基于PLC控制的升降橫移式立體停車庫設計(1)

1、畢 業(yè) 論 文 開 題 報 告1、 本課題的研究意義：隨著汽車的急增致使城市停車難問題不斷惡化,而作為解決城市靜態(tài)交通的有效措施向空間、向高層發(fā)展的自動化立體停車設備,以其占地面積少、停車率高、布置靈活、高效低耗、性價比高、安全可靠等優(yōu)點,越來越受到人們的青睞。目前市面上常見的機械式立體停車庫有：1. 升降橫移類2. 垂直循環(huán)類3. 多層循環(huán)類4. 水平循環(huán)類5. 平面移動類6. 巷道堆垛類7. 垂直升降類8. 簡易升降類等8種,其中升降橫移類以其結構簡單、操作方便、安全可靠、造價低等優(yōu)點,在國內(nèi)車庫市場占有絕對優(yōu)勢的市場份額。立體停車庫以停放轎車為主,其代價較昂貴,而且立體停車庫使用時涉及到

2、人身和車輛的安全,所以對設備的安全性和可靠性要求非常高。PLC采用了以計算機為核心的通用自動控制裝置,集微機技術、自動化技術、通訊技術為一體,可靠性強、性價比高、設計緊湊、擴展性好、操作方便,適用于頻繁啟動和惡劣的環(huán)境,因此在立體停車庫控制系統(tǒng)中通常采用PLC作為電控系統(tǒng)的核心。PLC來源可編程序控制器的英文為Programmable Controller,在二十世紀70-80年代一直簡稱為PC。由于到90年代,個人計算機發(fā)展起來,也簡稱為PC;加之可編程序的概念所涵蓋的范圍太大,所以美國AB公司首次將可編程序控制器定名為可編程序邏輯控制器 (PLC-Programmable Logic Co

3、ntroller),為了方便,仍簡稱PLC為可編程序控制器。有人把可編程序控制器組成的系統(tǒng)稱為PCS可編程序控制系統(tǒng),強調(diào)可編程序控制器生產(chǎn)廠商向人們提供的已是完整的系統(tǒng)了。PLC是以微處理器為基礎，綜合自動控制技術和通信技術發(fā)展起來的一種通用的工業(yè)自動控制裝置，它具有體積小，功能強，程序設計簡單，靈活通用，維護方便等一系列的優(yōu)點，特別是它的高可靠性和較強的適應惡劣工業(yè)環(huán)境的能力，使它成為大規(guī)?？刂乒こ痰睦硐胂挛粰C。此次所設計的立體停車庫也是使用PLC進行下位機的控制及使用。文獻18主要介紹了在當前城市用地資源日趨緊張的情況下，有必要從城市交通總體角度規(guī)劃一定數(shù)量的公共類機械立體停車庫，為機械

4、式立體停車庫的推廣建設提供良好的示范。其中文獻1更以廣州市為例，淺談城市機械立體停車庫應用規(guī)劃研究，并提出機械式立體停車庫建設與發(fā)展的相關建議，以推動停車科技產(chǎn)業(yè)法杖，有效緩解城市停車難現(xiàn)狀。2、本課題的基本內(nèi)容簡介：內(nèi)容和要求1.設計控制系統(tǒng)的硬件電路2系統(tǒng)的軟件設計3調(diào)試4. 簡述“車庫”是大中城市的熱門話題，國家經(jīng)貿(mào)委將“城市立體車庫”列為“近期行業(yè)技術發(fā)展重點”，隨著家用汽車的不斷增加，公共場所及社區(qū)內(nèi)存車矛盾、車擠綠地的問題將會越來越突出，在人們對生活質(zhì)量和環(huán)境意識不斷增強之時“車庫”日漸成為熱門話題，機械自動化立體車庫將會在新開發(fā)的樓盤及商業(yè)里大顯身手。3、論文提綱：第一部分：設計

5、任務書一. 設計內(nèi)容二. 設計文件及圖紙需求三. 原始資料第二部分:設計說明書一. 設計步驟1. 控制算法2. 控制系統(tǒng)的運行3. PLC控制系統(tǒng)硬件設計和軟件設計4. 開關量UO點的節(jié)省和模擬量UO模塊的代用二.設計中應注意的問題結論與總結致謝參考文獻4、研究進程計劃及時間安排（計劃進度、預計完成的日期,階段性成果的形式）：第1-2周 ： 熟悉課題，收集資料，寫出開題報告第3周 ： 確定課題的總體研究方案，開題報告定稿第4-5周 ： 完成硬件電路的設計第6-8周 ： 控制程序設計第9-10周 ： 組態(tài)設計第11-12周 ：模擬調(diào)試第13-15周 ：撰寫畢業(yè)設計報告，準備畢業(yè)答辯第16周 ：

6、畢業(yè)答辯5、參考文獻目錄：1. 黃莉等. 廣州市機械式立體停車庫應用規(guī)劃研究R.起重運輸機械。2006（10）2. 王永華.現(xiàn)代電氣控制及PLC應用技術（第2版）M.北京航空航天大學出版社3. 王炎玉，秦展田，PLC在升降移位立體停車庫控制中的應用J.桂林航天工業(yè)高等?？茖W校學報.2007年第3期4. 周奇才等.魔方式停車庫自動控制系統(tǒng)設計J.起重機與運輸機械.2006(11)5. 胡瑜.基于組態(tài)控制技術的智能立體停車庫J.起重機與運輸機械.2006(2)6程懷洲.基于PLC的多層升降橫移立體停車庫控制系統(tǒng)設計J.電子設計應用.2005（4）7郝艷芳等. 自動化立體停車設備的安全技術J.機電產(chǎn)

