垂直循環(huán)式立體車庫停車設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計 機(jī)械制造專業(yè)

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1、垂直循環(huán)式立體車庫停車設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計 【摘要】：現(xiàn)今生活水平的提升帶動了越來越多普通家庭對出行代步工具——汽車的消費，在經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展中出現(xiàn)的汽車保有量劇增和房產(chǎn)市場的繁盛的背景下，停車難就自然成為了社會生活中急需解決的嚴(yán)重矛盾，本設(shè)計就是針對當(dāng)前各線城市發(fā)展進(jìn)程中遭遇的停車?yán)щy的社會性問題，了解其中緣由，提出了著力于立體停車庫的發(fā)展的辦法來解決當(dāng)前的難題。有效的做到了減少稀有土地資源的浪費，符合現(xiàn)在提倡的環(huán)保、低能耗，綠色經(jīng)濟(jì)發(fā)展，最重要的是方便了我們的出行停放車輛。停車庫的設(shè)計的重大創(chuàng)新在于轉(zhuǎn)變了傳統(tǒng)車庫一車一位的平面式的格局，開發(fā)設(shè)計出有限土地資源利用最優(yōu)化的機(jī)械是立體停車庫。在國

2、外立體車庫的設(shè)計已有四十年左右的發(fā)展史了，在實踐中不斷改善設(shè)計，為以后的發(fā)展提供了更好的方向。相對較早在國外開始發(fā)展的立體車庫，立體車庫在我國的發(fā)展現(xiàn)狀處于開端時期，存在許多技術(shù)困難，關(guān)鍵性的方面在于國內(nèi)對立體車庫的特點沒有全面且深入的認(rèn)識，導(dǎo)致認(rèn)知上的缺失，這就成為了立體車庫在我國前期發(fā)展不夠快速全面的主要原因之一。 機(jī)械式立體車庫在環(huán)保性、經(jīng)濟(jì)性、安全性、節(jié)能性等方面上是單一平面式車庫不能企及的，本設(shè)計以垂直循環(huán)式立體車庫的適用范圍廣泛，設(shè)備能耗低，土地利用率高等優(yōu)勢，作為這次分析和研究的車庫，設(shè)計內(nèi)容涉及立體車庫的基本機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)、汽車升降機(jī)構(gòu)，車輛停放的車籠結(jié)構(gòu)等，在此展望未來我們能在立

3、體車庫設(shè)計方面有更多啟發(fā)，逐步將立體車庫的設(shè)計運用普及到我國的社會生活中，停車將不再是生活中的難題。 【關(guān)鍵詞】：停車；立體車庫；停車難；應(yīng)用 Title of Graduation Paper 【Abstract】：Nowadays, the improvement of living standards has driven more and more ordinary families to travel by travel tools - car consumption. In the background of the rapid growth of car owner

4、ship and the prosperity of the real estate market, the difficulty of parking is a serious contradiction in the social life.This design is to solve the social problems encountered in the development process of the current line cities, understand the reasons for it, and put forward the solution to the

5、 development of the three-dimensional parking garage to solve the current problems.Effective to reduce the waste of rare land resources, in line with the environmental protection, low energy consumption, green economic development, the most important is to facilitate our trip parking vehicles.The ma

6、jor innovation of the design of the garage lies in the transformation of the plane pattern of one car and one in the traditional garage, and the development and design of the optimized machinery for the use of limited land resources is a three-dimensional parking garage.The design of three-dimension

7、al garage has been around for forty years. Improving design in practice has provided a better direction for future development.Relatively early in the foreign development of the three-dimensional garage, the development of three-dimensional garage in China is at the beginning of the development, the

8、re are many technical difficulties, the key aspect is that the characteristics of the three-dimensional garage in China is not comprehensive and in-depth understanding, resulting in the lack of cognition, which has become a stereoscopic garage in Chinas early development. One of the main reasons why

9、 it is not fast and comprehensive. The mechanical stereoscopic garage is unavailable to a single plane garage in the aspects of environmental protection, economy, safety and energy saving. This design uses a vertical circular garage with a wide range of applications, low energy consumption and high

10、 land utilization advantages. As a garage with this analysis and research, the design content involves three dimensions. The basic structure of the garage, the car lifting mechanism, the parking structure of the vehicle, and so on. In the future, we can have more inspiration in the future of the des

11、ign of the three-dimensional garage, and gradually popularize the design and application of the three-dimensional garage to the social life of our country, and parking will no longer be a difficult problem in life. 【Key word】： parking; stereoscopic garage; parking difficulty; application

12、 目 錄 摘要......................................................................................................................1 關(guān)鍵詞……………………………….......................……………………………………………….………1 第1章 引言 4 1.1 研究背景 4 1.2 立體車庫的概述與發(fā)展現(xiàn)狀 4 1.3 研究內(nèi)容 5 第2章 立體車庫設(shè)計的功能原理 6 第3章 立體車庫設(shè)計的主要內(nèi)容 10 3.1 提升系統(tǒng)的設(shè)計

13、10 3.2 平移系統(tǒng)的設(shè)計 13 3.3 載車結(jié)構(gòu)型式的分析 14 3.4 傳動系統(tǒng)的設(shè)計 15 第4章 車庫關(guān)鍵部件及整機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計 18 4.1 吊籃式載車板的設(shè)計 18 4.2 車庫固定框架的設(shè)計 23 4.3 車庫整體的結(jié)構(gòu)設(shè)計與建模 25 第5章 結(jié)論 27 致 謝 28 參考文獻(xiàn) 28 第1章 引言 1.1 研究背景 我國繼改革開放后社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展日益迅速，汽車尤其是私家車數(shù)量大幅增加。據(jù)有效統(tǒng)計截至2017年底，我國的3.1億輛的機(jī)動車保有量中汽車保有量高達(dá)2.17億輛[1]。近年來，我國停車庫的擴(kuò)充速度與新增

