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技術學院
畢業(yè)設計（論文）
題 目 立體車庫設計
專 業(yè) 車輛工程
學 號 1079311131
學 生 劉學良
指 導 教 師 李長威
答 辯 日 期 2010年12月28日
哈工大華德學院
哈工大華德學院畢業(yè)設計（論文）評語
姓名： 學號： 專業(yè)：
畢業(yè)設計（論文）題目：
工作起止日期：______ 年____ 月____ 日起 ______ 年____ 月____ 日止
指導教師對畢業(yè)設計（論文）進行情況，完成質(zhì)量及評分意見：
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指導教師簽字： 指導教師職稱：
評閱人評閱意見：
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____________________________________________________________________
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評閱教師簽字：_______________ 評閱教師職稱：_______________
答辯委員會評語：
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根據(jù)畢業(yè)設計（論文）的材料和學生的答辯情況，答辯委員會作出如下評定：
學生 畢業(yè)設計（論文）答辯成績評定為：
對畢業(yè)設計（論文）的特殊評語：
____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
答辯委員會主任（簽字）： 職稱：________________
答辯委員會副主任（簽字）：
答辯委員會委員（簽字）：___________ ___________ ___________ __________ __________ ___________ ___________ ___________ __________ __________ ___________ ___________ ___________ __________ __________
年 月 日
哈工大華德學院畢業(yè)設計（論文）任務書
姓 名：劉學良 院 （系）：汽車工程系
專 業(yè)：車輛工程 班 號：0793111
任務起至日期：2010年10月14日至2010 年12月28日
畢業(yè)設計（論文）題目：
立體車庫設計
立題的目的和意義：
隨著汽車保有量的不斷增加，車庫停車位的需求也在不斷的擴大，如何更好的利用空間，存放更多的車輛一直成為了人們研究的對象。本設計立體車庫就是為達到這一目地進行的，通過設計實現(xiàn)利用立體的空間方便的存放更多的車輛。同時鍛煉學生設計能力和分析問題解決問題的能力。
技術要求與主要內(nèi)容：
1. 完成立體車庫總體設計，實現(xiàn)三列三層的立體車庫。
2. 完成立體車庫的各個部件的校核
3. 實現(xiàn)車庫的智能控制和手動控制
4. 實現(xiàn)車庫停車，出車自由
5. 控制程序和控制部件的設計。
6. 完成0號圖紙2張
7. 完成10000字的設計說明書
參考論文10篇以上。
進度安排：
2010．10.11──10.13 調(diào)研選題
2010.10.14──10.22 調(diào)研撰寫開題報告
2010.10.22 開題檢查
2010.10．22──11.19 完成所有設計草圖
2010.11.26 中期檢查
2010.11.27──12.10 集體完成正式圖紙，論文草稿
2010.12.10──12.16 撰寫論文
2010.12.16── 上交論文
2010.28── 答辯
同組設計者及分工：
指導教師簽字___________________
年 月 日
系（教研室）主任意見：
系（教研室）主任簽字___________________
年 月 日
哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術學院畢業(yè)設計（論文）
摘 要
本文以三層三列七車位升降橫移式立體車庫為研究對象，介紹了車庫的主體結構和特點，根據(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。
另外，本文對車庫的自動控制系統(tǒng)也做了簡單說明，對車庫的電氣硬件結構進行了設計，并對軟件流程進行了設計，以保證車庫能安全、穩(wěn)定、可靠地運行。
關鍵詞: 立體停車庫，控制系統(tǒng)，可編程控制器
Abstract
Three-layer and three-formulistic garage with seven stall is researched in this article. This paper mainly introduces the basic components and characteristics of the garage .The finite element reliability checking of steel structure of garage 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 .
Otherwise, simple introduction to the control system is also included in the paper .The design of the control system cover both the components of its hardware and also the progress of the software design of the electric control system, which ensure safe, stable ,and reliable when operating.
Keywords : Stereo garage , Control system, PLC
目 錄
摘 要 Ⅰ
Abstract Ⅱ
第1章 緒論 1
1.1 概述 1
1.2 機械式立體車庫的分類 2
1.3 升降橫移式立體車庫的特點 3
1.4 研究升降橫移式立體車庫的意義 4
本章小結 5
第2章 車庫的整體設計思路和方案的選擇 6
2.1 車庫的工作原理 6
2.2 車庫的結構組成 6
