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黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)
第1章 緒 論
1.1 課題研究的目的和意義
雙柱式二車位立體車庫能利用居民住宅小區(qū)內(nèi)原有的一庫一車位，來有效滿足多車輛家庭的需要，而且將車輛升起，存放在建筑物內(nèi)或鋼結(jié)構(gòu)框架內(nèi)又便于用戶對(duì)車輛檢修和有效防止被盜。同時(shí)雙柱式二車位立體車庫能有效利用住宅小區(qū)內(nèi)的空間和地面，在住宅區(qū)以家庭或組團(tuán)的方式設(shè)立，而且它的控制系統(tǒng)相對(duì)簡(jiǎn)單，能使住戶存取車輛時(shí)，既便捷又安全可靠，且易于操作。
本設(shè)計(jì)提出的實(shí)施方案，適合我國城市住宅小區(qū)的現(xiàn)狀，在我國將有著廣闊的發(fā)展前景，為眼下車庫短缺的住宅小區(qū)解決停車難問題，是城市住宅小區(qū)解決停車問題的主要發(fā)展方向。同時(shí)對(duì)緩解城市停車難問題，促進(jìn)城市靜態(tài)交通的建設(shè)和發(fā)展，提高城市管理水平有重要的推廣應(yīng)用價(jià)值，而且解決城市住宅小區(qū)中停車難的問題對(duì)汽車工業(yè)和國民經(jīng)濟(jì)的健康發(fā)展都具有十分顯著的意義。
通過本課題的研究，找到適合我國城市住宅小區(qū)的停車庫實(shí)施方案，解決住宅小區(qū)內(nèi)停車難問題將會(huì)：
（1）有效地改善住宅小區(qū)內(nèi)車輛亂停亂放的現(xiàn)狀，提高居住小區(qū)環(huán)境質(zhì)量和生活質(zhì)量；
（2）可以有效地防止車輛被盜，減少經(jīng)濟(jì)損失；
（3）可以改善城市的交通質(zhì)量，促進(jìn)城市的可持續(xù)發(fā)展；
（4）可以使居民享受到停車無憂、來去自由的便利，促進(jìn)私人汽車的消費(fèi)，帶動(dòng)汽車工業(yè)和國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展；
（5）同樣，適合于城市住宅小區(qū)的立體車庫，也可以應(yīng)用于企事業(yè)單位、醫(yī)院、商業(yè)區(qū)等地面空間相對(duì)較少的公共停車，從而可以有效地解決城市公共停車難問題[1]。
1.2 國內(nèi)外研究狀況及應(yīng)用現(xiàn)狀
1.2.1 我國城市停車難問題
隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，個(gè)人消費(fèi)水平的不斷提高，私人小汽車將快速、大量的進(jìn)入城市家庭，城市里私人汽車會(huì)越來越多，對(duì)于身處大中城市的消費(fèi)者而言，擁有一輛甚至兩輛屬于自己的汽車已經(jīng)不再是個(gè)夢(mèng)想。但我國現(xiàn)有住宅小區(qū)大部分缺少必要的停車庫，已經(jīng)無法滿足小區(qū)內(nèi)居民停車的需要，小區(qū)內(nèi)的空地面積又少，造成小轎車到處亂停亂放，馬路邊、人行道、甚至草坪上都停車。
“十五”期間，國家鼓勵(lì)轎車進(jìn)入家庭，隨著城市居民汽車普及率的大幅提高，在中國城市土地資源越來越緊缺的情況下，城市住宅小區(qū)的停車難問題已日益突出，許多大城市為了解決這個(gè)問題，都提出了住宅小區(qū)內(nèi)建造立體停車設(shè)備，以滿足住宅小區(qū)內(nèi)廣大居民的停車需求[2]。
1.2.2 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀
停車庫的發(fā)展，應(yīng)該說從第一輛汽車誕生以來就隨之產(chǎn)生。然而擁有百年歷史的它卻遠(yuǎn)不及汽車工業(yè)那么引人注目，更不為大多數(shù)人所重視。至今，仍沒有人把它嚴(yán)格地歸并于哪一類，哪一項(xiàng)，但它是一個(gè)涉及物流倉儲(chǔ)、建筑結(jié)構(gòu)、物業(yè)管理等多科目、多領(lǐng)域的綜合性項(xiàng)目。
伴隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，中心城市的人口、車輛也日益增多。人們?cè)诮鉀Q交通問題時(shí)逐漸意識(shí)到，以往僅靠大力拓展道路來滿足車輛對(duì)動(dòng)態(tài)空間的需求是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。因?yàn)檐囕v大部分時(shí)間還是處于停駛狀態(tài)。這就是說，車輛占用靜態(tài)空間（停車泊位）的時(shí)間遠(yuǎn)大于其對(duì)動(dòng)態(tài)空間（道路）的需求。停車泊位不足，會(huì)嚴(yán)重影響城市道路暢通、環(huán)境與安全?！败噹臁笔谴笾谐鞘械臒衢T話題，國家經(jīng)貿(mào)委將“城市立體停車設(shè)備”列為“近期行業(yè)技術(shù)發(fā)展重點(diǎn)”，隨著家用汽車的不斷增加，公共場(chǎng)所及社區(qū)內(nèi)存車矛盾、車擠綠地的問題將會(huì)越來越突出，在人們對(duì)生活質(zhì)量和環(huán)境意識(shí)不斷增強(qiáng)之時(shí)，“車庫”日漸成為熱門話題，立體停車設(shè)備將會(huì)大顯身手。故一種可解決居民小區(qū)用地緊張與停車難矛盾的先進(jìn)停車方式—雙柱式二車位立體車庫將會(huì)得到推廣應(yīng)用。近年來我國吸取和借鑒了國外解決城市居民小區(qū)內(nèi)停車問題的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，在各大中心城市開始興建雙柱式二車位立體車庫。
立體停車庫設(shè)備的發(fā)展在國外已有30～40年的歷史，無論在技術(shù)上還是在經(jīng)驗(yàn)上均已獲得了成功。我國也與90年代初開始研究開發(fā)機(jī)械式立體停車設(shè)備，距今已有十幾年的歷程。但是由于機(jī)械式舉升機(jī)構(gòu)磨損維修成本高，經(jīng)常需要更換銅螺母以及軸承，維修費(fèi)用高，因此漸漸將其替換為液壓式舉升機(jī)構(gòu)。
隨著汽車工業(yè)的迅猛發(fā)展，我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展與居民收入的提高，私家車的擁有量巨增，引發(fā)城市居民停車難的問題，而且隨著城市建設(shè)的加快和汽車的大量增加，立體停車設(shè)備是今后停車場(chǎng)建設(shè)的主要方向，尤其是在寸土寸金的大城市，采用立體停車設(shè)備是解決“停車難”的必然出路，將是停車難問題未來關(guān)注的焦點(diǎn)。
目前我國全國車輛停車位缺口在400萬以上，而每年新增車輛卻在200萬輛左右。隨著私人擁有車輛數(shù)量的迅速增長(zhǎng)，住宅小區(qū)內(nèi)的停車問題日益突出。對(duì)于居住區(qū)有限的用地面積而言，出去住宅，公用建筑占地和必要的道路和綠化面積外，能夠提供于停車的面積是非常有限的。
當(dāng)前住宅小區(qū)內(nèi)主要的停車方式有小區(qū)路邊停車，住宅地層架空停車，地下停車場(chǎng)停車，機(jī)械式集中停車，立體車庫和分散停車。路邊停車的使用成本最低，但要以犧牲綠化用地為代價(jià)。住宅底層架空停車不占綠化用地，但受到住宅平面布局的影響，平面利用率也不高。地下停車場(chǎng)停車方式不侵占活動(dòng)用地，對(duì)綠地率基本無影響，但造價(jià)相對(duì)偏高。
