伸缩性自行车车库Word文档下载推荐.docx
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而硬措施，主要包括增建停车场，建设地下及立体停车场、利用其它空间满足停车需求。
而无论采取什么措施，在规划后再收拾残局，于局限内弥补不足，政府和管理部门所需投入得精力和资金都不小。
随着人类社会的不断进步和科学技术的发展，人类的生产、生活方式趋于集中，城市的规模越来越大，人们在城市里的生存空间却越来越小，于是出现了要利用空间的理念，城市中开始建设立体建筑、立体交通和立体停车。
作为现代大都市的标志，城市中心商住区高楼大厦林立，社区道路、高架交通干道、立交桥和地下铁路，编织出城市立体交通网，汽车的住宅--停车场也有了长足的发展，由平面停车向立体停车，由简单的机械车库向计算机管理高度自动化的现代立体停车演变，成为具有较强的实用性、观赏性和适合城市环境的建筑。
伴随着汽车进入家庭，城市动态、静态交通管理制度的不断完善和人们对居住环境要求的提高，
给停车产业提供了前所未有发展机遇，停车产业市场前景广阔。
作为现代大都市的标志，立体建筑和立体交通都有了显著发展，道路拥挤、车满为患已成为当今快节奏社会中的最不和谐之音，发展立体停车已成为人们的共识。
目前我国经济正处在高速发展时期，随着人们生活水平的不断提高，汽车进入家庭的步伐正在加快，停车产业市场前景广阔。
机械式伸缩式自行车车库既可以大面积使用，也可以见缝插针设置，还能与地面停车场、地下车库和停车楼组合实施，是解决城市停车难最有效的手段也是停车产业发展的必由之路。
当前，我国许多大城市如北京、上海、深圳都开始大力发展机械式立体停车产业。
机械车库与传统的自然地下车库相比，在许多方面都显示出优越性。
首先，机械车库具有突出的节地优势。
以往的地下车库由于要留出足够的行车通道，平均一辆车就要占据40平方米的面积，而如果采用双层机械车库，可使地面的使用率提高80％—90％，如果采用地上多层（21层）立体式车库的话，50平方米的土地面积上便可存放40辆车，这可以大大地节省有限的土地资源，并节省土建开发成本。
本毕业设计就是设计一种伸缩性自行车车库，用多个单元可根据场地条件灵活地组成各种造型的多窗的立体存车库，在有地下空间的场合，还可深入地下空间，而存取车辆均可像一般存车棚一样很方便的在地面进行。
还可利用其有相当面积的外围敷设商业广告以缩短投资回收周期。
由于多单元组合成网式结构保证了结构刚性，车库的围护结构可直接在构架外敷设，不必另建外墙，因而降低了造价。
因此它存车密集度高，布置灵活，造价低廉，存取方便快速，社会效益好。
2.伸缩式自行车车库国内外研究现状
减少交通工具气体排放量成为当今社会绿色环保的主题之一,为此,各国大力倡导使用自行车作为出行的交通工具。
然而,自行车使用量的增加却给其在城市停放方面带来了一系列问题,如停放空间狭小,易破坏自行车外表;
自行车乱停乱放,影响市容市貌;
在人行道与自行车车道设计重叠,阻碍交通;
停放点监管不严,盗窃频率高等。
自行车停放带来的问题越来越受人们关注。
针对以上问题以及不同场合的停放特点,人们相继开发出如保证自行车稳定及安全并充分利用空间等多种功能的自行车停放装置。
并且随着机械电子技术的发展、人们生活质量的提高,全自动、方便快捷、存储量大的新型自行车停放装置也逐步受到重视。
1.2.1自行车停车架及停车棚
目前最普遍的自行车停放装置是样式各异的自行车停车架,如图1所示。
自行车停车架是用普通的金属制成的形状各异的栏杆,依靠车锁把自行车固定在栏杆上,或者通过两杆间的间隙夹持住车轮来保证自行车停放的稳定。
这类停放装置安装简便、成本低、可转移性较好。
但当自行车存入量增加时,因车架间隙小,造成自行车之间相互阻碍和摩擦[1-2]。
图1.自行车停车车架
自行车停车架属于露天式的停放装置,易受到雨淋、日晒和外界行为的影响,不能达到对自行车的有效保护。
为弥补自行车停车架的这一缺陷,自行车停车棚应运而生。