14、的汽車量相距較遠(yuǎn)，在2009到2014年間，這種缺口在逐步的擴(kuò)大。例如2014年我們新增的車位需求在2900萬個左右，但當(dāng)年僅僅建設(shè)了1100萬個，僅一年缺口就達(dá)到了1800萬個。從2009到2014年的車位缺口出現(xiàn)嚴(yán)峻的形勢，總計車位的缺口達(dá)到5000萬左右[2]。 在汽車總量迅速增加的背景下，立體停車庫進(jìn)入了高速的發(fā)展階段。在停車位存在大量缺口的情況下，進(jìn)行立體停車位建設(shè)相對于傳統(tǒng)大型停車場的建設(shè)，具備多方面的優(yōu)勢。主要包括成本低，占地面積小，建設(shè)速度快等方面的優(yōu)勢。立體停車庫正在逐漸的獲得各大城市的青睞。預(yù)計我國未來的立體車庫建設(shè)將以30%到40%的速度增長。未來5年里我國的立體車庫市

15、場規(guī)模將高達(dá)數(shù)億。即使這樣，我國的新增汽車保有量的增長遠(yuǎn)超出新增停車設(shè)備的增長，仍然存有大量的車輛沒有停車位，而且后續(xù)年份將逐步的增大。 1.2 立體車庫的概述與發(fā)展現(xiàn)狀 立體停車庫出現(xiàn)比較早的是在韓國、德國和日本等國家[3]，這些國家進(jìn)行了大量的研究，其整體水平也處于世界前列。我國的港澳臺地區(qū)和韓國也通過各種渠道從上述國家進(jìn)行了技術(shù)的引進(jìn)，并獲得了快速的發(fā)展，為地區(qū)的停車難問題提供了較好的解決辦法，并開始向國外和周邊地區(qū)銷售產(chǎn)品。在亞洲地區(qū)，發(fā)展和使用比較早和廣泛的是我國臺灣省、日本和韓國。日本可以說在這個地區(qū)是最早開始開發(fā)研究機(jī)械式立體車庫的國家[4]，從20世紀(jì)60年代開始，日本就開

16、始設(shè)計機(jī)械式立體停車車庫的設(shè)計開發(fā)，逐漸的在當(dāng)今的生產(chǎn)銷售取得優(yōu)勢。在日本進(jìn)行立體停車庫生產(chǎn)和銷售的企業(yè)達(dá)到了100多家，日本在研究、產(chǎn)品設(shè)計以及生產(chǎn)管理上都比較完善，目前日本國內(nèi)擁有的立體停車位總量超過了350萬個。日本的技術(shù)優(yōu)勢主要體現(xiàn)在簡易升降類、垂直升降式、垂直循環(huán)式、水平循環(huán)式以及升降橫移式等品種上[5]。 機(jī)械式立體停車庫的設(shè)計和生產(chǎn)在意大利和德國等歐洲地區(qū)國家的開端是有較早的時間的[6]。具有代表性的的公司有德國Palis、意大利Sotefin和Interpark等公司。歐洲國家整體上人口密度不大，因此其停車問題并不是特別的突出，因此其發(fā)展速度和應(yīng)用并不是特別的快速。即使如此巷

17、道堆垛式，垂直升降橫移式產(chǎn)品備受歐洲國家的青睞。歐洲立體停車庫比較發(fā)達(dá)的是德國，德國生產(chǎn)立體停車庫的企業(yè)達(dá)到24家左右。突出代表的KLAUS和OTTO WOHR兩家公司就幾乎占據(jù)德國的停車市場總產(chǎn)量的八成[7]。歐洲國家的立體車庫的優(yōu)勢在于巷道堆垛類車庫，在德國、意大利等表現(xiàn)突出。 我國的停車問題日益突出，但是我國的立體停車設(shè)備的建設(shè)還處于較為初級的階段。用于公共停車和專用停車的數(shù)量與需求總量相差很大，停車仍然是各大城市的一個普遍問題?，F(xiàn)階段，我國的停車位供給主要依靠自行式停車場、路上停車場、平面停車場等方式為主，立體式停車庫的建設(shè)還處于嘗試階段，應(yīng)用的總量較少。我國停車庫行業(yè)發(fā)展較多的地區(qū)

18、主要集中在沿海地區(qū)，沿海地區(qū)人口密度大，土地成本高，但是路面停車仍然占有大量的比例。大多數(shù)情況下，企業(yè)或者商場仍然選用了自行式停車場及地下自行式停車場。這類停車場具備比較多的缺陷，在發(fā)達(dá)國家，近年來已經(jīng)很少進(jìn)行此類停車場的建設(shè)，而是主要集中在現(xiàn)代化和智能化的立體停車庫。 20世紀(jì)80年代中期我國開始注視到立體車庫的市場，后來的10年間從國外技術(shù)成熟的的地區(qū)引進(jìn)和研發(fā)，在經(jīng)濟(jì)開放發(fā)展地區(qū)開始使用。我國近年來，立體停車庫研發(fā)和生產(chǎn)發(fā)展很快，目前已經(jīng)達(dá)到了100多家，生產(chǎn)的立體停車庫種類比較全，涵蓋了多種類。目前我國沿海地區(qū)以及比較大的一線和二線城市，已經(jīng)表現(xiàn)出了非常大的建設(shè)需求。為了促進(jìn)和規(guī)范我

