横移车库单电机驱动设计.docx

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横移车库单电机驱动设计

学号：

毕业设计说明书

GRADUATEDESIGN

设计题目：

横移车库单电机驱动设计

学生姓名：

专业班级：

学院：

指导教师：

2017年6月9日

摘要

机械车库，全称为机械式立体停车库，通常又被称为立体车库，是一种可以有效节省土地资源、操作简便的停车设备。

目前已知的世界上最早的机械车库建于1918年，位于美国芝加哥的一家宾馆内，然而真正将其不断研究发展的却是日本。

众所周知，由于土地较为稀少，日本的城市拥挤程度堪称世界之最，而其工业化发展却十分迅猛，几乎每户人家都拥有汽车，于是乎，车辆无处停放的问题就成了其经济、交通发展到一定程度而产生的必然结果。

为了解决停车难的问题，日本自从上世纪70年代起就大力推广使用机械车库，无论是在技术上和经验上都取得了成功。

而在随后的几十年里，韩国、新加坡、台湾、香港等地狭人稠的地区也纷纷效仿，着手研究发展机械车库，并将其列为了建筑配套的必要设施。

我国的机械车库研究起步较晚，从上世纪90年代才刚刚开始，但由于汽车保有量的逐年猛增，城市停车难的问题日益明显，最近几年里，机械车库市场发展迅速，上海、北京、广州等一线城市均广泛使用，市场规模已达到约每年40亿元左右。

关键词立体车库；电气控制；机械加工；

Abstract

Mechanicalgarage,calledmechanicalparkinggarage,isusuallycalled"three-dimensionalgarage".Itisakindofparkingequipmentwhichcaneffectivelysavelandresourcesandoperateconveniently.Theearliestknownmechanicalgarageintheworld,builtin1918,islocatedinahotelinChicago,butitisJapanthatcontinuestodevelopit.Aseveryoneknows,becausethelandisscarce,theJapanesecitycongestionlevelofmostoftheworld,anditsindustrialdevelopmentisveryrapid,almosteveryhouseholdhasacar,asaresult,theinevitableresultofnovehicleparkingproblemhasbecomethedevelopmentoftheeconomy,toacertainextentcausedbytraffic.Inordertosolvetheproblemofdifficultparking,Japanhasvigorouslypromotedtheuseofmechanicalgaragessincethe70soflastcentury,andhassucceededbothtechnicallyandempirically.Inthefollowingdecades,narrowareassuchasKorea,Singapore,TaiwanandHongkongfollowedsuit.Theybegantostudythedevelopmentofmechanicalgarages,andlistedthemasnecessaryfacilitiesforconstruction.

Keywordsstereoscopicgarage;electricalcontrol;machining;

第1章绪论

本设计是为适应因现代化进程引起的“停车难”问题设计的一种新型立体车库，本设计是2层升降横移式自动化立体车库，是一中小型车库。

该车库结构主要由钢丝绳及滑轮组机构、载车板、升降机构、横移入库机构以及库架等部分组成。

其工作原理为：

设备的地面层留有一个空车位，地面层只做横移运动，地上一层只做升降运动。

运行时，地面层可直接存取车辆；地上一层存取车，需通过地面层相对应的载车托板横移让出空车位后，下降到达地面层实现。

入库时，车辆由地面直接开入车库。

1.1立体车库的概述

1.1.1立体车库的现状

随着我国经济的飞速发展、汽车拥有率的迅速上升，城市停车难问题不断恶化，而作为解决城市停车难的有效措施——立体车库，以其占地面积少、停车率高、布置灵活等优点，越来越受到人们的青睐。

智能立化体车库以其操作方便、安全可靠、高效低耗等优点，正受到在国内外的关注。

机械式立体停车设备顺应市场经济的发展，在市场需求的迫切影响下应运而生了，这一新生型设备一改传统的停车场单层平面停放方法，向空中或地下发展，这在用地紧张，车多位少的状况下，将车辆多层存放。

