立体车库毕业设计

二 五 届 本 科 毕 业 设 计 论 文 第 1 页 共 38 页 1 1绪论绪论 随着我国经济的发展 汽车工业的发展 居民收入的提高 鼓励汽车进入家庭 及一系列相关政策的实施 城市交通中的汽车数量越来越多 在一些商业中心 车 站 码头 饭店 住宅区 如何利用有限空间 最大限度停放汽车已成为一个大问 题 而立体车库以其平均单车占地面积小的独特特性 已被逐渐推广并被广大用户 接受 立体车库是一种集机 光 电一体化的高度自动化停车场所 是典型的机电一 体化系统 它发祥于 20 年代的美国 50 年代以后 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 在我国 停车设备的研制才处于起步阶段 随着小汽车不断进入家庭 停车难 的问题将日益突出 在人口稠密的大都市 仅靠地面停车是远远不够的 要朝空中 和地下发展 因此 停车设备的研制具有广阔的前景 立体车库的主要优点有 1 节省占地面积 节省大量投资 立体车库的占地面积相当于同等地面停车场 的 1 3 1 20 对于城市寸土寸金的面积不大的黄金地带 建立体车库经济效益相当 可观 2 出入库管理方便 省时省力 它不需要车主找车 出入库管理全由电脑控制 操作简单 库内的存车数量 存车位置 存车时间等全可以显示在操作盘上 一目 了然 自动化程度相当高 3 可避免车辆的丢失和损坏 完善的闭锁装置可保证汽车安然无恙 外部人员 不能随意进入 汽车不会受到人为的损伤和丢失 4 配置灵活 车库规模可大可小 形式多样 适应性广 立体车库发展到今天已出现了以下几种常见形式 1 水平循环式 该形式的主体为一水平放置的链式输送机 车辆停放在链式传 送带的托盘上 随着车辆的出入库 所有车辆同时按固定次序作循环运动 由平动 机构确保车辆始终处于水平状态 整套系统由一大型电机单独驱动 一般可停放十 几辆车 2 垂直循环式 该形式的主体是垂直回转链式输送机 车辆停放在呈圆形或长 圆形配置的托盘上 有做垂直循环运动的链条带动 在平动机构控制下保持车位水 平 也是由单一大型电机单独驱动 一般可停车 10 40 辆 3 升降横移式 该形式多为中 小型车库 停放车辆数目从几辆到几十辆不等 一般采用 2 5 层结构 二 五 届 本 科 毕 业 设 计 论 文 第 2 页 共 38 页 日本作为一个人口稠密 车辆较多 道路条件较差的国家 它在立体车库的技 术研究与开发 制造 建设 法规及管理等方面都处于世界领先地位 而立体车库 在我国是近年来才刚刚引进的 其市场潜力是巨大的 但同时也存在着自发性 盲 目性 滞后性等问题 因此各有关方面应及时采取相应对策 进行有力的宏观调控 方能进一步推动立体车库市场的深入发展 二 五 届 本 科 毕 业 设 计 论 文 第 3 页 共 38 页 2 2 总体方案设计总体方案设计 立体车库存取车辆的工作原理的优劣 直接影响到车主等待时间的长短 在现 代社会的快节奏生活中 采用一套原理便捷的存取车辆的方案 可以大大减少车主 等待的时间 这对车库的效益和信誉都具有重要的意义 本次任务是设计一个两层可停放 5 辆小汽车的立体车库 根据分析该车库将占 据三个地面车位 其上层停放 3 辆汽车 下层停放 2 辆 下层空余的 1 个车位用于 存取车时的周转 可见该车库属于升降横移式立体车库 满足以上基本要求的存取车方案可以由不同数量的升降机构 横移机构 出入 口以不同的组合形式和空间布置构成 而合理完善的方案应保证工作可靠安全 结 构简单 尺寸紧凑 成本低廉 维护方便和顾客等待时间短等要求 根据设计任务书的基本要求和给出的相关依据 下面列出了三种方案进行比较 以供选择选择 a 底层边位作为出入口兼周转空车位 b 底层中间位作为出入口兼周转空车位 c 底层 3 个车位均为出入口 其中任意一个均可用于周转 以上三种方案的示意图如图 2 1 所示 对这三种方案的分析如表 2 1 所示 表 2 1 方案的比较分析 方案一方案二方案三 1 存取车最多 最少移动的车辆数5 13 13 0 2 横移机构数目221 3 升降机构数目 233 由表 2 1 第 1 项 满载时存取车时最多 最少移动的车辆数的分析结果可 知 方案三在存取某一辆车时 对其他车位上车辆的影响最小 这样车库工作时就最 安全 速度最快 顾客满意度最高 图 2 1 总体方案比较 二 五 届 本 科 毕 业 设 计 论 文 第 4 页 共 38 页 由表 2 1 第 2 项 横移机构数目的分析结果可知 方案三的横移机构只有 底层的一套 前两个方案则在二层也须设计安装横移机构 而在二层安装横移机构 一方面要考虑该横移机构与升降机构的合理过渡 另一方面对车库的整个框架建筑 也提出了更高的承载和结构要求 这都给设计及施工带来一定的困难 也必然增加 相应的建设资金 由表 2 1 第 3 项 升降机构数目的分析结果可知 方案一所需的升降机构 较少 但是本次设计的升降机构要求采用液压提升 而一般一台小泵站供给 3 个车 位上的 3 个液压缸工作是比较容易的 所以 升降机构数目的多少对整个方案的影 响不是很大 通过以上分析比较 最适合的是方案三 而且有三个出入口 最多可同时对三 辆车进行存取操作 此外 停电时车库也能在底层停放两到三辆车 底层的 2 个车 位只横移且均可做出入口 