升降横移式立体车库毕业设计论文

安 徽 建 筑 工 业 学 院毕 业 设 计 (论 文 )专 业 机 械 设 计 制 造 及 其 自 动 化 班 级 06 城 建 机 械 （ 2） 班 学 生 姓 名 王 朋 朋 学 号 06290070228 课 题 一 种 升 降 横 移 式 立 体 车 库 的 机 械 结 构 设 计 指 导 教 师 陈 奇 2010 年 06 月 06 日摘 要立 体 车 库 是 专 门 实 现 各 种 车 辆 的 自 动 停 放 及 科 学 寄 存 的 仓 储 设 施 。随 着 城 市 汽 车 保 有 量 的 不 断 增 加 ， 停 车 难 问 题 己 经 成 为 大 中 型 城 市 的 一个 普 遍 现 象 。 机 械 式 立 体 停 车 库 可 充 分 利 用 上 地 资 源 ， 发 挥 空 间 优 势 ，最 大 限 度 地 停 放 车 辆 ， 成 为 解 决 城 市 静 态 交 通 问 题 的 重 要 途 径 。 本 课 题以 较 为 典 型 的 升 降 横 移 式 立 体 车 库 为 研 究 对 象 ， 综 合 考 虑 立 体 车 库 制 造成 本 和 运 行 效 率 的 双 重 因 素 ， 对 车 库 的 钢 结 构 及 控 制 策 略 进 行 了 分 析 优化 。本 文 在 对 国 内 外 车 库 现 状 及 发 展 趋 势 做 了 充 分 调 研 的 基 础 上 ， 选 择三 层 四 列 式 车 库 结 构 为 研 究 模 型 。 文 章 简 单 介 绍 了 车 库 的 主 体 结 构 和 特点 ， 对 车 库 的 控 制 系 统 也 作 了 简 单 的 说 明 ， 依 据 升 降 横 移 式 立 体 车 库 的运 行 原 理 ， 对 车 库 钢 结 构 骨 架 进 行 了 有 限 元 分 析 ， 并 通 过 强 度 理 论 进 行校 核 ， 保 证 了 车 库 的 安 全 性 在 有 限 元 分 析 的 基 础 上 ， 对 车 库 钢 结 构 骨 架进 行 合 理 优 化 ， 使 车 库 钢 结 构 重 量 减 少 了 14%左 右 ， 降 低 了 车 库 制 造 成本 。关 键 词 ： 立 体 车 库 钢 结 构 结 构 优 化 有 限 元IAbstract The three-dimensional garage is the storage which is used for automatic parking and scientific storage of kinds of automobile. As the quantity of urban automobile has increased continuously in nowadays ,the hard-to-park problem has become a common phenomenon mechanical stereo garage can use land resource sufficiently and bring space advantage into play ,and maximize the number of parking cars .It has become an important way for static traffic problem of cites .The issue studies the topic mechanical parking system which named up-down and translation stereo garage ,and regards of the two factors of cost of manufacture and operational efficiency synthetically ,and analyses and optimizes the structure and the control strategies of the garage .On the basis of investigation on current situation and developing trend of garage in domestic an abroad, we choose three-layer and four-formulistic garage structure as the research model .The paper simply introduces main structure and characteristics