升降横移式立体车库设计.docx

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升降横移式立体车库设计

第1章绪论

1.1选题背景、目的及意义

近几年来，随着汽车工业和建筑业两大支柱产业的快速发展，在一些大、中城市相继出现了停车难和乱停车的现象。

在解决城市停车难的问题中，欧美国家和亚洲国家采取的措施有所不同。

但立体化停车是各个国家都积极采取的措施，尤其是全自动化的机械式立体停车库，在很多国家和地区都得到了快速的发展。

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。

机械式立体停车设备以其独特的优点，引起了各界的重视，得到了广泛的应用。

机械式立体停车库可充分利用空间，在有限场地上，最大限度停放车辆，是改善城市交通，缓解城市停车难的新途径。

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，立体机械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。

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。

随着汽车行业的蓬勃发展，汽车修理行业也迎来巨大的市场需求。

立体车库是专门实现各种车辆的自动停放及科学寄存的仓储设施。

随着城市汽车保有量的不断增加，停车难问题已经成为大中型城市的一个普遍现象。

机械式立体车库可充分利用土地资源，发挥空间优势，最大限度停放车辆，成为解决城市静态交通问题的重要途径。

升降横移式立体车库以其形式比较多，规模可大可小，对场地的适应性较强，在国内被广泛使用。

本设计研究立体车库的结构及工作原理，利用AutoCAD软件完成总体钢结构框架、横移机构、升降机构、电气系统等部分设计及校核计算，并对各部件进行选型。

1.2国内外研究现状

机械式停车设备的应用已有30多年的历史了。

发展较早、较好的有日本、韩国、德国等。

在亚洲，机械式停车设备采用较早应用较普遍的是日本、韩国和我国台湾省。

日本从事机械式立体停车库及其设备开发、制造的共有200多家，其中生产机械式立体停车设备的约100多家，比较大的公司有新明和、日精、三菱重工、大福、日成、东急、内外及昭和起重机等，产品既有出口的，也有进口的。

韩国机械式停车设备行业的发展历程比较平稳。

20世纪70年代中期为起步阶段，80年代为引进阶段，90年代为供应使用阶段。

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，己经形成了新兴的停车设备行业，步入了引进、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。

目前品种的满足率己达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。

1.3研究内容及研究方法

本设计的自动化立体车库类型为升降横移式，占地面积为100m2左右，存车台数为2辆，瞬间功率（最大）为5kW，单台平均存取时间为60s，控制方式为程序控制，结构类型为钢结构。

利用AutoCAD软件完成总体钢结构框架、横移机构、升降机构、电气系统等部分设计及校核计算，并对各部件进行选型。

1.4研究内容

（1）立体车库总体方案设计；

（2）利用AutoCAD软件完成立体车库二维总体结构设计；

（3）校核计算；

（4）设计结论分析以及撰写说明书。

1.5研究流程图

本设计的研究流程图如图1.1。

收集材料以及总体方案设计

AutoCAD二维结构设计以及校核

是否合理

结论分析

撰写说明书

NO

YES

图1.1研究流程图

第2章车库总体设计方案以及工作原理和组成

2.1全自动车库的定义与分类

　　立体停车库属于仓储设施,专门为各类车辆自动停放，科学寄存.其由钢构架、回转台（采用埋人式）、输送车或升降电梯、监控操作台及辅助设备（消防、配电、防盗机构）六大部分联合构成,目前，在国内一些经济较发达，人口密度较大的城市中开发推广,并已经日趋成熟。

