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山西工程技術學院 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 畢業(yè)生姓名 ： 詹天宇 專業(yè) ： 機械設計制造及其自動化 學號 ： 150514010 指導教師 ： 路亮 所屬系（部） ： 機械電子工程系 二一九年六月 I 兩層自動立體車庫設計 摘 要 隨著我們國家的國民經(jīng)濟快速發(fā)展，人民生活水平不斷提高，駕車出行也逐漸 成為了人們的主要出行方式。進口車、合資車、國產車的銷量逐年上升，越來越多 的汽車進入家庭，但是由于城市其他公共設施建設速度滯后于汽車保有量的增長速 度，使得我們國家各個城市都要面臨一個停車難的問題，這個問題在近些年日益加 劇。立體車庫成為目前解決停車難問題的重要方式之一，其中以升降橫移式立體車 庫應用最為廣泛。 本次設計的主要內容是通過研究國內外的各種立體車庫的建設與發(fā)展歷程，設 計自動立體車庫的結構。而自動立體車庫按結構可分為升降橫移類、垂直循環(huán)類、 水平循環(huán)類、平面移動類、巷道堆垛類、垂直升降類、簡易升降類等。本文主要對 兩層式升降橫移自動立體車庫進行詳細的結構設計和對關鍵部位受力分析并校核。 四柱結構型式鋼結構車庫由于其結構較為簡單有較大使用范圍，本文對其進行 詳細設計。文中主要對自動立體車庫的橫梁，縱梁，支撐柱以及載車板進行詳細的 受力分析和校核。另外，本文中的自動立體車庫采用了液壓系統(tǒng)進行傳動，區(qū)別與 采用電動機驅動的自動車庫。由于液壓傳動的優(yōu)點，車庫在升降或是橫移過程中會 更加穩(wěn)定，減少了運動中所產生的噪音，使其適用于更多場合。在車庫的設計中還 介紹了車庫運行中重要的安全防護裝置以及立體車庫的選址原則。 除此之外，還繪制了總裝圖、零件圖、液壓系統(tǒng)圖。 關鍵詞：自動立體車庫；結構設計；液壓 II Design of two-storey automatic three-dimensional garage Abstract With the development of the national economy in our country, more and more cars are entering the common families. Stereo garage becomes the first choice for solving the problems of hard parking. Especially, lift-sliding type stereo garage is the most widely used The main content of this design is the design of automatic stereo garage, the stereo garage is including lift-sliding type, vertical circulation type, level of circulation, plane mobile, laneway type, vertical lifting, simple movements and etc. The main contents of this paper is about the design structure of two layers of lifting and transferring automatic stereo garage and the force analysis and check by the key parts of stereo garage. Four-column type steel structure garage has a large range of use because of its simple structure. The main content of this paper is the force analysis and check by the beams, stringers, support columns and car carrying boards. In addition, automatic stereo garage use hydraulic system for driving, it has difference between using the motor-driven automatic garage. Because of the advantages of hydraulic transmission, the garage will be more stable in process. This makes it suitable for more occasions. The design of the garage is also introduced the safety protection device in the running of garage. In addition, the paper includes drawn up the assembly diagram, parts diagram. Keywords: automatic stereo garage; structure design; hydraulic 目 錄 摘 要 .....................................................................................................................................I ABSTRACT ..........................................................................................................................II 1 