机械式两层升降横移立体车库设计含全套CAD图纸可编辑文档格式.docx
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PLCsecurit
摘要Ⅲ
aBSTRC…………………………………………………………………………………………………Ⅳ
目录Ⅴ
1绪论………………………………………………………………………………………………….1
1.1立体停车设备概述1
1.2立体停车设备国内外研究现状1
1.3项目的来源及主要研究内容3
1.3.1产品的市场定位3
1.3.2产品的型式定位4
2立体停车设备设计开发过程5
2.1技术分析比较和方案确定5
2.2总体设计5
2.2.1机架结构部分5
2.2.2载车板部分6
2.2.2.1上载车板6
2.2.2.2下载车板7
2.2.3传动系统设计7
2.2.3.1升降传动系统7
2.2.3.2横移传动系统8
2.2.3.3传动钢丝绳系统9
2.2.4控制系统设计9
2.2.5操作系统10
2.2.6停电应急装置11
2.3PLC控制11
2.3.1设备运行工况11
2.3.2PLC控制系统的构成12
2.3.3程序设计14
2.4安全防护设计16
3立体停车设备设计计算18
3.1动力系统计算18
3.1.1横移载车板动力系统计算18
3.1.2升降载车板的动力系统计算19
3.1.3结构强度计算21
3.1.4机架立柱稳定性计算21
3.1.5机架梁强度校核计算24
4停车设备制造工艺研究26
4.1机架制造工艺26
4.2载车板制造工艺26
4.2.1边梁的工艺改进26
4.2.2波纹板的试制27
4.3样品主要技术参数27
5结论与展望28
5.1总结28
5.1.1设备运行过程的优化控制28
5.1.2拼装式载车板28
5.2展望29
致谢31
参考文献32
1绪论
立体停车设备概述
使用车辆之外其它带有动力的搬运器,完成车辆停放、存储工作的整个设施,称为停车库,而停车库内用于搬运、停放汽车的设备,总称为停车设备。
以立体化形式存放车辆的停车设备则叫做立体停车设备。
它包含了当前机械、电子、液压、光学、磁控技术领域的成熟先进技术,是一种技术密集型的机电一体化设备。
在中华人民共和国机械行业标准JB/T8713-1998[5]:
停车设备类别、型式与基本参数要目中,对停车设备进行了划分,其类别及代号如下:
升降横移类,代号为SH,是指通过搬运器的垂直升降或水平横移进行移动,实现车辆存取功能的停车设备。
垂直循环类,代号为CX;
是指车辆搬运器在垂直平面内做连续循环移动,实现车辆存取功能的停车设备。
水平循环类,代号为SX;
是指车辆搬运器在水平平面内排列成2列或2列以上做连续循环列间转换移动,实现车辆存取功能的停车设备。
多层循环类,代号为DX;
是指车辆搬运器在垂直平面内排列成2层或2层以上做连续移动,两端有升降机构进行循环层间转换移动,实现车辆存取功能的停车设备。
平面移动类,代号为PY;
是指存车位与搬运器分布在同一水平面内,通过搬运器在水平面内做往复移动,实现车辆存取功能的停车设备。
巷道堆垛类,代号为XD;
是指存车位在巷道一边或两边多层分布,通过搬运器在专用巷道内做水平、升降或水平升降复合运行,或与升降搬运器结合,实现车辆存取功能的停车设备。
垂直升降类,代号为CS;
是指存车位分布在井道周围,通过升降搬运器在专用井道内做升降运行,实现车辆存取功能的停车设备。
简易升降类,代号为JS:
是指通过单一搬运器的升降、俯仰或二三层搬运器整体升降、俯仰,实现车辆二三层存取功能的停车设备。
汽车升降机类代号为QS;
是指搬运器运载车辆或同时运载驾驶员垂直升降运行进行多层平层对位,从搬运器到存车位需要驾驶员驾车入位,实现车辆存取功能的停车设备。