2.2.1 結構框架的方案 7
2.2.2 載車板的方案 8
2.2.3 提升系統(tǒng)的方案 8
2.2.4 橫移系統(tǒng)的方案 9
2.2.5 安全防護機構的方案 10
2.3 控制系統(tǒng)的工作原理和方案 11
2.4 車庫外圍的設計 13
2.5 車庫整體設計參數(shù) 14
本章小結 15
第3章 車庫基本機械結構的分析校核 16
3.1 鋼結構的分析校核 16
3.1.1 進行受力分析的基本假設 16
3.1.2 鋼結構骨架的受力情況 16
3.1.3 校核計算 17
3.2 傳動系統(tǒng)的分析校核 22
3.2.1 橫移載車板的動力計算 22
3.2.2 傳動軸的分析校核 23
3.2.3 載車板提升鏈的分析校核 26
本章小結 29
第4章 控制系統(tǒng)的設計 30
4.1 整體線路結構的設計 30
4.1.1 檢測點分布 30
4.1.2 控制點分布 30
4.1.3 電氣線路圖 31
4.2 PLC的接線 31
4.3 電機控制及其接線 32
4.4 PLC程序流程設計 33
本章小結 38
結 論 39
致 謝 40
參考文獻 41
附錄1 42
附錄2 44
-IV-
哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術學院畢業(yè)設計（論文）
第1章 緒論
1.1 概述[1]
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，由簡單的機械停車設備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。
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?，按鈕式、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、自動消防滅火等。
我國城市停車還處在初級階段，專用和公共停車位數(shù)量距合理的車位與車輛比率相差甚遠，停車難到處可見。目前我國的停車場仍以平面停車場、路上停車場、路外停車場、自行式停車場為主，立體停車庫和機械式停車場數(shù)量還很少。以我國停車產(chǎn)業(yè)發(fā)展較快的廣州、上海為例，路上、路外停車仍占有相當比例，已建設的停車場大部分是地下自行式停車場和在自行式停車場的基礎上安裝簡易停車設備，增加存容數(shù)量。自行式停車場存有較多缺陷，如車位平均占地多、管理和保安人員多、投資多、存車效率低、耗電量大、對環(huán)境有污染等；由于允許人員進入，易發(fā)生盜車、毀車、施暴等停車場犯罪，近年來在發(fā)達國家已很少新建，大量興建的是具有現(xiàn)代水平的機械式立體停車庫。
車輛無處停放的問題是城市的社會、經(jīng)濟、交通發(fā)展到一定程度產(chǎn)生的結果，立體停車設備的發(fā)展在國外，尤其在日本已有近30-40年的歷史，無論在技術上還是在經(jīng)驗上均已獲得了成功。我國也于90年代初開始研究開發(fā)機械立體停車設備，距今已有十年的歷程。由于很多新建小區(qū)內(nèi)住戶與車位的配比為1:1，為了解決停車位占地面積與住戶商用面積的矛盾，立體機械停車設備以其平均單車占地面積小的獨特特性，已被廣大用戶接受。機械車庫與傳統(tǒng)的自然地下車庫相比，在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80％—90％，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。
1.2 機械式立體車庫的分類[2]
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。
（1）升降橫移式
升降橫移式立體車庫采用模塊化設計，每單元可設計成兩層、三層、四層、五層、半地下等多種形式，車位數(shù)從幾個到上百個。此立體車庫適用于地面及地下停車場，配置靈活，造價較低。
（2）巷道堆垛式
巷道堆垛式立體車庫采用堆垛機作為存取車輛的工具，所有車輛均由堆垛機進行存取，因此對堆垛機的技術要求較高，單臺堆垛機成本較高，所以巷道堆垛式立體車庫適用于車位數(shù)需要較多的客戶使用。
（3）垂直提升式立體車庫
垂直提升式立體車庫類似于電梯的工作原理，在提升機的兩側布置車位，一般地面需一個汽車旋轉臺，可省去司機調(diào)頭。垂直提升式立體車庫一般高度較高（幾十米），對設備的安全性，加工安裝精度等要求都很高，因此造價較高，但占地卻最小。
（4）垂直循環(huán)式
垂直循環(huán)式立體車庫占地少，兩個泊位面積可停6-10輛車，外裝修可只加頂棚，消防可利用消防栓，價格低，地基、外裝修、消防等投資少，建設周期短，可采用自動控制，運行安全可靠。
1.3 升降橫移式立體車庫的特點[2]
在眾多的停車設備中，升降橫移式立體停車的優(yōu)點比較突出，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：
（1）節(jié)約占地面積，充分利用空間。一般來說，升降橫移立體停車庫的占地面積約為平面停車場的1/2-1/25，空間利用率比建筑自走式停車庫提高了75%。
（2）相對造價比較低。升降橫移式立體停車庫每個泊位約需1.5萬元，而建筑自走式停車庫每個車位的造價約為15萬以上。
（3）使用方便，對操作人員的要求不高，操作簡單、安全、可靠，存取車快捷，維護也很方便。一般存取一輛車為80秒。
（4）減少因路邊停車而引起的交通事故。在許多城市的主要地段，司機往往沒有找到停車場而把車停靠在路邊，這樣就很容易造成交通阻塞，甚至引起交通事故。
（5）增加了汽車的防盜性和防護性，在車庫的系統(tǒng)中配置有智能防盜裝置、防火裝置等，增強了車庫的整體安全。
升降橫移式立體停車庫是全自動化的停車方式，也是今后停車改革的主要方向。尤其是寸土寸金的大城市。采用機械式立體停車方式，顯得尤為重要，而升降橫移式立體停車庫也在機械式立體停車庫中顯得更加普遍化、居民化、實用化。
1.4 研究升降橫移式立體停車庫的意義
我國近幾十年的改革開放使汽車行業(yè)得到了飛速的發(fā)展，我國城市的汽車數(shù)量急劇增加，據(jù)有關專業(yè)統(tǒng)計，平均5-6年汽車的數(shù)量就增加一倍，這不但給動態(tài)交通，也給靜態(tài)交通帶來很大的難題，突出表現(xiàn)在停車空間的不足上。同時，我國城市人口基數(shù)大，密度高的特點，城市小區(qū)的用地十分有限，建造機動的停車設施顯然不經(jīng)濟，但飛速增長的汽車數(shù)量又使得小區(qū)不得不面臨建設停車設備的問題。[3]
