自动化立体车库设计 论文

1、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。 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，选择三层三列 式车库结构为研究模型。升降横移式立体车库就其组成部分而言，可分为三大部 分：车库结构部分、传动机构部分和控制系统部分。本文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

2、明，依据升降横移式立体车库的 运行原理，运用力学理论对升降横移式立体车库的结构进行了全面的力学分析， 包括升降横移式立体车库的框架结构的强度、横移传动系统中轴的强度和升降传 动系统中轴的强度等。在对升降横移式立体车库控制系统的设计中，采用了先进 的 plc 控制，运用欧姆龙公司的编程软件编制了升降横移式立体车库控制系统的 程序，并经调试、运行，证明采用可编程序控制器(plc)作为控制系统简单易行。 其稳定、可靠、快速、性价比高的特点使得控制系统非常完美。为了使停车设备 满足使用要求，根据国家关于机械式停车设备通用安全要求的标准、升降横移式 立体车库的实际，在升降横移式立体车库中使用了一些必要的

3、安全技术，这样保 证了车辆的绝对安全，使得整个车库可以安全平稳的运行。 关键词：关键词：立体车库，控制系统，可编程序控制器，钢结构。 abstract stereo 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

4、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 cities. the issue studies the type mechanical parking system which named up-down

5、 and translation stereo garage, and regards of the two factors of cost of manufacture and operational efficiency synthetically. on the basis of investigation on current situation and developing trend of garage in domestic and abroad, we choose three-layer and three-formulistic garage structure as th

6、e research model. according to the form of the dragging-forms of multi player up-down and translation ear-base, it is made of three parts: part of ear-base structure、part of driving-framework and part of control system. the paper simply introduces main structure and characteristics of garage and als

7、o gives a short introduction to its control system. the finite element reliability checking of steel structure of garage is utilized according to the operation principle of up-down and translation stereo garage, the mechanics was used to comprehensively analyze the up-down and translation stereo gar

8、age. including intension of the framework structure and axes, etc. the paper adopted plc as control system in designing the up-down and translation stereo garage, plc software of omron company was used to weave the program of control system, through debugging running. the result proved that adopted

9、plc as control system is simple and easy to realize. the characteristic of stabilization, credibility, speediness and high capability made the control system very perfection. in order to satisfy using demand in design stereo garage, according to criterion of mechanical parking systems- general safet

10、y requirement and the facts of the up-down and translation stereo garage the paper introduced some safety technique which was used in the up-down and translation stereo garage. this can ensure absolute safety for car and make the whole stereo garage safety and running smooth. keywords：stereo garage,

11、 control system, plc, steel structure . 目录目录 第一章第一章 绪论绪论.3 1.1 课题的背景和意义.3 1.2 课题的关键技术及其国内外研究发展现状.6 1.2.1 国外研究现状.6 1.2.2 国内研究现状.7 1.3 本文的主要工作目标和工作内容.8 第二章第二章 升降横移式立体车库机械部分设计升降横移式立体车库机械部分设计.10 2.1 升降横移式立体车库的基本结构.10 2.1.1 升降横移式立体车库简介.10 2.1.2 立体车库钢结构设计.13 2.2 立体车库升降横移机构设计.21 2.2.1 横移机构设计.21 2.2.2 载车板设计

12、.24 2.2.3 安全防护机构.24 2.2.4 提升机构及轴的设计.25 第三章第三章 立体车库电气控制系统设计立体车库电气控制系统设计.31 3.1 电气控制系统整体设计.31 3.2 电气系统关键部分设计.35 3.3 plc 控制程序设计.36 3.4 电气安全装置.42 第四章第四章 结论与展望结论与展望.45 4.1 结论.45 4.2 展望.45 感谢感谢.47 参考文献参考文献.48 自动化立体车库设计 第一章第一章 绪论绪论 1.1 课题的背景和意义 随着我国城市经济和汽车工业的迅速发展，拥有私家车的家庭越来越多，而 与此相对应的是城市停车状况的尴尬。以北京市为例，截止 2

13、006 年底，市区仅 有公共停车场 827 处，共计车位 5.6 万个，仅占市区机动车拥有量的 8.5，停车 环境与城市规划的矛盾十分突出。上海的情况也让人无法乐观，仅有的 227 个地 下车库使用面积不足 60 万平方米，只能满足 1.3 万辆机动车停放的要求，路边停 车渐呈泛滥之势，比例高达 64，而且还有继续上升之势。据建设部城市交通工 程技术中心对全国 15 个大城市停车现状的调查，城市机动车保有量与停车位之 比平均为 4.84：1，这一比值对于渴望“车者有其位”的车主来说，形式不容乐 观。停车难产生最主要的原因是城市建设规划上的准备不足。上世纪 80 年代初 期，北京市权威部门对 2