7、品開發(fā)與創(chuàng)新. 20018. 于海樓.立體車庫:城市交通發(fā)展之必然J.2005(2)9. 蔣圣平.顏景龍.裴煥斗.PLC在立體車庫系統(tǒng)中的應用J.2000(2)10. 鄭寶舉.袁永康.員超.智能立體停車庫控制系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)J.計算機測量與控制.2003(6)11. 西門子（中國）有限公司 自動化與驅動集團.深入淺出西門子與S7-200PLC（第二版）M.北京航空航天大學出版社.20056、指導教師審閱意見：摘 要立體車庫是專門實現(xiàn)各種車輛的自動停放及科學寄存的倉儲設施。隨著城市汽車保有量的不斷增加，停車難問題己經(jīng)成為大中型城市的一個普遍現(xiàn)象。機械式立體車庫可充分利用上地資源，發(fā)揮空間優(yōu)勢，最

8、大限度地停放車輛，成為解決城市靜態(tài)交通問題的重要途徑。本課題以較為典型的升降橫移式立體車庫為研究對象，綜合考慮立體車庫制造成本和運行效率的雙重因素。本文在對國內(nèi)外車庫現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢做了充分調(diào)研的基礎上，選擇三層三列式車庫結構為研究模型。升降橫移式立體車庫就其組成部分而言，可分為三大部分：車庫結構部分、傳動機構部分和控制系統(tǒng)部分。本文簡單介紹了車庫的主體結構和特點，對車庫的控制系統(tǒng)也作了簡單的說明，依據(jù)升降橫移式立體車庫的運行原理，運用力學理論對升降橫移式立體車庫的結構進行了全面的力學分析，包括升降橫移式立體車庫的框架結構的強度、橫移傳動系統(tǒng)中軸的強度和升降傳動系統(tǒng)中軸的強度等。在對升降橫移式立

9、體車庫控制系統(tǒng)的設計中，采用了先進的PLC控制，運用歐姆龍公司的編程軟件編制了升降橫移式立體車庫控制系統(tǒng)的程序，并經(jīng)調(diào)試、運行，證明采用可編程序控制器(PLC)作為控制系統(tǒng)簡單易行。其穩(wěn)定、可靠、快速、性價比高的特點使得控制系統(tǒng)非常完美。為了使停車設備滿足使用要求，根據(jù)國家關于機械式停車設備通用安全要求的標準、升降橫移式立體車庫的實際，在升降橫移式立體車庫中使用了一些必要的安全技術，這樣保證了車輛的絕對安全，使得整個車庫可以安全平穩(wěn)的運行。關鍵詞：立體車庫，控制系統(tǒng)，可編程序控制器，鋼結構。AbstractStereo garage is the storage which is used f

10、or automatic parking and scientific storage of kinds of automobile. As the quantity of urban automobile has increased continuously in nowadays, the hard-to-Park Problem has become a common phenomenon. Mechanical stereo garage can use land resource sufficiently and bring space advantage into play, an

11、d maximize the number of parking cars. It has become an important way for static traffic problem of cities. The issue studies the type mechanical parking system which named up-down and translation stereo garage, and regards of the two factors of cost of manufacture and operational efficiency synthet

12、ically.On the basis of investigation on current situation and developing trend of garage in domestic and abroad, we choose three-layer and three-formulistic garage structure as the research model. According to the form of the dragging-forms of multi player up-down and translation ear-base, it is mad

13、e of three parts: part of ear-base structure、part of driving-framework and part of control system. The paper simply introduces main structure and characteristics of garage and also gives a short introduction to its control system. The finite element reliability checking of steel structure of garage

14、is utilized according to the operation principle of up-down and translation stereo garage, the mechanics was used to comprehensively analyze the up-down and translation stereo garage. Including intension of the framework structure and axes, etc. The paper adopted PLC as control system in designing t

15、he up-down and translation stereo garage, PLC software of OMRON company was used to weave the program of control system, through debugging running. The result proved that adopted PLC as control system is simple and easy to realize. The characteristic of stabilization, credibility, speediness and hig

16、h capability made the control system very perfection. In order to satisfy using demand in design stereo garage, according to criterion of mechanical parking systems-general safety requirement and the facts of the up-down and translation stereo garage the Paper introduced some safety technique which

17、was used in the up-down and translation stereo garage. This can ensure absolute safety for Car and make the whole stereo garage safety and running smooth. Keywords：Stereo garage, Control system, PLC, Steel structure .目 錄摘 要iAbstractii第 1 章緒 論11.1課題的背景和意義11.2課題的關鍵技術及其國內(nèi)外研究發(fā)展現(xiàn)狀31.2.1國外研究現(xiàn)狀31.2.2國內(nèi)研究現(xiàn)狀

18、51.3本文的主要工作目標和工作內(nèi)容6第 2 章升降橫式立體車庫機械部分設計82.1升降橫移式立體車庫的基本結構82.1.1升降橫移式立體車庫簡介82.1.2立體車庫鋼結構設計112.2立體車庫升降橫移機構設計202.2.1橫移機構設計202.2.2載車板設計232.2.3安全防護機構232.2.4提升機構及軸的設計24第 3 章立體車庫電氣控制系統(tǒng)設計313.1電氣控制系統(tǒng)整體設計313.2PLC控制程序設計363.3電氣安全裝置42第 4 章結論與展望464.1結論464.2展望46致 謝49附錄A50附錄B77第 1 章 緒 論1.1 課題的背景和意義隨著我國城市經(jīng)濟和汽車工業(yè)的迅速發(fā)展

19、，擁有私家車的家庭越來越多，而與此相對應的是城市停車狀況的尷尬。以北京市為例，截止2006年底，市區(qū)僅有公共停車場827處，共計車位5.6萬個，僅占市區(qū)機動車擁有量的8.5，停車環(huán)境與城市規(guī)劃的矛盾十分突出。上海的情況也讓人無法樂觀，僅有的227個地下車庫使用面積不足60萬平方米，只能滿足1.3萬輛機動車停放的要求，路邊停車漸呈泛濫之勢，比例高達64，而且還有繼續(xù)上升之勢。據(jù)建設部城市交通工程技術中心對全國15個大城市停車現(xiàn)狀的調(diào)查，城市機動車保有量與停車位之比平均為4.84：1，這一比值對于渴望“車者有其位”的車主來說，形式不容樂觀。停車難產(chǎn)生最主要的原因是城市建設規(guī)劃上的準備不足。上世紀8

