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俯仰式立体车库支承和动力装置结构设计
本科毕业设计（论文）
GRADUATIONDESIGN（THESIS）
题目
俯仰式立体车库支承和动力装置结构设计
学生XX
指导教师
学院
机电工程学院
专业班级
本科生院制
2017年6月
俯仰式立体车库支承和动力装置结构设计
摘要
机械式立体停车库是专门用来停放各类车辆立的仓储设施，它的优点在于能够发挥空间的优势，这样就能充分地利用土地资源，从而实现最大限度地停车，是专门用来解决城市交通问题的停车设施。
本课题主要研究属于简单升降类立体停车库中的俯仰式机械立体停车库，并对其进行支承和动力结构装置的设计以与优化。
通过对长沙各大立体停车库的调研，以与查阅国内外相关的文献之后，结合了理论依据与现实依据，最终确定了设计方案；根据设计方案，对俯仰式立体车库的支承和动力装置进行结构设计，建立装置的三维模型；在构建了三维模型的基础上，使用SolidWorks软件进行装配体以与各个零部件的运动学、动力学仿真分析，检查装置的干涉情况以与运动轨迹，最终得到合理的运动轨迹和无干涉的装配体；分析装置的受力情况，进行主要受力零件的强度校核和结构优化；经过多次的校核与优化，得出了最终的设计结果，实现了俯仰式立体车库的轻量化，极大地降低了成本，提高了经济效益。
关键词：
立体车库SolidWorks设计俯仰式
THESUPPORTANDPOWERPLANTSTRUCTUREDESIGNOFTHELUFFING3DGARAGE
ABSTRACT
Parkingisdesignedtoachievestoragefacilitiesforparkingvehicles.Allkindsofmechanicalstereogaragecanmakefulluseoflandresources,playspaceadvantage,canachievemaximumparking,isaneffectivewaytosolvecitytrafficproblems.Inthispaperthepitchtypestereoscopicgarageliftingsimplestereogarageastheresearchobject,designsupportandpowerstructureandoptimization.
ThroughtheinvestigationoftheChangshaparking,aswellasliteratureathomeandabroad,combinedwiththetheoreticalbasisandpracticalbasis,tofinalizethedesign;accordingtothedesign,supportandpowerdeviceofpitchtypestereogaragestructuredesign,3Dmodelbuildingdevice;accordingtothethree-dimensionalmodelofthedevicetheuseofSolidWorkssoftware,thekinematicsanddynamicssimulationanalysis,interferencecheckingdeviceandtrajectory,finallyobtainedthereasonabletrajectoryandnointerferenceofassembly;loadingconditionsanalysisdevice,checkthestrengthandstructureoptimizationofthemainstresspartsafter;Aftercheckingandoptimizing,thefinaldesignresultsareobtained.Thelightweightofthepitchingtypeparkinggarageisrealized,whichgreatlyreducesthecostandimprovestheeconomicbenefits.
Keywords：
StereogarageSolidWorksMechanicalDesignLuffingType
第1章绪论
1.1课题背景
科技在不断发展，时代也在不断进步。