19、國的立體停車庫行業(yè)，保證產(chǎn)品的質(zhì)量，出臺了《機(jī)械式停車設(shè)備類別、型式與基本參數(shù)》、JB/T87130-1998等6個標(biāo)準(zhǔn)[8]。這些標(biāo)準(zhǔn)的提出對于促進(jìn)我們的立體停車庫事業(yè)的發(fā)展具備極大的作用，發(fā)展立體停車庫已經(jīng)成為了大量城市的共識和選擇，也取得了用戶的歡迎。立體停車庫種類繁多，可以滿足各種場景下、各種使用規(guī)模的使用需求，還可以與各種建筑和場地結(jié)合建設(shè)，是解決我國停車位缺口大，增量不足的有效手段，發(fā)展前景十分光明。 1.3 研究內(nèi)容 本文主要對垂直循環(huán)式立體車庫停車設(shè)備結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計與分析。同時對垂直循環(huán)式立體車庫的運行原理及不同構(gòu)件的設(shè)計要求進(jìn)行了明確，并以此為基礎(chǔ)他通過三維軟件進(jìn)行模型構(gòu)件

20、，最后利用有限元分析軟件對立體車庫在正常運行狀態(tài)下不同部件的受力進(jìn)行了分析。通過對循環(huán)式立體車庫分功能的設(shè)計提出了三種不同的提升機(jī)構(gòu)、平移系統(tǒng)和載車板結(jié)構(gòu)形式，最終通過對各方案的詳盡分析確定了垂直循環(huán)立體車庫方案，通過設(shè)計和試驗驗證最終完成了循環(huán)式立體車庫機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計。 第2章 立體車庫設(shè)計的功能原理 在進(jìn)行循環(huán)式立體車庫設(shè)計之前需要綜合考量車庫車位數(shù)量、外形尺寸以及停取時間等因素，除此之外還要對車庫在不同場合的適用性以及安裝難度和成本進(jìn)行分析。根據(jù)需求來完成車庫結(jié)構(gòu)設(shè)計，首先完成車庫外形尺寸和構(gòu)型設(shè)計：不同類型車輛的尺寸不同，因此應(yīng)基于此來完成車庫車位外形和尺寸設(shè)計，以車輛輪廓為基礎(chǔ)

21、確定車庫尺寸時應(yīng)當(dāng)留有一定的余量，保證車主可以順利實現(xiàn)停、取車，不同類型汽車的輪廓尺寸見下表所示： 表 2-1 普通汽車的輪廓尺寸及重量 在進(jìn)行立體車庫設(shè)計時不僅需要考慮車庫結(jié)構(gòu)尺寸對車庫功能的影響，除此之外還要考慮立體車庫的運行效率?；诖丝筛鶕?jù)車庫的服務(wù)對象以及用途來設(shè)計車輛停取的合適時間。車輛停放時間指的是待停車輛開始進(jìn)庫到車輛經(jīng)過運動后停放在指定位置所需要的時間，車輛從存放開始當(dāng)入庫結(jié)束為一個存車周期。通過前期調(diào)研，對不同類型的車輛存取時間進(jìn)行統(tǒng)計，并總結(jié)了車庫存取的時間表如下，以車輛存取時間表為基礎(chǔ)可為立體車庫的設(shè)計奠定基礎(chǔ)。 表 2-2 不同類型車庫存取時間表 根據(jù)

22、不同類型車輛在車庫中的停取時間完成立體車庫車輛外形的設(shè)定，初步設(shè)定該立體車庫一層中停放的車輛尺寸大小為：L（長）；W（寬）；H（高）；G（重量）；在本車庫中二層所停放的車輛尺寸要小于一層，初步設(shè)定二層車庫所停放的車輛尺寸大小為： L（長）；W（寬）；H（高）；G（重量）。按照設(shè)定的車輛尺寸可知循環(huán)式立體車庫的設(shè)計需要滿足下述幾個方面的要求： （1）該立體車庫可實現(xiàn)當(dāng)前市場中常見類型車輛的存取，根據(jù)應(yīng)用場合確定車庫為側(cè)方位提升方式； （2）車庫不同車位之間為相互獨立的關(guān)系，在車輛存取的過程中不同車位之間不會發(fā)生相互干涉； （3）本文所設(shè)計的立體車庫主要安裝于人員和車輛密度較大的地區(qū)，如小區(qū)

23、周邊、路邊車位以及其他不適宜安裝其他車庫的場合； （4）立體車庫的車位結(jié)構(gòu)和外形尺寸要求為總高度，總寬，根據(jù)車輛停放需求，一層車位可停放所有類型車輛，二層車位可停放小型車輛，一層和二層車位的凈高度分別為 ； （5）二層車位載車板的提升高度應(yīng)大于一層車位的凈高度，要求車位在升降時行程時間為二十秒，速度0.11m/s； （6）一層車位載車板平移距離為2200mm，載車板的升降行程為十五秒，即速度0.147m/s； （7）本文所設(shè)計的立體車庫載車板和車輛的總負(fù)重要； （8）為了保證該設(shè)備可穩(wěn)定長期運行，要求載車板和其他部件受力合理，結(jié)構(gòu)安全可靠。 本文所設(shè)計的立體車庫應(yīng)當(dāng)符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)