14、000 年北京汽车发展数的预测仅仅是 70 万80 万辆，而 事实上到新世纪钟声敲响之前，北京市汽车总量则足足比预期多了 100 万辆，其 中私人小客车的数量就高达 45 万辆。面对迅速发展的城市车流，停车设施建设 的落后也就不足为奇。据建设部停车技术开发推广中心介绍，北京市停车设施的 “欠账”最保守估计应为 2030。 图 1.0 被汽车占领的城市 停车问题是城市在发展过程中出现的静态交通（车辆停放状态）问题，静态 交通是相对于动态交通（车辆行驶状态）而存在的一种交通形态，二者相互联系， 互相影响，停车设施是城市静态交通的主要内容，随着城市的不断发展，各种车 辆的不断增加，对停车设施的需求也

15、在不断增加，如果两者之间失去平衡，城市 里就会出现停车难的一系列问题。数据显示，最近几年我国城市机动车辆平均增 长速度在 15%-20%，而同时期城市停车基础设施的平均增长速度只有 2%-3%， 特别是大城市的机动车拥有量的增长速度远远超过停车基础设施的增长速度，因 此，我们必须重视城市停车难的问题，并积极探求解决的措施。 专家们指出，解决城市静态交通问题，大体分为软硬两种措施。所谓软措施， 就是通过政策法规，限制路面停车，提高停车场利用效率，使部分车主更愿意改 乘公共交通工具，以减少机动车对停车场的需求。而硬措施，主要包括增建停车 场，建设地下及立体停车场、利用其它空间满足停车需求。而无论采

16、取什么措施， 在规划后再收拾残局，于局限内弥补不足，政府和管理部门所需投入得精力和资 金都不小。 图 1.1 先进的自动化立体车库 随着人类社会的不断进步和科学技术的发展，人类的生产、生活方式趋于集 中，城市的规模越来越大，人们在城市里的生存空间却越来越小，于是出现了要 利用空间的理念，城市中开始建设立体建筑、立体交通和立体停车。作为现代大 都市的标志，城市中心商住区高楼大厦林立，社区道路、高架交通干道、立交桥 和地下铁路，编织出城市立体交通网，汽车的住宅-停车场也有了长足的发展， 由平面停车向立体停车，由简单的机械车库向计算机管理高度自动化的现代立体 停车演变，成为具有较强的实用性、观赏性和

17、适合城市环境的建筑。伴随着汽车 进入家庭，城市动态、静态交通管理制度的不断完善和人们对居住环境要求的提 高，给停车产业提供了前所未有发展机遇，停车产业市场前景广阔。 作为现代大都市的标志，立体建筑和立体交通都有了显著发展，道路拥挤、 车满为患已成为当今快节奏社会中的最不和谐之音，发展立体停车已成为人们的 共识。目前我国经济正处在高速发展时期，随着人们生活水平的不断提高，汽车 进入家庭的步伐正在加快，停车产业市场前景广阔。机械式立体车库既可以大面 积使用，也可以见缝插针设置，还能与地面停车场、地下车库和停车楼组合实施， 是解决城市停车难最有效的手段，也是停车产业发展的必由之路。当前，我国许 多大

18、城市如北京、上海、深圳都开始大力发展机械式立体停车产业。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

19、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。 近年来 ，随着经济的发展，我国的城市化水平加快和人民生活水平的提高， 汽车数量的不断增加。截至 2003 年底，我国个人汽车保有量为 12427672 辆。其 中，个人轿车 4890387 辆，比 2002 年增加 1462441 辆，增长率为 42.7%，但与此 同时，汽车停车场地

20、的增长却不能与之同步，汽车泊位与汽车数量的比例严重失 调，由此带来停车难、违章停车、停车管理困难等一系列问题。当以往的路边、 人行道上停车、地下或地面停车场均解决不了上述问题时，采用机械式立体停车 设备是一个非常有效的措施。机 械 式立 体停车设备又名立体车库，它占地空 间小，并且可最大限度地利用空间，安全方便，是解决城市用地紧张，缓解停车 难的一个有效手段。国家计委已明确机械式立体停车设备及城市立体停车场为国 家重点支持的产业，1998 年 1 月 1 日起执行的国家计委 6 号令把机械式停车 序和立体停车场列入“国家重点鼓励发展的产业、产品和技术日录” ，国家海关 总署对机械式停车产品规定