其中任意一个可作周转用 二层 3 个车位只升降 平时 车库无车时 所有液压缸卸荷 停车板均位于底层 二层用的停车板在上 底层的 停车板在下 存车时车辆首先开上某一上层车位的停车板 人员离去 启动液压提 升机构 提升相应停车板及车辆至二层 后来的车辆可直接停于其下方 取车时 若是停于底层的车可直接开出 若是停于二层的车要先判断其下方车位是否有车 若无车则直接降至一层后将车开出 若有车则先将其下方的车横移到旁边的车位 再降下停车板 将车开出 本设计中汽车进出库采用开车入库 倒车出库的方式 不设计转向机构 这是 因为 1 上层停车板采用液压系统举升 停车板与液压活塞杆固定 不适合转向 2 本车库结构紧凑 没有多余空间供转向 3 车库有三个自由进出口 不便使用转向机构 4 车库占地面积小 停放车辆少 而其本身就只有两层 专门设计转向机构则 必然降低其经济性 但是为了车辆进出车库的方便 在实地建设时 须对建筑方位和进出口前的场 地进行合理的规划和布置 二 五 届 本 科 毕 业 设 计 论 文 第 5 页 共 38 页 3 3 机械部分的设计计算机械部分的设计计算 立体车库的机械部分包括对停车架 液压提升机构 横移机构 安全装置等结 构的详细设计计算和选择 3 13 1 停车架的设计与计算停车架的设计与计算 立体车库是由一系列停车架和相应数量的停车板组成的 停车架主要由上停车 板 提升机构 立柱 下停车板 横移机构组成 提升上停车板的液压结构型式可 采用两种方案 即四缸直顶式和单杠侧顶式 如图 3 1 所示 a 四缸直顶式结构的优点是上停车板四点受支承 受力情况较好活塞杆主要承 受压力 且重量有四个液压缸均分 所以活塞杆所需的横截面积较小 但此方案相 对占地面积较大 因为下层车辆的进出与下层停车板的横移必须在四根活塞杆间穿 过 因此 四根活塞杆间包夹的区域必须大于底层停车板 而上层停车板须由这四 根活塞杆举升 其尺寸将更大 b 单杠侧顶式提升结构的优点是提升上停车板的传力系统简便 占地面积小 且车辆进出方便 外形美观 但上停车板的支承悬臂对立柱的倾覆力矩较大 综合以上分析 设计采用单杠侧顶式提升结构 因为立体车库的最主要目的是 尽量用较小的占地面积停放更多的车辆 再者 从设备的使用性能还应考虑车辆的 进出方便 外形美观等因素 3 1 1 停车板的设计计算 停车板用于停放车辆 承受车辆重量 并完成提升或横移的动作 因此停车板 图 3 1 上停车板液压结构型式 a 四缸直顶式 b 单杠侧顶式 a b 二 五 届 本 科 毕 业 设 计 论 文 第 6 页 共 38 页 要有足够的空间尺寸和足够的强度刚度 同时为减少提升机构和横移机构的功率输 出 其自身重量要轻 一 下停车板的设计 根据任务书给出的 收容车辆尺寸表 中 的各项车身尺寸 选取各项尺寸中最大的一组 数据 即全长 5350mm 全宽 2000mm 全高 1550mm 全重 2000kg 进行设计 如图 3 2 所示 车辆停到停车板上后 车 内人员要开门出来 因此停车板在宽度方向上 应留有足够的空间 通过对车辆的实际测量并 考虑到车辆停放时的偏心 对结果适当放大 下停车板总宽 L1 4000mm 由于下停车板只需 在其底面与支承框架固定并作横移动作 其长 度尺寸没有任何额外要求 因此根据车身全长 尺寸 并参考车辆轴距 下停车板总长 L2 5100mm 二 上停车板的设计 上停车板在提升时受倾覆力作用 其底部应有坚固的支承框架 而当它降至底 层时 该框架不能压触到下停车板 因此上停车板及其支承框架可如图 3 3 所示布 置 支承框架的最外圈尺寸大于下停车板 其四个角上用角铁或槽钢焊四个支腿 6 将上停车板架高 架高高度取 100mm 以使其不压触到下停车板 而架高的停车板 须设一引坡 11 以使车辆能平稳地开上上停车板 引坡坡度取 鉴于以上原因 15 上停车板尺寸要比下停车板的尺寸大 取总宽 L3 4400mm 总长 L4 6000mm 图 3 2 下停车板尺寸 图 3 3 上停车板结构 1 下停车板 2 滚轮 3 横移导轨 4 导轨路基 5 上停车 板支承架的槽钢 6 架高用的角铁或槽钢 7 立柱 8 导向 板 9 斜拉杆 10 上停车板 11 引坡段 以上各部件将在 后文作详细设计介绍 二 五 届 本 科 毕 业 设 计 论 文 第 7 页 共 38 页 上下停车板材料均选用厚度为 4mm 的菱形花纹钢板 GB3277 82 拼合而成 其中上停车板的引坡可直接将钢板弯折加工而成 查表 花纹钢板 GB3277 82 得 厚度为 4mm 的菱形花纹钢板的理论重量为 33 4kg m2 故上下停车板分别重 kg88060004400 4 33 上B m kg68051004000 4 33 下B m 3 1 2 停车板支承框架的设计计算 支承框架一方面支承停车钢板及车辆的重量 提高钢板刚度 另一方面起到连 接钢板与提升机构的作用 上下停车板的支承框架均采用槽钢 靠螺栓螺母将钢板 固定其上 最外圈的四根槽钢与停车板边缘留适当距离 槽钢与槽钢相交处也留有 一定空隙 如图 3 4 所示 根据上下停车板的受力情况求槽钢的截面惯性矩 选择槽钢型号 图 3 5a 是上 停车板受力情况的侧视图 由于下停车板的受力情况较上停车板好 故只要使用同 样型号的槽钢即安全 