緒論 ..................................................................................................................................1 1.1 本課題研究的內容及意義 ........................................................................................1 1.2 國內外的發(fā)展概況 ....................................................................................................4 1.3 本章小結 ....................................................................................................................8 2 自動立體車庫的總體設計方案 ........................................................................................9 2.1 升降橫移自動立體車庫選型 ......................................................................................9 2.2 自動立體車庫提升方式的選擇 ................................................................................10 2.3 自動立體車庫的其他部件 ........................................................................................11 2.4 自動立體車庫的設計參數(shù) ........................................................................................11 2.5 自動立體車庫結構設計的內容及要求 ....................................................................12 2.6 本章小結 ....................................................................................................................12 3 自動立體車庫主體框架設計 ........................................................................................13 3.1 立體車庫的工作原理 ..............................................................................................13 3.2 自動立體車庫鋼結構設計 ......................................................................................13 3.2.1 支撐柱設計 .......................................................................................................20 3.2.2 橫梁受力分析 ...................................................................................................23 3.2.3 縱梁受力分析 ...................................................................................................25 3.3 載車板受力分析校核 ..............................................................................................27 3.4 本章小結 ..................................................................................................................29 4 自動立體車庫的傳動系統(tǒng) ............................................................................................30 4.1 上層載車板提升裝置設計 ......................................................................................31 4.1.1 升降傳動系統(tǒng)設計 ...........................................................................................31 4.1.2 升降液壓系統(tǒng)設計 ...........................................................................................34 4.1.3 升降液壓系統(tǒng)鏈輪設計 ...................................................................................36 