立体车库毕业设计开题报告.docx
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立体车库毕业设计开题报告
一．立项依据
1.本课题的目的和意义
随着城市的发展、人口的增长及人们生活水平的提高,汽车这一现代化的交通工具与日俱增,停车难成为困扰城市发展的一大难题。
作为解决城市静态交通的有效措施——向空间、向高层发展的自动化立体停车设备,以其占地面积少、停车率高、布置灵活、高效低耗、性价比高、安全可靠等优点,越来越受到人们的青睐。
目前市面上常见的机械式立体停车库有：
升降横移类、垂直循环类、多层循环类、水平循环类、平面移动类、巷道堆垛类、垂直升降类和简易升降类等8种,其中升降横移类以其结构简单、操作方便、安全可靠、造价低等优点,在国车库市场占有绝对优势的市场份额[1]。
升降横移类停车库指的是采用以载车板升降或横移存取车辆的机械式停车设备的立体停车库。
由于升降横移类停车设备的形式比较多，规模可大可小，对场地的适应性较强，因此，采用这类设备的停车库十分普遍。
其工作原理为：
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。
停泊在这类车库地面的车只作横移，不必升降，上层车位或下层车位需通过中间层横移出空位，将载车板升或降到地面层，驾驶员才可进入车库将汽车开进或开出车库。
运行特点:
最下层只能进行平移,顶层只能进行升降,中间层既可平移又可升降。
除顶层外,中间层和底层必须留一空车位,保证上下车通道的畅通。
总的原则:
升降复位,平移不复位[2]。
采用以载车板升降或横移存取车辆的机械式停车设备的立体停车库。
此类型立体车库适用于地面及地下停车场配置灵活,造价较低。
这种类型立体车库的特点是结构简单。
形式较多，规模可大可小采用模块化设计,每单元可设计成2~5层、半地下等多种形式,车位数从几个到上百个。
对场地的适应性强约占国停车市场份额70%以上[3]。
而现有停车位缺口严重据预计2010年轿车保有量将达到2000万辆，“十五”期间轿车保有量将增加400万辆。
停车位需求按1:
1.2（100%的基本停车位和20%的公共停车位）计算，总需增加停车位480万个。
平均每年需求96万个车位。
如仅考虑10%进机械式停车库，这每年需提供机械式停车库9.6万个车位[1]。
因此从现有的停车位的缺口情况和今后市场的需求可以看出，机械式停车设备的国际、国市场前景十分良好。
因而我对立体停车库中的升降横移停车库进行分析。
二、文献综述
2.1.国外研究现状、发展动态
2.1.1国外发展状况
早在1920年，美国建成了世界上第一座机械式立体停车设备。
50年代以后美国和西欧陆续建成多种型式的立体车库;60年代以来尤其是在市中心的商业区，建筑物高度密集，不可能腾出大量地皮建停车场。
此时，占地面积小的立体式停车设备才真正得到发展普及。
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。
到了80年代和90年代初，由于计算机技术和电力电子技术的飞速发展，由全电脑自动控制，采用变频技术的新一代机械式立体停车设备首先在日本进入家庭。
生产机械式立体车库的公司约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万以上。
目前全日本己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[4]。
德国和意大利等欧洲国家从事停车设备开发和生产也比较早。
较好的公司有:
意大利Sotefin、Interpark、德国PaliS等。
由于欧洲国家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。
国外立体停车设备的技术以日本和德国领先，其发展主要有两个特点:
一是高技术含量高。
日本和德国的车库行业将机、电工业的高新技术成果随时转化和移植到车库产品中，使车库技术进步和产品更新很快。
