机械立体停车库设计分析.docx

1、机械立体停车库设计分析摘要：本文简要介绍了各类立体停车库的结构和特点和小区车库的发展概况,并对立体停车库的设计要点进行了简要的说明.重点介绍了立体车库升降的结构设计和停车设备传动系统的设计，包括升降横移机构的结构设计，材料的选择，制造方法，升降传动系统设计中升降链条的设计计算，链轮的设计计算。升降部分的电机选择和校核，钢丝绳的选择和计算通过调研，对自动化立体车库的发展特点和发展方向进行了总结，通过对市场需求的分析和对比国内外立体车库的发展状况，分析了智能立体车库广阔的市场前景和趋势。分析目前立体车库常用的传动系统基础上，确定了本车库的机械系统传动方案。分析载车板的提升方案，最终确定了最稳定、可

2、靠且经济的方案。针对智能立体车库的功能要求，提出了控制系统的方案介绍。设计的主要特点是: 节省资源,控制方便。关键词：立体停车库 托盘 升降横移装 一、前言（一）概述人类社会的不断进步和科学技术的发展，生产、生活方式趋于集中，城市的规模越来越大，人们在城市里的生存空间却越来越小，于是出现了要利用空间的理念，城市中开始建设立体建筑、立体交通和立体停车。作为现代大都市的标志，城市中心商住区高楼大厦林立；社区道路、高架交通干道、立交桥和地下铁路，编织出城市立体交通网；汽车的住宅-停车场也有了长足的发展，由平面停车向立体停车，由简单的机械停车设备向计算机管理高度自动化的现代立体停车演变，成为具有较强的

3、实用性、观赏性和适合城市环境的建筑。伴随着汽车进入家庭，城市动态、静态交通管理制度的不断完善和人们对居住环境要求的提高，给停车产业提供了前所未有发展机遇，停车产业市场前景广阔。 早在50多年前，立体停车就在国外有所发展，先后出现了针对家庭使用的双层停车设备；利用住宅空地建起2-4层升降横移停车设备；适合城市中心商住区使用的停车楼和停车塔；利用广场、建筑物下面的空间建设地下停车库。自70年代末起，世界经济高速发展，汽车逐渐普及，保有量不断增加，迫使地少人多、车多的国家、地区和一些发达国家积极开展了机械式停车技术的研究开发和制造应用，以日本、美国、德国等为代表的发达国家在停车技术领域的研究处于世界

4、领先水平，韩国和港、澳、台地区的停车业也通过引进-移植制造，得到了蓬勃发展，较好地解决了本地区的停车难，并开始向外输出技术和出口产品。目前世界停车产业正向多元化发展，其停车技术几乎包含了当今机械、电子、液压、光学、磁控和计算机技术等领域的所有成熟先进技术。机械方面，应用了许多新材料、新工艺。设备结构采用模块化设计，便于组合使用，易于安装拆卸。钢结构选用新型优质钢材，既提高了设备的强度和刚度，又使设备轻巧美观，载车板采用一次成型的镀锌板或彩涂板组装，美观、强韧、耐用。控制技术方面，广泛采用可编程序控制器和矢量变频变压调速闭环控制技术，使运行高速平稳，节省电力，振动和噪音也趋于最小。控制形式有，按

5、钮式、锁匙式、IC卡式、键盘式、触摸屏式、遥控式等。安全元件采用各种光栅显示屏、光电管、机械式行程开关、磁性接近开关、光敏感应开关等，安全保护装置日臻完善，如汽车出入声光引导和定位、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、链条和钢丝绳长度超范围报警和弹性变形自动补偿、汽车图象摄影对比安全检测、自动消防灭火等。我国城市停车还处在初级阶段，专用和公共停车位数量距合理的车位与车辆比率相差甚远，停车难到处可见。目前我国的停车场仍以平面停车场、路上停车场、路外停车场、自行式停车场为主，立体停车库和机械式停车场数量还很少。以我国停车产业发展较快的广州、上海为例，路上、路外停车仍占

