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編 號 無錫太湖學院 畢 業(yè) 設 計 （ 論 文 ） 題目： 自動立體車庫結(jié)構(gòu)設計 信 機 系 機 械 工 程 及 自 動 化 專 業(yè) 學 號： 0923160 學生姓名： 秦 棟 指導教師： 黃敏 （職稱： 副教授 ） （職稱： ） 2013 年 5 月 25 日 無錫太湖學院本科畢業(yè)設計（論文） 誠 信 承 諾 書 本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設計（論文） 自動立體車 庫結(jié)構(gòu)設計 是本人在導師的指導下獨立進行研究所取得的成 果，其內(nèi)容除了在畢業(yè)設計（論文）中特別加以標注引用，表 示致謝的內(nèi)容外，本畢業(yè)設計（論文）不包含任何其他個人、 集體已發(fā)表或撰寫的成果作品。 班 級： 機械 94 學 號： 0923160 作者姓名： 2013 年 5 月 25 日 I 無 錫 太 湖 學 院 信 機 系 機 械 工 程 及 自 動 化 專 業(yè) 畢 業(yè) 設 計 論 文 任 務 書 一、題目及專題： 1、題目 自動立體車庫結(jié)構(gòu)設計 2、專題 二、課題來源及選題依據(jù) 近年來隨著我國城市經(jīng)濟的和汽車數(shù)量的增加，伴隨而來的是 城市停車狀況的尷尬場面，停車環(huán)境與城市發(fā)展的矛盾十分突出。停 車問題是城市發(fā)展過程中必然發(fā)生的問題。立體車庫通過提高單位 空間的利用率，增加了停車場單位面積內(nèi)的車位密度，這樣使得城市 內(nèi)有限的停車面積上可提供的更多的停車位。因此，自動化立體車庫 成為了解決城市停車難問題最有效的手段之一。 現(xiàn)在我國正在大力發(fā)展立體車庫，這將是未來的熱門產(chǎn)業(yè)，所以 要對車庫結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)進行深入研究。 三、本設計（論文或其他）應達到的要求： ① 了解自動立體車庫的工作原理，國內(nèi)外的研究發(fā)展現(xiàn)狀； ② 完成自動立體車庫的總體方案設計； ③ 完成有關(guān)零部件的選型計算、結(jié)構(gòu)強度校核及液壓系統(tǒng)設計； ④ 熟 練掌握有關(guān)計算機繪圖軟件，并繪制裝配圖和零件圖紙； II ⑤ 完成 設計說明書的撰寫，并翻譯外文資料 1 篇。 四、接受任務學生： 機械 94 班 姓名 秦 棟 五、開始及完成日期： 自 2012 年 11 月 12 日 至 2013 年 5 月 25 日 六、設計（論文）指導（或顧問）： 指導教師 簽名 簽名 簽名 教 研 室 主 任 〔學科組組長研究所 所長〕 簽名 系主任 簽名 2012 年 11 月 12 日 III 摘 要 隨著我國國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，越來越的汽車進入家庭，使得我國城市停車難問題 日益加劇。立體車庫成為目前解決停車難問題的重要方式之一，其中以升降橫移式立體 車庫應用最為廣泛。 本次設計的主要內(nèi)容是自動立體車庫的結(jié)構(gòu)設計。而自動立體車庫按結(jié)構(gòu)可分為升 降橫移類、垂直循環(huán)類、水平循環(huán)類、平面移動類、巷道堆垛類、垂直升降類、簡易升 降類等。本文主要對兩層式升降橫移自動立體車庫進行詳細的結(jié)構(gòu)設計和對關(guān)鍵部位受 力分析并校核。 四柱結(jié)構(gòu)型式鋼結(jié)構(gòu)車庫由于其結(jié)構(gòu)較為簡單有較大使用范圍，本文對其進行詳細 設計。文中主要對自動立體車庫的橫梁，縱梁，支撐柱以及載車板進行詳細的受力分析 和校核。另外，本文中的自動立體車庫采用了液壓系統(tǒng)進行傳動，區(qū)別與采用電動機驅(qū) 動的自動車庫。由于液壓傳動的優(yōu)點，車庫在升降或是橫移過程中會更加穩(wěn)定，減少了 運動中所產(chǎn)生的噪音，使其適用于更多場合。在車庫的設計中還介紹了車庫運行中重要 的安全防護裝置。 除此之外，還繪制了總裝圖、零件圖。 關(guān)鍵詞：自動立體車庫；結(jié)構(gòu)設計；液壓 IV Abstract With the development of the national economy in our country, more and more cars are entering the common families. Stereo garage becomes the first choice for solving the problems of hard parking. Especially, lift-sliding type stereo garage is the most widely used． The main content of this design is the design of automatic stereo garage, the stereo garage is including lift-sliding type, vertical circulation type, level of circulation, plane mobile, laneway type, vertical lifting, simple movements and etc. The main contents of this paper is about the design structure of two layers of lifting and transferring automatic stereo garage and the force analysis and check by the key parts of stereo garage. Four-column type steel structure garage has a large range of use because of its simple structure. The main content of this paper is the force analysis and check by the