从上面对停车设备的分类和定义可以看出,与以往的普通车库相比,停车设备可以在同样面积的土地上停放更多的车辆,大大的提高了土地面积利用率,同时具有存车时间短,可使用性强等优点,所以是解决城市停车面积不足,停车困难的有效措施。
立体停车设备国内外研究现状我国自改革开放以来,房地产业和汽车工业两大支柱产业得到了高速发展,尤其随着我国城市建设速度的加快和人名生活水平的提高,轿车进入家庭已成为必然趋势。
据国家统计局的统计,截止到2005年底,我国汽车保有量达到3421.1615万辆,比2004年增加479.4336万辆,年增长率14%。
其中私人轿车保有量达到689万辆,比2004年增加146.2441万辆,年增长率21.19%。
我国汽车工业的高速发展和汽车销售的高速增长,必然给城市交通（包括动态交通和静态交通）带来巨大的压力,各地政府虽花大力支持城市交通基础设施建设,但始终难以满足汽车快速增长的需要。
最近十几年来,我国城市机动车增长速度年平均在10%~15%,而城市道路年平均增长速度只有2%~3%。
特别是大城市的机动车拥有量和交通的增长远远超过交通基础设施的增长速度。
如北京市在90年代小汽车年平均增长速度达到30%左右,但城市道路年平均增长率只有1.2%,道路面积年增长率为3.7%。
静态交通基础设施的建设更落后于动态交通设施基础建设,全国停车位缺口平均在60%以上。
因此造成大量车辆停在道路内,形成马路停车场。
随着汽车进入家庭的速度不断加快,对城市交通基础设施的压力越来越大。
交通拥堵、停车难已成为国内很多城市发展严重制约因素,因此也引起了各级政府的重视。
解决停车难的一个主要手段就是建设立体停车库。
机械立体停车库是解决大都市内停车难问题的有效方法。
土地资源紧张是大都市的现状,在亚洲各国大城市表现的尤为突出,所以机械式立体停车库在亚洲的应用比较广泛,目前统计结果表明,立体停车库市场大多在亚洲的日本、韩国、中国等地。
亚洲的停车设备技术起源于日本,日本从20世纪60年代开始从事机械停车设备的开发、生产、销售和服务,至今已有四十多年的历史。
目前在日本从事机械式停车库及其设备开发、制造的公司约有200多家,其中生产机械式停车设备的公司约100多家,比较大的公司有新明和、石川岛播磨、日精、三菱重工等。
从90年代起日本每年投入运行的机械停车泊位都在10万以上。
目前全日本己经投入使用的机械式停车位超过300万个,其中以升降横移式停车设备为主。
对于日本,优势在多层升降横移类、垂直升降类、水平循环类、垂直循环类、简易升降类等产品上。
韩国机械停车设备技术是日本技术的派生。
产业从20世纪70年代中期开始起步,80年代开始引进日本技术,经过消化生产和本土化,90年代开始进入使用阶段。
由于这几个阶段得到政府的高度重视,各种机械停车设备得到普遍开发和利用,韩国近几年增长速度都在30%左右。
目前韩国停车设备行业进入稳步发展阶段。
在欧洲,德国和意大利等欧洲国家从事停车设备开发和生产也比较早。
较好的公司有:
意大利Sotefin,Interpark,德国Palis等。
由于欧洲国家土地资源比较富余,停车问题表现不很突出,停车设备应用量不是很大。
多数为巷道堆垛式产品,多层升降横移式产品应用也很好。
德国和意大利等欧洲国家的优势主要在巷道堆垛类产品上。
我国在20世纪80年代初开始研制和使用机械式停车设备。
80年代是起步阶段,90年代以来,随着汽车工业和建筑业的发展,尤其是轿车进入家庭后,停车设备的应用逐步推广,已经形成了新兴的停车设备行业,步入引进、开发、制造、使用相结合的初步发展阶段,现在从事停车设备制造的企业数约有100家,其中主机生产企业超过50家。
我国立体停车设备的产品经引进技术和自我研究开发,生产技术水平有了很大的提高,许多设备采用了当前机械、电子、液压、光学、磁控和计算机等领域的先进技术,如采用交流变频调速系统,使运行高速、平稳、省电、减少振动和噪声;