24、以及停車設(shè)備的安全要求標(biāo)準(zhǔn)，滿足結(jié)構(gòu)可靠、運行穩(wěn)定等需求，同時可滿足不同場合的車輛存取要求。 本文在進(jìn)行研究設(shè)計時主要基于立體車庫的功能原理和實現(xiàn)方式進(jìn)行車庫結(jié)構(gòu)分析，并確定了循環(huán)式垂直立體車庫的設(shè)計方案。首先對車庫在不同場合的機(jī)械系統(tǒng)所需實現(xiàn)的基本功能進(jìn)行分析，進(jìn)而以此為基礎(chǔ)確定了車庫的功能目標(biāo)。在機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計中采用了黑箱設(shè)計方法，即已知輸入和輸出來完成機(jī)械系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的設(shè)計，采用黑箱法在設(shè)計時依照設(shè)計任務(wù)的需求和約束條件來確定機(jī)械系統(tǒng)的主要功能，并摒棄系統(tǒng)的非必要功能[9]。下圖為采用黑箱法設(shè)計垂直循環(huán)式立體車庫示意圖，在未知機(jī)械系統(tǒng)的情況下根據(jù)能量流、信息流以及車輛駛?cè)敕绞降容斎胍约皞?cè)

25、方位存取方式輸出來確定立體車庫的機(jī)械系統(tǒng)。通過分析可知本文所設(shè)計的立體車庫的總體功能是實現(xiàn)車輛的側(cè)方位存取，且在車輛存取過程之中上下兩層之間的運動不會發(fā)生干涉現(xiàn)象。 圖 2-1 黑箱法設(shè)計立體車庫示意圖 本文所設(shè)計的垂直循環(huán)式立體車庫的主要功能是通過側(cè)方位形式實現(xiàn)車輛上下層位置的轉(zhuǎn)換，上下層車輛在停放和存取過程中不會發(fā)生相互干涉現(xiàn)象，除此之外立體車庫上下兩層在車輛存取順序上沒有明確限制。在通過黑箱法明確立體車庫的總功能之后需要將系統(tǒng)功能進(jìn)行分解，分為若干子功能，對車庫子部分功能原理和運行方案來完成垂直循環(huán)式立體車庫的總體方案設(shè)計。本文所設(shè)計的立體車庫子功能包含車庫下層載車板平移功能

26、以及上層載車板的側(cè)方運動功能，除此之外還要保障載車板具有良好的承載功能，車庫上下兩層在運行時具有一定的運行可靠性和安全性功能等。根據(jù)了立體車庫不同子功能來對車庫的總體設(shè)計方案進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計，通過模塊化的方法完善總體設(shè)計方案，為了更為細(xì)致的表述不同模塊的功能原理，采用如下圖所示的功能原理樹狀圖來對立體車庫不同子功能進(jìn)行描述： 圖 2-2 功能原理樹狀圖 根據(jù)上圖所示的立體車庫功能原理樹狀圖可總結(jié)本文所設(shè)計的垂直循環(huán)式立體車庫應(yīng)當(dāng)具備的四大功能，分別為：平移功能、側(cè)方位提升功能、支撐功能以及安全保障功能。首先平移功能指的是下層車輛在存取時載車板在電機(jī)帶動下通過沿著既定的導(dǎo)軌完成平移運動，

27、繼而將實現(xiàn)車輛的入庫和出庫[4]。側(cè)方位提升功能指的是車輛聽取完畢時通過電機(jī)驅(qū)動上層載車板完成側(cè)方位升降，完成上層車輛的出庫。支撐承載共鞥指的是立體車庫上下兩層所存放的車輛質(zhì)量以及尺寸大小有所差異，因此需要根據(jù)車輛不同的車載情況來進(jìn)行合理的支撐設(shè)計，保證結(jié)構(gòu)具有良好的運行穩(wěn)定性和可靠性。立體車庫的安全保障共鞥指的是當(dāng)上層機(jī)構(gòu)運行到特定位置時需要通過緊固部件來對載車板進(jìn)行固定，從而防止出現(xiàn)意外情況，除此之外還要防止車輛墜落，以期保證車輛和車庫周邊人員的安全。 第3章 立體車庫設(shè)計的主要內(nèi)容 3.1 提升系統(tǒng)的設(shè)計 在確定垂直循環(huán)式立體車庫設(shè)計總體方案之前需要完成提升系統(tǒng)的設(shè)計，提升系統(tǒng)

28、是車庫設(shè)計中最重要的運動模塊，當(dāng)前國內(nèi)外研究者鮮有對側(cè)方位提升系統(tǒng)進(jìn)行研究，因此相應(yīng)的研究成果也較少，因此在確定車庫提升系統(tǒng)時需要根據(jù)其功能原理和運動特性進(jìn)行分析，將機(jī)構(gòu)的總功能拆分為若干子功能模塊，分析可知，本文所設(shè)計的垂直循環(huán)式立體車庫的提升系統(tǒng)由兩大部分構(gòu)成，其一為動力裝置，其二為側(cè)方位升降裝置。側(cè)方位提升系統(tǒng)的運動原理可概括為：在動力裝置的作用下將動力傳輸至升降裝置，與升降裝置固連的下層車位載車板將以側(cè)方位的形式運動至路面，路面上的車輛行駛到載車板后升降裝置將下層車輛搬運至上層，完成入庫，相反，通過動力裝置和升降裝置的配合也可實現(xiàn)上層車位中車輛的出庫。當(dāng)前常見動力裝置包含兩類，分別為液

