 2)防碰撞保護裝置：為應對整個運輸裝置出現(xiàn)高速下墜的意外情況，設置緩沖器作為其保護裝置。 3)位置異常保護裝置：為應對運輸裝置可能發(fā)生停放位置異常的情況發(fā)生，添加限位開關和強制減速開關來保護其安全運行。 4)電路異常保護裝置：為應對可能發(fā)生的電路異常情況，安排了斷相錯相保

45、護裝置，以此來保護電路的安全工作。 5)異常停止保護裝置：為應對運輸裝置可能發(fā)生的異常停運現(xiàn)象，安裝有手動盤車，能夠在異常停止現(xiàn)象發(fā)生時手動進行車輛的運輸工作。 3.3.2減速器的選擇 減速器用于橫移機構電機和微橫移機構電機上，主要負責控制電機運行的速度，以此保證車庫的安全運轉。通過查閱有關資料和調研相關的資料分析，在橫移機構電機上，選擇市面上已有的行星齒輪減速器。該減速器為臥式安裝形式，易于安裝。其采用行星齒輪的形式，結構更加堅固。 而微橫移機構電機，則采用了斜齒輪硬齒面減速器。其結構更加精密，體積更加小巧，適用范圍廣，通用性更強。 3.3.3電機的設計 電機主要負責載車板的運動

46、，輸送車輛從堆垛機運輸?shù)娇蚣苌?，實現(xiàn)車輛的存儲工作。 1）橫移機構電機 橫移機構電機為框架中載車板的橫向移動所涉及到的電機。在本設計的停車庫中，由調研知存取速度最快為30m/min，最慢為18m/min，整個運送車輛的載車板橫向移動行程為2.5m，時間為8s，則橫移速度/0.31m/s。所移動的質M=2200kg，則所消耗的功率為: 鏈傳動的功率 0.92～0.96 ，取最小值計算，所需電機功率 > 1.337/0.92 1.45kw 選電機功率為1.5kw。 2）微橫移機構電機 微橫移機構電機為框架上載車板橫向調整車輛位置所用到的電機。其作用是輔助車輛正確停放入位

47、，因此其設計功率相對于橫移機構電機較小。微橫移機構的行程0.2m ，微動時間設定為2s,則速度/0.lm/s。所移動質量2500kg，則所消耗的功率為： 鏈傳動的功率0.92～0.96 ，取最小值計算，所需電機功率>0.49/0.920.53， 選電機功率0.75 kw。 3.3.4聯(lián)軸器的選擇 在整個載車板的設計中，多處地方需要利用聯(lián)軸器連接。如鏈輪和驅動軸、驅動軸與減速器間。因此為保證其精度要求，應選擇具有補償功能的聯(lián)軸器。 在查閱相關資料并保證較低成本的情況下，選用滾子鏈聯(lián)軸器。它的結構相對簡單，采用標準件，其制作也相對簡單，具有一定的補償能力，適用于本次設計的環(huán)境要求。其工藝

48、性也較好，適用性較強，符合本次設計選擇要求。本次設計選取的滾子鏈聯(lián)軸器如下圖所示： 圖3.16 滾子鏈聯(lián)軸器 3.3.5軸承的選擇 本次設計過程中，所使用到的軸承，通過調研得知，大多數(shù)所受力均為軸向力。因此，大多數(shù)軸承所受到的均為軸向載荷。根據(jù)資料調研所得，深溝球軸承較為適合本次設計所使用。其主要特點是承受徑向載荷，但同時也可用來受到一定徑向和軸向所產生的負載之和。當轉速較高的時候，推力軸承不適用這種條件下進行工作時，深溝球軸承同樣可以用來承受純軸向所帶來的負載。本次設計所選用深溝球軸承如下所示： 圖3.17 深溝球軸承 3.3.6軸的設計 1）選擇材料 根據(jù)查閱相關資料