　　立体停车库就其结构性能上大体分：

机械式、自走式及半机械式三种．

　　根据立体停车机场的不同，大致可分：

升降横移式、垂直循环式、巷道堆垛式、垂直升降式、简易升降式等。

　　升降横移式：

是利用载车板的升降或（和）横向平移存取停放汽车的机械式停车设备.适用于住宅小区、大楼地下室、立交桥下。

　　垂直循环式：

是用一个垂直循环运动的载车板系统存取停放汽车的机械式停车设备。

巷道堆机垛式：

是用巷道堆垛机或特种起重机将汽车水平且同时垂直移动到预定泊车位置或相反取出汽车的机械式停车设备。

适用于大规模社会公用停车楼及地下停车库。

2.2车库总体设计方案

链驱动双层升降横移式立体车库，是充分利用小区地下空间设置的新型车库，其型号为单层2个车位。

车库下降后可完全居于地面之下，车库表面能与周边完全融为一体。

并且每个车库均属独立空间，升降自如，停（取）车极为方便，快捷，是充分利用地下空间改造或兴建的安全、新型、便捷式车库。

该车库设计新颖、独特、巧妙，实用性强，可以大大缓解小区车库（位）严重不足的矛盾。

2.3车库的工作原理

本设计的车库是以链驱动的双层升降横移式车库，如图2-1，车库整体放置于底下，升降系统采用电动机带动卷筒，利用滑轮作用实现载车板的升降，横移系统采用电机带动链轮使载车板在车库内运动。

图2.1车库总体设计结构示意图

2.4车库的总体组成部分

本设计的车库主要分为车库整体框架，载车板，横移机构，升降机构，卷筒，滑轮等几个主要零部件。

为了保证车库各个零部件的链接部分的强度，零部件之间多采用螺栓连接和焊接技术。

2.5本章小结

在本章中简单阐述了立体车库设计的主要分类，阐述了选择链驱动升降横移车库的主要因素和意义，体现了立体自动车库的主体框架和主要工作原理，整体车库系统采用的零件结构以及组成部分，为以后的车库各个组成部分设计提供思路和明确目的。