前面已經(jīng)介紹了升降橫移式立體車庫的特點，成本低，使用方便，擁有占地面積小等特點的小型的升降橫移式立體停車庫正是解決小區(qū)停車緊張一個有效的措施。
本章小結
本章主要介紹了立體車庫出現(xiàn)的背景，以及國內(nèi)外發(fā)展狀況，特別是我國立體車庫的發(fā)展狀況。另外介紹了立體車庫的分類及各自的特點，通過比較比較強調(diào)了升降橫移式立體車庫的優(yōu)點，從而引出了本文研究升降橫移式立體車庫的意義。
第2章 車庫的整體設計思路和方案的選擇
2.1 車庫工作原理
升降橫移式立體車庫的七個車位均有載車板，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。其工作原理是：底層只能平移，頂層只能升降，中間層既可平移又可升降。除頂層外，中間層和底層必須預留一個空車位，供進出車升降之用。當?shù)讓榆囄贿M出車時，無需移動其他托盤就可直接進出車；中間層、頂層進出車時，先要判斷其對應的下方位置是否為空，不為空時要進行相應的平移處理，直到下方為空才可進行下降和進出車動作，進出車后再上升回到原位置。其運動總原則是：升降復位，平移不復位。如圖2-1所示，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，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。
圖2-1 七車位升降橫移式立體車庫工作原理圖
2.2 車庫的結構組成[4]
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，如圖2-2所示。
圖2-2 升降橫移式立體車庫主要組成
2.2.1 結構框架的方案[5]
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選用鋼架結構，如圖2.2所示。鋼架結構與其它建筑結構相比，具有如下特點：
（1）可靠性高
（2）材料的強度高，鋼結構自重小
（3）材料的塑性和韌性好
（4）鋼結構制造簡便，施工工期短
（5）鋼結構密閉性好
（6）鋼材的耐銹蝕性差
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。
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。
2.2.2 載車板設計
載車板用來承載庫存車輛，按結構形式有框架式和拼板式兩種?？蚣苁禽d車板用型鋼和鋼板焊接承載框架，并多數(shù)采用中間突起結構，在兩側停車通道和中間凸起的頂面鋪設不同厚度的鋼板。這種載車板的優(yōu)點是可按需要設置行車通道寬度，并具有較好的導入功能，適合車型變化較多的小批量生產(chǎn)。拼板式載車板用鍍鋅鋼板一次沖壓或滾壓成組裝件，采用咬合拼裝成載車板，用螺栓緊固連接，拼裝前可以先對組件進行各種表面處理，如電鍍、烤漆等，使載車板輕巧、美觀。如圖2-3所示。
圖2-3 平板式載車板及拼合示意圖
2.2.3 提升系統(tǒng)的方案
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)。其結構如圖2-4所示 ，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。
圖2-4 提升系統(tǒng)的結構示意圖
2.2.4 橫移系統(tǒng)的方案
立體車庫橫移傳動機構由減速電機、驅(qū)動輪和從動輪、地面鋪設導軌組成。升降橫移機構則為升降傳動機構與橫移傳動機構的結合。升降橫移式立體車庫底層與中間層載車板為橫移機構，上層載車板為升降機構。升降裝置由傳動系統(tǒng)、升降架等組成。
（1）鏈傳動：優(yōu)點是傳動簡單可靠，維修簡單，造價低廉;缺點是沖擊比較大，有提升高度的限制，安裝調(diào)試時需要注意是否有咬鏈的情況出現(xiàn)。
（2）鋼絲繩傳動：優(yōu)點是對車庫底盤可以提升的高度可以不加限制，造價比較低；缺點是因為需要外加鋼絲繩桶和剎車盤增加了安裝調(diào)試的時間和造價。
（3）液壓傳動：優(yōu)點是可以真正實現(xiàn)無級調(diào)速，結構緊湊，功率與重量比高、響應速度快、抗干擾能力強、誤差小精度高、低速平穩(wěn)性好、調(diào)速范圍寬、介質(zhì)自身可起冷卻潤滑作用、安全防爆等優(yōu)點;同時也具有元件昂貴、成本高、密封技術要求高、油液易污染、能源傳輸不便等缺點。
綜上所述，本車庫為三層，從提升高度上選鏈傳動或鋼絲繩傳動都可以，但從方案經(jīng)濟及可行性角度考慮，選擇鏈傳動更為有利；在橫移運動中，采用異步電機驅(qū)動，通過鏈驅(qū)動，也能達到精確、穩(wěn)定地傳動，如圖2-5所示。
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(qū)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(qū)動功率。
圖2-5 橫移系統(tǒng)的結構示意圖
2.2.5 安全防護機構的方案
車庫的安全防護措施非常重要，在眾多的車庫中車輛的高價性與車庫自身的價值相差很大，并與客戶對車庫的信任度有著密切的聯(lián)系。對于升降橫移式立體車庫，它的安全防護措施要做到以下幾點，并配備有相應的防護裝置。
（1）防火措施：在車庫中安裝有溫煙傳感器，可對車庫的火情實行實時監(jiān)控，并把監(jiān)控信號傳給中央控制系統(tǒng)。
（2）急停措施：在發(fā)生異常情況時能使停車設備立即停止運轉，在操作盒上安裝有緊急停止開關，并設為紅色，以示醒目。
（3）阻車裝置：在很多情況下停車時，司機必須要把車停在載車板合適的位置上，一般在載車板的后端一側安裝上一高25mm以上的阻車擋鐵。
（4）防止超限運行裝置：停車設備在升降過程中，在定位開關上方裝有限位開關，當定位開關出現(xiàn)故障時，由限位開關使設備停止工作，起超程保護作用。
（5）人車誤入檢出裝置
設備運行時，必須裝有防止人車誤入裝置，以確保安全，一般采用紅外裝置。一旦檢測到在車庫運作時，有人或其它物體進入車庫，系統(tǒng)就會使這個車庫停止運作。
（6）防止載車板墜落裝置
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，如圖2-6所示。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。