4.1.4 升降液壓系統(tǒng)傳動軸設計 ...............................................................................37 4.2 橫移液壓系統(tǒng)設計 ..................................................................................................39 4.3 本章小結 ..................................................................................................................41 5 車庫的配套系統(tǒng) ............................................................................................................42 5.1 安全系統(tǒng) ..................................................................................................................42 5.2 立體車庫的控制系統(tǒng) ................................................................................................44 5.3 本章小結 ..................................................................................................................52 6 結論與展望 ....................................................................................................................53 6.1 結論 ..........................................................................................................................53 6.2 不足之處及未來展望 ..............................................................................................53 參考文獻 ..............................................................................................................................54 附 錄 ..................................................................................................................................56 外文文獻 ..............................................................................................................................57 中文翻譯 ..............................................................................................................................64 致 謝 ..................................................................................................................................69 山西工程技術學院畢業(yè)設計說明書 1 1 緒論 1.1 本課題研究的內容及意義 本課題研究的內容是：自動立體車庫的結構設計，包括自動立體車庫的總體方 案設計，有關零件部件的選型計算，結構強度校核及液壓系統(tǒng)設計，并繪制出裝配 圖和零件圖紙。 本課題研究的意義是：現(xiàn)在，隨著我國城市的發(fā)展、人口的增長，生活水平的 提高，我國汽車保有量也急速增長，車輛的停放的問題成為了我國城市發(fā)展的一大 難題。目前車輛傳統(tǒng)的停放方式主要有地面與地下停車場兩種。但其傳統(tǒng)的停放方 式占地面積大，土地利用率低，已不能解決我們國家目前停車難的問題。 作為解決城市車輛停放且提高土地利用率的有效措施是向空間立體停車設備發(fā) 展。立體停車設備與傳統(tǒng)的停車方式相比具有占地面積小、停車率高、布局靈活、 效率高、能耗低、安全可靠等特點受人青睞。我國的立體停車設備生產廠商已發(fā)展 到幾百家，生產各種類型的停車設備，有些停車設備已開始出口。目前市面上常見 的立體停車庫有:升降平移類、垂直循環(huán)類、多層循環(huán)類、水平循環(huán)類、平面移動類、 巷道堆垛類、垂直升降類和簡易升降類等,其中升降平移類以其結構簡單、操作方便、 安全可靠、造價低等優(yōu)點，在國內車庫市場占有絕對優(yōu)勢的市場份額 17。自動立體 車庫是我們國家的新型產業(yè)，具有長遠的發(fā)展前景。隨著我們國家經(jīng)濟的快速發(fā)展， 城市交通的擁堵和車位緊張的問題成了影響我國城市發(fā)展重要的因素之一，傳統(tǒng)的 車庫早已不能適應城市發(fā)展的要求，再加上我國汽車保有量的不斷增加，自動立體 車庫成為解決這一問題的必然途徑 1。 