堆垛式立体车库设计说明书Word文档格式.docx
《堆垛式立体车库设计说明书Word文档格式.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《堆垛式立体车库设计说明书Word文档格式.docx（20页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
a）最大存车规格:
5300×
2150×
1550mm
b）载重：
2200kg
c）升降机不大于55KwSEW曳引电机，
d）存取车平均时间90秒
e）搬运器重量＜2000㎏
f）车库容量以6（层）50（/层）车位为限
g）各方向的运动速度限制（m/min）：
纵向运行速度
<
100
起升速度
40
横向运行速度
1.3设计任务与要求
a）设计升降机和搬运器装置，实现定点存取车辆（入库和出库）
b）广泛调研堆垛式立体车库的主要形式和发展趋势，分析已有装置的优缺点。
c）提出升降机和搬运器新的或对现有机械机构的改进原理方案，绘制原理方案简图（每组一份）。
d）绘制总体的机械结构装配图（每组一份），主要零件图每人各2张。
e）设计说明书每组一份。
基本内容包括：
原理方案简图及必要的功能说明；
结构设计中重要零部件的工作能力计算、误差分析、参考文献等。
2.引言
2.1任务的目的和意义
近年来，随着经济的发展，我国的城市化水平加快和人民生活水平的提高，汽车的数量不断增加。
根据2013年2月22日国家统计局公布的2012年国民经济和社会发展统计公报显示，2012年末全国民用汽车保有量达到12089万辆（包括三轮汽车和低速货车1145万辆），比上年末增长14.3%，其中私人汽车保有量9309万辆，增长18.3%。
民用轿车保有量5989万辆，增长20.7%，其中私人轿车5308万辆，增长22.8%。
与此同时，汽车停车场地的增长远远赶不上汽车的增长速度，汽车泊位与汽车数量严重比例失调，由此带来了停车难，违章停车，停车管理困难等一系列问题。
机械式立体停车设备又名立体车库，它占地空间小，并且可以最大限度的利用空间，安全方便，是解决城市用地紧张，缓解停车难的一个有效手段。
国家记委已明确机械立体停车设备及城市立体停车场为国家重点支持的产业，国家海关总署对机械式停车产品规定“国内投资项目给予免征进口税”。
上述措施为我国立体车库产业的成长提供了良好的条件，也为我国解决城市停车问题提供了机会。
可以预见：
立体车库具有广阔的市场前景。
本次任务的目的就是开发一套实用，安全有效的堆垛式立体车库设备，并重点对其核心机构，升降、横移装置以及汽车搬运器进行了深入细致的研究。
如果本次任务的研究成果，能够开发出一款新型可靠而且成本低廉具有极高商业价值的堆垛式立体车库，将会为21世纪初期的城市交通系统提供实用的，国产化城市停车技术和装备。
而且这对缓解城市用地紧张，解决城市停车难的问题具有重要意义。
2.2相关技术的发展现状
a）国外研究现状：
世界上第一座立体车库于二十世纪二十年代建成于美国，该立体车库的存取过程基本靠人员自身操作完成。
在以后的十年里，美国和西欧部分国家开始大面积修建立体车库。
在美国的华盛顿等一些大城市，商业中心的快速发展，土地资源成为稀缺资源，要解决停车与土地之间的矛盾问题，只能从改变停车方式上进行着手，所以该时期机械化的立体车库得到了迅速发展。
在同一时期，欧洲的立体车库建设也得到了一定发展，但是欧洲国家人口数量不是很多，并且土地资源不是十分的匮乏，停车的问题表现不是很突出，所以随后的一段时期发展较为缓慢。
欧洲使用的立体车库基本上多数为巷道堆垛式立体车库，该种车库相对于多层升降横移式的立体车库占地面积较大，土地使用率较低。
德国和意大利在欧洲国家中从事停车设备开发和生产比较早。
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很好。
德国和意大利等欧洲国家的优势在巷道堆垛类产品上。
立体车库虽然最早出现在美国和欧洲，但是亚洲国家随后也发展起来，并且在一定时期得到了快速发展。