6、有相当比例，已建设的停车场大部分是地下自行式停车场和在自行式停车场的基础上安装简易停车设备，增加存容数量。自行式停车场存有较多缺陷，如车位平均占地多、管理和保安人员多、投资多、存车效率低、耗电量大、对环境有污染等；由于允许人员进入，易发生盗车、毁车、施暴等停车场犯罪，近年来在发达国家已很少新建。大量兴建的是具有现代水平的机械式立体停车库。我国机械式停车设备的早期研究开发工作是从80年代中期开始，90年代开始引进和生产停车设备，在北京、上海、广州、深圳等地都有使用。参照日本等国标准制定的我国行业标准也于近几年出台，目前停车设备生产厂已发展到几百家，生产各种类型的停车设备，有些停车设备已开始出口。

7、机械式立体停车库是一种具有综合性能的建筑，不仅包含了机械停车设备，其规划建设涉及到区域整体景观、交通疏导、建筑结构、供电照明、通讯监视、通风排水、环境保护、安全消防、收费管理等各学科领域，就停车设备本身而言，其机械结构的发展已形成了停车设备独有的技术特征，需要多学科、多专业的复合型人才积极参与，把国外停车技术和各领域的成熟技术移植到我国停车产业，开发出安全、经济、高效、节能、省地的产品，满足国内外市场的需求。在我国的停车产业发展中还存在一些问题，如没有统一的技术标准；多数产品是仿效或引进国外技术制造，技术水平低；缺少具有一定规模的企业，生产能力不足；市场竞争无序，个别企业为抢占市场，采取低价竞

8、争；缺少科研设计单位的参与，技术创新能力严重不足；政策不配套，对停车产业发展和管理严重滞后等。解决上述问题，需要我们在政策、市场、管理和技术多方面作出努力。政策方面应参照发达国家的有关政策法规，规划确定出专用和公共停车位的合理数量，实现投资主体多元化，确定停车库的管理属性和停车收费标准，给予投资和经营者相应的优惠政策，使其有利可图。市场方面应建立停车库市场运行机制，利用价格杠杆调高占路停车收费标准，逐步消除“路满库空”现象。鼓励按市场规则经营停车库，并实施政府监督和政策调控，使停车产业良性发展。管理方面应把停车库建设纳入城市总体规划，对停车问题进行专题研究，使停车库真正用来停车，道路用来行车，

9、理顺停车库管理职责，制定严格的管理处罚措施。技术方面应建立市场准入机制，实施专业化、协作化分工，发展科、工、贸一体的集团专业公司，以市场为导向，提高技术水平和产品质量，培养产品持久的竞争力。作为现代大都市的标志，立体建筑和立体交通都有了显著发展，道路拥挤、车满为患已成为当今快节奏社会中的最不和谐之音，发展立体停车已成为人们的共识。目前我国经济正处在高速发展时期，随着人们生活水平的不断提高，汽车进入家庭的步伐正在加快，停车产业市场前景广阔。机械式立体停车库既可以大面积使用，也可以见缝插针设置，还能与地面停车场、地下停车库和停车楼组合实施。是解决城市停车难最有效的手段，是停车产业发展的必由之路。（

10、二）机械式立体停车库的分类随着人们对需求以及技术的不断发展，立体车库逐渐多元化，多样化，目前主要有以下几种形式：升降横移式、巷道堆垛式、垂直提升式、垂直循环式、箱型水平循环式、圆形水平循环式。(1）升降横移式 升降横移式立体车库采用模块化设计，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。此立体车库适用于地面及地下停车场，配置灵活，造价较低。 1.产品特点： 1)节省占地，配置灵活，建设周期短。2)价格低，消防、外装修、土建地基等投资少。 3)可采用自动控制，构造简单，安全可靠。 4)存取车迅速，等候时间短。 5)运行平稳，工作噪声低。 6)适用于商业、机关、住