機械式立體停車庫在我國出現(xiàn)和使用雖然只有短短十幾年，但發(fā)展迅速，方興 未艾，成效顯著。不僅能夠生產造價低廉，原理簡單，使用方便的立體車庫，而且 也向高科技集成的高端立體車庫產品發(fā)展，機械式立體車庫具有空間利用率高，節(jié) 省城市有限的土地資源；具有建造成本較低、建造周期較短；車輛停放入車庫快速 便捷、自動車庫更加安全，還具有節(jié)約能源等優(yōu)點。同時自動立體車庫還可以在有 限的土地上停放更多的車輛，便于集中管理，減少管理費用和人員等的優(yōu)勢，在各 個小區(qū)或空地都可以根據(jù)當?shù)氐膶嶋H情況進行立體車庫的建設，可大大緩解這些地 方停車難的問題，這對現(xiàn)在車庫緊張的小區(qū)和其他人員較多的公共場所提供了很好 的解決方法。因此，機械式立體車庫具有廣闊的應用前景。而自動立體車庫的結構 山西工程技術學院畢業(yè)設計說明書 2 設計是車庫建設及運行的重要環(huán)節(jié)，其設計水平與質量直接影響到用戶的安全和建 造成本。合理的結構設計可最大限度的利用有限的土地空間，緩解城市中停車難的 問題。而目前我國自動立體車庫加工生產廠家沒有統(tǒng)一的標準：大多數(shù)自動立體車 庫行業(yè)的生產廠家大多以國外現(xiàn)有產品或技術為基礎進行制造，對產品創(chuàng)新開發(fā)能 力差，沒有自己的知識產權；我國對立體車庫的新技術引入研究較少，而對立體車 庫的主體結構框架鋼研究和優(yōu)化才剛剛起步，不能形成較大的生產加工規(guī)模。機械 式自動立體車庫種類較多，按照現(xiàn)在立體車庫的發(fā)展，可將它分為巷道堆垛式立體 車庫，垂直升降式立體車庫，垂直循環(huán)式立體車庫，圓形水平循環(huán)式立體車庫等 18。 根據(jù)運行方式和結構特點可分為：升降橫移式立體車庫，水平循環(huán)式立體車庫， 垂直循環(huán)式立體車庫，多層循環(huán)式立體車庫，堆垛式立體車庫，平面移動式立體車 庫，垂直升降式立體車庫，簡易升降式立體車庫等八大類 2。 1、升降橫移式立體車庫：升降平移式是采用以載車板升降或平移存取車輛，一 般為準無人方式，即人離開設備后移動汽車的方式。升降平移式立體車庫的原理是 是將空缺車位與所需停車的車位進行交換，通過車位之間的平移及升降，完成汽車 的停車和取車 19。 整機特點，可有效利用空間，提高空間利用率達數(shù)倍。存取車快捷便利，其結 構使用跨梁結構設計，使車輛出入無障礙。采用 PLC 控制，自動化程度高，人機界 面好，多種操作方式可選配，操作簡便，安全可靠，造價低等優(yōu)點，在國內車庫市 場占有絕對優(yōu)勢的市場份額，同時環(huán)保節(jié)能，低噪音。但下層車庫必須有一空位用 于車庫升降。升降平移式立體車庫，由停車位和升降系統(tǒng)裝置，平移系統(tǒng)裝置及控 制系統(tǒng)組合而成 20。 主體結構框架可以由熱軋 H 型鋼、方鋼、角鋼、鋼板等型材通過緊固件聯(lián)接或 焊接而成，具有較高的強度和剛度,重量輕、外形美觀，可二次拆卸安裝,運輸維護方 便 3。 2、垂直循環(huán)式立體車庫：車庫采取垂直方向做循環(huán)運動進行對車輛存取的方式 的立體車庫。垂直循環(huán)式立體車庫調車時間短，取車快速，占地面積小，可設置在 地面上或半地上半地下，可獨立或附設在建筑物內，還可多臺組合。 3、水平循環(huán)式立體車庫：采用水平循環(huán)運動來存取車輛的機械式立體車庫。水 山西工程技術學院畢業(yè)設計說明書 3 平循環(huán)式立體車庫可以省去進出車道，充分利用狹長地形的地方建車庫，降低通風 裝置的費用，若多層重疊可為大型停車場，但車庫只有一個出入 El，存取車時間較 長，實用性差。 4、簡易升降式立體車庫：其結構大多為一個車位泊兩臺車，構造簡單實用，無 需特殊地面基礎要求。適合裝置于工廠、別墅、住宅停車場 。 5、多層循環(huán)式立體車庫：其工作原理是使載車板作上下循環(huán)運動來進行車輛的 調取工作。 6、堆垛式立體車庫：通過升降機、行走臺車及橫移裝置輸送載車板實現(xiàn)存取車 操作，整個過程全自動完成，可設置于地上或地下，充分利用有效空間。載車板的 升降和行走同時運行，存取車方便快捷。全封閉式管理，安全可靠，保障人、車安 全 3。 從機械式自動立體車庫的類型上看，應用較多的是升降橫移式立體車庫，占自 動車庫總量的絕大部分，其所占比例隨著機械式立體車庫的發(fā)展還會繼續(xù)上升 4。 所以本文詳細對升降橫移式自動立體車庫結構設計進行研究。 立體車庫的種類看到了不少，但是不同環(huán)境所需要的立體車庫類型也是不一樣 的，那么也需要研究立體車庫的選址原則。機械式立體停車庫的服務半徑的選擇是 影響選址的決定性因素之一。對于停車者而言，選擇怎樣停車方式和那個停車庫的 最主要原因是停車庫距目的地的遠近?？梢娡＼噹鞂Ψ瞻霃饺≈档那‘斉c否對解 決城市停車難起著重大的作用。這個半徑該怎樣去取值？ 各國對停車庫設計中的停車后步行到達目的地距離都做過研究，人們一般喜歡 停車后能夠最短時間最短距離步行到達目的地。歐美的研究表明，在 5-10 萬人口 的小城市平均步行距離為 120m，在人口超過 100 萬以上的大中城市平均步行距離 為 170m。我國相關規(guī)范規(guī)定，城市的停車場服務半徑 200m 為最優(yōu)半徑，最遠半 徑為 500m。結合我國多數(shù)城市布局規(guī)劃的特點，立體停車庫選址可以參考以下四 點原則： （1）立體停車庫的設置應符合城市總體規(guī)劃、規(guī)劃期停車數(shù)和道路交通組織的 要求，大中小型停車庫相匹配，各種停車方式相結合，形成一個合理的停車系統(tǒng)； （2）應設置在停車需求最多的地方，不宜靠近干道交叉口，組織車輛右行，可 在其周邊開辟輔道，以減少車流交叉； （3）在中心區(qū)應均衡布置，考慮其服務半徑應能覆蓋大部分區(qū)域； 山西工程技術學院畢業(yè)設計說明書 4 （4）協(xié)調與周圍建筑物的關系，不與甲、乙類廠房、庫房及托兒所、幼兒園、 養(yǎng)老院組合建設，防止產生干擾；立體車庫選址合適與否直接影響其后期投入使用 以后的經(jīng)濟效益，直接影響局域動態(tài)和靜態(tài)交通，關系到為建設停車庫所投入的資 源是否合理利用，投資是否可收回，是否促進區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展等等問題 13。 