在日本等国土面积小，汽车数量众多的国家，立体停车设备已经占据了70％的绝对优势地位，但在我国，目前机械式车位所占的比例仅为2％至3％，有关专家预测，立体停车设备将会成为未来中国停车场的主流。

专家指出，其实自助式停车场每平方米造价达2000元，一部车位建筑面积约为35平方米－50平方米，因此一个车位的造价约需数万元。

但如果把自助停车位的空间充分利用，可以建造2—3层的立体停车位，这样一来，每个停车位的造价将大大缩减，不仅可以减少成本，而车位却可以翻一翻。

从长远看，无论是投资还是经营，立体停车场都有着广阔的市场前景。

　　同时机械式立体停车设备还有更为明显的优势特点：

一是占地面积约为平面停车场的1／2－1／25，空间利用率大大提高；二是投资金额不高，每个车位投资约3万－12万元；三是存取快捷，一般一次存取车时间不超过120秒。

由于看好停车经济所蕴藏的市场商机，国内一些商家已开始抢滩。

尤其是在一些商业旺地，开始规划建设大型立体停车场，以留住这些商业区的人气和商气。

在全国，有关停车场技术与设备的研究与产业开发已初露端倪。

本文主要以升降横移式智能立体车库为研究对象，对其进行控制系统研究与设计。

1.1.2立体车库的类型

目前，立体车库主要有以下四种形式:

升降横移式、巷道堆垛式、垂直提升式和垂直循环式。

如图1.1所示，升降横移式立休车，采用模块化设计，每单元可设计成两层、三层、四层、五层、半地下等多种形式，车位数从几个到上百个。

此立体车库可以在地面及地下停车场使用，也可设计成半地下形式，使用形式与配置灵活，造价较低。

该类的主要特点在于:

a.节省占地，配置灵活，建设周期短。

b价格低，消防、外装修、上建地基等投资少。

c.可采用自动控制，构造简单，安全可靠。

d存取车迅速，等候时间短。

e.运行平稳，工作噪声低。

f.适用于商业、机关、住宅小区配套停车场的使用。

1.1.3立体车库的优点

1.节省占地面积，充分利用空间。

一般情况下，机械式立体停车库的占地面积约为平面停车场的1／2-1／25,空间利用率比建筑自走式停车库提高75％以上。

传统停车场停50辆车需要空间1650平方米，而采用塔式立体停车只需50平方米，也就是说，可以达到每1平方米即停放一辆小车。

2.相对造价低。

机械式停车设备每个泊位投资约2万-8万元，而建筑自走式停车库每个泊位的造价约为15万元以上。

据一份资料显示，同样是停50辆车，传统的停车场需1650平方米的空间，造价约750万元，而采用塔式立体停车库却只需50平方米，其造价只需400万元（含20万元土建费），可节约47％的投资。

3.使用方便、操作简单、安全可靠、存取快捷。

一般一次存（取）车时间不超过120秒。

此外，由于存取车、收费等实现全自动化，因而汽车进入车库后的所有过程均由电脑控制，可减少废气排放，有利环保。

 4.便于实现城市停车库一卡通管理。

以上海为例，现在每年都会新建大量地铁站，而在其附近往往也会建造一些停车场，并可以使用公交一卡通享受“停车+轨道交通”的换乘优惠，这是目前政府大力推广的“P+R”模式，通过建造自动化程度较高的机械车库，将大大方便停车管理，甚至可以做到无人值守。

5.提升建筑智能化程度及档次。

在房地产进入品牌化竞争的同时，采用机械立体停车方式，不仅可以提高整个小区、主体建筑的智能化程度和楼盘档次，而且可以吸引更多的消费群。

成为楼盘的一个卖点。

机械停车库所产生的社会效益及经济效益均高于其他方式停车库，尤其是特大城市繁华商业用地，意义更为显著。

适用范围

机械车库可以较彻底地解决城市繁华路段用地紧缺、停车难问题，代表着缓解商业繁华路段停车难的发展方向，从目前来看，医院、学校、交通枢纽、政府机关等大型市政项目上运用较多，而实际上随着技术的不断发展，其适用范围也已扩大到住宅小区、商务办公楼、酒店等各类业主自建项目，可以说，只要有建筑的地方，都适用机械式立体停车库。