11、宅小区配套停车场的使用。 2.安全装置：防坠装置，光电传感器、限位保护器、急停开关等。 （2）巷道堆垛式 巷道堆垛式立体车库采用堆垛机作为存取车辆的工具，所有车辆均由堆垛机进行存取，因此对堆垛机的技术要求较高，单台堆垛机成本较高，所以巷道堆垛式立体车库适用于车位数需要较多的客户使用。 （3）垂直提升式立体车库 垂直提升式立体车库类似于电梯的工作原理，在提升机的两侧布置车位，一般地面需一个汽车旋转台，可省去司机调头。垂直提升式立体车库一般高度较高（几十米），对设备的安全性，加工安装精度等要求都很高，因此造价较高，但占地却最小。 （4）垂直循环式 产品特点： 1)占地少，两个泊位面积可停610辆车

12、。 2)外装修可只加顶棚，消防可利用消防栓。 3)价格低，地基、外装修、消防等投资少，建设周期短。 4)可采用自动控制，运行安全可靠。 （三）升降横移式立体车库的特点在众多的停车设备中，升降横移式立体停车的优点比较突出，主要表现在以下几个方面：（1）节约占地面积，充分利用空间。一般来说，升降横移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了75%。（2）相对造价比较低。升降横移式立体停车库每个泊位约需1.5万元，而建筑自走式停车库每个车位的造价约为10万以上。（3）使用方便，对操作人员的要求不高，操作简单、安全、可靠，存取车快捷，维护也很方便，存取车辆

13、快。（4）减少因路边停车而引起的交通事故。在许多城市的主要地段，司机往往没有找到停车场而把车停靠在路边，这样就很容易造成交通阻塞，甚至引起交通事故。（5）增加了汽车的防盗性和防护性，在车库的系统中配置有智能防盗装置、防火装置等，增强了车库的整体安全。（6）改善了市容环境。在现代化的车库设计中，不仅仅只是为了满足停车要求，更主要的是让其融入城市的整体建筑环境中，成为现代化大都市一道独特的风景。升降横移式立体停车库是全自动化的停车方式，也可能是今后停车改革的主要方向。尤其是寸土寸金的大城市。采用机械式立体停车方式，显得尤为重要，而升降横移式立体停车库也在机械式立体停车库中显得更加普遍化、居民化、实

14、用化（四）研究升降横移式立体停车库的意义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3040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，立体机械停车设备以其平均单车占地面积小的独特特性为解决住户停车的问题成为可能。 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

15、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8090，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。 机械车库与地下车库相比可更加有效地保证人身和车辆的安全，人在车库内或车不停准位置，由电子控制的整个设备便不会运转。应该说，机械车库从管理上可以做到彻底的人车分流。 在地下车库中采用机械存车，还可以免除采暖通风设施，因此，运行中的耗电量比工人管理的地下车库低得多。机械车库一般不做成套系统，而是以单台集装而成。这样可以充分发挥其用地少、可化整为零的优势，在住宅区的每个组团中或每栋楼下都可以随机设立

16、机械停车楼。这对眼下车库短缺的小区解决停车难的问题提供了方便条件。升降横移式立体停车库是一种比较典型的机电一体化产品形式，它主要涉及机械、电子、建工等多个领域，它与要各方面的专业技术人员协同工作。在现代化大都市中，升降横移式立体停车库已经渗入到人们的各个生活领域，在机关、宾馆酒店、医院和居民区等许多地方，升降横移式立体停车库成了一道必不可少的基础设施。但是我过的机械式停车库技术发展比较晚，大部分还沿用着日本80年代的技术。随着我国国民经济的飞速发展，轿车拥有量的迅速膨胀，机械式车库的现有功能已经落后于人们的要求。现有车库技术不足主要表现在取车时间比较长，智能化程度比较低，安全程度不够，设计形式