正是由于以上原因，針對(duì)存車難問題日見突出，雙柱式二車位立體車庫設(shè)備在原有一庫一車位的基礎(chǔ)上見縫插針，具有較大的靈活性，土地利用率高，對(duì)地形適應(yīng)性強(qiáng)，環(huán)境效益好且造價(jià)低。雙柱式二車位立體車庫停車方式主要適用于容積率較小的高檔住宅小區(qū)，雙柱式二車位立體車庫的典型設(shè)備是雙柱式舉升機(jī)構(gòu)，這類設(shè)備的可靠性高，操作簡(jiǎn)單，應(yīng)用較普遍。
在居民社區(qū)內(nèi)，一般設(shè)有私家車庫，但普遍是一庫一車位，存在利用率低的問題?？紤]到車庫普遍舉架較高，利用有限的空間，將一庫一車位設(shè)計(jì)成為雙柱式二車位立體車庫，從而解決車位緊張的問題，此設(shè)計(jì)不但節(jié)約成本，并大量節(jié)省了城市的可利用空間，可以有效保障利用有限的停車面積滿足停車需要，同時(shí)可以有效解決北方地區(qū)冬季停車難問題。
雙柱式二車位立體車庫解決了停車位占地面積與住戶商用面積的矛盾，使私家車庫設(shè)計(jì)成為二車位立體車庫成為可能。雙柱式二車位立體車庫以其平均單車占地面積小的獨(dú)特特性對(duì)于解決停車難問題具有重要意義。所以說雙柱式二車位立體車庫，將被逐漸推廣并被廣大用戶所接受。同時(shí)此設(shè)計(jì)將大大節(jié)省小區(qū)內(nèi)為解決停車問題而占用的大量土地，這些節(jié)約下來的土地可用來進(jìn)行小區(qū)的綠化和供小區(qū)內(nèi)居民的休閑娛樂之用，對(duì)城市居民居住小區(qū)的建設(shè)也將具有一定的積極意義[3]。
1.3 雙柱式二車位立體車庫的發(fā)展方向與前景
由于城市的土地資源是有限的，要解決持續(xù)增長(zhǎng)的停車問題，立體化停車是必然的出路。近幾年，雙柱式二車位立體車庫正漸漸進(jìn)入我國大中城市，它占地面小，汽車存放在建筑物內(nèi)或鋼結(jié)構(gòu)框架內(nèi)，不會(huì)遭到損壞和被盜，使用便捷、安全、可靠。雙柱式二車位立體車庫操作簡(jiǎn)單、容車率高，有效的解決了部分城市居民小區(qū)內(nèi)的停車難問題。
為了解決住宅小區(qū)內(nèi)的停車問題，只能利用小區(qū)內(nèi)較小的面積，建立雙柱式二車位立體車庫，向空間發(fā)展，充分利用立體空間，占地面積少，而且能使住戶存取車輛時(shí)，既便捷又安全可靠。
雙柱式二車位立體停車庫以其土地利用率和空間利用率高，使用操作簡(jiǎn)單、靈活，安全可靠，適應(yīng)性強(qiáng)等諸多優(yōu)點(diǎn)，將會(huì)取代平面車庫，為眼下車庫短缺的住宅小區(qū)解決停車難問題，是解決大城市住宅小區(qū)停車問題的主要發(fā)展方向，將會(huì)在新開發(fā)的住宅小區(qū)及舊社區(qū)里大顯身手。
1.4 主要研究?jī)?nèi)容和研究方法
我國城市的私人汽車越來越多，但由于住宅小區(qū)缺少必要的停車庫，造成了停車難問題。我們想通過研究、探討、設(shè)計(jì)適合中國城市居民住宅小區(qū)的立體車庫的結(jié)構(gòu)、控制系統(tǒng)方案和實(shí)施方案。設(shè)計(jì)完成雙柱式二車位立體車庫的整體機(jī)械結(jié)構(gòu)的計(jì)算、校核；液壓系統(tǒng)的液壓回路設(shè)計(jì)以及各個(gè)液壓元件的計(jì)算、選型；電氣系統(tǒng)的控制原理圖設(shè)計(jì)以及相應(yīng)電動(dòng)機(jī)的選用；并運(yùn)用AutoCAD設(shè)計(jì)并建立出科學(xué)合理的結(jié)構(gòu)方案和控制方案，從而完成適用于居民小區(qū)內(nèi)單元式停車庫——雙柱式液壓驅(qū)動(dòng)二車位立體車庫設(shè)計(jì)：
（1）完成雙柱式舉升機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)；
（2）舉升提升架裝置的設(shè)計(jì)；
（3）升程自鎖保護(hù)等運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)；
（4）驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和校核；
（5）最終實(shí)現(xiàn)私家雙柱式二車位立體車庫的設(shè)計(jì)。
第2章 雙柱式二車位立體車庫方案選擇
2.1 二車位立體車庫方案對(duì)比論證分析
2.1.1 舉升類停車設(shè)備的分類
1、四柱式舉升機(jī)構(gòu)
四柱舉升機(jī)構(gòu)主要依靠四根粗鋼索拉起四角，拉力油缸置于平板下面，通過6個(gè)圓盤將力傳達(dá)四面。這種結(jié)構(gòu)比較緊湊，自重降低，保險(xiǎn)裝置為楔塊式，四個(gè)楔塊利用拉桿聯(lián)動(dòng)，扳動(dòng)拉桿就可打開保險(xiǎn)裝置，方便耐用，四柱舉升機(jī)構(gòu)容易調(diào)水平，適合于汽車4S店四輪定位使用，因?yàn)橛幸凰妮喍ㄎ粰n位，可以調(diào)整，可以確保水平。四柱舉升機(jī)構(gòu)按結(jié)構(gòu)分為上油缸式以及下油缸式，上油缸式指油缸置于立柱頂部（帶橫梁）,下油缸式指油缸置于平板下面。
2、雙柱式舉升機(jī)構(gòu)
雙柱舉升機(jī)構(gòu)實(shí)用、簡(jiǎn)潔、合理而且節(jié)省占地空間，使用靈活方便。升降平穩(wěn)低噪聲，設(shè)有升程自鎖保護(hù)裝置，保養(yǎng)簡(jiǎn)單，操作方便，成本低。
2.1.2 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的分類
升降類停車設(shè)備可以采用鋼絲繩傳動(dòng)、鏈條傳動(dòng)和液壓傳動(dòng)3種形式。
1、機(jī)械式
機(jī)械式舉升機(jī)構(gòu)流行于1992～1998年間，該舉升機(jī)構(gòu)特點(diǎn)是同步性好，但由于機(jī)械磨損維護(hù)成本高（經(jīng)常需要更換銅螺母以及軸承），每年一臺(tái)舉升機(jī)構(gòu)的維修更換需要1000元左右，客戶最終會(huì)將該產(chǎn)品更換為維護(hù)成本小的液壓舉升機(jī)構(gòu)。
鋼絲繩傳動(dòng)采用蝸輪蝸桿減速器，主要傳動(dòng)件為鋼絲繩卷筒、輪系等。鋼絲繩傳動(dòng)的柔性好，沖擊小，噪聲低。但鋼絲繩易延伸、斷股、斷絲，需要經(jīng)常調(diào)整長(zhǎng)度，給設(shè)備的使用和維護(hù)帶來不便。
鏈條傳動(dòng)通過電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)鏈輪機(jī)構(gòu)，牽引鏈條使載車板升降。性能穩(wěn)定可靠，壽命長(zhǎng)，不存在彈性伸縮，有準(zhǔn)確的平均傳動(dòng)比，維護(hù)性好，但需要裝設(shè)卷筒，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)較復(fù)雜，運(yùn)行時(shí)有一定的沖擊和噪聲。
2、液壓式
液壓傳動(dòng)通過液壓工作站為多個(gè)液壓缸提供壓力，由活塞桿實(shí)現(xiàn)載車板的升降和車輛的存取。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行平穩(wěn)，噪聲低，但傳動(dòng)效率較低?？紤]停車時(shí)整個(gè)升降車架的負(fù)載是不確定的，采用單液壓缸承載會(huì)導(dǎo)致活塞桿承扭受壓，對(duì)液壓缸的壽命產(chǎn)生較大影響，因此采用雙缸方案，以增加整個(gè)滑動(dòng)部分升降時(shí)的穩(wěn)定性。
液壓式舉升機(jī)構(gòu)維護(hù)成本低，油缸使用5～10年沒問題，液壓舉升機(jī)構(gòu)分為兩種，一種是單缸舉升機(jī)構(gòu)，一種是雙缸舉升機(jī)構(gòu)。