1.2升降横移式立体车库概述

1.2.1升降横移的功用与结构特性

停车位为两层或多层，有若干层的同层置车板可左右横向移位，通过升降机构改变置车板的高度。

可为地上式或带地坑式。

特点：

有效利用空间，提高空间利用率达数倍。

存取车快捷便利，独特跨梁设计，车辆出入无障碍。

采用PLC控制，自动化程度高。

环保节能，低噪音。

人机界面好，多种操作方式可选配，操作简便。

韩国和德国公司的这类产品比较多，二层升降横移式立体车库特别适应于原有地库自走式停车场的改造工程。

多层升降横移式主要适应于高度不受限制的平面自走式停车场的改造，结构简单且都已模块化。

由于机械车库类型较多，以下仅介绍其中较有代表性的“升降横移式车库”组成：

1.通行架：

其可允许车辆正常通行；

2.固设于通行架上的车库群：

其为多层结构，每层至少包括有两个或两个以上可存放车辆的单元车库；

3.纵向升降机：

其设于车库群及通行架中；

4.横向移动架：

其可在升降机与单元车库之间移动；

5.推举式交换装置：

其可将横向移动架上的车辆放置于单元车库上或可将单元车库上的车辆取回于横向移动架上；

6.控制系统PLC：

其控制存放或取出车辆。

1.2.2升降横移的工作原理

升降横移类停车设备，通过载车板升降或横移来存取车辆。

载车板在地面层可左右横移，顶层可上下升降，中间层既可横移又可升降，根据场地规划及客户需要可建2—5层。

据统计这种设备在2003年占新建立体车库总量的81％，是目前国内应用率最高的停车设备。

循环类停车设备，有垂直循环、多层循环、水平循环等多种形式，载车板可在多个层面作循环移动（可顺时针或逆时针），当指定载车板（车辆）移至车库出、入口时，即可进行存取车操作。

1.3论文主要内容

建设机械式车库首先应在设计和选择库型时考虑以下因素：

停车库的库容量、停放车辆的规格、停车库的存（取）车时间、停车库所服务的区域半径、停车场地与停车方式、停车时间与空间分析、服务对象小时系数、服务对象的特征、车位周转率、管理与收费方式。

只有在分析以上因素的基础上，才能正确选择采用何种类型的设备，并做出结合实际情况的选型设计。

一般情况下，不同类型的机械式停车设备都有其独特的优点，只有正确选用，才能充分发挥停车设备的作用。

下面逐一分析各种类型车库的特点。

升降横移类：

有二层的、多层的、有四柱结构的，有后悬臂结构的、有链条提升的、有钢丝绳提升的等等。

这种设备的最大特点是对场地的适应性较强，可建在地上、亦可建在地下，规模可大可小，可以有几个十几个车位，也可建成几百上千个车位的。

该设备简单、可靠，使用方便、价格较低。

目前在市场上应用广泛，使用率在80%以上。

本论文的主要是以升降横移类立体车库的横移方向进行设计，设计出单电机驱动的横移方向车库。

1.降低成本。

横移车库单电驱动装置比多电动机驱动减少了电动机的使用数量降低了生产制造的成本。

2.便于生产制造。

横移车库单电机驱动比多电动机更加便于生产。

3.便于工程安装。

横移车库单电机因电动机在外部所以比多电动机安装简便。

1.4本章小结

本章主要介绍了立体车库的概述、立体车库的现状、立体车库的类型、立体车库的优点、升降横移式立体车库概述、升降横移的功用与结构特性、升降横移的工作原理，最后说明本篇论文主要论述的方向和问题。

