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技術(shù)學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
題 目 立體車(chē)庫(kù)設(shè)計(jì)
專(zhuān) 業(yè) 車(chē)輛工程
學(xué) 號(hào) 1079311131
學(xué) 生 劉學(xué)良
指 導(dǎo) 教 師 李長(zhǎng)威
答 辯 日 期 2010年12月28日
哈工大華德學(xué)院
哈工大華德學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）評(píng)語(yǔ)
姓名： 學(xué)號(hào)： 專(zhuān)業(yè)：
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目：
工作起止日期：______ 年____ 月____ 日起 ______ 年____ 月____ 日止
指導(dǎo)教師對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）進(jìn)行情況，完成質(zhì)量及評(píng)分意見(jiàn)：
______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
指導(dǎo)教師簽字： 指導(dǎo)教師職稱(chēng)：
評(píng)閱人評(píng)閱意見(jiàn)：
____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________
___________________________
評(píng)閱教師簽字：_______________ 評(píng)閱教師職稱(chēng)：_______________
答辯委員會(huì)評(píng)語(yǔ)：
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根據(jù)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的材料和學(xué)生的答辯情況，答辯委員會(huì)作出如下評(píng)定：
學(xué)生 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯成績(jī)?cè)u(píng)定為：
對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的特殊評(píng)語(yǔ)：
____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
答辯委員會(huì)主任（簽字）： 職稱(chēng)：________________
答辯委員會(huì)副主任（簽字）：
答辯委員會(huì)委員（簽字）：___________ ___________ ___________ __________ __________ ___________ ___________ ___________ __________ __________ ___________ ___________ ___________ __________ __________
年 月 日
哈工大華德學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū)
姓 名：劉學(xué)良 院 （系）：汽車(chē)工程系
專(zhuān) 業(yè)：車(chē)輛工程 班 號(hào)：0793111
任務(wù)起至日期：2010年10月14日至2010 年12月28日
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目：
立體車(chē)庫(kù)設(shè)計(jì)
立題的目的和意義：
隨著汽車(chē)保有量的不斷增加，車(chē)庫(kù)停車(chē)位的需求也在不斷的擴(kuò)大，如何更好的利用空間，存放更多的車(chē)輛一直成為了人們研究的對(duì)象。本設(shè)計(jì)立體車(chē)庫(kù)就是為達(dá)到這一目地進(jìn)行的，通過(guò)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)利用立體的空間方便的存放更多的車(chē)輛。同時(shí)鍛煉學(xué)生設(shè)計(jì)能力和分析問(wèn)題解決問(wèn)題的能力。
技術(shù)要求與主要內(nèi)容：
1. 完成立體車(chē)庫(kù)總體設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)三列三層的立體車(chē)庫(kù)。
2. 完成立體車(chē)庫(kù)的各個(gè)部件的校核
3. 實(shí)現(xiàn)車(chē)庫(kù)的智能控制和手動(dòng)控制
4. 實(shí)現(xiàn)車(chē)庫(kù)停車(chē)，出車(chē)自由
5. 控制程序和控制部件的設(shè)計(jì)。
6. 完成0號(hào)圖紙2張
7. 完成10000字的設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)
參考論文10篇以上。
進(jìn)度安排：
2010．10.11──10.13 調(diào)研選題
2010.10.14──10.22 調(diào)研撰寫(xiě)開(kāi)題報(bào)告
2010.10.22 開(kāi)題檢查
2010.10．22──11.19 完成所有設(shè)計(jì)草圖
2010.11.26 中期檢查
2010.11.27──12.10 集體完成正式圖紙，論文草稿
2010.12.10──12.16 撰寫(xiě)論文
2010.12.16── 上交論文
2010.28── 答辯
同組設(shè)計(jì)者及分工：
指導(dǎo)教師簽字___________________
年 月 日
系（教研室）主任意見(jiàn)：
系（教研室）主任簽字___________________
年 月 日
哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
摘 要
本文以三層三列七車(chē)位升降橫移式立體車(chē)庫(kù)為研究對(duì)象，介紹了車(chē)庫(kù)的主體結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)，根據(jù)升降橫移式立體車(chē)庫(kù)的運(yùn)行原理，運(yùn)用力學(xué)理論對(duì)升降橫移式立體車(chē)庫(kù)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了全面的力學(xué)分析，包括升降橫移式立體車(chē)庫(kù)的框架結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、橫移傳動(dòng)系統(tǒng)中軸的強(qiáng)度和升降傳動(dòng)系統(tǒng)中軸的強(qiáng)度等。
另外，本文對(duì)車(chē)庫(kù)的自動(dòng)控制系統(tǒng)也做了簡(jiǎn)單說(shuō)明，對(duì)車(chē)庫(kù)的電氣硬件結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，并對(duì)軟件流程進(jìn)行了設(shè)計(jì)，以保證車(chē)庫(kù)能安全、穩(wěn)定、可靠地運(yùn)行。
關(guān)鍵詞: 立體停車(chē)庫(kù)，控制系統(tǒng)，可編程控制器
Abstract
Three-layer and three-formulistic garage with seven stall is researched in this article. This paper mainly introduces the basic components and characteristics of the garage .The finite element reliability checking of steel structure of garage is utilized according to the operation principle of up-down and translation stereo garage ,the mechanics was used to comprehensively analyze the up-down and translation stereo garage , including intension of the framework structure and axes ,etc .
Otherwise, simple introduction to the control system is also included in the paper .The design of the control system cover both the components of its hardware and also the progress of the software design of the electric control system, which ensure safe, stable ,and reliable when operating.
Keywords : Stereo garage , Control system, PLC
目 錄
摘 要 Ⅰ
Abstract Ⅱ
第1章 緒論 1
1.1 概述 1
1.2 機(jī)械式立體車(chē)庫(kù)的分類(lèi) 2
1.3 升降橫移式立體車(chē)庫(kù)的特點(diǎn) 3
1.4 研究升降橫移式立體車(chē)庫(kù)的意義 4
本章小結(jié) 5
第2章 車(chē)庫(kù)的整體設(shè)計(jì)思路和方案的選擇 6
2.1 車(chē)庫(kù)的工作原理 6
2.2 車(chē)庫(kù)的結(jié)構(gòu)組成 6
2.2.1 結(jié)構(gòu)框架的方案 7
2.2.2 載車(chē)板的方案 8
2.2.3 提升系統(tǒng)的方案 8
2.2.4 橫移系統(tǒng)的方案 9
2.2.5 安全防護(hù)機(jī)構(gòu)的方案 10
2.3 控制系統(tǒng)的工作原理和方案 11
2.4 車(chē)庫(kù)外圍的設(shè)計(jì) 13
2.5 車(chē)庫(kù)整體設(shè)計(jì)參數(shù) 14
本章小結(jié) 15
第3章 車(chē)庫(kù)基本機(jī)械結(jié)構(gòu)的分析校核 16
3.1 鋼結(jié)構(gòu)的分析校核 16
3.1.1 進(jìn)行受力分析的基本假設(shè) 16
3.1.2 鋼結(jié)構(gòu)骨架的受力情況 16