beams, stringers, support columns and car carrying boards. In addition, automatic stereo garage use hydraulic system for driving, it has difference between using the motor-driven automatic garage. Because of the advantages of hydraulic transmission, the garage will be more stable in process. This makes it suitable for more occasions. The design of the garage is also introduced the safety protection device in the running of garage. In addition, the paper includes drawn up the assembly diagram, parts diagram. Keywords: automatic stereo garage; structure design; hydraulic V 目 錄 摘 要 ...........................................................................................................................................III ABSTRACT ..................................................................................................................................IV 目 錄 ............................................................................................................................................V 1 緒論 .............................................................................................................................................1 1.1 本課題研究的內(nèi)容及意義 ...................................................................................................1 1.2 國內(nèi)外的發(fā)展概況 ................................................................................................................2 1.3 本章小結(jié) ................................................................................................................................4 2 自動立體車庫的總體設計方案 .................................................................................................5 2.1 升降橫移自動立體車庫選型 ...............................................................................................5 2.2 自動立體車庫提升方式的選擇 ...........................................................................................6 2.3 自動立體車庫的其他部件 ...................................................................................................6 2.4 自動立體車庫的設計參數(shù) ...................................................................................................7 2.5 自動立體車庫結(jié)構(gòu)設計的內(nèi)容及要求 ...............................................................................7 2.6 本章小結(jié) ...............................................................................................................................7 3 自動立體車庫主體框架設計 .....................................................................................................8 3.1 立體車庫的工作原理 ............................................................................................................8 3.2 自動立體車庫鋼結(jié)構(gòu)設計 ....................................................................................................8 3.2.1 支撐柱設計 ....................................................................................................................9 3.2.2 橫梁受力分析 ..............................................................................................................12 3.2.3 縱梁受力分析 ..............................................................................................................13 3.3 載車板受力分析校核 .........................................................................................................15 3.4 本章小結(jié) ..............................................................................................................................16 4 自動立體車庫的傳動系統(tǒng) .......................................................................................................17 4.1 上層載車板提升裝置設計 .................................................................................................17 4.1.1 升降傳動系統(tǒng)設計 ......................................................................................................17 4.1.2 升降液壓系統(tǒng)設計 ......................................................................................................19 4.1.3 升降液壓系統(tǒng)鏈輪設計 ..............................................................................................20 4.1.4 升降液壓系統(tǒng)傳動軸設計 ..........................................................................................21 4.2 橫移液壓系統(tǒng)設計 .............................................................................................................22 4.3 本章小結(jié) ..............................................................................................................................24 5 車庫的配套系統(tǒng) .......................................................................................................................25 5.1 安全系統(tǒng) .............................................................................................................................25 5.2 立體車庫 的控制系統(tǒng) .........................................................................................................26 5.3 本章小結(jié) .............................................................................................................................28 6 結(jié)論與展望 ...............................................................................................................................29 6.1 結(jié)論 ......................................................................................................................................29 6.2 不足之處及未來展望 ..........................................................................................................29 VI 致 謝 ...........................................................................................................................................30 參考文獻 .......................................................................................................................................31 附 錄 ...........................................................................................................................................32 自動立體車庫結(jié)構(gòu)設計 1 1 緒論 1.1 本課題研究的內(nèi)容及意義 本課題研究的內(nèi)容是：自動立體車庫的結(jié)構(gòu)設計，包括自動立體車庫的總體方案設 計，有關(guān)零件部件的選型計算，結(jié)構(gòu)強度校核及液壓系統(tǒng)設計，并繪制出裝配圖和零件 圖紙。 