自行车停车棚是在一块固定区域上建立密闭或半密闭的遮蔽棚,棚内安装有一些自行车停放架以达到停放自行车的目的,有密闭式车棚和敞门式车棚两种主要形式,如图1所示[3]。
它的结构简单、成本较低。
它还能有效避免自行车受外界因素的影响、保证停放自行车的稳定性、减少胡乱停车行为。
为增加自行车停车架及停车棚的防盗措施,人们发明了智能自行车棚[4]。
这种自行车车棚是在密闭式自行车车棚的入口安装上一种门禁装置,只有通过自行车车主专属的电子钥匙或者磁卡才能开启车棚门存放或提取自行车。
这种车棚不仅拥有普通停车棚的优点,而且可以明显减少停放自行车被盗的现象。
它已经在北京市海淀区的84个老旧小区投入使用。
1.2.2.双层自行车停放装置及直立式自行车停车架
自行车停车架及停车棚要求较大的预设停放区域,在预设停放区域小、人流量大、存放车辆频繁的地段,比较难以满足这一要求需求,因此停放区域逐渐向纵向空间发展,出现了一种双层自行车停放装置,如图2所示[5]。
这种停放装置由普通的自行车停车架演变而来,但增大了存车容量。
它主要由纵向支撑架、水平向固定架、可滑动的抽拉架和下层停车架组成。
存车者先将抽拉架抽出,再把自行车推上抽拉架,最后将抽拉架推举回水平向固定架,即可完成了自行车在上层的停放,取车者按着逆向步骤便可取走自行车。
这种停放装置在国内许多城市得到了较多的应用,图2为其实物像片[6]。
双层自行车停放装置要靠人力将自行车推举至1.2m以上的上层车位,使用不太方便。
针对此不足,在国外,流行一种直立式自行车停车架,如图2所示[7]。
它是以一根横向的支撑架为基础,支撑架上安装着8~10个等间距、可转动的自行车停车架[9]。
当存车者把自行车推上停车架后,自行车轮子被夹紧在停车架的U型导轮架中间,利用挂锁将自行车的脚踏板与整个支撑架锁在一起,最后靠较小的人力便可将整个停放架抬起成直立状[10-15]。
图2.双层自行车停放装置
1.2.3.全自动地下自行车车库
上述介绍的自行车停放装置能停放的自行车数量有限,在中国这类自行车使用大国,自行车停车容量依然是亟待解决的问题。
近年来人们开发出一种海量存放、全自动化、安全防盗、避免摩擦、方便快捷的自行车停放装置,全自动地下自行车车库[15-16]。
该车库只有入口部分露出地面,地下部分为圆柱形结构,形似冰山,自行车停放架沿着圆柱形结构一层层搭建起来。
整个圆柱形构架的中心空余部分用于安装车库的核心部分，机械手升降导轨、机械手行走导轨和控制电路,以保证机械手臂进行自行车的控制、升降、夹取、检测及安全保护等。
该车库的磁卡感应装置未使用传统的CHIP卡,而是选用标准的智能型EC-卡（类似国内的借记卡）,这种卡不仅反应灵敏而且使用寿命较长[17]。
这种安全防盗技术加上整个车库的地下圆柱形结构,车库的防盗能力得到很大提高。
存车者只需将自行车放在指定位置,按下按钮,停放装置的机械手臂会自动把自行车存放至停放装置的空闲位置;
取车者也只需按一下按钮,自行车就会自动被机械手臂传送到取车者的面前。
整个存取车过程只需30s-35s[18]。
目前,日本、荷兰、西班牙、德国的一些城市已经使用这种停车装置,并受到了广泛的欢迎,打算在其他城市也普及使用[17-19]。
欧洲的停车库圆柱直径为7.5m,高度为5.25m,能容纳92辆自行车；
日本东京的Kasai车站所建的停车库可容纳下180辆自行车,并已经建有36个圆柱状的停车空间,总共能停放6000多辆自行车[20]。
这种全自动地下自行车车库特别适用于某些未规划完整的交通线路,停放自行车的空间预留地少、居民生活密集的区域建造自行车车库[21]。
第二章伸缩式自行车车库总体设计
伸缩式车库存取车辆的工作原理的优劣，直接影响到车主等待时间的长短。
在现代社会的快节奏生活中，采用一套原理便捷的存取车辆的方案，可以大大减少车主等待的时间，这对车库的效益和信誉都具有重要的意义。
存车入库方案可以由不同数量的伸缩机构、横移机构、出入口以不同的组合形式和空间布置构成。