这里不对其进行校核 单取支承架中间的两根纵向槽钢分析 单根槽钢受力如图 3 5b 设汽车的重力 G 集中于停车板的中央 1 2 处 槽钢承受钢板及其自身的均布载荷 因此对于单根 槽钢 它的变形是两者共同作用引起的 在集中力 P 单独作用下 其最大挠度 a b 图 3 4 停车板支承框架 a 上停车板的支承架结构 b 下停车板的支承架结构 二 五 届 本 科 毕 业 设 计 论 文 第 8 页 共 38 页 m 4 II l l EI l P fB 7 22 1 1065 7 2 5400 54003 2106 2 5400 8 920005 0 2 3 6 2 在均布载荷 q 单独作用下 最大挠度 m 4 IIEI ql fB 7 3 4 2 1030 2 2108 54008 91000 4 1 8 两式中 E 材料的弹性模量 这里 E 210GPa I 材料的截面惯性矩 叠加以上结果 求得在集中力和均布载荷共同作用下 单根槽钢的最大挠度 m 4 I fff BBB 7 21 1095 9 对于支承框架的槽钢要求刚度较大 因此其允许挠度 f 取 0 0002l 令 B ff 由此可求得槽钢的截面惯性矩 m 4 4 1009 1 I 查型钢表 热轧普通槽钢 GB707 65 选用 5 号槽钢即可 5 号槽钢的理论 重量为 5 44kg m 根据图 3 4 所示的尺寸数据 上下两停车板支承框架的重量分别 为 上框架 kg166 4540024400 44 5 下J m 下框架 kg170 23200236002490023800 44 5 下J m 3 23 2 上层提升机构的设计计算上层提升机构的设计计算 图 3 6 是侧顶式车架提升机构的传力系统 上停车板固定在支承架上 支承架 图 3 5 上支承框架校核 a 上停车板工作侧视图 b 受力变形简图 a b 二 五 届 本 科 毕 业 设 计 论 文 第 9 页 共 38 页 与 导向板固定 并用斜拉杆拉住组成一刚性体 靠两根链条直接提升 而链轮靠液压 缸 举升 其中导向板套在立柱上 为使停车板上升时导向板与立柱之间的摩擦阻力减 小 下降时靠车辆和停车板自重能顺利下滑 在每个导向板的两侧上下各装有两个 滚轮 当上停车板升降时 仅有滚轮与立柱接触 根据人机工程学 查表 我国成 年男子和女子人体主要结构平均尺寸参数 取底板的提升高度 h 1900mm 液压缸 垂直布置在两立柱中间 链轮轴固定在液压缸活塞杆的顶端 两个链轮对称安装在 轴上 提升链一段固定在地面上 另一端绕过链轮后与停车板及支承架垂直固定 组成一级放大机构 采用这样的放大机构可使液压缸的行程大大缩短 3 2 1 导向板 立柱 滚轮 斜拉杆的设计计算 1 导向板 导向板的作用是为停车板升降导向 它与停车板的支承框架靠螺栓螺母及点焊 固定 并与滚轮装配 升降时滚轮在立柱的槽内上下滚动 同时斜拉杆的一端也固 定在导向板上 其结构如图 3 7 所示 它由三块板料件靠螺栓螺母连接在一起 上 图 3 6 提升机构 1 链轮轴 2 上停车板 3 斜拉杆 4 支承架 5 导槽 6 导向板 7 立柱 8 链轮 9 液压缸 10 提升链 11 地基 12 导槽 二 五 届 本 科 毕 业 设 计 论 文 第 10 页 共 38 页 边缘的两侧还有两块抱箍 1 正面下缘与停车板支承架同样靠螺栓螺母连接 同时配 以点焊 立柱 滚轮以及支承架与它的装配位置如图 3 8 左图所示 两侧面的四个 孔用于安装滚轮的轴 单侧上方的孔安装斜拉杆的定位轴 其垂直方向的各项尺寸 已由图 3 8 右图给出 其截面尺寸及整个重量将在后文的立柱部分计算得出 2 立柱 提升机构的两根立柱设计采用实心 方钢加工而成 现在计算其截面 图 3 9a 是上停车板在立柱上的受力图 设车辆 钢板 支承架等的重力 P 作用 在停车板的中央 它对立柱的力矩同上 下滚轮受导轨的支承而形成的力偶平衡 对 于单根立柱有 6000 2 1 8 93500 2 1 2 1 2 1 4 LGP N 立柱受到该力偶的反作用102900 力偶 m 立柱的变形简图如图 3 9b 所示 图中 l 为两滚轮轴中心距的中点到地面 的高度 h 为立柱全高 设 h 4m 根据 前文停车板的提升高度以及设定的导向板垂直方向尺寸 取 l 2 3m 于是单根立柱 的最大挠度 IEI lm fB 2102 3 2102900 2 22 图 3 7 导向板 图 3 8 导向板尺寸 1 滚轮 2 立柱 3 导向板 4 支承架槽钢 5 停车板 图 3 9 立柱校核 a 立柱受力简图 b 立柱变形简图 a b 二 五 届 本 科 毕 业 设 计 论 文 第 11 页 共 38 页 式中 E 钢材的弹性模量 这里 E 210GPa I 立柱的截面惯性矩 m4 同样取允许挠度 f 为 0 0002l 令 由此可求 B ff 得立柱的截面惯性矩 m4 3 1082 2 I 对于矩形截面 如图 3 10a 所 示 因此取 3 12 hb I h 530mm b 400mm 于是设计 立柱截面如图 3 10b 所示 两 导槽宽度为 200mm 现在进一步确定导向板尺寸 因 为导向板三面包围该矩形立柱 因此根据立柱截面尺寸并放适当 余量 其截面尺寸如图 3 11 所示 3 滚轮 滚轮通过轴承装配在小轮轴上 小轮轴靠 