立體車庫作為一個存放車輛的地方，那么消防方面一定要做好。在機械立體車 庫防火設計中，設置消防設施時應按照國家最新版的汽車庫、修車庫、停車場設 計防火規(guī)范執(zhí)行。應從國家經(jīng)濟建設全局出發(fā)，結合車庫的實際情況，積極采用 先進有效的防火與滅火技術，做到“確保安全、方便使用、技術先進、經(jīng)濟合理” 的原則，為了防止和減少火災對機械停車庫的危害，機械停車庫的防火設計，一定 要由專業(yè)消防設計單位設計。 地下機械汽車庫同普通汽車庫一樣,發(fā)生火災時有如 下幾個特點: （1）燃燒蔓延快，火勢難以控制：汽車內部的裝飾物大量采用合成材料，其火 災蔓延速度快；此外，燃燒中釋放出大量的熱和有毒煙氣，特別是當汽油、柴油參 與燃燒反應時，現(xiàn)場條件將更加惡劣，極易造成大面積火場的失控狀態(tài)； （2）通風排煙困難：對地下汽車庫來講，通風排煙只能依靠機械排煙系統(tǒng)和機 械送風系統(tǒng)，給火災撲救帶來不利因素； （3）火災救援困難：當?shù)叵缕噹彀l(fā)生火災時，其產生的高溫有毒氣體和濃煙 散發(fā)困難，能見度急劇下降，這些都會延誤消防隊員滅火救援行動。 立體車庫火災探測實際還需要業(yè)界人士不斷總結和探索，因為立體車庫宛如一 個煙囪，具有自下而上的自吸作用，并且探測器的安裝位置受到車庫結構的嚴重限 制，探測器應有的本領不能充分發(fā)揮，實數(shù)無奈之舉 14。 1.2 國內外的發(fā)展概況 國外發(fā)展立體車庫較早的有美國，亞洲的日本、韓國、歐洲的德國等國家，在 停車技術領域的研究處于世界領先水平。機械式立體車庫經(jīng)過幾十年的發(fā)展，已由 初期的半自動化控制方式發(fā)展到全自動化的控制方式；機械結構也發(fā)展到了模塊化 設計，便于組合、拆卸；使用材料和工藝也都有了突飛猛進的發(fā)展 7。如今，立體 車庫在西歐、東南亞、韓國、日本都得到了廣泛的應用，形成了一個包括制造、安 裝、使用和維修的行業(yè) 6。 一、國外的發(fā)展狀況 山西工程技術學院畢業(yè)設計說明書 5 國外經(jīng)濟發(fā)達國家其自動立體車庫在過去的幾十年中已經(jīng)得到了充分的發(fā)展。 1920 年，美國建立了第一個立體式的停車機構,在上世紀 50 年代以后，各式各樣的 立體車庫也在美國、西歐的科技發(fā)展中陸續(xù)被提出。60 年代，隨著汽車工業(yè)的迅速 發(fā)展,美國、日本、歐洲出現(xiàn)停車難問題，立體車庫發(fā)展得到普及。日本是一個人口 眾多人均土地資源較少的國家，由于其經(jīng)濟發(fā)達，停車難的問題早就出現(xiàn)，同時也 帶動了自動立體車庫的發(fā)展、使其發(fā)展至今已經(jīng)較為完善，現(xiàn)已經(jīng)發(fā)展出較多車庫 種類。同時日本在車庫的技術研究與開發(fā)、制造、管理等方面的水平都處于亞洲領 先地位，所建成的立體停車場的數(shù)量和其容車量也居于世界前列。1960 年，日本開 始進行立體停車設備的起步。目前在日本立體式停車庫及其設備研發(fā)、制造的公司 約有 200 多家，比較大的公司有新明和、石川島、日精與三菱重工等廠商。從 1990 年起,日本每年投入運行的立體停車位都在 10 萬個以上，種類也從單一的垂直循環(huán) 式發(fā)展日趨完善，至今已開發(fā)生產出 9 大類，在管理體制、技術標準等方面日漸完 善。如今在日本全國建設并使用的自動立體車庫的停車位已有 300 萬個，大部分自 動立體車庫是升降橫移式車庫。而日本的優(yōu)勢主要在多層升降橫移車庫、水平循環(huán) 車庫、垂直循環(huán)車庫、簡易升降車庫、垂直升降車庫等產品上。而在韓國自動立體 車庫的技術發(fā)展主要受到其鄰國日本的技術影響。韓國的立體車庫產業(yè)從上世紀 70 年代中期進入起步階段，在發(fā)展過程中又從其鄰國日本引進相關技術，再對引進技 術后不斷改進，最后 90 年代立體車庫展業(yè)進入發(fā)展階段階段，到了 2000 年時，韓 國的立體停車設備技術進入大規(guī)模使用階段。韓國的制造公司約有近百家，有 LG 公司、德山公司(DuksAnEng AM=0BR12.540NFmA （3.13）2 式（3.13）為橫梁彎矩計算公式。 從圖中可得最大彎矩 ;max420NMA （3.14）617.23zKMpaW 式（3.14）為橫梁彎曲許用應力計算公式。 符合彎曲許用應力條件。 校核梁的切應力 查表得 ； 。:17.2IxSd0.cm 由剪力圖得： ,代入切應力強度條件，maxF6.8SKN （3.15） *22168013.957..zs MpaIb 式（3.15）為橫梁切許用應力計算公式。 進過校核橫梁滿足正應力和切應力強度條件。 3.2.3 縱梁受力分析 根據(jù)材料力學附錄表 4，選用 20a 熱軋工字鋼（GB 70688） 23，材料 使用 Q235A； 圖 3.7 縱梁圖 如圖 3.7 所示縱梁圖紙，縱梁長度為 ，其固定點的間距為 ，固定點離5.m4m 山西工程技術學院畢業(yè)設計說明書 26 縱梁兩端分被為 ?？v梁主要受載車板和汽車重量所產生的拉應力和彎曲應力，0.75m 對縱梁進行受力分析，并繪制受力簡化圖如圖 3.8 所示。 圖 3.8 橫梁受力分析圖 由靜力平衡方程式求出 A,B 兩點處的支反力 和 ：RAFB 左右縱梁： ；121+60N2FF車 載 中間縱梁 （3.16）12車 載 式（3.16）為縱梁受力計算公式。 由于中間縱梁所受的力大于左右縱梁所受的力，所以對中間縱梁進行校核。 ;R120(41)26BFKN （3.17）A0 式（3.17）為 AB 兩點的支反力計算公式。 四個集中力作用在截面上的彎矩分別為 ， ; AM=0BR120NFmA 山西工程技術學院畢業(yè)設計說明書 27 （3.18）2RB10NMFmA 式（3.18）為縱梁彎矩計算公式。 從圖中可得最大彎矩 ；max120A （3.19）650.37z MpaW 式（3.19）為縱梁彎許用應力計算公式。 符合彎曲許用應力條件。 校橫梁的切應力： 查表得 ； ；:17.2IxSd0.cm 由剪力圖 ,代入切應力強度條件，maFKN （3.20） *xa 229.717.0.1zs MpaIb 式（3.20）為縱梁切應力計算公式。 所以橫梁滿足正應力和切應力強度條件。 3.3 載車板受力分析校核 根據(jù)材料力學附錄表 4，選用 14b 熱軋槽鋼（GB 70688） 23，材料使 用 Q235A； 如圖 3.9 所示，載車板的總長度為 5.5m,而載車板受到力為 ,受力的長q=180N 度為 。對載車板進行彎曲變形校核。4m 圖 3.9 載車板圖紙 對載車板受力分析，如圖 3.10 所示： 山西工程技術學院畢業(yè)設計說明書 28 圖 3.10 橫梁受力分析圖 上層載車板使用鋼絲進行固定升降，其載重后不能變形過大，否則會影響其正 常運行，對車輛安全產生影響。所以對載車板進行校核。 根據(jù)材料力學書， 撓曲方程為： （3.21） 24xqlfEI 式（3.21）為撓曲計算公式。 最大撓度為： （3.22） 4max38qlfEI 式（3.22）為最大撓曲計算公式。 其中彈性模量 ；52061Mpa 慣性矩 ， ， ；49Ixc4y.Icm4y61.Icm 受力長度 ； lm 計算得： ； 445max 18809.3103826.qlfEI 經(jīng)校核后載車板的變形量僅為 ，滿足要求。593m 載車板的強度校核： 載車板共使用 4 根相同的熱軋槽鋼 山西工程技術學院畢業(yè)設計說明書 29 （3.23） 22max0.5904M8qlKNmA 式（3.23）為彎矩計算公式。 查材料力學附錄表 3，3=87.1zWc 最大應力為： （3.24） 3maxax6901.Mpa<87.zM 式（3.24）為載車板強度校核計算公式。 所以載車板使用 14b 熱軋槽鋼滿足強度要求， 同時也滿足撓度要求。 3.4 本章小結 本章主要對自動立體車庫框架主體進行設計校核，其中包括立體車庫的支撐柱 的材料選擇再對其進行穩(wěn)定性校核，縱梁和橫梁的材料選擇以及正應力和切應力強 度的校核。本章還對載車板進行材料選擇，強度和擾度校核。 山西工程技術學院畢業(yè)設計說明書 30 4 自動立體車庫的傳動系統(tǒng) 立體車庫的傳動系統(tǒng)大多采用的是機械傳動，而采用液壓傳動的較少。液壓傳 動與機械傳動相比較而言有較多優(yōu)點。液壓傳動是指以液體為工作介質進行能量傳 遞和控制的一種傳動方式。在液體傳動中，根據(jù)其能量傳遞形式不同，又分為液力 傳動和液壓傳動。液力傳動主要是利用液體動能進行能量轉換的傳動方式，如液力 耦合器和液力變矩器。液壓傳動是利用液體壓力能進行能量轉換的傳動方式。在機 械上采用液壓傳動技術，可以簡化機器的結構，減輕機器質量，減少材料消耗，降 低制造成本，減輕勞動強度，提高工作效率和工作的可靠性。 我國的液壓工業(yè)開始于 20 世紀 50 年代，其產品最初只用于機床和鍛壓設備， 后來才用到拖拉機和工程機械上。自從 1964 年從國外引進一些液壓元件生產技術， 并自行設計液壓產品以來，我國的液壓件已在各種機械設備上得到了廣泛的使用。 20 世紀 80 年代起更加速了對先進液壓產品和技術的有計劃引進、消化、吸收和國 產化工作，以確保我國的液壓技術能在產品質量、經(jīng)濟效益、研究開發(fā)等各個方面 全方位地趕上世界水平。 當前，液壓技術在實現(xiàn)高壓、高速、大功率、高效率、低噪聲、經(jīng)久耐用、高 度集成化等各項要求方面都取得了重大的進展，在完善比例控制、伺服控制、數(shù)字 控制等技術上也有許多新成就。此外，在液壓元件和液壓系統(tǒng)的計算機輔助設計、 計算機仿真和優(yōu)化以及微機控制等開發(fā)性工作方面，日益顯示出顯著的優(yōu)勢。 液壓傳動的優(yōu)點 1、液壓傳動可以輸出大的推力或大轉矩，可實現(xiàn)低速大噸位運動，這是其它傳 動方式所不能比的突出優(yōu)點。 2、 液壓傳動能很方便地實現(xiàn)無級調速，調速范圍大，且可在系統(tǒng)運行過程中 調速。 3、 在相同功率條件下，液壓傳動裝置體積小、重量輕、結構緊湊。液壓元件 之間可采用管道連接、或采用集成式連接，其布局、安裝有很大的靈活性，可以構 成用其它傳動方式難以組成的復雜系統(tǒng)。 4、液壓傳動能使執(zhí)行元件的運動十分均勻穩(wěn)定，可使運動部件換向時無換向沖 擊。而且由于其反應速度快，故可實現(xiàn)頻繁換向。 5、操作簡單，調整控制方便，易于實現(xiàn)自動化。特別是和機、電聯(lián)合使用時， 山西工程技術學院畢業(yè)設計說明書 31 能方便地實現(xiàn)復雜的自動工作循環(huán)。 6、液壓系統(tǒng)便于實現(xiàn)過載保護，使用安全、可靠。由于各液壓元件中的運動件 均在油液中工作，能自行潤滑，故元件的使用壽命長。 7、液壓元件易于實現(xiàn)系列化、標準化和通用化，便于設計、制造、維修和推廣 使用。 自動車庫中液壓傳動最大的優(yōu)點是噪聲小，工作較平穩(wěn)，單位體積重量輕，易 于進行自動化控制。在如今人們注重居住舒適情況下，液壓傳動對立體車庫噪聲的 減小有很大幫助，這可以使自動立體車庫有更大的應用空間。因此，在歐美等發(fā)達 國家自動立體車庫已向液壓傳動方式發(fā)展。 4.1 上層載車板提升裝置設計 上層載車板是使車輛從地面提升到上層并提供安全穩(wěn)定的停車空間的重要提升 裝置。所以上層載車板選用卷筒，導輪，鋼絲繩和液壓馬達來完成一系列提升運動。 4.1.1 升降傳動系統(tǒng)設計 升降系統(tǒng)安裝車庫的頂部，卷筒，液壓馬達和傳動軸安裝在后橫梁上，導輪安 裝在縱梁上。 