毕业设计论文环形电梯式立体停车库设计.docx

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毕业设计论文环形电梯式立体停车库设计

目录

摘要

第1章绪论………………………………………………………………………3

1.1土地的利用………………………………………………………………3

1.2机械停车库的概念………………………………………………………3

1.3立体车库的历史以及国内外的状况、发展前景………………………3

1.4立体车库的类型和特征…………………………………………………6

1.5电梯式立体车库的设计概要……………………………………………10

1.6电梯式停车库的设计参数………………………………………………10

第2章电梯式立体车库的结构设计…………………………………………13

2.1电梯立体车库的工作过程……………………………………………13

2.2电梯式立体车刻苦与传统车库比较具有优势………………………13

2.3立体车库的结构………………………………………………………14

2.4电梯立体车库的运动机构……………………………………………15

第3章环形电梯式立体车库的控制系统分析………………………………24

3.1立体车库的主控单元…………………………………………………24

3.2立体车库控制系统的组成……………………………………………25

3.3小结……………………………………………………………………25

总结与展望

致谢

参考文献

摘要

进入新世纪以来，我国土地资源供需矛盾日趋尖锐，形势严峻。

我国土地资源总量丰富但人均贫乏。

随着人口的增加和经济的发展，土地资源形势日趋严峻。

都市停车难是当前我国大中城市中普遍存在的一种现象。

长期以来被忽视的静态交通建设加上停车场、泊车位的严重不足，使都市面临前所未有的压力。

随着城市化进程的加速，日益增多的汽车带来了城市停车厂不足以及由此引发的一系列问题，为了更好地利用土地资源，我们在城市中紧凑的地方内对停车空间、停车方式进行新的探索。

本设计主要是关于环形电梯式立体停车库和主要零部件的选择。

环形电梯式立体停车库就其组成部分而言，可分为三大部分:

车库结构部分、传动机构部分和控制系统部分。

传动结构由升降传动、旋转传动和横移传动三个部分组成。

该立体车库就是通过旋转机构选择车位方向，升降电梯承载车辆到指定高度，横移机构利用叉梳实现存取车辆；本设计选择以可编程控制器（PLC）作为车库控制系统的控制核心，并根据车库工作时输入输出的工作参量，完成可编程控制器的选择。

环形电梯式立体停车库具有非常广阔的发展空间和前景，使立体停车库实现智能化，网络化,标准化。

关键词:

停车，土地资源，环形电梯式立体停车库，升降电梯，横移叉梳，可编程控制器

第1章

绪论

1.1土地的利用

20世纪以来，由于人口急剧增长，而可利用的土地资源相对越来越少，因此土地利用问题逐渐引起世界各国的重视。

人口向城市集中的趋势和城市占地面积的日益扩大，引起城市用地与国民经济其他部门用地，特别是与农业用地的矛盾。

此外，由于技术进步，人类改造、利用自然环境的能力日益提高，如稍处理不当，就会出现污染环境和破坏生态平衡的问题，往往首先表现在土地利用上。

由此可见，土地合理利用，刻不容缓。

1.2机械停车库的概念

随着城市化的进程加速，日益增多的汽车带来了城市停车场不足以及由此引发的一系列问题，群殴是我们在城市中紧凑的地方内对停车空间、停车方式进行新的探索。

停车库也有地面向地下、有单层向多层发展，停车方式由坡道式向机械式发展。

机械停车库是利用机械设备提高单位面积停车数量的停车方式，他是使用机械设备作为运送或既运送且停放车辆的汽车库，分为运送器和停车位两个部分。

运送器是机械停车设备中承托和运送汽车的总称，它包括托架、托板，和台车等。

停车位是汽车为停放汽车而划位，它由车辆本身的尺寸加四周必须的距离组成。

1.3立体车库的历史以及国内外的状况、发展前景

最早的立体车库建于1918年，位于美国伊利诺斯州芝加哥市华盛顿西大街215号的一家宾馆（HotelLaSalle）的停车库，该车库于2005年被推倒，在该原址上，后来兴建了一座49层的公寓大楼。