20、0年代初期，北京市權威部門對2000年北京汽車發(fā)展數(shù)的預測僅僅是70萬80萬輛，而事實上到新世紀鐘聲敲響之前，北京市汽車總量則足足比預期多了100萬輛，其中私人小客車的數(shù)量就高達45萬輛。面對迅速發(fā)展的城市車流，停車設施建設的落后也就不足為奇。據(jù)建設部停車技術開發(fā)推廣中心介紹，北京市停車設施的“欠賬”最保守估計應為2030。停車問題是城市在發(fā)展過程中出現(xiàn)的靜態(tài)交通（車輛停放狀態(tài)）問題，靜態(tài)交通是相對于動態(tài)交通（車輛行駛狀態(tài)）而存在的一種交通形態(tài)，二者相互聯(lián)系，互相影響，停車設施是城市靜態(tài)交通的主要內(nèi)容，隨著城市的不斷發(fā)展，各種車輛的不斷增加，對停車設施的需求也在不斷增加，如果兩者之間失去平衡，

21、城市里就會出現(xiàn)停車難的一系列問題。數(shù)據(jù)顯示，最近幾年我國城市機動車輛平均增長速度在15%-20%，而同時期城市停車基礎設施的平均增長速度只有2%-3%，特別是大城市的機動車擁有量的增長速度遠遠超過停車基礎設施的增長速度，因此，我們必須重視城市停車難的問題，并積極探求解決的措施。專家們指出，解決城市靜態(tài)交通問題，大體分為軟硬兩種措施。所謂軟措施，就是通過政策法規(guī)，限制路面停車，提高停車場利用效率，使部分車主更愿意改乘公共交通工具，以減少機動車對停車場的需求。而硬措施，主要包括增建停車場，建設地下及立體停車場、利用其它空間滿足停車需求。而無論采取什么措施，在規(guī)劃后再收拾殘局，于局限內(nèi)彌補不足，政府

22、和管理部門所需投入得精力和資金都不小。圖 1.1 先進的自動化立體車庫隨著人類社會的不斷進步和科學技術的發(fā)展，人類的生產(chǎn)、生活方式趨于集中，城市的規(guī)模越來越大，人們在城市里的生存空間卻越來越小，于是出現(xiàn)了要利用空間的理念，城市中開始建設立體建筑、立體交通和立體停車。作為現(xiàn)代大都市的標志，城市中心商住區(qū)高樓大廈林立，社區(qū)道路、高架交通干道、立交橋和地下鐵路，編織出城市立體交通網(wǎng)，汽車的住宅-停車場也有了長足的發(fā)展，由平面停車向立體停車，由簡單的機械車庫向計算機管理高度自動化的現(xiàn)代立體停車演變，成為具有較強的實用性、觀賞性和適合城市環(huán)境的建筑。伴隨著汽車進入家庭，城市動態(tài)、靜態(tài)交通管理制度的不斷完

23、善和人們對居住環(huán)境要求的提高，給停車產(chǎn)業(yè)提供了前所未有發(fā)展機遇，停車產(chǎn)業(yè)市場前景廣闊。作為現(xiàn)代大都市的標志，立體建筑和立體交通都有了顯著發(fā)展，道路擁擠、車滿為患已成為當今快節(jié)奏社會中的最不和諧之音，發(fā)展立體停車已成為人們的共識。目前我國經(jīng)濟正處在高速發(fā)展時期，隨著人們生活水平的不斷提高，汽車進入家庭的步伐正在加快，停車產(chǎn)業(yè)市場前景廣闊。機械式立體車庫既可以大面積使用，也可以見縫插針設置，還能與地面停車場、地下車庫和停車樓組合實施，是解決城市停車難最有效的手段，也是停車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必由之路。當前，我國許多大城市如北京、上海、深圳都開始大力發(fā)展機械式立體停車產(chǎn)業(yè)。機械車庫與傳統(tǒng)的自然地下車庫相比，在

24、許多方面都顯示出優(yōu)越性。首先，機械車庫具有突出的節(jié)地優(yōu)勢。以往的地下車庫由于要留出足夠的行車通道，平均一輛車就要占據(jù)40平方米的面積，而如果采用雙層機械車庫，可使地面的使用率提高8090，如果采用地上多層（21層）立體式車庫的話，50平方米的土地面積上便可存放40輛車，這可以大大地節(jié)省有限的土地資源，并節(jié)省土建開發(fā)成本。 機械車庫與地下車庫相比可更加有效地保證人身和車輛的安全，人在車庫內(nèi)或車不停準位置，由電子控制的整個設備便不會運轉。應該說，機械車庫從管理上可以做到徹底的人車分流。 在地下車庫中采用機械存車，還可以免除采暖通風設施，因此，運行中的耗電量比工人管理的地下車庫低得多。機械車庫一般不

25、做成套系統(tǒng)，而是以單臺集裝而成。這樣可以充分發(fā)揮其用地少、可化整為零的優(yōu)勢，在住宅區(qū)的每個組團中或每棟樓下都可以隨機設立機械停車樓。這對眼下車庫短缺的小區(qū)解決停車難的問題提供了方便條件。近年來 ，隨著經(jīng)濟的發(fā)展，我國的城市化水平加快和人民生活水平的提高，汽車數(shù)量的不斷增加。截至2003年底，我國個人汽車保有量為12427672輛。其中，個人轎車4890387輛，比2002年增加1462441輛，增長率為42.7%，但與此同時，汽車停車場地的增長卻不能與之同步，汽車泊位與汽車數(shù)量的比例嚴重失調(diào)，由此帶來停車難、違章停車、停車管理困難等一系列問題。當以往的路邊、人行道上停車、地下或地面停車場均解決