螺母固定在导向板上 导向板及停车板等被提 升时 滚轮就在立柱的导槽内滚动 其装配关 系如图 3 12 所示 另一侧的滚轮装配与此图 呈镜像 下面对轮轴进行设计和校核 由图 3 9a 可知 在倾覆力矩作用下 因为滚轮的轴承与 导向板钢板的距离很短 可看作滚轮轴受剪力 单根轴受到的剪力大小 F 可由下式求出 3 1 aFnm 式中 m 力偶矩 n 力偶对数 这里一根立柱有 2 组 a 上下滚轮的轴距 于是N 102900 42875 2 600 m F na 图 3 12 滚轮装配 1 立柱的导槽 2 滚轮 3 轮轴 4 轴承 5 导向板的钢板 6 双 螺母 弹簧 垫圈结构 图 3 11 导向板截面尺寸 图 3 10 a 惯性矩最小截面 b 立柱截面尺寸 a b 二 五 届 本 科 毕 业 设 计 论 文 第 12 页 共 38 页 轴的截面积应满足以下关系 3 2 F A 式中 45 号钢调质后的抗剪切强度 查表得 155MPa 于是m2 由此求得轴的直径 d 0 0265m 取 d 30mm 4 42875 5 53 10 155 A 查表 GB T283 94 圆柱滚子轴承 选用圆柱滚子轴承 N206E 现在确定导向板钢板的厚度 导向板材料选用 45 号钢 查得其许用挤压应力 MPa 则导向板与滚轮轴的挤压面积 Abs应满足以下关系 100 bs 3 3 1 8 bs bs G A 设导向板厚度为 mm 因为积压面只有半个圆柱面 因此 mm 1 8 7 3500 9 8 100 2 6 10 52 bs A d 取 10mm 4 斜拉杆 斜拉杆一端固定在导向板上 另一端固 定在停车板及支承架上 用于减小停车板对 导向板的倾覆力矩 改善受力情况 其结构 及装配如图 3 13 所示 即活节螺栓长度很 长的索具螺旋扣 它与停车板的连接处取在 停车板从导向板往引坡方向的全长的 2 3 处 这是因为连接处离导向板越远 拉杆受的拉 力越小 但太远则停车板的弯矩加大 设车辆停好后 整个重心位与停车板中 心 则两根斜拉杆的拉应力 T 如下计算 根据停车板 如图 3 14 所示 的平衡 方程 mc 0 得 3 4 22 4433 2sin0TLGL kN 22 433 2 2 43 3 22 G L3500 9 8 67 900 2Lsin 2 4000900 T 为减小截面积选用抗拉应力强度 b较大的 50 号钢 查表 GB699 88 优质碳素结 构钢 得 50 号钢MPa 630 b 图 3 13 斜拉杆装配 二 五 届 本 科 毕 业 设 计 论 文 第 13 页 共 38 页 m2 4 67 1 06 10 630 b T A 求得 d 11mm 取 d 13mm 于是单根斜拉 杆的重量 232 1 7 8 1013 44 GAldl kg 22 90040004 5 式中 钢材的密度 这里 7 8 103kg m3 A 斜拉杆的截面积 m2 L 斜拉杆的长度 m 用勾股定理计算 3 2 2 链轮轴 链条及链轮的选用设计计算 1 链轮轴 链轮轴由液压缸活塞杆从其中心顶 升 同时停车架的全部重量通过链条链 轮作用在轴上 设计链轮 轴 停车板 立柱的平 面相对位置尺寸如图 3 15 所示 设计链 轮轴全长 3m 两链轮中心剖面间距 1 7m 在轴上对称分布 轴的结构及与 链轮的装配如图 3 16 所示 提升时轴两 端的最后一端阶梯轴在立柱的两条内侧 导槽内上下滑动 且与导向板内侧滚轮使用的是相同的导槽 轴在上 滚轮在下 这样提升时可保证停车板不会因提升过度而发生超程事故 现在根据轴受的弯矩对其直径进行设计确定 轴的轴向中部受支座的支承力 对称间距 1 7m 处受两链轮通过轴承给轴的压力 设支座作用面长 200mm 因此轴 的最大弯矩为单侧链轮对轴的压力与其轮毂宽度中心到支座同侧端面的距离 即 N m 轴的材料选用许用弯曲应力较大的 40Cr 查 1 3500 9 8 0 7512862 5 2 M 表得MPa 于是求得轴的抗弯截面系数m3 1 70 4 1 12862 5 1 84 10 70 M W 由求得 d 0 122m 取 d 130mm 取轴的平均直径为 115mm 3 0 1Wd 图 3 14 斜拉杆校核 图 3 15 提升机构平面位置 二 五 届 本 科 毕 业 设 计 论 文 第 14 页 共 38 页 这样可求得轴的重量大约为kg 由于链 32 7 8 101153240 4 Z m 轮处径向载荷较大 查表 GB T288 94 双列调心滚子轴承 选用双列调心滚子轴 承 3053726 得该轴承 d 130mm D 210mm B 64mm 2 提升链 提升链的功能是缓慢地提升停车板 并将其固定在一定的高度上 起重机械中 应用的链条有环形焊接链和片式关节链 焊接链的优点是 挠性好 可用较小直径 的链轮和卷筒 由载荷产生的驱动机构的力矩也较小 比较耐腐蚀 其缺点是 安 全可靠性差 不耐冲击 在运动中经常产生滑移 易磨损 片式关节链的优点是 挠性比焊接链更好 比较可靠 运动较平稳 缺点是 由方向性 横向无挠性 成 本高 对灰尘和锈蚀较敏感 而上停车板在提升或悬滞时 为安全起见 不允许有 任何滑移 故选用片式关节链 车库的链条总是在低速重载的工况下工作的 因此 设计时不宜像传动链那样 