本課題研究的意義是：自動立體車庫是我國的新興產(chǎn)業(yè)，具有廣闊的發(fā)展前景。隨 著我國經(jīng)濟快速的發(fā)展，城市交通擁堵和停車難的問題成了影響城市發(fā)展的重要因素之 一，傳統(tǒng)的車庫己經(jīng)不能適應城市發(fā)展的要求，再加上我國汽車保有量的不斷增加，自 動立體車庫成為解決這一問題的必然途徑 [1]。機械式立體車庫具有空間利用率高，節(jié)省城 市有限的土地資源；具有建造成本較低、建造周期較短；車輛停放入車庫快速便捷、自 動車庫更加安全，還具有節(jié)約能源等優(yōu)點。同時自動立體車庫還可以在有限的土地上停 放更多的車輛，便于集中管理，減少管理費用和人員等的優(yōu)勢，在各個小區(qū)或空地都可 以根據(jù)當?shù)氐膶嶋H情況進行立體車庫的建設，可大大緩解這些地方停車難的問題，這對 現(xiàn)在車庫緊張的小區(qū)和其他人員較多的公共場所提供了很好的解決方法。因此，機械式 立體車庫具有廣闊的應用前景。 而自動立體車庫的結(jié)構(gòu)設計是車庫建設及運行的重要環(huán)節(jié)，其設計水平與質(zhì)量直接 影響到用戶的安全和建造成本。合理的結(jié)構(gòu)設計可最大限度的利用有限的土地空間，緩 解城市中停車難的問題。而目前我國自動立體車庫加工生產(chǎn)廠家沒有統(tǒng)一的標準：大多 數(shù)自動立體車庫行業(yè)的生產(chǎn)廠家大多以國外現(xiàn)有產(chǎn)品或技術(shù)為基礎進行制造，對產(chǎn)品創(chuàng) 新開發(fā)能力差，沒有自己的知識產(chǎn)權(quán)；我國對立體車庫的新技術(shù)引入研究較少，而對立 體車庫的主體結(jié)構(gòu)框架鋼研究和優(yōu)化才剛剛起步，不能形成較大的生產(chǎn)加工規(guī)模。機械 式自動立體車庫種類較多，按照現(xiàn)在立體車庫的發(fā)展，可將它分為巷道堆垛式立體車庫， 垂直升降式立體車庫，垂直循環(huán)式立體車庫，圓形水平循環(huán)式立體車庫等。 根據(jù)運行方式和結(jié)構(gòu)特點可分為：升降橫移式立體車庫，水平循環(huán)式立體車庫，垂 直循環(huán)式立體車庫，多層循環(huán)式立體車庫，堆垛式立體車庫，平面移動式立體車庫，垂 直升降式立體車庫，簡易升降式立體車庫等八大類 [2]。 1、升降橫移式立體車庫：整機特點，可有效利用空間，提高空間利用率達數(shù)倍。存 取車快捷便利，其結(jié)構(gòu)使用跨梁結(jié)構(gòu)設計，使車輛出入無障礙。采用PLC控制，自動化程 度高，人機界面好，多種操作方式可選配，操作簡便，同時環(huán)保節(jié)能，低噪音。但下層 車庫必須有一空位用于車庫升降。 2、垂直循環(huán)式立體車庫：車庫采取垂直方向做循環(huán)運動進行對車輛存取的方式的立 體車庫。垂直循環(huán)式立體車庫調(diào)車時間短，取車快速，占地面積小，可設置在地面上或 半地上半地下，可獨立或附設在建筑物內(nèi)，還可多臺組合。 3、水平循環(huán)式立體車庫：采用水平循環(huán)運動來存取車輛的機械式立體車庫。水平循 環(huán)式立體車庫可以省去進出車道，充分利用狹長地形的地方建車庫，降低通風裝置的費 用，若多層重疊可為大型停車場，但車庫只有一個出入El，存取車時間較長，實用性差。 4、簡易升降式立體車庫：其結(jié)構(gòu)大多為一個車位泊兩臺車，構(gòu)造簡單實用，無需特 無錫太湖學院學士學位論文 2 殊地面基礎要求。適合裝置于工廠、別墅、住宅停車場 。 5、多層循環(huán)式立體車庫：其工作原理是使載車板作上下循環(huán)運動來進行車輛的調(diào)取 工作。 6、堆垛式立體車庫：通過升降機、行走臺車及橫移裝置輸送載車板實現(xiàn)存取車操作， 整個過程全自動完成，可設置于地上或地下，充分利用有效空間。載車板的升降和行走 同時運行，存取車方便快捷。全封閉式管理，安全可靠，保障人、車安全 [3]。 從機械式自動立體車庫的類型上看，應用較多的是升降橫移式立體車庫，占自動車 庫總量的絕大部分，其所占比例隨著機械式立體車庫的發(fā)展還會繼續(xù)上升 [4]。所以本文詳 細對升降橫移式自動立體車庫結(jié)構(gòu)設計進行研究。 1.2 國內(nèi)外的發(fā)展概況 機械式立體車庫經(jīng)過幾十年的發(fā)展，已由初期的半自動化控制方式發(fā)展到全自動化 的控制方式；機械結(jié)構(gòu)也發(fā)展到了模塊化設計，便于組合、拆卸；使用材料和工藝也都 有了突飛猛進的發(fā)展 [5]。如今，立體車庫在西歐、東南亞、韓國、日本都得到了廣泛的應 用，形成了一個包括制造、安裝、使用和維修的行業(yè) [6]。 國外的發(fā)展狀況 國外經(jīng)濟發(fā)達國家其自動立體車庫在過去的幾十年中已經(jīng)得到了充分的發(fā)展。日本是 一個人口眾多人均土地資源較少的國家，由于其經(jīng)濟發(fā)達，停車難的問題早就出現(xiàn)，同 時也帶動了自動立體車庫的發(fā)展、使其發(fā)展至今已經(jīng)較為完善，現(xiàn)已經(jīng)發(fā)展出較多車庫 種類。同時日本在車庫的技術(shù)研究與開發(fā)、制造、管理等方面的水平都處于亞洲領(lǐng)先地 位，所建成的立體停車場的數(shù)量和其容車量也居于世界前列。如今在日本全國建設并使 用的自動立體車庫的停車位已有 300 萬個，大部分自動立體車庫是升降橫移式車庫。