3.1.3 校核計(jì)算 17
3.2 傳動(dòng)系統(tǒng)的分析校核 22
3.2.1 橫移載車(chē)板的動(dòng)力計(jì)算 22
3.2.2 傳動(dòng)軸的分析校核 23
3.2.3 載車(chē)板提升鏈的分析校核 26
本章小結(jié) 29
第4章 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 30
4.1 整體線路結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 30
4.1.1 檢測(cè)點(diǎn)分布 30
4.1.2 控制點(diǎn)分布 30
4.1.3 電氣線路圖 31
4.2 PLC的接線 31
4.3 電機(jī)控制及其接線 32
4.4 PLC程序流程設(shè)計(jì) 33
本章小結(jié) 38
結(jié) 論 39
致 謝 40
參考文獻(xiàn) 41
附錄1 42
附錄2 44
-IV-
哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
第1章 緒論
1.1 概述[1]
隨著人類(lèi)社會(huì)的不斷進(jìn)步和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人類(lèi)的生產(chǎn)、生活方式趨于集中，城市的規(guī)模越來(lái)越大，人們?cè)诔鞘欣锏纳婵臻g卻越來(lái)越小，于是出現(xiàn)了要利用空間的理念，城市中開(kāi)始建設(shè)立體建筑、立體交通和立體停車(chē)。作為現(xiàn)代大都市的標(biāo)志，城市中心商住區(qū)高樓大廈林立；社區(qū)道路、高架交通干道、立交橋和地下鐵路，編織出城市立體交通網(wǎng)；汽車(chē)的住宅--停車(chē)場(chǎng)也有了長(zhǎng)足的發(fā)展，由平面停車(chē)向立體停車(chē)，由簡(jiǎn)單的機(jī)械停車(chē)設(shè)備向計(jì)算機(jī)管理高度自動(dòng)化的現(xiàn)代立體停車(chē)演變，成為具有較強(qiáng)的實(shí)用性、觀賞性和適合城市環(huán)境的建筑。伴隨著汽車(chē)進(jìn)入家庭，城市動(dòng)態(tài)、靜態(tài)交通管理制度的不斷完善和人們對(duì)居住環(huán)境要求的提高，給停車(chē)產(chǎn)業(yè)提供了前所未有發(fā)展機(jī)遇，停車(chē)產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)前景廣闊。
目前世界停車(chē)產(chǎn)業(yè)正向多元化發(fā)展，其停車(chē)技術(shù)幾乎包含了當(dāng)今機(jī)械、電子、液壓、光學(xué)、磁控和計(jì)算機(jī)技術(shù)等領(lǐng)域的所有成熟先進(jìn)技術(shù)。機(jī)械方面，應(yīng)用了許多新材料、新工藝。設(shè)備結(jié)構(gòu)采用模塊化設(shè)計(jì)，便于組合使用，易于安裝拆卸。鋼結(jié)構(gòu)選用新型優(yōu)質(zhì)鋼材，既提高了設(shè)備的強(qiáng)度和剛度，又使設(shè)備輕巧美觀，載車(chē)板采用一次成型的鍍鋅板或彩涂板組裝，美觀、強(qiáng)韌、耐用?？刂萍夹g(shù)方面，廣泛采用可編程序控制器和矢量變頻變壓調(diào)速閉環(huán)控制技術(shù)，使運(yùn)行高速平穩(wěn)，節(jié)省電力，振動(dòng)和噪音也趨于最小?？刂菩问接?，按鈕式、鎖匙式、IC卡式、鍵盤(pán)式、觸摸屏式、遙控式等。安全元件采用各種光柵顯示屏、光電管、機(jī)械式行程開(kāi)關(guān)、磁性接近開(kāi)關(guān)、光敏感應(yīng)開(kāi)關(guān)等，安全保護(hù)裝置日臻完善，如汽車(chē)出入聲光引導(dǎo)和定位、汽車(chē)尺寸和重量自動(dòng)識(shí)別、限速保護(hù)與多重機(jī)構(gòu)互鎖、停車(chē)泊位自動(dòng)跟蹤、鏈條和鋼絲繩長(zhǎng)度超范圍報(bào)警和彈性變形自動(dòng)補(bǔ)償、汽車(chē)圖象攝影對(duì)比安全檢測(cè)、自動(dòng)消防滅火等。
我國(guó)城市停車(chē)還處在初級(jí)階段，專(zhuān)用和公共停車(chē)位數(shù)量距合理的車(chē)位與車(chē)輛比率相差甚遠(yuǎn)，停車(chē)難到處可見(jiàn)。目前我國(guó)的停車(chē)場(chǎng)仍以平面停車(chē)場(chǎng)、路上停車(chē)場(chǎng)、路外停車(chē)場(chǎng)、自行式停車(chē)場(chǎng)為主，立體停車(chē)庫(kù)和機(jī)械式停車(chē)場(chǎng)數(shù)量還很少。以我國(guó)停車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展較快的廣州、上海為例，路上、路外停車(chē)仍占有相當(dāng)比例，已建設(shè)的停車(chē)場(chǎng)大部分是地下自行式停車(chē)場(chǎng)和在自行式停車(chē)場(chǎng)的基礎(chǔ)上安裝簡(jiǎn)易停車(chē)設(shè)備，增加存容數(shù)量。自行式停車(chē)場(chǎng)存有較多缺陷，如車(chē)位平均占地多、管理和保安人員多、投資多、存車(chē)效率低、耗電量大、對(duì)環(huán)境有污染等；由于允許人員進(jìn)入，易發(fā)生盜車(chē)、毀車(chē)、施暴等停車(chē)場(chǎng)犯罪，近年來(lái)在發(fā)達(dá)國(guó)家已很少新建，大量興建的是具有現(xiàn)代水平的機(jī)械式立體停車(chē)庫(kù)。
車(chē)輛無(wú)處停放的問(wèn)題是城市的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、交通發(fā)展到一定程度產(chǎn)生的結(jié)果，立體停車(chē)設(shè)備的發(fā)展在國(guó)外，尤其在日本已有近30-40年的歷史，無(wú)論在技術(shù)上還是在經(jīng)驗(yàn)上均已獲得了成功。我國(guó)也于90年代初開(kāi)始研究開(kāi)發(fā)機(jī)械立體停車(chē)設(shè)備，距今已有十年的歷程。由于很多新建小區(qū)內(nèi)住戶(hù)與車(chē)位的配比為1:1，為了解決停車(chē)位占地面積與住戶(hù)商用面積的矛盾，立體機(jī)械停車(chē)設(shè)備以其平均單車(chē)占地面積小的獨(dú)特特性，已被廣大用戶(hù)接受。機(jī)械車(chē)庫(kù)與傳統(tǒng)的自然地下車(chē)庫(kù)相比，在許多方面都顯示出優(yōu)越性。首先，機(jī)械車(chē)庫(kù)具有突出的節(jié)地優(yōu)勢(shì)。以往的地下車(chē)庫(kù)由于要留出足夠的行車(chē)通道，平均一輛車(chē)就要占據(jù)40平方米的面積，而如果采用雙層機(jī)械車(chē)庫(kù)，可使地面的使用率提高80％—90％，如果采用地上多層（21層）立體式車(chē)庫(kù)的話，50平方米的土地面積上便可存放40輛車(chē)，這可以大大地節(jié)省有限的土地資源，并節(jié)省土建開(kāi)發(fā)成本。
機(jī)械車(chē)庫(kù)與地下車(chē)庫(kù)相比可更加有效地保證人身和車(chē)輛的安全，人在車(chē)庫(kù)內(nèi)或車(chē)不停準(zhǔn)位置，由電子控制的整個(gè)設(shè)備便不會(huì)運(yùn)轉(zhuǎn)。應(yīng)該說(shuō)，機(jī)械車(chē)庫(kù)從管理上可以做到徹底的人車(chē)分流。
在地下車(chē)庫(kù)中采用機(jī)械存車(chē)，還可以免除采暖通風(fēng)設(shè)施，因此，運(yùn)行中的耗電量比工人管理的地下車(chē)庫(kù)低得多。機(jī)械車(chē)庫(kù)一般不做成套系統(tǒng)，而是以單臺(tái)集裝而成。這樣可以充分發(fā)揮其用地少、可化整為零的優(yōu)勢(shì)，在住宅區(qū)的每個(gè)組團(tuán)中或每棟樓下都可以隨機(jī)設(shè)立機(jī)械停車(chē)樓。這對(duì)眼下車(chē)庫(kù)短缺的小區(qū)解決停車(chē)難的問(wèn)題提供了方便條件。
1.2 機(jī)械式立體車(chē)庫(kù)的分類(lèi)[2]
目前，立體車(chē)庫(kù)主要有以下幾種形式：升降橫移式、巷道堆垛式、垂直提升式、垂直循環(huán)式、箱型水平循環(huán)式、圓形水平循環(huán)式。
（1）升降橫移式
升降橫移式立體車(chē)庫(kù)采用模塊化設(shè)計(jì)，每單元可設(shè)計(jì)成兩層、三層、四層、五層、半地下等多種形式，車(chē)位數(shù)從幾個(gè)到上百個(gè)。此立體車(chē)庫(kù)適用于地面及地下停車(chē)場(chǎng)，配置靈活，造價(jià)較低。
（2）巷道堆垛式
巷道堆垛式立體車(chē)庫(kù)采用堆垛機(jī)作為存取車(chē)輛的工具，所有車(chē)輛均由堆垛機(jī)進(jìn)行存取，因此對(duì)堆垛機(jī)的技術(shù)要求較高，單臺(tái)堆垛機(jī)成本較高，所以巷道堆垛式立體車(chē)庫(kù)適用于車(chē)位數(shù)需要較多的客戶(hù)使用。
（3）垂直提升式立體車(chē)庫(kù)
垂直提升式立體車(chē)庫(kù)類(lèi)似于電梯的工作原理，在提升機(jī)的兩側(cè)布置車(chē)位，一般地面需一個(gè)汽車(chē)旋轉(zhuǎn)臺(tái)，可省去司機(jī)調(diào)頭。垂直提升式立體車(chē)庫(kù)一般高度較高（幾十米），對(duì)設(shè)備的安全性，加工安裝精度等要求都很高，因此造價(jià)較高，但占地卻最小。
（4）垂直循環(huán)式
垂直循環(huán)式立體車(chē)庫(kù)占地少，兩個(gè)泊位面積可停6-10輛車(chē)，外裝修可只加頂棚，消防可利用消防栓，價(jià)格低，地基、外裝修、消防等投資少，建設(shè)周期短，可采用自動(dòng)控制，運(yùn)行安全可靠。
1.3 升降橫移式立體車(chē)庫(kù)的特點(diǎn)[2]
在眾多的停車(chē)設(shè)備中，升降橫移式立體停車(chē)的優(yōu)點(diǎn)比較突出，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
（1）節(jié)約占地面積，充分利用空間。一般來(lái)說(shuō)，升降橫移立體停車(chē)庫(kù)的占地面積約為平面停車(chē)場(chǎng)的1/2-1/25，空間利用率比建筑自走式停車(chē)庫(kù)提高了75%。