49、所得，軸最常使用的材料大致有以下三種：35碳素鋼、45碳素鋼及50碳素鋼。其中，最為常見也最為實用的為45碳素鋼。遇見一些特殊情況，如受到的力較大的情況下，亦或是對尺寸和質量有要求時，又或是加工條件有特定要求時，要采用合金鋼。對于受力不多的軸，可以選擇Q235鋼作為其制造材料。 在一些特殊情況下，軸的表面可以進行一些特殊處理來提高其疲勞強度或耐磨性。 在一般溫度下（低于）合金鋼無法提高所設計軸的剛度要求。若想提升軸的精度，需要使軸徑增大，即使用強度較低的碳素鋼。 制造較為難以設計的軸時，應選用高強度鑄鐵。因為其基本不受應力集中的影響。 總結得本次設計用到45鋼完成軸的設計，熱處理為調質

50、，硬度HBS在217~255之間，抗拉強度。 ，屈服點，彎曲疲勞極限，扭轉疲勞極限。 圖3.18 軸 2）初步估算軸徑 初步估算軸徑常用類比法，經驗法及按許用切應力估算法，初步估算軸徑作為軸結構設計的基礎。根據(jù)機械設計手冊表15-2公式初步估算軸徑，材料為45鋼，有表簡明機械零件設計手冊，可得軸徑為： 3）軸的結構設計選擇 經過翻閱資料和有關調研情況所知，軸的設計選用深溝球軸承，其裝配工作容易完成。軸承直徑選用d=60mm。這種軸承集中應力較小，設計合理，剛度要求符合標準，工藝性良好。 4）軸上的受力分析 鏈輪的圓周力：由前面計算知，鏈輪的有效圓周力為，鏈輪的

51、徑向力：鏈輪的軸向力：由于鏈輪無軸向力，故。 5）軸的支反力 由，且受力的對稱性知。在垂直面內的支反力， 6）軸的彎矩及扭矩 鏈輪的作用力在水平面內的彎矩。鏈輪作用在垂直面內的彎矩。查閱資料可知，其彎矩為二者合力，因為其合成彎矩圖共面時為最危險的截面。則截面的最大合成彎矩為。 7）軸的強度校核 對軸進行強度校核，要確定其結構尺寸。根據(jù)其各方面因素確定危險截面的位置，然后對危險截面進行強度校核。 然后對軸的安全系數(shù)校核計算。彎曲應力幅為： 。其中W為抗彎截面系數(shù)，查閱資料得。由于是對稱循環(huán)應力，故平均應力，查閱資料得 。式中鋼彎曲對稱循環(huán)應力時的疲勞極限，查得。正應力有效

52、應力集中系數(shù)，鍵槽查得，按配合查得，故??；表面質量系數(shù)，軸經車削加工，查得； 尺寸系數(shù)，查得。切應力幅為。式中抗扭截面系數(shù)，由表查得。 所以 。 式中鋼扭轉疲勞極限，查得；切應力有效應力集中系數(shù)，按鍵槽，按配合，故取；同正應力情況；平均應力折算系數(shù)，查得。軸D截面的安全系數(shù)確定。可知，，故，該軸D截面是安全的。 3.4 本章小結 本章主要進行了以下設計： 1）車庫框架中整體結構設計。包括橫梁、支撐梁、立柱設計。 2）安全機構的設計工作。 3）其他零部件的設計選擇。 根據(jù)以上零部件的選擇及設計工作，大體上完成整個結構框架的設計分析過程，由此可以測繪處整個車庫的框架裝配圖： 對其

53、進行整體裝配組合，完成整個車庫的結構設計。其整體結構如下： 圖3.19 立體車庫框架主視圖 圖3.20 立體車庫框架俯視圖 圖3.21 立體車庫框架左視圖 4．仿真分析 本設計中，利用UG軟件對整個車庫的設計進行了三維建模，其具體過程如下： 1.在上述的涉及的車庫整體鋼架結構設計完成之后，需要繪制車庫框架裝配圖，裝配圖是整個設計制圖階段的重中之重，本次設計依照以下原則對彈片搬運機械手進行裝配圖繪制： 1）立體車庫框架裝配圖應正確選擇主視圖和圖樣布局。 2）立體車庫框架裝配圖需要正確表達裝配圖2D尺寸和零件之間的關系。 3）立體車庫框架裝