26、不了上述問題時，采用機械式立體停車設備是一個非常有效的措施。機 械 式立 體停車設備又名立體車庫，它占地空間小，并且可最大限度地利用空間，安全方便，是解決城市用地緊張，緩解停車難的一個有效手段。國家計委已明確機械式立體停車設備及城市立體停車場為國家重點支持的產(chǎn)業(yè)，1998年1月1日起執(zhí)行的國家計委6號令把機械式停車序和立體停車場列入“國家重點鼓勵發(fā)展的產(chǎn)業(yè)、產(chǎn)品和技術日錄”，國家海關總署對機械式停車產(chǎn)品規(guī)定“國內(nèi)投資項目給予免征進口稅”、上述措施為我國立體車庫產(chǎn)業(yè)的成長提供了良好的條件、也為我國解決城市停車間題提供了機會。可以預見立體車庫具有非常廣闊的市場前景。1.2 課題的關鍵技術及其國內(nèi)外

27、研究發(fā)展現(xiàn)狀1.2.1 國外研究現(xiàn)狀早在50多年前，立體停車就在國外有所發(fā)展，先后出現(xiàn)了針對家庭使用的雙層停車設備；利用住宅空地建起2-4層升降橫移停車設備；適合城市中心商住區(qū)使用的停車樓和停車塔；利用廣場、建筑物下面的空間建設地下車庫。自70年代末起，世界經(jīng)濟高速發(fā)展，汽車逐漸普及，保有量不斷增加，迫使地少人多、車多的國家、地區(qū)和一些發(fā)達國家積極開展了機械式停車技術的研究開發(fā)和制造應用。以日本、美國、德國等為代表的發(fā)達國家在停車技術領域的研究處于世界領先水平，韓國和我國的港、澳、臺地區(qū)的停車業(yè)也通過引進-移植制造，得到了蓬勃發(fā)展，較好地解決了本地區(qū)的停車難，并開始向外輸出技術和出口產(chǎn)品。圖

28、1.3 國外高容量的立體車庫目前世界停車產(chǎn)業(yè)正向多元化發(fā)展，其停車技術幾乎包含了當今機械、電子、液壓、光學、磁控和計算機技術等領域的所有成熟先進技術。機械方面，應用了許多新材料、新工藝。設備結構采用模塊化設計，便于組合使用，易于安裝拆卸。鋼結構選用新型優(yōu)質(zhì)鋼材，既提高了設備的強度和剛度，又使設備輕巧美觀，載車板采用一次成型的鍍鋅板或彩涂板組裝，美觀、強韌、耐用?？刂萍夹g方面，廣泛采用可編程序控制器和矢量變頻變壓調(diào)速閉環(huán)控制技術，使運行高速平穩(wěn)，節(jié)省電力，振動和噪音也趨于最小?？刂菩问接校粹o式、鎖匙式、IC卡式、鍵盤式、觸摸屏式、遙控式等。安全元件采用各種光柵顯示屏、光電管、機械式行程開關、磁

29、性接近開關、光敏感應開關等，安全保護裝置日臻完善，如汽車出入聲光引導和定位、汽車尺寸和重量自動識別、限速保護與多重機構互鎖、停車泊位自動跟蹤、鏈條和鋼絲繩長度超范圍報警和彈性變形自動補償、汽車圖象攝影對比安全檢測、自動消防滅火系統(tǒng)等。日本是最早應用機械式車庫的國家之一，其在上世紀60年代初就開發(fā)并使用可最大限度的利用空間的機械式停車設備。當時日本全國汽車保有量大約為500萬輛，大多采用的是垂直循環(huán)式停車設備。從80年代開始，日本開始向亞洲地區(qū)的韓國、中國及臺灣地區(qū)出口產(chǎn)品及技術。韓國機械車庫技術是日本機械停車技術的派生。其機械停車產(chǎn)業(yè)從20世紀70年代中期開始起步，80年代開始引進日本技術，經(jīng)

30、過消化生產(chǎn)和本土化，90年代開始為供應使用階段。由于這幾個階段得到政府的高度重視，各種機械停車設備得到普遍開發(fā)和利用，韓國近幾年增長速度都在30%左右。目前韓國停車設備行業(yè)進入穩(wěn)步發(fā)展階段。圖 1.4 韓國LG公司研發(fā)的塔式1.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀我國機械式車庫的早期研究開發(fā)工作是從80年代中期開始，90年代開始引進和生產(chǎn)停車設備，在北京、上海、廣州、深圳等地都有使用。參照日本等國標準制定的我國行業(yè)標準也于近幾年出臺，目前停車設備生產(chǎn)廠已發(fā)展到幾百家，生產(chǎn)各種類型的停車設備，有些停車設備已開始出口。機械式立體車庫是一種具有綜合性能的建筑，不僅包含了機械停車設備，其規(guī)劃建設涉及到區(qū)域整體景觀、交

31、通疏導、建筑結構、供電照明、通訊監(jiān)視、通風排水、環(huán)境保護、安全消防、收費管理等各學科領域，就停車設備本身而言，其機械結構的發(fā)展已形成了停車設備獨有的技術特征，需要多學科、多專業(yè)的復合型人才積極參與，把國外停車技術和各領域的成熟技術移植到我國停車產(chǎn)業(yè)，開發(fā)出安全、經(jīng)濟、高效、節(jié)能、省地的產(chǎn)品，滿足國內(nèi)外市場的需求。在我國的停車產(chǎn)業(yè)發(fā)展中還存在一些問題，如沒有統(tǒng)一的技術標準；多數(shù)產(chǎn)品是仿效或引進國外技術制造，技術水平低；缺少具有一定規(guī)模的企業(yè)，生產(chǎn)能力不足；市場競爭無序，個別企業(yè)為搶占市場，采取低價競爭；缺少科研設計單位的參與，技術創(chuàng)新能力嚴重不足；政策不配套，對停車產(chǎn)業(yè)發(fā)展和管理嚴重滯后等。解決