單缸優(yōu)點(diǎn)是：同步性好，不存在顛簸現(xiàn)象，有底板，舉升機(jī)構(gòu)的扭力靠底板抵消，安全性好。單缸主要應(yīng)用于四柱式舉升機(jī)構(gòu)。
雙缸液壓舉升機(jī)構(gòu)由于是雙缸，同步問題難以解決，往往靠?jī)筛摻z繩來平衡，油缸以及鋼絲繩要調(diào)整得松緊一致，舉升機(jī)構(gòu)就可以同步，而且實(shí)用方便，大方豪華且節(jié)省占地面積，使用靈活方便。主要應(yīng)用于雙柱式舉升機(jī)構(gòu)。
本課題所設(shè)計(jì)的是液壓驅(qū)動(dòng)的雙柱舉升類停車設(shè)備，它的特點(diǎn)是：
（1）性能可靠，低能耗，操作方便；
（2）無龍門式橫梁，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；
（3）有升程自鎖保護(hù)裝置，保證了安全性；
（4）升降車架的最低位置低，使得車輛的底盤可以比較低，對(duì)各種車輛的適應(yīng)性都比較強(qiáng)；
（5）采用液壓傳動(dòng)的驅(qū)動(dòng)方式，與螺桿式的舉升機(jī)相比，使用壽命較長(zhǎng)；
（6）價(jià)格低廉，擁有的市場(chǎng)份額較大，便于推廣。
2.2 總體方案
考慮到住宅小區(qū)內(nèi)有限的綠地、道路等公用設(shè)施不能侵占，為了使停車設(shè)備單車位的制造成本最低，考慮綜合設(shè)施、機(jī)械制造、施工等因素，設(shè)計(jì)雙柱式二車位立體車庫，可利用一個(gè)車位同時(shí)停放兩輛車，采用載車板整體升降的方式。
當(dāng)需要停車時(shí)，按下控制設(shè)備上相應(yīng)按扭，電機(jī)通電帶動(dòng)液壓泵轉(zhuǎn)動(dòng)。液壓泵將高壓油注入液壓缸下腔使活塞桿伸出，推動(dòng)滑動(dòng)車架和載車板下降到與路面齊平，將車停至載車板。停車完畢，車主下車離開停車位，利用相應(yīng)按扭將高位車輛升至高位。
為防止意外，載車板與支架立柱間設(shè)有防墜落保險(xiǎn)裝置，在液壓缸下腔油壓突然喪失時(shí)可以保證車輛的安全。
2.3 本章小結(jié)
本章主要進(jìn)行雙柱式二車位立體停車設(shè)備總體方案的選擇，通過將現(xiàn)有舉升機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式、驅(qū)動(dòng)方式以及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行了對(duì)比，最終選定采用雙柱結(jié)構(gòu)的舉升類停車設(shè)備，通過液壓驅(qū)動(dòng)，工作平穩(wěn)，操作方便，噪聲低，內(nèi)部設(shè)有升程自鎖保護(hù)保險(xiǎn)裝置，安全可靠，占地空間小，是立體車庫的理想設(shè)備。
第3章 雙柱式液壓驅(qū)動(dòng)二車位立體車庫機(jī)械設(shè)計(jì)
3.1 雙柱式二車位立體車庫工作原理
3.1.1 整體結(jié)構(gòu)及基本組成
雙柱舉升類停車設(shè)備采用立柱、提升架、支承梁、載車板的結(jié)構(gòu)，由機(jī)械系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)構(gòu)成。設(shè)置限位裝置、升程自鎖保護(hù)裝置等以保證舉升機(jī)構(gòu)安全使用，適用于室內(nèi)立體停車設(shè)備的安裝與使用。雙柱式舉升機(jī)構(gòu)以主、副立柱為主體，由液壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)兩只油缸，推動(dòng)提升輪，帶動(dòng)提升鋼絲繩提升滑車（見圖3.1）。支承梁鉸接于滑車，兩滑車由同步鋼絲繩保持同步升降。兩滑車內(nèi)設(shè)有機(jī)械保險(xiǎn)裝置。
雙柱舉升類停車設(shè)備機(jī)械主體部分由兩根立柱、提升架、支承梁及載車板等組成，雙柱舉升類停車設(shè)備的結(jié)構(gòu)類型就體現(xiàn)在這些組成上。
圖3.1 雙柱式二車位立體車庫整體結(jié)構(gòu)
1、立柱的結(jié)構(gòu)形式
立柱是由薄壁板折彎而成。通常將立柱的橫截面做成槽鋼形，它的四角作為導(dǎo)軌，一般采用4～6mm鋼板，該立柱4道彎折為提升架上的滑塊運(yùn)行提供了導(dǎo)軌空間，滿足了設(shè)備的功能要求。
2、載車板的結(jié)構(gòu)形式
載車板與車身底盤直接接觸，是梁結(jié)構(gòu)，通常采用20號(hào)冷彎矩形空心型鋼，支承
梁在承載升降過程中會(huì)產(chǎn)生疲勞破壞和變形，因此支承梁必須具有足夠的橫截面面積以抵抗彎曲變形。
3、安全機(jī)構(gòu)
雙柱舉升類停車設(shè)備的安全機(jī)構(gòu)是由電磁鐵、安全掛鉤、彈簧、連桿等組成，其功能如下：當(dāng)工作臺(tái)上升時(shí)，電磁鐵通電吸引連桿，使安全掛鉤收回，若發(fā)生意外（如高壓油管或鋼絲繩爆斷），電磁鐵斷電，安全掛鉤在彈簧的作用下卡到卡塊上，防止滑車下滑，確保安全。
當(dāng)工作臺(tái)需下降時(shí)，先將工作臺(tái)上升少許10～20mm，再將電磁鐵通電，按手動(dòng)卸荷閥，工作臺(tái)在自重的作用下下降。
3.1.2 工作原理
雙柱舉升類停車設(shè)備的傳動(dòng)原理是：由電動(dòng)油泵提供動(dòng)力給兩側(cè)立柱中的油缸，再由油缸分別頂舉兩側(cè)提升支架、支承梁、載車板將高位車輛舉起。兩側(cè)油缸運(yùn)行的同步性由調(diào)平衡的鋼絲繩來實(shí)現(xiàn)。設(shè)備由機(jī)械系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)及電氣系統(tǒng)等三大系統(tǒng)組成。其中，機(jī)械系統(tǒng)包括：立柱、提升支架、支承梁、載車板。液壓系統(tǒng)包括：小排量齒輪泵及油缸。電氣系統(tǒng)包括：油泵用電機(jī)、控制開關(guān)及電控箱。提升架上配有滑塊，起動(dòng)電動(dòng)油泵由油缸頂舉提升架，使提升架上面的四個(gè)滑塊在立柱導(dǎo)軌中運(yùn)行，確保了載車板運(yùn)行的直線度要求。使載車板托舉著高位車輛升高，直到高位車輛被安全、穩(wěn)固地舉升至所需高度為止。
3.2 主要技術(shù)參數(shù)
3.2.1 基本尺寸參數(shù)的確定
1、重心位置的范圍
前輪驅(qū)動(dòng)的車輛有以下優(yōu)點(diǎn)：前驅(qū)車的傳動(dòng)效率比后驅(qū)車要高。所有的前驅(qū)車在設(shè)計(jì)的時(shí)候，不管發(fā)動(dòng)機(jī)橫置還是縱置，它的重心都偏于前軸，也就是在車頭側(cè)，與驅(qū)動(dòng)輪的位置很近，傳動(dòng)距離短。其中又以前橫置發(fā)動(dòng)機(jī)效率最高，這也是大多數(shù)前驅(qū)車所采用的布置方式。由于發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出軸與汽車前軸平行，變速箱與驅(qū)動(dòng)橋是做成一體的固定在發(fā)動(dòng)機(jī)旁，動(dòng)力可以直接通過斜齒輪傳遞到差速器上，再經(jīng)變速箱、驅(qū)動(dòng)橋，減速增扭后傳遞給兩根半軸最后驅(qū)動(dòng)車的前輪旋轉(zhuǎn)，顯然這種距離最短，且沒有經(jīng)過任何轉(zhuǎn)換的傳動(dòng)效率是最高的。
正是基于以上的原因，所以現(xiàn)代汽車大多采用發(fā)動(dòng)機(jī)前置，使車輛的重量分布比大約是3:2，重心偏前。