29、壓動力裝置和電力動力裝置。升降裝置有三大類，分別為鋼絲繩式、鏈條式以及液壓式提升裝置。可根據(jù)實際的應(yīng)用場合來完成動力裝置和升降裝置的選型。 本文所設(shè)計的立體 車庫通過設(shè)計不同的機(jī)械傳動系統(tǒng)來完成車庫側(cè)方位提升方案的制定，在確定方案之后將通過三維軟件進(jìn)行模擬仿真并對提升機(jī)構(gòu)的性能和工作特性進(jìn)行分析。各側(cè)方位提升系統(tǒng)的設(shè)計分析如下： （1）異面四桿側(cè)方位提升機(jī)構(gòu) 該機(jī)構(gòu)屬于雙搖桿機(jī)構(gòu)，將該機(jī)構(gòu)應(yīng)用于垂直循環(huán)式立體車庫中的示意圖如下所示，固定底桿為與載車板相互平行的桿，兩長桿為搖桿，通過復(fù)變擺動特性來完成車輛的側(cè)方位提升，兩搖桿的極限位置角約為 90，具體結(jié)構(gòu)如下所示。 圖3-1 異

30、面四桿側(cè)方位提升機(jī)構(gòu)示意圖 根據(jù)上圖所示的提升機(jī)構(gòu)示意圖可知，載車板隨兩搖桿在極限位置完成復(fù)變擺動，進(jìn)而實現(xiàn)車輛存取。該側(cè)方位提升機(jī)構(gòu)的傳動方式為在電機(jī)的帶動下鋼絲繩完成載車板的牽引四桿機(jī)構(gòu)的牽引回轉(zhuǎn)運動從而實現(xiàn)側(cè)方位提升。 （2）L型側(cè)方位提升機(jī)構(gòu) L型側(cè)方位提升系統(tǒng)的傳動原理是通過橫向和縱向的直線運動相合成來完成傳動，該提升機(jī)構(gòu)通過電機(jī)帶動鏈條將載車板固定在L型托架上，車輛停入L型載車板后通過鏈條的傳動將車輛移至下層車庫，隨后通過鏈條帶動下層車位實現(xiàn)平移運動，將載車板平移至車庫上層，完成側(cè)方提升的目的，取車運動原理與之相反。L型側(cè)方位提升機(jī)構(gòu)通過升降和平移動作來完成提升，其結(jié)構(gòu)示意圖

31、如下所示： 圖3-2 L 型側(cè)方位提升機(jī)構(gòu)示意圖 L型側(cè)方位提升機(jī)構(gòu)由兩個部分的運動組成，分別為載車板的平移和提升運動，這種機(jī)構(gòu)形式通過對動作的分解來完成所需實現(xiàn)的側(cè)方位功能。 （3）搖臂擺桿側(cè)方位提升機(jī)構(gòu) 搖臂擺桿側(cè)方位提升機(jī)構(gòu)示意圖如下所示，下層車位由固定框架所構(gòu)成，上層框架為搖臂擺桿所連接的吊籃式載車板，提升擺臂一端固定于支撐框架上，另一端同上層載車裝置相連接，由液壓裝置來驅(qū)動提升擺臂進(jìn)而實現(xiàn)上層載車裝置的提升和下降，上層載車裝置在提升擺臂的帶動下呈扇形運動，兩端點位于搖臂的極限位置，通過載車裝置在極限位置的復(fù)變擺動來完成側(cè)方位功能，進(jìn)而實現(xiàn)上層車位的存取。 圖3

32、-3 搖臂擺桿側(cè)方位提升機(jī)構(gòu)示意圖 上述側(cè)方位提升機(jī)構(gòu)設(shè)計方案是基于設(shè)備所需實現(xiàn)的功能予以確定的，傳動路線用來表達(dá)各部件的運動方式及其空間布局。對上述三種側(cè)方位提升方案的優(yōu)缺點以及設(shè)計要點進(jìn)行綜合比較結(jié)果如下表所示，在后續(xù)章節(jié)中將重點討論不同設(shè)計機(jī)構(gòu)的零部件設(shè)計以及動力裝置的選擇，可依照最終選擇的設(shè)計方案可最初 擬定的結(jié)構(gòu)尺寸來對設(shè)計機(jī)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)計算，最終基于此來確定零件型號及動力裝置。 表3-1 提升機(jī)構(gòu)優(yōu)劣分析表 根據(jù)設(shè)計目的可知本文所設(shè)計的垂直循環(huán)式立體車庫主要用于在路邊車位、小區(qū)空地等場合，要求車庫在升降過程中機(jī)械傳動穩(wěn)定可靠且具有一定的安全性，分析可知本課題的主要任務(wù)是通過

33、立體車庫的應(yīng)用達(dá)到節(jié)省空間，提升停車效率。通過對上述傳動機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析可知液壓系統(tǒng)具有良好的功率特性，除此之外重量比較高，因此可實現(xiàn)空間的節(jié)省，同時液壓系統(tǒng)具有良好的工作可靠性和穩(wěn)定性，除此之外，當(dāng)出現(xiàn)過載等情況時液壓系統(tǒng)中的安全閥可保證車輛在存取過程中的安全性。根據(jù)本課題側(cè)方提升機(jī)構(gòu)的技術(shù)要求即功能需求，同時綜合考慮提升機(jī)構(gòu)設(shè)計方案在不同場合的適用性，最終選用第三種搖臂擺桿側(cè)方位提升機(jī)構(gòu)。 3.2 平移系統(tǒng)的設(shè)計 在完成提升系統(tǒng)設(shè)計需要進(jìn)行立體車庫平移系統(tǒng)的設(shè)計。平移系統(tǒng)是運動系統(tǒng)中的重要模塊，由導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、行走機(jī)構(gòu)以及動力機(jī)構(gòu)等部分組成。平移系統(tǒng)的主要工作原理為：通過電機(jī)來動傳動系統(tǒng)，進(jìn)而