车辆无处停放的问题是城市的社会、经济、交通发展到一定程度产生的结果，立体停车设备的发展在国外，尤其在日本已有近30~40年的历史，无论在技术上还是在经验上均已获得了成功。

我国也于90年代初开始研究开发机械立体停车设备，距今已有近二十年的历程。

由于很多新建小区内住户与车位的配比为1:

1，为了解决停车位占地面积与住户商用面积的矛盾，机械式立体停车设备以其平均单车占地面积小的独特特性，已被广大用户接受。

随着人类社会的不断进步和科学技术的不断发展，人类的生产、生活方式日渐趋于集中，城市规模越来越大，而城市中的人均生存空间变得越来越小，于是充分利用城市空间的理念并应用到城市发展的一些领域，如立体建筑、立体交通、立体仓库、立体停车库等。

除出租车外，一般情况下机动车10%～20%的时间在路行驶，80%～90%的时间停着，这就需要提供大量的空间给机动车停放，停车难往往会成为城市交通的主要负担。

因此，“停”的问题在整个交通过程中的地位不容忽视。

尤其在市中心，商业、餐饮等繁华地段，人口密度大，车辆多，空地少；高楼密集的住宅小区更是“车满为患”，引发了令人担忧的机动车辆挤占公用道路和绿化场地、占据生活空间。

轿车不断增加，城市停车难问题日益突出，不仅影响城市交通畅通和城市景观，而且破坏城市绿化美化。

汽车数量的增长与停车位短缺的矛盾日益突出，停车难的问题几乎覆盖了全国大大小小的城市，产生了目前中国日益突出的停车难问题。

图表1-1停车难

图表1-2停车难

我国公路总里程达424万公里居世界第一，过30多年发展，我国公路水路交通运输网络的规模和能力迅速扩大，结构不断优化，服务水平不断提升，已经建立了较为完善的公路水路运输系统。

目前，我国高速公路覆盖了全国90%以上的中等城市，普通干线公路基本实现了对县级及以上行政区的连接和覆盖，农村公路通达几乎所有的乡镇和建制村。

我国公路总里程、港口吞吐能力、内河通航里程、全社会完成的公路客货运量、水路货运量和周转量等多项指标均居世界第一。

我国汽车保有量不断增加，但车库总量却与之不符，特别在中大型城市的繁华路段，“车之困难，可谓难于上青天”。

在城市市区各大小区、商场、医院、车站等地体现最为突出，停车场的发展远远滞后于实际需要，停车位的供需矛盾越来越突出。

长期以来被忽视的静态交通建设，由于停车场、泊车位的严重不足，更加会面临前所未有的压力。

其中采用立体停车库就是充分利用停车空间和缓解停车空间不足的行之有效方法。

由平面停车场发展到立体停车库，使得在同样占地面积的情况下能停纳更多的车，在城市中立体停车库具有较强的实用性，也十分适合城市建筑环境。

与此同时，汽车数量的增长将带来巨大的停车市场。

在一些发达国家和地区，立体停车库早已成为当地最有效地解决停车问题的主要方式。

立体车库本身存在着许多的优点：

1：

主要是节省占地的面积，使土地得到最大的利用化

2：

全系统管理，节约停车时间

3：

只能管理停位置，有防盗作用

立体车库目前在国外已经得到了很多的发展，在经验技术方面都有很大的成功。

而我国的立体车库，主要还是引进外国技术为主，已经慢慢的得到了发展，对于人们的出行带来很大的方便，慢慢得到大家的肯定，已被广大用户接受。

1.4立体车库的类型和特征

在国家质量监督检验检疫总局颁布的《特种设备目录》中，将立体车库分为九大类，具体是：

升降横移类、简易升降类、垂直循环类、水平循环类、多层循环类、平面移动类、巷道堆垛类、垂直升降类和汽车专用升降机。

升降横移类、平面移动类、巷道堆垛类、垂直升降类，这4种类型的车库都是最典型的、市场上最多采用的、市场占有率最高的、最适合大型化发展的。

如下：

1.升降横移式

升降横移式立体停车库由于适应性强而备受青睐，该类车库每个车位均有载车板，所需存取车辆的载车板通过升、降、横移运动到达地面层，驾驶员进入车库，存取车辆，完成存取过程。

