立体停车设备设计计算A.docx

立体停车设备设计计算A.docx

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立体停车设备设计计算A

立体停车设备设计计算A

立体停车设备设计计算

动力系统分为两部分:

载车板横移运动的动力系统和载车板升降运动的动力系统。

两个系统都是采用电机系统作为动力源。

横移载车板动力系统计算

1）主要参数的确定

横移运动行程s=2400mm

横移运动时间t=20s

横移速度V，主要由设备运行周期，周围环境的安全性，载车运行时的平稳性等因

素确定。

V=s/t=2400/20=120mm/s

行走轮直径;由结构尺寸及轮压等因素决定，行走轮直径确定为80mm。

横移载车板自重W下=500kgf=5000N

载车板额定载荷W车=1800N=18000N

2）功率计算

电机输出轴转速n计算:

n=60X1000XV/Лxd={60X1000X120/3.14X80X1000}=28.7r/min

其中:

横移速度V=120mm/s

行走轮直径D=80mm

驱动力矩计算:

由<机械手册>第一册表1-1-7;1-1-9;1-1-10查得

行走轮与钢导轨的静摩擦系数:

ц静=0.15

行走轮与钢导轨的滚动摩擦系数:

цt=0.05

滚动轴承的摩擦系数:

Цz=0.0015

正压力:

W总=W下+W车=23000N

起动驱动力矩:

M起=PRц=23000X0.04X0.15=138N

行走驱动力矩:

M=PR（ц1+ц2）=23000X0.04X（0.05+0.0015）=47.38NM

M起/M=138/47.38=2.91

电机功率计算:

M=9550X（P/n）

P总=M起Xn/9550=138x2.87/9550=0.41KWл

P=MXn/9550=47.38X28.7/9550=0.142KW

P起/P=0.41/0.142=2.89倍

由于结构紧凑,容纳电机的空间狭小,选择的电机减速机其参数如下:

输出扭矩:

T2=50.7Nm

输出转速:

n2=34.9r/min

功率:

0.2KW

载车板的额定载荷是承载的最高上限,实际使用概率很小,通常可以泊车的车辆的重量都在1000kgf-1800kgf之间,这是由车型所决定的,所以功率不需留余量,选择0.2KW的电机比较经济.电机允许短时间超载,静摩擦引起的大起动阻力不会造成电机损坏.修正载车板的运动参数:

载车板实际运行速成度:

V实=лDn=3.14X80X34.9=8767mm/min=145mm/s

载车板实际横移时间:

t=s/V=2400/146=16.5S

升降载车板的动力系统计算

载车板两侧用平衡绷紧并形成导向轨道,后端采用两条提升链通过一个定滑轮转向,由液压杆推动一个动滑轮实现载车板的升降运动.这种机构使液压缸行程缩小1/2,但推力增大一倍.提

升链采用滚子链,平衡链使用起重用的板式链.

1）主要参数确定

载板升降速度:

上升时间:

t上=20s

下降时间:

t下=25~30s

行程:

S=1850mm

V上=s/t上=1900/20=95mm/s

V下=s/t下=1900/25~30=76~63mm/s

链条受力分析:

平衡链承重约为提升载荷的1/4.上升时提升链承载是提升载荷的1/2,油缸

推力应等于提升载荷.

升降载车板自重W上=7000N

升降载车板额定载荷W车=18000N

所以,平衡链拉力:

P平=1/4（W上+W车）=1/4（7000+18000）=6250N

提升链拉力:

P升=1/2（W上+W车）=1/2（7000+18000）=12500N

油缸推力:

P总=7000+18000=25000N

2.链长及其强度计算

<机械手册>第3册,8-64页表8-4-3.选择板式链LH1244,节距P=19.05,极限拉伸载荷P滚=86700N,是实际提升力P升的6.936倍,链条是提升系统中最重要的部分,对车库设备的安全起着绝对重要的作用.所以要有足够的裕量.

<机械手册>第2册,13-82页表13-2-1.根据链条的拉力选择适用链条单排滚子链20A,节距P=31.75,极限拉伸载荷P板=99820N,是平衡链拉力的15.97倍.裕量很大,除了链条拉力必须满足使用安全的要求外,还要满足结构要求,所以选择LH1244板式链.