我国的城市经济在此基础上飞速发展，同时也带动了汽车工业的发展，现如今拥小汽车已经走入各家各户，汽车的数量不断增多，然而城市的停车位数量缺没有相应的增长，于是就产生了城市停车位严重不足的问题（如图1-1）。
停车问题是城市在发展过程中所必须处理好的交通问题。
交通问题又分为静态交通问题和动态交通问题。
所谓的静态交通，是指车辆的停止状态；而动态交通则是指车辆的行驶状态，它是相对于静态交通而存在的一种交通形态，它们之间既互相影响，又互相联系。
停车设施的建设，是解决城市静态交通问题的主要内容。
如果车辆不断增加，而停车设施建设的速度却跟不上的话，两者之间就会失去平衡，城市就会出现停车困难等一系列问题。
我国机动车辆这几年的平均增长速度大概处于15%-20%之间，但与此同时，城市停车设施的平均增长速度却只有不到3%，特别是在大城市，机动车数量的增长速度远远超过停车基础设施建设的速度。
所以，我们要重视城市停车难的问题，并积极寻求解决措施。
随着城市规模越来越大，人类的生产、生活方式逐渐开始集中，因此人们的生存空间就变得越来越小，于是利用空间的理念便被人们所提出来——立体车库应运而生。
机械式立体停车库既可以小规模的设置，同时也可以大面积的使用，比如与停车楼、地面停车场或是与地下车库组合建设。
立体车库能有效解决城市停车难的问题，同时也是停车产业发展的必经之路。
1.2意义
停车场迅速发展，由原来的平面停车，变成了现在的立体停车；由简单的机械车库变成了现在计算机管理自动化的现代立体车库，成为了同时具有观赏性和实用性并且适合城市环境的建筑。
随着人们生活水平的不断提高，汽车进入了各家各户，这给停车产业提供了前所未有的发展机遇。
立体车库与传统的平面停车库相比，优点非常明显：
（1）突出的节地优势。
以往的平面车库由于要留行车通道，故平均一辆车就要占据约40平方米的面积。
立体车库却可以使地面的使用率提高80％—90％，如果采用20层的立体式停车库的话，同样是40平方米的土地面积上便可存放约30辆车，这样可以极大地节省土地资源，并节省土建开发成本。
（2）有效地保障人身和车辆的安全。
当人处于车库内，或是处于车未停准位置，整个停车设备便不会运转。
应该说，与平面车库相比，立体车库从管理上可以做到彻底的人车分流。
（3）免除安装采暖通风设施。
在地下建设立体停车库，可以免除安装采暖通风设施。
因此，运行中的立体车库耗电量要比工人管理的平面停车库低很多。
图1-1停车位不足导致的交通拥堵
1.3立体车库国内外现状
日本是最早开始研究立体车库的国家之一。
从20世纪50年代中期开始，一直到1960年终于建成了第一座只有四个车位的二段式立体停车场。
在此之后日本不断引进西欧的技术，60年代末，仅东京市就建成了各种形式的立体车库40座。
到了1971年，日本又开始了装配自行式立体车库的研究。
根据日本建设厅的调查统计，在日本从事立体车库的开发研究和生产制造的公司总共约有200家。
到目前为止日本现有的立体停车位已经超过了350万个，包括升降横移式立体车库、水平循环式立体车库和堆垛式立体车库，其中又以升降横移式停车设备为主。
韩国的立体停车技术主要是参考和学习了日本的立体停车技术。
韩国从20世纪70年代中期开始了立体车库的研究，到80年代开始引进日本的立体停车技术，经过将近10年时间的吸收改进和本土化，于90年代开始使用和推广。
在韩国，立体停车得到了政府的高度重视，在政府政策的支持下，各类立体停车设备得到普遍开发和利用。
韩国近几年立体车库的增长速度都保持在30%左右。
欧洲的意大利和德国等国家从事立体停车设备的研究开发时间比较早。
意大利较好的立体车库公司有Sotefin、Interpark，还有德国的Palis等。
由于欧洲大部分国家地广人稀，土地资源较为富余，停车设备的应用量不是很大，停车问题表现并不突出，故欧洲的立体停车设备多为巷道堆垛式。
20世纪80年代初，我国开始了立体停车场的研究和开发。
90年代以来，人们生活水平迅速提高，汽车行业迅速发展，立体停车场的应用便逐步推广。
到了2003年底，我国的56个城市，总计兴建了879个立体停车库，约8万个车位。
其中有将近4万个停车位是用于住宅小区的配套设施。
我国的立体停车库，主要集中在XX、广东、XX、XX和等地。
目前我国从事立体停车设备研究开发和制造的企业已有30余家，这表明我国的立体停车行业已经兴起，并且实现了引进技术和自我开发研制的结合，生产技术水平有了极大的提高。
1.4长沙立体车库调研
2015年以来，立体停车行业受到了政府的支持，一些有利于发展立体停车的政策不断出台，由此引发市场广泛关注。
