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附錄Ⅰ ：外文譯文
直線感應(yīng)電機(jī)驅(qū)動立體車庫的分析與測試
秦奮璐，云月燁，簡欣神
浙江大學(xué)
電機(jī)工程學(xué)院
浙大路38, 310027號，杭州，中國
電子郵件：LuqFiNeN-ZJU.E.U.CN
（收到：18.092015，修訂：20.092015）
摘要：汽車進(jìn)入時(shí)間是一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)，尤其是在立體車庫中，應(yīng)該盡量減少這一點(diǎn)。本文提出了一種新穎的立體車庫。該系統(tǒng)采用直線感應(yīng)電機(jī)（LIMS），結(jié)構(gòu)簡單，響應(yīng)速度快。在立體車庫中，在升降平臺的橫梁下方安裝多個(gè)LIMS，在移動框架的頂部固定若干個(gè)LIMS。在LIMS的操作過程中，移動框架向前和向后移動以到達(dá)所需的停車位置，而橫梁水平移動以快速地獲取或存儲車輛。所有這些LIMS都是相同的，應(yīng)該在低頻率下設(shè)計(jì)。在有限元分析的基礎(chǔ)上，研究了關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)和動力性能的影響。通過原型驗(yàn)證了預(yù)測結(jié)果。最后，將所設(shè)計(jì)的LIMS成功地應(yīng)用于兩個(gè)8層立體車庫。
關(guān)鍵詞：有限元、直線感應(yīng)電機(jī)、低頻立體車庫
1.簡介
立體車庫在現(xiàn)代社會的城市中是非常重要的，因?yàn)橛性絹碓蕉嗟钠?。汽車進(jìn)入時(shí)間是一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)，特別是在大型立體車庫。然而，由于諸如鏈條和齒輪的中間轉(zhuǎn)換裝置[1-2]，在傳統(tǒng)的立體車庫中受到限制。為了盡可能縮短存取時(shí)間，強(qiáng)烈推薦使用直線電機(jī)（LMS）。他們可以直接驅(qū)動立體車庫沒有任何中間設(shè)備[3]。
在LMS的不同結(jié)構(gòu)中，直線感應(yīng)電機(jī)（LIMS）由于其結(jié)構(gòu)簡單、成本較低，在交通、物流、工業(yè)等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。雖然LIMS具有不同的結(jié)構(gòu)類型，如單面、雙面、管狀、圓盤等，但最受歡迎的是單側(cè)化合物二級結(jié)構(gòu)，它被應(yīng)用在許多設(shè)備中。
對于LIMs，采用解析電磁場解[4]-[7]研究恒定電壓激勵或恒電流激勵下的推力和法向力。最大的缺點(diǎn)是計(jì)算精度受到許多復(fù)雜數(shù)學(xué)運(yùn)算的簡化的影響。為了提高計(jì)算精度和考慮橫向邊緣效應(yīng)，通常采用有限元法。
由于在該應(yīng)用中所需的低操作速度，LIMS應(yīng)設(shè)計(jì)為低額定頻率[8]-[9]。此外，電流應(yīng)盡可能減小，以避免磁場飽和，并降低逆變器的容量。這些導(dǎo)致
立體聲車庫的LIMS不同于正常的LIMS。然而，在這一研究領(lǐng)域的出版物并不多。
本文主要介紹了LIMs驅(qū)動的新型立體車庫的結(jié)構(gòu)和工作原理，獲得了LIM的設(shè)計(jì)規(guī)范?；谟邢拊?，研究了結(jié)構(gòu)參數(shù)和動力性能的影響。最后，通過原型測量驗(yàn)證了預(yù)測結(jié)果。
2. 新型立體車庫的結(jié)構(gòu)
圖1（a）示出LIMS驅(qū)動的立體車庫中的一個(gè)單元的圖。圖1B顯示了它的垂直視圖。單位數(shù)是一個(gè)整數(shù)，如1, 2, 3等。
在一個(gè)單元里有幾個(gè)LIMS。它們分別固定在立體車庫的中間移動平臺和升降框架上。在每一層中，停車位可以是2, 4, 6、8, 10等。如圖所示，LIMS安裝在MOV框架的頂部，這是一個(gè)縱向移動機(jī)構(gòu)。在兩側(cè)，在移動框架中固定四個(gè)平行的原基，并且在立體車庫的支架中使用相同的長副。當(dāng)LIMs被提供電源時(shí)，移動框架在龍迪努方向移動，以到達(dá)所需的停車空間。
（a）立體車庫單元圖
（b）立體車庫的垂直視圖
圖1：LIMS驅(qū)動立體車庫
圖2顯示了升降平臺，包括四個(gè)相同的LIMs，移動橫梁，載車板和兩個(gè)電磁鐵。所有LIMS的可移動原基固定在移動橫梁下方并并聯(lián)連接，LIMS的固定次級安裝在升降平臺上。氣隙長度由兩個(gè)直線軸承保持。在移動橫梁上方，安裝兩個(gè)電磁鐵，它們提供直流電流。相應(yīng)的鐵芯附在每一個(gè)載板的側(cè)面。與傳統(tǒng)立體車庫相比，這種立體車庫將所有的電氣設(shè)備安裝在升降平臺上，所以所有停車位的結(jié)構(gòu)非常簡單，因?yàn)槊總€(gè)車廂只帶載車板。在兩個(gè)方向上，編碼器被固定以獲得運(yùn)行速度，然后采用矢量控制方法。
在存放或取車過程中，活動車架和升降平臺可以共同工作，盡快找到停車位。然后，移動的橫梁被驅(qū)動來搭車。
圖2.升降平臺圖
當(dāng)汽車從立體車庫取走時(shí)，LIMS與電源連接，然后與升降器一起驅(qū)動移動框架和移動橫梁到相應(yīng)的停車空間。當(dāng)移動橫梁靠近載車板時(shí)，電磁鐵供給直流電流以吸引載車板。之后，移動橫梁在LIMs的驅(qū)動下向相反方向行駛，從而將帶轎廂的載車板從停車空間中取出到升降平臺。最后，將轎廂與升降架和活動車架一起送出出口。存儲汽車的過程正好相反。因此，根據(jù)LIMS的運(yùn)動，汽車可以快速移動，以降低汽車進(jìn)入時(shí)間。
3. LIMS的設(shè)計(jì)特點(diǎn)
在本申請中的LIM中，主長度不能比運(yùn)動橫梁的寬度長。由于移動橫梁的寬度應(yīng)盡可能小，以用于提升平臺的寬度和重量的轉(zhuǎn)向，因此主長度也受到限制。在主長度有限的情況下，一次寬度與推力成正比。如果只采用一個(gè)LIM，它會變得太大。為了減小每個(gè)LIM的主寬度，采用均勻的LIMS數(shù)量，例如2, 4, 8、10等，對稱地安裝在移動橫梁的下方。
LIM的沖程幾乎是汽車的寬度，所以由于行程有限和重量大，行駛速度不能很高。也就是說，LIM的額定速度是低的。在傳統(tǒng)的交疊繞組的LIM極間距下，電源的頻率也很低。因此，LIM應(yīng)該以低頻率設(shè)計(jì)。
如果在移動橫梁中采用四個(gè)LIMS，根據(jù)應(yīng)用要求，每個(gè)設(shè)計(jì)的LIM的額定速度、電壓和起動推力分別為0.8 m/s、380 V和超過666 N。由于運(yùn)動橫梁的寬度是給定的，主長度是固定的，然后也得到極點(diǎn)間距和極點(diǎn)數(shù)。應(yīng)該注意的是，橫向效應(yīng)不被考慮，因?yàn)槎螌挾瓤梢宰銐驅(qū)挕?