17、比较陈旧。上海和北京等地现有的许多高质量的立体停车库，都是运用大量的外汇从国外进口的，并且售后服务也得布道另人满意的保障。为了打破这种依赖进口的格局，打出具有自身特色的车库产品，就得要在原有技术上有重大突破，从而带动国内车库行业的发展，因此，对升降横移式立体停车库的系统研究显得尤为重要。二、立体车库整体方案选择（一）移动方案的比较本设计是双层六位五车的小型立体车库，多用于居民小区，其简图如下所示: 图2-1立体车库各车位移动方案根据上面的简图，可以有以下几种移动方案移动方案（1）：将1号车位作为定位，2，3号车位可以直接提取车。在存取4号车时，将4号位降到1号位上，进行存取车。在存取5号车时，

18、将2号位移动到1号为上，5号位降到2号位上，进行存取车。在存取6号车时，将2号位移动到1号位上，3号位移动到2号位上，6降到3号位进行存取车。移动方案（2）：可将3号车位作为定位，其存取方式和方案（1）相同，故不再做表述。移动方案（3）：将2号车位作为定位，1，3号车位可以直接进行存取车。在存取4号车时，将1号车位移动到2号车位上，4号车位降到1位进行存取车。在存取5号车时，将5号车位降到2位上，进行存取车。在存取6号车时，将3移动到2位上，6降到3号车位上，进行存取车。综上所述，可以知道方案（3）最快捷，所以本设计采用方案（3）作为车库整体移动的方案。（二）横移机构方式的选用就目前的立体车库

19、能储存的车辆数目来说，大致可把立体车库分为两大类，即大型立体车库和小型立体车库。本设计的立体车库是双层六位的，属于小型立体车库，存取车辆较少，从停车位到出车库所要运行的距离较近，即使速度较低，存取车的时间也不会太长。所以小型车库里采用托盘作为载车容器就可以了。能够使托盘平稳在在水平方向上移动的方式有多种。根据动力源是（驱动装置）是否在托盘上，可以将横移分为两种，一种是将驱动装置放在托盘上，通过驱动链条来实现传动。但这种方式现在使用不多，只有在大型的立体车库里才使用。由于电机放在托盘上，托盘在存取车的过程中不断的运动，给电机提供电源和对电机进行控制都比较难实现。驱动装置安放在固定件上是实现托盘横

20、移的另一种方式。这种方式都可以方便为其提供动力源并对其进行控制。也可以提高安全系数，也比较美观。对车库的效率和外观没有影响。（电机一般放在地面和框架上）所以，本设计的横移部分的驱动装置不安放在托盘上，而是安放在地面上和框架上。为实现托盘的横移而采用的驱动方式有三种：（1）利用液压系统进行驱动（2）利用电机带动链条进行驱动（3）利用电机带动齿轮、齿条系统进行驱动液压系统复杂，造价高，维修难，不易维护。链传动是一种不错的传动方式，传动精度高，设计、购买方便，但和齿轮、齿条啮合的传动方式比较起来，链传动的效率低了一点。所以，采用电机驱动的方式来实现托盘的横向移动，中间的传动装置采用齿轮和齿条的啮合。

21、1. 横移的方式和电机放置位置根据前面的所述，底层横移部分的动力源采用电机，而且，电机不是安装在托盘上，同时决定采用齿轮和齿条啮合的传动方式，按照常规规定将齿轮作为齿轮和齿条啮合传动的主动件，固定在水平面上，为了不防碍轿车的存取，电机和齿轮只能放在车库的后方。齿轮水平放置，所以齿轮轴的轴向为竖直方向，如果电机水平放置，电机轴的轴向为水平方向，这种情况下，把电机的动力传递给齿轮需要两个相互啮合的圆锥齿轮。圆锥齿轮的设计、制造和安装都比较麻烦，从而导致成本费用比较高，对于小型车库来说经济性不好，同时，两个圆锥齿轮的齿轮轴很难固定，而且占用了较多的纵向水平面积。故决定采用电机竖直放置的方法。电机竖直