（2）相對(duì)造價(jià)比較低。升降橫移式立體停車(chē)庫(kù)每個(gè)泊位約需1.5萬(wàn)元，而建筑自走式停車(chē)庫(kù)每個(gè)車(chē)位的造價(jià)約為15萬(wàn)以上。
（3）使用方便，對(duì)操作人員的要求不高，操作簡(jiǎn)單、安全、可靠，存取車(chē)快捷，維護(hù)也很方便。一般存取一輛車(chē)為80秒。
（4）減少因路邊停車(chē)而引起的交通事故。在許多城市的主要地段，司機(jī)往往沒(méi)有找到停車(chē)場(chǎng)而把車(chē)?？吭诼愤?，這樣就很容易造成交通阻塞，甚至引起交通事故。
（5）增加了汽車(chē)的防盜性和防護(hù)性，在車(chē)庫(kù)的系統(tǒng)中配置有智能防盜裝置、防火裝置等，增強(qiáng)了車(chē)庫(kù)的整體安全。
升降橫移式立體停車(chē)庫(kù)是全自動(dòng)化的停車(chē)方式，也是今后停車(chē)改革的主要方向。尤其是寸土寸金的大城市。采用機(jī)械式立體停車(chē)方式，顯得尤為重要，而升降橫移式立體停車(chē)庫(kù)也在機(jī)械式立體停車(chē)庫(kù)中顯得更加普遍化、居民化、實(shí)用化。
1.4 研究升降橫移式立體停車(chē)庫(kù)的意義
我國(guó)近幾十年的改革開(kāi)放使汽車(chē)行業(yè)得到了飛速的發(fā)展，我國(guó)城市的汽車(chē)數(shù)量急劇增加，據(jù)有關(guān)專(zhuān)業(yè)統(tǒng)計(jì)，平均5-6年汽車(chē)的數(shù)量就增加一倍，這不但給動(dòng)態(tài)交通，也給靜態(tài)交通帶來(lái)很大的難題，突出表現(xiàn)在停車(chē)空間的不足上。同時(shí)，我國(guó)城市人口基數(shù)大，密度高的特點(diǎn)，城市小區(qū)的用地十分有限，建造機(jī)動(dòng)的停車(chē)設(shè)施顯然不經(jīng)濟(jì)，但飛速增長(zhǎng)的汽車(chē)數(shù)量又使得小區(qū)不得不面臨建設(shè)停車(chē)設(shè)備的問(wèn)題。[3]
前面已經(jīng)介紹了升降橫移式立體車(chē)庫(kù)的特點(diǎn)，成本低，使用方便，擁有占地面積小等特點(diǎn)的小型的升降橫移式立體停車(chē)庫(kù)正是解決小區(qū)停車(chē)緊張一個(gè)有效的措施。
本章小結(jié)
本章主要介紹了立體車(chē)庫(kù)出現(xiàn)的背景，以及國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r，特別是我國(guó)立體車(chē)庫(kù)的發(fā)展?fàn)顩r。另外介紹了立體車(chē)庫(kù)的分類(lèi)及各自的特點(diǎn)，通過(guò)比較比較強(qiáng)調(diào)了升降橫移式立體車(chē)庫(kù)的優(yōu)點(diǎn)，從而引出了本文研究升降橫移式立體車(chē)庫(kù)的意義。
第2章 車(chē)庫(kù)的整體設(shè)計(jì)思路和方案的選擇
2.1 車(chē)庫(kù)工作原理
升降橫移式立體車(chē)庫(kù)的七個(gè)車(chē)位均有載車(chē)板，所需存取車(chē)輛的載車(chē)板通過(guò)升降橫移運(yùn)動(dòng)到達(dá)地面層，駕駛員進(jìn)入車(chē)庫(kù)，存取車(chē)輛，完成存取過(guò)程。其工作原理是：底層只能平移，頂層只能升降，中間層既可平移又可升降。除頂層外，中間層和底層必須預(yù)留一個(gè)空車(chē)位，供進(jìn)出車(chē)升降之用。當(dāng)?shù)讓榆?chē)位進(jìn)出車(chē)時(shí)，無(wú)需移動(dòng)其他托盤(pán)就可直接進(jìn)出車(chē)；中間層、頂層進(jìn)出車(chē)時(shí)，先要判斷其對(duì)應(yīng)的下方位置是否為空，不為空時(shí)要進(jìn)行相應(yīng)的平移處理，直到下方為空才可進(jìn)行下降和進(jìn)出車(chē)動(dòng)作，進(jìn)出車(chē)后再上升回到原位置。其運(yùn)動(dòng)總原則是：升降復(fù)位，平移不復(fù)位。如圖2-1所示，1 、2號(hào)車(chē)位可以直接存放車(chē)輛；7 號(hào)車(chē)位需下降后再存放車(chē)輛；3 號(hào)車(chē)位，則需先將1 號(hào)和2號(hào)載車(chē)板右移，再將3號(hào)載車(chē)板下降;；4 號(hào)車(chē)位，則需先將2 號(hào)載車(chē)板右移，再將4號(hào)存車(chē)板下降；5號(hào)車(chē)位需要先將1、2、3、4號(hào)四個(gè)載車(chē)板右移，再將5號(hào)載車(chē)板下降；6號(hào)車(chē)位則需要先將2、4號(hào)載車(chē)板右移，再將6號(hào)載車(chē)板降下。
圖2-1 七車(chē)位升降橫移式立體車(chē)庫(kù)工作原理圖
2.2 車(chē)庫(kù)的結(jié)構(gòu)組成[4]
以三層三列式立體車(chē)庫(kù)為模型建立研究對(duì)象。升降橫移式立體車(chē)庫(kù)主要由結(jié)構(gòu)框架部分、載車(chē)板部分、橫移系統(tǒng)、提升系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、安全防護(hù)系統(tǒng)六大部分組成，如圖2-2所示。
圖2-2 升降橫移式立體車(chē)庫(kù)主要組成
2.2.1 結(jié)構(gòu)框架的方案[5]
立體車(chē)庫(kù)一般主要以鋼結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土為主，在升降橫移式車(chē)庫(kù)中選用鋼架結(jié)構(gòu)，如圖2.2所示。鋼架結(jié)構(gòu)與其它建筑結(jié)構(gòu)相比，具有如下特點(diǎn)：
（1）可靠性高
（2）材料的強(qiáng)度高，鋼結(jié)構(gòu)自重小
（3）材料的塑性和韌性好
（4）鋼結(jié)構(gòu)制造簡(jiǎn)便，施工工期短
（5）鋼結(jié)構(gòu)密閉性好
（6）鋼材的耐銹蝕性差
結(jié)構(gòu)主體采用熱制H 型鋼、槽鋼、角鋼和鋼板等型材制造，具有較好的強(qiáng)度和剛度，輕巧、美觀，并可二次拆卸安裝，運(yùn)輸方便。
在升降橫移式立體車(chē)庫(kù)中其主要結(jié)構(gòu)是鋼結(jié)構(gòu)，有兩部分：主體框架部分和載車(chē)板部分。主體框架部分的鋼結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，運(yùn)用了“H”型鋼、角鋼、槽鋼等數(shù)種型鋼形式，就其連接形式而言比較單一，即焊接和螺栓連接兩種形式。載車(chē)板部分的鋼結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，其框架部分為數(shù)段矩形方鋼對(duì)焊而成，其它輔助結(jié)構(gòu)則以角焊代之。焊接和螺栓連接是車(chē)庫(kù)鋼結(jié)構(gòu)部分的兩種主要的連接方式，其連接方式的質(zhì)量?jī)?yōu)劣將直接影響車(chē)庫(kù)整體結(jié)構(gòu)性能的優(yōu)良與否，所以在車(chē)庫(kù)的設(shè)計(jì)和建造中具有很重要的位置。立體車(chē)庫(kù)在連接過(guò)程中主要運(yùn)用對(duì)焊、角焊和螺栓連接。
2.2.2 載車(chē)板設(shè)計(jì)
載車(chē)板用來(lái)承載庫(kù)存車(chē)輛，按結(jié)構(gòu)形式有框架式和拼板式兩種?？蚣苁禽d車(chē)板用型鋼和鋼板焊接承載框架，并多數(shù)采用中間突起結(jié)構(gòu)，在兩側(cè)停車(chē)通道和中間凸起的頂面鋪設(shè)不同厚度的鋼板。這種載車(chē)板的優(yōu)點(diǎn)是可按需要設(shè)置行車(chē)通道寬度，并具有較好的導(dǎo)入功能，適合車(chē)型變化較多的小批量生產(chǎn)。拼板式載車(chē)板用鍍鋅鋼板一次沖壓或滾壓成組裝件，采用咬合拼裝成載車(chē)板，用螺栓緊固連接，拼裝前可以先對(duì)組件進(jìn)行各種表面處理，如電鍍、烤漆等，使載車(chē)板輕巧、美觀。如圖2-3所示。
圖2-3 平板式載車(chē)板及拼合示意圖
2.2.3 提升系統(tǒng)的方案
每塊上載車(chē)板都配有一套獨(dú)立的電機(jī)減速機(jī)與鏈傳動(dòng)組合的傳動(dòng)系統(tǒng)。其結(jié)構(gòu)如圖2-4所示 ，電機(jī)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，載車(chē)板上升，電機(jī)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，載車(chē)板下降。根據(jù)載車(chē)板及車(chē)重確定鏈條所需的傳動(dòng)力。根據(jù)傳動(dòng)力及載車(chē)板的移動(dòng)速度確定電機(jī)功率。根據(jù)車(chē)身高度確定上下載車(chē)板間的距離，根據(jù)這個(gè)距離確定鏈條的長(zhǎng)度，最后根據(jù)傳動(dòng)力確定鏈輪大小，鏈節(jié)形狀及大小。
圖2-4 提升系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖
2.2.4 橫移系統(tǒng)的方案
立體車(chē)庫(kù)橫移傳動(dòng)機(jī)構(gòu)由減速電機(jī)、驅(qū)動(dòng)輪和從動(dòng)輪、地面鋪設(shè)導(dǎo)軌組成。升降橫移機(jī)構(gòu)則為升降傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與橫移傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)合。升降橫移式立體車(chē)庫(kù)底層與中間層載車(chē)板為橫移機(jī)構(gòu)，上層載車(chē)板為升降機(jī)構(gòu)。升降裝置由傳動(dòng)系統(tǒng)、升降架等組成。
（1）鏈傳動(dòng)：優(yōu)點(diǎn)是傳動(dòng)簡(jiǎn)單可靠，維修簡(jiǎn)單，造價(jià)低廉;缺點(diǎn)是沖擊比較大，有提升高度的限制，安裝調(diào)試時(shí)需要注意是否有咬鏈的情況出現(xiàn)。
（2）鋼絲繩傳動(dòng)：優(yōu)點(diǎn)是對(duì)車(chē)庫(kù)底盤(pán)可以提升的高度可以不加限制，造價(jià)比較低；缺點(diǎn)是因?yàn)樾枰饧愉摻z繩桶和剎車(chē)盤(pán)增加了安裝調(diào)試的時(shí)間和造價(jià)。