这是因为机械式立体车库可以有效的解决亚洲一些国家出现的停车难急需建设停车设施以解决土地资源紧缺的问题。
这在日本和韩国得到了充分的证明。
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，至今已有四十几年的历史。
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。
目前全日本已经投入使用机械式停车位超过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年代开始为供应使用阶段。
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。
b）国内研究现状：
我国起步较晚，直到1989年河北省承德修建了国内第一台立体车库，该立体车库是一套垂向循环类的立体车库。
随后我国立体车库发展速度较为缓慢，虽然我国在二十世纪八十年代就开始了立体车库的设计研究，但是由于人们思想认识等原因，导致市场需求量没有快速的发展。
但是随着我国汽车工业和房地业的快速发展和轿车进入家庭速度的加快，从二十世纪八十年代开始在我国使用机械式停车设备经过近20年的发展，尤其是2000年以后得到了高速发展，机械式停车设备行业已从不为人知到目前已形成朝阳产业。
2.3存在的问题分析
立体车库堆垛机的机械部分由运行机构、起升机构、伸叉机构及载车台和机架组成。
它是在所谓高层、高速、高密度存取的概念下的产物。
尽管各厂家各有独创，结构形式有些差异，但可以说大同小异，所有的堆垛机都不外乎由机架、载物台、伸缩货叉、轨道和控制系统等部分组成。
立体车库存在的几个主要的问题是：
①存取车较慢。
由于立体车库存取车需要经过一个搬运和运输汽车的过程，整个存取车的速度比起平面车库必然会大大下降，这也是立体车库的研究中非常需要解决的问题；
②搬运器的设计复杂，要求高。
不论是何种方式，叉梳式、滑叉式还是行走小车式的搬运器的设计，都会涉及到设计要适应与不同款式、型号的汽车，适应于不同尺寸、轴距的汽车。
除此之外，对搬运器还需保证运动的精确性，以及对强度的高要求，这些都使得搬运器的设计难度提升了一个档次。
如过再考虑停车的人性化设计和行车的舒适性，设计一款低价、满足市场需求的搬运器，看起来根本不是一件容易的事；
③存取车方案不够合理，算法不优化。
堆垛式立体车库除了设备上的问题，在存取车的合理性上，也存在着一定的可改进性。
2.4拟解决的主要问题
本次任务方案设计拟解决的主要技术问题是升降、横移机构的设计、校核、选取，以及搬运小车的设计、校核，以及相关装配图的绘制。
2.5初步解决方案和技术路线
初步解决方案拟采用查阅相关资料寻找堆垛式立体车库的设计的基本步骤，在基本步骤的指导下，根据自身课题的独特性选择符合自身要求的机构进行设计；
对于搬运小车部分，则更加侧重于寻找现有小车方案中的不足，改进并设计一款独特的搬运小车。
2.6小组成员介绍和任务分工
a）小组成员三名：
翁谋毅、陈柏苍、肖鹤翀
b）小组成员分工：
翁谋毅：
①车库升降机机构和横移机构的设计、选型与强度校核；
②车库升降机构中，电机传动部分的三级行星齿轮减速器的装配图的绘制；
③承担部分叉梳式小车主要传动部件的三维图绘制。
陈柏苍：
①立体车库的叉梳式搬运器的设计；
②立体车库的叉梳式小车主要传动部件的装配图的绘制；
③叉梳式小车主要传动部件的三维图的绘制。
肖鹤翀：
①立体车库的行走小车式搬运器的设计；
②叉梳式小车和叉梳式停车库的尺寸设计和强度校核；
③叉梳式小车的运行电机和二级同轴式减速箱的设计以及该二级同轴式减速箱装配图的绘制；
④承担部分叉梳式小车主要传动部件的三维图绘制。
3.机械系统原理方案和结构设计——肖鹤翀部分
3.1初步方案一：
V形夹臂式行走小车
该行走小车是一种新型的V型夹臂式液压行走小车，可以实现双向的车辆存取。
其结构示意如下图3.1。
图3.1V型夹臂式液压行走小车示意图
3.1.1V型夹臂式液压行走小车结构组成
该行走小车包括行走部分和存取部分，行走部分位于存取部分的下方，行走部分包括四个在小车主体Ⅰ的底部四角均匀分布的支撑轮，一组弹性连接驱动轮以及与驱动轮连接的电机；