根據(jù)設計需要選擇卷筒，根據(jù)起重設計手冊選取 T153 卷同組，其參數(shù)為 ，最大提升高度為 ,起重量為 ,其配套選用的鋼繩直徑為03Dm16m50kg 。載車板提升時需要導輪和卷筒組共同運動才能完成。1.5 如圖 4.1 所示： 山西工程技術學院畢業(yè)設計說明書 32 重 物導 輪卷 同 組 圖 4.1 提升機工作原理 計算作用在卷筒上的力； 卷筒受到汽車重量載車板重量之外，還受到導輪所產生的摩擦力。其鋼繩與導 輪之間的摩擦系數(shù) 。0.2f 故有 （4.1）+F(1860(1860).280f N車 載 車 載 ） 式（4.1）為卷筒組受力計算公式， 式中 為液壓馬達所受的力。 所以液壓馬達所受力為 28800N，根據(jù)液壓傳動與氣壓傳動表確定液壓驅動的壓 力為 。5Mpa 根據(jù)液壓氣壓傳動與控制，液壓馬達結構簡單，噪音和流量脈動小，適用于負 載扭矩不大，速度平穩(wěn)性和噪聲要求較高的場合，所以選擇葉片液壓馬達。液壓馬 達基本參數(shù)為：排量 ，轉速 ，輸出扭矩 。液壓馬達出154/Vmlr10/inr98Nm 油口為 與進油口的壓力為 其壓力差為 ，所以液壓馬達可將油直接0paMpa5pa 流回油箱。 由于升降系統(tǒng)采用葉片式液壓馬達，使系統(tǒng)實現(xiàn)恒速升降。載車板離地高度為 ，液壓系統(tǒng)在 10 秒內完成升（降）過程；2m 故速度應大于 山西工程技術學院畢業(yè)設計說明書 33 （4.2）20./1vms 式（4.2）為載車板速度計算公式。 取速度 ；由于載車板與鋼絲繩相連，鋼絲繩與卷筒相連，故卷筒的.5/s 線速度也為 ；02 卷筒的角速度 ：vr （4.3） 0.253.4/rads 式（4.3）為卷筒的角速度計算公式。 卷筒的轉速 ；n （4.4）3.4602/mintr 式（4.4）為卷筒的轉速計算公式。 液壓馬達轉速為 ，傳動系統(tǒng)采用鏈輪傳動，其傳動系數(shù) ；1/i 2i 液壓馬達的流量為： 540/in15.4/inqVnlL （4.5） 式（4.5）為液壓馬達的流量計算公式。 由于液壓系統(tǒng)管路布置的不確定性，整個液壓回路損失大約為 ，流量損失約5% 為 ；1% 所以： ；5.12pMpa ；.46/minqL 根據(jù)上述數(shù)據(jù)選擇液壓泵，其流量為 ， ，轉速25/minL6.3PMpa 。由于液壓泵無法將電動機的驅動完全轉化，所以液壓泵的效率取10/innr ，根據(jù)上述數(shù)據(jù)對液壓泵電動機進行選型：8% （4.6）63.31025/0.8213.pqPwk 式（4.6）為液壓馬達的功率計算公式。 根據(jù)所需轉速和功率選擇電動機； 山西工程技術學院畢業(yè)設計說明書 34 查機械手冊選擇 型電動機，電動機額度功率為 ，電動機轉速為126YM4kw 。10/minr 4.1.2 升降液壓系統(tǒng)設計 根據(jù)上述參數(shù)設計液壓系統(tǒng)回路，每次車庫只能有一輛車做升降運動，升降完 成后控制系統(tǒng)才能進行其它運動。 如圖 4.2 所示：1 為過濾器，2 為液壓泵，3 為可調節(jié)流閥，4 為直動式溢流閥， 11 為液壓表； 5，7，9 為三位四通電磁閥； 6，8，10 為液壓馬達； 1YA,2YA 為 5 號三位四通電磁閥的兩個電磁閥； 3YA,4YA 為 7 號三位四通電磁閥的兩個電磁閥； 5YA,6YA 為 9 號三位四通電磁閥的兩個電磁閥； 山西工程技術學院畢業(yè)設計說明書 35 圖 4.2 升降液壓系統(tǒng)工作原理圖 山西工程技術學院畢業(yè)設計說明書 36 表 4-1 電磁閥動作順序表 動作 1YA 2YA 3YA 4YA 5YA 6YA 1 號載車 板上升 + 1 號載車 板下降 + 2 號載車 板上升 + 2 號載車 板下降 + 3 號載車 板上升 + 3 號載車 板下降 + 表 4-1 為自動立體車庫液壓系統(tǒng)的電磁閥動作順序表，其中加號為得電，減號 為失電。 4.1.3 升降液壓系統(tǒng)鏈輪設計 上層載車板通過傳動軸提升汽車，而液壓馬達通過鏈輪與傳動軸連接。為了保 證其傳動的穩(wěn)定和安全性，對鏈輪進行選擇校核。 由于傳動軸的轉速為 ，遠小于 ，其鏈傳動為低速鏈傳動。0.25/vms0.6/s 鏈輪抗拉靜力強度不夠易受破壞。所以根據(jù)機械手冊對鏈輪行抗拉靜力強度計算： ；caAcfQSSKF2qv （4.7） 2 210(sin)ffa 式（4.7）為抗拉靜力強度計算公式。 式（4.7）中 為鏈的抗拉靜力強度的計算安全系數(shù)；caS 為單排鏈的極限拉伸載荷( )；QKN 為工作情況系數(shù)為 1；AK 為離心力引起的拉力取 0；c 為垂直拉力 ；f 28F 為鏈的有效拉力系數(shù) 1。A 根據(jù)機械設計選擇鏈號 22； 山西工程技術學院畢業(yè)設計說明書 37 初步選擇 ISO 鏈號為 20A,其節(jié)距 ；31.75p 排距 ，單排抗拉載荷為 。35.76tP86KN 根據(jù)式（4.7）為抗拉靜力強度計算公式； ； 3.710.628caAcfQS SKF 其安全系數(shù)過小不符合要求。 重新選擇 ISO 鏈號為 28B,其節(jié)距 ；4.5p 排距 ，單排抗拉載荷為 。59.6tP20KN 根據(jù)式（4.7）抗拉靜力強度計算公式； ； 316.94280caAcfQS SKF 其安全系數(shù)大于 6 符合要求。 由于鏈速小于 ， ；所以液壓馬達的鏈輪齒數(shù)取 14 齒，液壓馬達0./ms1Z 與傳動系數(shù) ；取傳動軸參數(shù)為 7，傳動鏈輪確定。2i 計算鏈輪的分度圓直徑： （4.8） 018sinPdZ 式（4.8）為鏈輪的分度圓直徑計算公式； 其中 為鏈輪節(jié)距。 根據(jù)式（4.8）鏈輪的分度圓直徑計算公式； ；14.58019.76sindm ；2.2.45i 液壓馬達鏈輪分度圓直徑 ；19.76d 液壓馬達鏈輪分度圓直徑 。20 4.1.4 升降液壓系統(tǒng)傳動軸設計 上層載車板通過傳動軸提升汽車，傳動軸要承受載車板和汽車的所有重量，所 以對傳動軸要求較高。 