比如高速曳引机和VVVF调速控制技术（即高速电梯技术）很快应用到垂直升降式车库产品，使这种电梯式车库存取速度更快，存车量更大，从而逐步替代老式的垂直循坏式塔型车库。
又如计算机管理、IC卡识别、计时收费系统一出现，立即应用于停车库，使车库融于城市楼宇自动化管理系统中，无论是公共停车还是住宅停车变得更容易、更方便。
二是车库产品朝着性能价格比更高的方向发展。
即不但重视停车密度和高性能，更讲究产品的经济实用性。
比如日本的三菱、大幅株式会社和德国PALIS公司均研制成功停车密度较高，而造价较低的高层车库和无车板、无车架等先进车库。
这些新产品都是90年代的新技术，一问世，很快替代了老产品。
2.1.2国发展状况
我国立体车库的发展，始于上世纪八十年代，的华一机械车库集团有限责任公司于1989年建造起国第一台垂直循环类机械式停车车库，填补了国机械式停车车库的空白。
立体车库产业在上世纪九十年代迅速兴起，步入了引进、开发、制造和使用的快车道，国立体停车库市场正以直线上升的态势在飞速发展。
我国立体停车设备的产品经引进技术和自主研究开发，生产技术水平有了很大的提高，许多设备采用了当前机械、电子、液压、光学、磁控和计算机等领域的先进技术，如采用交流变频调速系统，使运行高速、平稳、省电、减少振动和噪声。
控制形式有按钮式、IC卡式、触摸屏式、密码钥匙式、遥控式等，有些设备还采用了总线控制技术；传动装黄采用藏式，以增大停车空间并保护各传动元件不受污染和腐蚀，提高了设备的耐久性；机械结构中采用了模块化设计，便于组合使用，易于安装拆卸，缩短施工周期。
目前品种的满足率己达90％左右，有的品种填补了国空白，产品国产化率达到50％以上。
还采用一些新材料、新工艺，如采用“H7，型钢做钢梁，组合的镀锌板或一体成型的镀锌板做载车板：
安全保护方面采用了声光引导及定位装置，自动消防灭火系统等。
目前品种的满足率已达90％左右，有的品种填补了国空白，产品国产化率达到50％以上。
目前国立体停车设备是以升降横移类为主，约占总量的84%。
此外还有垂直升降类和平面移动类。
在技术方面，由最初的机械传动式逐步在发展液压传动式、机械液压传动式、电传动式。
控制方式也由单纯的手动控制发展到电气控制、PLC控制和现场总线控制。
图2.1潍坊大洋自动泊车设备升降横移立体车库
虽然我国停车设备行业和技术得到了快速发展，但与停车设备的市场需求还相差甚远。
停车设备需要进一步降低制造成本，提高技术含量以及设备使用的安全性和可靠性。
由此看来随着各种高新技术的引入，立体车库正在向专业化、复杂化、智能化和高自动化方向发展，重点表现为以下几个方面:
①专业化:
立体车库系统稳定可靠，能正常运行而不出故障是用户的首要要求，也是一套停车场系统的重中之重。
制造厂家的专业化程度越来越强，如保证设备的可靠性，立体车库的软硬件设施及各种设备的配套都达到专业化程度。
②复杂化:
立体车库产业正在向多元化方向发展，它已经不仅是纯粹的机械设备，还包含了当今机械、电子、建筑、液压、光学、磁控、管理和计算机技术等领域的大量先进技术。
立体停车系统己经日臻完善，如汽车出入车库时采用声光引导和定位、汽车尺寸和重量自动识别、限速保护与多重机构互锁、停车泊位自动跟踪、链绳长度超围报警和弹性变形自动补偿、汽车安全检测、图像识别技术、科学管理等，各种领域先进技术的综合使用，已经使立体车库成为一个独立的大型复杂的高技术设备。
③智能化:
一些新技术正在迅速进入该领域，如变频技术、全电脑控制系统、导航定位技术、停电及电源故障的自动判别排除及处理系统等。
如“模块”阁架式立体车库的电梯调配，自动送车找位、自动平层，应快捷、准确、可靠。
系统安全装置的设置要与动态过程安全检测形成闭环，确保存取车过程的安全运行。
④高自动化:
立体车库的高自动化主要表现为先进的自动控制技术和科学的管理方法。
控制技术和管理方法互为所长，大幅度提高了存取车效率。
车库可以将汽车自动停放到合适的位置，可实现无人操作[5]。
2.2．所阅文献的查阅围及手段
所查阅的文献主要是通过学校的图书馆、图书馆和一些机械论坛和中国期刊进行查询，主要查阅的围是有关于本课题书籍、期刊和学位论文
参考文献