在縱向移動機(jī)構(gòu)中也應(yīng)用相同的LIMS，以便于應(yīng)用。在每一方面，也有四個(gè)LIMS采用。根據(jù)所需的速度0.8 m/s，電源的合適頻率是11.5赫茲。在該頻率下，電壓為380 V的全值?？梢曰诘刃щ娐吩O(shè)計(jì)LIM，它可以很好地考慮靜態(tài)縱向效應(yīng)、動態(tài)縱向效應(yīng)和次級鐵損[7]。
4. 參數(shù)分析與動態(tài)特征
這種LIM的FEM如圖3所示。在這個(gè)模型中，初級的速度為零，并且相位繞組被提供滿電壓380 V，F(xiàn)＝11.5赫茲。此外，端阻抗由有效阻抗考慮，這是在前等效電路法中計(jì)算的。
圖3.設(shè)計(jì)中的有限元法
對不同齒寬的推力進(jìn)行了分析，如圖4所示。顯然，當(dāng)齒寬等于3 mm時(shí)，LIM的性能變差，因?yàn)橥屏ρ杆贉p小，電流也增加。這是由磁場飽和引起的。當(dāng)齒寬大于5 mm時(shí)，推力和電流幾乎保持不變。
此外，與4 mm和5 mm的齒寬相比，前者的推力稍高，電流也較小。當(dāng)然，由于較小的縫隙面積，電流密度也略有提高。
應(yīng)該注意的是，由于低頻電源，齒寬應(yīng)該大于正常的LIM。其原因是由于全電壓和低頻率CY引起的大磁通密度，當(dāng)然，電流密度也受齒寬的影響。
a) 推力圖
b) 電流圖
圖4.不同齒寬的直線電機(jī)鎖止推力
由于疊片是由螺栓組裝而成的，所以軛鐵的高度要高得多。如果可以通過焊接方法進(jìn)行組裝，則可以大大降低軛的高度。根據(jù)設(shè)計(jì)分析，一次高度可降低到60毫米。推力和三相電流幾乎保持不變。因此，磁軛的磁場小于飽和值。
如果初級的速度設(shè)置為零，則可以獲得鎖定的推力和相電流。三相電流是不對稱的，也有大量的諧波分量。由于小的互感，A相和B相的電流較大。對于相位C，基本分量為13.15 A，這也比等效電路法大。圖5示出推力。如圖所示，平均推力為700 N。
圖5.全電壓鎖定推力圖
圖6顯示了LIM在加載300 N時(shí)的動態(tài)速度。靜態(tài)速度為0.7米/秒，因此滑移為0.4。在起動過程中，電流不會像正常LIM那樣迅速減小，只有輕微的變化。
a） 速度曲線圖 b）電流曲線圖
圖6.LIM在負(fù)載300 N時(shí)的動態(tài)速度和電流
5. 應(yīng)用與測量
原型制作并安裝在兩個(gè)8層立體車庫中。一個(gè)有一個(gè)單位，另一個(gè)有三個(gè)單位。圖6A）和圖6B）顯示FOMER LIM主提升平臺。這8層立體車庫有兩個(gè)停車位在同一層，所以它是與運(yùn)動框架，如圖6C所示。它顯示出良好的性能，并且已經(jīng)運(yùn)行了兩年，直到現(xiàn)在。
在測試平臺上，鎖定LIM并提供380 V、11.5 Hz三相電壓，然后可以測量鎖定推力。表1列出了六個(gè)LIMS的測量值。如圖所示，電流的平均值為12.2 A，平均推力為702 N。顯然，測得的電流和推力與設(shè)計(jì)值接近。小的誤差可能是由于安裝加工精度造成的。
在立體車庫，在給定的最大價(jià)值，速度，加速和減速器是0.8米/秒，0.4 m/s2和0.8米/ s2的，分別。這是說，整個(gè)時(shí)間是5小時(shí)。最高大的兩起汽車平臺冰只有10秒，這是比小銀行?！兜男r(shí)。因此，在車的只讀存取時(shí)間主要取決于在升降機(jī)。在8層幀沒有運(yùn)動的立體車庫，它是只讀的30多頁，這是比傳統(tǒng)的下一步。
圖6.膠原型的立體車庫
表1.實(shí)測推力
當(dāng)移動橫梁在沒有轎廂的情況下攜帶或存放車載板時(shí)，最大速度、電壓、頻率和電流分別為317 V、11.6 Hz和9 A。當(dāng)車輛應(yīng)被保存時(shí)，必須先攜帶汽車載板。因此，橫梁首先向載板的車輛移動，然后將轎廂載板帶到轎廂平臺上，在圖7中示出了所有四個(gè)LIMS的相應(yīng)的速度響應(yīng)曲線和電流。
a） 速度響應(yīng)圖
b）所有四個(gè)LIMS的電流
圖7.汽車載重板LIMS的速度響應(yīng)和電流
顯然，移動橫梁的速度在無負(fù)載時(shí)達(dá)到0.8米/秒，只有橫梁移動。然而，當(dāng)移動橫梁與載車板一起移動時(shí)，其減小了一點(diǎn)。當(dāng)然，如果攜帶或存放汽車，推力仍需提高到0.8米/秒。當(dāng)移動橫梁承受汽車承載板時(shí)，電流只變化一點(diǎn)點(diǎn)。所以車載板不重。
a） 速度響應(yīng)圖
b）電流曲線
圖8.乘汽車時(shí)的速度和電流
圖8a）顯示當(dāng)一輛小汽車的速度響應(yīng)曲線，其重量為1.4 T。因?yàn)榭梢钥闯?，汽車的存取時(shí)間仍然是5秒。圖8B顯示了所有四個(gè)LIMS的電流。顯然，當(dāng)LIMS加速時(shí)，四個(gè)LIMS的總和為30 A，高于圖7B的總和。如果立體車庫需要一輛重型車，電流會進(jìn)一步提高。
6. 結(jié)論
LIMs是大型、快速、智能立體車庫最合適的候選者。本文設(shè)計(jì)了一種新穎的LIMS驅(qū)動的立體車庫，它設(shè)計(jì)在較低的頻率范圍內(nèi)。LIMS不僅驅(qū)動移動橫梁，而且驅(qū)動縱向移動框架。已經(jīng)開發(fā)了兩個(gè)具有這些LIMS的8層立體車庫，其中一個(gè)單元只有一個(gè)單元，也沒有移動框架，另一個(gè)具有三個(gè)單元和三個(gè)移動框架。前者已經(jīng)表現(xiàn)出良好的經(jīng)營業(yè)績兩年。
根據(jù)電氣等效電路法設(shè)計(jì)了直線電機(jī)?；谟邢拊?，研究了關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)對動力性能的影響。對于這種LIM，齒寬明顯地影響由于與正常LIM相比相對較大的磁通密度的推力。因此，齒寬不能小于正常LIM的齒寬。通過樣機(jī)的實(shí)測結(jié)果驗(yàn)證了預(yù)測結(jié)果的正確性。
致謝
這項(xiàng)工作是由中國國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（批準(zhǔn)號51277158, 51477150）。
參考文獻(xiàn)
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附錄Ⅱ ：外文原文
畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）
題目名稱： 小型立體車庫設(shè)計(jì)
所在學(xué)院：
機(jī)械工程學(xué)院
專業(yè)（班級）：
機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化145
學(xué)生姓名：
指導(dǎo)教師：
評閱人：
院 長 ：
吳 蒙 華
小型立體車庫設(shè)計(jì)
總計(jì)：畢業(yè)論文： 57 頁
表 格： 6 表
插 圖： 13 幅
指導(dǎo)教師：
評 閱 人：
完成時(shí)間：
摘要
國家經(jīng)濟(jì)近些年來正平穩(wěn)迅速地發(fā)展，隨著人民收入的穩(wěn)定增長加之對交通快捷方便程度的需求，人民對汽車的需求量有增無減。車輛擁有量的增加應(yīng)與停車場數(shù)目的增加節(jié)奏相當(dāng)，但是目前看來，停車場的數(shù)目難以跟上車輛增加帶來的停泊需求。因此，就帶來了諸如車輛難以停放甚至在非車輛停放區(qū)亂泊車的問題，也為停車管理帶來了許多難題。小型立體車庫由于其結(jié)構(gòu)的特殊性，使其具備了一位可停多車的優(yōu)勢，能夠有效地解決商業(yè)用地有限，而居民停車?yán)щy的問題，得到了廣大用戶的支持。
本次設(shè)計(jì)將工作進(jìn)程分為多部分進(jìn)行設(shè)計(jì)，完成對本次設(shè)計(jì)的來源、目的及意義，并進(jìn)行具體的設(shè)計(jì)計(jì)算及校核。設(shè)計(jì)部分主要包括對車庫類型與移動方案的選擇、鏈輪與鏈條的設(shè)計(jì)、傳動部分的設(shè)計(jì)、各元器件的選擇與計(jì)算和電器控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。
以本文設(shè)計(jì)的各參數(shù)進(jìn)行校核、模擬，可實(shí)現(xiàn)預(yù)期的效果，實(shí)現(xiàn)車輛的存取。由此可得出，升降橫移式立體停車庫能夠以一定的場地面積對多數(shù)車輛進(jìn)行存取，可以在一定程度上緩解停車難的問題，達(dá)到了本次設(shè)計(jì)的初衷。也可發(fā)現(xiàn)立體車庫也是停車場地在未來的主流發(fā)展方向。
關(guān)鍵詞:小型立體車庫，傳動結(jié)構(gòu)，控制系統(tǒng)。
Abstract
The national economy has developed rapidly in recent years. With the steady growth of the people's income and the demand for rapid and convenient traffic, the demand for cars is increasing. The increase in vehicle ownership should be equivalent to the increase in the number of parking lots, but it seems that the number of parking lots is difficult to keep up with the parking demand. Therefore, it brings many problems such as vehicle parking and parking in non parking areas. It also brings many difficulties to parking management. Because of the particularity of its structure, small three-dimensional garage has the advantage of stopping multiple vehicles. It can effectively solve the limited commercial land, and the problem of resident parking difficulty has been supported by the vast number of users.Compared with the common underground garage,the small three-dimensional garage is more secure, and can greatly reduce the danger of people and vehicles. The equipment controlled by the electronic device stays in the garage, or the vehicle is in the non - parking space.