傳動軸選用 的無縫鋼管，無縫鋼管的厚度為 ；傳動系統(tǒng)的卷筒和鏈輪60m 都焊接在鋼管上，但必須焊接牢固。若焊接出現(xiàn)虛焊會使卷筒或鏈輪在運動中脫落， 山西工程技術學院畢業(yè)設計說明書 38 引起車輛掉落，造成嚴重的事故。焊接時也要保證卷筒，鏈輪與傳動軸的同心度， 若誤差較大會使鏈輪卷筒與傳動軸的震動加大，影響傳動系統(tǒng)的穩(wěn)定性和效果。 傳動軸的長度為 ，卷同組焊接在離傳動軸端 處，而鏈輪焊接在250m40m 傳動軸的中間部位。 對傳動軸進行受力分析： 如下圖 4.3 所示： 其中 為卷筒直徑， 為鏈輪分度圓直徑。0Dd扭 矩 圖 圖 4.3 傳動軸扭矩圖 （4.9） 3max41612DT 式（4.9）為無縫鋼管壁厚計算公式。 其中 ；80Mpa 為無縫鋼管直徑；D 為液壓馬達的最大扭矩：maxT （4.10）32815.0PNmn 山西工程技術學院畢業(yè)設計說明書 39 式（4.10）為鏈輪的扭矩計算公式。 將數(shù)據(jù)代入式（4.9）中； ； 363460180152.601 .872m 經(jīng)校核選擇 無縫鋼管，其壁厚為 ;選擇材料為 45 鋼。mm 4.2 橫移液壓系統(tǒng)設計 下層載車板做橫向移動，移動距離為 。載車板在地面的水平軌道上做恒速2.5 運動，載車板由分布在前后導輪的液壓馬達帶動運行。 載車板在導軌上運動只需克服導輪與導軌之間的最大摩擦力： （4.11）()(1806)0.124Ff NA車 載 式（4.11）為摩擦力計算公式。 其中 和 分別為車輛和載車板重量；車 載 為摩擦系數(shù) ；f0.1f 導輪直徑 ；Dm 導輪所受的扭矩； （4.12）120.56MFNA 式（4.12）為導輪扭矩計算公式。 載車板運動速度； （4.13）2.50/1vms 式（4.13）為載車板速度計算公式。 導輪角速度； （4.14） 0.25/vradsr 式（4.14）為導輪角速度計算公式。 導輪轉速； （4.15）5603/minntr 式（4.15）為導輪速度計算公式。 液壓馬達的選型： 山西工程技術學院畢業(yè)設計說明書 40 由液壓馬達的工作阻力查液壓傳動與氣壓傳動確定工作壓力為 。根據(jù)上述1Mpa 參數(shù)選擇葉片式液壓馬達。 其轉速為 ，30/minr 流量為 。9/i27.9/minVlL 由于液壓系統(tǒng)管路布置的不確定性，整個液壓回路損失大約為 ，流量損失約5% 為 ；1% 所以： ；1.05pMpa ；8.34/minqL 其液壓原理圖與升降載車板原理相似，如下圖 4.4 所示： 圖 4.4 下層載車板液壓原理圖 圖 4.4 中 1 為過濾器，2 為液壓泵，3 為可調節(jié)流閥，4 為直動式溢流閥，9 為 液壓表； 5，7 為三位四通電磁閥，6，8 為兩臺相同液壓馬達。 山西工程技術學院畢業(yè)設計說明書 41 4.3 本章小結 本章主要對自動立體車庫傳動系統(tǒng)進行設計校核，其中包括立體車庫上層載車 板的提升裝置設計，液壓馬達的選型，液壓系統(tǒng)的設計，鏈輪的設計校核以及傳動 軸的設計校核。 本章后半部分為下層載車板的液壓傳動設計，以及液壓系統(tǒng)設計。 5 車庫的配套系統(tǒng) 自動立體車庫包括安全系統(tǒng)，配套輔助系統(tǒng)和控制系統(tǒng)等組成。這些系統(tǒng)能夠 山西工程技術學院畢業(yè)設計說明書 42 保證自動立體車庫的正常運行。 5.1 安全系統(tǒng) 車庫的安全防護對與整個車庫的正常運行有著非常重要的意義，在車庫中的車 輛的價值往往有很大的區(qū)別，有些車輛的價值往往很高，需要得到很好的安全防護。 同時在停放車輛的過程中，也要對車輛駕駛員以及周圍人員進行有效的安全防護。 為了降低自動立體車庫操作過程中出現(xiàn)意外傷亡或者發(fā)生事故的概率，為確保 安全，在操作全自動立體車庫時，用戶需要注意以下幾點： 1、嚴格按照交接班制度進行工作交接 自動立體車庫操作人員在交接班時一定注意要嚴格按照流程就行交接班，一定 要雙人核查車庫內所有車輛沒有安全問題，另外保證全自動立體車庫運行正常沒有 特殊的異常情況發(fā)生。對于車輛特殊情況以及車庫異常以及時告知對班人員以保證 當班人員可以進行安全操作。 2、協(xié)助車主停放車輛 操作人員在全自動立體車庫當班時，一定要認清自己工作指責，對進入車庫說 明注意事項如緩慢進入駛出、開啟車燈、盡快離開車庫等，保證車主安全停放好車 輛，并迅速離開全自動立體車庫，一定勸阻千萬不要長時間逗留，以免在車庫光線 不是太好的環(huán)境下發(fā)生意外或者事故。 3、員工持證上崗 要保證操作者能夠安全操作智能化的全自動立體車庫，用戶必須對操作者盡心 系統(tǒng)的操作培訓，一般廣受好評的全自動立體車庫廠家會給企業(yè)操作人員進行詳細 的崗前培訓，培訓合格后廠家會統(tǒng)一頒發(fā)上崗證書。 4、車庫操作管理人員嚴禁酒后上崗；嚴禁駕駛員酗酒后駕車進入車庫。 5、車庫操作管理人員在存車前應明確告知存車人在安全方面應遵守的注意事項， 嚴格遵守車庫相關規(guī)定，禁止不符合本車庫停放要求（尺寸、重量）的車輛入庫。 操作人員只有在操作中嚴格注意遵從廠家的崗前培訓持證操作，車主進入全自 動立體車庫后，給予車主各方面提示和指揮，保證車主快速停好車安全離開，同時 交接班時，交接班人員仔細核查車輛和全自動立體車庫是否運行良好，只有嚴格注 意到這幾點，才能保證全自動立體車庫可以在使用過程中安全操作并給車主提供最 好的全自動立體車庫服務，讓車主獲得良好的使用體驗。 山西工程技術學院畢業(yè)設計說明書 43 對于升降橫移式自動立體車庫，必須包括以下幾點的安全防護裝置： 1、防火裝置：在車庫中一些易燃物品存放處必須安裝溫度傳感器或煙霧傳感器， 如液壓油箱汽車油箱，并將這些傳感器與報警器或控制系統(tǒng)相連。 2、阻車裝置：在立體車庫停車時，汽車司機必須要把車停在載車板合適的位置 上，由于載車板的大小有限，使這一停車過程變得繁瑣。所以要在載車板的尾部安 裝上一定高度的阻車板來幫助司機停車。也可在載