22、安放也存在两种方式。其一，电机轴的轴向向上安放，这种方式下，虽然容易实现电机定位，无论采用底座定位还是凸缘定位都很容易定位。但是，由于要求齿轮安放在水平面上，电机则只有安放在地平面下，这样需要为电机用混凝土浇注一个基坑，这样的话，电机的安放和维修都比较困难。故不采用此方式。当电机竖直安放且电机轴的轴向向下时，只需要一个联轴器就可以把电机轴和齿轮轴联在一块，从而实现传动力的目的。此处的电机依靠凸缘来定位。采用这种方式的缺点就是电机不容易固定，为了解决这一个问题决定设计一个机架，用来支撑和固定电机。此处还要考虑减速器的存在。从车库的规模来看，此车库为小型车库，平移速度要求不高。因为平移距离都比较小

23、。速度大了就容易产生较大惯量，不利于制动，使安全系数降低。同时，从时间的角度来看，对于此车库，在速度较低的情况下，存取车的时间也是很短的。所以，此车库要求速度较低（初步定位0.35m/s）众所周知，电机的输出转速一般比较高。所以，在此处减速器是必不可少的部件。目前，减速器已经成为一种比较规范的标准件，设计和选择都比较容易。不过，此处为了安装方便，决定选用带有减速器的电动机。为了减低成本，安装方便，此车库的电动机都采用带有减速器的电动机，具体的型号根据具体的设计而定。电动机和齿轮都固定在地平面上了，齿条就只有作为齿轮、齿条啮合传动方式的运动件了。齿条可以焊接在托盘的后面的侧面上，也可以使用螺栓固

24、定在托盘后方。由于齿条的长度和托盘的宽度一样，尺寸补角长，如果采用焊接的方法，由于热胀冷缩的原因，在焊接的过程中，回使齿条变形，从而影响齿轮和齿条间懂得啮合精度。所以决定齿条和托盘间的联接方式采用螺栓联接，齿条的宽度由它所承受的载荷而定，具体设计见第三章。齿条的厚度由多个因素决定，其一：齿条的强度需要满足一定的强度要求；其二：由于滚筒的存在，齿条应该用螺栓固定在托盘的后方的边框的上方，而不是托盘后面的竖直侧面上，这种情况下要求：齿条和边框在水平方向上哟一定的重合度。其三：要考虑滚轮的宽度，最后要考虑齿条的分度线要和齿轮的分度圆相切。（三）提升机构所用方式的比较和选择常见的三种方式是液压方式，链

25、条提升方式和钢丝绳提升方式一、钢丝绳提升 钢丝绳具有承载能力强，重量轻的特点，但它却具有弹性，使用时间长了会产生伸长量，使得传动精度降低，从而使得托盘不能准确到达所应到达的位置，而且，钢丝绳容易自行扭转和松散。二、液压提升液压系统驱动是一套十分复杂的驱动系统，它的设计、制造成本较高。而且维修、检测费用也相对较高，液压系统的故障很难检查，如果哪个输油管道出现问题，将会在一定时间内大大降低车库的工作效率，而如果液压站出现了问题，后果将更加严重，故此，此设计没有采用液压驱动系统作为提升机构。三、链条提升 链传动为电动机通过连轴器、链条、链轮，来带动托盘实现升降的。成本低，安全，易维护，维修。链条传动

26、兼有齿轮传动和带传动的特点。与齿轮传动比较，链传动较易安装，成本低廉；远距离传动时其结构要比齿轮传动轻便得多。与带传动比较，链传动的平均传动比准确；传动效率高；需要的张紧力小，压轴力也小；结构尺寸紧凑；能在低速重载下较好的工作；能适应较恶劣的环境如油污和高温等场合。综上所述，升降机构的设计：电动机作为动力源，利用链条和链轮的啮合传递动力，带动滚筒缠绕钢丝绳来实现上层托盘的升降。1.提升的原理和电机安放位置为了制造、安装方便，上下两层的托盘基本相同。无论是尺寸，还是组成都基本相同。区别就在于：底层的托盘有滚轮，而上层的托盘有滑轮，此处重点来说明一下链轮、链条和提升电机及相关组成部分。从电机的安装