而合理完善的方案应保证工作可靠安全、结构简单、尺寸紧凑、成本低廉、维护方便和顾客等待时间短等要求。
图2.1伸缩式自行车车库整体设计
如图2.1为本毕业论文设计的伸缩式自行车车库的整体结构，如图所示，伸缩式自行车车库有三个出入口，最多可同时对许多辆自行车进行存取操作。
此外，停电时车库也能在底层停放多辆单车。
底层的车位只横移且均可做出入口，其中任意一个可作周转用，二层的车位只升降。
平时车库无车时，所有液压缸卸荷，停车板均位于底层。
二层用的停车板在上，底层的停车板在下。
存车时车首先放在某一上层车位的停车板，人员离去，当一层的自行车停满了，启动液压提升机构，提升相应停车板及车辆至二层，后来的车辆可直接停于其下方。
取车时，若是停于底层的车可直接出去，若是停于二层的车要先判断其下方车位是否有车，若无车则直接降至一层后将车开出，若有车则先将其下方的摆满的自行车横移到旁边的车位，再降下停车板，将车开出。
所以，本毕业设计设计的伸缩式自行车车库主要有停车架、液压伸缩机构、链轮伸缩机构、横移机构、安全装置等结构组成。
停车架主要是提供两层的停车间，这样不仅能大大提高空间的利用率，同时能减少车库的设计量。
液压伸缩机构主要是用于对第二层停车间的伸缩用。
保证第二层的停车间的坚固，链轮伸缩机构也是用于第二层停车间的伸缩用的，链轮伸缩机构是停车间伸缩的主要动力，液压气缸主要用作辅助提伸，当最上面的一层的单车库已经停满了单车，通过链轮和液压缸合力把上面的单车放下来。
当我们需要取下第二层的单车，且第一层有单车时，我们就需要用到横移机构，首先使用横移机构把第一层横移的一边，然后缓慢地把第二层的停车间放下来，把第二层的单车骑走后，在把机构回归原位。
安全机构主要是用于停车库的安全的机构。
第三章伸缩式自行车车库的详细设计
伸缩式自行车车库的主要包括对停车架、液压伸缩机构、链轮伸缩机构、横移机构、安全装置等结构的详细设计计算和选择。
3.1停车架的设计与计算
伸缩式自行车车库是由一系列停车架和相应数量的停车板组成的。
停车架主要由上停车板、提升机构、立柱、下停车板、横移机构组成。
提升上停车板的液压结构型式可采用两种方案，即四缸直顶式和单杠侧顶式，如图3-1所示。
图3-1.上停车板液压结构形式
a）四缸直顶式b）单缸侧顶式
a）四缸直顶式结构的优点是上停车板四点受支承，受力情况较好活塞杆主要承受压力，且重量有四个液压缸均分，所以活塞杆所需的横截面积较小。
但此方案相对占地面积较大，因为下层车辆的进出与下层停车板的横移必须在四根活塞杆间穿过，因此，四根活塞杆间包夹的区域必须大于底层停车板，而上层停车板须由这四根活塞杆举升，其尺寸将更大。
b）单杠侧顶式提升结构的优点是提升上停车板的传力系统简便，占地面积小。
且车辆进出方便，外形美观。
但上停车板的支承悬臂对立柱的倾覆力矩较大。
综合以上分析，设计采用单杠侧顶式提升结构。
因为伸缩式自行车车库的最主要目的是尽量用较小的占地面积停放更多的车辆；
再者，从设备的使用性能还应考虑车辆的进出方便，外形美观等因素。
3.1.1停车板的设计计算
停车板用于停放车辆，承受车辆重量，并完成提升或横移的动作，因此停车板要有足够的空间尺寸和足够的强度刚度。
同时为减少提升机构和横移机构的功率输出，其自身重量要轻。
一、下停车板的设计
根据单车的尺寸，且按照尽量放多的车辆的原则，我们选取各项尺寸中最大的一组数据，即全长5350mm，全宽2000mm，全高1550mm，全重2000kg进行设计。
人行道
图3-2.上停车板尺寸
如图3-2所示，我们设计停车板上可以并排放两排单车，中间是人行道，因此停车板在宽度方向上应留有足够的空间。
通过对车辆的实际测量并考虑到车辆停放时的偏心，对结果适当放大，下停车板总宽L1=4000mm。
由于下停车板只需在其底面与支承框架固定并作横移动作，其长度尺寸没有任何额外要求，因此根据自行车车身全长尺寸以及预留足够的人行道的宽度和长度，下停车板总长L2=5100mm。
二、上停车板的设计
上停车板在提升时受倾覆力作用，其底部应有坚固的支承框架。