而 日本的優(yōu)勢主要在多層升降橫移車庫、水平循環(huán)車庫、垂直循環(huán)車庫、簡易升降車庫、 垂直升降車庫等產(chǎn)品上。而在韓國自動立體車庫的技術(shù)發(fā)展主要受到其鄰國日本的技術(shù) 影響。韓國的立體車庫產(chǎn)業(yè)從上世紀 70 年代中期進入起步階段，在發(fā)展過程中又從其鄰 國日本引進相關(guān)技術(shù)，再對引進技術(shù)后不斷改進，最后 90 年代立體車庫展業(yè)進入大規(guī)模 使用階段。經(jīng)過這幾個階段的快速發(fā)展再加上韓國政府的大力支持，自動立體車庫在韓 國國內(nèi)得到大規(guī)模的應用和再開發(fā)，使得韓國這幾年的自動立體車庫產(chǎn)業(yè)增長速度加快 到 30％左右 [7]，使現(xiàn)在其產(chǎn)業(yè)進入穩(wěn)步發(fā)展階段。 國外的機械式立體車庫發(fā)源于上世紀 20 年代的美國，美國建成世界上第一座機械升 降汽車庫，但需要由司機自己開車來完成車輛的存??；50 年代以后，伴隨著小汽車的大 量增加，在西歐、東南亞、韓國和日本立體車庫也得到了廣泛的應用，并形成了一個包 括制造、安裝、使用和維修的行業(yè)完整體系 [8]。這些國家和公司從上世紀六十年代初就開 發(fā)并使用可最大限度地利用空間的機械式停車設備，經(jīng)過幾十年的不斷發(fā)展，自動立體 車庫從結(jié)構(gòu)、控制、驅(qū)動、監(jiān)測等方面不斷地更新?lián)Q代，日趨完善。而自動立體車庫的 外形也發(fā)生了較大的變化，使原來生硬機械鋼架子的立體車庫變成了一道獨特的城市景 觀。 國內(nèi)的發(fā)展現(xiàn)狀 我國經(jīng)濟快速發(fā)展的同時汽車的數(shù)量也在快速發(fā)展，尤其在我國的大中城市。汽車數(shù) 自動立體車庫結(jié)構(gòu)設計 3 量的增長同時也造成了路面的擁堵，許多車輛面臨著停車難的問題。面對這些問題，我 國需要大量的停車設施和相關(guān)配套設備。據(jù)有關(guān)方面統(tǒng)計，截止到 2008 年底的數(shù)據(jù)，我 國生產(chǎn)汽車數(shù)量增長到近一千萬臺，同比增長 5％左右 [9]。由于我國停車位新建的速度遠 遠達不到每年汽車增長的數(shù)量，致使每年我國僅在停車位的缺口數(shù)量就在 300 多萬個左 右，城市現(xiàn)有的停車位遠遠不能滿足人們的需要。當前我國的車位數(shù)量與汽車數(shù)量之比 約為 1: 5，而正常的平衡比例應當是 1: 1.2，與我國現(xiàn)有情況差距很大，需要大量增加停 車位，在城市土地資源緊缺的情況下通過地面增加車位己成為城市發(fā)展的巨大矛盾指引 [10]。 為了解決這些，我國從二十世紀八十年代開始使用機械式停車設備。此時我國的立體 車庫技術(shù)較為落后僅只能進行自我的研究和開發(fā)，此階段生產(chǎn)企業(yè)無法滿足用戶的需求， 而自動車庫種類單一，技術(shù)落后，無法滿足用戶較大的要求。到二十世紀九十年代，我 國開始從國外引進技術(shù)，由于大量國外企業(yè)進入中國的立體車庫行業(yè)，形成了比較多的 中外合資企業(yè)。而有些有實力的中國企業(yè)開始向國外引進先進的技術(shù)，在國內(nèi)由于其生 產(chǎn)成本與國外相比較為低廉，這些企業(yè)利用國外先進技術(shù)并根據(jù)我國現(xiàn)有經(jīng)濟情況開發(fā) 出符合我國的先進的自動立體車庫。到如今經(jīng)過近 30 年的發(fā)展歷史，尤其是 2000 年以 后得到了高速發(fā)展，現(xiàn)在我國的自動立體車庫行業(yè)正處于快速發(fā)展階段并很快進入穩(wěn)定 發(fā)展階段，未來市場巨大。尤其在，我國的大中型城市中，自動立體車庫需要巨大。但 用戶對產(chǎn)品的要求有兩點，第一點是降低產(chǎn)品的價格，第二點是提高產(chǎn)品技術(shù)和性能。 隨著我國經(jīng)濟持續(xù)快速發(fā)展，城市規(guī)劃不斷完善，自動立體車庫將使一個充滿生機的朝 陽產(chǎn)業(yè)，它的技術(shù)將得到長遠發(fā)展。 在我國隨著現(xiàn)代各種高科技技術(shù)的發(fā)展，諸如計算機技術(shù)和電子技術(shù)的高速發(fā)展，越 來越多的新功能被引入到立體車庫中，讓其向?qū)I(yè)化、復雜化和智能化方向發(fā)展。重點 表現(xiàn)為以下幾個方面：①專業(yè)化:立體車庫系統(tǒng)穩(wěn)定可靠  能正常運行而不出故障是用戶 的首要要求 也是一套停車場系統(tǒng)的重中之重。制造廠家的專業(yè)化程度越來越強 如保 證設備的可靠性 立體車庫的軟硬件設施及各種設備的配套都達到專業(yè)化程度。②復雜 化: 立體車庫產(chǎn)業(yè)正在向多元化方向發(fā)展 它已經(jīng)不僅是純粹的機械設備  還包含了當今 機械、電子、建筑、液壓、光學、磁控、管理和計算機技術(shù)等領(lǐng)域的大量先進技術(shù)。立 體停車系統(tǒng)己經(jīng)日臻完善 如汽車出入車庫時采用聲光引導和定位、汽車尺寸和重量自 動識別、限速保護與多重機構(gòu)互鎖、停車泊位自動跟蹤、鏈繩長度超范圍報警和彈性變 形自動補償、汽車安全檢測、圖像識別技術(shù)、科學管理等 各種領(lǐng)域先進技術(shù)的綜合使 用 已經(jīng)使立體車庫成為一個獨立的大型復雜的高技術(shù)設備。③智能化:一些新技術(shù)正在 迅速進入該領(lǐng)域 如變頻技術(shù)、全電腦控制系統(tǒng)、導航定位技術(shù)、停電及電源故障的自 動判別排除及處理系統(tǒng)等 [14]。車庫可以將汽車自動停放到合適的位置  可實現(xiàn)無人操作 [11]。 但在我國現(xiàn)有的自動立體車庫產(chǎn)業(yè)發(fā)展并不十分完善，如在我國車庫行業(yè)中并沒有可 依據(jù)較高的行業(yè)技術(shù)標準；大部分車庫是根據(jù)或引進國外先進技術(shù)進行設計制造，但技 術(shù)水平不高；并且我國國內(nèi)并沒有較大規(guī)模的車庫生產(chǎn)加工企業(yè)，其大規(guī)模量產(chǎn)能力明 顯不足。