This design divides the work process into several parts, designs the source, purpose and significance of the design, and carries out specific design calculation and verification. The design includes the selection of the type of garage and the mobile scheme, the design of the sprocket and chain, the design of the transmission part, the selection and calculation of the components, and the design of the electrical control system.
By checking and simulating the parameters designed in this paper, we can achieve the desired effect and achieve the access of vehicles. From this, it can be concluded that the lift and horizontal parking garage can access most vehicles with a certain area, and can alleviate the problem of parking difficulty to a certain extent and achieve the original intention of this design. It can also be found that stereo garage is also the main direction of parking development in the future.
Key Words：Small stereoscopic garage；Transmission mechanism；Control system
II
目 錄
摘要 I
Abstract II
1. 緒論 1
1.1課題的背景及意義 1
1.2立體車庫的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 1
1.3多種小型立體車庫的特點(diǎn)及比較 3
1.4論文的主要內(nèi)容及章節(jié)安排 4
2.系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 5
2.1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 5
2.2 系統(tǒng)總體控制設(shè)計(jì) 7
3. 小型立體車庫的傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì) 8
3.1 傳動系統(tǒng)的組成 8
3.2 傳動系統(tǒng)的主要參數(shù) 8
3.3傳動鏈和鏈輪的選擇 9
3.4鏈輪的計(jì)算 9
3.5 鏈條的設(shè)計(jì)計(jì)算 14
4.電器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及元器件選型 19
4.1 電動機(jī)的選擇 19
4.2減速器的選擇 19
4.3軸承的選擇 20
4.4軸的選擇 20
4.5 安全裝置的選擇 23
4.6 PLC控制系統(tǒng)方案確定 24
總結(jié) 26
參考文獻(xiàn) 27
附錄Ⅰ ：外文譯文 28
附錄Ⅱ ：外文原文 37
附錄Ⅲ：車庫總程序 47
致 謝 52
II
小型立體車庫設(shè)計(jì)
1. 緒論
1.1課題的背景及意義
國家經(jīng)濟(jì)近些年來正平穩(wěn)迅速地發(fā)展，隨著人民收入的穩(wěn)定增長加之對交通快捷方便程度的需求，人民對汽車的需求量有增無減。據(jù)我國專業(yè)人士統(tǒng)計(jì)，我國于2016年汽車銷售量再次位居全球首位，高達(dá)2802.8萬輛,幾乎將產(chǎn)量銷售一空。而2017年的汽車銷售量雖有所下降，但依舊高達(dá)2400萬輛，震撼他國。車輛擁有量的增加應(yīng)與停車場數(shù)目的增加節(jié)奏相當(dāng)，但是目前看來，停車場的數(shù)目難以跟上車輛增加帶來的停泊需求。因此，就帶來了諸如車輛難以停放甚至在非車輛停放區(qū)亂泊車的問題，也為停車管理帶來了許多難題。
小型立體車庫是我國近年來大力扶持的產(chǎn)業(yè)項(xiàng)目，它可利用較小的占地面積進(jìn)行多數(shù)車輛的存取，快捷便利，成為一個(gè)緩解用地短缺提供了有效方式。自上世紀(jì)末起，我國增加了機(jī)械立體車庫和立體停車場的項(xiàng)目，并劃入重點(diǎn)扶持的范圍中。我國的海關(guān)總署對立體車庫提供積極支持，免除了進(jìn)口稅。經(jīng)過多方的支持，立體停車庫項(xiàng)目打下了堅(jiān)實(shí)的政策基礎(chǔ)，是解決目前城市車輛停放問題的有力支持。綜合以上幾方面來看，立體車庫未來的市場前景十分可觀。
立體車庫的研究詣在為鏈驅(qū)動雙層起落橫移式立體車庫泊車設(shè)備開辟一條經(jīng)濟(jì)適用的新路徑，并對與其相關(guān)的方面做更大范圍更加細(xì)致的研究。
本文所述的關(guān)于立體車庫的鉆研，具有自主知識產(chǎn)權(quán)。對解決近年來城市交通系統(tǒng)擁堵和運(yùn)行不暢等問題有極大幫助的同時(shí)，還對緩解停車場地短缺和降低都市停車難度具有深遠(yuǎn)影響。
1.2立體車庫的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀
現(xiàn)如今，隨著經(jīng)濟(jì)和交通的迅速發(fā)展，都市停車?yán)щy已經(jīng)成為目前都市發(fā)展過程中無法回避的問題，立體停車設(shè)備在美國、日本等各個(gè)發(fā)達(dá)國家對立體車庫的研究均有三十甚至將近五十年的歷史，他們此方面的研究和發(fā)展穩(wěn)定而迅猛，特別是日本，在技術(shù)和實(shí)施上現(xiàn)都已趨于成熟。而我國的機(jī)械式停車設(shè)備從著手研發(fā)到現(xiàn)在僅僅不到二十年?，F(xiàn)存的大多數(shù)新建社區(qū)的設(shè)計(jì)都僅僅能實(shí)現(xiàn)平均每戶住戶最多能夠擁有一個(gè)停車位，鏈?zhǔn)诫p層升降橫移立體車庫停車設(shè)備由于其結(jié)構(gòu)的特殊性，使其具備了一位可停多車的優(yōu)勢，能夠有效地解決商業(yè)用地有限，而居民停車?yán)щy的問題，得到了廣大用戶的支持。
小型立體車庫具有許多一般地下車庫沒有的特點(diǎn)和便捷性。尤其突出的一點(diǎn)是：機(jī)械車庫能夠在與一般車庫面積相當(dāng)?shù)臈l件下創(chuàng)造出更多的停車位，使有限的面積發(fā)揮最大的使用效率。傳統(tǒng)的車庫中，每輛車除了停車位必要占據(jù)的面積，還要設(shè)置足夠面積的行車通道。這樣設(shè)置的車庫中，每輛車占地都達(dá)到40平方米。但如果換成立體機(jī)械車庫，地面采用多層車庫，可以使車庫在面積恒定的前提下停車位實(shí)現(xiàn)翻倍，每100平方米的土地上就可停80輛車，最大程度的節(jié)約了有限的土地資源，節(jié)約建筑工程的開發(fā)成本。
與常見的地下車庫相比，鏈?zhǔn)诫p層起落橫移式車庫具有更強(qiáng)的安全性，能夠使人和車輛的危險(xiǎn)大大降低，電子裝置控制的設(shè)備在人在車庫中停留，或車輛處于非停車位時(shí)都處于不運(yùn)行狀態(tài)。
在立體車庫中可以用計(jì)算機(jī)控制車輛存取，就可以不對暖通設(shè)施加以利用，這樣一來，立體車庫的能耗就遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于現(xiàn)存的普通地下車庫的能耗。鏈?zhǔn)津?qū)動的雙層升降橫移車庫通常作為單個(gè)單元而不是整個(gè)系統(tǒng)組裝。這樣可以充分發(fā)揮其用地少的優(yōu)勢，可以破碎成碎片，在任意居住區(qū)或任意一棟樓下均可以建造機(jī)械停放場所。這是當(dāng)前解決小區(qū)車庫緊缺的一條快速途徑。