54、配圖應按實際工作情況作為主視圖。 4）立體車庫框架裝配圖中細小結構如：倒角、圓角、退刀槽均可不畫。 5）立體車庫框架裝配圖應能體現(xiàn)運動機構的原理和結構特點。 2.立體車庫框架總裝配圖 首先對整個車庫的各零部件結構進行三維建模。其三維模型圖如下： 1）橫梁三維建模圖如下： 4.1 橫梁主視圖 4.2 橫梁左視圖 4.3 橫梁三維圖 2）支撐梁三維建模圖如下： 4.4 支撐梁三維圖 4.5 支撐梁左視圖 3）立柱三維建模圖如下： 圖4.6 立柱三維圖 4）立體車庫框架單邊三維建模圖如下： 圖4.7 立體停車庫框架單邊主視圖

55、 圖4.8 立體停車庫框架單邊俯視圖 圖4.9 立體停車庫框架單邊左視圖 圖4.10 立體停車庫框架單邊立體圖 5）最后完成整個立體停車庫框架的三維建模： 圖4.11 立體停車庫框架整體俯視圖 圖4.12 立體停車庫框架整體立體圖 由此完成了整個立體車庫框架的三維建模設計。 5．總結 智能化的高速普及對立體停車庫行業(yè)的影響還是非常重要的。巷道堆垛式停車庫的出現(xiàn)，有效解決了停車問題，同時也彌補了傳統(tǒng)機械立體停車設備的不足和缺點。本篇論文查閱許多參考文獻，同時進行了一定的市場調研，完成了立體停車庫的

56、一些重要工作。其主要完成任務如下: （1）對車庫控制系統(tǒng)的研究 經過市場調查及分析，選用PCL（可編程控制器）作為車庫的控制系統(tǒng)。PLC在市場上得到用戶的廣泛認可，其性能及優(yōu)越性均較為明顯，手動和自動模式的轉換可以保證車庫安全且高效的運轉。因此選用PLC作為車庫的控制系統(tǒng)是我認為較為合理。 （2）對車庫的骨架結構研究 在進行相關市場調研及資料查閱的情況下，完成了本車庫的鋼結構框架設計。確保了整個立體停車庫框架的安全性，保障了車庫能夠安全有效的運行。 (3)對車庫安全保護機構的研究 保護機構是車庫較為關鍵的一個環(huán)節(jié)，因此對于車庫安全機構的研究設計是很有必要也是非常重

57、要的一個環(huán)節(jié)。本次研究在確定立體車庫中可能發(fā)生的各種危險后，設計出相應的安全保護機構，對于智能車庫整體的安全性得到了極大的提升。 (4) 對車庫電機及減速器的研究 電機及減速器是車庫運轉必不可少的一部分。因此電機及減速的設計過程也是復雜且嚴謹?shù)摹Ｔ跍p速器方面直接選用行星齒輪減速器。而電機則分別進行計算設計了橫移機構電機和微橫移機構電機。 結合時代的發(fā)展，科技的進步，立體車庫的發(fā)展前景一定是積極的。堆垛式立體停車庫，作為立體停車庫領域智能化程度最高的停車設備，其市場價值肯定是無窮的。但是目前市面上的堆垛式立體停車庫依然存在著較多的缺陷和問題。 總的來說，對于堆垛式立體車庫的研究還

58、有相當漫長的道路要探索。未來立體車庫的發(fā)展一定是充滿光明的。 參考文獻 [1]付翠玉, 關景泰. 立體車庫發(fā)展的現(xiàn)狀與挑戰(zhàn)[J]. 機械設計與制造, 2005(9):156-157. [2]張啟君. 立體車庫的主要型式及技術特點[J]. 機電產品開發(fā)與創(chuàng)新, 1999(2):7-9. [3]任伯森.中國機械式停車設備發(fā)展概況[J].中外停車設備及配套產品重點廠商名錄.1999,1 :5 -7 [4]喻樂康，左東曉.機械停車庫的技術發(fā)展[J]建設機械技術與管理.1999,1: 30 -32 [5]中國重型機械工業(yè)協(xié)會停車設備管理委員會.機械式立體車庫[J].

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