而当它降至底层时，该框架不能压触到下停车板，因此上停车板及其支承框架可如图3-3所示布置。
支承框架的最外圈尺寸大于下停车板，其四个角上用角铁或槽钢焊四个支腿6，将上停车板架高，架高高度取100mm，以使其不压触到下停车板。
而架高的停车板须设一引坡11，以使车辆能平稳地开上上停车板，引坡坡度取
。
鉴于以上原因，上停车板尺寸要比下停车板的尺寸大，取总宽L3=4400mm，总长L4=6000mm。
上下停车板材料均选用厚度为4mm的菱形花纹钢板（GB3277-82）拼合而成，其中上停车板的引坡可直接将钢板弯折加工而成。
查表《花纹钢板（GB3277-82）》,得厚度为4mm的菱形花纹钢板的理论重量为33.4kg/m2，故上下停车板分别重：
kg
3．1．2停车板支承框架的设计计算
支承框架一方面支承停车钢板及车辆的重量，提高钢板刚度，另一方面起到连接钢板与提升机构的作用。
上下停车板的支承框架均采用槽钢，靠螺栓螺母将钢板固定其上。
最外圈的四根槽钢与停车板边缘留适当距离，槽钢与槽钢相交处也留有一定空隙，如图3-4所示。
根据上下停车板的受力情况求槽钢的截面惯性矩，选择槽钢型号。
图3-5a）是上停车板受力情况的侧视图。
由于下停车板的受力情况较上停车板好，故只要使用同样型号的槽钢即安全，这里不对其进行校核。
单取支承架中间的两根纵向槽钢分析，单根槽钢受力如图3-5b），设汽车的重力G集中于停车板的中央1/2处，槽钢承受钢板及其自身的均布载荷。
因此对于单根槽钢，它的变形是两者共同作用引起的。
在集中力P单独作用下，其最大挠度为：
m-4
在均布载荷q单独作用下，最大挠度
两式中,E——材料的弹性模量，这里E=210GPa；
I——材料的截面惯性矩。
叠加以上结果，求得在集中力和均布载荷共同作用下，单根槽钢的最大挠度
对于支承框架的槽钢要求刚度较大，因此其允许挠度[f]取0.0002l，令
由此可求得槽钢的截面惯性矩
查型钢表《热轧普通槽钢（GB707-65）》，选用5号槽钢即可。
5号槽钢的理论重量为5.44kg/m,根据图3-4所示的尺寸数据，上下两停车板支承框架的重量分别为：
上框架
下框架
3.2上层提升机构的设计计算
图3-6是侧顶式车架提升机构的传力系统。
上停车板固定在支承架上，支承架与导向板固定，并用斜拉杆拉住组成一刚性体，靠两根链条直接提升。
而链轮靠液压缸
举升，其中导向板套在立柱上。
为使停车板上升时导向板与立柱之间的摩擦阻力减小，下降时靠车辆和停车板自重能顺利下滑，在每个导向板的两侧上下各装有两个滚轮。
当上停车板升降时，仅有滚轮与立柱接触。
根据人机工程学，查表《我国成年男子和女子人体主要结构平均尺寸参数》，取底板的提升高度h=1900mm。
液压缸垂直布置在两立柱中间，链轮轴固定在液压缸活塞杆的顶端，两个链轮对称安装在轴上。
提升链一段固定在地面上，另一端绕过链轮后与停车板及支承架垂直固定，组成一级放大机构。
采用这样的放大机构可使液压缸的行程大大缩短。
3．2．1导向板、立柱、滚轮、斜拉杆的设计计算
1、导向板
导向板的作用是为停车板升降导向。
它与停车板的支承框架靠螺栓螺母及点焊固定，并与滚轮装配。
升降时滚轮在立柱的槽内上下滚动，同时斜拉杆的一端也固定在导向板上，其结构如图3-7所示。
它由三块板料件靠螺栓螺母连接在一起，上边缘的两侧还有两块抱箍1，正面下缘与停车板支承架同样靠螺栓螺母连接，同时配以点焊。
立柱、滚轮以及支承架与它的装配位置如图3-8左图所示。
两侧面的四个孔用于安装滚轮的轴，单侧上方的孔安装斜拉杆的定位轴。
其垂直方向的各项尺寸已由图3-8右
图给出，其截面尺寸及整个重量将在后文的立柱部分计算得出。
2、立柱
提升机构的两根立柱设计采用实心方钢加工而成。
现在计算其截面。
图3-9a）是上停车板在立柱上的受力图，设车辆、钢板、支承架等的重力P作用在停车板的中央，它对立柱的力矩同上下滚轮受导轨的支承而形成的力偶平衡,对于单根立柱有
N。
立柱受到该力偶的反作用力偶m’立柱的变形简图如图3-9b）所示。