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三、研究容
3.1．课题的构想与思路
根据给定的参数和要求，确定械式三层升降横移式立体停车库车位的布置，确定各车位的存取顺序和车库的运行过程。
根据给定的数据和使用要求确定方案设计，进而确定钢结构部分、载车板部分、传动系统、控制系统、安全防护系统五大部分组成结构和各个部件的大致结构。
运用Caxa和Solidwores分别画出总装、部件、零件的二维工程图纸和建立三维模型，同时使用Ansys对一些重要部件作必要的有限元分析。
3.2．主要设计容
3.2.1设计参数
表3.1三层升降横移式立体车库
类型
三层升降横移式立体车库
存放辆数
13
形式
地表层可升降
全长
5200mm
全宽
1900mm
全高
1500mm
全重
1800kg
升降速度
3.5m/min
横移速度
8m/min
3.2.3方案设计：
因而我们可以把车库分成钢结构部分、载车板部分、传动系统、控制系统、安全防护系统五大部分组成。
因为我们主要研究的是机械部分因而主要对钢结构部分、载车板部分、传动系统、安全防护系统进行研究和设计。
3.2.4结构设计
把方案设计落实到细微处，包括钢结构的设计、材料的选择、钢骨架的受力分析；升降系统的选择和传动机构，分析升降系统的种类并根据使用要求和数据选择合理的；载车板的选择，电动机、减速器、制动器的初步选择。
画出非标准件的零件图，咨询导师是否合理，有无需要改进的部分。
3.2.5图纸绘制
绘制总装、部件和零件的二维工程图。
3.2.6有限元强度分析
对钢结构框架等重要的的零部件作简单的强度有限元分析和优化设计。
3.3．总体设计方案
3.3.1车库运行过程：
该设备的顶层载车板只需上下升降；中层载车板既可升降，又可横移；底层载车板只需左右横移。
中层和底层都有一个空位，可以通过横移载车板变换空位，使空位正上方的顶层载车板下降到底层。
底层载车板上的汽车可直接出车。
整个过程即可完成。
3.3.2功能原理方案设计
根据机械式三层升降横移式立体停车库的运行方式，车库总体采用钢结构设计。
在整个机构中有立柱、横梁和纵梁还有横移导轨等组成。
底层有可以横移的载车板；二层有移动的框架利用滑轮带动载车板一起做横移运动，并且装有能使载车板升降的提升装；，三层采用框架结构只能升降。
升降运动采用升降电动机、链条或钢丝绳提升；横移运动借助导轨采用交流减速横移电动机和滑轮驱动。
3.3.3升降横移式立体停车库的总体布局
1—钢结构框架2—横移系统3—载车板4—升降系统5—防坠落装置
图3.1升降横移式立体停车库布局图
图3.2升降横移式立体停车库分布图
车库的运行情况如下:
图中的底层即3、6、9、12号车直接进行存取，13号车下架到地面层后进行存取，2、5、8、11号车位必须通过3、6、9、12号车位横移出相应的空位，再下降到地面层存取车。
如需在10号车位存取车，则可将11号和12号车位向右移动一个车位，10号车位直接下降即可，如需在2号车位存取车，则将3、6、9、12号车位右移一位，2号车下降即可；其他车辆的存取依次类推。
3.3.4钢结构框架的选择与设计
立体车库一般主要以钢结构和钢筋混凝土为主，钢结构框架有以下几种特点1.可靠性高；2.材料的强度高，钢结构自重小；3.材料的塑性和韧性好；4.钢结构制造简便，施工工期短；5.钢结构密闭性好；因而在升降横移式车库中我们选用钢架结构。
主框架体系的基本构成是由水平方向的梁和垂直方向的柱通过钢性结点连接而成。
这种结构体系通过结构构件的抗弯刚度来抵抗侧向力的作用。
主框架体系是典型的柔性结构体系，受层间位移的限制，结构的刚度在设计中起控制作用。
停车设备的主框架主要采用热轧H型钢槽钢角钢矩形钢和钢板焊接成型以其作为承重结构。
升降横移式立体停车库主框架的第一层根据不同的结构要求，有单柱形式、跨梁形式、后悬臂形式等。
图为升降横移式立体停车库主框架的几种典型形式。
单柱型式结构紧凑，安装、搬运方便，给驾驶员一种导正的作用，若装有平衡装置在升降过程中有全程平衡保护。
跨梁形式进出车辆较方便，结构较简单但较单柱形式跨度大，所以安装搬运不方便。