（3）液壓傳動(dòng)：優(yōu)點(diǎn)是可以真正實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速，結(jié)構(gòu)緊湊，功率與重量比高、響應(yīng)速度快、抗干擾能力強(qiáng)、誤差小精度高、低速平穩(wěn)性好、調(diào)速范圍寬、介質(zhì)自身可起冷卻潤(rùn)滑作用、安全防爆等優(yōu)點(diǎn);同時(shí)也具有元件昂貴、成本高、密封技術(shù)要求高、油液易污染、能源傳輸不便等缺點(diǎn)。
綜上所述，本車(chē)庫(kù)為三層，從提升高度上選鏈傳動(dòng)或鋼絲繩傳動(dòng)都可以，但從方案經(jīng)濟(jì)及可行性角度考慮，選擇鏈傳動(dòng)更為有利；在橫移運(yùn)動(dòng)中，采用異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過(guò)鏈驅(qū)動(dòng)，也能達(dá)到精確、穩(wěn)定地傳動(dòng)，如圖2-5所示。
由于下載車(chē)板不需懸掛鏈條，所以為了節(jié)省材料，下載車(chē)板比上載車(chē)板要短。每塊下載車(chē)板后部都配有一套獨(dú)立的電機(jī)減速機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)，藏于載車(chē)板內(nèi)。在下載車(chē)板底部裝有四只鋼輪，可以在導(dǎo)軌上行走，其中兩只為主動(dòng)輪，裝于長(zhǎng)傳動(dòng)軸兩端，另兩只為獨(dú)立安裝的從動(dòng)輪。電機(jī)減速機(jī)驅(qū)動(dòng)長(zhǎng)傳動(dòng)軸運(yùn)轉(zhuǎn)，長(zhǎng)傳動(dòng)軸上的主動(dòng)鋼輪在導(dǎo)軌上滾動(dòng)行走從而使下載車(chē)板作橫向平移運(yùn)動(dòng)。根據(jù)載車(chē)板及車(chē)輛的重量、行走速度、滾輪與導(dǎo)軌間的摩擦系數(shù)確定橫移電機(jī)的驅(qū)動(dòng)功率。
圖2-5 橫移系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖
2.2.5 安全防護(hù)機(jī)構(gòu)的方案
車(chē)庫(kù)的安全防護(hù)措施非常重要，在眾多的車(chē)庫(kù)中車(chē)輛的高價(jià)性與車(chē)庫(kù)自身的價(jià)值相差很大，并與客戶(hù)對(duì)車(chē)庫(kù)的信任度有著密切的聯(lián)系。對(duì)于升降橫移式立體車(chē)庫(kù)，它的安全防護(hù)措施要做到以下幾點(diǎn)，并配備有相應(yīng)的防護(hù)裝置。
（1）防火措施：在車(chē)庫(kù)中安裝有溫?zé)焸鞲衅鳎蓪?duì)車(chē)庫(kù)的火情實(shí)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并把監(jiān)控信號(hào)傳給中央控制系統(tǒng)。
（2）急停措施：在發(fā)生異常情況時(shí)能使停車(chē)設(shè)備立即停止運(yùn)轉(zhuǎn)，在操作盒上安裝有緊急停止開(kāi)關(guān)，并設(shè)為紅色，以示醒目。
（3）阻車(chē)裝置：在很多情況下停車(chē)時(shí)，司機(jī)必須要把車(chē)停在載車(chē)板合適的位置上，一般在載車(chē)板的后端一側(cè)安裝上一高25mm以上的阻車(chē)擋鐵。
（4）防止超限運(yùn)行裝置：停車(chē)設(shè)備在升降過(guò)程中，在定位開(kāi)關(guān)上方裝有限位開(kāi)關(guān)，當(dāng)定位開(kāi)關(guān)出現(xiàn)故障時(shí)，由限位開(kāi)關(guān)使設(shè)備停止工作，起超程保護(hù)作用。
（5）人車(chē)誤入檢出裝置
設(shè)備運(yùn)行時(shí)，必須裝有防止人車(chē)誤入裝置，以確保安全，一般采用紅外裝置。一旦檢測(cè)到在車(chē)庫(kù)運(yùn)作時(shí)，有人或其它物體進(jìn)入車(chē)庫(kù)，系統(tǒng)就會(huì)使這個(gè)車(chē)庫(kù)停止運(yùn)作。
（6）防止載車(chē)板墜落裝置
上載車(chē)板上裝有上下行程極限開(kāi)關(guān)和防墜落安全裝置。防墜落安全裝置裝在縱梁與上載車(chē)板上停位之間，在縱梁兩測(cè)各裝兩只掛鉤，上載車(chē)板兩側(cè)相應(yīng)位置處各裝兩只耳環(huán)，當(dāng)上載車(chē)板上升到位后，縱梁下面的四只掛鉤便自動(dòng)套入四只耳環(huán)內(nèi)，以防止升降電機(jī)常閉制動(dòng)器慢釋放后，上載車(chē)板在汽車(chē)和載車(chē)板本身的重力作用下慢慢下滑，壓壞下層汽車(chē)。另外也防止制動(dòng)器一旦失靈，上載車(chē)板從上停車(chē)位墜落，砸壞下層汽車(chē)，如圖2-6所示。下載車(chē)板的安全裝置主要是行程極限開(kāi)關(guān)和防碰撞板。行程極限開(kāi)關(guān)的作用是使載車(chē)板橫移到位后自動(dòng)停止。
載車(chē)板的防墜落裝置是立體車(chē)庫(kù)中的一個(gè)關(guān)鍵部件，在泊車(chē)安全方面起著決定性的作用。防墜落裝置中解鎖動(dòng)作由電磁鐵完成。解鎖動(dòng)作要求，當(dāng)電磁鐵通電時(shí)以推桿觸動(dòng)安全鉤解鎖;當(dāng)電磁鐵斷電時(shí)推桿自動(dòng)縮回。
圖2-6 防止載車(chē)板墜落裝置
2.3控制系統(tǒng)工作原理和方案
升降橫移式立體車(chē)庫(kù)的系統(tǒng)控制原理：操作者(人)要通過(guò)控制系統(tǒng)信息交流的平臺(tái)(界面)把操作信息傳送給控制系統(tǒng)，經(jīng)系統(tǒng)處理后，系統(tǒng)把可識(shí)別的控制信息通過(guò)輔助設(shè)備驅(qū)動(dòng)執(zhí)行結(jié)構(gòu)，來(lái)完成車(chē)庫(kù)現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)作。其系統(tǒng)控制原理框圖，如圖2-7所示。
用戶(hù)
狀態(tài)檢測(cè)單元
控制器
操作平臺(tái)
車(chē)位執(zhí)行單元
圖2-7 車(chē)庫(kù)系統(tǒng)控制原理框圖[6]
立體車(chē)庫(kù)控制系統(tǒng)包括硬件和軟件兩方面的設(shè)計(jì)內(nèi)容。硬件集中安放在控制箱內(nèi)，控制箱采用的金屬外殼起到屏蔽作用，以保證系統(tǒng)欲行的可靠性?？刂葡到y(tǒng)采用PLC控制。車(chē)庫(kù)控制系統(tǒng)硬件主要分為4個(gè)部分：
(1)電源部分：采用380V，50HZ三相交流電供電。
(2)PLC部分：采用OMRON的C60P-CDR-AE型可編程序控制器。
(3)電機(jī)部分：采用5臺(tái)2.2KW減速電機(jī)控制頂層和中間層載車(chē)板的升降，4臺(tái)0.2KW的減速電機(jī)控制中間層和下層載車(chē)板的橫移。
(4)信號(hào)檢測(cè)部分：采用傳感器檢測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中的狀態(tài)。
PLC硬件系統(tǒng)如圖2-8所示，PLC是車(chē)庫(kù)控制系統(tǒng)的核心，整個(gè)車(chē)庫(kù)設(shè)計(jì)由一臺(tái)PLC對(duì)車(chē)庫(kù)進(jìn)行統(tǒng)一的管理和監(jiān)控，通過(guò)PLC控制載車(chē)板縱橫傳動(dòng)裝置以完成對(duì)車(chē)輛的存取操作。各車(chē)位內(nèi)車(chē)輛的調(diào)入調(diào)出由PLC根據(jù)當(dāng)前各車(chē)位的車(chē)輛存放情況，按照相應(yīng)的調(diào)度策略調(diào)度車(chē)輛進(jìn)出。其操作大致分為3類(lèi):
（1）以故障診斷和處理為主的操作；
（2）聯(lián)系現(xiàn)場(chǎng)狀況的數(shù)據(jù)操作；
（3）執(zhí)行用戶(hù)程序和服務(wù)及外部設(shè)備的命令操作。
當(dāng)進(jìn)行存取操作時(shí)，PLC接收和分析操作人員在控制面板按鈕（或上位機(jī))輸人的指令，做出合理的工控安排:判斷檢測(cè)元件的狀態(tài)，讀取車(chē)庫(kù)機(jī)械驅(qū)動(dòng)部分的信息，反饋信息到執(zhí)行元件，拖動(dòng)車(chē)位板，實(shí)現(xiàn)其位置移動(dòng)，完成車(chē)輛的存取操作和信號(hào)顯示(指示燈)。整個(gè)動(dòng)作區(qū)域配有光、電檢測(cè)及多重安全系統(tǒng)，以防異常情況發(fā)生。通過(guò)光電檢測(cè)、軟硬件信號(hào)聯(lián)鎖、限位、防墜保護(hù)、過(guò)載保護(hù)等裝置，來(lái)確保整個(gè)系統(tǒng)的安全、平穩(wěn)運(yùn)行。
系統(tǒng)輸入端有自動(dòng)/手動(dòng)選擇開(kāi)關(guān)，自動(dòng)工作時(shí)有總開(kāi)、總停按鈕，有上、下、左、右移動(dòng)按鈕，車(chē)位號(hào)信號(hào)輸入若干。輸出端需要控制9臺(tái)電機(jī)(4臺(tái)橫移小電機(jī)和5臺(tái)升降大電機(jī))，加上一些用于人機(jī)交流及安全檢測(cè)的數(shù)字量輸入輸出，如數(shù)字鍵盤(pán)輸入、LED數(shù)碼顯示、安全檢測(cè)、及各種操作按鈕等。再考慮到系統(tǒng)的可擴(kuò)展性，選用OMRON公司的CZOOH系列的160點(diǎn)可編程序控制器(96個(gè)信號(hào)輸入點(diǎn)，64個(gè)繼電器輸出點(diǎn))完全滿足容量的要求。在分配輸入輸出點(diǎn)時(shí)按照控制功能分段，相同功能的輸入板和輸出板組成一組。一般情況下輸入點(diǎn)與輸入信號(hào)，輸出點(diǎn)與輸出控制一對(duì)應(yīng)。分配好后，按系統(tǒng)配置的通道與接點(diǎn)號(hào)分配給每一個(gè)輸入信號(hào)和輸出信號(hào)。在本系統(tǒng)中報(bào)警器是幾個(gè)信號(hào)共用一個(gè)輸出點(diǎn)，各報(bào)警因素邏輯關(guān)系并聯(lián)后接到報(bào)警輸出點(diǎn)。
圖2-8 PLC的硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖[7]
PLC程序設(shè)計(jì)方案如下：
（1）初始化程序提出系統(tǒng)的控制信息，掃描各到位開(kāi)關(guān)信號(hào)；