在我國機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) GB/T 8713-1998中，對立體車庫進(jìn)行了分類，其具體分類如下：
表1.1：立體車庫的分類
類別
代號
工作原理
平面移動類
PY
指存車位與載車板在同一水平面內(nèi)，通過載車板在水平面內(nèi)做往復(fù)移動，實(shí)現(xiàn)車輛進(jìn)出功能的停車設(shè)備。
升降橫移類
SH
指通過垂直升降和水平橫移來使車輛的移動，實(shí)現(xiàn)車輛進(jìn)出功能的停車設(shè)備。
水平循環(huán)類
SX
指車輛載體在水平面內(nèi)布置成兩排或兩排以上連續(xù)循環(huán)的列尖移位運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)車輛進(jìn)出功能的停車設(shè)備。
巷道堆垛類
XD
指存車位在巷道一邊或兩邊的停車空間進(jìn)行多層布置，通過載車板在巷道內(nèi)做水平，垂直或水平垂直復(fù)合運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)車輛的進(jìn)出功能的停車設(shè)備。
多層循環(huán)類
DX
指車輛在垂直平面內(nèi)排列成兩層或兩層以上做連續(xù)運(yùn)動，兩端有升降機(jī)構(gòu)進(jìn)行循環(huán)層間轉(zhuǎn)換運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)車輛進(jìn)出功能的停車設(shè)備。
垂直循環(huán)類
CX
指車輛搬運(yùn)器在垂直平面內(nèi)做連續(xù)循環(huán)移動，來實(shí)現(xiàn)車輛進(jìn)出功能的停車設(shè)備。
垂直升降類
CS
指停車空間分布在豎井周圍，通過升降載體在專用升降通道內(nèi)做升降運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)車輛進(jìn)出功能的停車設(shè)備。
簡易升降類
JS
指通過單一搬運(yùn)器的升降，俯仰或二三層搬運(yùn)器的整體升降，俯仰，實(shí)現(xiàn)車輛二三層車輛進(jìn)出功能的停車設(shè)備。
汽車升降機(jī)類
QS
指運(yùn)載車輛(或同時(shí)運(yùn)載駕駛員)垂直升降作業(yè)的多層調(diào)平，從運(yùn)載車到停車位要求駕駛員駕駛到位，實(shí)現(xiàn)車輛進(jìn)出功能的停車設(shè)備。
巷道堆垛式立體車庫通過堆垛機(jī)來進(jìn)行存取車輛，經(jīng)由堆垛機(jī)來進(jìn)行全部車輛的存取，故此對堆垛機(jī)的安全性能要求和造價(jià)都較高。
巷道堆垛式立體車庫裝備是20世紀(jì)中后期歐洲依據(jù)自動化立體車庫為參考研發(fā)的一種專門用于停放小型汽車的泊車設(shè)施。它是一種由計(jì)算機(jī)控制的全自動立體全封閉車庫，它集機(jī)、光、電、自動控制于一體，具有車輛儲放安全可靠等優(yōu)點(diǎn)。該類車庫多用于建造大型或中型的停車場。
1.3多種小型立體車庫的特點(diǎn)及比較
1.3.1 升降橫移式
升降橫移式立體車庫通常作為單個(gè)單元而不是整個(gè)系統(tǒng)組裝，這樣各單元均可以使用多層或半地下等方案，汽車數(shù)目可以從幾輛增加到幾百輛。本類型車庫可組建后使用于大多場地，且成本不高。
產(chǎn)品優(yōu)點(diǎn)：
(1)占地面積小，建造時(shí)間短。
(2)售價(jià)較低，對防火、裝飾等投入少。
(3)可利用計(jì)算機(jī)控制，搭建便利。
(4)可快速的對車輛進(jìn)行存取。
(5)無噪音。
1.3.2巷道堆垛式
巷道堆垛立體車庫是唯一一個(gè)使用堆垛機(jī)的車庫，堆垛機(jī)成為此類車庫存取車輛的一個(gè)特點(diǎn)，故此對其安全性能要求和造價(jià)都較高。該類車庫多用于大型密集式停車庫。
1.3.3垂直提升式
垂直提升式立體車庫使用電梯來進(jìn)行工作，在電梯雙側(cè)設(shè)置停車位，通常在地面設(shè)置汽車轉(zhuǎn)向平臺，控制車輛的方向。垂直提升式立體車庫大多高十幾米，所以以高成本來提高車庫安穩(wěn)性能和組裝精度需求，并減少場地的占用。
1.3.4垂直循環(huán)式
產(chǎn)品優(yōu)點(diǎn)：
（1)以立體停車的方式減少場地的占用。
（2)裝修和防火設(shè)施較為簡便。
（3)售價(jià)較低，對防火、裝飾等投入少。
（4)可利用計(jì)算機(jī)控制，搭建便利。
通過對四種車庫的比較，以鏈驅(qū)動雙層升降橫移式車庫為本次設(shè)計(jì)的車庫類型。
1.4論文的主要內(nèi)容及章節(jié)安排
本次論文主要完成鏈輪與鏈條構(gòu)成的傳動部分設(shè)計(jì)、各元器件的設(shè)計(jì)和電器控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。其中具體內(nèi)容為車庫類型與移動方案的選擇、鏈輪與鏈條的設(shè)計(jì)、傳動部分的設(shè)計(jì)、各元器件的選擇與計(jì)算、電器控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。
本次論文將于第二章進(jìn)行系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)及控制設(shè)計(jì)，于第三章與第四章分別進(jìn)行傳動系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算、元器件的選型與計(jì)算，并進(jìn)行完善的控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，最后進(jìn)行整篇論文的總結(jié)及致謝。
2.系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)
2.1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
2.1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方案的確定
因?yàn)檐噹觳捎面滘?qū)動，可以先決定車庫使用起落機(jī)式或電梯式的升降方式。然后對傳動系統(tǒng)及其他機(jī)械部分進(jìn)行數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)、控制系統(tǒng)的編程設(shè)計(jì)。其中傳動系統(tǒng)包括鏈條和鏈輪的設(shè)計(jì)、傳動軸的設(shè)計(jì)、減速器的選擇、軸承的選擇、電動機(jī)的選擇和安全裝置的選擇等。
初步擬定方案如下：
方案1：
（1）依據(jù)轎車尺寸設(shè)計(jì)載車板的大小，并對其進(jìn)行受力分析和計(jì)算核。
（2）選擇直升降式的起落機(jī)構(gòu)，零件選擇滑輪及鋼絲繩，選定零件尺寸及質(zhì)料后，對其進(jìn)行受力分析和計(jì)算校核。
（3）選擇電磁接觸閥來進(jìn)行裝置的制動。
（4）進(jìn)行防墜落裝置和急停裝置的設(shè)計(jì)。
（5）對搭建支架的材料進(jìn)行選擇。
（6）對搭建進(jìn)行最節(jié)省設(shè)計(jì)。
方案2：
（1）依據(jù)轎車尺寸設(shè)計(jì)載車板的大小，并對其進(jìn)行受力分析和計(jì)算校核。
（2）選擇直升降式的起落機(jī)構(gòu)，零件選擇鏈輪及鏈條，選定零件尺寸及質(zhì)料后，對其進(jìn)行受力分析和計(jì)算校核。
（3）選擇電磁接觸閥來進(jìn)行裝置的制動。
（4）進(jìn)行防墜落裝置和急停裝置的設(shè)計(jì)。
（5）對搭建支架的材料進(jìn)行選擇。
（6）對搭建進(jìn)行最節(jié)省設(shè)計(jì)。
對比兩種方案，選擇方案二。傳動機(jī)構(gòu)以鏈傳動為核心，由PLC控制完成車輛存取。在機(jī)構(gòu)上方安裝兩條封閉的鏈條和多個(gè)轉(zhuǎn)向齒輪，使用一條通軸來連接兩個(gè)鏈條，通軸則與減速器相連，使得轉(zhuǎn)速平穩(wěn)，完成兩個(gè)封閉鏈條的同速轉(zhuǎn)動，使得傳動機(jī)構(gòu)運(yùn)行安穩(wěn)。方案一使用鋼絲繩較難達(dá)到這樣的效果，因此不采用。