2、舉升機(jī)外形尺寸的確定
根據(jù)所舉升車輛的基本尺寸初步確定舉升機(jī)構(gòu)的主要技術(shù)參數(shù)如表3.1所示。
表3.1雙柱式液壓驅(qū)動(dòng)二車位立體車庫主要技術(shù)參數(shù)
舉升重量
3500kg
舉升高度
1850mm
總高度
2760mm
總寬
2748mm
上升時(shí)間
50s
下降時(shí)間
30s
3.3 電機(jī)功率的計(jì)算
高位汽車重量1.7t，汽車載車板及其附件的重量加上一部分的余量1.3t，所以取3t。
載車板有汽車時(shí)上升設(shè)計(jì)速度：
(3.1)
由公式（3.1）得
載車板上升功率:
(3.2)
(3.3)
其中，由公式（3.3）
取
由公式（3.2）得
取
3.4 主立柱的設(shè)計(jì)與校核
3.4.1 立柱截面特性分析與計(jì)算
雙柱式舉升機(jī)是一種可以廣泛用于立體車庫的舉升機(jī)，具有結(jié)構(gòu)緊湊、外形美觀、操作簡(jiǎn)便等特點(diǎn)，只需用此種安全可靠的舉升設(shè)備將汽車舉升到一定的高度，即可實(shí)現(xiàn)立體車庫的功能。隨著我國私家車保有量越來越大，此種型式的舉升機(jī)需求量也會(huì)日益增大。本機(jī)主要性能參數(shù)為：額定舉升載荷3t；在載重3t情況下，由最低位置舉升到最高位置需50s；當(dāng)拉下操縱桿使溢流閥接通，車輛由最高位置降到最低位置需30s；電動(dòng)機(jī)功率1.3KW；載車板在最低位置時(shí)的舉升高度為120mm，最大舉升高度為1850mm，工作行程為1730mm。
雙柱式舉升機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)型式有多種，本設(shè)計(jì)中的舉升機(jī)構(gòu)系指液壓驅(qū)動(dòng)的雙柱式舉升機(jī)構(gòu)。舉升機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)系統(tǒng)為液壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)和控制，由兩立柱內(nèi)安裝的液壓油缸實(shí)現(xiàn)上下運(yùn)動(dòng)，推動(dòng)連接立柱與滑臺(tái)的鏈條，使滑臺(tái)上安裝的滑塊沿立柱滾動(dòng)，實(shí)現(xiàn)滑臺(tái)的上下移動(dòng)。設(shè)備的主要部分有：提升機(jī)構(gòu)、支承機(jī)構(gòu)、平衡機(jī)構(gòu)和安全鎖機(jī)構(gòu)。
1、主立柱的截面特性分析與計(jì)算
主立柱體是舉升機(jī)構(gòu)主要的受力承重部件。舉升機(jī)構(gòu)立柱在工作時(shí)受來自于保險(xiǎn)鎖機(jī)構(gòu)處承重的壓力和升降滑臺(tái)滑塊作用在立柱上的彎矩。立柱殼體用鋼板整體壓制成形，其內(nèi)部相應(yīng)位置焊有保險(xiǎn)裝置支承板，用于鎖定狀態(tài)時(shí)受力和承重，下部與底座焊接。其中一個(gè)立柱體上還裝有液壓泵站和電氣控制箱。主立柱作為主要的承重件，先對(duì)其截面特征進(jìn)行分析，這里主要確定立柱截面形心的位置和截面的慣性矩。
2、確定立柱截面形心和中性軸的位置
將整個(gè)截面劃分為 ,,三個(gè)部分，取與截面底邊相重合的軸為參考軸（見圖3.2），,, 分別為三個(gè)組合截面的中性軸，則三個(gè)截面的面積及其形心至軸的距離經(jīng)計(jì)算分別為：
圖3.2 雙柱式舉升類停車設(shè)備的主立柱橫截面示意圖
；
；
整個(gè)截面形心C在對(duì)稱軸Y上的位置則為：
(3.4)
由式（2.4）得
3、確定各組合截面的慣性矩和立柱整個(gè)截面對(duì)中性軸Z的慣性矩
設(shè)三截面的形心分別為、、，其形心軸為、、（如圖3.2）,它們距Z軸的距離經(jīng)計(jì)算分別為：
由平行移軸公式，三截面對(duì)中性軸Z的慣性矩經(jīng)計(jì)算分別為：
（3.5）
由式（3.5）得
（3.6）
由式（3.6）得
（3.7）
由式（3.7）得
其中、 、分別為三截面對(duì)各自形心軸、、的慣性矩，將三截面對(duì)中性軸Z的慣性矩相加，即將式（3.5）、（3.6）、（3.7）相加，得：
4、立柱整個(gè)截面上半部分（以Z軸為界）的靜矩S的計(jì)算
三個(gè)截面上半部分的靜矩值分別為：
立柱整個(gè)截面上半部分（以Z軸為界）的靜矩為：
3.4.2 主立柱的強(qiáng)度分析與驗(yàn)算
舉升機(jī)構(gòu)工作時(shí)，其載車板將汽車提升至一定高度鎖定，舉升機(jī)構(gòu)直接承載處位于載車板端部，故應(yīng)先對(duì)滑臺(tái)部件進(jìn)行受力分析（見圖3.3） ：
圖3.3 提升架部件受力情況示意圖
1、滑臺(tái)部件受力情況分析
考慮滑臺(tái)部件中滑臺(tái)和支承梁的總自重，假定自重全部集中在負(fù)載處，近似估算值為66.37kg。單側(cè)支承梁受到的最大載荷為1.75噸，加上滑臺(tái)部件的自重，滑臺(tái)端部受力大小為1816.37kg， 和是立柱通過滑塊給予滑臺(tái)的反力，，和為保險(xiǎn)支承板給予滑臺(tái)部件的支承力，B處為支承點(diǎn)位置，則：
2、舉升機(jī)構(gòu)主立柱受力情況分析
主立柱受力情況見圖2.3所示，圖中和是滑臺(tái)通過滾輪作用在立柱上的力（圖3.4為最高位置）和為鎖緊時(shí)滑臺(tái)作用在立柱上的壓力，、和為底部支座反力。針對(duì)立柱受力情況,經(jīng)計(jì)算得：
圖3.4主力柱受力情況示意圖
3、舉升機(jī)構(gòu)主立柱強(qiáng)度校核計(jì)算
從圖3.4看出，整個(gè)立柱體相當(dāng)于一個(gè)懸臂梁，可畫出立柱的彎矩圖和剪力圖。由引起的彎矩圖和剪力圖見圖3.5，計(jì)算得：
圖3.5 立柱上作用力及其彎矩圖和剪力圖
圖3.6 立柱上作用力及其彎矩圖和剪力圖
由引起的彎矩圖和剪力圖見圖3.6所示，計(jì)算得：
由產(chǎn)生的引起的彎矩圖見圖3.7所示，計(jì)算得：
圖3.7 立柱上作用力及其彎矩圖
立柱受力的合成彎矩圖和合成剪力圖如圖3.8所示。從圖中看出，在截面處，剪力最大() ，彎矩最大()，此處是危險(xiǎn)截面。
圖3.8 立柱受力的合成彎矩圖和合成剪力圖
前面計(jì)算已得到，抗彎截面模數(shù)：
（3.8）
由式（3.8）得
截面上半部分靜矩：
(3.9)
其中
由式（3.9）得
（1）校核正應(yīng)力強(qiáng)度
(3.10)
由式（3.10）得
許用應(yīng)力選：
滿足強(qiáng)度條件。
（2）校核剪應(yīng)力強(qiáng)度
（3.11）
由式（3.11）得
選
而許用應(yīng)力
滿足強(qiáng)度條件。
（3）折算應(yīng)力強(qiáng)度校核
主立柱橫截面上的最大正應(yīng)力 產(chǎn)生在離中性軸最遠(yuǎn)的邊緣處，而最大剪應(yīng)力則產(chǎn)生在中性軸上，雖然通過上面的校核說明在這兩處的強(qiáng)度都是滿足要求的，但是因?yàn)樵诮孛鍯 處，M 和Q都具有最大值，正應(yīng)力和剪應(yīng)力都比較大，因此這里的主應(yīng)力就比較大，有必要根據(jù)適當(dāng)?shù)膹?qiáng)度理論進(jìn)行折算應(yīng)力校核，取該截面邊緣處某點(diǎn)K 進(jìn)行計(jì)算：
（3.12）
由式（3.12）得
（3.13）
由式（3.13）得
圖3.9 點(diǎn)K處取出的單元體受力情況示意圖