32、上述問題，需要我們在政策市場、管理和技術多方面做出努力。政策方面應參照發(fā)達國家的有關政策法規(guī)，規(guī)劃確定出專用和公共停車位的合理數(shù)量，實現(xiàn)投資主體多元化，確定車庫的管理屬性和停車收費標準，給予投資和經(jīng)營者相應的優(yōu)惠政策，使其有利可圖。市場方面應建立車庫市場運行機制，利用價格杠桿調(diào)高占路停車收費標準，逐步消除“路滿庫空”現(xiàn)象。鼓勵按市場規(guī)則經(jīng)營車庫，并實施政府監(jiān)督和政策調(diào)控，使停車產(chǎn)業(yè)良性發(fā)展。圖 1.5 在我國廣泛使用的升降橫移式立體車庫1.3 本文的主要工作目標和工作內(nèi)容目前，立體車庫主要有以下幾種形式：升降橫移式、巷道堆垛式、垂直提升式、垂直循環(huán)式、箱型水平循環(huán)式、圓形水平循環(huán)式等。在對國內(nèi)

33、外各種同類產(chǎn)品進行分析的基礎上，再結合造價、技術難度以及用戶需求等各個方面的因素，可以發(fā)現(xiàn)升降橫移式立體車庫形式比較多，規(guī)?？纱罂尚。覍龅氐倪m應性較強，同時采用這類設備的車庫十分普遍。因此，最終確定研究對象為升降橫移式立體車庫。1、工作目標：（1） 升降橫移式立體停車設備總體結構的設計與研究；確定垂直升降式立體停車設備的總體布局、運行方式，然后進行存取車方式、提升系統(tǒng)、鋼結構等各個組成部分的總體設計。（2）升降橫移式立體停車設備的存取機構設計；在分析比較的基礎上，確定車庫的存取車形式，然后由此詳細設計停車位、載車板和存取機構。（3）升降橫移式立體停車設備的升降驅動機構研究；首先通過比較，

34、選定曳引驅動方式作為整個車庫的升降方式。然后設計升降平臺、安全機構等。并計算升降系統(tǒng)電機所需要的曳引能力、平衡配重的重量等。2、工作內(nèi)容：（1）結合現(xiàn)實生活中已經(jīng)建成的升降橫移式立體車庫的項目，了解立體車庫；參觀下沙甌江大酒店的立體車庫，了解車庫運行基本原理，了解轎車停車流程，記錄立體車庫使用注意事項等。（2）參閱了國內(nèi)外的幾種升降橫移式立體車庫的相關資料，對當前的車庫技術發(fā)展前沿有了大概的了解，從而把握國內(nèi)外車庫技術的發(fā)展趨勢和方向；通過網(wǎng)上檢索，了解立體車庫最新發(fā)展概況，以及國外立體車庫建設情況等。了解建設立體車庫的鋼材選用，電機選擇，建設方法等。（3）據(jù)甌江大酒店立體車庫原型，再根據(jù)文獻

35、資料。初步選擇建造立體車庫所需鋼構、電機、鏈輪等組成。（4）依據(jù)以上的車庫組成部件選型，利用AUTOCAD建立立體車庫二維圖形。在繪制CAD圖形過程中，再對部件選型中不合適的進行替換，以達到最佳效果。（5）對建立的車庫模型進行安全和疲勞校核，檢驗設計知否合理。再根據(jù)人體工學對車庫模型優(yōu)化設計。（6）歸納、總結并完善報告。結合以上5項計劃任務，最后完善論文的總結部分。第 2 章 升降橫式立體車庫機械部分設計2.1 升降橫移式立體車庫的基本結構2.1.1 升降橫移式立體車庫簡介1、立體車庫的工作原理升降橫移式立體車庫是指利用載車板的升降或橫向平移存取停放車輛的機械式停車設備。升降橫移式立體車庫每個

36、車位均有載車板，所需存取車輛的載車板通過升、降、橫移運動到達地面層，駕駛員進入車庫，存取車輛，完成存取過程。停泊在這類車庫地面的車只作橫移，不必升降，上層車位或下層車位需通過中間層橫移出空位，將載車板升或降到地面層，駕駛員才可進入車庫內(nèi)將汽車開進或開出車庫。圖2.0 為一個地上7車位的升降橫移式停車設備，其工作原理是：三層三個車位可以升降，二層兩個車位可以升降和平移，一層的兩個車位只能橫向橫移，空車位供三層和二層的車位下降時借用。1 、2號車位可以直接存放車輛;7 號車位需下降后再存放車輛;3 號車位，則需先將1 號和2號載車板右移，再將3號載車板下降; 4 號車位，則需先將2 號載車板右移，

37、再將4號存車板下降；5號車位需要先將1、2、3、4號四個載車板右移，再將5號載車板下降；6號車位則需要先將2、4號載車板右移，再將6號載車板降下。由于升降橫移式停車設備對場地的適應性強，介紹系統(tǒng)各機械部分部件結構和功能 可根據(jù)不同的地形和空間進行任意的組合、排列，規(guī)模可大可小，對土建的要求比較低，因此，應用非常廣泛。圖 2.0 七車位升降橫移式立體車庫工作原理圖2、立體車庫機械部分部件結構和功能以三層三列式立體車庫為模型建立研究對象。升降橫移式立體車庫主要由結構框架部分、載車板部分、橫移系統(tǒng)、提升系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、安全防護系統(tǒng)六大部分組成。下面我們重點對車庫的主要組成(圖2.1所示)進行分析。圖

38、 2.1 升降橫移式立體車庫主要組成結構框架立體車庫一般主要以鋼結構和鋼筋混凝土為主，在升降橫移式車庫中我們選用鋼架結構(如圖2.0所示)。鋼架結構與其它建筑結構相比，具有如下特點：a.可靠性高鋼材在生產(chǎn)時，整個過程可嚴格控制，質(zhì)量比較穩(wěn)定，性能可靠。鋼材組織均勻，接近于各向同性勻質(zhì)體;鋼材的物理力學特性與工程力學對材料性能所作的基本假定符合較好;鋼結構的實際工作性能比較符合目前采用的理論計算結果，計算結果可靠，所以說鋼結構的可靠性高b.材料的強度高，鋼結構自重小與混凝土等材料相比，雖然鋼材的重力密度大，但它的強度和彈性模量較高，而且強度與重力密度之比也高得多。鋼結構自重小，從而便于運輸與安裝