本設(shè)計(jì)的傳動特點(diǎn)是：
（1）高智能自動處理，效率高。
（2）多零件組合形成，維修便捷。
（3）設(shè)有防墜落和急停等多個(gè)設(shè)施，確保安全。
（4）完成編程設(shè)計(jì)后，操作簡潔。
2.1.2移動方案的比較
小型立體車庫依據(jù)工作原理可分為：升降橫移式、垂直提升式、巷道堆垛式等諸多類型。其中升降橫移式立體車庫用載車板來對車輛進(jìn)行起落及橫移，實(shí)現(xiàn)存取的目的。由于這種車庫可組裝成大、中、小型車庫，適用于諸多場地，所以廣受喜愛。
升降橫移式立體車庫在每以個(gè)泊車空間均設(shè)有載車板，控制載車板上下左右移動，來使車輛進(jìn)行存取。底層車位載車板只進(jìn)行左右移動，上層車位載車板只進(jìn)行上下移動。在存取車輛前會設(shè)定底層一個(gè)車位為定點(diǎn)車位，不安裝任何東西。
本設(shè)計(jì)是雙層六位五車的小型立體車庫，其存取方式圖如下所示:
圖2.1：雙層六位五車立體車庫的存取方式圖
移動方案（1）
將右邊的3號車位作為定點(diǎn)車位不動，1,2號車位可直接使用。使用6號車位則需下降到3號車位上進(jìn)行存取。使用5號車位時(shí)，先把2號車位平移至1號車位上，然后再進(jìn)行降落，進(jìn)行存取。使用4號車位時(shí)，先把2號車位平移至3號車位上，然后把1號車位平移至2號車位上，最后再讓4號車位降落，進(jìn)行存取。
移動方案（2）
將左邊的1號車位作為定點(diǎn)車位不動，其移動方式與方案一相反。
移動方案（3）
將中間的2號車位作為定點(diǎn)車位不動，1、3號車位可直接使用。使用4號車位時(shí)，先把1號車位平移至2號車位上，然后再進(jìn)行降落，進(jìn)行存取。使用5號車位時(shí)可直接降落至2號車位，進(jìn)行存取。使用6號車位時(shí)，則與4號車位相反。
通過比較三個(gè)方案并結(jié)合實(shí)際，本設(shè)計(jì)最終決定采用方案（1）作為車庫整體移動的方案。
2.1.3升降橫移式立體車庫的存取方式
升降式立體車庫式通過升降停車板，實(shí)現(xiàn)車輛的存取及停放的機(jī)械停車設(shè)施。圖4-1是在地面設(shè)有6個(gè)車位，但只使用5個(gè)車位進(jìn)行升降或橫移。它的頂部三個(gè)車位可以實(shí)現(xiàn)升降，而底部的車位只能進(jìn)行橫移。底部車位可以直接存取車輛，頂部的車位則需要底部車位橫移來留出空位進(jìn)行升降，實(shí)現(xiàn)存取車輛。
本次設(shè)計(jì)的立體車庫對場地適應(yīng)性較強(qiáng)，可依據(jù)具體的場地進(jìn)行組裝，建成大、中、型車庫，但多用于中小型停車庫。立體車庫雖然結(jié)構(gòu)要求不高但是安全可靠，造價(jià)適中，因此，用戶廣泛。
圖2.2：雙層六位五車立體車庫的存取方式圖
2.2 系統(tǒng)總體控制設(shè)計(jì)
升降橫移式立體停車庫使用基于PLC的可編程控制系統(tǒng)。系統(tǒng)擁有MD、AD、復(fù)位和急停四種模式。AD控制模式用于平時(shí)的運(yùn)行狀態(tài)；MD控制模式則用于調(diào)試、維護(hù)及維修等工作狀態(tài)；復(fù)位模式用于檢測和排除異常狀態(tài)；急停模式用于發(fā)生緊急的異常情況下。
在本次設(shè)計(jì)中，升降橫移式立體停車庫通過PLC主要控制五個(gè)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)動，實(shí)現(xiàn)載車板的升降與橫移。此外，PLC還控制升降車位上的防掉落裝置和觸碰報(bào)警裝置。
3. 小型立體車庫的傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì)
3.1 傳動系統(tǒng)的組成
一個(gè)上層車位使用一組升降傳動機(jī)構(gòu)，一組升降傳動機(jī)構(gòu)由兩對鏈組構(gòu)成，一對鏈組則由一條循環(huán)鏈、兩條升降鏈和七個(gè)鏈輪組成，下圖為傳動機(jī)構(gòu)對稱的一部分。升降傳動機(jī)構(gòu)用于車輛存取時(shí)對載車板的放下與拉起。
本傳動機(jī)構(gòu)如下圖，由一對鏈組構(gòu)成，而一對鏈組則由一條循環(huán)鏈、兩條升降鏈和七個(gè)鏈輪組成，圖中表現(xiàn)的是對稱構(gòu)造的一對鏈組，鏈組由端部的一通軸毗鄰。升降部分主要用于將車輛提起并存放，將車輛存放在一層的車輛承載板上，通過兩條升降鏈將車輛提升到二層，然后在經(jīng)過PLC控制，由循環(huán)鏈來控制轎車放在哪個(gè)車位。
圖3.1：傳動機(jī)構(gòu)的構(gòu)成
3.2 傳動系統(tǒng)的主要參數(shù)
表3.1：傳動系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)表
名稱
鏈驅(qū)動雙層升降橫移式車庫
操作方式
計(jì)算機(jī)操作
放車輛數(shù)
5輛
適用車型
中小型轎車
使用車尺寸
4546*1690*1427
車重
不超過1600KG
驅(qū)動
6kw電動機(jī)
速度
控制方式
PLC控制
傳動系統(tǒng)的操作方式為計(jì)算機(jī)操作，可以存放5輛中小型轎車，使用車尺寸為4546*1690*1427，車重不超過1600KG，使用6kw電動機(jī)驅(qū)動，以PLC控制使得載車板移動速度為。
3.3傳動鏈和鏈輪的選擇
通常將焊接鏈與片式關(guān)節(jié)鏈用作起重機(jī)構(gòu)中的傳動鏈。而其中，焊接鏈的撓性大、鏈輪的直徑小，導(dǎo)致齒數(shù)也較少，因此傳動速度比較小，不能應(yīng)用于高速傳動，通常星輪的鏈條速度小于0.1米/秒，光輪卷筒的速率小于1米/秒。此外，承受力較差，剛度及強(qiáng)度較低，耐磨性差。而片式關(guān)節(jié)鏈的撓性更優(yōu)秀，傳動穩(wěn)定，安全性較高，但它會被限制傳動方向，只有縱向撓性，而且成本高昂，易被腐蝕，維護(hù)困難。
我國大多的起重機(jī)械使用起重鏈來拉取起重難度較低的物品。在鏈條的兩端裝有特殊環(huán)，方便攜帶和拆裝。
在選擇鏈條時(shí)，應(yīng)使 （3-1）
，
選擇關(guān)節(jié)鏈中的短節(jié)距精密滾子鏈作為傳動鏈。
短節(jié)距精密滾子鏈由銷軸、內(nèi)外桿、鏈板連接組成。滾子鏈運(yùn)動時(shí)有靜協(xié)調(diào)和動協(xié)調(diào)，其中靜協(xié)調(diào)由銷軸與內(nèi)鏈板、外鏈板與套筒形成，動協(xié)調(diào)由銷軸和套筒形成。滾子可相對在套筒上自由旋轉(zhuǎn)，來降低傳動時(shí)的損耗，以及減少碰撞。因此，選擇單列短節(jié)距滾子鏈。
圖3.2：滾子鏈的結(jié)構(gòu)
3.4鏈輪的計(jì)算
3.4.1設(shè)計(jì)參考
本次設(shè)計(jì)參考《滾子鏈傳動選擇指導(dǎo)》為傳動標(biāo)準(zhǔn)。
3.4.2鏈輪的傳動計(jì)算
（1）鏈輪齒數(shù)
初設(shè)小鏈輪齒數(shù)取，初設(shè)傳動比，可得出大鏈輪齒數(shù)
（3-2）
取整數(shù)。
（2）實(shí)際傳動比
（3-3）
（3）鏈輪轉(zhuǎn)速
初選小鏈輪的直徑，可得大鏈輪直徑
（3-4）
初選小鏈輪的旋轉(zhuǎn)速度，因?yàn)榇笮℃溳啺惭b在同一根傳動軸上，可求得大鏈輪的旋轉(zhuǎn)速度為 （3-5）
同時(shí)可求得小鏈輪的旋轉(zhuǎn)速度為。
由公式可求得小齒輪的轉(zhuǎn)速為 （3-6）
由公式可求得大齒輪的轉(zhuǎn)速為 （3-7）
（4）修正功率
由上文可知小鏈輪傳遞功率為
可求得修正功率 （3-8）
公式中各數(shù)據(jù)可查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊中表14.2.4得：，。
（5）理論中心距
（3-9）
上式中
（6）實(shí)際中心距
（3-10）
（7）與電動機(jī)相連的鏈輪轉(zhuǎn)速
（3-11）
（8）有效圓周力
（3-12）
（9）作用于軸上的拉力