在點(diǎn)K處取出的單元體受力情況如圖3.9所示。由于點(diǎn)K處在復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)，立柱材料采用的45鋼，可以采用第四強(qiáng)度理論，將 ，的數(shù)值代入，用統(tǒng)計(jì)平均剪應(yīng)力理論對(duì)此應(yīng)力狀態(tài)建立的強(qiáng)度條件為： ，所以有：
按第四強(qiáng)度理論所算得的折算應(yīng)力也滿足許用強(qiáng)度要求。
3.4.3 主立柱的剛度分析與驗(yàn)算
用迭加法進(jìn)行剛度計(jì)算，彈性模量E取，經(jīng)計(jì)算，由F1引起的撓度（往內(nèi)彎）為：;由F2 引起的撓度（往外彎）為：;由M 引起的撓度（往外彎）為：，此值很小，可忽略不計(jì)。
立柱實(shí)際往內(nèi)彎的撓度為：
上述立柱的強(qiáng)剛度分析計(jì)算進(jìn)行了近似和簡(jiǎn)化，所有數(shù)據(jù)估算相當(dāng)保守，留有大的安全余量。改變立柱的厚度、形狀和加強(qiáng)筋的尺寸等均能影響其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度。在保持立柱厚度不變時(shí)，適當(dāng)增加加強(qiáng)筋和截面尺寸，有利于提高立柱結(jié)構(gòu)的強(qiáng)剛度。
3.5 梁的偏載計(jì)算與校核
3.5.1 梁的偏載計(jì)算與校核
根據(jù)高位車的排量，車寬取1800mm，則發(fā)生偏載的極限位置距離中心400mm處
由產(chǎn)生的M引起的彎矩圖見圖3.10所示，計(jì)算的：
圖3.10 偏載彎矩圖
圖3.12 支承梁截面圖
E=BH-bh （3.14）
JX= （3.15）
WX= （3.16）
其中H= B= 100mm
b=h=5mm
則由式（3.16）得 WX=
對(duì)于45號(hào)鋼，，其中
（3.17）
由公式（3.17）得：
所以滿足條件。
3.5.2 提高梁彎曲強(qiáng)度的措施
1、適當(dāng)調(diào)整梁上載荷作用的位置
合理布置梁上載荷和支座位置在可能的情況下，適當(dāng)調(diào)整梁上載荷作用的位置，
可有效地減小梁內(nèi)的最大彎矩值。
2、合理選用梁的截面形狀
由彎曲正應(yīng)力強(qiáng)度條件可知，梁的抗彎截面系數(shù)愈大，梁能承受的彎矩就愈大。因此，梁的合理截面形狀應(yīng)當(dāng)是，截面面積較小，而抗彎截面系數(shù)較大。或者說合理的截面形狀應(yīng)當(dāng)是其抗彎截面系數(shù)與截面面積的比值WZ/A盡可能地大。工程上常用這個(gè)比值來衡量截面的合理性。表3.2列出了幾種截面的WZ與A的比值。由此表可見，矩形截面比圓形截面合理，而工字形、槽形截面又比矩形截面更合理。究其原因，是因?yàn)閺澢龖?yīng)力沿截面高度線性分布，離中性軸愈遠(yuǎn)處彎曲正應(yīng)力愈大，工字形截面使較多的材料處于高應(yīng)力區(qū)，能充分發(fā)揮材料的潛力。
表3.2 常用截面的WZ與A的比值
截面形狀
圓形
矩形
工字形
WZ/A
0.125d
0.167d
(0.27～0.31)d
注：d為直徑。
3、采用變截面梁
等截面除了最大彎矩所在截面外，其它各截面上的應(yīng)力均低于許用應(yīng)力，材料未能充分利用。為了節(jié)省材料，減輕梁的自重，可將梁設(shè)計(jì)成變截面的，即在彎矩較大處，采用較大截面，彎矩較小處采用較小截面。如果將變截面梁設(shè)計(jì)成等強(qiáng)度梁。從節(jié)省材料、減輕自重角度看，等強(qiáng)度梁最合理。但由于加工制造等原因，實(shí)際上只能近似做到等強(qiáng)度要求。
必須指出，以上這些措施都是從提高彎曲強(qiáng)度的角度提出的。但在工程實(shí)際中，設(shè)計(jì)一個(gè)構(gòu)件還應(yīng)考慮剛度、穩(wěn)定性、加工制造等多方面因素，應(yīng)經(jīng)過綜合考慮比較后，再確定梁的截面形狀和結(jié)構(gòu)形式。
3.6 鋼絲繩的選取
3.6.1 鋼絲繩的特點(diǎn)及用途
表3.3 按鋼絲繩繞制次數(shù)分類
分類
特點(diǎn)
用途
雙繞繩
先由鋼絲繞成股，再由股圍繞繩芯繞成繩。這種鋼絲繩的繞性受繩芯材料影響很大，比單繞繩撓性好
起重機(jī)中廣泛應(yīng)用
表3.4 按鋼絲繩繞制方法分類
分類
特點(diǎn)
用途
交互捻
鋼絲繞成股的方向和股捻成繩的方向相反稱為交互捻。如繩右捻，股左捻，稱為右交互捻，繩左捻，股右捻，稱為左交互捻。這種鋼絲繩的缺點(diǎn)是僵性較大，使用壽命較低，但不容易松散和扭轉(zhuǎn)
在起重機(jī)械中廣泛應(yīng)用
表3.5 按鋼絲繩中絲與絲的接觸狀態(tài)分類
分類
特點(diǎn)
用途
線接觸
由不同直徑鋼絲捻制而成，股內(nèi)各層之間鋼絲全長(zhǎng)上平行捻制，各層鋼絲螺距相等，鋼絲之間呈線狀接觸，包括外粗式（S型）、粗細(xì)式（W型）及填充式（Fi型）。這種鋼絲繩消除了點(diǎn)接觸的二次彎曲應(yīng)力，能降低工作時(shí)總的彎曲應(yīng)力，耐疲勞性能好。結(jié)構(gòu)緊密，金屬斷面利用系數(shù)高。使用壽命長(zhǎng)，比普通鋼絲繩壽命高1～2倍
廣泛應(yīng)用
優(yōu)先選取
表3.6 按股繩截面形狀分類
分類
特點(diǎn)
用途
圓股
股繩截面形狀是圓形
廣泛應(yīng)用
表3.7 按鋼絲繩繩芯分類
分類
特點(diǎn)
用途
纖維芯
具有較高撓性和彈性，不能耐高溫，不能承受橫向壓力
起重機(jī)廣泛應(yīng)用
3.6.2 鋼絲繩直徑的計(jì)算與選擇
根據(jù)鋼絲繩選用原則（《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》），本設(shè)計(jì)宜采用線接觸鋼絲繩為提升動(dòng)力端，所以選取6×19S—1770（GB/T 8918）類型鋼絲繩。
鋼絲繩直徑可由鋼絲繩最大工作靜拉力按式（3.18）確定
(3.18)
式中d——鋼絲繩最小直徑，mm；
C——選擇系數(shù)，；
S——鋼絲繩最大工作靜拉力，N。
根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》選取C
表3.8 機(jī)構(gòu)利用等級(jí)
機(jī)構(gòu)利用等級(jí)
總設(shè)計(jì)壽命
說明
T5
6300
經(jīng)常中等地使用
表3.9 機(jī)構(gòu)載荷狀態(tài)
載荷狀態(tài)
說明
L2-中
機(jī)構(gòu)經(jīng)常承受中等的載荷，較少承受最大的載荷
表3.10 機(jī)構(gòu)工作級(jí)別
載荷狀態(tài)
機(jī)構(gòu)利用等級(jí)
T0
T1
T2
T3
T4
T5
T6
T7
T8
T9
L1-輕
—
—
M1
M2
M3
M4
M5
M6
M7
M8
L2-中
—
M1
M2
M3
M4
M5
M6
M7
M8
—
表3.11 C值選取
機(jī)構(gòu)工作級(jí)別
選擇系數(shù)C值
鋼絲公稱抗拉強(qiáng)度/MPa
1550
1700
1850
M1-M3
0.093
0.089
0.085
M4
0.099
0.095
0.091
M5
0.104
0.100
0.096
其中
由式(3.18)得：
表3.12 6×19（a）類鋼絲繩結(jié)構(gòu)及力學(xué)性能
鋼絲繩公稱直徑
鋼絲繩近似重量
鋼絲繩公稱抗拉強(qiáng)度/MPa
1470
1570
1670
1770
1870
鋼絲繩最小破斷拉力
d
/mm
允許偏差/%
/(kg/100m)
/KN
13
+6
0
53.10
69.80
74.60
79.30
84.10
88.80
14
62.30
81.90
87.50
93.10
98.70
104.00
16
72.20
95.00
101.00
108.00
114.00
120.00