載車板的防墜落裝置是立體車庫中的一個關鍵部件，在泊車安全方面起著決定性的作用。防墜落裝置中解鎖動作由電磁鐵完成。解鎖動作要求，當電磁鐵通電時以推桿觸動安全鉤解鎖;當電磁鐵斷電時推桿自動縮回。
圖2-6 防止載車板墜落裝置
2.3控制系統(tǒng)工作原理和方案
升降橫移式立體車庫的系統(tǒng)控制原理：操作者(人)要通過控制系統(tǒng)信息交流的平臺(界面)把操作信息傳送給控制系統(tǒng)，經(jīng)系統(tǒng)處理后，系統(tǒng)把可識別的控制信息通過輔助設備驅(qū)動執(zhí)行結構，來完成車庫現(xiàn)場的運作。其系統(tǒng)控制原理框圖，如圖2-7所示。
用戶
狀態(tài)檢測單元
控制器
操作平臺
車位執(zhí)行單元
圖2-7 車庫系統(tǒng)控制原理框圖[6]
立體車庫控制系統(tǒng)包括硬件和軟件兩方面的設計內(nèi)容。硬件集中安放在控制箱內(nèi)，控制箱采用的金屬外殼起到屏蔽作用，以保證系統(tǒng)欲行的可靠性。控制系統(tǒng)采用PLC控制。車庫控制系統(tǒng)硬件主要分為4個部分：
(1)電源部分：采用380V，50HZ三相交流電供電。
(2)PLC部分：采用OMRON的C60P-CDR-AE型可編程序控制器。
(3)電機部分：采用5臺2.2KW減速電機控制頂層和中間層載車板的升降，4臺0.2KW的減速電機控制中間層和下層載車板的橫移。
(4)信號檢測部分：采用傳感器檢測系統(tǒng)運行過程中的狀態(tài)。
PLC硬件系統(tǒng)如圖2-8所示，PLC是車庫控制系統(tǒng)的核心，整個車庫設計由一臺PLC對車庫進行統(tǒng)一的管理和監(jiān)控，通過PLC控制載車板縱橫傳動裝置以完成對車輛的存取操作。各車位內(nèi)車輛的調(diào)入調(diào)出由PLC根據(jù)當前各車位的車輛存放情況，按照相應的調(diào)度策略調(diào)度車輛進出。其操作大致分為3類:
（1）以故障診斷和處理為主的操作；
（2）聯(lián)系現(xiàn)場狀況的數(shù)據(jù)操作；
（3）執(zhí)行用戶程序和服務及外部設備的命令操作。
當進行存取操作時，PLC接收和分析操作人員在控制面板按鈕（或上位機)輸人的指令，做出合理的工控安排:判斷檢測元件的狀態(tài)，讀取車庫機械驅(qū)動部分的信息，反饋信息到執(zhí)行元件，拖動車位板，實現(xiàn)其位置移動，完成車輛的存取操作和信號顯示(指示燈)。整個動作區(qū)域配有光、電檢測及多重安全系統(tǒng)，以防異常情況發(fā)生。通過光電檢測、軟硬件信號聯(lián)鎖、限位、防墜保護、過載保護等裝置，來確保整個系統(tǒng)的安全、平穩(wěn)運行。
系統(tǒng)輸入端有自動/手動選擇開關，自動工作時有總開、總停按鈕，有上、下、左、右移動按鈕，車位號信號輸入若干。輸出端需要控制9臺電機(4臺橫移小電機和5臺升降大電機)，加上一些用于人機交流及安全檢測的數(shù)字量輸入輸出，如數(shù)字鍵盤輸入、LED數(shù)碼顯示、安全檢測、及各種操作按鈕等。再考慮到系統(tǒng)的可擴展性，選用OMRON公司的CZOOH系列的160點可編程序控制器(96個信號輸入點，64個繼電器輸出點)完全滿足容量的要求。在分配輸入輸出點時按照控制功能分段，相同功能的輸入板和輸出板組成一組。一般情況下輸入點與輸入信號，輸出點與輸出控制一對應。分配好后，按系統(tǒng)配置的通道與接點號分配給每一個輸入信號和輸出信號。在本系統(tǒng)中報警器是幾個信號共用一個輸出點，各報警因素邏輯關系并聯(lián)后接到報警輸出點。
圖2-8 PLC的硬件系統(tǒng)結構框圖[7]
PLC程序設計方案如下：
（1）初始化程序提出系統(tǒng)的控制信息，掃描各到位開關信號；
（2）主控制程序按照進車優(yōu)先的原則，將最多的車位保持在進車位置。每個載車板運動之前，需要先判斷目的地是否有空位，有空位才可以動作，前后動作互鎖。判斷是否有空位是根據(jù)橫移電機所對應的到位行程開關動作信息來確定的。液壓升降系統(tǒng)啟、停動作也是根據(jù)相應的到位行程開關來確定；
（3）故障報警程序故障報警程序能夠?qū)崟r地采集設備異常信息，及時發(fā)出聲光報警信號，提醒司機和管理人員進行處理。若在程序執(zhí)行過程中，有人、物侵入車庫空間或車輛超長，PLC將按照閉鎖關系停止設備運行，同時發(fā)出故障報警。該程序完整而高效的完成了二層升降平移式車庫全部動作，具有安全可靠性。完全達到了作為民用機電一體化設備所應具備的條件，充分發(fā)揮了它的作用。
2.4 車庫外圍的設計
由于本文設計的升降橫移式立體車庫規(guī)模較小，結構較簡單，占地少，因此外圍只考慮車庫庫前空地設計，因為車庫庫前空地是車輛出入庫時保持車輛暢通和安全的必要保證。由于車庫所處的位置、車庫周邊建筑物條件、車庫所對支路情況、車庫所對主路情況、車流數(shù)量和車速等條件的不同，庫前空地大小和形狀的設計應當不同。
本車庫采用前進入庫、后退出庫、沒有的車庫，其庫前空地要能滿足在允許停放最大尺寸車輛出庫時所需的轉向空間和一輛允許停放最大尺寸車輛將要入庫的暫時停放空間。兩者要保留足夠的安全距離，并能保證入庫車輛在暫時停放位能順利駛入庫內(nèi)，保證車輛在出入庫作業(yè)時不能發(fā)生相互干擾和危險事情。
汽車在某速度下的最小轉變變徑計算公式為：
mν22r=μmg
其中，m為汽車質(zhì)量，ν為汽車行駛速度，r為汽車最小轉彎半徑，μ為汽車輪胎與路面的摩擦系數(shù)，正常干燥瀝青路面的摩擦系數(shù)為0.6，雨天路面摩擦系數(shù)降為0.4，雪天則為0.28，因此汽車的最小轉彎半徑主要與汽車行駛速度、汽車輪胎質(zhì)量和路面狀況有關。
由上式可估算車長4700mm，寬1700mm的汽車在一擋以20km/s速度在μ=0.5的路面上行駛時，汽車最小轉彎半徑約為3m，因此空地距離車庫最近不應小于4.7m。
為保證安全，設計空地距車庫的最小距離不小于9m，以保證充足空間使車出入庫。
2.5 車庫整體設計參數(shù)
本課題給出轎車的幾何參數(shù)為：車身長為4700mm，車身寬為1700mm，車身高為1550mm,總重是1600Kg。載車板為載車容器，其尺寸應該大于轎車的尺寸，故載車板的尺寸初步定為：長L=4825mm,寬W=2000mm.為了保證載車板的自由運動，左右兩個立柱間的距離應該大于載車板的寬度，因為這樣既有利于轎車的存取，也有利于載車板的安放，所以把左右兩個立柱間的距離定為7200mm,基坑的長度為6230mm。這是載車板和車庫框架的大體尺寸。