（3-13）
3.4.3鏈輪的尺寸設(shè)計(jì)
（1）鏈輪齒數(shù)
上文算得傳動機(jī)構(gòu)中鏈輪齒數(shù)、。
（2）分度圓直徑d
（3-14）
（3-15）
（3）齒頂圓直徑
（3-16）
（3-17）
（3-18）
（3-19）
處于和之間，為防止加工時(shí)發(fā)生頂切現(xiàn)象，選取參數(shù)如下：
取
, 取
（4）齒根圓直徑
（3-20）
（3-21）
（5）最大齒根距離
奇數(shù)齒鏈輪的最大齒根距離 （3-22）
偶數(shù)齒鏈輪的最大齒根距離 （3-23）
將帶入可得
（3-24）
將 帶入可得
（3-25）
（6） 軸向齒廓及尺寸
①齒寬
因?yàn)椋瑒t取
查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊中表14.2-2得則
圖3.3 軸向齒廓
（3-26）
②齒全寬
（3-27）
因?yàn)槭褂玫氖菃闻艥L子鏈，所以，即
③齒側(cè)倒角
（3-28）
④齒側(cè)半徑
（7）鏈輪材料及熱處理
選擇使用45號鋼，并對其進(jìn)行淬火處理將齒面硬度降低到55HRC，再對其進(jìn)行回火處理使齒面硬度將至接近40HRC。
（8）鏈輪結(jié)構(gòu)
本次設(shè)計(jì)的鏈輪采用整體式結(jié)構(gòu)的中型齒輪
①輪轂厚度h
（3-29）
式中，
常數(shù)：
表3.1 常數(shù)的取值
d
k
＜50
3.0
50~100
4.5
100~150
6.1
＞150
9.8
② 輪轂長度
，，取中間值，故
（3-30）
（3-31）
③輪轂直徑
（3-32）
（9） 鏈輪示意圖
圖3-4 鏈輪結(jié)構(gòu)示意圖
3.5 鏈條的設(shè)計(jì)計(jì)算
3.5.1設(shè)計(jì)參考
本次設(shè)計(jì)參考《滾子鏈傳動選擇指導(dǎo)》為傳動標(biāo)準(zhǔn)。
3.5.2鏈條的傳動設(shè)計(jì)
（1）鏈條節(jié)距
上文算得和兩個(gè)參數(shù)到機(jī)械設(shè)計(jì)手冊中可查得，即。
（2）初選中心距
初設(shè)
（3）鏈長節(jié)數(shù)
（3-33）
取整數(shù)可得節(jié)，上式中 （3-34）
（4）鏈條長度
（3-35）
（5）理論中心距
（3-36）
上式中
（6）實(shí)際中心距
（3-37）
（7）與電動機(jī)相連的鏈輪轉(zhuǎn)速
（3-38）
（8）有效圓周力
（3-39）
（9）作用于軸上的拉力
（3-40）
（10）鏈條參數(shù)
選擇的鏈條，可知鏈條為單排12A滾子鏈
通過參考《滾子鏈傳動選擇指導(dǎo)》可查得相關(guān)的各數(shù)據(jù)為：
表3-2 鏈條的各參數(shù)
節(jié)距
鏈條通道高度
內(nèi)鏈板高度
外中鏈板高度
滾子直徑
銷軸直徑
套筒孔徑
內(nèi)鏈節(jié)內(nèi)寬
外鏈節(jié)內(nèi)寬
銷軸全寬
過渡鏈節(jié)尺寸
、、
3.5.3鏈條的靜強(qiáng)度計(jì)算
靜強(qiáng)度安全系數(shù)是鏈傳動計(jì)算中重要的一環(huán)，通常在進(jìn)行使用壽命計(jì)算時(shí)，靜強(qiáng)度系數(shù)是必須計(jì)算量。當(dāng)鏈條傳動速度時(shí)，傳動被認(rèn)為是低俗重載鏈傳動且性價(jià)比較低，需對其進(jìn)行相關(guān)的計(jì)算，并可由由計(jì)算結(jié)果可繪成額定功率曲線。比較曲線上各點(diǎn)對應(yīng)的安全系數(shù)與靜強(qiáng)度安全系數(shù)。
（4-41）
（4-42）
式中，，，
鏈條的靜強(qiáng)度安全系數(shù)計(jì)算：
（4-43）
（4-44）
查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊可得、、、、、
可算得 處于安全范圍，鏈條的靜強(qiáng)度安全系數(shù)達(dá)標(biāo)。
3.5.4鏈條的使用壽命計(jì)算
當(dāng)鏈傳動的傳動功率數(shù)值超過額定功率，鏈條的使用壽命必須小于15000小時(shí)，或者磨損伸長率必須顯著小于3%時(shí)，有必要對鏈條的使用壽命進(jìn)行計(jì)算。
設(shè)為式4-45由得到的功率值，為由式4-46得到的功率值
（4-45）
（4-46）
為要求傳遞的功率，在不發(fā)生膠合的前提下，對已知鏈傳動進(jìn)行疲勞壽命計(jì)算為：
當(dāng)，則 （4-47）
當(dāng)， 則 （4-48）
查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊可得、。
，
由前面計(jì)算知：，，
因?yàn)? （4-49）
則
由式4-46可知，鏈條的使用壽命時(shí)間為59888小時(shí)。
3.5.5鏈條的磨損壽命計(jì)算
當(dāng)鏈條需要磨損伸長率或者因?yàn)闈櫥瑮l件不能滿足而造成鏈條過度磨損時(shí)，可按照式4-46對滾子鏈進(jìn)行磨損壽命時(shí)間的計(jì)算。
（4-50）
結(jié)合上文與機(jī)械設(shè)計(jì)手冊可查得：、、、、。
按下式計(jì)算
（4-51）
查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊可得、、、
（4-52）
帶入式4-51可得
查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊可得
將所得各數(shù)帶入式4-50可得：
由式4-50可知，鏈條的磨損壽命時(shí)間為10847小時(shí)。
4.電器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及元器件選型
4.1 電動機(jī)的選擇
電動機(jī)需考慮多種因素進(jìn)行選取，主要考慮因素如下
(1)根據(jù)所需的轉(zhuǎn)速、工作時(shí)的負(fù)荷和電機(jī)工作時(shí)的特性，選出最合適的電機(jī)型號。
(2)根據(jù)電機(jī)工作時(shí)溫度會上升的情況、工作時(shí)產(chǎn)生的負(fù)載，最大過載數(shù)值等因素選最合適的電機(jī)，并通過對比水冷和風(fēng)冷對電機(jī)的影響，選擇自然風(fēng)冷卻的方法。
(3)根據(jù)電機(jī)工作環(huán)境，選擇不同保護(hù)電機(jī)的方式。
(4)根據(jù)國家規(guī)定的工業(yè)或家用電壓選擇對應(yīng)的功率的電機(jī)。
(5)額定轉(zhuǎn)速的選擇則需通過對應(yīng)機(jī)械的最大轉(zhuǎn)速作出決定。
考慮保護(hù)環(huán)境的因素，最終選定的電機(jī)應(yīng)該是在最低能耗的，對其工作時(shí)的可靠性、電機(jī)運(yùn)輸過程中的運(yùn)費(fèi)、配件是否符合國標(biāo)、維修的費(fèi)用、運(yùn)行過程中功率的波動等因素。
比照不同的電機(jī)，和以上選取的條件，覺得使用Y2-112M-4閉合式三相異步電動機(jī)。此電機(jī)具有良好的效率，用電少、體積小、工作穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。此電機(jī)符合國家B級絕緣標(biāo)準(zhǔn)，有良好的放塵的作用，以達(dá)到防止廢物進(jìn)入電機(jī)影響工作的效果。
表4.1 電機(jī)的參數(shù)
4.2減速器的選擇
由上文并聯(lián)系實(shí)際，可知電機(jī)的的、，由此推算出。選擇一級直聯(lián)擺線針輪減速器。
減速器型號為XWD8160，查標(biāo)準(zhǔn)可知重要參數(shù)為：
表4.2 減速器的重要參數(shù)
4.3軸承的選擇
此小型立體車庫在設(shè)計(jì)階段，受到的主要是軸向力，根據(jù)此原因，需要選用深溝球軸承。
當(dāng)轉(zhuǎn)速較低時(shí)軸承可以承受來之徑向和軸向的力。一旦轉(zhuǎn)速過高，由于推力軸承的特性，受到的負(fù)載將會由混合載荷變?yōu)榧冚S向負(fù)載。
4.4軸的選擇
4.4.1 選擇材料
45鋼：
特點(diǎn)：在生活中使用的范圍較廣泛
合金鋼：
特點(diǎn)：可以在極度惡性環(huán)境下使用，并且可以適當(dāng)?shù)奶岣叽虽撟龀傻慕饘僦破返墓に囂匦浴?