控制形式有按钮式、IC卡式、触摸屏式、密码钥匙式、遥控式等,有些设备还采用了总线控制技术;
传动装置采用内藏式,以增大停车空间并保护各传动元件不受污染和腐蚀,提高了设备的耐久性;
机械结构中采用了模块化设计,便于组合使用,易于安装拆卸,缩短施工周期;
还采用一些新材料、新工艺,如采用“H”型钢做钢梁,组合的镀锌板或一体成型的镀锌板做载车板:
安全保护方面采用了声光引导及定位装置,自动消防灭火系统等。
目前品种的满足率已达90%左右,有的品种填补了国内空白,产品国产化率达到50%以上。
目前,立体停车设备的研究工作在国内也得到逐步的重视,国内许多研究院所和高等院校都投入技术力量,对立体停车设备的各个方面.例如结构设计、控制系统、存取策略、可靠性分析、以及生产工艺等方面进行研究,取得了一系列的成果。
与此同时,国家也进一步发展和完善与停车产业相关的法规和各项标准,先后制订了多项停车设备的行业标准和行业规范,加强规划引导、技术开发和标准化工作。
同时,从中央到地方,都颁布了一系列的法规条文,对停车行业的发展进行规划管理。
从2004年起,国家质量监督检验检疫总局对停车设备生产企业进行许可证评审工作,规定在2005年3月31日前未取得生产许可证的企业,不得从事停车设备的生产工作。
我国城市停车行业从80年代末起,经过十几年的发展,现在形成了一定的规模,但是还处于初始发展阶段,车库建设尚在起步阶段,在一些大城市中机械化车库仍然是空白。
停车行业的发展仍存在着一些问题:
第一,停车设备企业己经形成了一定的规模,但是发展不平衡,骨干的大中型企业在20家左右,其它的则是中小企业居多,技术力量薄弱,缺乏自主开发能力,靠引进国外技术图纸。
第二,产品的种类增多了,但是质量、可靠性、安全性、耐久性均存在着较大的问题,产品的技术水平和质量难以保证。
第三,停车行业的市场开始发育,但是竞争太残酷,目前总体能力过剩,价格偏低,有的产品已经降到行业平均成本价以下。
停车设备行业的发展牵涉到停车立法、收费政策、城市规划、交通管理等诸多方面。
目前我国有关城市停车的立法虽然已经起步,但尚未完善,城市停车规划、停车管理办法、停车收费政策大多数还处于酝酿之中,因此我国停车业的发展还需走一段艰难的历程。
项目的来源及主要研究内容
基于立体停车设备广阔的市场前景,结合学校给毕业生毕业设计内容的要求,决定设计简易两层的立体停车设备。
1.3.1产品的市场定位随着城市建设的高速发展,城市的商业大厦、高级写字楼、办公楼和居民小区如雨后春笋般拔地而起。
各大城市对城市建设的规模都提出在这些高楼大厦和住宅小区必须提供机动车停车场（库）的要求。
而由于城市建筑用地的紧张和地价的居高不下,这些停车库自然由过去的平面形式转为立体形式和地下形式,以期在现有面积的条件下扩大停放车的数量。
针对这种情况,我将设计的立体停车设备定位在地下停车库的应用上。
因为目前建设的大型高层建筑都建有一至三层的地下层,并通常用来停放车辆。
利用立体停车设备来有效地提高车辆存放,是任何大楼物业主乐于接受。
随着高楼大厦的不断建设和增多,这种需求会不断增长,提供良好的市场应用前景。
1.3.2产品的型式定位
通常大型高层建筑的地下层的高度在3.6米左右,面积和布局因布局建筑本身而异,大小不同,变化比较复杂。
并且,在立体停车设备的建设时,建筑的主体工程已完工,不允许对建筑结构进行大的改动和施工。
这样就从不同方面对应用的立体停车设备形成了一定的限制。
例如:
层高限制了高层车库设备的应用;
施工限制又排除了沉降地坑式停车设备的使用;
还有建筑的供电和消防安全方面的要求,又限制了部分类型停车设备的应用。
根据实施使用条件和种种应用限制,我对目前国内外市场的立体停车设备机械了分析比较,确定了我计划设计的立体停车设备的型式,具体定位为:
两层升降横移式立体停车设备。
2立体停车设备设计开发过程
2.1技术分析比较和方案确定
现有的立体停车设备有简易升降式和升降横移式两种。