图中l为两滚轮轴中心距的中点到地面的高度，h为立柱全高，设h=4m,根据前文停车板的提升高度以及设定的导向板垂直方向尺寸，取l=2.3m。
于是单根立柱的最大挠度
式中,E——钢材的弹性模量，这里E=210GPa；
I——立柱的截面惯性矩（m4）。
同样取允许挠度[f]为0.0002l，令
由此可求得立柱的截面惯性矩
m4
对于矩形截面，如图3-10a）所示，
因此取h=530mm，b=400mm。
于是设计立柱截面如图3-10b）所示，两导槽宽度为200mm。
现在进一步确定导向板尺寸,因为导向板三面包围该矩形立柱,因此根据立柱截面尺寸并放适当余量,其截面尺寸如图3-11所示。
3、滚轮
滚轮通过轴承装配在小轮轴上，小轮轴靠螺母固定在导向板上。
导向板及停车板等被提升时，滚轮就在立柱的导槽内滚动。
其装配关系如图3-12所示，另一侧的滚轮装配与此图呈镜像。
下面对轮轴进行设计和校核。
由图3-9a）可知，在倾覆力矩作用下，因为滚轮的轴承与导向板钢板的距离很短，可看作滚轮轴受剪力。
单根轴受到的剪力大小F可由下式求出：
（3-1）
式中,m——力偶矩；
n——力偶对数，这里一根立柱有2组；
a——上下滚轮的轴距。
于是
轴的截面积应满足以下关系：
（3-2）
式中，[τ]——45号钢调质后的抗剪切强度，查表得155MPa。
m2。
由此求得轴的直径d≈0.0265m，取d=30mm。
查表GB/T283-94《圆柱滚子轴承》，选用圆柱滚子轴承N206E。
现在确定导向板钢板的厚度。
导向板材料选用45号钢，查得其许用挤压应力
MPa，则导向板与滚轮轴的挤压面积Abs应满足以下关系：
（3-3）
设导向板厚度为δ（mm），因为积压面只有半个圆柱面，因此
mm
取δ=10mm。
4、斜拉杆
斜拉杆一端固定在导向板上，另一端固定在停车板及支承架上，用于减小停车板对导向板的倾覆力矩，改善受力情况。
其结构及装配如图3-13所示，即活节螺栓长度很长的索具螺旋扣。
它与停车板的连接处取在停车板从导向板往引坡方向的全长的2/3处。
这是因为连接处离导向板越远，拉杆受的拉力越小。
但太远则停车板的弯矩加大。
设车辆停好后，整个重心位与停车板中心，则两根斜拉杆的拉应力T如下计算：
根据停车板（如图3-14所示）的平衡方程∑mc=0,得
（3-4）
∴
kN
为减小截面积选用抗拉应力强度σb较大的50号钢，查表GB699-88《优质碳素结构钢》，得50号钢
MPa,
m2
求得d≥11mm，取d=13mm,于是单根斜拉杆的重量
式中,ρ——钢材的密度，这里
ρ=7.8
103kg/m3；
A——斜拉杆的截面积（m2）；
L——斜拉杆的长度（m），用勾股定理计算。
3.2.2链轮轴、链条及链轮的选用设计计算
1、链轮轴
链轮轴由液压缸活塞杆从其中心顶升，同时停车架的全部重量通过链条链轮作用在轴上。
设计链轮、轴、停车板、立柱的平面相对位置尺寸如图3-15所示。
设计链轮轴全长3m，两链轮中心剖面间距1.7m，在轴上对称分布。
轴的结构及与链轮的装配如图3-16所示。
提升时轴两端的最后一端阶梯轴在立柱的两条内侧导槽内上下滑动，且与导向板内侧滚轮使用的是相同的导槽，轴在上，滚轮在下。
这样提升时可保证停车板不会因提升过度而发生超程事故。
现在根据轴受的弯矩对其直径进行设计确定。
轴的轴向中部受支座的支承力，对称间距1.7m处受两链轮通过轴承给轴的压力。
设支座作用面长200mm。
因此轴的最大弯矩为单侧链轮对轴的压力与其轮毂宽度中心到支座同侧端面的距离，即
N•m。
轴的材料选用许用弯曲应力较大的40Cr，查表得
MPa。
于是求得轴的抗弯截面系数
m3。
由
求得d≈0.122m，取d=130mm。
取轴的平均直径为115mm，
这样可求得轴的重量大约为
kg。
由于链
轮处径向载荷较大，查表GB/T288-94《双列调心滚子轴承》，选用双列调心滚子轴承
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