第3章车库主体钢材的选用

3.1车库上边框钢材的选择

选择冷弯等边槽钢（GB/T6728-2002）。

通过查表3.1-158根据实际物理需求，选择H×B×t=300×200×10。

理论质量为10.221kg/m。

横截面面积S=13.021

重心X。

=1.517。

材料选择优质碳素结构钢20钢。

图3.1矩形冷弯空心型钢结构

3.2库架支撑钢的选择

选择矩形冷弯空心型钢结构（GB/T6723-1986）。

通过查表3.1-165，根据实际需求选择尺寸H×B×t=300×200×10。

理论重量为72.7kg/m横截面面积S=92.6

。

材料选择优质碳素结构钢20钢。

确定长度为3500mm，数量为4根。

得质量为

。

3.3上下层支撑钢的选择

选择矩形冷弯空心型钢结构（GB/T6723-1986）。

通过查表3.1-165，根据实际需求选择尺寸H×B×t=160×80×8。

理论重量为26.81kg/m横截面面积S=33.64

.材料选择优质碳素结构钢20钢。

确定长度为3000mm,数量为4根。

得质量为

。

3.4升降台辅助支撑钢的选择

选择矩形冷弯空心型钢结构（GB/T6723-1986）。

通过查表3.1-165，根据实际需求选择尺寸H×B×t=100×50×5。

理论重量为10.484kg/m横截面面积S=13.365

。

材料选择优质碳素结构钢20钢。

确定长度为1000mm，数量为4根。

得质量为

。

3.5链轮支撑钢的选择

选择矩形冷弯空心型钢结构（GB/T6723-1986）。

通过查表3.1-165，根据实际需求选择尺寸H×B×t=120×50×6。

理论重量为15.097kg/m横截面面积S=19.232

。

材料选择优质碳素结构钢20钢。

确定长度为500mm，数量为4根。

得质量为

。

3.6链轮辅助支撑钢的选择

选择矩形冷弯空心型钢结构（GB/T6723-1986）。

通过查表3.1-165，根据实际需求选择尺寸H×B×t=120×50×6。

理论重量为15.097kg/m横截面面积S=19.232

。

材料选择优质碳素结构钢20钢。

确定长度为750mm,数量为4根。

得质量为

。

3.7滑轮支撑钢的选择

选择矩形冷弯空心型钢结构（GB/T6723-1986）。

通过查表3.1-165，根据实际需求选择尺寸H×B×t=120×50×6。

理论重量为15.097kg/m。

横截面面积S=19.232

。

材料选择优质碳素结构钢20钢。

确定长度为750mm，数量为4根。

得质量为

。

3.8滑轮辅助支撑钢的选择

选择矩形冷弯空心型钢结构（GB/T6723-1986）。

通过查表3.1-165，根据实际需求选择尺寸H×B×t=60×30×4。

理论重量为4.826kg/m。

横截面面积S=6.147

。

材料选择优质碳素结构钢20钢。

确定长度为750mm，数量为4根。

3.9上下层支撑钢横向连接钢的选择

选择矩形冷弯空心型钢结构（GB/T6723-1986）。

通过查表3.1-165，根据实际需求选择尺寸H×B×t=100×50×5。

理论重量为10.484kg/m。

横截面面积S=13.365

。

材料选择优质碳素结构钢20钢。

确定长度为1850mm，数量为2根。

得质量为

。

3.10滑轮支撑钢横向连接钢的选择

选择矩形冷弯空心型钢结构（GB/T6723-1986）。

通过查表3.1-165，根据实际需求选择尺寸H×B×t=60×30×4。

理论重量为4.826kg/m。

横截面面积S=6.147

。

材料选择优质碳素结构钢20钢。

确定长度为1850mm，数量为2根。

得质量为

。

3.11链轮支撑钢横向连接钢的选择

选择矩形冷弯空心型钢结构（GB/T6723-1986）。

通过查表3.1-165，根据实际需求选择尺寸H×B×t=60×30×4。

理论重量为4.826kg/m。

横截面面积S=6.147

。

材料选择优质碳素结构钢20钢。

确定长度为1850mm，数量为2根。

得质量为

。

图3.2矩形冷弯空心型钢结构

3.12载车板横向边缘钢

选择冷弯等边槽钢（GB/T6728-2002）。

通过查表3.1-158根据实际物理需求，选择H×B×t=100×50×4.0。

理论质量为5.788kg/m。

横截面面积S=7.373

，重心X0=1.448。

材料选择优质碳素结构钢20钢。

确定长度为4700mm，数量为2根。

得质量为

。

（以上理论质量都是按钢的密度为7.85g/

=

）

钢架主要结构由各种钢材通过焊接或螺纹连接紧固。

分为上、下框架，通过它可以安装消防、排水设施以及作为钢丝绳和链的支撑部件。

主要由立柱、上边架、下边架以及轨道支架组成。

各钢板采用高强度螺栓联结。

高强度螺栓连接中，构件内力是靠构件钢板表面间由高强度螺栓以巨大的夹紧压力所产生的摩擦力来传递的，故高强度螺栓连接的承载能力是以抗滑强度——被连接钢板发生相对滑动的载荷来表示，而不考虑螺栓的受剪。