在國內(nèi)自動車庫市場競爭無序，小型企業(yè)為搶占市場份額，進行惡性競爭；同 無錫太湖學院學士學位論文 4 時我國沒有相關(guān)的部門參與詳細研究，使其技術(shù)創(chuàng)新能力落后于其他國家；國家也沒有 相關(guān)政策進行扶持。為了解決上述問題，國家需要出臺相關(guān)市場政策、管理方案等。 雖然立體車庫在我國的發(fā)展勢頭非常的迅猛，但是目前立體車庫在住宅小區(qū)內(nèi)的應用， 卻還是少的可憐。其主要原因還是人們的思維觀念沒有轉(zhuǎn)變過來，而技術(shù)上的問題已經(jīng) 退居其次?？梢哉f，當前的技術(shù)已經(jīng)完全可以滿足小區(qū)內(nèi)建造立體車庫的主要要求，急 需解決的是人們的思想問題 [12]。伴隨著我國住房業(yè)的迅速發(fā)展，小區(qū)式居住方式已經(jīng)成 為市民住房方式的主流。并且，伴隨我國經(jīng)濟的迅速發(fā)展，人們擁有自己的私家車也已 經(jīng)成為一種必然。所以，正是由于小區(qū)與私家車的數(shù)量越來越多，一旦人們的思想方式 轉(zhuǎn)變過來，那么應用于小區(qū)內(nèi)的立體車庫必將會如同雨后春筍般迅速地生長起來。而且， 立體車庫的技術(shù)也必然在今后的若干年內(nèi)有大幅度的發(fā)展 [13]。所以，無論是立體車庫技 術(shù)的研究，還是立體車庫工程的建造，發(fā)展前景都是非常樂觀的，都必將在不久的將來 得到豐厚的回報。 1.3 本章小結(jié) 本章主要介紹了自動立體車庫的主要研究內(nèi)容和及其意義，詳細對自動立體車庫的國 內(nèi)外發(fā)展情況做了詳細介紹，在我國自動立體車庫有較大的發(fā)展前景。本文將對車庫主 體結(jié)構(gòu)設計，關(guān)鍵部件校核，傳動部件及液壓系統(tǒng)的設計和主要機械部位總裝配圖及主 要零件圖。 自動立體車庫結(jié)構(gòu)設計 5 2 自動立體車庫的總體設計方案 目前，立體車庫主要有以下幾種形式：升降橫移式、垂直循環(huán)式、簡易升降式、垂 直升降式、平面移動式、巷道堆垛式 [14]。而在中國使用較多的是升降橫移式自動立體車 庫和簡易升降式車庫，升降橫移式自動立體車庫具有存取車快捷便利，結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點。 而簡易升降式車庫所能停車輛數(shù)量較少不適合較大規(guī)模應用，無法滿足較大空間的大規(guī) 模布置。所以選擇升降橫移式自動立體車庫進行設計。 如圖2.1 所示為升降橫移式立體車庫示意圖。 圖2.1 升降橫移式立體車庫示意圖 2.1 升降橫移自動立體車庫選型 升降橫移自動立體車庫按照主框架可分為兩種。1．四柱結(jié)構(gòu)型式：這種型式的停車 設備的鋼結(jié)構(gòu)框架穩(wěn)定性好，有較好的強度和剛度，特別適用于多層式或重列式的升降 橫移類停車設備。2．二柱結(jié)構(gòu)型式，亦叫后懸臂型式立體車庫如圖2.2所示：這種型式的 停車設備的最大優(yōu)點是視野寬闊，存取車方便。缺點是對設備運行的穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)框架 的強度、剛度、設計要求嚴格。 無錫太湖學院學士學位論文 6 圖2.2 后懸臂型式立體車庫示意圖 按車位布置形式分可分為全地上布置，半地下布置，重列式布置。全地上布置：有 二層、三層、四層、五層，一般不超過五層，但也七層以上的，有的還做到了18層，但 相對于低層提升速度要提高以保證客戶使用要求。半地下布置：這種布置形式比全地上 布置能多建車位，空間利用率高，但土建投資大。重列式布置：（對于只能設置一個車 道，或設置兩個車道太浪費，但有能停放兩排或兩排以上車輛長度的停車位時，可用這 種方式布置）這種布置可充分利用平面減少車道占地，但進出車較麻煩一些。 由于車庫要求結(jié)構(gòu)簡單充分利用土地，所以選擇第四柱結(jié)構(gòu)型式的兩層立體車庫進 行設計。 2.2 自動立體車庫提升方式的選擇 升降橫移自動立體車庫的提升方式有六種： （1）鋼絲繩式提升型式 （2）鏈條式提升型式 （3）液壓式提升型式 （4）螺桿式提升型式 （5）液壓馬達、鋼絲繩組合提升型式 （6）鏈條、鋼絲繩組合提升型式 而車庫選用液壓馬達、鋼絲繩組合提升型式，其優(yōu)點是結(jié)構(gòu)緊湊、響應速度快、低 速平穩(wěn)性好，并且產(chǎn)生噪音低，其升降傳動方式如圖2.3 所示 圖2.3 自動立體車庫提升裝置示意圖 自動立體車庫結(jié)構(gòu)設計 7 而車庫橫移傳動方式也可選用液壓馬達帶動導輪進行傳動，其優(yōu)點是可與升降系統(tǒng) 使用同一液壓泵減少了系統(tǒng)的占用空間。 2.3 自動立體車庫的其他部件 自動立體車庫的其他部件還包括載車板，安全系統(tǒng)，橫移系統(tǒng)，橫移系統(tǒng)，控制系 統(tǒng)等。 載車板是用于車輛停放以及移動升降車輛的載體，所以載車板設計必須穩(wěn)定安全便 于用戶停放車輛。而載車板按照其結(jié)構(gòu)形式可分為兩種，一種是拼裝式一種是整體式 [11]。 拼裝式載車板主要使用普通鋼板彎折成形，載車板面板使用波浪板沖壓成形，并用螺栓 固定。整體式載車板使用防滑花紋鋼板焊接在加強筋上而成。由于整體式載車板加工方 便快捷，穩(wěn)定安全性高。所以車庫設計中使用整體式載車板。 安全系統(tǒng)是用于防止上層車輛和載車板墜落砸壞下層車輛或砸傷駕駛員的重要車庫 組成部分。上層載車板安全系統(tǒng)可分為防墜鉤和防墜架。其中防墜鉤安裝于上層載車板 上當上層載車板到位后防墜鉤固定住載車板來實現(xiàn)防墜目地。而防墜架安裝固定在下層 載車板上，但體積較大不便于用戶在下層停放車輛。經(jīng)過上述分析選擇防墜鉤進行對車 輛人員的安全防護。 橫移系統(tǒng)是用于底層車位橫移的主要部件?？刂葡到y(tǒng)是控制車輛移動的系統(tǒng)。 2.4 自動立體車庫的設計參數(shù) 停車位設計最大尺寸5200mm×2250mm×1600mm； 最大停車質(zhì)量為1800kg； 車庫共兩層上成層可停放3輛車，下層可停放2輛車，車庫使用PLC進行控制； 車庫載車板提升時間 10s； 下層載車板橫移時間 10s。 2.5 自動立體車庫結(jié)構(gòu)設計的內(nèi)容及要求 自動立體車庫主體框架鋼結(jié)構(gòu)由前、后支撐柱，前、后橫梁，縱梁等組成。