27、和美观的角度来考虑，电机应该放在车库框架后方的横梁上，此处电机的定位依靠底盘来定位。提升用的电机和平移用的电机一样也选用带有减速器的电机。链传动最常见的方式就是利用一条闭合的链条，把一根轴上的动力传递到另一根轴上，两个链轮要求在同一个水平面上。本设计中要求链条传递动力，还要求钢丝绳传递运动，所以采用闭合链条，钢丝绳固定在框架纵向梁的前部，然后和托盘上两个滑轮配合，最后回到纵向梁的后部，示意图如下图所示。这种方式不但有四根钢丝绳来承载，而且提升平稳，安全系数高，所以就采用这种方式。图2-2 上层托盘和轿车提升的简图由于上层托盘提升到固定位置时，需要在此处长时间停滞，所以需要在链轮轴上安装制动器，

28、制动器应该选用常闭型的制动器，因为托盘停在固定位置的时间比托盘运动的时间长很多，电机轴和链轮轴之间也采用凸缘式联轴器进行联接。（四）设计数据调查大众普遍型轿车参数，参数由表2-1确定本课题轿车的几何参数为：车身长为小于5000mm，车身宽为小于1900mm，车身高为小于1700mm,总重是小于1600Kg。托盘为载车容器，其尺寸应该大于轿车的尺寸，故托盘的尺寸初步定为：长L=5400mm,宽W=2500mm.为了保证托盘的自由运动，左右两个立柱间的距离应该大于托盘的宽度，因为这样既有利于轿车的存取，也有利于托盘的安放，所以把左右两个立柱间的距离定为2700mm,车库总长度为8500mm ,宽度

29、为5800mm，高4440mm,单个车位尺寸为长5600m，宽2700m，高2000m,这是托盘和车库框架的大体尺寸。表 2-1 大众型轿车参数轿车等级品牌列举长(mm)宽(mm)高(mm)质量(kg)微型车比亚迪F0346016181465870奇瑞QQ3355014951530897小型车长安CX203900171015701100标志2074260168014681079紧凑车型雪铁龙C44273176914581315凯越HRV4308172514531255中型车马自达64670178014351386凯美瑞4825182014851490大型车凯尊4965185014751500标

30、志6074902183514421570多用途车林肯MKT4980171217001580本田时韵4570169515901410越野车丰田RAV44630185517001495本田CRV4570182016801475跑车保时捷9114435180813101505宝马Z44239179012841480三、升降横移设备的结构设计（一）升降横移式二层车库工作原理机械式立体停车库有许多种类型，根据其工作原理可分为：升降横移式；水平循环式；平面移动式等等。采用以载车板升降或横移存取车辆的机械式停车设备叫做升降横移式立体停车库，由于升降横移式停车库的类型比较多，规模可大可小，对场地的适应性强，因

31、此采用这一类型的停车库十分的普遍。 图3-1 车库原理图升降此车库适用于小区里使用，停放的车辆是小型轿车。此车库一共有3个出入口。底层的载车板只能进行水平的横向移动，上层的载车板只能进行竖直方向上的上下运动。本车库一共可以停放5辆轿车（即一共有5个载车板）。为了实现载车板的自由提升和横移，从而实现轿车的存取，底层存在一个空车位，即能够横移的载车板只有两个。升降横移式立体停车库每个车位均有载车板，上层车位的存取通过横移下层车位让出空位，然后升降上层车位来完成存取过程。停泊在这类车库内地面的车只作横移，不必升降，存取时，驾驶员进去车位直接存取。为了对存取车进行详细的说明，对各个车位进行了编号，号码如图3-1所示。现在以取车为例来说明存取车的顺序。如图所示，假设2车位目前为空车位。如果要取1、3车位的轿车，可以直接取车；如果要取5车位的轿车，只需要将5车位的载车板下放到2车位即可以取车，最后让我们来看一下4车位的轿车的取车顺序，要取4车位的轿车，必须先将1车位的载车板横移的空车位（2车位），然后将4车位的载车板下放到1（1）车位即可以取车了。需要说明一下的是，当轿车取走后，上层的载车板需要提升到原位。存车的过程和取车的过程基本相同，唯一的区别就是：存车时尽量先将