of garage and also gives a short introduction to its control system .The finite element analysis of steel structure of garage is utilized .In order to the guarantee the security of garage, it is checked according to the strength theory. Based on the finite element analysis, reasonable optimization of steel structure of garage is performed .The weight of steel structure of garage is reduced by 14% or so and the manufacturing cost is reduced.Keywords: stereo garage steel structure structural optimization finite elementII目 录第 一 章 绪 论 .11.1 课 题 的 来 源 和 研 究 意 义 .11.1.1 课 题 的 来 源 .11.1.2 课 题 的 研 究 意 义 .21.2 立 体 车 库 的 国 内 外 现 状 及 发 展 趋 势 .31.2.1 立 体 车 库 国 内 外 现 状 .31.2.2 立 体 车 库 发 展 趋 势 .51.3 课 题 的 主 要 研 究 内 容 .6第 二 章 升 降 横 移 式 立 体 车 库 的 总 体 方 案 设 计 .82.1 产 品 的 选 型 和 定 位 .82.1.1 当 前 立 体 车 库 的 种 类 及 其 特 点 .82.2 升 降 横 移 式 立 体 车 库 的 工 作 原 理 .142.3 机 械 结 构 方 案 设 计 .152.3.2 车 库 的 主 体 结 构 .162.4 电 控 系 统 方 案 设 计 .202.5 影 响 因 素 分 析 .212.6 本 章 小 结 .22第 三 章 立 体 车 库 模 型 简 化 及 力 学 分 析 .233.1 车 库 结 构 数 学 模 型 .233.2 立 体 车 库 受 力 情 况 假 设 .253.3 立 体 车 库 受 力 情 况 分 析 .253.3.1 立 柱 受 力 分 析 .263.3.2 导 轨 支 撑 梁 分 析 .293.3.3 横 梁 受 力 分 析 .293.3.4 结 果 分 析 .323.4 本 章 小 结 .324.1 有 限 元 方 法 概 述 .33III4.2 ANSYS 有 限 元 分 析 软 件 简 介 .344.2.1 ANSYS 软 件 的 组 成 .344.3.1 单 个 横 梁 的 有 限 元 分 析 .374.3.2 导 轨 支 撑 梁 的 分 析 .434.3.3 载 车 板 的 分 析 .474.4.1 立 柱 压 杆 稳 定 性 校 核 .504.4.2 导 轨 支 撑 梁 强 度 校 核 .524.4.3 上 层 横 梁 强 度 校 核 .524.5 钢 结 构 优 化 .534.6 本 章 小 结 .54第 五 章 总 结 与 展 望 .55参 考 文 献 .56附 录 1： 英 文 文 献 .58附 录 2:英 文 文 献 翻 译 .66附 录 3： 安 徽 建 筑 工 业 学 院 毕 业 设 计 (论 文 )任 务 书 .731升 降 横 移 式 立 体 车 库 的 机 械 结 构 设 计机 械 与 电 气 工 程 系 机 械 设 计 及 其 自 动 化 专 业06 城 建 机 械 （ 2） 班 ： 王 朋 朋 指 导 老 师 ： 陈 奇第 一 章 绪 论1.1 课 题 的 来 源 和 研 究 意 义1.1.1 课 题 的 来 源由 于 经 济 的 发 展 ， 城 市 人 口 、 城 市 车 辆 逐 年 增 多 ， 市 区 停 车 问 题 亟 待 解 决 。 特 别是 汽 车 工 业 和 建 筑 业 两 大 支 柱 产 业 的 快 速 发 展 ， 在 一 些 大 、 中 城 市 相 继 出 现 了 停 车 难和 乱 停 车 的 现 象 。 传 统 的 单 层 平 面 停 车 场 占 用 大 量 宝 贵 的 土 地 资 源 ， 越 来 越 不 能 满 足需 求 。 