（2）主控制程序按照進(jìn)車(chē)優(yōu)先的原則，將最多的車(chē)位保持在進(jìn)車(chē)位置。每個(gè)載車(chē)板運(yùn)動(dòng)之前，需要先判斷目的地是否有空位，有空位才可以動(dòng)作，前后動(dòng)作互鎖。判斷是否有空位是根據(jù)橫移電機(jī)所對(duì)應(yīng)的到位行程開(kāi)關(guān)動(dòng)作信息來(lái)確定的。液壓升降系統(tǒng)啟、停動(dòng)作也是根據(jù)相應(yīng)的到位行程開(kāi)關(guān)來(lái)確定；
（3）故障報(bào)警程序故障報(bào)警程序能夠?qū)崟r(shí)地采集設(shè)備異常信息，及時(shí)發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)，提醒司機(jī)和管理人員進(jìn)行處理。若在程序執(zhí)行過(guò)程中，有人、物侵入車(chē)庫(kù)空間或車(chē)輛超長(zhǎng)，PLC將按照閉鎖關(guān)系停止設(shè)備運(yùn)行，同時(shí)發(fā)出故障報(bào)警。該程序完整而高效的完成了二層升降平移式車(chē)庫(kù)全部動(dòng)作，具有安全可靠性。完全達(dá)到了作為民用機(jī)電一體化設(shè)備所應(yīng)具備的條件，充分發(fā)揮了它的作用。
2.4 車(chē)庫(kù)外圍的設(shè)計(jì)
由于本文設(shè)計(jì)的升降橫移式立體車(chē)庫(kù)規(guī)模較小，結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，占地少，因此外圍只考慮車(chē)庫(kù)庫(kù)前空地設(shè)計(jì)，因?yàn)檐?chē)庫(kù)庫(kù)前空地是車(chē)輛出入庫(kù)時(shí)保持車(chē)輛暢通和安全的必要保證。由于車(chē)庫(kù)所處的位置、車(chē)庫(kù)周邊建筑物條件、車(chē)庫(kù)所對(duì)支路情況、車(chē)庫(kù)所對(duì)主路情況、車(chē)流數(shù)量和車(chē)速等條件的不同，庫(kù)前空地大小和形狀的設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)不同。
本車(chē)庫(kù)采用前進(jìn)入庫(kù)、后退出庫(kù)、沒(méi)有的車(chē)庫(kù)，其庫(kù)前空地要能滿足在允許停放最大尺寸車(chē)輛出庫(kù)時(shí)所需的轉(zhuǎn)向空間和一輛允許停放最大尺寸車(chē)輛將要入庫(kù)的暫時(shí)停放空間。兩者要保留足夠的安全距離，并能保證入庫(kù)車(chē)輛在暫時(shí)停放位能順利駛?cè)霂?kù)內(nèi)，保證車(chē)輛在出入庫(kù)作業(yè)時(shí)不能發(fā)生相互干擾和危險(xiǎn)事情。
汽車(chē)在某速度下的最小轉(zhuǎn)變變徑計(jì)算公式為：
mν22r=μmg
其中，m為汽車(chē)質(zhì)量，ν為汽車(chē)行駛速度，r為汽車(chē)最小轉(zhuǎn)彎半徑，μ為汽車(chē)輪胎與路面的摩擦系數(shù)，正常干燥瀝青路面的摩擦系數(shù)為0.6，雨天路面摩擦系數(shù)降為0.4，雪天則為0.28，因此汽車(chē)的最小轉(zhuǎn)彎半徑主要與汽車(chē)行駛速度、汽車(chē)輪胎質(zhì)量和路面狀況有關(guān)。
由上式可估算車(chē)長(zhǎng)4700mm，寬1700mm的汽車(chē)在一擋以20km/s速度在μ=0.5的路面上行駛時(shí)，汽車(chē)最小轉(zhuǎn)彎半徑約為3m，因此空地距離車(chē)庫(kù)最近不應(yīng)小于4.7m。
為保證安全，設(shè)計(jì)空地距車(chē)庫(kù)的最小距離不小于9m，以保證充足空間使車(chē)出入庫(kù)。
2.5 車(chē)庫(kù)整體設(shè)計(jì)參數(shù)
本課題給出轎車(chē)的幾何參數(shù)為：車(chē)身長(zhǎng)為4700mm，車(chē)身寬為1700mm，車(chē)身高為1550mm,總重是1600Kg。載車(chē)板為載車(chē)容器，其尺寸應(yīng)該大于轎車(chē)的尺寸，故載車(chē)板的尺寸初步定為：長(zhǎng)L=4825mm,寬W=2000mm.為了保證載車(chē)板的自由運(yùn)動(dòng)，左右兩個(gè)立柱間的距離應(yīng)該大于載車(chē)板的寬度，因?yàn)檫@樣既有利于轎車(chē)的存取，也有利于載車(chē)板的安放，所以把左右兩個(gè)立柱間的距離定為7200mm,基坑的長(zhǎng)度為6230mm。這是載車(chē)板和車(chē)庫(kù)框架的大體尺寸。
本章小結(jié)
本章從三層三列式立體車(chē)庫(kù)的原理和基本結(jié)構(gòu)出發(fā)，針對(duì)每一個(gè)基本結(jié)構(gòu)如鋼架結(jié)構(gòu)、載車(chē)板、升降橫移系統(tǒng)、安全防護(hù)機(jī)構(gòu)、控制系統(tǒng)等的分析比較提出了合理的設(shè)計(jì)方案，并對(duì)車(chē)庫(kù)外圍進(jìn)行了設(shè)計(jì)，確定了車(chē)庫(kù)的基本尺寸參數(shù)。
第3章 車(chē)庫(kù)基本機(jī)械結(jié)構(gòu)分析校核
3.1 鋼結(jié)構(gòu)的分析校核
3.1.1 進(jìn)行受力分析的基本假設(shè)[5]
由于車(chē)庫(kù)的實(shí)際受力情況很復(fù)雜，必須對(duì)它進(jìn)行必要的簡(jiǎn)化和假設(shè)后才能進(jìn)行進(jìn)一步的受力分析，基本假設(shè)如下：
(1)停車(chē)庫(kù)單獨(dú)建立，不與其它建筑物相接;
(2)不計(jì)由于結(jié)構(gòu)陰面與陽(yáng)面溫差引起的熱應(yīng)力;
(3)整體結(jié)構(gòu)無(wú)初始變形和缺陷：
(4)在靜態(tài)環(huán)境里，地震載荷與風(fēng)載荷作用忽略不計(jì)。
3.1.2 鋼結(jié)構(gòu)骨架的受力情況
鋼結(jié)構(gòu)受力主要包括：鋼結(jié)構(gòu)本身自重，結(jié)構(gòu)架上各停車(chē)位的車(chē)輛及固定叉梳重量，提升系統(tǒng)制動(dòng)所產(chǎn)生的慣性力，驅(qū)動(dòng)裝置的重力，頂部梁架所受滑輪組和配重的重力，它們以集中或均布方式作用。按基本載荷作用情況，將停車(chē)庫(kù)鋼結(jié)構(gòu)骨架結(jié)構(gòu)分析的計(jì)算工況分為表3-1所示的4種工況。
表3-1 車(chē)庫(kù)鋼結(jié)構(gòu)的計(jì)算工況
計(jì)算工況
計(jì)算載荷
序號(hào)
工況
說(shuō)明
1
空載
每個(gè)車(chē)位均無(wú)車(chē)輛載荷
剛結(jié)構(gòu)自重、傳動(dòng)系統(tǒng)重量和配重
2
對(duì)稱(chēng)滿載
每個(gè)車(chē)位均有對(duì)稱(chēng)分布的車(chē)輛載荷
工況1的載荷和車(chē)位上的車(chē)輛載荷
3
非對(duì)稱(chēng)滿載
每個(gè)車(chē)位均按前后輪6:4分配的車(chē)輛載荷
工況1的載荷和車(chē)位上的車(chē)輛載荷
4
最大偏載
車(chē)庫(kù)一側(cè)車(chē)位無(wú)車(chē)，另一側(cè)車(chē)位均有按前后輪6:4分配的車(chē)輛載荷
工況1的載荷和車(chē)位上的車(chē)輛載荷
由有限元分析法可知，各工況鋼結(jié)構(gòu)骨架均在前輪放置一側(cè)兩邊立柱與下方橫梁交點(diǎn)處產(chǎn)生最大壓應(yīng)力，其中對(duì)稱(chēng)載荷工況壓應(yīng)力最大。4種工況分別在鋼結(jié)構(gòu)骨架后輪放置一側(cè)立柱與基礎(chǔ)連接點(diǎn)處產(chǎn)生最大拉應(yīng)力，其中非對(duì)稱(chēng)載荷工況拉應(yīng)力最大。[5]
3.1.3 校核計(jì)算
在車(chē)庫(kù)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，包括軸心受力構(gòu)件、梁、拉彎和壓彎構(gòu)件的設(shè)計(jì)。進(jìn)行軸心受力構(gòu)件設(shè)計(jì)時(shí)，軸心受拉構(gòu)件應(yīng)滿足強(qiáng)度和剛度要求，軸心受壓構(gòu)件除應(yīng)滿足強(qiáng)度、剛度要求外，還應(yīng)滿足整體穩(wěn)定和局部穩(wěn)定要求。
設(shè)計(jì)時(shí)采用Q235碳素鋼，由文獻(xiàn)[5,131～141]，可知其屈服極限為235Mpa，抗拉強(qiáng)度為375-500Mpa。整體車(chē)庫(kù)鋼結(jié)構(gòu)許用位移為10mm。本車(chē)庫(kù)所限車(chē)型為小型車(chē)，最大容車(chē)重為1600kg，載車(chē)板重約700kg，所以每個(gè)車(chē)位所承受的最大重量為2300kg，在每個(gè)載車(chē)板上模擬汽車(chē)前后車(chē)輪位置，按照額定載荷6：4比例均勻放置集中載荷。
3.1.3．1 立柱穩(wěn)定性校核
前立柱為等截面立柱，受壓靜力，前立柱受力狀態(tài)簡(jiǎn)化如圖3-1所示。兩中心壓桿的穩(wěn)定條件為：
n=PCP≥nw
其中： Pc--臨界載荷
P--工作載荷
n--安全系數(shù)
nw--許用安全系數(shù)
圖3-1 立柱受垂直力簡(jiǎn)圖
（1）立柱的截面力學(xué)特性
由文獻(xiàn)[8，218～230]型鋼表可得HW 300X300型H型鋼
面積： A=120.4cm2
慣性矩：Ix=6760cm4，Iy=2050cm4
慣性半徑：ix=7.49cm，iy=13.05cm
（2）確定壓桿柔度
λ=μlimin=2×5007.49=33.51
其中：
壓桿全長(zhǎng)為l=500cm
由文獻(xiàn)[9,1-153]可得壓桿長(zhǎng)度系數(shù)u=2
求壓桿柔度范圍值λ1：
λ1=πEσP=π206×105220×102=96
其中：
彈性模量 E=206×105N/cm2
比例極限 σp=220×102N/cm2
求壓桿柔度范圍值
λ2=a-σsb
其中：
屈服極限σs=235×102N/cm2
常數(shù)查機(jī)械手冊(cè)1，l-1-07，
a= 30400N/cm2 ;b=112N/cm2
λ2=a-σsb=30400-23500112=1.6
若λ=133.51>λ1=96>λ2=61.6則前立柱屬于細(xì)長(zhǎng)桿，應(yīng)按歐拉公式計(jì)算
臨界載荷。
（3）強(qiáng)度校核
設(shè)立柱空載時(shí)受載車(chē)板和上層鋼結(jié)構(gòu)載荷
G1=7000N
滿載時(shí)前立柱承受最大載荷