整机特点：

有效利用空间，提高空间利用率达数倍，取车快捷便利，独特跨梁设计，车辆出入无障碍，采用PLC控制，自动化，环保节能，低噪音，人机界面操作方式可选配，操作简便。

图1-3升降横移车库

2.垂直循环式

　垂直循环式立体车库它是通过传动机械，驱使以垂直方式排列的各置车板作连续环形运动。

车辆出入口位于设备最下面的称为下出入口式；位于中间部分的称为中出入口式；位于最上面的称为上出入口式。

可为封闭式高塔或敞开式低塔。

整机特点：

省地：

在58㎡的地方建起大型垂直循环类机械停车库，可容纳34辆轿车或24辆面包车，方便：

用PLC自动调车，一次按键即可完成存取车。

迅速：

调车时间短，取车快速。

灵活：

可设置在地面上或半地上半地下，可独立或附设在建筑物内，还可多台组合。

经济：

可省去购置土地的大量费用，有利于合理规划和优化设计。

省电：

一般不需要强制通风，无大面积照明，耗电量仅为普通地下车库的35%。

图1-4垂直循环式车库

3.简易升降式

原理：

停车位分为上、下两层或两层以上，借助升降机或俯仰是汽车存入或取出。

车位只做升降运动，不作横移运动。

仰卧式和简易升降地上二层式停车设备无下车板，如要存取车位上的车辆，需将下车位的车辆移开。

整机特点：

一个车位泊两台车。

（最适宜多车型家庭用），造简单实用，无需特殊地面基础要求，装置于工厂、别墅停车场。

可任意迁移，搬迁安装容易或根据地面情况，独立及多台设备，有专用锁匙开关，防止外人开动设备，板防下滑保险装置。

图1-5简易升降式车库

4垂直升降式

垂直升降式车库用提升机构将车辆或载车板升降到指定层，然后用安装在提升机构上的横移机构将车辆或载车板送入存车位；或是相反，通过横移机构将指定车位上的车辆或载车板送入提升机构，提升机构降到车辆的出入口处，打开车库门，驾驶员将车辆开走。

图1-6垂直升降式车库

整机特点：

占地少，容车量大，高层设计最高能够达到平均一辆车仅占一平方米的空间，同时提供多车位进出口，等待时间短，能化程度高，可预约存取车及空车位导向。

5巷道堆垛式

运行原理：

采用以巷道堆垛机或桥式起重机将进到搬运器的车辆水平且垂直移动到存车位,并用存取机构存取车辆。

整机特点：

1-7巷道堆垛式车库

可设置于地上或地下，充分利用有效空间。

载车板的升降和行走同时运行，存取车方便快捷。

全封闭式管理，安全可靠，保障人、车安全。

通过升降机、行走台车及横移装置输送载车板实现存取车操作，整个过程全自动完成。

固定式升降机+各层行走台车的配置形式，可实现多个人同时存取车。

6电梯式

运行原理：

汽车专用升降机是专用于汽车升降的专用设备，可采用机械或液压两种方式提升车辆，该设备运行平稳能耗小，安全可靠，用于停车场配套建设。

根据驱动方式不同可分为卷扬式、曳引式及液压式三种。

特点：

机械室区隔设置、清除升降路内操作之噪音；下降时无需驱动油压，节省能源；采用无段变速设计，升降中平稳安全；车台结构才悬背式设计，节省升降之面积；外接遥控专职，在车内即可全自动操作；原装进口滑升门或特制不锈钢门，美观快速；断链防止下坠之节速器，安全可靠；LC控制回路，维修快速，性能稳当；电梯式手动操作面板，美观耐用。