使用额定功率曲线图表进行链条规格的选择计算 而应按下式进行计算 3 5 max QFn 式中 Q 链条极限拉伸载荷 N Fmax 最大工作载荷 N n 许用安全系数 许用安全系数 n 一般取 4 8 本次设计选用 n 5 同时取 N 该载荷值已可包括收容车辆 停车架 导向板及滚轮 斜 max 3500 9 834300F 拉杆以及后面将设计的安全防坠装置 传感器等在内的所有重量 将以上数据代入 式 3 5 得链条极限拉伸载荷N 由于采用两根链条提升 故5 34300171500Q 图 3 16 链轮轴装配 1 紧定螺钉 2 套筒 3 挡圈 4 链轮 5 轴承 6 活塞杆 7 抱箍 二 五 届 本 科 毕 业 设 计 论 文 第 15 页 共 38 页 每根链条的极限拉伸载荷N 根据该参数查表 GB1243 1 1 12 83 A 系列滚子链的基本参数与主要尺寸 选用链号为 20A 的单排精密滚子链 该 规格链条的各项基本尺寸为 节距mm 滚子外径mm 内链节31 75p max 19 05 r d 内宽mm 销轴直径mm 内链节外宽mm 外链 1min 18 90b max 9 53 z d 2max 27 46b 节内款mm 内链板高度mm 销轴长度mm 单排 3min 27 51b max 30 18h 4max 41 1b 极限拉伸载荷N 单排每米重量kg m min 86700Q 3 8q 3 链轮 由前文链轮轴选用的轴承可确定链轮轮毂内径mm 估算链轮分度210 K dD 圆直径 d 300 400mm 轮毂厚度 常数 K 9 5 K d 0 01 6 hKd mm 210 9 50 01 30047 5 6 h 取 h 47mm 轮毂长度 mm 2 62 6 47122 2lh 轮毂直径 mm 22102 47304 hK ddh 轮宽 mm 1 0 950 95 18 9017 955 f bb 初取齿侧凸缘直径mm 齿根圆直径mm 则初步计算链轮分度308 g d 312 f d 圆mm 由 求得 z 32 7 根据链轮齿数312 19 05331 05 fr ddd 180 sin Z p d 推荐数列 取齿数 z 38 于是链轮分度圆直径 mm 180 38 31 75 384 5 sin mm d 齿顶圆直径 mm 180180 0 54 31 75 0 54 400 38 a dpctgctg z 齿根圆直径 mm 384 5 19 05365 45 fr ddd 齿侧凸缘直径 mm 180180 1 040 7631 751 04 470 76333 5 38 g dp ctghctg z 二 五 届 本 科 毕 业 设 计 论 文 第 16 页 共 38 页 现在进一步确定链条的长度 图 3 17 为液压提升的各项高度尺寸 因此链条长 度为 2 15 20 52 15 20 5ld mm384 54 9 取链条 150 节 3 2 3 液压系统设计计算 1 液压系统原理设计 本设计中上停车板的升降动作要求 起动和停止及动作过程平稳 停车板停 止后要有安全措施保证其不滑落 此外 传动装置体积小 重量轻 易于自动控 制 整个设备在停电后仍可方便地取车 本任务设计的液压升降系统有 5 个部分组成 原理如图 3 18 所示 电动机带 动液压泵旋转 将油箱中的液压油吸入液压泵 通过泵和溢流阀使其变为系统所需 的压力油 通过过滤器 换向阀 球型逻辑阀等送至液压缸 推动活塞上升 若遇 图 3 18 液压系统原理 1 液压缸 2 控制元件 3 液压泵 4 过滤器 5 油箱及其辅件 图 3 17 液压提升高度 a 未提升时 b 提升到位时 a b 二 五 届 本 科 毕 业 设 计 论 文 第 17 页 共 38 页 停电 可摇动手动泵使其工作 用手推动电磁阀的小推杆使之换向 将压力油输送 给液压缸 推动活塞上升 实现了停电可存取车辆 系统中的球型逻辑阀可利用阀 进出口压差的大小来调节阀口通油面积的大小 当阀进出口压差大 阀口就变小 起节流作用 正常无压差时阀口为最大 这样不用比例法也能使缸在起动和停止时 实现加减速 使活塞杆起动和停止时运行平稳 可有效防止系统中出现的液压冲击 2 液压缸的主要尺寸计算 活塞杆要顶起车辆和停车架 该载荷相当大 且由图 3 17 可看出 杆的长度也 较长 所以下面通过压杆稳定对活塞杆的直径进行设计 活塞杆要顶升得出了车辆和停车架外 还有链条 链轮 链轮轴等 因此在此 设计杆的最大工作负载N 取稳定安全系数 则杆的临4000 9 839200 W F 9 st n 界压力N 由公式39200 9352800 crWst PFn 3 6 2 2 cr EI P l 式中 E 钢材的弹性模量 这里 E 210GPa I 活塞杆横截面的惯性矩 m4 l 活塞杆的长度 m 求得 m4 7 2 156800 2 15 7 9 10 210 I 又 4 64 Id 于是求得杆的直径约为 0 064m 查表 GB2348 80 活塞杆直径系列 将其圆整为 标准系列 取 d 70mm 估算立体车库液压缸的工作压力不大于 5MPa 故查表 液压缸工作压力与活塞 杆直径 得液压缸推荐内径 由此求得mm 将其圆整为标准系 0 55 d D 127 3D 列 取 D 125mm 根据下式求液压缸的工作压力 3 