G2=5×7000×12+5×35×16000=65500N
則立柱的工作載荷
P前=12G2=65500×12=32750N
由歐拉公式得臨界載荷
Pc=nω2π2EI(2l）2
由文獻(xiàn)[9,1-152]查得，金屬結(jié)構(gòu)中的壓桿安全系數(shù)
nω=1.8~3,取nω=3,代入得
Pc=32×π2×206×105×11194.7(2×500)2=2.046×107N
前立柱的穩(wěn)定安全系數(shù)
n=PcP前=20463573.938750=528.09>nω=3
由上式可知安全。
若按插減系數(shù)法計(jì)算：
σ=PφA≤[σ]=σSnS
其中A—受力面積
P—工作載荷
[σ]—安全系數(shù)
ns—許用安全系數(shù)
φ一中心壓桿折減系數(shù)
σ=P前φA=387500.875×118.75=372.93<[σ]=σSnS=235003=7833.3MPa
安全裕度較大。
3.1.3.2 導(dǎo)軌支撐梁強(qiáng)度校核
前后導(dǎo)軌支撐梁均為兩點(diǎn)點(diǎn)支撐，承受作用力相同，故我們分析前導(dǎo)軌支撐梁，如果前導(dǎo)軌支撐梁在允許范圍之內(nèi)，則后導(dǎo)軌梁也必然符合設(shè)計(jì)要求。如圖3-2所示，簡(jiǎn)支梁AB為兩點(diǎn)支撐，受均布載荷的作用，兩端全約束，且同樣為均布載荷。
圖3-2 導(dǎo)軌支撐梁受力分析簡(jiǎn)圖
已知A、B兩點(diǎn)全約束 lAB=5.2m,E=2.1Gpa,Ix=6120cm4
均布載荷為：
q=2×12×（7000+16000）5.2=4423N/m
最大撓度為：
fmax=ql4384EI
計(jì)算得：
fmax=4423×5.24374×2.1×1011×6120×10-8=6.73×10-4m
面積A=117cm2
梁所承受的彎矩為
Mx=ql212(6ωRδ-1)
則導(dǎo)軌支撐梁所承受的最大彎矩為
Mmax=ql28=4423×5.228=14.95×103N.m
最大應(yīng)力為
σmax=MmaxWZ=14.95×1034.81×102=31.08MPa
根據(jù)文獻(xiàn)[8]“失效、安全系數(shù)和強(qiáng)度”理論，由于鋼結(jié)構(gòu)選用材料為Q235，
屈服強(qiáng)度為235MPa，取安全系數(shù)下n=2，所以許用應(yīng)力σ=74.9422Mpa。
可得σmax<[σ]，由強(qiáng)度理論可知：導(dǎo)軌支撐梁穩(wěn)定。
3.1.3.3 三層橫梁強(qiáng)度校核
三層橫梁可以簡(jiǎn)化為固定梁，受力狀態(tài)如圖3-3所示。橫梁兩端固定，A、
B兩點(diǎn)產(chǎn)生相應(yīng)的支反力RA和RB。
圖3-3 三層橫梁受力簡(jiǎn)圖及彎矩圖
所承受的主要是拉壓受力，所以我們只對(duì)其正應(yīng)力進(jìn)行分析。
梁所承受的彎矩為：Mx=Pl(ε-ωRa)
最大彎矩為：
Mmax=Pa2l
其中P=F1=F2=12F車(chē)+F載=13.5KN
代入得：
Mmax=Pa2l=16.875Mpa
最大正應(yīng)力為：
σmax=MmaxWx
其中Wx為抗彎截面系數(shù)，由文獻(xiàn)[9]查得W=325cm3
由此可得
σmax=MmaxWx=16.875×1063.25×105MPa=51.92MPa<[σ]=117.5MPa
則由彎曲強(qiáng)度理論可知：三層橫梁穩(wěn)定。
3.2 立體車(chē)庫(kù)傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)安裝在鋼結(jié)構(gòu)骨架上，由傳動(dòng)部件和張緊裝置組成。停車(chē)托架與傳動(dòng)鏈條相連，驅(qū)動(dòng)裝置和機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)托架循環(huán)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)車(chē)輛的存取和停放。
3.2.1 橫移載車(chē)板動(dòng)力計(jì)算
3.2.1.1 主要參數(shù)的確定
橫移運(yùn)動(dòng)行程 s = 2400mm
橫移運(yùn)動(dòng)時(shí)間 t = 20s
橫移速度F，主要由設(shè)備運(yùn)行周期，周?chē)h(huán)境的安全性，載車(chē)運(yùn)行時(shí)的平穩(wěn)性等因素確定。
V=St=240020=120mm/s
行走輪直徑：由結(jié)構(gòu)尺寸及輪壓等因素決定，行走輪直徑確定為140mm。
橫移載車(chē)板自重 W下=7000N
載車(chē)板額定載荷 W車(chē)=16000N
3.2.1.2 功率計(jì)算
電機(jī)輸出軸轉(zhuǎn)速n計(jì)算：
n=VπD=120π×140=0.48r /s=16.4r/min
其中：橫移速度V=120mm/s
行走輪直徑D=140mm
驅(qū)動(dòng)力矩M計(jì)算：
由文獻(xiàn)[9]表1-1-7、1-1-9、1-1-10查得：
行走輪與鋼導(dǎo)數(shù)的靜摩擦系數(shù)：μ靜=0.15
行走輪與鋼導(dǎo)數(shù)的滾動(dòng)摩擦系數(shù)：μ1=0.05
滾動(dòng)軸承的摩擦系數(shù)：μ2=0.0015
正壓力：P=W下+W車(chē)=23000N
則：
起動(dòng)驅(qū)動(dòng)力矩：M起=PRμ=23000×0.04×0.15=138N.m
走驅(qū)動(dòng)力矩：M=PRμ1+μ2=23000×0.04×0.05+0.0015=47.38N.m
M起M=13847.38=2.91
電機(jī)功率計(jì)算 ：
M=9549Nn
N=Mn9549=47.38×16.49549=0.081KWN起=M起n9549=138×16.49549=0.24KW
N起N=0.240.081=2.96
由于結(jié)構(gòu)緊湊，容納電機(jī)的空間狹小，選擇臺(tái)灣明椿電氣的減速電機(jī)，其參數(shù)如下：
輸出扭矩：T2=58.34N/m
輸出轉(zhuǎn)速：n2=34.9r/min
功率：N=0.2KW
載車(chē)板的額定載荷是承載的最高上限，實(shí)際使用概率很小，通常可以泊車(chē)的車(chē)輛的重量都在1000kg-1600kg之間這是由車(chē)型所決定的，所以功率不需留余量，選擇0.2KW的電機(jī)比較經(jīng)濟(jì)電機(jī)允許短時(shí)超載，靜摩擦引起的大起動(dòng)阻力矩不會(huì)造成電機(jī)損壞。
3.2.2 傳動(dòng)軸的分析校核
本文中立體車(chē)庫(kù)的升降部分和橫移部分均采用鏈傳動(dòng)輸入動(dòng)力。鏈傳動(dòng)由主動(dòng)輪、從動(dòng)輪和繞在鏈輪上的鏈條組成。鏈傳動(dòng)的特點(diǎn)：能保證準(zhǔn)確的平均傳動(dòng)比；傳動(dòng)效率高，可達(dá)到0.95～0.98；作用在軸上的壓力較?。荒茉诟邷?、油污等惡劣環(huán)境工作。
軸在升降傳動(dòng)系統(tǒng)和橫移傳動(dòng)系統(tǒng)中都是特別重要的，它不但影響著傳動(dòng)的好壞還影響著車(chē)輛的安全，在軸的設(shè)計(jì)中，按照常規(guī)設(shè)計(jì)方法，先進(jìn)行初算軸，然后進(jìn)行軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，確定軸徑后，再對(duì)軸的強(qiáng)度進(jìn)行校核。
根據(jù)實(shí)際情況確定危險(xiǎn)截面，求出該截面的彎曲應(yīng)力和扭轉(zhuǎn)應(yīng)。
σa=σmax=MW
τa=τmax=Twp（循環(huán)特征為對(duì)稱(chēng)循環(huán)，脈動(dòng)循環(huán)）
再考慮應(yīng)力集中等方面的因素，按交變應(yīng)力狀態(tài)的疲勞強(qiáng)度的公式進(jìn)行該截面安全系數(shù)的校核計(jì)算，
S=SσSτSσSτ≥[S]Sσ=σ-1Kσβεσσa+ψσσmSσ=σ-1Kτβεττa+ψττm
其中： σ-1,τ-1——對(duì)稱(chēng)循環(huán)應(yīng)力時(shí)的疲勞極限和扭轉(zhuǎn)疲勞極限
Kσ,Kτ——正應(yīng)力有效應(yīng)力集中系數(shù)和剪應(yīng)力有效應(yīng)力集中系數(shù)
β——表面質(zhì)量系數(shù)
ε——尺寸系數(shù)
[s]——許用安全系數(shù)值
通過(guò)校核就可以確定軸的直徑。
3.2.2.1 橫移傳動(dòng)空軸校核
橫移電機(jī)型號(hào)為CLPK22040303，輸出的最大扭矩為65.94N.m，鏈傳動(dòng)最大傳動(dòng)效率為0.98
T=0.98T電機(jī)=0.98×65.94=64.6212N.m
空心軸的抗扭截面系數(shù)為
Wt=π16D(D4-d4)=π16×50(504-454)×10-9=40.626×10-6m3
軸的最大切應(yīng)力為
τmax=TWt=64.621240.626×10-6=1.59×106Pa=1.59MPa<[τ]=60MPa
故軸滿足強(qiáng)度要求。
3.2.2.2 提升傳動(dòng)空軸校核
載車(chē)板自重 W載=7000N
載車(chē)板額定載荷 W車(chē)=16000N
W總=T電機(jī)×0.96×n
T電機(jī)≥230000.96×16.4=1460.9N.m
為安全和穩(wěn)定起見(jiàn)選用提升電機(jī)型號(hào)臺(tái)灣明椿MLPK55370603，功率3.7KW，輸出的最大扭矩為1515.82N.m。
鏈傳動(dòng)最大傳動(dòng)效率為0.98
T=0.98T電機(jī)=0.98×1515.82=1485.503Nm
鋼管型號(hào)為60x6
空心軸的抗扭截面系數(shù)為
Wt=π16D(D4-d4）=π16×60（604-544）×10-9=70.202×10-6m3
軸的最大切應(yīng)力為
τmax=TWt=1485.50370.202×10-6=21.16×106Pa=21.16MPa<[τ]=70MPa
故軸滿足強(qiáng)度要求。
3.2.2.3 橫移轉(zhuǎn)軸的校核
圖3-4 軸受力示意圖
軸的受力如圖3-4所示，上面章節(jié)已求得：
起動(dòng)驅(qū)動(dòng)力矩即最大阻力距：mA=PRμ=23000×0.04×0.15=138N.m
電機(jī)最大輸出力矩：T=0.98T電機(jī)=0.98×65.94=64.6214N.m
電機(jī)功率為0.2KW
軸采用45#鋼制造，得： A0=126
[τT]=25MPa
n=23r/min
dmin=A03P1n=12630.2×0.9823mm=24.677mm
軸上最小直徑為24mm，可知dmin>24