傳動系 統(tǒng)安裝在主體框架的縱梁與后立柱上，包含液壓缸，傳動的鏈條鏈輪，鏈條張緊裝置和 鋼絲繩。載車板與鋼絲繩相連進行提升，而下層載車板通過電機和導軌進行橫移。自動 立體車庫必須具有足夠的強度和剛度，才能安全穩(wěn)定工作。升降橫移式自動立體車庫的 結(jié)構(gòu)設計主要包括：主體框架、傳動系統(tǒng)、載車板及安全防護裝置。 2.6 本章小結(jié) 本章主要確定了自動立體車庫主體設計的重要參數(shù)，選擇二層式升降橫移自動立體 車庫，其采用液壓傳動方式進行提升和橫移運動，使車庫運行更加平穩(wěn)。還確定了自動 立體車庫的安全防護等其他技術(shù)要求。 無錫太湖學院學士學位論文 8 3 自動立體車庫主體框架設計 自動立體車庫主體框架在車庫穩(wěn)定和安全中起著很大作用，是車庫的基礎要進行詳 細的校核。 3.1 立體車庫的工作原理 圖3.1 立體車庫的工作原理圖 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。如圖3.1所示上層載車板只作上下移動，下層載車板只作左右橫移。 立體車庫工作原理當車輛駛?cè)胲噹?，用戶根?jù)需要選擇所需停車位置。當用戶選擇 上層空載車板時如1號載車板，控制系統(tǒng)會先控制5號載車板向有移動，5號載車板移動到 位后系統(tǒng)控制4號載車板向右移動，下層載車板無法同時移動。此時1號載車板下方有空 位，控制系統(tǒng)控制1號載車板下移等待用戶將車輛駛?cè)耄脩魧④囕v停放好并確認后，提 升裝置帶動載車板提升到二層固定位置。下層載車板只作橫移，為上層車庫下移留出空 位，所以下層有一個空位。而用戶選擇下層車位時，可將車輛直接駛?cè)胲噹欤荒荞?入無載車板的空位。用戶取車時，停放在下層載車板的汽車可直接駛出車庫，停放在上 層載車板的汽車操作過程與停車過程類似。升降橫移式自動立體車庫通過這種停車方式 自動立體車庫結(jié)構(gòu)設計 9 可更有效的應用土地，增加單位面積停放汽車的數(shù)量。 3.2 自動立體車庫鋼結(jié)構(gòu)設計 立體車庫一般主要以鋼結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土為主，在升降橫移式車庫中可選用鋼架結(jié) 構(gòu)或鋼筋混凝土。鋼架結(jié)構(gòu)與其它建筑結(jié)構(gòu)相比，具有可靠性高，材料的強度高，鋼結(jié) 構(gòu)自重小，材料的塑性和韌性好，鋼結(jié)構(gòu)制造簡便，施工工期短等優(yōu)點。而使用鋼筋混 凝土建設車庫，建設周期過長同時也無法滿足其精度要求。由于自動立體車庫對其結(jié)構(gòu) 精度要求比較高，所以選用鋼結(jié)構(gòu)進行設計。如圖3.2 所示自動立體車庫鋼結(jié)構(gòu)框架圖， 包括前后支撐柱，縱梁和橫梁。 圖3.2 立體車庫的框架原理圖 3.2.1 支撐柱設計 1．支撐柱受力分析 車庫停放車輛最大質(zhì)量為1800kg， 其車輛前后輪載荷以3: 2分布進行計算； 載車板質(zhì)量為約為600kg； 每個車位滿載為2400kg； 無錫太湖學院學士學位論文 10 圖3.3 立體車庫的支撐柱受力圖 當車庫空載時支撐柱的受力如圖3.3 所示： 1360N92P???后前 （3.1） 式（3.1）為車庫受力計算； 其中 為前支撐柱所受的力；P前 其中 為前支撐柱所受的力。后 當車庫滿載時支撐柱的受力： 13360+180N2525????前 （3.2） 1980P后 （3.3） 式（3.2）（3.3）為車庫受力計算。 ，所以對前支撐柱進行校核。P?后前 由于支撐柱主要受壓應力和剪切力作用，而支撐柱受剪切力影響較小，所以主要對 支撐柱的壓應力進行校核和穩(wěn)定性分析。 2．支撐柱的材料選擇和校核 根據(jù)《材料力學》附錄Ⅱ表4，選用20a熱軋工字鋼（GB 706—88） [15]，材料使用 Q235A； 自動立體車庫結(jié)構(gòu)設計 11 圖3.4 20a熱軋鋼示意圖 20a熱軋工字鋼參數(shù)： 屈服極限 ；235sMpa?? 彈性模量 ； 061E? 比例極限 ； 抗拉強度 ；375pa?～ 高度 h=200mm； 腿寬度 b=100mm； 腰厚度 d=7mm； 橫截面積 W=35.578cm2； 慣性矩 ， ；42370Ixcm?4y158Ic? 截面系數(shù) ， ；3W3. 慣性半徑 ， ；8.xi2yi ；:1IS 支撐柱屈服強度校核： ； 42507.8Mpa2353.1PspaW???????? （3.4） 式（3.4）為支撐柱屈服強度公式。 支撐柱屈服強度遠大于7.08Mpa，所以符合屈服強度要求。 支撐柱的穩(wěn)定性校核： 壓桿的長度因數(shù) ，由于壓桿的約束條件是一端固定一端自由，所以 ；u 2u? 慣性半徑 ；min2.1yc? 無錫太湖學院學士學位論文 12 支撐柱長度 ；230lcm? 支撐柱的柔度： min23016.98.ul???? （3.5） 51 201ppE????? （3.6） 式（3.5）（3.6）為支撐柱的柔度計算公式。 根據(jù)《材料力學》表9.2： , ；304Mpa?1.2pab 2356..s???? （3.7） 式（3.7）為直線公式的最小柔度計算公式。 支撐柱的柔度 大于 和 ， ，則前立柱屬于細長桿，?12123.591.??? 應按歐拉公式計算臨界載荷 。crp 立柱的工作載荷 ；max0NP前 由歐拉公式求得臨界壓力； 金屬結(jié)構(gòu)中的壓桿安全系數(shù) 1.8~3,nn????取 ?? 2r5cEIl? （3.8） 式（3.8） 為臨界壓力計算公式。rcP 前支撐柱的穩(wěn)定安全系數(shù) 3max15836.02crPnn???? （3.9） 式（3.9）安全系數(shù)計算公式。 所以滿足穩(wěn)定要求。 3.2.2 橫梁受力分析 橫梁主要受載車板和汽車重量所產(chǎn)生的拉應力和彎曲應力作用，根據(jù)《材料力學》 附錄Ⅱ表4，選用20a 熱軋工字鋼（ GB 706—88） [15]，材料使用Q235A 自動立體車庫結(jié)構(gòu)設計 13 圖3.5 橫梁圖 圖3.5 橫梁圖紙所示其總長度為 ，縱梁以 的間距分別連接與橫梁上，通過7.5m2.5 螺栓進行連接。對橫梁進行受力分析，并繪制受力簡化圖，如圖3.6 所示。 