本章小結
本章從三層三列式立體車庫的原理和基本結構出發(fā)，針對每一個基本結構如鋼架結構、載車板、升降橫移系統(tǒng)、安全防護機構、控制系統(tǒng)等的分析比較提出了合理的設計方案，并對車庫外圍進行了設計，確定了車庫的基本尺寸參數(shù)。
第3章 車庫基本機械結構分析校核
3.1 鋼結構的分析校核
3.1.1 進行受力分析的基本假設[5]
由于車庫的實際受力情況很復雜，必須對它進行必要的簡化和假設后才能進行進一步的受力分析，基本假設如下：
(1)停車庫單獨建立，不與其它建筑物相接;
(2)不計由于結構陰面與陽面溫差引起的熱應力;
(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。
3.1.2 鋼結構骨架的受力情況
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固定叉梳重量，提升系統(tǒng)制動所產(chǎn)生的慣性力，驅(qū)動裝置的重力，頂部梁架所受滑輪組和配重的重力，它們以集中或均布方式作用。按基本載荷作用情況，將停車庫鋼結構骨架結構分析的計算工況分為表3-1所示的4種工況。
表3-1 車庫鋼結構的計算工況
計算工況
計算載荷
序號
工況
說明
1
空載
每個車位均無車輛載荷
剛結構自重、傳動系統(tǒng)重量和配重
2
對稱滿載
每個車位均有對稱分布的車輛載荷
工況1的載荷和車位上的車輛載荷
3
非對稱滿載
每個車位均按前后輪6:4分配的車輛載荷
工況1的載荷和車位上的車輛載荷
4
最大偏載
車庫一側車位無車，另一側車位均有按前后輪6:4分配的車輛載荷
工況1的載荷和車位上的車輛載荷
由有限元分析法可知，各工況鋼結構骨架均在前輪放置一側兩邊立柱與下方橫梁交點處產(chǎn)生最大壓應力，其中對稱載荷工況壓應力最大。4種工況分別在鋼結構骨架后輪放置一側立柱與基礎連接點處產(chǎn)生最大拉應力，其中非對稱載荷工況拉應力最大。[5]
3.1.3 校核計算
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。
設計時采用Q235碳素鋼，由文獻[5,131～141]，可知其屈服極限為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，最大容車重為1600kg，載車板重約700kg，所以每個車位所承受的最大重量為2300kg，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比例均勻放置集中載荷。
3.1.3．1 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3-1所示。兩中心壓桿的穩(wěn)定條件為：
n=PCP≥nw
其中： Pc--臨界載荷
P--工作載荷
n--安全系數(shù)
nw--許用安全系數(shù)
圖3-1 立柱受垂直力簡圖
（1）立柱的截面力學特性
由文獻[8，218～230]型鋼表可得HW 300X300型H型鋼
面積： A=120.4cm2
慣性矩：Ix=6760cm4，Iy=2050cm4
慣性半徑：ix=7.49cm，iy=13.05cm
（2）確定壓桿柔度
λ=μlimin=2×5007.49=33.51
其中：
壓桿全長為l=500cm
由文獻[9,1-153]可得壓桿長度系數(shù)u=2
求壓桿柔度范圍值λ1：
λ1=πEσP=π206×105220×102=96
其中：
彈性模量 E=206×105N/cm2
比例極限 σp=220×102N/cm2
求壓桿柔度范圍值
λ2=a-σsb
其中：
屈服極限σs=235×102N/cm2
常數(shù)查機械手冊1，l-1-07，
a= 30400N/cm2 ;b=112N/cm2
λ2=a-σsb=30400-23500112=1.6
若λ=133.51>λ1=96>λ2=61.6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
G1=7000N
滿載時前立柱承受最大載荷
G2=5×7000×12+5×35×16000=65500N
則立柱的工作載荷
P前=12G2=65500×12=32750N
由歐拉公式得臨界載荷
Pc=nω2π2EI(2l）2
由文獻[9,1-152]查得，金屬結構中的壓桿安全系數(shù)
nω=1.8~3,取nω=3,代入得
Pc=32×π2×206×105×11194.7(2×500)2=2.046×107N
前立柱的穩(wěn)定安全系數(shù)
n=PcP前=20463573.938750=528.09>nω=3
由上式可知安全。
若按插減系數(shù)法計算：
σ=PφA≤[σ]=σSnS
其中A—受力面積
P—工作載荷
[σ]—安全系數(shù)
ns—許用安全系數(shù)
φ一中心壓桿折減系數(shù)
σ=P前φA=387500.875×118.75=372.93<[σ]=σSnS=235003=7833.3MPa
安全裕度較大。
3.1.3.2 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3-2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3-2 導軌支撐梁受力分析簡圖
已知A、B兩點全約束 lAB=5.2m,E=2.1Gpa,Ix=6120cm4
均布載荷為：
q=2×12×（7000+16000）5.2=4423N/m
最大撓度為：
fmax=ql4384EI
計算得：
fmax=4423×5.24374×2.1×1011×6120×10-8=6.73×10-4m
面積A=117cm2
梁所承受的彎矩為
Mx=ql212(6ωRδ-1)
則導軌支撐梁所承受的最大彎矩為
Mmax=ql28=4423×5.228=14.95×103N.m
最大應力為
σmax=MmaxWZ=14.95×1034.81×102=31.08MPa
根據(jù)文獻[8]“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σ=74.9422Mpa。
可得σmax<[σ]，由強度理論可知：導軌支撐梁穩(wěn)定。
3.1.3.3 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3-3所示。橫梁兩端固定，A、
B兩點產(chǎn)生相應的支反力RA和RB。
圖3-3 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：Mx=Pl(ε-ωRa)