7 2 4 cm F D p 式中 p 液压缸的工作压力 Pa F 工作循环中最大的外负载 N cm 液压缸的机械效率 一般 0 9 0 97 这里取 0 95 于是求得液压缸的工作压力 二 五 届 本 科 毕 业 设 计 论 文 第 18 页 共 38 页 MPa 22 39200 3 4 0 95125 44 cm F p D 缸筒壁厚 用强度条件来计算 设计选用无缝钢管材料 一般取薄壁圆筒结构 即 D 10 其壁厚按下式计算 3 8 2 y p D 式中 py 试验压力 一般取最大工作压力的 1 5 倍 MPa 缸筒材料的许用应力 无缝钢管 100MPa 于是求得壁厚mm 取 10mm 39200 1 5 125 0 94 2 100 液压缸的导向长度应满足以下要求 3 9 202 LD H 式中 L 液压缸的最大行程 这里取 1000mm 于是mm 取 115mm 1000125 112 5 202 H 活塞宽度取mm 为减少加工难度 一般缸筒长度不超0 80 8 125100BD 过内径的 20 30 倍 这里取 1250mm 3 油泵的计算 现取本设计的液压系统总的压力损失 pl 1MPa 则液压泵的实际计算工作压力 MPa 1 3 4 14 4 p ppp 单个车位提升时液压缸所需的最大流量为 L min 22 max 1253 543 44 qDv 按照常规选取液压系统的泄漏系数 kl 1 1 则液压泵的流量为 L min 1max 1 1 4347 3 p qkq 根据求得的液压泵的流量和压力 选取 CB 10 型齿轮泵 下面确定液压泵电机的功率 查取 CB 10 型齿轮泵的总效率 0 8 则三个车 位同时工作时 液压泵的最大功率为 kW max 4 4 43 4 0 8 p W p q P 查表 JB3074 82 Y 系列 IP44 电动机的技术数据 选用电机 Y112M 4 其额定功 率 4kW 满载转速 1440r min 质量 43kg 4 选择控制元件 根据系统最高工作压力和通过该阀的最大流量 在标准元件的产品样本中选取 二 五 届 本 科 毕 业 设 计 论 文 第 19 页 共 38 页 控制元件的规格 单向阀 按 p 4 4MPa q 47 3L min 选 C2 815 换向阀 按按 p 4 4MPa q 47 3L min 选 3WE10P 球阀 按 p 3 4MPa q 43L min 选 CV1 NG25 D10H11 溢流阀 按 p 4 4MPa q 47 3L min 选 YF L 20H 5 油管及其它辅助装置的选择 查表 JB827 66 钢管公称通径 外径 壁厚 连接螺纹及推荐流量 在液压泵 的出口 按流量 141 9L min 查表取管路通径为 25 在液压泵的入口 选择较粗 的管道 选取管径为 32 其余油管按流量 43L min 查表取 15 油箱的容量一般取泵流量的 3 5 倍 本设计取 4 倍 其有效容积 L44 47 3 189 2 tp Vq 3 33 3 底层横移机构的设计计算底层横移机构的设计计算 从某种意义上说 立体车库是起重机械的变种 其横移机构运动形式是自行式 有轨运动 为简化横移机构传动 主动轮数越少越好 但主动轮数太少 横移机构 起动或制动是将会产生打滑现象 从而易使车轮和轨道磨损 并影响工作效率 甚 至难以起动 目前在有轨起重设备的运行中 横移机构的驱动方式 即驱动轮的布置通常有 对面双轮驱动 单边中心驱动 对角双轮驱动 四角四轮驱动和一角单轮驱动等五 种形式 如图 3 19 所示 本设计采用对面双轮驱动的方式 它是由电机通过传动轴 带动两边轨道上的驱动轮一起工作 它的特点是集中驱动 使驱动轮的转速相等 从而保证了下停车板横移时各轮的同步运行 提高了运动的平稳性 另外对下停车 板的整体刚度要求不高 对传动轴的加工要求较低 3 3 1 轮轴 导轨 滚轮和支座的设计计算 图 3 19 横移驱动方式 对面驱动单边驱动对角驱动一角驱动四角驱动 二 五 届 本 科 毕 业 设 计 论 文 第 20 页 共 38 页 1 轮轴 轮轴 支座和滚轮的装配位置关系如图 3 20 每个下停车板底部有两根轮轴 靠支座安装于支承架的两根纵向槽钢 参阅图 3 4 的下方 对单根轮轴受力分析 如图 3 21 所示 每个支座加在轴上的负载是下停车板全 重的 1 4 由前文可求得车辆 下停车板 支承架的全重为 kg 2000680 1702850 CB GGG 下Z下 考虑下停车板还有其它安全装 置 电机等 故取 G 3000kg 设轮 轴全长 l 3 5m 单侧支座到同侧滚 轮轮毂中心的距离 a 0 15m 于是 单个支座对轴弯矩为 11 3000 9 8 0 15 44 MGa N m1102 5 轴选用 45 号钢调质处理 查得其许用弯曲应力 1 60MPa 则轴的直径可用下式 确定 m 3 3 1 1102 5 0 057 0 1 0 1 60 M d 取 d 60mm 查表 轻轨及重轨 选用 24 号轻轨做横移路轨 滚轮直径取 100mm 轮宽根据钢轨取 65mm 2 支座 图 3 22 横移机构支座 图 3 21 轮轴校核 图 3 20 轮轴装配 1 滚轮 2 套筒 3 轴承 4 轮轴 5 支座 6 轴端盖 二 五 届 本 科 毕 业 设 