简易升降式由于结构简单,使用的方便性和运行的安全性较差,应用的不多。
而升降横移类停车设备对场地的适应性较强,可根据不同的地形和空间进行任意组合、排列,规模可大可小,对土建的要求比较低,因此,升降横移类停车设备应用十分普遍。
从分析比较可以看出,不同结构的设备具有各自的性能特点和适用性。
我确定设计目标需要尽量吸收他们的长处,从提高设备使用性能,满足应用要求出发,并综合考虑设备制造难度和制造成本。
最终确定的开发方案是:
----研究开发两层升降横移式立体停车设备;
----采用电机驱动方式;
----采用型钢结构框架和拼装式载车板;
----采用手动、光机电和PLC组合控制。
2.2总体设计
立体停车设备共有上、下两层;
水平横向可以分为2~9跨,每跨是一个车位宽,这样可以变型为多种库型;
每个车位均有载车板,下层车位水平横移运动,可以自由存取车辆。
上层车位做垂直升降运动,结合下层车位的平移运动,形成上层车位的下降空位,实现上层车辆的存取动作。
车库车位的升降运动和横移运动都是由电机驱动。
各部分运动的控制是通过PLC实现。
所有停车单元的控制系统都通过现场总线连接到总监控制室。
在总监控制室,通过计算机屏幕可以监控所有设备的运行情况,并进行管理。
设备总体划分成六大部分:
a）机架结构部分;
b载车板部分;
c传动系统;
d控制系统;
e安全防护系统。
2.2.1机架结构部分设备的机架由钢结构组成,是上、下载车板的支撑和导向。
我设计的机架采用H型钢焊接成部件,用高强度螺栓连接构成一个牢固的框架。
其外观简洁,刚度好,强度高,抗风、稳固、可靠,完全满足承载要求。
考虑到使设备适应不同场地条件,进行任意的多种组合应用,所以机架结构部分采用模块设计,结构部件具有良好的通用性和互换型。
主体结构的前框架采用大跨距的跨梁式设计,给车辆出、入留出最大空间。
主体结构后部,每个车位宽度上均设立柱。
H型钢的翼板作为上载车板的运动导向,在水平面的X,Y方向上限制载车板的摆动。
由于机架各部件的焊接结构的制造精度和装配精度均要求较高,并要求互换性好,为此,制造中必须采用一定的工艺手段来保证。
构成机架的焊接件在焊接前需要进行较直。
焊接时采用专用焊接夹具,以防止和减小焊接变形,提高工件的尺寸精度,并使其具有互换性。
机架是放置在自然环境中使用,因此其表面涂层十分重要,应具有防锈、防腐能力,并且要求色彩明亮,易识别。
为此,焊后的钢结构机架,表面需要进行喷丸处理,消除焊接应力,清除焊接应力,清除焊剂焊渣,达到喷漆前的要求。
所有结构件外表面喷涂四层专用防锈氧树脂漆。
第一层采用富锌底漆,具有良好的防锈防蚀功能;
第二层采用云铁中间漆,以增强漆膜间的附着力和漆膜弹性;
最后两层为环氧树脂面漆,具有抗氧化、不褪色,漆膜厚,附着力强,耐冲击的优良性能。
2.2.2载车板部分
载车板分为上载车板和下载车板两种,工作时分别做不同的运动。
上载车板工作时做垂直升降运动;
下载车板工作时做水平横向运动。
上、下载车板的主体结构相似,都是采用螺栓将左右两条纵向边梁以及前后两条横梁连接成矩形框架,上面铺设由相互咬合的波纹板构成的面板。
载车板组装前,需要对其组件进行不同的表面处理,使载车板经久耐用。
载车板是停车设备通用的组合构件,因此要求通用性、互换性好,并且结构工艺应满足批量生产和便于装配的需要。
载车板实际使用中要承受运动、载荷和撞击,因此在其设计上采用了弹性体设计原理和预应力设计方法,保证其结构具有承载力大,泊车稳定,无加载噪声的特点。
载车板的面板是由冷轧镀锌波纹钢板拼装而成,其表面平整无缝隙,防锈防蚀不漏水,外形美观。
面板在载车板上安装后,其横截面呈微拱形,雨水或车辆漏油可沿拱形表面流入载车板边梁的水槽中,不会污染下层停放的车辆。
面板组件上装有消除加载噪声的装置,车辆进入时,车辆的撞击和碾压不会发出金属摩擦的刺耳噪声。