存取部分包括小车主体Ⅰ，在小车主体Ⅰ上的中部一侧沿小车行走方向上设置的导轨，以及在小车主体Ⅰ上的导轨上沿小车行走方向滑动的小车主体Ⅱ，小车主体Ⅰ和Ⅱ都由底板、中间板和盖板组成，将小车主体Ⅰ和Ⅱ分为上层和下层，在小车主体Ⅰ和Ⅱ的下层均匀分布的安有两两成对的四个V型夹持臂，V型夹持臂的两臂之间的夹角为钝角，且V型夹持臂的V型角处与小车主体的底板和中间板铰接，成对的两V型夹持臂的铰接处连线与小车行走方向垂直，夹持臂的一侧为夹持车轮端，与小车行走方向平行，另一侧的中部设有滑槽，端部安装有滚轮，滚轮与底板和中间板相接触且在底板与中间板间的下层滚动，在小车主体Ⅰ和Ⅱ的上层中部分别安放有与小车行走方向一致的液压缸，液压缸的两端分别铰接与液压缸垂直的两个横向拉杆的中部，每个横向拉杆的两端分别与在下层两个成对的V型夹持臂滑槽内滑动的滑块连接。
横向拉杆与液压缸的铰接结构既有转动副又有移动副，不仅可以使液压缸在液压缸与横向拉杆的平面内转动还可以使液压缸在横向拉杆的方向上做微移动。
3.1.2V型夹臂式液压行走小车运行过程
本行走小车的组成分为行走部分和存取车部分，均匀分布在小车主体Ⅰ底部四角的四个支撑轮2起支撑和导向作用，与小车主体Ⅰ1弹性连接的驱动轮10在电机的带动下使小车运动，弹性连接可以保证驱动轮始终与地面接触，而且可使小车双向运动。
整个过程可分为以下几步：
①车辆停放在预设位置；
②行走小车开始工作，驱动轮在电机驱动下，进入轿车底盘下定位；
③液压缸沿小车运行方向伸开，带动夹持臂运动到水平方向；
④主体Ⅱ伸出四个夹持臂夹持前两个车轮，主体Ⅰ伸出四个夹持臂夹持后两个车轮；
⑤主体Ⅱ在小车主体Ⅰ的导轨上滑动，自适应不同轴距；
⑥电机驱动驱动轮进入升降装置。
图3.1.2V型夹臂式液压行走小车工作状态示意图
3.1.3方案总体评价
本方案的优点：
①采用新型的弹性连接驱动轮，与行走小车弹性连接可保证驱动轮始终与地面接触，驱动可靠，而且可实现行走小车双向运动。
②液压缸数量少，夹持臂的设计可使夹持臂与小车主体两处接触，使夹持臂接触可靠。
本方案的缺点：
①结构设计复杂，整体尺寸较大；
②夹持臂强度要求高，安全性较差。
3.2改进方案一：
楔形块—夹臂式导轨行走小车
在原小车的基础上，设计了一种新型的楔形块—夹臂式导轨行走小车，可完成车辆的存取的搬运工作。
示意图如下图3.2。
图3.2楔形块—夹臂式导轨行走小车示意图
3.2.1楔形块—夹臂式导轨行走小车的结构组成
该行走小车包括行走部分和存取部分，行走部分主要是四个驱动轮，负责带动小车运动；
存取部分包括两个部分，一个是车轮提升装置，另一个是液压传动装置。
车轮提升装置主要包括楔形块，外伸板和夹持臂，通过楔形块的伸出和夹持臂的配合提升并固定汽车；
传动部分主要包括液压装置和中间传动部件，主要目的是传递液压的运动到楔形块和外伸板上。
整个行走小车是从汽车的侧面进入地盘下就位，小车沿楔形块运动方向尺寸应小于汽车前后车轮间距一定长度；
小车外伸板长度应小于前轮之间或后轮之间间距；
楔形块应大于车轮宽度；
小车夹持臂应长于楔形块宽度。
3.2.2楔形块—夹臂式导轨行走小车的运行过程
整个搬运过程大致可分为：
①停车→②搬运小车就位→③汽车被提升→④运送汽车到指定位置→⑥汽车放下→⑦搬运小车归位。
停车：
车主须在指定位置，对于沿车身方向上定位要求较精确，侧面方向上定位要求较宽松。
沿车身方向上的精度保证，可通过对前车轮停放位置的定位来解决。
即比如画线定下前车轮停车位置，在画线前后误差15cm皆可认为有效停车。
搬运小车就位：
搬运小车的进入是从两车轮中间侧面进入，对于沿汽车车身方向的定位已在停车时候解决，而对于沿小车运动方向上的定位，可以在外伸板中相应位置增加光电传感器来解决，通过光电传感器判断小车是否经过了一个车轮而没进入第二个车轮，从而对小车的沿小车运动方向进行定位。
要求误差在15cm内。
汽车被提升：
这一步主要是在液压缸带动，传动装置传动下，外伸板和楔形块同步伸出，楔形块进入小车车轮下部，并超出小车车轮底部一定合适距离，然后楔形块下方夹持臂在电机带动下旋转出，配合楔形块夹持住汽车车轮。