图1-8电梯式停车库

1.5电梯式立式停车库的设计概要

电梯升降式停车库的存取方式有以下几种：

左右两侧存取方式、扇形存取方式、圆周存取方式等。

左右两侧存取方式就是电梯井道在中间，停车位在井道左右两侧，每一层有两个停车位，升降电梯升降到停车层后，横移装置可以左右存取车，存取机构简单，但是存放的车辆较少。

扇形存取方式就是停车位依电梯井道为中心作扇形分布，升降电梯升降到停车层后，横移机构按扇形存取车辆，这样就增加了停车位，但存取机构复杂。

圆周存取方式就是停车位以电梯井道为中心作圆周分布，每一层的停车位最多，车库面积较小。

本设计选用圆周存取方式。

1.6环形电梯式停车库的设计参数

该车库用在大型公共区域，要求面积小，外形美观。

根据停车类型，停车厂设计标准有关规定和实际使用性，选用如下实际参数

环形电梯式停车库

适停车辆

轿车，微型车

总停车位

46位

每层停车位

4位

最大容车尺寸

5.30m（长）×2.60m（宽）×2.2m（高）

最大容车重量

2500kg

车库标准层高

2.2m（第一层3.15m）

车库占地面积

125

电源

交流380V，50HZ

功率

≤22KW

电梯升降速度

45m/min

叉梳横移速度

11m/min

转台旋转速度

6r/min

取车时间

0～100s

存车时间.

0～100s

车辆交换方式

横移叉梳

车辆提升方式

电梯垂直升降

车辆选位方式

转盘旋转

存取车辆方向

始终向前

出入口数量

2个

控制方式

PLC控制

消防设备

灭火

主构架

钢结构

表1-1车库设计参数

第2章电梯式立体车库的结构设计

2.1电梯立体车库的工作过程

车辆的进出采用了智能运送的方式。

全封闭式的运作，司机只是需要将车驶入停车库的入口即可存车，车辆的运送由电梯立体车库控制系统控制。

存取车辆均向前开，无需倒车、掉头，这样可以保证车辆的安全度

当司机要停车的时候，司机在车库入口处取卡或者读卡，管理系统根据卡号确定存车的位置。

电梯立体车库入口处安装有导向设备，引导司机准确停车。

车辆停在车库进口后司机便可离去。

立体车库的存车过程如下：

1，司机在入口处取卡或读卡；2，汽车驶入汽车的托盘；3，司机离开，车库门关闭；4，根据目标车位控制旋转机构旋转；5，升降机构到位、汽车托盘到位；6，托盘平移；7，到达车位；8，托盘复位；9，升降机构复位，旋转机构复位。

当司机要取车时，司机在车库入口处读卡，管理系统根据卡号找到车位，司机乘坐电梯到达车位，然后把车从环形车口车道把车开走。

2.2电梯式立体车库与传统车库比较具有优势

占地面积方面。

电梯式立体车库比传统车库的面积更小，但能拥有更多的车位。

一句话讲，就是相同面积内，电梯式立体车库比传统车库能停更多的车。

标准的车位长为5.3米，宽为2.6米，每个车位的面积为13.78平方米。

本文设计的12层47个车位，使用面积大约为125平方米。

而传统车库则需要1703平方米，对比竟然是二十几倍之多。

由此可见，在面积上，电梯式立体车库比传统车库的优势绝对明显。

电梯式立体车库与传统车库的面积对比如下图所示：

图2-6立体车库与传统车库面积对比

2.3立体车库结构

2.3.1总体结构

本文介绍的立体车库采用独立模块化结构设计，可根据实际车位需求情况增加或减少层数，达到不同车位需求的要求。

该立体车库有12层46个车位，下部驶入式，下部驶出式，一个进车口，一个出车口。

第一层固定分布有一个进车口和一个出车口，两个停车位；进、出车口的分工使用，加上使用全系统自动的程序，大大的减少存、取车任务量，完全能够整体提高立体车库的工作效率。

车库从第二层开始，每层有4个停车位。

机械运动部分包括升降机、旋转盘、平移机构。

立体车库的车位分布为正方形排列，平面分布如图2-1所示。

四个车位的分布为前后左右，中间包围的正方形作为首次停车、升降空间，每个车位的夹角为90度。

图2-1立体车库平面分布示意图

2.4电梯立体车库的运动机构

2.4.1升降机

立体车库的提升机构通过垂直上下运行执行存车和取车任务，考虑到存取车过程对提升机构的精度要求较高，采用成熟的升降机提升装置，使用曳引驱动方式。

曳引机的性能直接决定了提升系统的启动、制动减速度和平层精度，为此我们选用现在普遍使用的变频变压调速（VVVFVariableVariableFrequency）电动机。