取
3.7 本章小結(jié)
本章先后對(duì)雙柱式二車位立體停車設(shè)備機(jī)械部分主要組成部件、工作原理進(jìn)行了闡述，并根據(jù)高位車和低位車的主要參數(shù)對(duì)雙柱式舉升類停車設(shè)備的主要技術(shù)參數(shù)進(jìn)行了確定，并對(duì)機(jī)械機(jī)構(gòu)中的主立柱、支承梁、載車板進(jìn)行了計(jì)算和強(qiáng)度、剛度、撓度的校核。還根據(jù)此舉升機(jī)構(gòu)的載重量對(duì)電機(jī)、鋼絲繩進(jìn)行了選擇。完成了雙柱式二車位立體停車設(shè)備機(jī)械部分的設(shè)計(jì)和校核。
第4章 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)
4.1 汽車舉升機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求
雙柱式二車位立體停車設(shè)備液壓系統(tǒng)，除要求能在一定的范圍內(nèi)將汽車同步舉升和下降外，還要求其能使汽車在任意高度停止并保持不動(dòng)，以便實(shí)現(xiàn)立體車庫的功用。因此，液壓系統(tǒng)必須具有定位保持功能。另外，因汽車的重量較大，一旦液壓系統(tǒng)出現(xiàn)故障，舉升機(jī)支承部分在汽車重力的作用下會(huì)迅速下滑，可能會(huì)對(duì)低位車輛造成威脅，而且舉升機(jī)上面的汽車也有被摔壞的危險(xiǎn)。所以，為了防止這樣的情況發(fā)生，舉升機(jī)必須具有機(jī)械鎖定裝置。機(jī)械鎖由分別安裝在舉升油缸外側(cè)和活塞桿頂部與舉升臂相聯(lián)的銷軸上的兩根鋸齒形齒條組成。安裝在油缸外側(cè)的齒條固定不動(dòng)，而安裝在銷軸上的齒條則隨活塞桿上下移動(dòng)，并且能繞銷軸做一定角度的擺動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)兩根齒條的分離和嚙合。當(dāng)舉升臂處于定位狀態(tài)或液壓系統(tǒng)出現(xiàn)故障。油壓低于一定數(shù)值時(shí)，動(dòng)齒條就會(huì)在自身重力和彈簧力的作用下與靜齒條嚙合，機(jī)械鎖鎖死，使舉升臂不會(huì)下滑，這樣就確保高位車輛和地位車輛不會(huì)出現(xiàn)危險(xiǎn)。
4.2 液壓系統(tǒng)液壓回路的設(shè)計(jì)
舉升機(jī)的液壓回路如圖4.1所示，共由2部分組成：升降回路和補(bǔ)油回路。
4.2.1 升降回路
升降回路由左升降液壓缸15、右升降液壓缸3、三位四通換向閥7以及節(jié)流閥13、單向閥12組成。其中，液壓缸3和15分別驅(qū)動(dòng)舉升機(jī)構(gòu)的左右兩個(gè)提升架升降，兩缸串聯(lián)，液壓缸15的上腔與液壓缸3的下腔直接相連。在無泄漏的情況下，活塞上升時(shí)，左升降缸15上腔流出的液壓油全部流入右升降缸3的下腔。而在下降時(shí)，右升降缸3下腔流出的液壓油全部流入左升降缸15的上腔。這樣，兩缸的活塞就會(huì)同時(shí)升降。如果兩油缸的內(nèi)徑及活塞桿直徑設(shè)計(jì)合理，就會(huì)使兩缸活塞完全同步地上升或下降，舉升機(jī)的兩個(gè)提升架也就始終處于相同的高度。
液壓缸15、3活塞的升降由三位四通換向閥7控制，當(dāng)電磁鐵YA1得電時(shí)，換向閥7處于左位，液壓油經(jīng)過單向閥12驅(qū)動(dòng)油缸15和3的活塞同步上升，提升架通過載車板將汽車舉起。當(dāng)電磁鐵YA2得電時(shí)，換向閥7處于右位，液壓油驅(qū)動(dòng)油缸15和3的活塞同步下降，缸15下腔排出的液壓油經(jīng)節(jié)流閥13流回油箱，舉升臂將汽車放下。此處，單向閥12和節(jié)流閥13的作用是：當(dāng)提升架推動(dòng)汽車上升時(shí)，液壓油經(jīng)單向閥12大流量流入缸15的下腔，以較快的速度推動(dòng)活塞上升；而要將汽車放下時(shí)，缸15的下腔流出的液壓油需經(jīng)過節(jié)流閥13流回油箱，形成了節(jié)流閥出口調(diào)速回路，節(jié)流閥的節(jié)流及背壓作用可以防止舉升機(jī)構(gòu)在汽車重力、提升架和載車板自重的作用下過快下降,避免發(fā)生事故。當(dāng)YA1和YA2都不得電時(shí)，換向閥7處于中位，此時(shí)，油缸15和3的活塞位置被鎖定，不能移動(dòng)。相對(duì)應(yīng)兩提升架也就停止不動(dòng)。
圖4.1 汽車舉升機(jī)液壓控制回路
1.左行程開關(guān) 2.右行程開關(guān) 3.右下位開關(guān)4.右升降缸 5.液控單向閥 6. 節(jié)流閥 7.兩位三通電磁閥 8.溢流閥9.三位四通電磁閥10.溢流閥11.液壓泵 12.濾油器 13.油箱14.單向閥 15.節(jié)流閥
16.兩位三通電磁閥 17.左升降缸18.左下位開關(guān)
4.2.2 補(bǔ)油回路
假如液壓油無泄漏,而油缸的設(shè)計(jì)和制造精度又達(dá)到要求的話，以上回路足以保證兩提升架的同步上升和下降。但由于泄漏不可避免，油缸和活塞之間、兩油缸之間的管路聯(lián)結(jié)等處，都會(huì)產(chǎn)生一定的泄漏。壓力越大、使用的時(shí)間越長(zhǎng)，泄漏就會(huì)越厲害。由于液壓油的泄漏，兩活塞的移動(dòng)必將產(chǎn)生誤差。隨著時(shí)間的推移，誤差不斷累計(jì)。當(dāng)累計(jì)達(dá)到一定程度就會(huì)超出兩提升架允許的高度誤差。為了使兩提升架能夠長(zhǎng)時(shí)間的同步運(yùn)行，必須消除這種同步誤差。誤差主要是由液壓油泄漏引起的，所以設(shè)計(jì)了補(bǔ)油回路。
補(bǔ)油回路由2個(gè)二位三通電磁閥5和14、液控單向閥4、溢流閥6及行程開關(guān)1和2組成。行程開關(guān)1和2安裝在舉升機(jī)兩側(cè)提升架行程的最上端。當(dāng)換向閥7左位工作，油缸15和3的活塞在液壓油的驅(qū)動(dòng)下同時(shí)上升，假若兩活塞完全同步，同時(shí)到達(dá)最高點(diǎn)，兩行程開關(guān)同時(shí)接通，補(bǔ)油回路不工作。若液壓缸15的活塞首先到達(dá)最高點(diǎn)，行程開關(guān)1被接通，但缸3卻未到達(dá)頂點(diǎn)，開關(guān)2仍處于斷開狀態(tài)，則電磁鐵YA3得電，二位三通電磁閥5右位工作，液壓油通過電磁閥5右位和液控單向閥4向液壓缸3下腔補(bǔ)油，使缸3的活塞繼續(xù)上行，直到到達(dá)最高點(diǎn)。當(dāng)達(dá)到最高點(diǎn)時(shí)，行程開關(guān)2也被接通，電磁鐵YA1和YA3同時(shí)失電，三位四通閥7回到中位，二位三通閥5也返回左位，液控單向閥4閉合，補(bǔ)油結(jié)束。
反之，若缸3活塞首先到達(dá)行程的最高點(diǎn)，而缸15活塞還未到達(dá)時(shí)，行程開關(guān)2導(dǎo)通但1仍處于斷開狀態(tài)，電磁閥YA4得電，其上位工作，壓力油通過閥14通至液控單向閥4的控制口,將單向閥4打開。此時(shí)缸15活塞繼續(xù)上行,其上腔多余的液壓油通過液控單向閥4和換向閥5左位以及溢流閥6排入油箱。當(dāng)缸15活塞到達(dá)其行程上端，行程開關(guān)1接通時(shí)，YA1和YA4同時(shí)失電，閥7回到中位，閥13恢復(fù)下位，液控單向閥4關(guān)閉，補(bǔ)油結(jié)束。此處溢流閥6的作用是產(chǎn)生一定的背壓，避免液控單向閥4打開時(shí)因缸3下腔直接連通油箱而可能產(chǎn)生的右升降臂在重力作用下下降的情況。