在 解 决 城 市 城 市 停 车 难 的 问 题 中 ， 机 械 式 立 体 停 车 设 备 以 其 独 特 的 优 点 ， 引 起了 各 界 的 重 视 ， 得 到 了 广 泛 的 应 用图 1-1 停 车 难 和 乱 停 车 的 现 象我 国 自 改 革 开 放 以 来 ， 房 地 产 业 和 汽 车 工 业 两 大 支 柱 产 业 得 到 了 高 速 发 展 ， 尤 其随 着 我 国 城 市 建 设 速 度 的 加 快 和 人 民 生 活 水 平 的 提 高 ， 轿 车 进 入 家 庭 己 成 为 必 然 趋 势 。据 国 家 统 计 局 的 统 计 ， 截 止 到 年 底 ， 我 国 汽 车 保 有 量 达 到 2421 万 辆 ， 比 增 加 万 辆 ， 年增 长 率 。 其 中 私 人 轿 车 保 有 量 达 到 万 辆 ， 七 年 增 加 万 辆 ， 年 增 长 率 。 全 国 轿 车 产 量 在上 世 纪 年 代 和 年 代 各 有 一 次 爆 发 性 增 长 期 ， 分 别 是 年 1986 年 1988 年 ， 年 增 幅 度 在260%以 上 ;1990 年 1993 年 ， 年 增 幅 在 40%以 上 ;2002 年 开 始 进 入 又 一 增 长 期 ;2003 年全 国 轿 车 产 量 首 次 突 破 200 万 辆 ， 达 到 206.89 万 辆 ， 比 2002 年 增 长 8.7%;同 时 ，2003 年 全 年 轿 车 销 售 204 万 辆 ;2004 年 全 国 汽 车 产 量 达 到 55 万 辆 ， 比 2003 年 增 长 25%，其 中 轿 车 产 量 达 到 280 万 辆 ， 比 2003 增 长 40%； 预 计 2010 年 我 国 汽 车 保 有 量 将 达 到5500 万 辆 左 右 ， 轿 车 保 有 量 将 达 到 2000 万 辆 （ 如 图 1-2） 所 示 。图 1-2 汽 车 保 有 量 与 私 人 轿 车 保 有 量 随 时 间 变 化 曲 线 图 速许 多 大 中 城 市 交 通 设 施 落 后 ， 道 路 堵 塞 严 重 ， 停 车 难 、 乱 停 车 与 不 断 增 长 的 机 动车 保 有 量 间 的 矛 盾 日 益 突 出 ， 早 己 是 社 会 普 遍 关 注 的 焦 点 问 题 。 怎 样 解 决 这 个 日 益 突出 的 矛 盾 难 道 要 限 制 汽 车 增 长 吗 显 然 这 不 合 经 济 发 展 的 潮 流 ， 只 有 充 分 利 用 现 有 的 有限 资 源 ， 大 力 加 强 静 态 交 通 的 建 设 ， 才 能 有 效 解 决 “停 车 难 ”问 题 ， 因 此 “立 体 车 库 ”应 运 而 生 。机 械 立 体 车 库 是 一 种 多 平 面 的 空 间 立 体 车 库 ， 它 以 单 层 平 面 停 车 库 为 核 心 ， 通 过微 机 (即 通 过 上 位 机 对 车 库 进 行 统 一 的 管 理 、 监 控 1 与 PLC 控 制 来 进 行 车 位 的 空 间 位 置变 动 ， 使 车 位 实 现 由 空 间 到 平 面 的 转 化 ， 从 而 实 现 多 层 平 面 停 车 的 功 能 。 它 具 有 占 地少 、 停 车 多 、 投 资 少 、 停 车 方 式 先 进 等 优 点 。 智 能 立 体 车 库 由 机 械 传 动 系 统 、 电 气 控制 系 统 、 检 测 系 统 、 收 费 系 统 及 其 相 应 的 设 备 组 成 。 机 械 车 库 与 传 统 的 自 然 地 下 车 库相 比 ， 在 许 多 方 面 都 显 示 出 优 越 性 。 机 械 车 库 与 地 下 车 库 相 比 可 更 加 有 效 地 保 证 人 身和 车 辆 的 安 全 ， 人 在 车 库 内 或 车 不 停 准 位 置 ， 由 电 子 控 制 的 整 个 设 备 便 不 会 运 转 。 应该 说 ， 机 械 车 库 从 管 理 上 可 以 做 到 彻 底 的 人 车 分 流 。1.1.2 课 题 的 研 究 意 义车 辆 无 处 停 放 的 问 题 是 城 市 的 社 会 、 经 济 、 交 通 发 展 到 一 定 程 度 产 生 的 结 果 ， 立体 停 车 设 备 的 发 展 在 国 外 ， 尤 其 在 日 本 已 有 近 3040 年 的 历 史 ， 无 论 在 技 术 上 还 是 在3经 验 上 均 已 获 得 了 成 功 。 我 国 也 于 90 年 代 初 开 始 研 究 开 发 机 械 立 体 停 车 设 备 ， 距 今 已有 十 年 的 历 程 。 