34、實現(xiàn)載車板和車輛按照預(yù)期的軌跡進(jìn)行運動，實現(xiàn)車輛的存取。在上文中我們以及對不同的傳動方案進(jìn)行了全面比較，通過比較結(jié)果可知兩種驅(qū)動方案使用場合和性能均具有一定特點。 鏈條式平移傳動可與動力裝置相結(jié)合實現(xiàn)車庫平移傳動，繼而實現(xiàn)車輛的存放功能，該傳統(tǒng)方式具有性價比高、結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)勢。鏈條式平移傳動的基本原理為：通過獨立的減速電機(jī)帶動裝有四個滾動輪的載車板運動，其中了兩個滾動輪為主動輪，主動輪和載車板之間通過傳動軸相連，傳動系統(tǒng)由電機(jī)帶動主動輪作為輸出，載車板和電機(jī)則構(gòu)成平移輸出系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)示意圖如下圖所示。減速電機(jī)輸出系統(tǒng)中主動輪通過與導(dǎo)軌之間的相互配合來對載車板自由度進(jìn)行限制，進(jìn)而主動輪在導(dǎo)軌上

35、僅作橫向平移運動，通過載車板的復(fù)變平移完成車輛的存取功能。 圖3-4 減速電機(jī)輸出系統(tǒng)示意圖 根據(jù)減速電機(jī)輸出系統(tǒng)示意圖以及設(shè)備的供暖需求來完成系統(tǒng)傳動方案的設(shè)計，按照系統(tǒng)傳動方案設(shè)計傳動結(jié)構(gòu)示意圖如下所示： 圖3-5 傳動結(jié)構(gòu)示意圖 傳動路線用來表達(dá)傳動系統(tǒng)零件的運動方式可空間布局，在后續(xù)章節(jié)中 將對零部件及動力裝置的選型進(jìn)行介紹，并根據(jù)已定的結(jié)構(gòu)遲迅進(jìn)行計算，最終確定零件型號。 3.3 載車結(jié)構(gòu)型式的分析 在垂直循環(huán)式立體車庫中載車板結(jié)構(gòu)作為車輛的支撐裝置在整個系統(tǒng)中的作用十分重要，除此之外載車板也可用作提升機(jī)構(gòu)，根據(jù)立體車庫的總體設(shè)計方案可將載車板按結(jié)構(gòu)形式

36、的差異分為兩種，其一為框架式，其二為拼版式兩種。 拼板式載車板指的是通過螺栓將波浪板按照載車板設(shè)計尺寸大小拼接成一個整體。波浪板適合于大批量生產(chǎn)，波浪板的拼接圖如下所示： 圖3-6 波浪板連接圖 整體式載車板指的是在完成鋼板和型鋼的選型之后通過焊接的方式使兩者連接成一個整體，隨后將載車板通過焊接的方式固連在框架上，通常采用兩塊折彎板對接的方式來完成載車板的拼接。整體式載車板結(jié)構(gòu)較為簡單，且工作可靠性高，使用壽命較長，適合小批量生產(chǎn)。 通過對整體式在車本和拼裝式載車板進(jìn)行分析，將兩者之間進(jìn)行比較，差異特征如下表所示。根據(jù)下表可知拼裝式載車板較重，因此在載車板底部不適宜安裝其他裝置

37、，與本課題所設(shè)計的垂直循環(huán)式立體車庫的設(shè)計要求不符，因此載車板結(jié)構(gòu)形式選用框架式。 表 3-2 兩種載車板差異特點 3.4 傳動系統(tǒng)的設(shè)計 根據(jù)總體設(shè)計方案傳動系統(tǒng)包含如下幾個部分，分別為：輸送鏈、輸送鏈鏈輪、傳動軸、電機(jī)、支撐輪[10]。 3.4.1 輸送鏈的選擇 在選擇輸送鏈時根據(jù)設(shè)計方案可知其上部的圓弧約是半徑90cm的圓弧，在直線部分大約是125cm。由此可以計算得出應(yīng)選用M630輸送鏈，節(jié)距選擇25cm的標(biāo)準(zhǔn)鏈條[10]。 本設(shè)計中的鏈條是標(biāo)準(zhǔn)件，在滿足相互不影響的情況下，選擇滿足設(shè)計尺寸需求的傳動鏈。 圖 3-7 滾子鏈參數(shù)圖 滾子鏈的具體參數(shù)如下表所

38、示： 表 3-3 M630輸送鏈尺寸 當(dāng)車位滿載后立體車庫的總重量應(yīng)當(dāng)小于36噸，用等效法進(jìn)行計算可知滾子鏈所受的靜載荷大小為352.8KN。 慣性離心力為： （3-1） 根據(jù)計算結(jié)果選用滾子鏈型號為M630可滿足需求。 輸送鏈總長在3000cm。 在選擇好滾子鏈類型后需要對鏈輪進(jìn)行設(shè)計： 3.4.2 鏈輪部分的計算 鏈輪齒數(shù) 分度圓直徑：d= （3-2） 齒頂圓直徑： （3-3） ) 齒根圓直徑：

39、 （3-4） 內(nèi)節(jié)寬 齒側(cè)圓弧半徑： （3-5） 滾子定位圓弧半徑： （3-6） 滾子定位角：- （3-7） - （3-8） 齒寬bf1： （3-9） 倒角寬ba: (3-10) 倒角直徑：