计 论 文 第 21 页 共 38 页 支座的结构及安装方式如图 3 22 所示 它安装在下停车板支承架底部 与两根 相交的支承槽钢靠三组螺栓螺母垫圈等连接 每块下停车板有四个支座 轴承孔结 构及装配如图 3 20 所示 3 3 2 电动机 减速器和滑接输电装置的选用 1 电动机的选用计算 电动机的驱动力是通过主动轮与轨道间的粘着摩擦实现的 设电机输出的牵引 力最大值为 F 而总牵引力是各从动轮的运行静摩擦力 FC和运动惯性力 Fa之和 于 是主动轮不打滑的条件为 单个从动轮的滚动摩阻力偶矩 M 用下式计算 3 Ca FFF 3 10 MN 式中 滚动摩阻系数 查得钢质车轮与钢轨的滚动摩阻系数 0 05mm N 滚轮与钢轨支承面的正压力 N 于是N mm 设滚轮的直径 r 100mm 则单个从动轮 1 0 0054000 9 8490 4 M 运动所需的牵引力为N 490 4 9 100 c M F r 设横移速度为 v 0 15m s 则其速度最大变化量 v 0 15m s 根据具体情况选 取 t 0 2s 其范围通常在 0 01 0 5s 于是运动惯性力 N 因此总牵引力为 0 15 40002625 0 2 a v Fma t A N22 4 926252634 8 ca FFF 电机要输出的功率W 查表 JB3074 82 Y 系列2634 8 0 15400PFv IP44 电动机的技术数据 选用电机型号为 Y801 4 该电机的额定功率 0 55kW 满载转速 1390r min 质量 17kg 2 减速器的选用 为保证下停车板的横移速度 即 v 0 15m s 选用传动比较大的蜗轮蜗杆减速器 滚轮直径取mm 于是滚轮的周长为m 所以下停100d 轮 1000 314Cd 轮轮 车板横移时 滚轮的转速为r min 故传动比 0 15 28 6 0 314 v n C 轮 轮 1390 49 6 28 6 i 取蜗杆头数 查表 GB T10085 1988 CWU 型减速器主要技术参数 取蜗轮齿 1 1z 数 选用 CWU160 53 F 减速器 GB9147 88 中心距mm 2 53z 160a 3 滑接输电装置 对电机的供电采用滑接输电装置 根据立体车库的现场实际情况 选用柔性一 体式滑线 该类型滑线的特点是 比较柔软 可以卷绕成盘 张紧型标准长度为 二 五 届 本 科 毕 业 设 计 论 文 第 22 页 共 38 页 100m 也可以根据用户的要求定长生产 滑线安装方便 无接头 电压降较小 滑 线允许运行的速度高 同时运行平稳 噪音低 集电器的散热效果好 使用寿命长 它的适用条件如表 3 1 柔性一体式滑线按工作条件不同分为张紧型和非张紧型两种安装形式 张紧型 滑线就是在安装时对滑线本体施加一定张紧力 非张紧型是在安装时无需张紧力 直接将滑线悬吊安装 本设计采用张紧型滑线 水平式安装 如图如图 3 23 所示 环 境污染等级 4 级 一般导电粉尘和凝露状态 耐酸 耐碱 耐盐雾 环境温度 15 55 相对湿度 95 安装空间比较小 载 流 量50 120A 电 压交流 660V 以下 直流 1000V 以下 运行速度V 600m min 表 3 1 柔性一体式滑线的适用条件 图 3 24 DHB 4 10 滑线 图 3 23 滑接输电装置 二 五 届 本 科 毕 业 设 计 论 文 第 23 页 共 38 页 滑线载流量的选择必须保证相应滑线载流量 IN不小于总计算额定电流 ING 即 In ING 对于下层两块停车板 运行电流A 0 22 550 2 9 380 N P II U 查表 滑线本体型号 选用 DHB 4 10 滑线 如图 3 24 所示 悬吊夹选用 BXJM 4 如图 3 25 所示 张 紧器选用 BJQ 4I 如图 3 26 所示 集电器选用 JDS 25 双挑式如图 3 27 所示 图 3 25 BXJM 4 悬吊夹 图 3 26 BJQ 4I 张紧器 图 3 27 JDS 25 集电器 二 五 届 本 科 毕 业 设 计 论 文 第 24 页 共 38 页 3 43 4 安全装置的设计安全装置的设计 对于立体车库 安全装置是必不可少的 否则当系统 尤其是提升系统出问题 时 会造成重大的经济损失 3 4 1 提升系统的安全装置 提升系统采用防坠两级安全保护 即液压系统自锁和安全装置锁紧 图 3 18 控 制元件部分中的球型逻辑阀是利用控制油路油压的变化来改变球阀芯的位置 从而 实现对油路通断的控制 它的特点是 1 阀芯与阀孔为线性接触 故密封性好 在各种压力工作下工作时 均可保证 终端位置不泄漏 2 换过程中不对称的液流作用在球面上的摩擦力使钢球旋转 使它不断改变与 球座间接触位置 因而磨损均匀 大大提高了元件的使用寿命 3 消除了液压卡紧现象 动作可靠性大大提高 4 球阀芯采用标准的轴承专用钢球 精度高 使用寿命长 价格便宜 基于以上特点 这种阀适用于立体车库 由于这种阀在使用时无泄漏 当停车 板到位停止后 液压缸始终处在上位 不会因阀有泄漏而使停车板下降 因此安全 可靠性高 将球型逻辑阀安装在液压缸附近 当管道由于某种原因破裂时 阀能自动封闭 管道 使液压缸内的压力油不能流出 停车板不会因此而坠落 造成砸车事故 为 防止因液压油被污染后造成阀内泄漏 所引起停车板坠落 