最大彎矩為：
Mmax=Pa2l
其中P=F1=F2=12F車+F載=13.5KN
代入得：
Mmax=Pa2l=16.875Mpa
最大正應力為：
σmax=MmaxWx
其中Wx為抗彎截面系數(shù)，由文獻[9]查得W=325cm3
由此可得
σmax=MmaxWx=16.875×1063.25×105MPa=51.92MPa<[σ]=117.5MPa
則由彎曲強度理論可知：三層橫梁穩(wěn)定。
3.2 立體車庫傳動系統(tǒng)設計
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(qū)動裝置和機械傳動系統(tǒng)驅(qū)動托架循環(huán)運行，實現(xiàn)車輛的存取和停放。
3.2.1 橫移載車板動力計算
3.2.1.1 主要參數(shù)的確定
橫移運動行程 s = 2400mm
橫移運動時間 t = 20s
橫移速度F，主要由設備運行周期，周圍環(huán)境的安全性，載車運行時的平穩(wěn)性等因素確定。
V=St=240020=120mm/s
行走輪直徑：由結構尺寸及輪壓等因素決定，行走輪直徑確定為140mm。
橫移載車板自重 W下=7000N
載車板額定載荷 W車=16000N
3.2.1.2 功率計算
電機輸出軸轉速n計算：
n=VπD=120π×140=0.48r /s=16.4r/min
其中：橫移速度V=120mm/s
行走輪直徑D=140mm
驅(qū)動力矩M計算：
由文獻[9]表1-1-7、1-1-9、1-1-10查得：
行走輪與鋼導數(shù)的靜摩擦系數(shù)：μ靜=0.15
行走輪與鋼導數(shù)的滾動摩擦系數(shù)：μ1=0.05
滾動軸承的摩擦系數(shù)：μ2=0.0015
正壓力：P=W下+W車=23000N
則：
起動驅(qū)動力矩：M起=PRμ=23000×0.04×0.15=138N.m
走驅(qū)動力矩：M=PRμ1+μ2=23000×0.04×0.05+0.0015=47.38N.m
M起M=13847.38=2.91
電機功率計算 ：
M=9549Nn
N=Mn9549=47.38×16.49549=0.081KWN起=M起n9549=138×16.49549=0.24KW
N起N=0.240.081=2.96
由于結構緊湊，容納電機的空間狹小，選擇臺灣明椿電氣的減速電機，其參數(shù)如下：
輸出扭矩：T2=58.34N/m
輸出轉速：n2=34.9r/min
功率：N=0.2KW
載車板的額定載荷是承載的最高上限，實際使用概率很小，通?？梢圆窜嚨能囕v的重量都在1000kg-1600kg之間這是由車型所決定的，所以功率不需留余量，選擇0.2KW的電機比較經(jīng)濟電機允許短時超載，靜摩擦引起的大起動阻力矩不會造成電機損壞。
3.2.2 傳動軸的分析校核
本文中立體車庫的升降部分和橫移部分均采用鏈傳動輸入動力。鏈傳動由主動輪、從動輪和繞在鏈輪上的鏈條組成。鏈傳動的特點：能保證準確的平均傳動比；傳動效率高，可達到0.95～0.98；作用在軸上的壓力較?。荒茉诟邷?、油污等惡劣環(huán)境工作。
軸在升降傳動系統(tǒng)和橫移傳動系統(tǒng)中都是特別重要的，它不但影響著傳動的好壞還影響著車輛的安全，在軸的設計中，按照常規(guī)設計方法，先進行初算軸，然后進行軸的結構設計，確定軸徑后，再對軸的強度進行校核。
根據(jù)實際情況確定危險截面，求出該截面的彎曲應力和扭轉應。
σa=σmax=MW
τa=τmax=Twp（循環(huán)特征為對稱循環(huán)，脈動循環(huán)）
再考慮應力集中等方面的因素，按交變應力狀態(tài)的疲勞強度的公式進行該截面安全系數(shù)的校核計算，
S=SσSτSσSτ≥[S]Sσ=σ-1Kσβεσσa+ψσσmSσ=σ-1Kτβεττa+ψττm
其中： σ-1,τ-1——對稱循環(huán)應力時的疲勞極限和扭轉疲勞極限
Kσ,Kτ——正應力有效應力集中系數(shù)和剪應力有效應力集中系數(shù)
β——表面質(zhì)量系數(shù)
ε——尺寸系數(shù)
[s]——許用安全系數(shù)值
通過校核就可以確定軸的直徑。
3.2.2.1 橫移傳動空軸校核
橫移電機型號為CLPK22040303，輸出的最大扭矩為65.94N.m，鏈傳動最大傳動效率為0.98
T=0.98T電機=0.98×65.94=64.6212N.m
空心軸的抗扭截面系數(shù)為
Wt=π16D(D4-d4)=π16×50(504-454)×10-9=40.626×10-6m3
軸的最大切應力為
τmax=TWt=64.621240.626×10-6=1.59×106Pa=1.59MPa<[τ]=60MPa
故軸滿足強度要求。
3.2.2.2 提升傳動空軸校核
載車板自重 W載=7000N
載車板額定載荷 W車=16000N
W總=T電機×0.96×n
T電機≥230000.96×16.4=1460.9N.m
為安全和穩(wěn)定起見選用提升電機型號臺灣明椿MLPK55370603，功率3.7KW，輸出的最大扭矩為1515.82N.m。
鏈傳動最大傳動效率為0.98
T=0.98T電機=0.98×1515.82=1485.503Nm
鋼管型號為60x6
空心軸的抗扭截面系數(shù)為
Wt=π16D(D4-d4）=π16×60（604-544）×10-9=70.202×10-6m3
軸的最大切應力為
τmax=TWt=1485.50370.202×10-6=21.16×106Pa=21.16MPa<[τ]=70MPa
故軸滿足強度要求。
3.2.2.3 橫移轉軸的校核
圖3-4 軸受力示意圖
軸的受力如圖3-4所示，上面章節(jié)已求得：
起動驅(qū)動力矩即最大阻力距：mA=PRμ=23000×0.04×0.15=138N.m
電機最大輸出力矩：T=0.98T電機=0.98×65.94=64.6214N.m
電機功率為0.2KW
軸采用45#鋼制造，得： A0=126
[τT]=25MPa
n=23r/min
dmin=A03P1n=12630.2×0.9823mm=24.677mm
軸上最小直徑為24mm，可知dmin>24
雖然鍵槽、軸肩及過渡配合所引起的應力集中均將削弱軸的疲勞強度，但由于軸的最小直徑是按扭轉強度較為寬裕確定的，所以截面I，II，B均無需校核。因此，只需要校核截面A。
由文獻[10]表15-4可得
W=πd332-bt(d-t)22d=1250.96N.mm
WT=πd316-bt(d-t)22d=2784.17N.mm