由 于 很 多 新 建 小 区 内 住 户 与 车 位 的 配 比 为 1:1， 为 了 解 决 停 车 位 占 地面 积 与 住 户 商 用 面 积 的 矛 盾 ， 立 体 机 械 停 车 设 备 以 其 平 均 单 车 占 地 面 积 小 的 独 特 特 性 ，已 被 广 大 用 户 接 受 。机 械 车 库 与 传 统 的 自 然 地 下 车 库 相 比 ， 在 许 多 方 面 都 显 示 出 优 越 性 。 首 先 ， 机 械车 库 具 有 突 出 的 节 地 优 势 。 以 往 的 地 下 车 库 由 于 要 留 出 足 够 的 行 车 通 道 ， 平 均 一 辆 车就 要 占 据 40 平 方 米 的 面 积 ， 而 如 果 采 用 双 层 机 械 车 库 ， 可 使 地 面 的 使 用 率 提 高80 90 ， 如 果 采 用 地 上 多 层 （ 21 层 ） 立 体 式 车 库 的 话 ， 50 平 方 米 的 土 地 面 积 上 便可 存 放 40 辆 车 ， 这 可 以 大 大 地 节 省 有 限 的 土 地 资 源 ， 并 节 省 土 建 开 发 成 本 。 机 械 车 库与 地 下 车 库 相 比 可 更 加 有 效 地 保 证 人 身 和 车 辆 的 安 全 ， 人 在 车 库 内 或 车 不 停 准 位 置 ，由 电 子 控 制 的 整 个 设 备 便 不 会 运 转 。 应 该 说 ， 机 械 车 库 从 管 理 上 可 以 做 到 彻 底 的 人 车分 流 。在 地 下 车 库 中 采 用 机 械 存 车 ， 还 可 以 免 除 采 暖 通 风 设 施 ， 因 此 ， 运 行 中 的 耗 电 量比 工 人 管 理 的 地 下 车 库 低 得 多 。 机 械 车 库 一 般 不 做 成 套 系 统 ， 而 是 以 单 台 集 装 而 成 。这 样 可 以 充 分 发 挥 其 用 地 少 、 可 化 整 为 零 的 优 势 ， 在 住 宅 区 的 每 个 组 团 中 或 每 栋 楼 下都 可 以 随 机 设 立 机 械 停 车 楼 。 这 对 眼 下 车 库 短 缺 的 小 区 解 决 停 车 难 的 问 题 提 供 了 方 便条 件 。1.2 立 体 车 库 的 国 内 外 现 状 及 发 展 趋 势1.2.1 立 体 车 库 国 内 外 现 状立 体 车 库 是 根 据 自 动 物 流 系 统 物 料 传 输 的 原 理 。 采 用 多 层 高 架 式 存 放 车 辆 的 大 型停 车 设 备 。 它 发 祥 于 20 年 代 的 美 国 ,是 在 繁 华 拥 挤 的 都 市 里 ,为 了 解 决 停 车 难 所 采 取 的一 种 措 施 。 50 年 代 以 后 ,伴 随 着 私 人 小 汽 车 的 大 量 涌 现 ,美 国 、 西 欧 相 继 发 明 了 多 种 形式 的 立 体 车 库 。 到 了 六 七 十 年 代 ,德 国 、 日 本 、 韩 国 等 国 家 以 及 香 港 和 台 湾 等 地 区 则 大有 后 来 居 上 之 势 。 近 年 来 ,立 体 车 库 从 造 型 、 结 构 、 控 制 、 驱 动 、 监 测 、 材 料 、 保 险 等方 面 不 断 更 新 换 代 ,日 趋 完 美 ,井 广 泛 应 用 于 宾 馆 、 商 业 大 楼 、 各 种 娱 乐 场 所 、 机 场 、码 头 及 繁 华 商 业 街 等 车 辆 密 集 地 区 。 立 体 车 库 的 诞 生 ,尽 管 仍 有 不 尽 人 意 之 处 ,但 它 的确 为 缓 解 交 通 拥 挤 解 决 停 车 难 开 辟 了 一 条 新 的 途 径 。4图 1-3 垂 直 提 升 式 立 体 车 库我 国 在 20世 纪 年 代 初 开 始 研 制 机 械 式 立 体 车 库 ， 进 入 90年 代 ， 有 了 突 飞 猛 进 的 发展 。 从 1992年 进 口 第 一 座 垂 直 循 环 式 车 库 到 1996年 成 立 立 体 停 车 设 备 协 会 ， 短 短 几 年时 间 就 完 成 了 从 产 品 和 技 术 引 进 到 自 主 开 发 、 制 造 的 过 程 。 几 年 来 各 种 类 型 的 车 库 设备 相 继 出 现 ， 协 会 成 员 己 发 展 到 60多 家 企 业 和 研 究 院 所 。 目 前 上 海 、 北 京 、 深 圳 、 广州 、 天 津 、 成 都 、 大 连 、 南 京 、 济 南 、 福 州 、 沈 阳 等 城 市 都 相 继 出 现 了 立 体 车 库 。 