须在球型逻辑阀进出口 加过滤器 保护阀不被污染 保证液压系统能正常可靠地运行 尽管液压系统具有自锁功能 但由于停车时间长短不一 有时一辆车可能停几 十个小时 甚至更长 液压系统难免会出现漏油现象 另外提升链的长期使用和锈 蚀也可能出现断裂等问题 因此必须考虑机械安全装置 机械安全装置有限速器 安全钳和缓冲器 三者的安装布置如附图 提升机构 及 机械防沉降安全装置 所示 1 限速器 限速器反映上停车板的实际运行速度 当上停车板的运行速度达到或超过设定 的极限值时 一般为额定速度的 115 以上 限速器停止运转 并借助绳轮中的摩擦 力或夹绳机构提拉拉杆 通过机械动作发出信号 切断控制电路 同时迫使安全钳 动作 使上停车板强行制停在立柱上 所以限速器是在上停车板超速并达到临界值 时起监测及操纵作用 它与安全钳要联在一起使用 当上停车板正常运行时 限速 器不起作用 本设计中的限速器安装在立柱顶上 限速器装置由限速器 钢丝绳和张紧装置组成 钢丝绳的两端分别绕过限速器 和张紧装置的绳轮形成一个封闭的环路后 固定在导向板安全钳的绳头拉手上 该 拉手能提拉起安全钳连杆系统 使两导向板内侧的安全钳楔块撑紧导槽 是超速下 二 五 届 本 科 毕 业 设 计 论 文 第 25 页 共 38 页 落的上停车板被迫制停 在安全钳动作的同时 其提拉杆操纵安全开关 使控制电 路断开 只有当所有安全开关复位后 释放安全钳 上停车板才能恢复正常的使用 张紧装置由支架 张紧轮和配重组成 它的作用是使钢丝绳张紧 保证钢丝绳 与限速器之间有足够的摩擦力 以准确地反映上停车板的运行速度 张紧轮安装在 张紧装置的支架轴上 可以灵活地转动 调整其配重的重量 可以调整钢丝绳的张 力 当限速器动作时 要求钢丝绳的拉力应不小于安全钳起作用时所需力的两倍 且不小于 300N GB7588 1995 2 安全钳 安全钳是与限速器配套使用 的超速保护装置 当上停车板超 速运行或出现突然情况时 安全 钳能够受限速器的操纵 以机械 动作将上停车板紧急制停在立柱 上 安全钳由制停和操纵两部分 组成 制停部分常称安全钳 操 纵部分是一组连杆系统 由限速 器动作时同步操纵 其联动原理 如图 3 28 所示 当上停车板运行 速度达到限速器动作速度时 限 速器便停止运转 钢丝绳借助绳 轮中的摩擦力或夹绳机构 提拉起装在导向板上的安全钳连杆系统 使导向板的安 全钳楔块同步撑住导槽 超速的上停车板便被制停在立柱上 3 缓冲器 缓冲器是上停车板极限位置的最后一道安全 装置 当所有保护措施都失效时 带有较大的速 度与能量的上停车板便会冲向底层 造成严重后 果 因此必须设置缓冲器以吸收 消耗上停车板 能量 减少损失 弹簧缓冲器也称蓄能型缓冲器 由缓冲橡皮 缓冲座 压缩弹簧和缓冲弹簧座等部分组成 如 图 3 28 安全钳工作原理 1 导向板 2 拉杆 3 楔块 4 活动安全嘴 5 销钉 6 立柱 图 3 29 缓冲器 1 缓冲橡皮 2 缓冲头 3 缓冲弹簧 4 地脚螺栓 5 缓冲弹簧座 二 五 届 本 科 毕 业 设 计 论 文 第 26 页 共 38 页 图 3 29 所示 当弹簧缓冲器受到撞击时 弹簧会发生变形 于是将上停车板下落时 产生的动能与势能转化为弹性变形能 是上停车板下落时得到缓冲 减速 安装时 将 4 个弹簧缓冲器分别安装在上停车板四角边缘的正下方的地面上 3 4 2 横移系统的安全装置 横移系统采用电磁制动器制动 制动器由制动电磁铁 制动臂 制动瓦块 制 动弹簧等组成 如图 3 30 所示 制动器的原理是 当下停车板处于静止状态时 横移电机 电磁制动器的线圈 中均无电流通过 这是因电磁铁 如图 3 31 所示 的铁心之间没有吸引力 制动瓦 块在制动弹簧的压力作用下 将轮轴抱紧 保证了停车板处于不工作的静止状态 图 3 30 横移制动器 1 制动弹簧调节螺母 2 制动瓦块定位弹簧螺栓 3 制动瓦块定位螺栓 4 倒顺螺栓 5 制动电磁铁 6 电磁铁心 7 拉杆 8 定位螺栓 9 制动臂 10 制动瓦块 11 制动 衬料 12 制动轮 13 制动弹簧螺杆 14 手动松闸凸轮 15 制动弹簧 图 3 31 电磁铁 1 联接螺栓 2 左铁心 3 端盖 4 磁铁座 5 线圈 6 右铁心 7 外壳 二 五 届 本 科 毕 业 设 计 论 文 第 27 页 共 38 页 当横移电机通电旋转的瞬间 制动电磁铁中的线圈也同时通电 电磁铁心迅速磁化 吸合 从而带动制动臂克服制动弹簧的作用力 使制动瓦块张开 与轮轴完全脱离 从而使停车板在无制动力的情况下得以运行 当停车板到达相邻车位时 触及行程 开关 横移电机失电 制动电磁铁中的线圈也同时失电 电磁铁心中的磁力迅速消 失 铁心在制动弹簧力的作用下通过制动臂复位 使制动瓦块再次将轮轴抱住 则 停车板停止工作 此外 在下停车板侧面运动方向的支承架上 同样安装弹簧缓冲器 每侧前后 各一个 用以减轻板与板 板与地坑壁之间的碰撞 二 五 届 本 科 毕 业 设 计 论 文 第 28 页 共 38 页 4 4 控制部分的设计控制部分的设计 按任务书要求 设计采用电气控制系统 由于本设计的立体车库较为简单 故 不采用可编程控制器 而使用传统的继电器控制系统实现逻辑控制 4 14 1 控制电路的设计控制电路的设计 由前文设计可知 对于每块上停车板它的