在此之前，发展立体车库虽然作为解决城市停车难问题的有效手段，但其推进速度却出奇的慢。
随着政府各项政策的支持，业内普遍认为，2016年将是立体停车行业发展的转折年，长沙的立体车库将会如雨后春笋般飞速建设。
由于科学技术的发展，汽车生产的成本不断降低，随之而来的就是汽车数量的激增。
据统计，到2016年2月底，长沙机汽车数量已突破200万辆，而据长沙市停车场管理数据显示，目前长沙市的停车位只有约51万个，汽车数量与车位比约为10∶3。
1.4.1蔚蓝之星地下立体停车库调研
蔚蓝之星地下停车库为升降横移式立体停车库。
升降横移式立体停车库是利用载车板在竖直方向上的升降，或者在水平方向上的平移来存取停放车辆的停车设备。
升降横移立体车库的适应性非常强，车库的每个车位均有一块载车板，当需要存取车辆时，对应的载车板通过升降和横移运动到达地面，车主将车开入或开出，完成存取过程；停放在车库内地面的载车板只作横移运动，不能进行升降运动；上层车的存取，需通过中层和下层的车位横移空出空位，再将载车板降到地面，车主才可以进入上层车库内将汽车开进或取出车库。
升降横移式立体车库的每个车位均由电机驱动，从而实现载车板的垂直升降或水平横移。
垂直升降通过链条带动搬运器来实现，横向移动则借助导轨。
升降横移式立体车库主要优点在于它的升降和横移对同一层的载车板来说是独立的，可以自由行动，并且动作时间短，这样就大大缩短了存取车的时间。
升降横移式立体车库大都是以多层多列的形式出现，除顶层外每层都要留一个空位，作为交换车位，除底层以外的所有载车板均能自由升降运动，除顶层以外的所有载车板都能自由横移运动。
当选定某个车位存取车辆时，这个车位下方到地面之间的所有车位要向空位方向横移一个载车板的距离，从而在选定的车位下方形成一个升降通道，此时，选定车位的载车板降至地面，车辆便可开进或取出，见图1－2：
图1-3为小组的现场调查照片：
图1-3现场调查
1.4.2湖南省人民医院垂直升降停车塔调研
湖南省人民医院垂直升降塔，是车库出入口独立设置的立体车库。
这种车库，在存车时车辆由入口驶入车库，当取车时，车辆需要从出口驶出车库，而且车库的每个车架里面最多只能停放一辆车。
（1）垂直升降停车塔系统构成：
由整体框架、升降机构和自动控制系统三个部分组成。
（2）垂直升降停车塔功能分析：
能起到支撑、保护、传输的作用，也能实现自动存取。
（3）垂直升降停车塔优点：
出入口独立设置，保证车辆驶入和驶出的方向一致，避免了车辆的调头工作，减少了存取车人数多时的等待时间。
（4）垂直升降塔缺点：
车库出入口独立，不设换向机构，不能实现换向，需要在出口前面留有足够车辆行驶换向的空间，这样就增加了车库的附属建筑面积；每个车位内只能容纳一辆车，导致车库的容量变小，如果想将车库加高来增加容量的话，势必会影响到周围的建筑物；车库设置出口和入口，增加了车库控制系统的设计与编制难度，增加了控制设备。
图1-4为调研图片：
图1-4人民医院垂直升降停车塔
1.4.3国储电脑城升降横移式立体停车库调研
国储电脑城同样也采用了升降横移式立体停车库。
升降横移立体车库包括多层框架结构，而横移导轨就设置在框架上。
每一层的横移导轨上都设置有载车板，载车板可以在导轨上自由横移。
国储电脑城的车库特征在于：
载车板一端的横梁上安装有减速器和升降电机，升降电机和减速器通过链轮和链条带动安装有4个链轮的传动轴，而每个链轮又带动一根链条。
为了更好的与载车板连接，链条的一端设计成套状，套状的一端套在载车板纵梁上的链轮组上，链条的另一端则绕过一个链轮与载车板连接。
为了防止链条断裂导致载车板掉落，载车板上安装了防坠挂钩，用于悬挂载车板。
防坠挂钩的弹出与复位由电磁铁和复位弹簧来控制。
以下具体介绍升降横移式立体车库的出入库方法，：
（1）将每一层空闲的车位（顶层除外）集中在同一纵向位置上，作为初始位置。
（2）如有汽车入库按如下步骤进行
1）如需进入底层的停车位，直接驶入有载车板的车位即可。
2）如需进入底层以外的上层车位，要先将位于上层车位下方的车位进行横移，空出一个下降通道，然后将该上层停车位的载车板降到地面，然后将车辆驶入载车板，再将载车板复位；最后将其它载车板复位。
（3）如有汽车出库按如下步骤进行
1）底层汽车出库，直接驶出即可。
2）如上层车位的车出库，同理也要在该车位下方横移出一个垂直下降通道，然后将该车位载车板降到地面；车辆驶出后，再将该载车板复位；最后将其他载车板复位。
图1-5为调研图片：
图1-5国储电脑城立体停车库
1.4.4总结