后悬臂形式无前柱，对汽车进出载车板较好，但因主框架在后侧，定性较差，且一般不能做重问题。
单柱形式在结构上稳定性好，其强度、刚度比较好，安装也较方便，特别适用于多层式和重列式的升降横移类立体停车库。
但是这种形式不便于车辆的驶入，车库的成本也相应的提高了。
跨梁形式中应用比较典型的是二柱结构型式，这种型式的停车设备的最大优点视野宽阔，存取车方便。
不利的方面主要表现在对设备运行的稳定性和结构框架的强度、刚度、设计要求高。
它主要用于二层升降横移类立体停车库。
因而我们采用单柱形式。
图：
（a）单立柱形式图：
（b）跨梁形式
图：
（c）后悬臂形式
图3.3升降横移式立体停车库主框架的典型形式
在主框架设计中，因为受到侧向力作用下，竖向支撑析架表现为弯曲型变形，因此使用人字形支撑结构如下图所示：
图3.4升降横移式立体车库钢结构骨架
在升降横移式立体停车库的主框架设计中一个重要部分—安装连接形式设计的是否合理直接影响结构的质量、安装速度及经济效益，常规的主框架的连接有焊接，铆接与螺栓连接三种。
扭剪型高强螺栓是一种新型连接方法，具有受力性能好、耐疲劳、可拆换、施工方便及安全可靠等优点，同普通螺栓相比，单位体积耗钢减少30一50%，近年来在主框架的设计中广为采用。
因此使用扭剪型高强螺栓连接。
表3.2立体车库钢结构型号初选规格
编号
名称
初选型钢
截面面积
（
）
理论重量
（kg/m）
惯性矩
（
）
1
上层横梁
22b工字钢
46.528
36.524
3570
2
下层纵梁
H型钢
（HM250*175）
55.79
44.1
6120
3
立柱
结构用冷弯空心型钢（260*180）
62.6
79.7
8832
4
导轨支撑梁
H型钢
（HM250*175）
55.79
44.1
6120
5
角钢
7.5角钢
10.16
7.796
53.57
3.3.5载车板
用来承载入库车辆，按结构形式有框架式和拼板式两种。
拼板式载车板用镀锌钢板一次性冲压或滚压成组装件，并用咬合拼装成载车板，用螺栓紧固连接，拼装前可以先对组建进行各类表面处理（如电镀、烤漆等），使载车板轻巧、美观，拼装式载车板运输方便、通用互换性好，强度大、刚度好、重量轻、减少基础承力；而且由于是整体折弯成型，车板厚度小，一般厚度为50～55毫米，整体折弯成型结构形式适合于批量生产。
框架式载车板是先用型钢和钢板焊接成承载框架，然后在两侧停车通道和中间突起的顶面铺设不同厚度的钢板，多数采用中间突起结构。
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，这种结构形式较适合车型变化较多的小批量生产。
我们这里采用第二种载车板方式——框架式载车板，由空心矩形方钢、角钢和钢板焊接而成载车板框架，在框架上面铺设钢板，中间突起。
同时在行车通道上安装防滑钢板，它和中间突起的钢板一起，防止汽车在存取时产生纵向或横向的滑动。
在底层载车板中装有横移机构带动载车板做横移移动。
并且在载车板两侧装有防坠楼装置，防止因意外发生的事故。
图3.5拼版式载车板
1—防坠落装置2、4—空心方钢3—3mm钢板5、6—角钢7—1mm钢板
图3.6框架式载车板
3.3.3传动系统
升降横移式立体停车库的传动系统分为升降传动系统和横移传动系统。
在升降横移式立体停车库中传动系统是其核心部分，传动系统的好坏直接关系着整个车库的安全，尽管升降横移式停车库的种类型式很多，其工作原理都大致相同，均是每一个车位都有一搬运器，所需存取车辆的搬运器通过升降、横移运动到达预定位置，进行车辆存取，完成存取全过程。
也就是停泊在地面层的车辆只作横移，不必升降，上层车位或下层车位需要通过中间层横移出空位，将搬运器降到地面层，驾驶员才可进入车库存取车辆。
传动力系统即主机一般为电机减速机。
电机减速机用于沿轨道水平横移的主机或汽车升降部主机，且必须设有制动系统，制动系统采用常闭式制动器，对控制升降运动的制动器其制动力矩不小于1.5倍额定载荷的制动力矩。
3.3.3.1升降传动系统
升降传动系统是车库传动系统的主传动系统，它是利用托动装置将载车板从底层停车位提升到上层车位架或从上层车位架放到底层来存取车辆。