橫移載車框架自重 W上=12000N
載車板額定載荷 W車=16000N
F壓=120004+16000×0.62=7800N
M=F壓×S=7800×50=390000N.mm
σca=（MW）2+4(αT2W)2=36MPa
據(jù)文獻[10]表15-1可知45號鋼許用彎曲應力：[σ-1]=55MPa。
因此σca<[σ-1]，故安全。
3.2.3 載車板提升鏈分析校核
本提升裝置采用鏈條傳動型式的傳動機構來提升，載車板的兩個端面各有2個鏈輪，也各有2根定長的鏈條繞在鏈輪上，初始位置載車板水平，當提升電機帶動載車板向上提升時，由于鏈條是定長的，所以不管是上升還是下降，載車板始終保持水平。
整個傳動機構分析，載車板在鏈條的約束下，提升過程中不會出現(xiàn)擺動的現(xiàn)象，使整個提升過程非常平穩(wěn)，對于升降橫移式立體車庫，在選擇鏈條時，按照低速鏈處理(ν<0.6m/s)，而不是按高速鏈的方法來選擇，由鏈條的靜強度來確定鏈條節(jié)距。由文獻[10]公式14.21得， 鏈條的靜強度計算公式為：
S=QFt
Ft=1000Pν
ν=KAPπn6000sin(π2Z)
得：
SKA6×107Psin(π2Z)Pπn=Q
所選擇的鏈條必須滿足：
SKA6×107Psin(π2z)πn≤PQ
式中： S--安全系數(shù)，一般為4～8；
KA--鏈條工況系數(shù)，取KA=1.2
P--提升電機功率
z--鏈輪的齒數(shù)
n--鏈輪的轉速
p--所選鏈輪的節(jié)距
根據(jù)上式很容易確定所需要的鏈條。
主要參數(shù)確定：
載板升降速度：t下=20s， t上=25s
行程： S=1850mm
V下=St下=185025=74mm/s
V上=St下=185020=92.5mm/s
由上式確定鏈條的型號，也就是求出鏈條的抗拉載荷。由于動力源是電動機，而且根據(jù)轎車和托盤的重量，可以知道提升機構屬于中型升降機，由文獻[11]表14.1可得20A鏈在單排是抗拉載荷是86.7KN，選擇20A號鏈作為本設計的傳動鏈。
由表14.1得到滾子鏈的具體參數(shù)如下：
內(nèi)鏈節(jié)內(nèi)寬b1 18.90㎜
內(nèi)鏈節(jié)外寬b2 27.46㎜
外鏈節(jié)外寬b3 27.51㎜
節(jié)距 p 31.75㎜
滾子直徑d1 19.05㎜
由升降系統(tǒng)傳動示意圖得鏈條的長度L： L＞1800mm
考慮到鏈條與鏈輪的嚙合和其它因素，決定?。篖=2000mm
則鏈條的節(jié)數(shù)n為：n=L/p=2000/31.75≈63
平衡鏈承重約為提升載荷的1/4，上升時提升鏈承載是提升載荷的1/2。
載車板自重 w下=7000N
載車板額定載荷 W車=16000N
所以，平衡鏈拉力：
F平=14(W上+W車）=14(7000+16000)=5750N
提升鏈拉力：
F升=12(W上+W車）=12(7000+16000)=11500N
圓周力
Ft=1000PdV
設計功率：
Pd=KAP
由文獻[9,2-13-84]表13-2-3查得，KA=1.2
鏈條傳遞功率P=F升V上×10-3=11500×92.5×10-3=1.06KW（N.m/s)
Pd=KA.P=1.2×1.06=1.272KW
Ft=1000PdV=1000×1.4840.12=1.06×104N
因而鏈條靜強度
S=QFt=8670010600=8.18>[S]=8
故滿足要求。
本章小結
車庫的機械結構的安全性和穩(wěn)定性，以及合理的動力傳遞是車庫設計的關鍵部分，本章首先對車庫的鋼架結構進行了受力分析和校核計算，然后對升降橫移系統(tǒng)的動力系統(tǒng)進行了分析計算，從而確定了符合安全要求的電機、傳動軸和提升鏈。
第4章 控制系統(tǒng)設計
4.1 整體線路結構設計
4.1.1 檢測點分布
(1) 載車板上汽車停放到位否檢測
采用光電開關在底層進行掃描檢測。光電開關的接收器和發(fā)射器分別安裝在底層左右兩邊， 在載車板前后位置均進行檢測， 當有車輛停放不到位時， 車就把光電關光源擋住，此時系統(tǒng)不能動作，只有車輛停放到位后,系統(tǒng)才能正常工作。
(2) 載車板上有無車檢測在每個載車板上的一條對角線上安放一套光電開關， 用于檢測載車板上有無車。
(3) 載車板平移運動是否到位檢測
只有下層載車板有平移運動，在每個車位上分別安裝一只限位開關，用于檢測載車板平移運動是否到位。
(4) 載車板升降是否到位檢測
只有上層載車板有升降運動，在每個載車板垂直運動的軌道上，在低層和上層分別安裝一只限位開關，用于檢測載車板下降和上升是否到位。
(5) 上層載車板吊鉤是否掛好檢測
控制吊鉤動作的電磁鐵上有一反饋信號,可用于指示吊鉤是否已把載車板掛好。
4.1.2 控制點分布
(1) 一層載車板左右平移控制
一層載車板有兩個,每個載車板只有左右移動兩個動作，采用帶自動抱閘的三相交流電機控制。
(2) 二層載車板升降橫移運動控制
二層載車板有兩個，每個載車板有橫移、升降四個動作,采自動抱閘的三相交流電機控制。
(3) 三層載車板升降運動控制
三層載車板有三個，每個載車板只有升降兩個動作，采用帶自動抱閘的三相交流電機控制。
(4) 吊鉤動作控制
只有二、三層的載車板使用吊鉤，每個載車板用2套吊鉤，吊鉤用電磁鐵控制。
4.1.3 電氣線路圖
根據(jù)依據(jù)需要控制的電機、電磁鐵和檢測點等條件，建立電氣線路，如圖4-1所示。
圖4-1 電氣線路圖
4.2 PLC的接線
在升降橫移式立體停車庫中，控制系統(tǒng)中主控單元的主要控制對象首先是車庫內(nèi)的橫移電機和升降電機，控制系統(tǒng)就是使它們在不同的時間內(nèi)實現(xiàn)正反轉，其次是車庫內(nèi)的各種輔助裝置，如指示燈及其各種安全設施等。為了保證載車板能橫移到預定位置以及載車板能上升或下降到指定位置，采用了行程開關。為了判斷載車板上有無車輛，采用了光電開關。同時在車庫中還采用了一些傳感器如煙溫傳感器以及安全預警裝置，其接線示意圖如圖4-2。
圖4-2 PLC接線示意圖
4.3 電機控制及其接線
升降橫移不能同時進行，這兩個動作必須是互鎖的，即當上層車位在升降時，地面層車位在存取車時車位的升降不能同時進行，車位的升降和不能移動，反之亦然，并且上層車位每次只能有一個車位進行上下升降運動。這些在程序中可采用聯(lián)鎖和互鎖的方法來解決。如圖4.3所示。
圖4-3 電機控制原理圖
4.4 PLC控制程序設計流程［11］