滚子链强度计算:

提升链运动速度V上<0.6m/s,属于低速链传动.由于载荷较大,静强度占主要地位,按静强度计算比用疲劳强度计算要经济.

链条静强度n=Q/F1?

[n]

式中:

链条极限拉伸载荷Q=86700N

有效圆周力F1=1000Pd/v

设计功率:

Pd=KAP

<机械手册>第2册,13-84页表13-2-3查得KA=1.2

-3-3-3链条传递功率:

P链=PXVX10=25000X92。

5X10X10=2。

31KW（N。

M/S）总上

Pd=KAXP=1.2X2.31=2.772KW链-3F1=1000XPXd/V=1000X2.772/92.5X10=0.03N

6因而链条静强度n=Q/F1=86700/0.03=2.89X10>[n]=8非常安全.

3.结构强度计算

在立体停车库钢结构设计中,包括轴心受力构件、梁、拉弯和压弯构件的设计。

进行轴心受力构件设计时，轴心受拉构件应满足强度和刚度要求，轴心受压构件除满足强度、刚度要求外，还应满足整体稳定和局部稳定要求。

在梁的设计中，梁刚度和强度对截面设计起控制作用。

因此应先进行这二者的计算。

由于车库系统对系统的安全要求特别高，所以还应对其整体稳定性进行计算。

此外，梁的接点处均应采取构造措施，以防其端截面发生扭转。

在进行梁的截面设计时，考虑强度，腹板宜既高又薄，考虑整体稳定，翼缘既宽又薄。

所以在载荷作用下，受压翼缘与腹板有可能发生波形屈曲，即梁发生局部失稳后，梁的部分区域退出工作，将使梁的有效截面积减小，强度承载

力和整体稳定性降低，这对可以采取增大板厚或设置加强肋等措施。

对于压变构件，需要进行强度、刚度、整体稳定性和局部稳定性计算。

对于拉弯构件，一般只需要进行强度和刚度计算。

对立体车库钢结构骨架的分析中，我们先从单根梁的受力进行分析，适当简化力学模型，在正确分析各梁的约束和受力的基础上，先对各梁和立柱的刚度和强度进行分析，找出系统薄弱所在，然后在整体分析之中给予特别关注。

立体停车库的钢结构部分主要由两根前立柱、的两根后立柱、两个横梁、四条纵梁用螺栓连接构成。

机架结构尺寸及型钢尺寸，按功能要求及结构要求已选定，设计时采用Q235碳素钢，其屈服极限为235MPa,抗拉强度为375~500MPa。

整体车库钢结构许用位移为10mm。

本公司所设计的停车库所限于D类。

最大容车重为1800kg，载车板重约为700kg。

所以每个车位所承受的最大重量为:

1800+700=2500kg。

在每个载车板上模拟汽车前后轮位置，按照额定载荷6:

4的比例均匀放置集中载荷。

1（立柱稳定性计算

每一根前立柱所受总大于后立柱所受的载荷。

因此重点分析前支撑住受力情况。

立柱为等截面立柱，受压静力、立柱受力状态简化如图所示。

两中心压杆的稳定条件是

N=P/P?

nCw

其中，Pc---临界载荷P—工作载荷N—安全系数n—许用安全系数w

1）立柱的截面力学特性（空心方钢150X150）

22222面积:

A=B-b=15-14.1=26.19cm

444-42惯性矩:

I=（B-b）/12=（1514.1）/12=925cm

1/21/2惯性半径:

i=（I/A）=（925/26.19）=5.94cm

2）确定压杆柔度:

λ=ΜXL/i=2X200/5.94=67.34

L=200

其中压杆系数μ=2《机械手册》册1-153页表1-1-104

压杆稳定系数п=2.467

压杆截面的最小惯性半径imin=5.94cm

1/2521/2求压杆柔度范围值λ1=л（E/Бp）=3.14X（206X10/220X10）=96

5222其中E=206X10N/cmБp=220X10N/cm

求压杆柔度范围值λ2=（а-бs）/b=（30400-234500）/112=61.622其中屈服强度бs=235X10N/cm

常数查材料力学P274表12-2或《机械手册》第1册1-156页表1-1-10722а=30400N/cmb=112N/cm

计算:

立柱空载承重:

G1=7000N;立柱满载重量:

G2=7000+3X18000/2=34000N

立柱的工作载荷:

P前=34000N2临界应力:

бc=а-bλ=34000-112X67.34=22857.92N/cm

由《机械手册》第1册1-152页表1-1-100查得金属结构中的压杆安全系

数ηw=1.8~3取ηw=3

立柱的稳定安全系数η=Pc/P前=598649/34000=17.6>ηw（ηw=3）安全.2（纵梁强度校核计算

纵梁可以简化成一个固定梁，在纵梁前的力有两个平衡链吊点:

该处可能受的最大载车重量的0.6,所以该处载荷为:

载车板重量:

W=25000N

C点载荷P=0.6XW=0.6X25000=15000N

梁长度L=5475mm

梁AC段长度:

A=3760mm梁CB段:

B=1715mm1）计算反力

RA=PXB/L=15000X1715/5475=4698.63N

RB=PXA/L=15000X3760/5475=1039.37N2）截面特性计算:

纵梁截面尺寸=200X100X4.5

3374惯性矩:

Ix=（100X200-91X191）/12=1.38X10mm

333抗弯模数:

Wx=（100x200-91x191）/6X200=1.38X105mm

3）最大弯矩在C点处

62Mc=PXAXB/L=15000X3760X1715/5475=14.67X10N/mm

4）计算截面的最大应力

6/52Бmax=Mc/Wc=14.67X101.38X10=106.3N/mm

5）许用应力

许用应力（弯曲）[бw]=1-1.2[б]取[бw]=1.2

2前梁的材料为Q235，拉伸许用应力为[б]=[бs]/n=235/2=117.5N/mm

2所以:

许用弯曲应力[бw]=1.2[б]=1.2X117.5=141N/mm

2Бmax=106.3N/mm2<[бw]=141N/mm

满足要求.

3.横梁强度和刚度校核

横梁可以简化为固定梁，受力如图。

选用25b工型钢。

纵梁有反力分别作用在C，D

点。

1）横梁截面特性计算

2面积:

A=BH-bh=118X250-108X230=4660mm

333374惯性矩:

Ix=BH-bh/12=118X250-108X230/12=4.4X10mm

333353抗弯截面数:

Wx=BH-bh/6H=118X250-108X230/6X250=3.53X10mm

2262）最大弯曲力矩:

Mmax=Pa/L=12500X2400/7200=10.0X10N.mm

其中作用力:

P=1/2（F车+F载）=12500N

前梁长度:

L=7200mm

前梁AB，CD段长度a=L/3=2400mm

系数:

а=a/L=2400/7200=1/3=0.333）弯曲应力:

652Бmax=Mmax/Wx=10.0X10/3.53X10=28.33N/mm

4）许用应力

许用应力（弯曲）[бw]=1-1.2[б]取[бw]=1.2

2前梁的材料为Q235，拉伸许用应力为[б]=[бs]/n=235/2=117.5N/mm

2所以:

许用弯曲应力[бw]=1.2[б]=1.2X117.5=141N/mm

2Бmax=28.33N/mm2<[бw]=141N/mm

满足要求.

垂直升降式机械立体停车系统的研究

<武汉理工大学廖庆>

垂直升降式机械立体停车设备组成:

钢结构、提升装置、横移装置、停车检测系统、电控系统、安全保护系统、自动消防系统等。

机械结构采用模块化设计，便于组合使用，易于安装拆卸。

工作原理:

存车时，用提升机构将车辆和载车板提升到指定的层数，然后用安装在层数上的横移机构将车移走，存入泊车位。

取车时，通过横移机构将指定存车位上的车辆横移到垂直升降通道上，提升机构取车，横移机构复位;提升机构下降出口处，经汽车回转盘调头，驾车离去。

垂直升降式机械立体停车库按停车位分布状态大致可分为:

1）电梯式:

此类车库的提升井道在中间，停车位在井道两侧。

每一层只有两个车位。

提升机构升降到停车楼层后，横移机构便可存取车辆。

2）圆柱形:

提升机构在中间，停车位置以井道为中心，呈辐射状分布。

它又有提升机构回转和存取小车回转两种。

与电梯式相比，它每层的停车位增加了。

但是其提升机构和存取机构就变的复杂了。

3）升降机+平面移动型:

每层的截面呈方型。

停车位以提升井道为中心分布在四周。

载车板存取车辆时，作平面纵向移动操作，与升降机连接完成存取作业。

4）升降机+平面回转型:

每层的截面呈圆形。

停车位以井道为中心分布在四周。

载车板存取车辆时，作平面回转移动操作，与升降机连接完成存取车辆作业。

5）十字型:

中间是提升机，可回转。

停车架以十字形布置;可纵列也可横列。

工作时提升机并回转与停车架连接完成存取作业。

垂直升降式立体停车库的升降驱动为曳引驱动和强制驱动。

强制驱动形式有钢丝绳式（卷扬式）和链轮链条两种形式。

动力源:

高效节能的圆柱齿轮减速曳引机。

曳引电机选用矢量控制方式变频器。

平层精度?

?

15mm。

升降驱动的传动机构（包括电机、减速机）设置在停车库的顶部。

垂直升降式立体车库的存取车辆的方式主要有以下几种:

1）滑叉载车板:

在提升机构上安装一套多级滑叉机构（多为3级滑叉）存车时，滑叉逐级

滑出，将载车板送至停车位上方，再轻轻地放下，然后收回滑叉;取车时，先将滑叉滑

出至载车板下方，再略微抬起，当载车板与停车位托架分离后，将滑叉和载车板收回至

提升机构。

滑叉式的主要缺点是滑叉有一半行程，影响运行效率。

动作中有较大偏载（特别是将车

位上的载车板抬高时）会使导轨局部承受弯矩，影响提升机构运行的平稳性，增大了运

行噪声。

2）链传动载车方式:

其基本原理是以链传动的形式。

通过一次微横移和一次横向横移来实

现载车板的存取。

存车时，第一次微横移的作用是推动横移机构连同载车板作短距离横

移，越过升降轿厢与停车位之间的间隙，第二次的作用是通过每隔一定链节设置的加强

轴（两排链轴联结并加强）或拨叉（或在加强链轴上再加装拨叉）随链条转动直线拨动

载车板下部的挡板，使载车板平稳地转移到停车位的托梁上，为了减少摩擦力，一般还

装尼龙轮，在载车板底部与托梁接触的部位安装尼龙条。

链传动横移装置克服了多级滑叉式横移装置的缺点，但它对提升机构的平层精确度要求

较高。

目前一般采用变频变压调速及高精度传感器来满足平层精确度的要求。

3）摆杆式:

摆杆式横移装置是在升降轿厢底中部设置一个可正反向360度旋转的摆杆，在

托盘下部靠近井道一侧的适当位置安装挡块，通过摆杆从不同方向拨动挡块以实现托盘的横向移动。

车库的链传动横移装置安装在提升轿厢上，设计成上下两层。

上层的存取载车板用的横移机构，包括横向推拉载车板电机和两组横移链条，其作用是存取载车板。

下层是做微横移机构，包括两条微横移链条和微横移电机，其作用是使放置在它的上面的横移机构往右往左，越过轿厢和停车位之间的间隙。

它同时起到减少摩擦力和定位导向时的作用。

车库工作时，提升机构首先将轿厢提升到指定层，然后微横移机构动作，拖动上层横移机构和载车板稍微移动一段距离，靠近停车位，如果是存入车辆，则上层横移电机动作，带动循环链条;通过链条上的销拉动载车板及在上面的车辆进入停车位，到位后销与载车板的啮合自动脱离。