碳鋼：
特點(diǎn)：Ε較之前兩種常見金屬較小，抗彎能力較弱，可以在使用時(shí)通過增加此鋼金屬制品的直徑或者工作橫截面來提高工藝特性。
球墨鑄鐵：
特點(diǎn)：量產(chǎn)較小，性能穩(wěn)定，可以作為很高難度的金屬制品合成材料，不僅能滿足基本要求，更能表現(xiàn)出球墨鑄鐵比其他金屬良好的金屬性，具體體現(xiàn)在平衡穩(wěn)定安裝部件，不受外部環(huán)境影響，或者受影響很小。
45鋼的金屬性體現(xiàn)：
表4.3 45鋼的金屬性表現(xiàn)
材料
表面處理方式
HBS
45鋼
調(diào)質(zhì)
217-255
4.4.2初步估算軸徑
軸作為一個(gè)常用在配合關(guān)系的非標(biāo)準(zhǔn)件，軸頸的估算有很多種方法，其中有對數(shù)據(jù)的間接估測，也有通過具體的數(shù)據(jù)計(jì)算得到直徑的兩大類方式。根據(jù)相關(guān)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，選取45鋼，因此：
（4-1）
4.4.3軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
圖4.1 軸的結(jié)構(gòu)示意圖
影響軸設(shè)計(jì)的主管因素：
（1）與之配合的部件的屬性
（2）在配合工作時(shí)的力學(xué)元素的特點(diǎn)
（3）通過優(yōu)化在與軸配合的部件的工作特性，提高軸的使用壽命以及安全性。
（4）由于本設(shè)計(jì)需要限制軸軸向移動，因此選取30001的軸承，選取軸承半徑為。
4.4.4 軸上的受力分析
由前面計(jì)算知，，，
（4-2）
求支反力
在水平面上的支反力如圖所示，
圖4.3 受力分析圖
由，根據(jù)設(shè)計(jì)軸的特點(diǎn)：
（4-3）
可求得在A，B兩點(diǎn)的相互配合的反作用力為：
（4-4）
可求得在軸向方向的彎矩為：
徑向彎矩為：
根據(jù)彎矩的合成作用可得最終彎矩為：
（4-5）
4.4.5軸的強(qiáng)度校核
（1）確定需要校核的面
由于軸的配合緣故，各處的軸徑大小不一，因此各個(gè)截面處的工作狀況式不一樣的，我們需要確定出整個(gè)軸中最容易發(fā)生軸破壞的一處作為此次校核的面，通過分析可以得出，由于面兩側(cè)都有配合的部件，因此只需對此軸徑所在的面校核。
（2）計(jì)算安全系數(shù)
由于軸的運(yùn)動作用，將會出現(xiàn)一些新的應(yīng)力，計(jì)算如下：
（4-6）
（4-7）
（4-8）
（4-9）
經(jīng)查標(biāo)準(zhǔn)，式中取為，為，為，為0.92，為0.81，為，為，為1.89，為0.21，。
由上述可得軸的最終安全系數(shù)
（4-10）
由計(jì)算結(jié)果可得，計(jì)算得到的安全系數(shù)小于許用安全系數(shù)。
4.5 安全裝置的選擇
在升降載車板上裝有上下行程感應(yīng)開關(guān)，在下方裝有掉落設(shè)備。防掉落設(shè)備安裝在支撐架與載車板的中部空間，在支撐架雙側(cè)各裝有兩只掛鉤和耳環(huán)，當(dāng)載車板提升到指定位置時(shí)，支撐架雙側(cè)的掛鉤自動套入耳環(huán)中，使得升降機(jī)啟動制動器，停止載車板的運(yùn)動。行程極限開關(guān)會在載車板橫向移動到指定位置后停止載車板。此外，還會安裝壓力感應(yīng)裝置，其作用為：載車板橫移時(shí)，若碰到行人或其他物品，順?biāo)偾袛鄼M移電機(jī)的電源，使載車板急停，保證安全。
4.6 PLC控制系統(tǒng)方案確定
升降橫移立體停車庫若采用人為控制方式，成本較高，難以保證相關(guān)人員和車輛的安全，而PLC控制系統(tǒng)的安全性和對設(shè)備的保護(hù)性都較高，因此使用以PLC控制系統(tǒng)的方案。PLC是一種以電子控制為核心的可編程邏輯控制器，它具備多種先進(jìn)技術(shù)，如微機(jī)技術(shù)、自動化技術(shù)等，其可靠性高，性價(jià)比高，設(shè)計(jì)緊湊，拓展性高，使用便利，適用于頻繁起動及惡劣環(huán)境，因此，立體停車庫控制系統(tǒng)中常常使用以PLC控制為基礎(chǔ)的系統(tǒng)。
升降橫移式立體停車庫使用基于PLC的可編程控制系統(tǒng)。系統(tǒng)擁有MD、AD、復(fù)位和急停四種模式。AD控制模式用于平時(shí)的運(yùn)行狀態(tài)；MD控制模式則用于調(diào)試、維護(hù)及維修等工作狀態(tài)；復(fù)位模式用于檢測和排除異常狀態(tài)；急停模式用于發(fā)生緊急的異常情況下。
在本次設(shè)計(jì)中，升降橫移式立體停車庫通過PLC主要控制五個(gè)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)動，實(shí)現(xiàn)載車板的升降與橫移。此外，PLC還控制升降車位上的防掉落裝置和觸碰報(bào)警裝置。
下面以控制存取 6 號位的車輛為例，其 PLC 控制圖如下
圖5.1 部分PLC控制圖
表5.1 部分指令含義
Y0-電機(jī)正轉(zhuǎn) 2號車位橫移至1號車位
Y1-電機(jī)反轉(zhuǎn) 3號車位橫移至2號車位
Y2-電機(jī)正轉(zhuǎn) 6號車位橫移至3號車位
Y3-電機(jī)反轉(zhuǎn) 3號車位橫移至6號車位
X01-啟動開關(guān)
X03-3號車位限位開關(guān)
X03-3號車位限位開關(guān)
X06-6號車位限位開關(guān)
圖5.2 部分PLC控制指令
上層車位 PLC 控制流程圖如下：
圖5.3 PLC控制流程圖
總結(jié)
本次設(shè)計(jì)內(nèi)容為小型立體車庫的升降橫移部分、傳動機(jī)構(gòu)和以PLC為基礎(chǔ)的控制系統(tǒng)。本次設(shè)計(jì)與以往車庫不同于：讓電機(jī)通過減速器連接一根通軸，并由通軸帶動兩側(cè)的鏈條，而鏈條為循環(huán)鏈，減少多余的零件設(shè)計(jì)，還可以通過電機(jī)的正反轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)循環(huán)鏈的傳動方向，達(dá)到車庫升降的目的。
整體設(shè)計(jì)具有三大主要部分：鏈輪與鏈條構(gòu)成的傳動部分設(shè)計(jì)、各元器件的設(shè)計(jì)和電器控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。
本次設(shè)計(jì)具有以下內(nèi)容：
（1）車庫類型與移動方案的選擇
（2）鏈輪與鏈條的設(shè)計(jì)
（3）傳動部分的設(shè)計(jì)
（4）各元器件的選擇與計(jì)算
（5）電器控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
以本文設(shè)計(jì)的各參數(shù)進(jìn)行校核、模擬，可實(shí)現(xiàn)預(yù)期的效果，實(shí)現(xiàn)車輛的存取。由此可得出，升降橫移式立體停車庫能夠以一定的場地面積對多數(shù)車輛進(jìn)行存取，可以在一定程度上緩解停車難的問題，達(dá)到了本次設(shè)計(jì)的初衷。也可發(fā)現(xiàn)立體車庫也是停車場地在未來的主流發(fā)展方向。
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附錄Ⅰ ：外文譯文
直線感應(yīng)電機(jī)驅(qū)動立體車庫的分析與測試
秦奮璐，云月燁，簡欣神
浙江大學(xué)
電機(jī)工程學(xué)院
浙大路38, 310027號，杭州，中國
電子郵件：LuqFiNeN-ZJU.E.U.CN
（收到：18.092015，修訂：20.092015）