由于左右兩缸在結(jié)構(gòu)上是分離的，兩缸之間封閉腔具有一定的體積。當(dāng)舉升機(jī)構(gòu)負(fù)重上升時(shí)，兩缸之間封閉腔內(nèi)的壓力會(huì)突然增加。由于油液具有可壓縮性，此封閉腔的體積會(huì)有所減小，使左缸在開始位置上升時(shí)就會(huì)高于右缸，產(chǎn)生一定的高度誤差。但因?yàn)橛鸵旱目蓧嚎s性很小，兩缸間產(chǎn)生的高度差也很小。又因?yàn)榕e升機(jī)構(gòu)對(duì)兩提升架間的高度誤差要求不高，而且兩提升架間的跨度又較大，所以因油液壓縮而產(chǎn)生的兩缸間高度差對(duì)舉升機(jī)構(gòu)的正常工作不會(huì)產(chǎn)生任何影響。假如對(duì)兩缸之間的誤差要求較高的話，可以在起始位加裝2個(gè)行程開關(guān),控制補(bǔ)油回路工作進(jìn)行補(bǔ)油即可。
在產(chǎn)品中大量的實(shí)際應(yīng)用表明，這種汽車舉升機(jī)液壓系統(tǒng)回路簡(jiǎn)單，制造方便，運(yùn)行平穩(wěn)。由于增加了補(bǔ)油回路，徹底解決了液壓油泄漏導(dǎo)致的同步舉升誤差累積的問題，并且降低了對(duì)液壓缸制造精度的要求，降低了生產(chǎn)成本。
4.3 液壓系統(tǒng)的類型和特點(diǎn)
液壓系統(tǒng)的類型和特點(diǎn)見表4.1。
表4.1 液壓系統(tǒng)的類型和特點(diǎn)
液壓系統(tǒng)的類型
特點(diǎn)
按主要用途分
液壓傳動(dòng)系統(tǒng)
以傳遞動(dòng)力為主
液壓控制系統(tǒng)
注重信息傳遞，以達(dá)到液壓執(zhí)行元件運(yùn)動(dòng)參數(shù)（如行程速度、位移量和位置、轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)角）的準(zhǔn)確控制為主
按控制方法分
開關(guān)控制系統(tǒng)
系統(tǒng)由標(biāo)準(zhǔn)的或?qū)Ｓ玫拈_關(guān)式液壓元件組成，執(zhí)行元件運(yùn)動(dòng)參數(shù)的控制精度較低
私服控制系統(tǒng)
傳動(dòng)部分或控制部分采用液壓伺服機(jī)構(gòu)的系統(tǒng)，執(zhí)行元件的運(yùn)動(dòng)參數(shù)能夠精確控制
比例控制系統(tǒng)
傳動(dòng)部分或控制部分采用電液比例元件的系統(tǒng)。從控制功能看，它介于四幅控制系統(tǒng)和開關(guān)控制系統(tǒng)之間。但從結(jié)構(gòu)組成和性能特點(diǎn)看，它更接近于伺服控制系統(tǒng)
數(shù)字控制系統(tǒng)
控制部分采用電液數(shù)字控制閥的系統(tǒng)。數(shù)字控制閥與伺服閥或比例閥相比，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)廉、抗污染能力強(qiáng)、穩(wěn)定性重復(fù)性好、功耗小等特點(diǎn)，在微機(jī)實(shí)時(shí)控制的電液系統(tǒng)中，它部分取代了比例閥或伺服閥工作，為計(jì)算機(jī)在液壓領(lǐng)域中的應(yīng)用開辟了新的方向
4.4 液壓系統(tǒng)的組成
4.4.1 液壓系統(tǒng)的組成
液壓系統(tǒng)通常由三個(gè)功能部分和輔助裝置組成，見表4.2。
表4.2 液壓系統(tǒng)的組成
動(dòng)力部分
控制部分
執(zhí)行部分
輔助裝置
液壓泵
用以將機(jī)械能轉(zhuǎn)化成液體壓力能
有時(shí)也將蓄能器作為緊急或輔助動(dòng)力源
各類壓力、流量、方向等控制閥
用以實(shí)現(xiàn)對(duì)執(zhí)行元件的運(yùn)動(dòng)速度、方向、作用力等的控制，也用于實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)、程序控制等
液壓缸、液壓馬達(dá)等
用以將液體壓力能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能
管道、蓄能器、過濾器、油箱、冷卻器、加熱器、壓力表、流量計(jì)等
4.4.2 液壓缸的組成
1、缸筒和缸蓋
一般地說，缸筒和缸蓋的結(jié)構(gòu)形式和其使用的材料有關(guān)。工作壓力p100105Pa時(shí)使用鑄鐵，在p200105Pa時(shí)使用無縫鋼管，在p200105Pa時(shí)使用鑄鋼或鍛鋼。
2、活塞和活塞桿
活塞和活塞桿的結(jié)構(gòu)很多，常見的除一體式、錐銷式連接外，還有螺紋式連接和半環(huán)式連接等多種形式。
螺紋式連接結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，裝拆方便，但在高壓大負(fù)載下需備有螺母放松裝置。半環(huán)式連接結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，拆裝不便，但工作較可靠。
此外，活塞和活塞桿也有制成整體式結(jié)構(gòu)的，但它只適用于尺寸較小的場(chǎng)合。活塞一般用耐磨鑄鐵制造，活塞桿則不論是空心的還是實(shí)心的，大多用鋼料制造。
3、密封裝置
對(duì)于活塞桿外伸部分來說，由于它很容易把贓物帶入液壓缸，使油液受污染，使密
封件磨損，因此常需要在活塞桿密封處增添防塵圈，并放在向著活塞桿外伸的一段。
4、緩沖裝置
液壓缸中緩沖裝置的工作原理，是利用活塞或缸筒在其走向行程終端時(shí)在活塞和缸筒之間封住一部分油液，強(qiáng)迫它從小孔或細(xì)縫中擠出，產(chǎn)生很大的阻力，使工作部件受到制動(dòng)，逐漸減慢運(yùn)動(dòng)速度，達(dá)到避免活塞和缸蓋相互撞擊的目的。
4.4.3 齒輪泵
齒輪泵是液壓系統(tǒng)中常用的液壓泵，在結(jié)構(gòu)上可分為外嚙合式和內(nèi)嚙合式兩類。
外嚙合齒輪泵的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，尺寸小，質(zhì)量輕，制造方便，價(jià)格低廉，工作可靠，自吸能力強(qiáng)（容許的吸油真空度大），對(duì)油液污染不敏感，維護(hù)容易。它的缺點(diǎn)是一些機(jī)件承受不平衡徑向力，磨損嚴(yán)重，泄露大，工作壓力的提高受到限制。此外，它的流量脈動(dòng)大，因而壓力脈動(dòng)和噪聲都較大。
內(nèi)嚙合擺線齒輪泵的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，零件少，工作容積大，轉(zhuǎn)速高，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，噪聲低。由于齒數(shù)較少（一般為4～7個(gè)），其流量脈動(dòng)比較大，嚙合處間隙泄漏大，所以此泵工作壓力一般為2.5～7MPa，通常作為潤滑、補(bǔ)油等輔助泵使用。
4.4.4 單向閥
單向閥是用以防止液流倒流的元件。按控制方式不同，單向閥可分為普通單向閥和液控單向閥兩類。
普通單向閥又稱止回閥，其作用是使液體只能向一個(gè)方向流動(dòng)，反向截止。液控單向閥又稱單向閉鎖閥，其作用是使液流有控制的單向流動(dòng)。液控單向閥分為普通型和卸荷型兩類。
液控單向閥的主要以下兩種作用。
1、保壓作用
當(dāng)活塞向下運(yùn)動(dòng)完成工件的壓制任務(wù)后，液壓缸上腔仍需保持一定的高壓，此時(shí)，液控單向閥靠其良好的單向密封性短時(shí)保持缸上腔的壓力。
2、支撐作用
當(dāng)活塞以及所驅(qū)動(dòng)的部件向上抬起并停留時(shí)，由于重力作用，液壓缸下腔承受了因重力形成的油壓，使活塞有下降的趨勢(shì)。此時(shí)，在油路串一液控單向閥，以防止液壓缸下腔回流，使液壓缸保持在停留位置，支撐重物不致于落下。