为了解决城市用地紧张、停车难这两大难题，我们需要合理利用土地资源和空间，而发展立体停车，正是解决这两大难题最好的办法。
机械式立体停车库，不仅能够减少城市的停车建设用地，也节省了车主购买停车位的成本。
业内人士指出：
立体车库，将是以后停车库行业发展的主要方向，也是开发投资的重点。
在立体停车库行业的建设中，蕴藏着无限商机，人们应该坚持科学的发展观，理性地思考，切莫盲目投资和建设立体停车库。
1.5课题内容与思路
1.5.1课题内容
立体车库拥有节省空间、美观、安全、易停等独特优势，非常适合应用于人流量、车流量较大的医院或是繁华商业中心等。
立体车库种类繁多，主要有以下形式：
简易升降类、平面移动类、水平循环类、垂直升降类、巷道堆垛类、垂直循环类、升降横移类等。
下面简单介绍其中几种常见立体车库类型与其特点如表1-1。
表1-1立体车库的几种主要类型与其特点
序号
类型
特点与使用
1
升降横移式立体车库
优点：
设置灵活、能耗低、造价低、操作简便、结构简单
缺点：
因受力链绳与存取时间的限制，建设规模有限，一般不超过5层，占地面积大，自动化程度较低。
2
垂直循环式立体车库
优点：
存取自动化，占地面积小。
缺点：
存取室狭小，存取车不方便，结构易变形，工作机动性较差，能耗高，震动产生噪音，存取车速度慢，目前较少使用。
3
巷道堆垛式立体车库
优点：
自动化技术高，能耗低，噪声低。
缺点：
进出口少，等待时间长。
4
简单升降式立体车库
优点：
充分利用空间，操作容易、结构简单。
缺点：
力学结构不合理。
通过比较发现，俯仰式立体车库是综合性能非常良好的机械立体车库，本文最终的课题选定为俯仰式立体车库支承和动力装置结构设计。
1.5.2课题思路
根据总体方案来绘制三维模型，与此同时进行强度的校核、疲劳分析还有结构的优化，并不断的改进三维模型，然后通过三维模型画出二维图纸，最终完成毕业设计论文。
如图1-6：
图1-6课题思路
第2章俯仰式立体车库的系统总体设计
2.1设计要求
（1）适用于家庭车库、别墅或者住宅停车场的改造。
（2）设备安装简单。
（3）实现一个车位泊两辆车。
（4）设有防坠保护装置，确保车辆停放安全。
（5）配备防止外人启动设备的专用钥匙和开关[1]。
2.2设计方案的确定与分析
俯仰式立体车库，一般分为上下两层，车辆的存入或取出一般借助俯仰机构来实现，是一种简单的升降类机械式立体停车设备。
机械式立体车库，有两种设计方案。
一种是立体车库与建筑物分离，一种是立体车库置于建筑物内，如图2-1：
图2-1立体车库与建筑物的关系
2.2.1方案一：
车库与建筑分离
立体车库与建筑物分离，也就是车库安装在建筑外，拥有独立的出入口。
（1）车库系统构成：
自动控制系统、升降机构、整体框架。
（2）车库功能分析：
可对车辆起到自动存取、保护、支承、传输的作用。
（3）方案一优点：
该方案减少了车库的设计难度，建造费用和复杂程度。
由于独立于建筑外，不会对房间内造成遮挡或者噪声等影响，同时也减少了车库控制系统的设计与编制难度。
（4）方案一缺点：
该种设计方案，必须在独立于建筑外的车库门口前留有足够的空间以便车辆调头，这样就增加了车库的附属建筑面积。
（5）结论：
该方案适用于内部建筑面积紧张的小区内。
2.2.2方案二：
车库置于建筑之中
车库置于建筑物之中，就是车库只有一个口，既作为入口，也作为出口。
（1）车库系统构成：
同方案一。
（2）车库功能分析：
同方案一。
（3）优点：
车库安装在建筑物内，减少了车库的附属建筑面积，同时也减少了控制设备。
（4）缺点：
为了不影响对建筑内部其他空间的利用，增加了车库的设计难度。
（5）结论：
该方案适用于内部面积宽松的小区。
2.2.3立体车库方案确定
通过综合分析上述两种种方案，从占地面积以与建筑成本考虑，置于建筑之中的立体车库最适合大部分城市住宅小区，因此确定方案二为本设计的总体方案。
俯仰式立体车库，一般只适合中小型汽车停放。
占用空间小，操作方便且安全性能好，可广泛用于住宅小区、企事业单位与地下室等。
俯仰式立体车库的总体功能共分为三种：
第一种是俯仰功能，第二是支承功能，第三是控制功能，均可由机械系统来实现。
俯仰式立体车库的系统功能结构[2]图如图2-2所示：
图2-2功能结构框图
2.3立体车库的设计方案
2.3.1立体车库工作原理与停车流程
俯仰式立体车库是简易升降类停车设备中的一种，在俯仰机构的驱动下，载车板俯仰运动，从而实现汽车的存入或取出。
其停车流程也很简单：