这一步需要注意的两点是，①楔形块对不同汽车轴距的自适应，即与如何判断楔形块是否进入车轮下合适的位置这个问题是等价的。
目前想到的解决方案，是在楔形块上加装压力传感器，通过达到一定压力阈值来判定位置是否合适。
②夹持臂的夹持主要作用有两个，一个是辅助楔形块支撑和定位，在楔形块压力阈值判断出了较大的误差时能够提供足够的支持力，而且能够有效地防止在只有楔形块提升的情况下汽车的意外滑动（虽然通常情况下车轮已抱死）；
第二个是延长楔形块的使用寿命，在只有楔形块支撑的情况下楔形块的受力情况可以视为悬臂梁，局部的静强度和疲劳强度都相对比较高，在夹持臂辅助下可以有效楔形块所受最大载荷的位置，提升了楔形块的寿命。
另外还需提一下的是，夹持臂在工作状态下与楔形块的夹角应为一个锐角，而不是平行关系。
运送汽车到指定位置：
这一步通常情况下行走小车只需按照既定的导轨运动即可。
如果立体车库所修建的位置和停车的位置有在角度或者距离等方面较大差距的话，可以增加一个旋转台，对停好的汽车进行位置上的调整。
汽车放下：
这一步是汽车被提升的逆过程。
夹持臂先松开，楔形块再收回，最后行走小车退出。
搬运小车归位：
行走小车沿导轨归位，准备存或取下一辆汽车。
3.2.3关于楔形块—夹持臂和车轮受力的简单估计
查阅相关资料知，一般小轿车自重在1.3t~1.8t之间，越野车可能会大于2t。
为了便于计算不妨取小轿车自重为1.6t，平均到每个车轮上就是400kg，即4000N。
汽车在停车状态下车轮抱死，车轮与楔形块发生相对滑动。
汽车轮胎和楔形块表面的滑动摩擦系数对于旧轮胎可取0.6，楔形块角度取30°
。
先假设只有楔形块抬起汽车。
在楔形块向外伸开的过程中，车轮受到的力有很多，其中竖直方向的力主要有车的重力、楔形块的支持力、楔形块对车轮的摩擦力。
在楔形块向外运动的过程中，支持力和摩擦力方向如下图3.2.3-1，在竖直方向上合力应为4000N。
图3.2.3-1车轮上与斜面接触点受力图（摩擦力向下时）
可计算得，车轮受到摩擦力约为4240N。
当楔形块运动停止时，由于扰动等因素（亦可人为控制）导致楔形块向内移动一个微小位移，此时摩擦力方向相反。
如下图3.2.3-2。
图3.2.3-2车轮上与斜面接触点受力图（摩擦力向上时）
此时可重新计算得车轮所受摩擦力为2042N。
由上可以看出，仅有楔形块支撑时，每个车轮所受的摩擦力还是相当可观的，在2042N~4240N之间。
摩擦力带来的损耗不可忽视。
但当在楔形块和夹持臂共同配合作用下提升车轮时，夹持臂的斜面可以设计成与楔形块斜面相互垂直，夹持臂所需承受的力不会太大（2000N~4000N），但是可以大大减小车轮所受的静摩擦力，从而保护汽车不受损伤。
3.2.4方案总体评价
①只采用了一个液压传动，运动构件少，结构简单，结构尺寸小；
②可自适应各种不同车辆的存放，适应性强，运动安全可靠；
③综合已有方案的优点，改进缺点提出了一种新的方案，结构新颖，考虑全面。
①工作过程中不可避免会对汽车车轮产生一定的损害，不利于汽车的维护；
3.3初步方案二简介（由同组成员陈柏苍同学完成）
为了方便介绍改进方案二中我的工作，这里有必要介绍一下和初步方案一V型夹臂式液压行走小车同时提出的另一个初步方案二叉梳式搬运器。
如下图3.3-1和图3.3-2反映了叉梳式搬运器的设计思路。
图3.3-1叉梳式搬运器侧视图
图3.3-2叉梳式搬运器工作状态主视图
该方案具有设计简单、方案新颖、对车辆友好的特点，因此在组内讨论过程中得到采纳，最终选用改进后的叉梳式小车方案作为我们详细设计的方案。
3.4改进方案二：
新型叉梳式小车的尺寸设计和强度校核
3.4.1查阅预备知识
由于要对本方案的停车库和小车叉梳上板进行尺寸设计，必须对各种不同款式的车辆的尺寸有一个范围的估计，确保本叉梳式设计能够满足不同汽车的需求。
以下是权威资料的罗列：
①小轿车外廓尺寸和重量表
②汽车轴距范围：
2.6m~3.1m；
车轮直径范围：
0.6~0.8m；
③小汽车通常停车位尺寸：
最小：
2.5mx5.2m，最大：
3.0mx6.0m；
④轮胎宽度：