图2-2升降机示意图

2.4.2旋转机构

旋转机构采用电动机驱动，减速及传装置为减速箱和齿圈。

旋转机构包括托板、旋转台、轨道、电动机、减速器。

旋转台能够根据实际需要顺时针或逆时针旋转。

旋转机构如图2-2所示。

图2-3旋转机构平面图

2.4.3横移叉梳

横移叉梳装置主要的结构是托板。

托板的功能是将汽车停放到指定车位和从指定车位中取出汽车。

托板安装在旋转机构上，通过平移来存取车辆。

2.4.4旋转电动机的选择

电动机容量大小的选择是否合适，对于电动机的正常工作和经济性都有直接关系。

当电动机容量过小的时候，电动机无法正常使用或长期过载工作，电动机容易损坏；当电动机容量过大的时候，能量不能充分使用，不能满载工作则会造成能量的浪费。

电动机容量主要由电动机运行时发热条件而定，而发热又与其工作有关，本设计适用于间歇性运作的情况下

根据如下公式，选择电动机的功率：

其中:

P—为选择功率；

N—为电机转速，根据设计参数取6r/min；

—为总效率，

，

是圆锥齿轮传动效率，一般为0.94～0.97，

是摩擦传动效率，一般取0.85～0.92.

T—为转动力矩，T=Nμr=2500×9.8×0.5×2.34=28665

代入公式可得：

选用型号Y180L-4的电动机，具体参数为，功率22KW，电压380V，转速1470R/min,如下图：

图2-4Y180L4-6电动机

2.4.5减速器的结构设计

由于电机的转速较高扭矩较低，无法直接驱动执行设备，必须使用减速器来传递动力。

本文设计减速器，主要由一对涡轮蜗杆和一对圆柱齿轮组成。

减速器结构示意图如下所示：

图2-5减速器结构示意图

2.4.6减速器中的圆柱齿轮传动计算

传动方案中电机的转速为1470r/min,传递至减速机（经过圆柱齿轮，再经过蜗轮蜗杆传出），传递至旋转平台为6r/min。

传动比分配：

设计圆柱齿轮传动比i=5，齿轮输出转速为294r/min。

设计参数如下：

P=22KW，i齿轮=5，输入转速n1=1470r/min,齿轮输出转速n2=294r/min

（1）选择齿轮材料并确定许用应力

1）选用材料：

小齿轮：

45钢，调质，HBW=220～250，

大齿轮：

45钢，正火，HBW=170～200。

2）确定齿面接触疲劳极限：

按齿面硬度的中间值，查得

σHlim1=570MPa、σHlim2=460MPa

3）确定最小安全系数：

根据通用齿轮和一般工业齿轮，按一般可靠要求查得安全系数SHmin=1.0

4）计算许用应力【σH】：

由式得

【σH1】=σHlim1/SHmin=570MPa

【σH1】=σHlim2/SHmin=460MPa

（2）按齿面接触疲劳强度设计计算

1）计算小齿轮传递的转矩T1=9549P/n1=9549×22/1470=142.91N·m

2）选定载荷系数KA：

因载荷平稳，齿轮相对轴承对称布置，查得KA=1.2

3）选择齿宽系数

：

取

4）计算小齿轮分度圆直径d1

取d1=75mm

5）计算齿轮的模数m

a=m（Z1+Z2）/2=d1（1+i）/2={75（1+5）/2}mm=225mm

对于一般机械中的齿轮，按经验公式来确定

m=（0.007～0.02）a=1.575～4.5

按表取标准值m=3mm

确定齿数Z1和Z2

Z1=d1/m=75/3=25

Z2=iZ1=25×5=125

（3）计算齿轮参数及主要尺寸

分度圆直径：

d1=mZ1=75mm

d2=mZ2=375mm

齿顶圆直径：

da1=d1+2m=81mm

da2=d2+2m=131mm

齿根圆直径：

df1=d1-2h1=73mm

df2=d2-2h2=123mm

齿顶高：

h=h1×m=3mm

齿根高：