40、 (3-11) 倒角深： (3-12) 鏈總長 根據(jù)現(xiàn)行國際標(biāo)準(zhǔn)，車庫最大取車時間為，因此立體車庫運轉(zhuǎn)一周所需時間要小于[10]，則： 線速度：即 鏈輪轉(zhuǎn)速：d= (3-13) 在本文所設(shè)計的垂直循環(huán)式立體車庫中鏈輪尺寸較大，該部件也是立體車庫中重要結(jié)構(gòu)件之一，由此就會在系統(tǒng)運行過程中對鏈輪的齒部和中心軸部產(chǎn)生不同程度的機(jī)械磨損，因此采取鏈輪的兩部分是不同材料制成再組合的方法來解決。鏈輪齒形部分采用4

41、5#鋼調(diào)質(zhì)處理，鏈輪內(nèi)側(cè)材料為鑄鋼，其強(qiáng)度和尺寸均可滿足設(shè)計需求[10]。 圖 3-8 鏈輪 3.4.3 電機(jī)功率計算及選擇 當(dāng)設(shè)備處于半空載狀態(tài)時車庫兩邊的負(fù)載差距加大，因此若想穩(wěn)定云狀其功率也最大，計算可知： 62=12（t）,12噸約為[7] N== (3-14) 考慮安全系數(shù)，電機(jī)啟動的最大功率可依照下式進(jìn)行計算： 32.671.3= 差表可知選用的電機(jī)型號為。該電機(jī)參數(shù)為：額定功率，同步轉(zhuǎn)速，滿載轉(zhuǎn)速[10]。 3.4.4 減速機(jī)的選擇 減速機(jī)的總傳動比為i總==271，基于此選用減速電機(jī)

42、型號為二級行星減速機(jī)[10]。 減速機(jī)和鏈輪之間的傳動比為;i==4.3 ，因此選擇齒輪的傳動比為1:4.3，并用齒輪來連接鏈輪和傳動軸。由于空間限制，要通過錐齒輪來實現(xiàn)傳動。 第4章 車庫關(guān)鍵部件及整機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計 4.1 吊籃式載車板的設(shè)計 4.1.1 載車平板與骨架的結(jié)構(gòu)設(shè)計 通過上文分析可知載車板由幾塊普通鋼板通過焊接構(gòu)成，載車板的厚度同其剛度呈正相關(guān)關(guān)系。但隨載車板厚度的增加底板的重量和鋼材的用量會增加，因而需要根據(jù)實際受載情況下載車板的受力來對載車板進(jìn)行設(shè)計。為方便停車，在載車板合適的位置需要設(shè)計相應(yīng)的車輪定位擋板。載車板的尺寸應(yīng)當(dāng)依照車輛尺寸和總體設(shè)計方案予以確定。初

43、步選定載車底板厚度為3mm，其結(jié)構(gòu)示意圖如下所示。 圖4-1 載車底板結(jié)構(gòu) 圖 4-2 底板的受力分析 von Mises 應(yīng)力 最小為587100 N/m^2 最大為1.23545e+009 N/m^2 合位移 最小為0.0293294 mm 最大為245.342 mm 對等應(yīng)變 最小為2.75808e-006 最大為0.00308242 由于底板厚度變化時，載車底板的重量和剛度也會改變，不能通過載車板厚度的增加來改變其剛度，為了滿足強(qiáng)度和重量需求，在載車板設(shè)計時通常使用骨架支撐的方式來進(jìn)行設(shè)計。在本文所設(shè)計的垂直循環(huán)式立體車庫中可使用槽鋼作為載

44、車板骨架，按照現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)和實際設(shè)計經(jīng)驗，初步確定載車板的骨架機(jī)構(gòu)如下圖所示： 圖4-3 載車板骨架結(jié)構(gòu) 4.1.2 吊籃式框架的結(jié)構(gòu)設(shè)計 吊籃式載車板的主要功能是完成中小型車輛的存放，即車輛的尺寸代銷滿足：L（長）；W（寬）；H（高）；；G（重量）。即根據(jù)車輛尺寸大小設(shè)計的載車板尺寸為：，吊籃式載車板地層托盤長度，為減少整體結(jié)構(gòu)質(zhì)量要保證具有一定的安全余量?？赏ㄟ^錯開升降方向和載車板所受重力方向來改變受力，保證載車板工作可靠性。吊籃式結(jié)構(gòu)如下圖所示。 圖4-4 吊籃式結(jié)構(gòu)及參數(shù)圖 圖 4-5 心軸圖 心軸受向下壓力，根據(jù)已有數(shù)據(jù)可知車輛和載車板的總重量在

45、3噸以下，按3噸進(jìn)行計算，則心軸強(qiáng)度可按照如下公式進(jìn)行校核： 心軸受力： 危險截面積為0.0044m2 P== 材料強(qiáng)度符合要求。 鏈上鏈接件是載車車籠與傳動系統(tǒng)相連接的部分，在垂直循環(huán)式車庫的車籠升降的過程中起到了至關(guān)重要的作用，此件的鏈接的設(shè)備部分是非常關(guān)鍵的一個環(huán)節(jié)，無論是從車庫控制系統(tǒng)的流暢運作，還是車輛停放到車籠后的系統(tǒng)的存放、取出都起到至關(guān)重要的作用。 圖 4-6 鏈上鏈接件圖 圖 4-7 鏈連接受力圖1 圖 4-8 鏈連接受力圖2 圖 4-9 鏈連接受力圖3 采用螺栓螺母的連接方式銷鏈相連接，根據(jù)上述尺寸參數(shù)以及設(shè)計需求和實際設(shè)