摘要：汽車進(jìn)入時(shí)間是一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)，尤其是在立體車庫中，應(yīng)該盡量減少這一點(diǎn)。本文提出了一種新穎的立體車庫。該系統(tǒng)采用直線感應(yīng)電機(jī)（LIMS），結(jié)構(gòu)簡單，響應(yīng)速度快。在立體車庫中，在升降平臺的橫梁下方安裝多個(gè)LIMS，在移動框架的頂部固定若干個(gè)LIMS。在LIMS的操作過程中，移動框架向前和向后移動以到達(dá)所需的停車位置，而橫梁水平移動以快速地獲取或存儲車輛。所有這些LIMS都是相同的，應(yīng)該在低頻率下設(shè)計(jì)。在有限元分析的基礎(chǔ)上，研究了關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)和動力性能的影響。通過原型驗(yàn)證了預(yù)測結(jié)果。最后，將所設(shè)計(jì)的LIMS成功地應(yīng)用于兩個(gè)8層立體車庫。
關(guān)鍵詞：有限元、直線感應(yīng)電機(jī)、低頻立體車庫
1.簡介
立體車庫在現(xiàn)代社會的城市中是非常重要的，因?yàn)橛性絹碓蕉嗟钠?。汽車進(jìn)入時(shí)間是一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)，特別是在大型立體車庫。然而，由于諸如鏈條和齒輪的中間轉(zhuǎn)換裝置[1-2]，在傳統(tǒng)的立體車庫中受到限制。為了盡可能縮短存取時(shí)間，強(qiáng)烈推薦使用直線電機(jī)（LMS）。他們可以直接驅(qū)動立體車庫沒有任何中間設(shè)備[3]。
在LMS的不同結(jié)構(gòu)中，直線感應(yīng)電機(jī)（LIMS）由于其結(jié)構(gòu)簡單、成本較低，在交通、物流、工業(yè)等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。雖然LIMS具有不同的結(jié)構(gòu)類型，如單面、雙面、管狀、圓盤等，但最受歡迎的是單側(cè)化合物二級結(jié)構(gòu)，它被應(yīng)用在許多設(shè)備中。
對于LIMs，采用解析電磁場解[4]-[7]研究恒定電壓激勵或恒電流激勵下的推力和法向力。最大的缺點(diǎn)是計(jì)算精度受到許多復(fù)雜數(shù)學(xué)運(yùn)算的簡化的影響。為了提高計(jì)算精度和考慮橫向邊緣效應(yīng)，通常采用有限元法。
由于在該應(yīng)用中所需的低操作速度，LIMS應(yīng)設(shè)計(jì)為低額定頻率[8]-[9]。此外，電流應(yīng)盡可能減小，以避免磁場飽和，并降低逆變器的容量。這些導(dǎo)致
立體聲車庫的LIMS不同于正常的LIMS。然而，在這一研究領(lǐng)域的出版物并不多。
本文主要介紹了LIMs驅(qū)動的新型立體車庫的結(jié)構(gòu)和工作原理，獲得了LIM的設(shè)計(jì)規(guī)范?；谟邢拊?，研究了結(jié)構(gòu)參數(shù)和動力性能的影響。最后，通過原型測量驗(yàn)證了預(yù)測結(jié)果。
2. 新型立體車庫的結(jié)構(gòu)
圖1（a）示出LIMS驅(qū)動的立體車庫中的一個(gè)單元的圖。圖1B顯示了它的垂直視圖。單位數(shù)是一個(gè)整數(shù)，如1, 2, 3等。
在一個(gè)單元里有幾個(gè)LIMS。它們分別固定在立體車庫的中間移動平臺和升降框架上。在每一層中，停車位可以是2, 4, 6、8, 10等。如圖所示，LIMS安裝在MOV框架的頂部，這是一個(gè)縱向移動機(jī)構(gòu)。在兩側(cè)，在移動框架中固定四個(gè)平行的原基，并且在立體車庫的支架中使用相同的長副。當(dāng)LIMs被提供電源時(shí)，移動框架在龍迪努方向移動，以到達(dá)所需的停車空間。
（a）立體車庫單元圖
（b）立體車庫的垂直視圖
圖1：LIMS驅(qū)動立體車庫
圖2顯示了升降平臺，包括四個(gè)相同的LIMs，移動橫梁，載車板和兩個(gè)電磁鐵。所有LIMS的可移動原基固定在移動橫梁下方并并聯(lián)連接，LIMS的固定次級安裝在升降平臺上。氣隙長度由兩個(gè)直線軸承保持。在移動橫梁上方，安裝兩個(gè)電磁鐵，它們提供直流電流。相應(yīng)的鐵芯附在每一個(gè)載板的側(cè)面。與傳統(tǒng)立體車庫相比，這種立體車庫將所有的電氣設(shè)備安裝在升降平臺上，所以所有停車位的結(jié)構(gòu)非常簡單，因?yàn)槊總€(gè)車廂只帶載車板。在兩個(gè)方向上，編碼器被固定以獲得運(yùn)行速度，然后采用矢量控制方法。
在存放或取車過程中，活動車架和升降平臺可以共同工作，盡快找到停車位。然后，移動的橫梁被驅(qū)動來搭車。
圖2.升降平臺圖
當(dāng)汽車從立體車庫取走時(shí)，LIMS與電源連接，然后與升降器一起驅(qū)動移動框架和移動橫梁到相應(yīng)的停車空間。當(dāng)移動橫梁靠近載車板時(shí)，電磁鐵供給直流電流以吸引載車板。之后，移動橫梁在LIMs的驅(qū)動下向相反方向行駛，從而將帶轎廂的載車板從停車空間中取出到升降平臺。最后，將轎廂與升降架和活動車架一起送出出口。存儲汽車的過程正好相反。因此，根據(jù)LIMS的運(yùn)動，汽車可以快速移動，以降低汽車進(jìn)入時(shí)間。
3. LIMS的設(shè)計(jì)特點(diǎn)
在本申請中的LIM中，主長度不能比運(yùn)動橫梁的寬度長。由于移動橫梁的寬度應(yīng)盡可能小，以用于提升平臺的寬度和重量的轉(zhuǎn)向，因此主長度也受到限制。在主長度有限的情況下，一次寬度與推力成正比。如果只采用一個(gè)LIM，它會變得太大。為了減小每個(gè)LIM的主寬度，采用均勻的LIMS數(shù)量，例如2, 4, 8、10等，對稱地安裝在移動橫梁的下方。
LIM的沖程幾乎是汽車的寬度，所以由于行程有限和重量大，行駛速度不能很高。也就是說，LIM的額定速度是低的。在傳統(tǒng)的交疊繞組的LIM極間距下，電源的頻率也很低。因此，LIM應(yīng)該以低頻率設(shè)計(jì)。
如果在移動橫梁中采用四個(gè)LIMS，根據(jù)應(yīng)用要求，每個(gè)設(shè)計(jì)的LIM的額定速度、電壓和起動推力分別為0.8 m/s、380 V和超過666 N。由于運(yùn)動橫梁的寬度是給定的，主長度是固定的，然后也得到極點(diǎn)間距和極點(diǎn)數(shù)。應(yīng)該注意的是，橫向效應(yīng)不被考慮，因?yàn)槎螌挾瓤梢宰銐驅(qū)挕?
在縱向移動機(jī)構(gòu)中也應(yīng)用相同的LIMS，以便于應(yīng)用。在每一方面，也有四個(gè)LIMS采用。根據(jù)所需的速度0.8 m/s，電源的合適頻率是11.5赫茲。在該頻率下，電壓為380 V的全值?？梢曰诘刃щ娐吩O(shè)計(jì)LIM，它可以很好地考慮靜態(tài)縱向效應(yīng)、動態(tài)縱向效應(yīng)和次級鐵損[7]。
4. 參數(shù)分析與動態(tài)特征
這種LIM的FEM如圖3所示。在這個(gè)模型中，初級的速度為零，并且相位繞組被提供滿電壓380 V，F(xiàn)＝11.5赫茲。此外，端阻抗由有效阻抗考慮，這是在前等效電路法中計(jì)算的。
圖3.設(shè)計(jì)中的有限元法
對不同齒寬的推力進(jìn)行了分析，如圖4所示。顯然，當(dāng)齒寬等于3 mm時(shí)，LIM的性能變差，因?yàn)橥屏ρ杆贉p小，電流也增加。這是由磁場飽和引起的。當(dāng)齒寬大于5 mm時(shí)，推力和電流幾乎保持不變。
此外，與4 mm和5 mm的齒寬相比，前者的推力稍高，電流也較小。當(dāng)然，由于較小的縫隙面積，電流密度也略有提高。
應(yīng)該注意的是，由于低頻電源，齒寬應(yīng)該大于正常的LIM。其原因是由于全電壓和低頻率CY引起的大磁通密度，當(dāng)然，電流密度也受齒寬的影響。
a) 推力圖
b) 電流圖
圖4.不同齒寬的直線電機(jī)鎖止推力
由于疊片是由螺栓組裝而成的，所以軛鐵的高度要高得多。如果可以通過焊接方法進(jìn)行組裝，則可以大大降低軛的高度。根據(jù)設(shè)計(jì)分析，一次高度可降低到60毫米。推力和三相電流幾乎保持不變。因此，磁軛的磁場小于飽和值。
如果初級的速度設(shè)置為零，則可以獲得鎖定的推力和相電流。三相電流是不對稱的，也有大量的諧波分量。由于小的互感，A相和B相的電流較大。對于相位C，基本分量為13.15 A，這也比等效電路法大。圖5示出推力。如圖所示，平均推力為700 N。
圖5.全電壓鎖定推力圖
圖6顯示了LIM在加載300 N時(shí)的動態(tài)速度。靜態(tài)速度為0.7米/秒，因此滑移為0.4。在起動過程中，電流不會像正常LIM那樣迅速減小，只有輕微的變化。