抗滑强度又取决于高强度的预紧拉力、钢板表面的摩擦系数、摩擦面及高强螺栓数量。

高强度螺栓由高强螺栓、高强螺母各一个，以及高强垫圈个两个组成。

3.13载车板的结构和尺寸的设计计算

载车板用来承载库存车辆，按结构形式有框架式和拼板式两种。

框架是载车板用型钢和钢板焊接承载框架，并多数采用中间突起结构，在两侧停车通道和中间凸起的顶面铺设不同厚度的钢板。

这种载车板的优点是可按需要设置行车通道宽度，并具有较好的导入功能，适合车型变化较多的小批量生产。

拼板式载车板用镀锌钢板一次冲压或滚压成组装件，采用咬合拼装成载车板，用螺栓紧固连接，拼装前可以先对组件进行各种表面处理，如电镀、烤漆等，使载车板轻巧、美观。

由于本设计存车容量为4700×1850×1450中型车，考虑力学性能，设计结构尺寸如图3.3。

整体由冷弯空心型钢、冷弯等边槽钢和钢板焊接而成。

低部三横梁钢材选用矩形冷弯空心型钢结构（GB/T6723-1986）。

通过查表，根据实际需求选择尺寸H×B×t=160×80×8。

理论重量为26.81kg/m。

横截面面积S=33.64

。

材料选择优质碳素结构钢20钢。

确定长度为1850mm，数量为3根。

得质量为

。

车板边梁选择冷弯等边槽钢（GB/T6728-2002）。

通过查表3.1-158根据实际物理需求，选择H×B×t=100×50×4.0。

理论质量为5.788kg/m。

横截面面积S=7.373

，重心X0=1.448。

材料选择优质碳素结构钢20钢。

确定长度为4700mm，数量为2根。

得质量为。

。

中部支撑刚选择矩形冷弯空心型钢结构（GB/T6723-1986）。

通过查表3.1-165，根据实际需求选择尺寸H×B×t=100×50×5。

理论重量为10.484kg/m。

横截面面积S=13.365

。

材料选择优质碳素结构钢20钢确定长度为1690mm，数量为2根。

得质量为

。

钢板材料采用ZG06Cr13Ni14Mo。

体积为

。

质量为

=

。

图3.3载车板结构示意图

3.14本章小结

本章主要详细阐述了车库整体框架的钢材选用，在车库总体框架的不同部位，选择不同型号的钢材，一边达到设计强度要求以及节省成本。

在选用不同钢材的同时，详细计算了各种钢材的数量、密度以及质量。

着重详细的说明了载车板的设计思路和选择类型，对于钢材的选择慎重合理，并且详细算了载车板使用钢材的数量质量计算。

第4章升降系统各零部件的结构设计和尺寸确定

本系统主要通过电动机带动钢丝绳通过滑轮提升或下放载车板。

结构主要由升降台、钢丝绳及滑轮组件、链和链轮组件、卷筒组件、电动系统等组成。

4.1升降台结构的初步设计

通过查《机械手册3》第28篇要求，对升降台结构设计计算。

其初步结构主要由

螺栓、矩形边梁钢、链连轮、滑轮、钢板、连接板支撑钢等组成机构如下：

图4.1升降台结构

4.2钢丝绳的设计计算

1．机构工作类型的选择

由于本车库为家庭用车库，工作时间1

2．机构载荷的等级的选择

车库机构一般承受中等载荷，较少承受大载荷，所以通过表8.1-2选择机构载荷L2。

3．机构工作类型的选择

通过机构工作类型T5和机构载荷L2查表8.1-3选择机构工作类型为M5。

4．钢丝绳的设计计算及选择

（1）类型选择：

通过查表8.1-6根据起重机型用钢丝绳选择双绕绳式；按钢丝绕制方法选择交互捻绕型；按钢丝绳中丝与丝接触状态选择线接触型；按股绳截面形状选择圆形；按钢丝绳绳芯形式选择纤维芯型。