雖然鍵槽、軸肩及過(guò)渡配合所引起的應(yīng)力集中均將削弱軸的疲勞強(qiáng)度，但由于軸的最小直徑是按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度較為寬裕確定的，所以截面I，II，B均無(wú)需校核。因此，只需要校核截面A。
由文獻(xiàn)[10]表15-4可得
W=πd332-bt(d-t)22d=1250.96N.mm
WT=πd316-bt(d-t)22d=2784.17N.mm
橫移載車(chē)框架自重 W上=12000N
載車(chē)板額定載荷 W車(chē)=16000N
F壓=120004+16000×0.62=7800N
M=F壓×S=7800×50=390000N.mm
σca=（MW）2+4(αT2W)2=36MPa
據(jù)文獻(xiàn)[10]表15-1可知45號(hào)鋼許用彎曲應(yīng)力：[σ-1]=55MPa。
因此σca<[σ-1]，故安全。
3.2.3 載車(chē)板提升鏈分析校核
本提升裝置采用鏈條傳動(dòng)型式的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來(lái)提升，載車(chē)板的兩個(gè)端面各有2個(gè)鏈輪，也各有2根定長(zhǎng)的鏈條繞在鏈輪上，初始位置載車(chē)板水平，當(dāng)提升電機(jī)帶動(dòng)載車(chē)板向上提升時(shí)，由于鏈條是定長(zhǎng)的，所以不管是上升還是下降，載車(chē)板始終保持水平。
整個(gè)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)分析，載車(chē)板在鏈條的約束下，提升過(guò)程中不會(huì)出現(xiàn)擺動(dòng)的現(xiàn)象，使整個(gè)提升過(guò)程非常平穩(wěn)，對(duì)于升降橫移式立體車(chē)庫(kù)，在選擇鏈條時(shí)，按照低速鏈處理(ν<0.6m/s)，而不是按高速鏈的方法來(lái)選擇，由鏈條的靜強(qiáng)度來(lái)確定鏈條節(jié)距。由文獻(xiàn)[10]公式14.21得， 鏈條的靜強(qiáng)度計(jì)算公式為：
S=QFt
Ft=1000Pν
ν=KAPπn6000sin(π2Z)
得：
SKA6×107Psin(π2Z)Pπn=Q
所選擇的鏈條必須滿足：
SKA6×107Psin(π2z)πn≤PQ
式中： S--安全系數(shù)，一般為4～8；
KA--鏈條工況系數(shù)，取KA=1.2
P--提升電機(jī)功率
z--鏈輪的齒數(shù)
n--鏈輪的轉(zhuǎn)速
p--所選鏈輪的節(jié)距
根據(jù)上式很容易確定所需要的鏈條。
主要參數(shù)確定：
載板升降速度：t下=20s， t上=25s
行程： S=1850mm
V下=St下=185025=74mm/s
V上=St下=185020=92.5mm/s
由上式確定鏈條的型號(hào)，也就是求出鏈條的抗拉載荷。由于動(dòng)力源是電動(dòng)機(jī)，而且根據(jù)轎車(chē)和托盤(pán)的重量，可以知道提升機(jī)構(gòu)屬于中型升降機(jī)，由文獻(xiàn)[11]表14.1可得20A鏈在單排是抗拉載荷是86.7KN，選擇20A號(hào)鏈作為本設(shè)計(jì)的傳動(dòng)鏈。
由表14.1得到滾子鏈的具體參數(shù)如下：
內(nèi)鏈節(jié)內(nèi)寬b1 18.90㎜
內(nèi)鏈節(jié)外寬b2 27.46㎜
外鏈節(jié)外寬b3 27.51㎜
節(jié)距 p 31.75㎜
滾子直徑d1 19.05㎜
由升降系統(tǒng)傳動(dòng)示意圖得鏈條的長(zhǎng)度L： L＞1800mm
考慮到鏈條與鏈輪的嚙合和其它因素，決定?。篖=2000mm
則鏈條的節(jié)數(shù)n為：n=L/p=2000/31.75≈63
平衡鏈承重約為提升載荷的1/4，上升時(shí)提升鏈承載是提升載荷的1/2。
載車(chē)板自重 w下=7000N
載車(chē)板額定載荷 W車(chē)=16000N
所以，平衡鏈拉力：
F平=14(W上+W車(chē)）=14(7000+16000)=5750N
提升鏈拉力：
F升=12(W上+W車(chē)）=12(7000+16000)=11500N
圓周力
Ft=1000PdV
設(shè)計(jì)功率：
Pd=KAP
由文獻(xiàn)[9,2-13-84]表13-2-3查得，KA=1.2
鏈條傳遞功率P=F升V上×10-3=11500×92.5×10-3=1.06KW（N.m/s)
Pd=KA.P=1.2×1.06=1.272KW
Ft=1000PdV=1000×1.4840.12=1.06×104N
因而鏈條靜強(qiáng)度
S=QFt=8670010600=8.18>[S]=8
故滿足要求。
本章小結(jié)
車(chē)庫(kù)的機(jī)械結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)定性，以及合理的動(dòng)力傳遞是車(chē)庫(kù)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵部分，本章首先對(duì)車(chē)庫(kù)的鋼架結(jié)構(gòu)進(jìn)行了受力分析和校核計(jì)算，然后對(duì)升降橫移系統(tǒng)的動(dòng)力系統(tǒng)進(jìn)行了分析計(jì)算，從而確定了符合安全要求的電機(jī)、傳動(dòng)軸和提升鏈。
第4章 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
4.1 整體線路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
4.1.1 檢測(cè)點(diǎn)分布
(1) 載車(chē)板上汽車(chē)停放到位否檢測(cè)
采用光電開(kāi)關(guān)在底層進(jìn)行掃描檢測(cè)。光電開(kāi)關(guān)的接收器和發(fā)射器分別安裝在底層左右兩邊， 在載車(chē)板前后位置均進(jìn)行檢測(cè)， 當(dāng)有車(chē)輛停放不到位時(shí)， 車(chē)就把光電關(guān)光源擋住，此時(shí)系統(tǒng)不能動(dòng)作，只有車(chē)輛停放到位后,系統(tǒng)才能正常工作。
(2) 載車(chē)板上有無(wú)車(chē)檢測(cè)在每個(gè)載車(chē)板上的一條對(duì)角線上安放一套光電開(kāi)關(guān)， 用于檢測(cè)載車(chē)板上有無(wú)車(chē)。
(3) 載車(chē)板平移運(yùn)動(dòng)是否到位檢測(cè)
只有下層載車(chē)板有平移運(yùn)動(dòng)，在每個(gè)車(chē)位上分別安裝一只限位開(kāi)關(guān)，用于檢測(cè)載車(chē)板平移運(yùn)動(dòng)是否到位。
(4) 載車(chē)板升降是否到位檢測(cè)
只有上層載車(chē)板有升降運(yùn)動(dòng)，在每個(gè)載車(chē)板垂直運(yùn)動(dòng)的軌道上，在低層和上層分別安裝一只限位開(kāi)關(guān)，用于檢測(cè)載車(chē)板下降和上升是否到位。
(5) 上層載車(chē)板吊鉤是否掛好檢測(cè)
控制吊鉤動(dòng)作的電磁鐵上有一反饋信號(hào),可用于指示吊鉤是否已把載車(chē)板掛好。
4.1.2 控制點(diǎn)分布
(1) 一層載車(chē)板左右平移控制
一層載車(chē)板有兩個(gè),每個(gè)載車(chē)板只有左右移動(dòng)兩個(gè)動(dòng)作，采用帶自動(dòng)抱閘的三相交流電機(jī)控制。
(2) 二層載車(chē)板升降橫移運(yùn)動(dòng)控制
二層載車(chē)板有兩個(gè)，每個(gè)載車(chē)板有橫移、升降四個(gè)動(dòng)作,采自動(dòng)抱閘的三相交流電機(jī)控制。
(3) 三層載車(chē)板升降運(yùn)動(dòng)控制
三層載車(chē)板有三個(gè)，每個(gè)載車(chē)板只有升降兩個(gè)動(dòng)作，采用帶自動(dòng)抱閘的三相交流電機(jī)控制。
(4) 吊鉤動(dòng)作控制
只有二、三層的載車(chē)板使用吊鉤，每個(gè)載車(chē)板用2套吊鉤，吊鉤用電磁鐵控制。
4.1.3 電氣線路圖
根據(jù)依據(jù)需要控制的電機(jī)、電磁鐵和檢測(cè)點(diǎn)等條件，建立電氣線路，如圖4-1所示。
圖4-1 電氣線路圖
4.2 PLC的接線
在升降橫移式立體停車(chē)庫(kù)中，控制系統(tǒng)中主控單元的主要控制對(duì)象首先是車(chē)庫(kù)內(nèi)的橫移電機(jī)和升降電機(jī)，控制系統(tǒng)就是使它們?cè)诓煌臅r(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)，其次是車(chē)庫(kù)內(nèi)的各種輔助裝置，如指示燈及其各種安全設(shè)施等。為了保證載車(chē)板能橫移到預(yù)定位置以及載車(chē)板能上升或下降到指定位置，采用了行程開(kāi)關(guān)。為了判斷載車(chē)板上有無(wú)車(chē)輛，采用了光電開(kāi)關(guān)。同時(shí)在車(chē)庫(kù)中還采用了一些傳感器如煙溫傳感器以及安全預(yù)警裝置，其接線示意圖如圖4-2。
圖4-2 PLC接線示意圖
4.3 電機(jī)控制及其接線
升降橫移不能同時(shí)進(jìn)行，這兩個(gè)動(dòng)作必須是互鎖的，即當(dāng)上層車(chē)位在升降時(shí)，地面層車(chē)位在存取車(chē)時(shí)車(chē)位的升降不能同時(shí)進(jìn)行，車(chē)位的升降和不能移動(dòng)，反之亦然，并且上層車(chē)位每次只能有一個(gè)車(chē)位進(jìn)行上下升降運(yùn)動(dòng)。這些在程序中可采用聯(lián)鎖和互鎖的方法來(lái)解決。如圖4.3所示。
圖4-3 電機(jī)控制原理圖
4.4 PLC控制程序設(shè)計(jì)流程［11］
本文所設(shè)計(jì)的PLC存取車(chē)控制系統(tǒng)只針對(duì)上2層和3層的車(chē)位，而對(duì)于1層車(chē)位，存取車(chē)直接開(kāi)進(jìn)開(kāi)出即可?？刂栖浖捎锰菪螆D語(yǔ)言編寫(xiě)。程序流程見(jiàn)圖4-4。需要說(shuō)明的是，載車(chē)板用鏈條依靠載車(chē)板上的吊點(diǎn)懸吊在托架上,在靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，防墜（安全）掛鉤掛住載車(chē)板。在設(shè)計(jì)不同層進(jìn)出車(chē)程序時(shí)運(yùn)用了“ 并行分支與匯合”的技巧，所謂并行分支指的是各分支流程可同時(shí)執(zhí)行，待各流程動(dòng)作全部結(jié)束后，根據(jù)相應(yīng)執(zhí)行條件，匯合狀態(tài)動(dòng)作。即如果選擇第3層載車(chē)板進(jìn)出車(chē)，可以使一層二層同時(shí)平移左移或右移，這樣，控制系統(tǒng)能自動(dòng)處理設(shè)備動(dòng)作順序之間的聯(lián)鎖或雙重輸出， 而且控制系統(tǒng)的試運(yùn)行及故障檢查非常方便，可節(jié)約大量時(shí)間，提高工作效率。