39、，可減輕基礎的負荷，降低地基和基礎部分的造價。c.材料的塑性和韌性好鋼材的塑性好，鋼結構在一般條件不會因超載等而突然斷裂。破壞前一般都會產(chǎn)生顯著的變形，易于被發(fā)現(xiàn)，可及時采取補救措施，避免重大事故發(fā)生。鋼材的韌性好，鋼結構對動力荷載的適應性強，具有良好的吸能能力，抗震性能優(yōu)越。d.鋼結構制造簡便，施工工期短鋼結構一般在專業(yè)工廠制造，易實現(xiàn)機械化，生產(chǎn)效率和產(chǎn)品精度高，質(zhì)量易于保證，是工程結構中工業(yè)化程度最高的一種結構。構件制造完成后，運至施工現(xiàn)場拼裝成結構。拼裝可采用安裝方便的螺栓連接，有時還可在地面拼裝成較大的單元，再進行吊裝。施工工期短，可盡快發(fā)揮投資的經(jīng)濟效益。由于鋼結構具有連接的特性，

40、故易于加固、改建和拆遷。e.鋼結構密閉性好鋼結構采用焊接連接可制成水密性和氣密性較好的常壓和高壓結構、管道等。f.鋼材的耐銹蝕性差在沒有腐蝕介質(zhì)的一般環(huán)境中，普通鋼材制成的鋼結構經(jīng)除銹后再涂上合格的防銹涂料，銹蝕問題并不嚴重。立體車庫多在沒有腐蝕介質(zhì)的環(huán)境中，所以對鋼結構本身的維護費用低。結構主體采用熱制H 型鋼、槽鋼、角鋼和鋼板等型材制造，具有較好的強度和剛度，輕巧、美觀，并可二次拆卸安裝，運輸方便。上載車板及其提升系統(tǒng)每塊上載車板都配有一套獨立的電機減速機與鏈傳動組合的傳動系統(tǒng)。其工作原理如圖2.0 ，電機順時針旋轉時，載車板上升，電機逆時針旋轉時，載車板下降。根據(jù)載車板及車重確定鏈條所需

41、的傳動力。根據(jù)傳動力及載車板的移動速度確定電機功率。根據(jù)車身高度確定上下載車板間的距離，根據(jù)這個距離確定鏈條的長度，最后根據(jù)傳動力確定鏈輪大小，鏈節(jié)形狀及大小。下載車板及其橫移系統(tǒng)由于下載車板不需懸掛鏈條，所以為了節(jié)省材料，下載車板比上載車板要短。每塊下載車板后部都配有一套獨立的電機減速機傳動系統(tǒng)，藏于載車板內(nèi)。在下載車板底部裝有四只鋼輪，可以在導軌上行走，其中兩只為主動輪，裝于長傳動軸兩端，另兩只為獨立安裝的從動輪。電機減速機驅動長傳動軸運轉，長傳動軸上的主動鋼輪在導軌上滾動行走從而使下載車板作橫向平移運動。根據(jù)載車板及車輛的重量、行走速度、滾輪與導軌間的摩擦系數(shù)確定橫移電機的驅動功率。安全

42、裝置上載車板上裝有上下行程極限開關和防墜落安全裝置。防墜落安全裝置裝在縱梁與上載車板上停位之間，在縱梁兩測各裝兩只掛鉤，上載車板兩側相應位置處各裝兩只耳環(huán)，當上載車板上升到位后，縱梁下面的四只掛鉤便自動套入四只耳環(huán)內(nèi)，以防止升降電機常閉制動器慢釋放后，上載車板在汽車和載車板本身的重力作用下慢慢下滑，壓壞下層汽車。另外也防止制動器一旦失靈，上載車板從上停車位墜落，砸壞下層汽車。下載車板的安全裝置主要是行程極限開關和防碰撞板。行程極限開關的作用是使載車板橫移到位后自動停止。防碰撞板的作用是：下載車板橫移時，如果碰撞到人、遺留行李或車主寵物時，切斷橫移電機電源，橫移停止?？刂葡到y(tǒng)升降橫移式立體停車設

43、備的控制系統(tǒng)采用PLC 可編程序控制器控制，主要有手動、自動、復位、急停四種控制方法。自動控制應用于平時的正常工作狀態(tài)，手動控制應用于調(diào)試、維修狀態(tài)，復位應用于排除故障場合，急停應用于發(fā)現(xiàn)異常的緊急場合。對于本文中所列的7車位升降橫移式立體停車設備，PLC 主要要控制二、三層五個升降電機的正反轉和一、二層四個橫移電機的正反轉。此外要控制上層車位上安全鉤的電磁鐵和系統(tǒng)報警顯示裝置等。2.1.2 立體車庫鋼結構設計在升降橫移式立體車庫中其主要結構是鋼結構，有兩部分：主體框架部分和載車板部分。主體框架部分的鋼結構比較復雜，運用了“H”型鋼、角鋼、槽鋼等數(shù)種型鋼形式，就其連接形式而言比較單一，即焊接和

44、螺栓連接兩種形式。載車板部分的鋼結構比較簡單，其框架部分為數(shù)段矩形方鋼對焊而成，其它輔助結構則以角焊代之。焊接和螺栓連接是車庫鋼結構部分的兩種主要的連接方式，其連接方式的質(zhì)量優(yōu)劣將直接影響車庫整體結構性能的優(yōu)良與否，所以在車庫的設計和建造中具有很重要的位置。立體車庫在連接過程中主要運用對焊、角焊和螺栓連接。一、焊縫連接要求 1.焊縫金屬宜于基本金屬相適應，當不同強度的鋼材連接時，可采用與低強度鋼材相適應的焊接材料。 2.在設計中，不得任意加大焊縫，避免焊縫立體交叉和在一處集中大量焊縫，同時，焊縫的布置應盡可能對稱于構件的重心。 3.對接焊縫的坡口形式，應根據(jù)板厚和施工條件按現(xiàn)行標準手工電弧焊焊