（2）选择计算：

按GB/T381-1983计算，计算方法如下：

（4.1）

式中d---钢丝绳最小直径（mm）；

--钢丝绳最大静拉力（N）；

C---选择系数（mm/

）选择系数C的取值按表8.1-8选取，通过结构工作级别M6选择C=0.109

，安全系数n=6；

对钢丝绳受力分析

图4.2升降机构总体受力

T--即为钢丝绳受力；

G---钢丝绳所提升的重物，包括载车板及附属零件，电机，升降台，滑轮，导轮，链轮等；

粗略计算电机，滑轮，导轮，链轮及附带零部件质量各为100kg，那么它们总体质量为500kg，升降台顶盖质量为1000kg，那么G的估算值为：

钢丝绳的最大受力：

所以钢丝绳的最小直径：

故选择直径：

由表得

选择钢丝绳公称直径为：

钢丝绳应力的校核：

钢丝绳的破断应力应该满足公式：

（4.2）

式中

——所选用的钢丝绳最小破断拉力（N）；

n——安全系数，按表8.1-8选取：

6

7500=45000N

由表8.1-9知道直径为20mm的钢丝绳公称抗拉强度为

，所以该钢丝绳的最小破坏拉力为221KN。

所以

=221000N>45000N

所选钢丝绳规格合格。

通过表8.1-34选择起重机型线接触钢丝绳

型号钢丝绳。

4.3钢丝绳夹的选择

图4.3钢丝绳夹

根据表8.1-35选择

A=37.0B=37C=74R=10.5H=92

螺母M16材料为KTH350-10（GB/T5976-1986）

第5章横移机构的设计计算

立体车库横移传动机构由减速电机、驱动轮和从动轮、地面铺设导轨组成。

升降横移机构则为升降传动机构与横移传动机构的结合。

升降横移式立体车库底层与中间层载车板为横移机构，上层载车板为升降机构。

升降装置由传动系统、升降架等组成。

其中提升方式分为下列六种，可根据不同要求任意选用。

（1）钢丝绳式提升型式；

（2）链条式提升型式；

（3）液压式提升型式；

（4）螺杆式提升型式；

（5）液压缸、钢丝绳组合提升型式；

（6）链条、钢丝绳组合提升型式；

在立体车库设计中，各种提升方式特点如下：

（1）采用链传动：

优点是传动简单可靠，维修简单，造价低廉;缺点是冲击比较大，有提升高度的限制，安装调试时需要注意是否有咬链的情况出现。

（2）采用钢丝绳传动：

优点是对车库底盘可以提升的高度可以不加限制，造价比较低;缺点是因为需要外加钢丝绳桶和刹车盘增加了安装调试的时间和造价。

（3）采用液压传动：

优点是可以真正实现无级调速，结构紧凑，功率与重量比高、响应速度快、抗干扰能力强、误差小精度高、低速平稳性好、调速范围宽、介质自身可起冷却润滑作用、安全防爆等优点;同时也具有元件昂贵、成本高、密封技术要求高、油液易污染、能源传输不便等缺点。

综上所述，本车库为单层，从提升高度上选链传动或钢丝绳传动都可以，但从方案经济及可行性角度考虑，选择链传动更为有利;在横移运动中，采用电机驱动，通过链驱动，也能达到精确、稳定地传动。