第2章横移车库零件选取与零件图审阅

2.1零件组成

普通齿轮、锥形齿轮、电动机、轮架、底轮、轴、键、载车板、大梁板、齿轮连杆、齿轮架等零件组成横移车库单电机驱动设计。

2.2零件图审阅

1、变速直齿轮

通过“旋转”、“拉伸”、“阵列”、“拉伸孔”、“镜像”等指令完成草绘图和整体效果图如图

图2-1变速直齿轮

2、锥形齿轮

通过“草绘”、“旋转”、“拉伸”、“阵列”等指令完成草绘图和整体效果图如图所示

图2-2锥心齿轮

3、电动机

通过“草绘”、“旋转”、“拉伸”、“阵列”等指令完成草绘图和效果图如图所示。

图2-3电动机

4、底轮

通过“草绘”、“拉伸”、“旋转”等指令完成草绘图和效果图如图所示。

图2-4底轮

5、轴

通过“草绘”、“拉伸”、“镜像”等指令完成草绘图和实际效果图，如图所示。

图2-5轴

6、键

通过“草绘”、“拉伸”等指令完成键的草绘图和实际效果图，如图所示。

图2-6键

7、销轴

通过“草绘”、“拉伸”等指令完成销轴的草绘图和实际效果图，如图所示。

图2-7销轴

8、轮架

通过“草绘”、“旋转”、“倒圆角”、“倒角”、“拉伸”等指令完成车轮的草绘图和实际效果图，如图所示。

图2-8轮架

9、地坑载车板

通过“拉伸”、“阵列”、“拉伸孔”、“镜像”等指令完成草绘图和整体效果图如图

图2-9地坑载车板

10、大梁板

通过“草绘”、“拉伸”、“阵列”等指令完成草绘图和整体效果图如图所示

图2-10大梁板

11、普通载车板

通过“草绘”、“拉伸”、“阵列”等指令完成草绘图和效果图如图所示。

图2-11普通载车板

12、后载车板

通过“草绘”、“拉伸”、“镜像”等指令完成草绘图和效果图如图所示。

图2-12后载车板

13、齿轮连杆

通过“草绘”、“拉伸”、“镜像”等指令完成草绘图和实际效果图，如图所示。

图2-13齿轮连杆

14、外齿轮架

通过“草绘”、“拉伸”、“阵列”、“镜像”等指令完成键的草绘图和实际效果图，如图所示。

图2-14外齿轮架

15、内齿轮架

通过“草绘”、“拉伸”等指令完成销轴的草绘图和实际效果图，如图所示。

图2-15内齿轮架

2.3本章小结

本章说明了为何要选取横移车库单电机驱动作为论文的研究对象。

同时附上所选零件的Pro/E图纸。

介绍零件各部分的组成以及零件图审阅的注意事项。

第3章横移车库单电机驱动设计的装配

3.1分装配部件

图3-1齿轮架装配图

滑体齿轮的装配是先装配小齿轮组，装配小齿轮组之后，再装配滑动连杆齿轮，装配外齿轮架，小锥形齿轮，装配大齿轮，最后装配，内齿轮架。

图3-2底轮装配图

滚动底轮的装配是先装配滚动架，装配滚动轮，最后插上滚动轴，完成装配。

图3-3滚动轴图

滚动轴的装配是先装配滚动轴，装配滚动轮，最后插上滚动架，完成装配。

3.2总装配过程

（1）单击窗口上部工具栏中的“创建新对象”按钮，打开“新建”对话框，确认“类型”选项为“组件”，“子类型”选项为“设计”，在“名称”文本框里输入“chasuqi”将其作为组件名，不要勾选“使用缺省模板”选项，然后单击