圖4-4 存取車(chē)程序流程圖
程序所用狀態(tài)元件、定時(shí)器及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器均選用具有掉電保護(hù)功能的元件， 當(dāng)系統(tǒng)掉電時(shí)元件保持掉電前的狀態(tài)，以保存現(xiàn)場(chǎng)信息，待上電后繼續(xù)完成被中斷的動(dòng)作當(dāng)發(fā)生意外情況時(shí)，按下急停按鈕中止系統(tǒng)的運(yùn)行并保存現(xiàn)場(chǎng)斷點(diǎn)信息當(dāng)出現(xiàn)電氣或機(jī)械故障時(shí)，如電機(jī)過(guò)載、過(guò)熱時(shí)自動(dòng)中止系統(tǒng)運(yùn)行，并發(fā)出聲光報(bào)警，同時(shí)系統(tǒng)轉(zhuǎn)人手動(dòng)方式進(jìn)行故障處理。[12]
本升降橫移式立體停車(chē)庫(kù)控制系統(tǒng)分為兩種工作方式：手動(dòng)方式和全自動(dòng)方式，可用開(kāi)關(guān)來(lái)進(jìn)行選擇。其中手動(dòng)方式主要用于調(diào)試維修或應(yīng)急情況，也就是通過(guò)PLC實(shí)現(xiàn)“點(diǎn)動(dòng)”，即當(dāng)選擇了車(chē)位號(hào)后，再按下“上”、“下”、“左”、“右”鍵，就可以把載車(chē)板調(diào)整到預(yù)定的位置。全自動(dòng)方式是立體停車(chē)庫(kù)的正常工作方式，當(dāng)鍵入某載車(chē)板進(jìn)出命令后，系統(tǒng)可自動(dòng)判斷路徑并移動(dòng)載車(chē)板，自動(dòng)完成進(jìn)出載車(chē)板動(dòng)作，記憶各載車(chē)板新的車(chē)位狀態(tài)，并刷新載車(chē)板有無(wú)車(chē)信息。在立體停車(chē)庫(kù)的控制系統(tǒng)中，最主要的是要解決載車(chē)板的問(wèn)題，如當(dāng)車(chē)輛要從某一載車(chē)板取下時(shí)，我們要移開(kāi)它下面的所有載車(chē)板，這樣就涉及到怎樣移開(kāi)的問(wèn)題，怎樣移動(dòng)才能使得所花的時(shí)間最少，移動(dòng)的方式最簡(jiǎn)單，同時(shí)車(chē)位的移動(dòng)引起的車(chē)位變化也需要我們用計(jì)算機(jī)進(jìn)行記憶，等下一次存取車(chē)的時(shí)候我們才能重新進(jìn)行車(chē)位的移動(dòng)，不至于引起混亂。
程序設(shè)計(jì)中，采用了模塊化的編程形式，整個(gè)程序包括主程序模塊、手動(dòng)按鍵子程序模塊、緊急停車(chē)按鍵子程序模塊、初始化程序模塊、存取車(chē)位號(hào)賦值程序模塊、空車(chē)位號(hào)與移動(dòng)車(chē)位號(hào)賦值程序模塊、載車(chē)板平移運(yùn)動(dòng)程序模塊(如圖4.5所示)、光電開(kāi)關(guān)子程序模塊、載車(chē)板升降運(yùn)動(dòng)程序模塊（如圖4.6所示）和故障報(bào)警子程序模塊。 車(chē)位運(yùn)行過(guò)程中只需調(diào)用子程序模塊，這樣大大降低了程序的復(fù)雜程度，方便了程序的修改，而且對(duì)于車(chē)位的拓展提供了便利的條件。當(dāng)車(chē)位從層數(shù)或排數(shù)上增加時(shí)，只需就其中的一個(gè)子程序和主程序進(jìn)行相應(yīng)的改動(dòng)，而其它的子程序基本不必改動(dòng)，大大減輕了以后重新編程的任務(wù)。在全自動(dòng)方式下由于載車(chē)板的位置是隨機(jī)的，即使對(duì)于二、三層的同一載車(chē)板進(jìn)出車(chē)時(shí)，它下層載車(chē)板的位置也可能不同，我們不可能把每一種情況都編制一個(gè)程序，經(jīng)過(guò)分析，我們發(fā)現(xiàn)同一層載車(chē)板的進(jìn)出動(dòng)作是相似的，可以把載車(chē)板進(jìn)行分層處理，同一層的使用同一類(lèi)處理程序，就樣就使得程序大大減化了。[13]為了減少進(jìn)出車(chē)的時(shí)間，軟件在設(shè)計(jì)不同層處理程序時(shí)采用“并行分支與匯合”的技巧，即如果選擇三層載車(chē)板的進(jìn)出，可以使一層和二層同時(shí)平移，這樣可以節(jié)約大量的時(shí)間，提高效率[14]
圖4-5 載車(chē)板平移運(yùn)動(dòng)模塊軟件流程[13]
圖4-6 載車(chē)板升降運(yùn)動(dòng)程序模塊軟件流程[13]
主程序控制整個(gè)車(chē)庫(kù)的運(yùn)行情況，調(diào)用子程序處理各種請(qǐng)求，當(dāng)開(kāi)機(jī)后，車(chē)庫(kù)控制系統(tǒng)處于待命狀態(tài)，當(dāng)進(jìn)行車(chē)輛存取時(shí)，先存下層車(chē)位，然后再存上層車(chē)位，一層車(chē)位的存取直接進(jìn)行，一層以上車(chē)位的存取要進(jìn)行車(chē)位的橫移和升降才能完成。在主程序中有自動(dòng)程序和手動(dòng)程序的轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān);有出現(xiàn)緊急情況時(shí)的總停開(kāi)關(guān)；有正常運(yùn)行時(shí)的運(yùn)行指示燈，當(dāng)有人進(jìn)入車(chē)庫(kù)時(shí)，由于人擋住了光電開(kāi)關(guān)，運(yùn)行燈停止，車(chē)庫(kù)自動(dòng)停止運(yùn)行；還有每個(gè)車(chē)位和立柱兩側(cè)的光電開(kāi)關(guān)用它們來(lái)檢測(cè)車(chē)輛，當(dāng)檢測(cè)到不符合規(guī)定的項(xiàng)目時(shí)，車(chē)庫(kù)不能運(yùn)行。
本章小結(jié)
控制系統(tǒng)也立體車(chē)庫(kù)的另一個(gè)重要部分，本章主要對(duì)車(chē)庫(kù)的控制系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)進(jìn)行了分析和設(shè)計(jì)，硬件部分主要是總體電路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括光電檢知裝置的分布、控制點(diǎn)的分布、PLC及電機(jī)的接線，軟件部分主要分析了PLC軟件的設(shè)計(jì)流程。
結(jié) 論
隨著汽車(chē)在我國(guó)家庭中的普及，停車(chē)難已成為影響居民生活的一個(gè)難題，采用機(jī)械式立體車(chē)庫(kù)替代平面停車(chē)是未來(lái)發(fā)展的一個(gè)必然趨勢(shì)。升降橫移式立體車(chē)庫(kù)采用模塊化設(shè)計(jì)，每單元可設(shè)計(jì)成兩層、三層、四層、五層、半地下等多種形式，車(chē)位數(shù)從幾個(gè)到上百個(gè)。此立體車(chē)庫(kù)適用于地面及地下停車(chē)場(chǎng)，配置靈活，造價(jià)較低。升降橫移式立體車(chē)庫(kù)廣泛被廣泛應(yīng)用，有利于解決我國(guó)居民停車(chē)難的問(wèn)題，因此這個(gè)選題具有重大的現(xiàn)實(shí)意義和良好的市場(chǎng)前景。
本文在參閱了國(guó)內(nèi)外有關(guān)立體停車(chē)庫(kù)的大量資料的前提下，對(duì)三層三列式七車(chē)位升降橫移式立體車(chē)庫(kù)機(jī)械結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)進(jìn)行細(xì)致研究。首先，通過(guò)查閱資料和調(diào)研，對(duì)自動(dòng)化立體車(chē)庫(kù)的發(fā)展歷程和發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行了分析，對(duì)幾種常見(jiàn)的立體車(chē)庫(kù)進(jìn)行比較，并分析了升降橫移式立體車(chē)庫(kù)的特點(diǎn)，總結(jié)了研究升降橫移式立體車(chē)庫(kù)的意義。
其次，確定基本設(shè)計(jì)思路和車(chē)庫(kù)的結(jié)構(gòu)方案，在掌握車(chē)庫(kù)工作原理和基本組成的基礎(chǔ)上，對(duì)車(chē)庫(kù)各機(jī)械結(jié)構(gòu)方案、控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化選擇，確定了車(chē)庫(kù)車(chē)庫(kù)的基本參數(shù),并對(duì)鋼結(jié)構(gòu)系統(tǒng)和升降橫移機(jī)構(gòu)及其傳動(dòng)系統(tǒng)的可靠性進(jìn)行了校核計(jì)算。
最后，針對(duì)智能立體車(chē)庫(kù)的功能要求，提出了控制系統(tǒng)的詳細(xì)方案。為達(dá)到車(chē)庫(kù)中的檢測(cè)要求，確定了經(jīng)濟(jì)而適用的傳感器。在車(chē)庫(kù)自動(dòng)控制系統(tǒng)中，選用了歐姆龍公司的CZOOH型PLC可編程控制器，并對(duì)PLC功能和特點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)的分析，給出了接線圖和部分控制程序流程。
由于時(shí)間和個(gè)人能力的限制，雖然經(jīng)過(guò)仔細(xì)調(diào)研、查閱資料并認(rèn)真分析計(jì)算，設(shè)計(jì)中存在了錯(cuò)誤和不足仍在所難免，希望得到各位老師的批評(píng)指導(dǎo)。
致 謝
我所選的課題是立體車(chē)庫(kù)設(shè)計(jì)。由于立體停車(chē)場(chǎng)是一項(xiàng)新興的產(chǎn)業(yè),我對(duì)它的了解很少,僅有的了解也是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)上獲得的，選定課題后的一段時(shí)間內(nèi)我都處于在查閱資料的過(guò)程中。在忙于畢業(yè)設(shè)計(jì)的同時(shí)，我還面臨就業(yè)的壓力，并且由于入冬