横移机构主要原理是：

通过电动机带动导轮，导轮载着载车板沿轨道横向移动。

主要包括电动机、减速器、导轮组件、轨道、钢架等组成。

图5.1横移机构示意图

5.1轨道和导轮的设计计算

1．选择导轮的形式

由于要求载车板在横移过程中平稳，要求导轮承载能力好，所以选择双轮缘。

2．导轮的尺寸设计

图5.2导轮的结构尺寸

3．车轮踏面形式的选择

选择圆柱踏面。

4．双轮缘车轮踏面形状和尺寸与轨道的匹配

合格。

图5.3导轮和轨道组件配合尺寸

5．导轮材料的选择：

选择锻造45钢（GB/T699）

6．导轮的热处理：

热处理以后应该满足：

踏面与轮缘内侧面硬度HB300—380，淬硬层260HB处深度大于等于15mm。

7．导轮精度的要求

导轮踏面直径尺寸偏差应不低于GB/T1801-1802中规定的

。

轴孔的尺寸偏差应该不低于H7.导轮踏面和基准面（其上加工出深1.5mm的沟槽作标记）相对于孔轴的径向及端面圆跳动应该不低于GB/T1184中规定的8级。

8．导轮组件的结构设计

导轮组件结构主要由键、导轮、轴套、螺母、密封圈、深沟球轴承、轴承端盖、螺栓等几部分组成。

其中轴和导轮之间使用平键连接，轴承两端使用紧固螺母固定。

采用毛毡垫圈密封（脂）。

导轮结构示意图如图5.4

图5.4导轨组件

9．导轨的尺寸设计

由于所设计载重导轨符合中小型起重机的车轮。

常采用轻型铁路导轨，其尺寸结构图如图5.5。

图5.5轨道基本尺寸

5.2横移电动机的设计计算及型号选择

由于车库移车设备要求送车平稳准确，另外本设计场地较小，所以要求横移速度不高。

所以就要求电机减速比大，体积小，质量小，噪音低等性能。

其机构尺寸如图5.6

图5.6YCJ型号电机

根据以上要求查表选择型号为YCJ的齿轮减速电动机。

电动机与齿轮轮减速器耦合而成一体的减速装置，其额定电压、额定频率、额定电流、工作方式、防护等级、使用条件和电动机机座型号均与Y系列电动机相应规格一致由表5.1和表5.2：

表5.1电动机型号规格

电机系列名称

型

号

标

准

编

号

机

坐

号

与

功

率

围

外

壳防

护形

式

冷

却

方

式

安

装

方

式

场

使

用

特

点

和

合

齿轮减速电动机

YCJ

配套电机

（0.55~15）

减速器：

输出转矩为9~3400Nm

输出转速为

15~600r/min

IP44

IC0141

IMB3

符合自动化立体车库的设计需要

基本参数如下表5.2：

表5.2YCJ型电动机减速装置参数

机型

极数

电动机功率/KW

电压/V

电流/A

输入转速/（r/min）

输出转速/（r/min）

YCJ90S

4

0.55

380

1.4

1420

8

所以横移速度为:

本电动机安装与载车板下面与载车板连为一体。

5.3带及带轮的选择

1.确定设计功率

（5.1）

功率计算公式为：

（5.2）

式中：

—为设计功率，单位为Kw；

—为工作情况系数，其值见表10-10；由于所受载荷变动小，空，轻载启动而且每天工作小时<10；

所以选择

=1.1；

P—为所需要传递功率，单位为kw；

所以

2．选择带的型号

选择V型号带。

根据设计功率

和小带论的转速

（由上面计算知道

=8r/min）选取，选择Z型。

3．确定带轮的直径

并演算带速

（1）选择小带轮基准直径

:

小带轮直径应该大于或等于表10—5所列的最小基准直径

查表10—5选择V型带最小直径为50，初步设定小带轮的直径为116mm

（2）演算带速V:

（5.3）

（3）计算大带轮基准直径

由式（10—11）得:

（5.4）4．确定中心距a及带的基准长度

（1）初定中心距a。

（5.5）

初步选择a.=370mm。

（2）初算V带

（3）确定带的基准长度

按表10—2查取与

相近的标准长度1120。

（4）确定传动中心距a

（5.6）

5．确定V带的跟数Z

V带跟数计算公式为：

（5.7）

式中

—单跟V带的额定功率，由表10—6用插入法得

=0.17kw；

—额定功率的增量

=0kw；

—包角系数，由表10—8用线性插入法

=1；

—长度系数，由表10—9得

=1.08；

所以

取Z=2根。

6．确定带的初拉力F

由表查得

由公式

（5.8）

得

7.计算作用在带轮轴上的压力

带轮轴上的压力计算公式：

（5.9）

5.4联轴器的选择

在本设计中，由于四个导轮在横向需要同步转动，所以需要动力导轮和从动导轮间的轴连成一体，而由于结构（拆装）要求，动力导轮和从动导轮间的轴不可能使用一跟通轴，所以需要从中间断开，这就需要联轴器对其进行连接。

根据需要选择凸缘连轴器（GB5843-86）。

1．特点：

结构简单，工作可靠，装拆方便，刚性好，成本底，能传递较大的转矩，使用于振动不大，低速和刚性不大的两轴。

2．型号及其尺寸

根据机构需要查《简明机械零件