按钮系统会自动打开“新文件选项”对话框。

图3-4设置模板图

（2）选取“新文件选项”对话框中的“mmns-asm-design”选项，然后单击按钮，系统会自动进入装配环境界面。

（3）单击窗口右侧快捷工具栏中的“将元件添加到组件”按钮，系统会自动打开如图所示的“打开”对话框。

图3-5导入导轨图

（4）选择对话框里的“daogui.prt”文件然后单击底部的按钮，系统会自动打开如图所示的“放置”操控版，绘图区会显示出待装配的零件模型。

图3-6装配参照图

（5）单击操控版中的“自动”列表框右边的按钮，在弹出的下拉列表里选择“缺省”选项。

（6）单击操控版中的“应用并保存”按钮，绘图区会显示完成约束设置后的导轨零件，效果图如图所示

（1）单击窗口右侧快捷工具栏中的“将元件添加到组件”按钮，系统会自动弹出“打开”对话框。

（2）选择对话框里的“tuopanzhuangpei.prt”文件然后单击底部的按钮，系统会自动打开“放置”操控版，同时绘图区会显示选定的零件模型。

效果图如图

图3-7一位托板装配图

（3）单击操作板中“放置”按钮，打开“放置”上滑面板，如图。

图3-8防止面板图

（4）在装配操板的“约束类型”下拉列表中选取“对齐”选项，然后分别选取轴的FRONT面与组件的TOP面对齐，角度偏移为180°如图所示。

图3-9装配约束图

（5）选取完后，在模型上有匹配预览，如果方向不对，可以单击“反向”按钮。

（6）单击装配操控板上的“放置”按钮，打开“放置”上滑面板，单击“新建约束”按钮，在“约束类型”下拉列表中选择“对齐”选项，然后分别选取轴心线和基准轴对齐重合。

（7）单击转配操作板中的“完成”

按钮，完成两个零件的装配。

完成的装配图如图所示。

图3-10一托盘装配图

（1）单击特征工具栏中的“装配”按钮，此时系统能够自动弹出“打开”对话框，在该对话框中选择装配装配体零件文件“tuopanzhuangpei.prt”，单击“打开”按钮。

如图所示。

图3-11二托盘装配图

装配为下面三者状态的结构

图3-12三空位装配图

图3-13二空位装配图

图3-14一空位装配图

3.3结语

在Proe/E环境中，建立托盘零件的三维实体模型后。

和定义各零部件的装配配合关系，然后建立横移托盘总成的三维实体模型。

将虚拟装配技术引入横移托盘结构设计中，有助于发现并在设计阶段及时解决零部件干涉等结构设计问题，缩短了横移托盘产品的研发周期，加快了汽车产品对不断变化的客户需求进行及时响应的速度，降低了设计成本，提高了设计质量。