在取车时则相反，微横移机构的动作使循环链啮合载车板，然后横移机构拉动载车板到提升吊笼上。

存取车辆的动作结束后，微横移机构动作回到轿厢上。

电梯式停车设备的停车位布置在提升井道两侧。

按载车板沿进入停车位方向不同，布置方式有串连停车位布置（纵向）与并列停车位布置（横向）两种。

串连车位布置方式是指载车板沿车身纵向进入停车位，停车位与提升井道纵向并列。

串连车位布置的平面截面是一个狭长的长方形，存取车辆时，移动行程需大于车身纵向长度，一般超过五米。

并列布置车位是指载车板沿车身横向进入停车位，停车位与井道横向并列，车位布置的平面截面是近似正方形，其存取行程约为两米。

与串连车位布置形式相比，并列车位布置具有存取行程短，存取时间少，布局合理的优点，而串连车位布置形式一般应用于对平面截面形状有特殊要求的场合。

垂直升降式停车设备中可停放的车辆尺寸重量的分组代号为“D”，其最大尺寸为:

5000X1850X1550。

1）为了支撑汽车及载车板，车库停车位要有承载结构。

2）停车位结构要便于存取机构的工作。

3）为了保证车辆停放安全，需有安全机构。

4）垂直升降式立体停车库停车位结构:

垂直升降式立体车库的停车位采取并列布置式。

沿车辆横向方向布置在提升井道两

边。

停车位宽度定为:

2600mm。

长度为:

5600mm。

高度为:

1800mm。

停车位=长X宽X高=2600X5600X1800

停车位结构:

停车位上沿横向中心对称布置两根钢梁，用以支撑载车板。

钢梁上安装有滑轮，减少载车板在进入停车位时的摩擦。

承载钢梁并不是水平安装在停车位的钢结构上，而是稍微向提升井道方向倾斜一个很小的角度，以保证钢梁上的载车板不会因为因素影响而向停车位外侧滑动，同时也便于取车时拉出载车板。

为了确保载车板不会因为各种不确定因素从停车位上向井道滑动，在停车位外侧的横梁上，安装两个保险钩。

在停放车辆时，保险钩卡住载车板，防止载车板滑动。

在存取车辆时，链传动横移机构压下保险钩，存入或取出载车板，动作完成后，链传动横移机构退回提升轿厢，保险钩在弹簧力的作用下自动复原，钩住载车板。

载车板结构

立体车库的载车板按结构形式有拼板式和框架式两种。

拼板式载车板是用镀锌钢板一次冲压或滚压整体成形，然后拼装成载车板，最后用螺栓紧固连接。

在拼装前，先对组件进行各类表面处理（如电镀、烤漆等），使载车板轻巧、美观。

整体折弯成型的载车板运输方便、

通用性好。

强度大、刚度好、重量轻、减少基础承力;而且由于是整体折弯成型，车板厚度小，一般厚度为50~55毫米，对建筑净空高度要求最小;可以保证载车板同地面零坡度，倒车无需加油门，适合新老司机。

整体折弯成型结构形式适合于批量生产。

框架式载车板是先用型钢和钢板焊接成承载框架，然后在两侧停车通道和中间突起的顶面铺设不同厚度的钢板，多数采用中间突起结构。

这种载车板的优点是可按需要设置行车通道宽度，并具有较好的导入功能，这种结构形式适合车型变化较多的小批量生产。

垂直升降式立体停车库选用框架式载车板，由空心矩形方钢、角钢和钢板焊接而成载车板框架，在框架上面铺设钢板，中间突起。

同时在行车通道上安装防滑钢板，它与中间突起的钢板一起，防止汽车在存取时产生纵向或横向的滑动。

在载车板的底部与停车位

的钢梁相对应的位置上装有滑动罩，起导向心及减少摩擦的作用。

在载车板的两侧都安装有拖钩。

工作时，通过拖钩与链传动横移装置上推拉销的啮合，带动载车板横移。

存取机构

对存取机构进行结构设计，必须了解其功能的具体要求。

首先要求存取机构能准确定位。

由于汽车体积质量都较大，存取机构应尽可能设计得轻巧，以使其运动惯量不至于太大而影响准停要求。

其次，要求存取机构动作要快，工作效率要高。

这就要求它的横移速度要快，而这与准确定位的要求始终是相互矛盾的（运行速度是影响定位精度的主要因素之一）。

随着变频调速技术的普及，该矛盾已能轻松解决:

驱动控制采用变频调速技术，把正常横移速度提高，定位时的速度调低，并通过程序控制。

自动计算横移的速度及加速度，这就即保证了定位准确又提高了工作效率。

第三，要求存取机构安全措施完备，如提升机构与横移机构动作要互锁等。

垂直升降式立体停车库采用链传动存取车方式，结构简单紧凑，自身质量轻。

存取车辆功能主要由链传动横移装置实现。

链传动横移装置安装在提升轿厢上，它由横移机构和微横移机构两部分组成。

在提升轿厢上安装有两条载车板滚道，它由滚轮和钢板制成，起支撑载车板和导向作用。

横移机构布置在两条开车板辊道之间，功能是驱动载车板做横移动作，它主要由横移驱动链条、推拉销、主、从动链轮组和电机等组成。

其原理示意。

主、从动链轮各有两排横移驱动链条，两排链条之间安装有推拉销。

通推拉销与载车板上的拖钩啮合，可带动载车板在提升轿厢中的载车板滚道上横移。

存车时，链条转动，通过推拉销和拖钩啮合带动载车板进入停车位;取车时，链条则反向转动，通过推拉销将载车板拉出停车位。

整个链传动横移机构是安装在提升轿厢内，为了保证提升的顺利及安全，提升轿厢与停车位之间要求有一定的距离，整个链传动横移机构也不能超出提升轿厢的范围。

但如果横移机构固定安装在提升轿厢上，在存车时，当推拉销与拖钩退出啮合的时候，载车板及拖钩还在横移链条的范围内，也就是说此时载车板并没有被完全推入停车位，还有一部分留在提升轿厢之上，这会使得停车位的保险钩无法钩住载车板，同时，提升轿厢也无法提升。

而在取车时，推拉销则因为距离的限制，无法钩入载车板上的拖钩，不能实现取车动作。

为了解决这个问题，需要增设微横移机构，使得横移机构能够横移一段距离，跨越提升轿厢与停车位之间的空间，使得存取车动作能够顺利进行。

为了能够使横移机构能够移动，将横移机构设计成一体，用型钢连接成一个框架，然后将主、从动链轮组、张紧轮安装在钢板制成的支架上，再与框架连成一体。

同时，横移电机和减速机也安装在这个框架上。

为了使得横移机构能和提升轿厢产生相对移动，需要安装驱动装置。

可选用的驱动有齿轮齿条传动、链传动等。

与齿轮齿条相比，链传动形式具有尺寸紧凑，调整安装等优点。

所以在设计时选用链传动作为微横移的驱动形式。

微横移机构由微横移链条、电机和链轮构成。

微横移链条固定在提升轿厢上，而电机和链轮则安装在横移机构上。

当微横移电机动作时，就可以使横移机构产生横向移动，然后顺利完成存取车动作。

存取车机构工作流程:

1）首先在系统通电后以及升降系统工作时，控制系统都要保持两个横移电机都处于自锁

状态，以免必生误动作，产生意外。

2）当提升轿厢平层到位之后，控制系统根据要确定存取动作的停车位的位置，判断横移

机构是要往左还是往右移动。

3）此时为了防止存取车辆时升降系统意外动作，确保安全，控制系统要保证升降电机在

存取机构动作的时候，始终处于自锁状态。

4）微横移电机动作，带动横移机构及其上面的载车板移动，越过提升轿厢与停车位之间

的距离。

5）横移机构动作后，微横移电机要保持自锁，避免存取车时发生意外，同时控制系统确

定是进行存车还是取车动作，然后决定横移慢慢机的转动的方向。

]6）存取车动作完成后，微横移电机动作，将横移机构拖回到提升轿厢中，整个存取机构

结束。

存取机构中具体部件设计计算

1（存取机构电机与减速机

（1）横移机构电机

垂直升降式立体车库一般的存取速度在18~30m/min之间。

车库载车板的横移行程L=2.4m,存取时间t设定为8s，则横移速度V=L/t=2.4/8=0.3m/s。

所移动的质