hf=m（h1+c*）=3.75mm

齿高：

h=2m+c*=6.2mm

齿厚：

s=p/2=4.71mm

齿槽宽：

e=p/2=4.71mm

齿距：

p=πm=9.42mm

齿宽：

b1=Ψd×d1=67.5mm

b2=b1+（5～10）=72.5～77.5mm,取75mm

（4）校核齿根抗弯疲劳强度

1）确定许用弯曲应力{σF}，查看图表得齿轮的抗弯疲劳极限为

σFlim1=460MPa，σFlim2=360MPa

查看图表得抗弯疲劳强度的最小安全系数SFmin=1.0

计算齿根的许用弯曲应力为

{σF1}=σFlim1/SFmin=460MPa

{σF2}=σFlim2/SFmin=360MPa

2）计算齿轮的齿根弯曲应力，查看图表得复合齿形系数

YFS1=4.12YFS2=4.03

σF2=σF1×YFS2/YFS1=93.04×4.03/4.12=91MPa<{σF2}

抗弯强度足够。

（5）确定齿轮精度

1）计算齿轮圆周速度V

V=π×d1×n1/（60×1000）=3.14×75×1470/60000=5.76975m/s

2）确定齿轮精度，查看图表选用8级精度

（6）齿轮结构设计

小齿轮采用齿轮轴结构，大齿轮采用锻造毛坯的腹板式结构

大齿轮有关尺寸：

轴孔直径：

d=40mm

轮毂直径：

D1=1.6d=64mm

轮毂长度：

L=b2=75mm

轮缘厚度：

δ0=（3～4）m=（3～4）×3=9～12mm，取10mm

轮缘内径：

D2=d×a2-2h-2δ0=131-6.2×2-10×2=98.6mm

腹板厚度：

c=0.3b2=75×0.3=22.5mm

腹板中心孔直径：

D0=0.5（D2+D1）=0.5（98.6+64）=81.3mm

腹板孔直径：

d0=0.25（D2-D1）=0.25（98.6-64）=8.65mm

齿轮倒角：

n=0.5m=0.5×3=1.5mm

第3章环形电梯式立体车库的控制系统分析

3.1立体车库的主控单元

车库主控单元采用PLC（ProgrammableLogicController）控制，PLC、是一种数字式的电子装置，它使用可编程序的存储器以及存储指令，能够完成逻辑、顺序、定时、计数及算术运算等功能，并通过数字或模拟的输入、输出接口控制各种机械或生产过程。

可编程控制器的特点：

1.功能齐全：

PLC的基本功能包括开关量输入/输出，模拟量输入/输出，内部中间继电器，延时ON/OFF继电器，锁存继电器，主控继电器，计时器，计数器，移位寄存器，四则运算，比较，二—十进制转换，鼓形控制器，跳转和强制I/0等。

PLC的扩展功能有通信联网、成组数据传送、矩形运算、PID闭环回路控制、排序查表功能、中断控制及特殊功能函数运算等功能。

此外，PLC还具有自诊断、报警、监控等功能。

2.应用灵活：

其标准的积木式硬件结构，以及模块化的软件设计，使得它不仅可以适应大小不同、功能繁复的控制要求，而且可以适应各种工艺流程变更较多的场合。

PLC的安装和现场的接线简单，可以按积木方式扩充和删除其系统规模。

由于它的逻辑、控制功能是通过软件完成的，因此允许设计人员在没有购买硬件设备前就进行“软接线”的工作，从而缩短了整个设计、生产、调试周期，研制经费相对来说也少了。

3.操作方便，维修容易：

PLC采用电气操作人员习惯的梯形图形式编程与功能助记符编程，使用户十分方便的读懂程序和编写、修改程序，对于使用者来说，几乎不需要专门的计算机知识。

工程师编好的程序十分清晰直观，只要写好操作说明书，操作人员经短期的培训，就可以使用PLC。

另外PLC带有完善的监视和诊断功能

。

PLC对于其内部工作状态、通信状态、I/O点状态和异常状态等均有醒目的显示。

因此，操作人员、维修人员可以及时准确地了解机器故障点，利用替代模