库型 以 小 型 车 库 为 主 ， 100个 车 位 以 下 的 占 64%， 100-500个 车 位 的 占 33%， 500个 车 位 以上 的 大 型 车 库 占 3%， 但 已 有 增 长 的 势 头 。 使 用 地 以 商 业 住 宅 小 区 为 主 ， 用 于 小 区 配 套的 占 50%， 单 位 自 用 停 车 库 占 30%， 公 共 停 车 库 占 20%。我 国 立 体 停 车 设 备 的 技 术 主 要 来 自 日 本 。 生 产 初 期 大 多 是 仿 制 日 本 等 国 的 产 品 ，经 过 多 年 的 努 力 ， 到 目 前 己 经 形 成 一 定 的 生 产 规 模 和 市 场 。 据 有 关 方 面 统 计 ， 目 前 约有 生 产 企 业 100余 家 ， 成 立 了 由 国 家 认 可 的 立 体 停 车 设 备 制 造 企 业 资 质 认 证 中 心 。 产 品有 很 大 部 分 来 自 自 开 发 项 目 ， 生 产 技 术 水 平 也 有 了 很 大 提 高 。目 前 国 内 立 体 停 车 设 备 是 以 升 降 横 移 类 为 主 ， 约 占 总 量 的 84%。 此 外 还 有 垂 直 升 降类 和 平 面 移 动 类 。 在 技 术 方 面 ， 由 最 初 的 机 械 传 动 式 逐 步 在 发 展 液 压 传 动 式 、 机 械 液压 传 动 式 、 电 传 动 式 。 控 制 方 式 也 由 单 纯 的 手 动 控 制 发 展 到 电 气 控 制 、 控 制 和 现 场 总线 控 制 。与 各 种 先 进 技 术 的 融 合 将 促 进 停 车 场 向 高 技 术 方 向 的 发 展 ， 形 成 停 车 场 产 业 。 我国 停 车 场 的 需 求 在 不 断 增 大 ， 尽 管 我 国 立 体 停 车 设 备 工 业 起 步 较 晚 ， 但 人 们 己 经 认 识到 立 体 停 车 场 建 设 的 必 要 性 和 紧 迫 性 。 我 国 机 械 停 车 行 业 从 第 一 台 机 械 式 立 体 停 车 设备 的 建 成 到 现 在 ， 己 经 走 过 了 二 十 多 个 年 头 时 间 。 从 姗 姗 起 步 到 近 几 年 的 高 速 蓬 勃 发5展 机 械 式 停 车 设 备 ， 从 最 初 人 们 对 它 的 陌 生 和 排 斥 使 用 到 如 今 在 大 中 城 市 的 现 代 化 建筑 、 居 民 小 区 等 场 合 被 大 量 采 用 ， 最 终 成 为 解 决 城 市 “停 车 难 ”的 一 种 有 效 工 具 ， 立体 车 库 经 历 了 它 发 展 的 低 谷 和 高 潮 ，特 别 是 机 械 式 立 体 车 库 在 最 近 几 年 发 展 尤 其 迅 速 ， 可 以 预 见 在 未 来 时 间 里 立 体 车 库 将会 呈 现 处 越 来 越 多 的 优 势 ， 使 立 体 车 库 技 术 会 像 汽 车 一 样 得 到 飞 跃 式 的 发 展 ， 。虽 然 我 国 停 车 设 备 行 业 和 技 术 得 到 了 快 速 发 展 ， 但 与 停 车 设 备 的 市 场 需 求 还 相 差甚 远 。 停 车 设 备 需 要 进 一 步 降 低 制 造 成 本 ， 提 高 技 术 含 量 以 及 设 备 使 用 的 安 全 性 和 可靠 性 。1.2.2 立 体 车 库 发 展 趋 势随 着 当 今 社 会 各 种 高 新 技 术 的 引 入 ， 立 体 车 库 正 在 向 专 业 化 、 复 杂 化 、 智 能 化 和高 自 动 化 方 向 发 展 ， 重 点 表 现 为 以 下 几 个 方 面 专 业 化 立 体 车 库 系 统 稳 定 可 靠 ， 能 正 常 运 行 而 不 出 故 障 是 用 户 的 首 要 要 求 ， 也是 一 套 停 车 场 系 统 的 重 中 之 重 。 因 此 ， 必 须 提 高 制 造 厂 家 的 专 业 化 程 度 ， 才 能 保 证 设备 的 可 靠 性 ， 立 体 车 库 的 软 硬 件 设 施 及 各 种 设 备 的 配 套 也 应 当 达 到 专 业 化 程 度 。 复 杂 化 立 体 车 库 产 业 正 在 向 多 元 化 方 向 发 展 ， 它 已 经 不 仅 是 纯 粹 的 机 械 设 备 ，还 包 含 了 当 今 机 械 、 电 子 、 建 筑 、 液 压 、 光 学 、 磁 控 、 管 理 和 计 算 机 技 术 等 领 域 的 大量 先 进 技 术 。 立 体 停 车 系 统 己 经 日 臻 完 善 ， 如 汽 车 出 入 车 库 时 采 用 声 光 引 导 和 定 位 、汽 车 尺 寸 和 重 量 自 动识 别 、 限