需要存取上层车辆时，要先把下层车辆取出，待上层车辆存取完毕后，再把下层车辆存入。
停车原理[3]、停车流程如图2-3、图2-4：
图2-3俯仰式立体车库提升系统原理图
图2-4停车流程图
2.3.2立体车库设计参数的确定
在《汽车库建筑设计规范》与《停车场规划设计规则》中，对汽车的外廓尺寸与重量以与其他的事项都有规定见表2-1、表2-2。
表2-1汽车设计车型外廓尺寸与重量
车型
外廓尺寸（m）
重量（t）
长
宽
高
小轿车（小）
4.80
1.70
1.60
1.50
小轿车（中）
5.05
1.85
1.60
1.60
小轿车（大）
5.60
2.05
1.65
2.20
轻型车
5.05
1.85
2.00
2.00
表2-2车辆纵横向净距（m）
项目
微型汽车和小型汽车
大中型汽车和铰接车
车间纵向净距
2.00
4.00
车背对停车时车尾间距
1.00
1.00
车间横向净距
1.00
1.00
车与围墙、护栏与其他构筑物之间纵向距离
0.50
0.50
车与围墙、护栏与其他构筑物之间横向距离
1.00
1.00
俯仰式立体车库，主要分为钢结构部分、载车板部分、传动系统、控制系统安全防护措施等部分组成，且一般使用液压系统操纵载车板的升降，存取车方式与垂直升降地面上两层相同[4]。
它的特点是结构简单，操作简便。
根据适停车辆（中小型）种类，确定俯仰式立体车库的外形尺寸表2-3、表2-4。
表2-3简易升降类停车库装置尺寸中长宽要求
车型
容车尺寸
（长×宽×高）/mm
容车质量/KG
设备装置尺寸范围
长L/mm
宽W/mm
小型车
4400×1750×1450
1300
4800-5100
（2250-2350）×N
中型车
4700×1850×1450
1500
5100-5300
（2350-2450）×N
大型车
5000×1900×1550
1700
5300-5500
（2400-2550）×N
特大型车
5300×2050×1550
2350
5500-6300
（2550-2700）×N
注：
N停车单元数即联立数
表2-4简易升降类停车库装置尺寸中长宽要求
型式
设备装置尺寸范围
备注
高H/mm
垂直升降地面两层
3500mm-3650mm
垂直升降半地下两层
3500mm-3650mm（不含地坑高度）
地坑一层深1950mm-2100mm
垂直升降半地下三层
5400mm-5600mm（不含地坑高度）
地坑二层深3900mm-4050mm
俯仰升降地上两层
2800mm-3150mm
结合外形尺寸、设计标准，初步获得俯仰式立体车库的设计参数：
（1）汽车长度：
中小型车，主泊位长度4700mm。
（2）汽车宽度：
中小型车，主泊位宽度1850mm。
（3）单层高度：
中小型车，主泊位高度1550mm。
（4）上层车库承载能力：
2吨。
2.4本章小结
本章通过分析俯仰式立体车库的功能、优缺点，明确了车库的设计要点，如设计参数、技术参数等，初步确定了车库的尺寸、重量，为第3章的三维造型提供了尺寸参数、材料参数。
第3章俯仰式立体车库结构设计与建模
3.1引言
上一章我们清楚的认识到俯仰式立体车库的外形结构，以与运动特点。
并且了解学习了车库设计的基本情况（包括建造地点的选择，车库建造的空间规范，建造时的安全问题，以与车库后期的使用注意事项等），并且确定了设计思路，第3章将结合前面章节对俯仰式立体车库进行三维模型[5]的建立。
3.2俯仰式立体车库外框架设计与建模
俯仰式立体车库由两层车库构成（外框架以与载车板），采用钢结构的形式。
在结构的连接形式上采用简单可行的螺栓连接以与焊接作为主要连接方式，因此在设计时要求我们考虑螺栓连接的安装要求,再加上需设计的车库连接方式多为焊接，因此还要考虑焊接时焊缝的设计。
俯仰式立体停车库外框架的三维模型如图3-1所示，外框架的总体结构尺寸为长2550mm，宽2514mm，高度2510mm。
图3-1俯仰式立体停车库外框架
3.3俯仰式立体车库提升与液压系统设计
3.3.1液压系统的设计
本文设计的立体车库的驱动是双缸驱动，由液压缸来带动支撑臂的上下摆动，进而带动载车板上下移动，其中拉杆起支撑作用。
在方案设计中选定的车辆的长、宽、高尺寸为4700×1850×1550mm，提升高度为1900mm左右，根据方案设计各构件长度和各连接处的安装尺寸，拉杆长度为2000mm，根据行程与结构尺寸，液压缸选用型号[6]为车辆用液压缸，三维模型
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