46、計經(jīng)驗將不同子部分相連接，進(jìn)而形成完整的上層吊籃式載車板結(jié)構(gòu)，吊籃式載車板結(jié)構(gòu)如下圖所示： 圖4-10 吊籃式載車板結(jié)構(gòu)示意圖 對設(shè)計完成的吊籃式載車板結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析可知，該結(jié)構(gòu)較為簡單，且具有良好的運行穩(wěn)定性，主要構(gòu)件包含載車托盤兩側(cè)邊梁，邊梁材料為為冷彎卷邊Z型鋼，尺寸代銷為180703，底板骨架材料為槽鋼；上層吊籃框架由兩部分構(gòu)成，分別為鋼管、方管中間軸，其材料均為45號無縫鋼管，吊籃式載車板結(jié)構(gòu)自重約為610kg。 4.2 車庫固定框架的設(shè)計 垂直循環(huán)式 立體車庫骨架為鋼架構(gòu)，本設(shè)計材料主要為熱扎槽鋼結(jié)構(gòu)，牌號為[11]。 立柱的設(shè)計和校核 查資料可知立柱型號為[10

47、]，該車庫需要由與地面基樁相互固定的立柱來實現(xiàn)承載，在強(qiáng)度滿足的前提下，為減少材料的使用成本，將立柱設(shè)計為空心正方形立柱，截面形狀如下圖所示： 圖 4-11 立柱底板截面圖 外形尺寸：矩形邊長為30cm,厚度為5cm，高度為1624cm,底部上焊有一塊邊長為40cm，厚度為3cm的矩形鐵板，為了保證立柱具有足夠的強(qiáng)度，設(shè)計在立柱的四面焊接加上有助板的結(jié)構(gòu)。立柱截面形狀如圖4-1所示。 圖 4-12 主框架及頂部導(dǎo)軌圖 頂部導(dǎo)軌是為了對輸送鏈的運動起到固定支撐的的作用，因此將結(jié)構(gòu)的上部設(shè)計成與鏈輪的分度圓半徑相同的圓弧，同時保證滾子能在導(dǎo)軌的軌道槽中平順滾動，這樣就能夠?qū)?/p>

48、現(xiàn)控制鏈條的固定軌跡運動了。為了防止鏈條出現(xiàn)輕微松弛的情況，可在導(dǎo)軌與框架螺栓連接部位增加墊片，由此來提升導(dǎo)軌的高度，這樣就可以對輸送鏈實現(xiàn)張緊的效果了。 強(qiáng)度計算為：p= (4-1) 半載受力受力最大， (4-2) 此時受力P== (4-3) 滿載時： 車的總重： 立體停車庫的總重：60t即為 強(qiáng)度為：p== 每根柱受載： 立柱截面積： 則受壓力為：p= 風(fēng)載荷計算： Wk=βμμ

49、 (4-4) 因結(jié)構(gòu)高度米，總寬5.2米，高寬比==3.31.βz=1+計算確定，寬高比3.34，取μs=1.3,增大系數(shù)ξ=1.24，影響系數(shù)v=0.47，基本風(fēng)壓w0=0.35kN/m2,負(fù)載寬度為6米。計算得: μμ (4-5) 側(cè)面總截面積大約為： (4-6) P=== (4-7) 作用在框架上的力的和為： ，故材料選擇合理。 4.3 車庫整體的結(jié)構(gòu)設(shè)計與建模 根據(jù)上文對立體車庫不同模

50、塊結(jié)構(gòu)的受力分析進(jìn)行建模，以整體尺寸為約束條件對吊籃式載車板、平移載車板以及擺臂和固定框架等多個組件進(jìn)行校核計算，利用三維仿真軟件 SolidWorks 對各子模塊進(jìn)行尺寸約束，得到側(cè)方位無避讓垂直循環(huán)式立體車庫的三維結(jié)構(gòu)如下圖所示。 圖4-13 整體結(jié)構(gòu)圖 圖4-14 底版圖 圖4-15 主框架圖 圖4-16 牽引鏈裝配圖 第5章 結(jié)論 本文對應(yīng)用于路邊車位、小區(qū)窄邊等多種場合的垂直循環(huán)式立體車庫進(jìn)行分析，并基于其發(fā)展現(xiàn)狀和功能需求提出了一種新型設(shè)計方案，同時對設(shè)計內(nèi)容進(jìn)行了探討，對傳動系統(tǒng)的電機(jī)選用、鏈傳動的設(shè)計與校核進(jìn)行

51、了計算與分析，并且對于車庫關(guān)鍵部件的結(jié)構(gòu)進(jìn)行具體的分析，分別對于吊籃式載車板、車庫固定框架、平移機(jī)構(gòu)進(jìn)行具體的的設(shè)計，最后對于車庫的結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模分析。 參考文獻(xiàn) [1] [2] [3]劉曉娟.垂直升降式立體車庫系統(tǒng)設(shè)計與研究[J].機(jī)械設(shè)計與制造,2011:15-20. [4]李娟.巷道堆垛式自動化立體車庫存取策略研究[D].蘭州交通大學(xué)碩士論文2010:3-7. [5]謝愛梅.基于PLC的立體車庫控制系統(tǒng)設(shè)計[J].時代農(nóng)機(jī),2017,44(06):76-77+79. [6]李珍珠.仿真技術(shù)在立體車庫上的應(yīng)用與實現(xiàn)[J].中小企業(yè)管理與科技(上旬刊),2017(04):16

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