根据它的托动型式可分为:
钢丝绳型升降传动系统和链条型升降传动系统。
链条传动型式
链条传动型式的传动机构与钢丝绳传动型式的传动机构在工作原理上是类似的，但在机构上却存在着一定的差别。
如链轮传动型式机构示意图所示，搬运器的两个端面各有3个链轮，也各有2根定长的链条绕在链轮上，，初始位置搬运器水平，当提升电机带动载车板向上提升时，由于链条是定长的，所以不管是上升还是下降，搬运器始终保持水平。
1—车位高层横移导轮2—定长链条3—载车板4—链轮5—地面横移导轮
6、9—车位架7—升降链条8—升降电机
图3.7链条传动型式升降机构示意图
钢丝绳传动
钢丝绳传动形式的升降传动系统一般是由电机、减速系统、卷筒、滑轮、钢丝绳组成。
在钢丝绳传动型式中，钢丝绳的主要作用是拖动搬运器上下升降，如图所示。
1—钢丝绳滚筒2—轴套3—滚筒支架4—轴5—滚动轴承6—链轮7—链条8—行星减速器9—测速器10—交流异步电机11—电磁制动器12—端盖13—钢丝绳14、15—定滑轮16—定滑轮支架17—横移支撑架18—横移行走19—载车板
图3.8钢丝绳传动形式升降机构示意图
钢丝绳一端与搬运器相连结，钢丝绳另一端缠绕在卷筒上（搬运器的前端钢丝绳与后端钢丝绳必须同方向绕着卷筒转动），当搬运器需要升降时，提升电机便会通过其正反转来带动卷筒顺时针或逆时针旋转实现搬运器的升和降。
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。
综上所述，本车库为三层，从提升高度上选链传动或钢丝绳传动都可以，但从高度可扩展角度考虑，选择钢丝绳传动更为有利，因此，我们选钢丝绳组合提升的型式。
3.3.3.2.横移传动系统
横移传动系统的作用是使上升到位的搬运器平移到指定位置，其传动主要是靠电机带动链轮使滚轮在轨道上移动。
在设计中我们充分利用己有型钢的结构，用H型钢作为滚轮的轨道，这样不但保证了轨道的质量，而且还减轻了整体结构的重量。
由升降横移式立体停车库的工作原理可知，除了顶层的载车板不需横移外，其它层载车板均需要通过每层的横移导轨（H型钢）左右移动一个泊车位，为上层的载车板升降提供空位。
每个可停车位均有一个独立的横移动力传动系统，包含有横移电机（带刹车的专用减速机）、传动轴和滚轮。
底层横移传动系统与载车板做成一体，其它层的横移传动系统均置于车位架上。
1—横移导轨2—横移行走轮3—轴4—伺服电机5—交流异步电机6—测速器7—链条、链轮8—制动器
图3.9横移传动系统
3.3.4轴的设计
轴在升降传动系统和横移传动系统中都是特别重要的，它不但影响着传动的好坏还影响着车辆的安全，在轴的设计中，按照常规设计方法，先进行初算轴，然后进行轴的结构设计，确定轴径后，再对轴的强度进行校核，采用力学求解器对其进行受力分析，然后校验其安全系数，运用力学求解器不但减轻了工作量，而且提高了准确度。
3.4安全防护系统
车库设备承载的是价值昂贵的汽车，为此设计时充分考虑了设备各种运行状态下的安全保障措施，如停车位置保护，车辆出入库保护、车辆超长保护、人车误入安全保护、防坠落保护、运行安全保护、电路安全保护、意外安全保护等安全保护措施。
四、工作计划
序号
阶段及容
工作量估计
（时数）
起止日期
阶段成果形式
1
接受题目查阅资料
112
3.4-3.17
基本了解车库的工作过程和工作原理。
2
总体方案设计
112
3.18-3.31
提出总体的方案，安排车库每个部分的布置，选择动力设备
3
结构设计
152
4.1-4.19
在已有方案的基础上完成车库的各个部分
4
强度校核
160
4.20-5.9
通过建立起的力学模型校核各部分的强度
并进行优化设计
5
画图
128
5.10-5.25
利用画图软件画出必要的图纸
6
撰写论文
88
5.26-6.5
撰写论文答
辩准备
合计工作量：
752h
1.完成三层升降横移立体车的机械部分设计
2.完成图纸3.5A0
3.论文不少于50000字
4.外文翻译不少于3000汉字
五、评审意见
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