45、接接頭的基本形式與尺寸和埋弧焊焊接接頭的基本形式與尺寸的要求選用。 4.在對接焊縫的拼接處，當焊接的寬度不同或厚度相差4mm以上時，應分別在寬度方向或厚度方向，從一側或兩側做成坡度不大于1/4的斜角，當厚度不同時，焊縫坡口形式應根據(jù)較薄焊件厚度選定基本形式與尺寸。 5.當采用不焊透的對接焊縫時，應在設計圖中注明坡口的形式和尺寸，其有效厚度不得小于，t為坡口所在焊件的較大厚度。在承受動力載荷的結構中，垂直于受力方向的焊縫不宜采用不焊透的對接焊縫。 6.角焊縫兩焊腳邊的夾角a一般為90度(直角角焊縫)。夾角a>120度或a<60度的斜角角焊縫，不宜用作受力焊縫(鋼管結構除外)。 7.角

46、焊縫的尺寸應符合下列要求： （1）角焊縫的焊角尺寸h不得小于，t為較厚焊件厚度。但對自動焊，最小焊角尺寸可減小1mm;對于T形連接的單面角焊縫，應增加1mm。當焊件厚度等于或小于4mm時，則最小焊角尺寸應與焊件尺寸相同。 （2）角焊縫的焊角尺寸不宜大于較薄焊件厚度的1.2倍(鋼管結構除外)。但板件(厚度為t)邊緣的角焊縫最大焊角尺寸，當時，;當t>6mm時，。圓孔或槽孔內(nèi)的焊縫焊角尺寸不宜大于圓孔直徑或槽孔短徑的1/3。 （3）角焊縫的兩焊角尺寸一般為相等，當焊件的厚度相差較大，且焊腳尺寸不能符合上列要求時，可采用不等焊腳尺寸，與較薄焊件接觸的焊腳邊以及與較厚焊件接觸的焊腳邊應分別符合上

47、列要求。 （4）側面腳焊縫或正面腳焊縫的計算長度不得小于和4mm。 （5）側面腳焊縫的計算長度不宜大于60h(承受靜力荷載或間接承受動力載荷時)或40h(承受動力載荷時);當大于上述數(shù)值時，其超過部分在計算中不予考慮。若內(nèi)力沿側面焊縫全長分布時，其計算長度不受此限。 8.在直接承受動力載荷的結構中，角焊縫表面應做成直線形或凹形。焊腳尺寸的比例：對正面腳焊縫宜為1：1.5(長邊順應力方向);對側面腳焊縫應為1：1。 9.在次要構件或次要焊件連接中，可采用斷續(xù)焊接。斷續(xù)焊接之間的凈距，不應大于巧t(對受壓焊件)或30t(對受拉構件)，t為較薄焊件厚度。 10.當角焊縫的端部在構件轉角處作長度為的繞

48、腳焊時，轉角處必須連續(xù)施焊。二、螺栓連接要求在立體車庫的鋼結構中，主立柱與橫移導軌“H”型鋼的連接是整體結構中的主連接，高強度螺栓連接則是主連接中常用的連接形式。高強度螺栓連接按其受力的性能可分為：摩擦型和承壓型。摩擦型高強度螺栓連接摩擦型高強度螺栓連接完全依靠被連接的構件間的摩擦阻力來傳力，完全不靠孔壁承壓和栓桿受剪。摩擦阻力的大小決定于作用在構件摩擦面上的壓力(螺栓的預緊力)，同時也與被連接構件的材料及表面處理情況有關。施工時不得在摩擦面上誤涂丹紅、油漆、淋雨、受潮等。承壓型高強度螺栓連接靠孔壁承壓和栓桿受剪，與普通的螺栓相似，其連接多為螺紋連接和絞制孔用螺栓連接。對于同時承受剪力和螺栓桿

49、軸方向拉力的承壓型高強度螺栓，應符合下式要求：其中式中，每個承受型高強度螺栓所受的剪力和拉力； 每個承壓型高強度螺栓的受剪、受拉、承壓承載力設計值。立體車庫鋼結構受力主要包括：鋼結構本身自重，結構架上各停車位的車輛及載車板重力，提升系統(tǒng)起制動所產(chǎn)生的慣性力，驅動裝置的重力，頂部梁架受滑輪組、轎箱和配重的重力，整體結構所受的風力、地震載荷以及結構由于外界環(huán)境溫度變化而引起的溫度應力等，它們均以集中或分布方式作用。由于該立體車庫為三層三列式，屬于低層鋼結構建筑。因此，我們對該車庫模型進行受力分析時作如下假設：1、車庫單獨建立，不與其它建筑物相連接，屬于最常見狀況;2、不計由于結構陰面與陽面溫差引起

50、的熱應力;3、整體結構無初始變形和缺陷;4、在靜態(tài)環(huán)境里，地震載荷與風載荷作用忽略不計。三、立體車庫鋼結構分析校核在車庫鋼結構設計中，包括軸心受力構件、梁、拉彎和壓彎構件的設計。進行軸心受力構件設計時，軸心受拉構件應滿足強度和剛度要求，軸心受壓構件除應滿足強度、剛度要求外，還應滿足整體穩(wěn)定和局部穩(wěn)定要求。在梁的設計中，梁的剛度和強度對截面設計起控制作用，因此應先進行這二者的計算。由于車庫系統(tǒng)對于系統(tǒng)的安全要求特別高，所以還應對其整體穩(wěn)定進行計算，此外，梁的接點處均應采取構造措施，以防止其端截面發(fā)生扭轉。在進行梁的截面設計時，考慮強度，腹板宜既高又薄，考慮整體穩(wěn)定，翼緣宜既寬又薄，所以在荷載作用