3.4本章小结

本章从横移车库单电机驱动设计装配角度进行了系统性的论述。

先说明部分零件装配的相关技术要求，其后依次说明零件内容的选择、装配过程分类、如何确定装配方法和装配方案，还说明了本次所涉及到的横移车库单电机驱动设计装配。

最后论述如何怎样才能让设计有一种直观的表示方法。

下一章开始进行横移车库单电机驱动设计电路设计的讲解。

第4章横移车库单电机驱动电路设计

4.1驱动电路原理

电气控制的组成如图：

图4-1横移车库电路图

SB1为1车位空位按钮

SB2为2车位空位按钮

SB3为3车位空位按钮

M为三相异步电动机

FU为熔断器

FR为热继电器

UVW为三相电源，N为零线

YA1为左托盘向左移动电磁铁

YA2为左托盘向右移动电磁铁

YA3为右托盘向左移动电磁铁

YA4为右托盘向右移动电磁铁

KM1为1空位电动机接触器

KM2为左托盘电磁铁接触器

KM3为2空位电动机接触器

KM4为中托盘电磁铁接触器

KM5为3空位电动机接触器

KM6为右托盘电磁铁接触器

SQ1为左托盘左限位

SQ2为左托盘右限位

SQ3为右托盘左限位

SQ4为右托盘右限位

SQ5为左托盘左极限

SQ6为左托盘右极限

SQ7为右托盘左极限

SQ8为右托盘右极限

4.2电气控制的特点

该设备为双层车库，适用于小轿车存放，主要解决增加车辆泊位和自动存取车辆问题。

系统工作如图示，车辆泊位数三个（Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ）：

上层两个，下层一个（下层另有一空位作车辆存/取调整位置用）。

三个泊位托板为运动部件，上层托板做上/下垂直运动，下层托板作左/右水平移动。

当泊车者插入相应泊位存/取车钥匙，车库系统自动将该泊位托板调整到进出车位；当拔出钥匙，系统自动将泊位托板恢复到原来对应位置。

结合设计要求：

1.泊车驾驶员只需用按钮操作，系统完成对应泊位托板位置调整，将托板调整到车辆进出口处，存取车完毕后，托板自动回复原位。

2.系统具有停电时状态保持功能：

当断电后恢复通电，在操作者重新启动后，系统能按停电前原动作顺序继续工作。

3.为防止超长车辆进入车库造成车辆和车库损坏，系统应具有车辆测长功能，对超长车辆能做超长报警处理。

4.上层泊位应具有防坠落保护装置。

5.具有必要的工作状态指示和提示功能。

6.具有系统故障检测和报警功能。

7.托板上下运动速度0.05m/s，左右移动速度为0.1m/s，停位精度±10mm。

 确定设计思想。

设备、名称、用途工艺过程及技术性能。

8.系统供电电源采用交流380Ⅴ三相四线制工业用电，频率50Hz，容量10Kv²A，负荷等级为二级。

9.系统存/取车过程中的泊车托板位置调整采用自动调整方式。

存/取车时只要插入和拔出相应泊位的控制钥匙，车库控制系统将自动完成托板位置调整动作。

从系统工作可靠性和可维性出发，系统中作如下考虑：

系统控制方式为顺序步进逻辑控制；运动部件定位采用行程开关；车辆测长用反射式红外光电开关；操作提示为声/光形式；系统位置调整用按钮点动（调整操作器）；上层托板防滑落用防落块保护；电网断电掉电保持继电器作状态记忆保护；系统短路及过载保护；

在软件和硬件上采用了联锁和系统故障检测手段。

10.电气传动

系统中运动部件运行速度较低，定位精度要求不高，运动部件电气传动方式为：

护杠升降采用异步电动机双向控制，无间接起动、制动和调速功能；运动由电气输出上升、下降信号驱动电磁阀线圈，控制液压动力头完成托板升降运动。

11.有关操作显示功能

考虑用户的车辆泊位固定和安全防盗问题，车辆存/取采用钥匙按钮控制方式，每把钥匙对应于每一泊位。

在存/取过程中，为使用户操作方便，系统中选用语言和光提示操作的方法，提示用户正确操作。

12.控制系统选择

分析车库系统存放的车辆价值较高，要求系统工作可靠性高，抗干扰能力强。

若考虑集中管理，最好具有与上位机通信功能。

此外，车库对控制器的控制速度要求很低。

综合上述要求和特点，对照各种控制系统表，选择小型可编程控制器作为车库的系统控制器。

可编程控制器具有软、硬件开发工作量小，输出带载能力强，工作可靠性高等特点，适合做机电一体化的控制器。

4.3电气元件选择及符号

图4-3接触器图4-4电磁铁

图4-2熔断器图4-5行程开关（常闭触点）

图4-6热继电器图4-7电动机

4.4电气原件的位置控制

电器是接通和断开电路或调节、控制和保护电路及电气设备用的电工器具。

完成由控制电器组成的自动控制系统，称为继电器—接触器控制系统，简称电器控制系统。

电器的用途广泛，功能多样，种类繁多，结构各异。

4.5本章小结

本章依照逐步推进的原则，分步介绍机械立体车库的组成及原理、机械立体车库特性，加工中遇到的难点与相应的解决办法。

机械传动系统主要功用是传递原动机的功率，变换运动的形式以实现预定的要求。

传动装置的性能、质量及设计布局的合理与否，直接影响机器的工作性能、重量、成本及运转费用，合理拟定传动方案具有十分重要的意义。

最后给出本文所述传动系统决定着升降横移式立