微型车都在125-155mm之间、小型车大概在165-195mm之间、中型车大概在195-225mm，宽轮胎245mm。
3.4.2停车库的设计
如下图3.4.2是停车库的设计示意图。
图3.4.2停车库设计示意图
具体尺寸以及确定原则：
①主体尺寸采用6000×
2600×
120；
6000是因为考虑到汽车长度5000，需要留一定余量用于停车以及设计梳齿；
2600是根据汽车宽度2200确定的，考虑到停车舒适性以及预留一定停车左右偏移量，故设计为2600；
120是因为载车板需要有足够的强度承载汽车的重量。
②前轮停放位置：
距离尽头1000-2000，前轮叉梳部分宽度：
1000；
前轮停放位置是考虑到车头长度以及预留一定的过停倒车空间；
宽度定为1000是因为假设标准前轮停车位置在1500的话，那么出于人性化考虑在1500前后各预留500范围供停车。
③前后轮叉梳间距：
1500，后轮叉梳部分宽度：
1500
这个是根据前轮定下位置后，配合汽车轴距的数据，同时预留一定停车空间，计算出来的后轮叉梳宽度和前后叉梳的间距（中间没有叉梳的部分）。
④停车库叉梳尺寸：
长度700，截面尺寸Φ80；
梳齿间隙：
90（要求大于梳齿宽度）；
叉梳连接方式：
螺纹连接
⑤停车库左右两侧叉梳距离：
900
这个数据和④中长度100都是根据汽车宽度1.5~2.15来确定的，为了保证车两个轮子一定能够同时而且稳当地停在停车库上。
3.4.3搬运小车上板设计
搬运小车上板示意图如下图3.4.3。
图3.4.3搬运小车上板示意图
设计尺寸：
板体部分：
5000×
800×
120，叉梳宽度以及分布同停车库配套；
板体部分选5000是因为小车只需要保证叉梳和停车库配套，其余长度都是可以削减的，不必和停车库相同；
800是因为要保证叉梳小车在抬车的时候不会发生干涉。
3.4.4梳齿强度校核
几个假设：
•汽车质量：
•每个轮子力平均分配到两个梳齿上
•考虑到前后轮可能存在受力不均匀的情况，不妨取前轮受力：
后轮受力=6：
4
前轮每个梳齿受力：
3234N（g取9.8N）
（说明：
这里的力虽然只是竖直方向上受的力，并不是梳齿承受的实际的力；
但是通过后面的计算可以验证，这是可以有很好地近似的）
•梳齿为典型悬臂梁结构（如下图3.4.4），考虑极端情况受力集中在点B
图3.4.4悬臂梁结构梳齿
计算过程：
最大弯矩：
，安全系数可取S=4
惯性矩
弯曲强度校核公式：
可得
360.3MPa，选用低合金高强度结构钢可满足要求，比如Q420
3.4.5关于行车颠簸程度的计算（车轮颠簸程度）
已知条件：
①车轮直径在600~800，半径在300~400；
②梳齿间隙为90；
模型如下图3.4.5。
可计算得车轮上下移动幅度为：
10.8~8.3
所以结论是，车轮的颠簸程度在合理范围内，不会影响到行车舒适性。
3.4.6行走小车电机选型
a）小车运行阻力的计算：
小车运行阻力主要分为摩擦阻力和风阻力两部分。
运行摩擦阻力
计算公式：
G为行走小车的自重载荷，取G=3000×
9.8=29400N；
f为滚动摩擦系数，取0.8；
μ为车轮轴摩擦系数，取0.015；
d为与轴承相配合处车轮轴的直径，为100mm；
β为附加摩擦阻力系数，取1.5。
其中：
D为车轮踏面直径，为100mm
风阻力
的计算：
式中：
●
为风力系数，钢板的
值查表得1.3~1.9，取1.6；
●q为计算风压，Pa：
其中：
空气密度有关的系数，
设计时假定为
为计算风速，与小车速度相同，约0.7m/s；
所以
=0.30Pa
●A为垂直于风向（逆运行方向）的堆取料机的迎风面积，
，简化计算取为1.5
为风压变化系数，取1.0。
所以：
0.73N
结论是：
风阻力可以忽略。
b）行走小车电机的功率计算
选择一个200W的电机即可满足要求。
通过电机的选型，选择一款电机的参数如下：
功率：
200W
转速：
1400rpm
转轮直径：
15cm
当传动比为20:
1时，速度为0.55m/s（约33m/min）。
3.4.7减速箱选型
减速箱选用二级同轴式减速箱，通过两对齿轮两级减速，两级传动比分别为1:
5和1:
4。
两对齿轮参数如下：
①Z1=2
升级会员 