51、下，受壓翼緣與腹板有可能發(fā)生波形屈曲，即梁發(fā)生局部失穩(wěn)。發(fā)生局部失穩(wěn)后，梁的部分區(qū)域退出工作，將使梁的有效截面積減小，強度承載力和整體穩(wěn)定性降低，這時可以采取增大板厚度或設置加強肋等措施。對于壓變構件，需要進行強度、剛度、整體穩(wěn)定性和局部穩(wěn)定性計算。對于拉彎構件，一般只需要進行強度和剛度計算。在對立體車庫鋼結構骨架的分析中，我們先從單根梁的受力進行分析，適當簡化力學模型，在正確分析各梁的約束和受力的基礎上，先對各梁和立柱的剛度和強度進行分析，找出系統(tǒng)薄弱處所在，然后在整體分析之中給予特別關注。圖 2.2 立體車庫簡化模型立體車庫鋼結構骨架由立柱、橫梁、縱梁和支承動力及附屬裝置的上、下支承梁等組

52、成，其立柱通過螺栓與基礎相連，其余鋼梁靠焊接或者螺栓相互連接。立柱主要承受壓力和其他因素造成的扭矩，即壓應力和部分剪應力；前后兩個面的縱梁主要承受拉伸和彎矩造成的拉應力和彎曲應力;側面的橫梁承受較小的拉應力和剪應力。為了減小振動和提高穩(wěn)定性，各部分都必須保證足夠的強度和剛度。機械傳動系統(tǒng)安裝在鋼結構骨架上，由傳動部件和張緊裝置組成。停車托架與傳動鏈條相連，驅動裝置和機械傳動系統(tǒng)驅動托架循環(huán)運行，實現(xiàn)車輛的存取和停放。設計時采用Q235碳素鋼，其屈服極限為235Mpa，抗拉強度為375-500Mpa。整體車庫鋼結構許用位移為10mm。本車庫所限車型為小型車和中型車，最大容車重為2000kg，載車

53、板重約700kg，所以每個車位所承受的最大重量為2000+700=2700kg，在每個載車板上模擬汽車前后車輪位置，按照額定載荷6：4的比例均勻放置集中載荷。1、支撐柱受力分析鋼結構的支撐住是由H型鋼制成，前面有兩根立柱均勻分布，后面有兩根立柱，均勻分布。由于每一個立柱承受的力都是均布載荷，所以可以簡化為一個集中載荷附加一個彎矩。在各種受力的工況中，立柱均為受力桿，在豎直方向上，車庫骨架承受的力作用到地基，不足以引起立柱的壓潰變形，所以可以暫時忽略不計，主要分析在兩個彎矩作用下立柱的最大偏移位移量。立柱的彎矩與由作用的均布載荷決定，因此支撐住的最大偏移發(fā)生在最大受力狀態(tài)下，即為車庫滿載時。前立

54、柱為三根，后立柱為三根，當車庫空載時，每一根前立柱所受載荷總大于后立柱所受載荷，因此我們重點分析前支撐住受力情況。圖2.3所示為前立柱的力學結構簡圖。圖 2.3 前支撐住的力學分析圖 己知A點為全約束，施加在B點的彎矩，施加在C點的彎矩，且根據(jù)下列公式進行分析撓曲方程為：端截面轉角：，最大撓度：，所以，由梁的迭加原理得出立柱頂端D端為最大撓度點2、立柱穩(wěn)定性校核前立柱為等截面立柱，受壓靜力，前立柱受力狀態(tài)簡化如圖2.3所示。兩中心壓桿的穩(wěn)定條件為：其中：臨界載荷P工作載荷n安全系數(shù)許用安全系數(shù)圖 2.4 立柱受垂直力簡圖（1）立柱的截面力學特性查簡明材料力學附錄A型鋼表可得HW 300X300

55、型H型鋼面積： 慣性矩：慣性半徑：（2）確定壓桿柔度其中：壓桿全長為l=500cm壓桿長度系數(shù)u=2，見機械手冊l，1-153頁表1-1-104求壓桿柔度范圍值：其中：彈性模量比例極限 求壓桿柔度范圍值其中：屈服極限常數(shù)查機械手冊1，l-1-07，則前立柱屬于細長桿，應按歐拉公式計算臨界載荷。（3）強度校核設立柱空載時受載車板和上層鋼結構載荷滿載時前立柱承受最大載荷則立柱的工作載荷由歐拉公式得臨界載荷由機械手冊1，1-152頁表1-1-100查得，金屬結構中的壓桿安全系數(shù)，取n，=3。代入得前立柱的穩(wěn)定安全系數(shù)，由上式可知安全。若按插減系數(shù)法計算：其中A受力面積P工作載荷安全系數(shù)許用安全系數(shù)一

56、中心壓桿折減系數(shù)，安全裕度較大。3、導軌支撐梁強度校核前后導軌支撐梁均為兩點點支撐，承受作用力相同，故我們分析前導軌支撐梁，如果前導軌支撐梁在允許范圍之內(nèi)，則后導軌梁也必然符合設計要求。如圖2.5所示，簡支梁AB為兩點支撐，受均布載荷的作用，兩端全約束，且同樣為均布載荷。圖 2.5導軌支撐梁受力分析簡圖我們先來分析一下圖2.5中的梁的受力。已知A、B兩點全約束均布載荷為：撓曲方程為：最大撓度為：計算得：面積梁所承受的彎矩為則導軌支撐梁所承受的最大彎矩為最大應力為根據(jù)材料力學“失效、安全系數(shù)和強度”理論，由于鋼結構選用材料為Q235，屈服強度為235MPa，取安全系數(shù)下n=2，所以許用應力?？傻茫蓮姸壤碚摽芍簩к壷瘟悍€(wěn)定。4、三層橫梁強度校核 三層橫梁可以簡化為固定梁，受力狀態(tài)如圖2.6所示。橫梁兩端固定，A、B兩點產(chǎn)生相應的支反力和。圖 2.6 三層橫梁受力簡圖及彎矩圖所承受的主要是拉壓受力，所以我們只對其正應力進行分析。梁所承受的彎矩為：最大彎矩為：其中代入得：最大正應力為：其中為抗彎截面系數(shù)，根據(jù)機械設計手冊可以得