面板上设置了可调节的汽车定位机构,能使汽车在载车板上保持正确的停车位置,不会因外界环境影响,发生位移。
2.2.2.1上载车板
上载车板是设备中的重要部件,关系到设备运行的安全性和稳定性。
从设备运行安全角度考虑,我们在上载车板设置了双重挂钩装置:
在其前部设置了挂钩保护装置,当提升钢丝绳条意外断开时起安全保护作用:
在其后部设置了自锁型的防坠落挂钩装置,用于防止上层车辆长期存放时出现缓慢下落现象,起到安全保障作用。
自锁型的防坠落挂钩装置的设计采用了机电结合连锁控制的方式。
当上载车板上升到位时,由机械结构自动锁住,限制上载车板的下降动作。
当上载车板需要下降时,通过控制电磁铁打开机械闭锁机构,使上载车板顺利下行。
锁紧机构是对称分布在上载车板的后部,两套机构必须同时动作。
如果这一动作失误,上载车板不能顺利下降而产生倾斜,将造成摔车事故。
所以防坠落装置的设计制造是关键性技术。
另外,采用了双电磁铁控制,提供了操作的可靠性。
根据使用要求,与电磁铁厂家合作设计制造了专用牵引电磁铁,其推杆可以自动复位,并具有大推力、大行程的特点。
该电磁铁还具有自整流功能,通过整流将输入的220V交流电源转换为直流200V,降低了元件工作时的噪声。
我们在设计时将上载车板的前起吊点后置了1-1.s米,上载车板前吊点采用后置式设计,扩大了车位进、出口的宽度和转弯范围,最大限度地减少了泊车障碍,方便车辆进出,并且有效降低了对车库行车通道宽度的要求,提高了设备的适应性。
上载车板安装后整体后倾0.3°
使板面不会存留雨水,适于露天使用。
2.2.2.2下载车板
下载车板做水平移动,给上载车板的下降让出空位。
下载车板的水平移动是由电机通过联轴节和一根长传动轴驱动载车板下面的两个驱动轮来实现的。
长传动轴的轴线要与电机的输入轴保持一定的同轴度,否则会降低电机的有效功率,出现运转不灵活甚至卡死现象。
所以在设计时应对与安装传动件相关的基准面给出精度要求。
为了简化加工,提高安装精度,同时采用了4个联轴节。
安装时通过调整联轴节来消除加工和连接产生的误差,这样即可以满足运动要求,又可以降低加工精度。
2.2.3传动系统设计
传动系统分为升降传动机构、横移传动机构。
2.2.3.1升降传动系统
每块上载车板都配有一套独立的电机减速机与钢丝绳传动组合的传动系统。
电机顺时针旋转时,载车板上升,电机逆时针旋转时,载车板下降。
根据载车板及车重确定钢丝绳条所需的传动力。
根据传动力及载车板的移动速度确定电机功率。
根据车身高度确定上下载车板间的距离,根据这个距离确定钢丝绳条的长度,最后根据传动力确定链轮大小,链节形状及大小。
大多数停车设备车板的升降牵引基本采用三种模式之一:
钢丝绳十滑轮式;
套筒滚子链片式关节链+链轮式;
起重专用环形链条+链轮式.经过分析比较。
选中钢丝绳十滑轮式模式。
优点:
采用钢丝绳+滑轮式作为停车板的提升形式的优点是安装比较方便,不需要考虑链式安装过程中的链扭转或链缠绕。
钢丝绳+滑轮式对于滑轮出现倾斜现象的适应性强。
从成本上考虑,钢丝绳+滑轮式成本最低。
缺点:
钢丝绳靠本身的表面细绳纹路和滑轮的间摩擦来确保车板提升和降落时的不打滑。
但随着时间推移,纹路的磨损和导轮转动的不灵活将使滑动摩擦现象发生。
钢丝绳的承载能力是比较差的。
随着时间的推移,钢丝绳本身会发生拉长的现象,这样会导致车板的倾斜而产生一系列的安全问题。
钢丝绳的使用寿命也是其缺陷之一,日本工业标准协会（ITS规定车库类提升钢丝绳每5年应更换一次,这也给车库使用和维护带来了额外的负担。
滑轮采用YHH滑轮,YHH滑轮属优质钢板成形的滑轮系列,是铸铁、炼钢等滑轮之更新换代产品。
具有外观美、重量轻、刚度强、耐磨损等优点,能根据不同工况条件,确保滑轮
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