本文所設計的PLC存取車控制系統(tǒng)只針對上2層和3層的車位，而對于1層車位，存取車直接開進開出即可。控制軟件采用梯形圖語言編寫。程序流程見圖4-4。需要說明的是，載車板用鏈條依靠載車板上的吊點懸吊在托架上,在靜止狀態(tài)時，防墜（安全）掛鉤掛住載車板。在設計不同層進出車程序時運用了“ 并行分支與匯合”的技巧，所謂并行分支指的是各分支流程可同時執(zhí)行，待各流程動作全部結束后，根據(jù)相應執(zhí)行條件，匯合狀態(tài)動作。即如果選擇第3層載車板進出車，可以使一層二層同時平移左移或右移，這樣，控制系統(tǒng)能自動處理設備動作順序之間的聯(lián)鎖或雙重輸出， 而且控制系統(tǒng)的試運行及故障檢查非常方便，可節(jié)約大量時間，提高工作效率。
圖4-4 存取車程序流程圖
程序所用狀態(tài)元件、定時器及數(shù)據(jù)存儲器均選用具有掉電保護功能的元件， 當系統(tǒng)掉電時元件保持掉電前的狀態(tài)，以保存現(xiàn)場信息，待上電后繼續(xù)完成被中斷的動作當發(fā)生意外情況時，按下急停按鈕中止系統(tǒng)的運行并保存現(xiàn)場斷點信息當出現(xiàn)電氣或機械故障時，如電機過載、過熱時自動中止系統(tǒng)運行，并發(fā)出聲光報警，同時系統(tǒng)轉人手動方式進行故障處理。[12]
本升降橫移式立體停車庫控制系統(tǒng)分為兩種工作方式：手動方式和全自動方式，可用開關來進行選擇。其中手動方式主要用于調(diào)試維修或應急情況，也就是通過PLC實現(xiàn)“點動”，即當選擇了車位號后，再按下“上”、“下”、“左”、“右”鍵，就可以把載車板調(diào)整到預定的位置。全自動方式是立體停車庫的正常工作方式，當鍵入某載車板進出命令后，系統(tǒng)可自動判斷路徑并移動載車板，自動完成進出載車板動作，記憶各載車板新的車位狀態(tài)，并刷新載車板有無車信息。在立體停車庫的控制系統(tǒng)中，最主要的是要解決載車板的問題，如當車輛要從某一載車板取下時，我們要移開它下面的所有載車板，這樣就涉及到怎樣移開的問題，怎樣移動才能使得所花的時間最少，移動的方式最簡單，同時車位的移動引起的車位變化也需要我們用計算機進行記憶，等下一次存取車的時候我們才能重新進行車位的移動，不至于引起混亂。
程序設計中，采用了模塊化的編程形式，整個程序包括主程序模塊、手動按鍵子程序模塊、緊急停車按鍵子程序模塊、初始化程序模塊、存取車位號賦值程序模塊、空車位號與移動車位號賦值程序模塊、載車板平移運動程序模塊(如圖4.5所示)、光電開關子程序模塊、載車板升降運動程序模塊（如圖4.6所示）和故障報警子程序模塊。 車位運行過程中只需調(diào)用子程序模塊，這樣大大降低了程序的復雜程度，方便了程序的修改，而且對于車位的拓展提供了便利的條件。當車位從層數(shù)或排數(shù)上增加時，只需就其中的一個子程序和主程序進行相應的改動，而其它的子程序基本不必改動，大大減輕了以后重新編程的任務。在全自動方式下由于載車板的位置是隨機的，即使對于二、三層的同一載車板進出車時，它下層載車板的位置也可能不同，我們不可能把每一種情況都編制一個程序，經(jīng)過分析，我們發(fā)現(xiàn)同一層載車板的進出動作是相似的，可以把載車板進行分層處理，同一層的使用同一類處理程序，就樣就使得程序大大減化了。[13]為了減少進出車的時間，軟件在設計不同層處理程序時采用“并行分支與匯合”的技巧，即如果選擇三層載車板的進出，可以使一層和二層同時平移，這樣可以節(jié)約大量的時間，提高效率[14]
圖4-5 載車板平移運動模塊軟件流程[13]
圖4-6 載車板升降運動程序模塊軟件流程[13]
主程序控制整個車庫的運行情況，調(diào)用子程序處理各種請求，當開機后，車庫控制系統(tǒng)處于待命狀態(tài)，當進行車輛存取時，先存下層車位，然后再存上層車位，一層車位的存取直接進行，一層以上車位的存取要進行車位的橫移和升降才能完成。在主程序中有自動程序和手動程序的轉換開關;有出現(xiàn)緊急情況時的總停開關；有正常運行時的運行指示燈，當有人進入車庫時，由于人擋住了光電開關，運行燈停止，車庫自動停止運行；還有每個車位和立柱兩側的光電開關用它們來檢測車輛，當檢測到不符合規(guī)定的項目時，車庫不能運行。
本章小結
控制系統(tǒng)也立體車庫的另一個重要部分，本章主要對車庫的控制系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)進行了分析和設計，硬件部分主要是總體電路結構設計包括光電檢知裝置的分布、控制點的分布、PLC及電機的接線，軟件部分主要分析了PLC軟件的設計流程。
結 論
隨著汽車在我國家庭中的普及，停車難已成為影響居民生活的一個難題，采用機械式立體車庫替代平面停車是未來發(fā)展的一個必然趨勢。升降橫移式立體車庫采用模塊化設計，每單元可設計成兩層、三層、四層、五層、半地下等多種形式，車位數(shù)從幾個到上百個。此立體車庫適用于地面及地下停車場，配置靈活，造價較低。升降橫移式立體車庫廣泛被廣泛應用，有利于解決我國居民停車難的問題，因此這個選題具有重大的現(xiàn)實意義和良好的市場前景。
本文在參閱了國內(nèi)外有關立體停車庫的大量資料的前提下，對三層三列式七車位升降橫移式立體車庫機械結構和控制系統(tǒng)進行細致研究。首先，通過查閱資料和調(diào)研，對自動化立體車庫的發(fā)展歷程和發(fā)展現(xiàn)狀進行了分析，對幾種常見的立體車庫進行比較，并分析了升降橫移式立體車庫的特點，總結了研究升降橫移式立體車庫的意義。
其次，確定基本設計思路和車庫的結構方案，在掌握車庫工作原理和基本組成的基礎上，對車庫各機械結構方案、控制系統(tǒng)進行優(yōu)化選擇，確定了車庫車庫的基本參數(shù),并對鋼結構系統(tǒng)和升降橫移機構及其傳動系統(tǒng)的可靠性進行了校核計算。
最后，針對智能立體車庫的功能要求，提出了控制系統(tǒng)的詳細方案。為達到車庫中的檢測要求，確定了經(jīng)濟而適用的傳感器。在車庫自動控制系統(tǒng)中，選用了歐姆龍公司的CZOOH型PLC可編程控制器，并對PLC功能和特點進行詳細的分析，給出了接線圖和部分控制程序流程。
由于時間和個人能力的限制，雖然經(jīng)過仔細調(diào)研、查閱資料并認真分析計算，設計中存在了錯誤和不足仍在所難免，希望得到各位老師的批評指導。
致 謝
我所選的課題是立體車庫設計。由于立體停車場是一項新興的產(chǎn)業(yè),我對它的了解很少,僅有的了解也是通過網(wǎng)絡上獲得的，選定課題后的一段時間內(nèi)我都處于在查閱資料的過程中。在忙于畢業(yè)設計的同時，我還面臨就業(yè)的壓力，并且由于入冬