圖3.6 橫梁受力分析圖 根據(jù)圖3.6 所示由靜力平衡方程式求出A,B兩點處的支反力 和 ：RAFB 前橫梁受力： 1213+680N5F???車 載 （3.10） 式（3.10）為前橫梁受力計算公式。 后橫梁受力： 1213+205FF???車 載 （3.11） 式（3.11）為后橫梁受力計算公式。 由于前橫梁所受的力大于后橫梁所受的力，所以對前橫梁進行校核。 R16802.50(2.5)16.87BFKN???? A.168.. （3.12） 式（3.12）為AB兩點支反力計算公式。 四個集中力作用在截面上的彎矩分別為 ， ; AM=0BR12.540NFm??A 無錫太湖學院學士學位論文 14 2RB.5420NMFm??A （3.13） 式（3.13）為橫梁彎矩計算公式。 從圖中可得最大彎矩 ;max420?A ??617.3zKNMpaW????? （3.14） 式（3.14）為橫梁彎曲許用應力計算公式。 符合彎曲許用應力條件。 校核梁的切應力 查表得 ； 。:17.2IxS?d0.cm 由剪力圖得： ,代入切應力強度條件，maxF6.8SKN ?? *a 2213.9517.0.zs MpaIb? ??????? （3.15） 式（3.15）為橫梁切許用應力計算公式。 進過校核橫梁滿足正應力和切應力強度條件。 3.2.3 縱梁受力分析 根據(jù)《材料力學》附錄Ⅱ表4，選用20a熱軋工字鋼（GB 706—88） [15]，材料使用 Q235A； 圖3.7 縱梁圖 如圖3.7 所示縱梁圖紙，縱梁長度為 ，其固定點的間距為 ，固定點離縱梁兩5.m4m 端分被為 ?？v梁主要受載車板和汽車重量所產(chǎn)生的拉應力和彎曲應力，對縱梁進行0.75m 受力分析，并繪制受力簡化圖如圖3.8 所示。 自動立體車庫結(jié)構(gòu)設計 15 圖3.8 橫梁受力分析圖 由靜力平衡方程式求出A,B兩點處的支反力 和 ：RAFB 左右縱梁： ；121+60N2F???車 載 中間縱梁 12F車 載 （3.16） 式（3.16）為縱梁受力計算公式。 由于中間縱梁所受的力大于左右縱梁所受的力，所以對中間縱梁進行校核。 ;R120(41)26BFKN???? A0 （3.17） 式（3.17）為AB兩點的支反力計算公式。 四個集中力作用在截面上的彎矩分別為 ， ; AM=0BR12NFm??A 2 （3.18） 式（3.18）為縱梁彎矩計算公式。 從圖中可得最大彎矩 無錫太湖學院學士學位論文 16 ；max120NM?A ??65.37z paW????? （3.19） 式（3.19）為縱梁彎許用應力計算公式。 符合彎曲許用應力條件。 校橫梁的切應力： 查表得 ；:17.2IxS? ；d0.cm 由剪力圖 ,代入切應力強度條件，maxF12SKN? ?? *max229.717..1zs MpaIb? ?????? （3.20） 式（3.20）為縱梁切應力計算公式。 所以橫梁滿足正應力和切應力強度條件。 3.3 載車板受力分析校核 根據(jù)《材料力學》附錄Ⅱ表4，選用14b熱軋槽鋼（GB 706—88） [15]，材料使用 Q235A； 如圖3.9 所示，載車板的總長度為5.5m,而載車板受到力為 ,受力的長度為 。q=180N4m 對載車板進行彎曲變形校核。 圖3.9 載車板圖紙 對載車板受力分析，如圖3.10 所示： 自動立體車庫結(jié)構(gòu)設計 17 圖3.10 橫梁受力分析圖 上層載車板使用鋼絲進行固定升降，其載重后不能變形過大，否則會影響其正常運 行，對車輛安全產(chǎn)生影響。所以對載車板進行校核。 根據(jù)材料力學書， 撓曲方程為： 24xqlfEI?? （3.21） 式（3.21）為撓曲計算公式。 最大撓度為： 4max38qlfEI? （3.22） 式（3.22）為最大撓曲計算公式。 其中彈性模量 ；52061EMp?? 慣性矩 ， ， ；49Ixcm4y.Ic4y61.Ic? 受力長度 ； l 計算得： ； 445max 18809.310m3826.qlfEI ?????? 經(jīng)校核后載車板的變形量僅為 ，滿足要求。59.3m? 載車板的強度校核： 載車板共使用4根相同的熱軋槽鋼 22max0.04M98qlKN???A （3.23） 式（3.23）為彎矩計算公式。 查材料力學附錄表3， 3=87.1zWcm 最大應力為： ?? 3maxax690.Mpa<.zM?????? （3.24） 式（3.24）為載車板強度校核計算公式。 所以載車板使用14b熱軋槽鋼滿足強度要求， 同時也滿足撓度要求。 3.4 本章小結(jié) 本章主要對自動立體車庫框架主體進行設計校核，其中包括立體車庫的支撐柱的材 無錫太湖學院學士學位論文 18 料選擇再對其進行穩(wěn)定性校核，縱梁和橫梁的材料選擇以及正應力和切應力強度的校核。 本章還對載車板進行材料選擇，強度和擾度校核。 4 自動立體車庫的傳動系統(tǒng) 立體車庫的傳動系統(tǒng)大多采用的是機械傳動，而采用液壓傳動的較少。液壓傳動與 機械傳動相比較而言有較多優(yōu)點。自動車庫中液壓傳動最大的優(yōu)點是噪聲小，工作較平 穩(wěn)，單位體積重量輕，易于進行自動化控制。在如今人們注重居住舒適情況下，液壓傳 動對立體車庫噪聲的減小有很大幫助，這可以使自動立體車庫有更大的應用空間。因此， 在歐美等發(fā)達國家自動立體車庫已向液壓傳動方式發(fā)展。 4.1 上層載車板提升裝置設計 上層載車板是使車輛從地面提升到上層并提供安全穩(wěn)定的停車空間的重要提升裝置。 所以上層載車板選用卷筒，導輪，鋼絲繩和液壓馬達來完成一系列提升運動。 4.1.1 升降傳動系統(tǒng)設計 升降系統(tǒng)安裝車庫的頂部，卷筒，液壓馬達和傳動軸安裝在后橫梁上，導輪安裝在 縱梁上。 根據(jù)設計需要選擇卷筒，根據(jù)起重設計手冊選取T153卷同組，其參數(shù)為 ，03Dm? 最大提升高度為 ,起重量為 ,其配套選用的鋼繩直徑為 。載車板提升時16m50kg1.5 需要導輪和卷筒組共同運動才能完成。 如圖4.1所示： 重 物導 輪卷 同 組 圖4.1 提升機工作原理 自動立體車庫結(jié)構(gòu)設計 19 計算作用在卷筒上的力； 卷筒受到汽車重量載車板重量之外，還受到導輪所產(chǎn)生的摩擦力。其鋼繩與導輪之 間的摩擦系數(shù) 。0.2f? 故有 +F(1806(1806).028f N??????車 載 車 載 ） （4.1） 式（4.1）為卷筒組受力計算公式， 式中 為液壓馬達所受的力。 所以液壓馬達所受力為28800N，