4.4.5 溢流閥
溢流閥是節(jié)流閥與溢流閥并聯(lián)而成的組合閥，它能補(bǔ)償因負(fù)載變化而引起的流量變化。使用溢流閥的系統(tǒng)效率較高。因?yàn)椴捎靡缌鏖y的系統(tǒng)，泵的供油壓力隨負(fù)載的增大而增加，能量損失小，系統(tǒng)發(fā)熱少。
4.4.6 濾油器
在液壓系統(tǒng)中，由于系統(tǒng)內(nèi)的形成或系統(tǒng)外的侵入，液壓油中難免會(huì)存在這樣或那樣的污染物，這些污染物的顆粒不僅會(huì)加速液壓元件的磨損，而且會(huì)堵塞閥件的小孔，卡住閥芯，劃傷密封件，使液壓閥失靈，系統(tǒng)產(chǎn)生故障。因此，必須對(duì)液壓油中的雜質(zhì)和污染物的顆粒進(jìn)行清理。目前，控制液壓油清潔程度的最有效方法就是采用過濾器。過濾器的主要功用就是對(duì)液壓油進(jìn)行過濾，控制油的潔凈程度。
4.4.7 節(jié)流閥
流量控制閥是通過改變節(jié)流口面積的大小，改變通過閥流量的閥。在液壓系統(tǒng)中，流量閥的作用是對(duì)執(zhí)行元件的運(yùn)動(dòng)速度進(jìn)行控制。常見的流量控制閥有節(jié)流閥、調(diào)速閥、溢流閥等。
溢流閥是結(jié)構(gòu)最為簡(jiǎn)單的流量閥，常與其它形式的閥相結(jié)合，形成單向節(jié)流閥或行程節(jié)流閥。
4.4.8 油箱
油箱的主要功用是儲(chǔ)存油液，同時(shí)箱體還具有散熱、沉淀污物、析出油液中滲入的空氣以及作為安裝平臺(tái)等作用。
油箱屬于非標(biāo)準(zhǔn)件，在實(shí)際情況下常根據(jù)需要自行設(shè)計(jì)。油箱設(shè)計(jì)時(shí)主要考慮油箱的容積、結(jié)構(gòu)、散熱等問題。
雙柱式二車位立體車庫液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)的好壞，將直接影響舉升的性能和效率。雙柱式二車位立體車庫液壓系統(tǒng)主要是舉升液壓系統(tǒng)。
本次雙柱式二車位立體車庫設(shè)計(jì)主要偏重于機(jī)械機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與分析，而其液壓系統(tǒng)所采用的油泵、油缸、液壓閥等液壓系統(tǒng)元件均為高度標(biāo)準(zhǔn)化、系列化與通用化且由專業(yè)化液壓件廠集中生產(chǎn)供應(yīng)。因此在本設(shè)計(jì)中只需要進(jìn)行液壓元件計(jì)算選型。其主要內(nèi)容包括油缸的直徑與行程、油泵工作壓力、流量、功率以及各種相關(guān)控制閥的選型等。
4.5 油缸的選型與計(jì)算
油缸是液壓系統(tǒng)執(zhí)行元件，也是舉升機(jī)構(gòu)的直接動(dòng)力來源。通常油缸分為活塞式和浮拄式兩類。活塞式均為單向作用，其缸體長(zhǎng)度大而伸縮長(zhǎng)度小、使用油壓低（一般不超過14MPa）。浮拄式為多級(jí)伸縮式油缸，一般有2～5個(gè)伸縮節(jié)，其結(jié)構(gòu)緊湊，并具有短而粗、伸縮長(zhǎng)度大、使用油壓高（可達(dá)35MPa）,易于安裝布置等優(yōu)點(diǎn)。浮拄式油缸又分為單向作用式與雙向作用式。雙向作用式用油壓輔助車廂降落，因此工作平穩(wěn)，降落速度快。直推式傾卸機(jī)構(gòu)多采用單作用多級(jí)油缸；而桿系組合式傾卸機(jī)構(gòu)多采用單作用單級(jí)油缸。舉升機(jī)構(gòu)油缸選用單級(jí)活塞雙作用缸HSGL63/45E1101-1000。
4.5.1 油缸直徑及行程確定
油缸選型主要依據(jù)所需的最大作用力以及最大工作行程來確定的。根據(jù)液壓系統(tǒng)中油缸的工作特點(diǎn)，則：
（4.1）
式中：——系統(tǒng)效率，通常按=0.8；
——液壓系統(tǒng)額定工作壓力（MPa），
參考表4.3選取,越高，對(duì)密封要求也越高，成本亦隨之上升；根據(jù)機(jī)構(gòu)的類型及其工作特點(diǎn)，取MPa。
表4.3 液壓設(shè)備常用的工作壓力
設(shè)備類型
機(jī)床
農(nóng)業(yè)機(jī)械或中型工程機(jī)械
液壓機(jī)、重型機(jī)械、起重運(yùn)輸機(jī)械
磨床
組合機(jī)床
龍門刨床
拉床
工作壓力P/（MPa）
0.8~2.0
3~5
2~8
8~10
10~16
20~32
其中，單個(gè)液壓缸的最大作用力：
由式（4.1）可知：
表4.4 缸筒內(nèi)徑尺寸系列（GB/T2348-1993）
8
10
12
16
20
25
32
40
50
63
80
（90）
100
（110）
125
（140）
160
（180）
200
（220）
250
（280）
320
（360）
400
（450）
500
注：括號(hào)內(nèi)數(shù)值為非優(yōu)先選用者
取油缸內(nèi)徑mm。
由于將油缸固定在距立柱低端1米處，且工作行程為1730mm，所設(shè)計(jì)的滑輪組可以省一半的行程，所以：
mm
表4.5 缸活塞行程系列（GB/T234-1980）
25
50
80
100
125
160
200
250
320
400
500
630
800
1000
1250
1600
2000
2500
3200
4000
取L=1000mm。
4.5.2 活塞桿直徑d的確定
在單桿活塞中，d值可由D和λv求的，標(biāo)準(zhǔn)液壓缸的λv系列值為1.06、1.12、1.25、1.4、1.6、2、2.5、和5，為了減少?zèng)_擊（即不使往返運(yùn)動(dòng)速度相差過大），一般推薦λv≤1.6?；钊\(yùn)動(dòng)速度受結(jié)構(gòu)的限制，范圍0.1～0.2m/s
7
d=0.7D
液壓系統(tǒng)各液壓缸均采用雙作用單桿活塞缸。即受壓也受拉，而且工作壓力p大于7所以活塞桿直徑選公式：
d=0.7D （4.2）
將D值代入（4.2）式中，可求得
d=0.7D=0.763=44.1mm
表4.7 液壓缸活塞桿外徑尺寸系列（GB/T2348-1993）
4
5
6
8
10
12
14
16
18
20
22
25
28
32
36
40
45
50
56
63
70
80
90
100
110
125
140
160
180
200
220
250
280
320
360
取活塞桿直徑d為45 mm。
4.5.3 液壓缸壁厚和外徑的計(jì)算
液壓缸的壁厚由液壓缸的強(qiáng)度條件來計(jì)算。
液壓缸的壁厚一般是指缸筒結(jié)構(gòu)中最薄處的厚度。從材料力學(xué)可知，承受內(nèi)壓力的圓筒，其內(nèi)應(yīng)力分布規(guī)律因壁厚的不同而各異。一般計(jì)算時(shí)可以分為薄壁圓筒和厚壁圓筒。
液壓缸的內(nèi)徑D與其壁厚的比值D/≥10的圓筒稱為薄壁圓筒。起重運(yùn)輸機(jī)械和工程機(jī)械的液壓缸，一般用無縫鋼管材料，大多屬于薄壁圓筒結(jié)構(gòu)，其壁厚按薄壁圓筒公式計(jì)算
（4.3）
式中 ——液壓缸壁厚；
D ——液壓缸的內(nèi)徑；
——試驗(yàn)壓力，一般取最大工作壓力的（1.25～1.5）倍；
——缸筒材料的許用應(yīng)力。其值為：鍛鋼：=110～120 MPa；
鑄鋼：=100～110 MPa；鋼管：=100～110 MPa；
高強(qiáng)度鑄鐵：=60 MPa；灰鑄鐵：=25 MPa。
=1.510=15 MPa
本設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)向液壓缸的材質(zhì)是鋼管，其=100～110 MPa，所以選=110 MPa。
將Py、值代入（4.3）式中，可求得
3.41mm
液壓缸壁厚度算出后，即可求出缸體的外徑為