21、“国内投资项目给予免征进口税” 、上述措施为我国 立体车库产业的成长提供了良好的条件、也为我国解决城市停车间题提供了机会。 可以预见立体车库具有非常广阔的市场前景。 1.2 课题的关键技术及其国内外研究发展现状 1.2.1 国外研究现状 早在 50 多年前，立体停车就在国外有所发展，先后出现了针对家庭使用的 双层停车设备；利用住宅空地建起 2-4 层升降横移停车设备；适合城市中心商住 区使用的停车楼和停车塔；利用广场、建筑物下面的空间建设地下车库。自 70 年代末起，世界经济高速发展，汽车逐渐普及，保有量不断增加，迫使地少人多、 车多的国家、地区和一些发达国家积极开展了机械式停车技术的研究开发

22、和制造 应用。以日本、美国、德国等为代表的发达国家在停车技术领域的研究处于世界 领先水平，韩国和我国的港、澳、台地区的停车业也通过引进-移植制造，得到 了蓬勃发展，较好地解决了本地区的停车难，并开始向外输出技术和出口产品。 图 1.3 国外高容量的立体车库 目前世界停车产业正向多元化发展，其停车技术几乎包含了当今机械、电子、 液压、光学、磁控和计算机技术等领域的所有成熟先进技术。机械方面，应用了 许多新材料、新工艺。设备结构采用模块化设计，便于组合使用，易于安装拆卸。 钢结构选用新型优质钢材，既提高了设备的强度和刚度，又使设备轻巧美观，载 车板采用一次成型的镀锌板或彩涂板组装，美观、强韧、耐用

23、。控制技术方面， 广泛采用可编程序控制器和矢量变频变压调速闭环控制技术，使运行高速平稳， 节省电力，振动和噪音也趋于最小。控制形式有，按钮式、锁匙式、ic 卡式、键 盘式、触摸屏式、遥控式等。安全元件采用各种光栅显示屏、光电管、机械式行 程开关、磁性接近开关、光敏感应开关等，安全保护装置日臻完善，如汽车出入 声光引导和定位、汽车尺寸和重量自动识别、限速保护与多重机构互锁、停车泊 位自动跟踪、链条和钢丝绳长度超范围报警和弹性变形自动补偿、汽车图象摄影 对比安全检测、自动消防灭火系统等。 日本是最早应用机械式车库的国家之一，其在上世纪 60 年代初就开发并使 用可最大限度的利用空间的机械式停车设备

24、。当时日本全国汽车保有量大约为 500 万辆，大多采用的是垂直循环式停车设备。从 80 年代开始，日本开始向亚洲 地区的韩国、中国及台湾地区出口产品及技术。韩国机械车库技术是日本机械停 车技术的派生。其机械停车产业从 20 世纪 70 年代中期开始起步，80 年代开始引 进日本技术，经过消化生产和本土化，90 年代开始为供应使用阶段。由于这几个 阶段得到政府的高度重视，各种机械停车设备得到普遍开发和利用，韩国近几年 增长速度都在 30%左右。目前韩国停车设备行业进入稳步发展阶段。 图 1.4 韩国 lg 公司研发的塔式 1.2.2 国内研究现状 我国机械式车库的早期研究开发工作是从 80 年代

25、中期开始，90 年代开始引 进和生产停车设备，在北京、上海、广州、深圳等地都有使用。参照日本等国标 准制定的我国行业标准也于近几年出台，目前停车设备生产厂已发展到几百家， 生产各种类型的停车设备，有些停车设备已开始出口。机械式立体车库是一种具 有综合性能的建筑，不仅包含了机械停车设备，其规划建设涉及到区域整体景观、 交通疏导、建筑结构、供电照明、通讯监视、通风排水、环境保护、安全消防、 收费管理等各学科领域，就停车设备本身而言，其机械结构的发展已形成了停车 设备独有的技术特征，需要多学科、多专业的复合型人才积极参与，把国外停车 技术和各领域的成熟技术移植到我国停车产业，开发出安全、经济、高效、

26、节能、 省地的产品，满足国内外市场的需求。 在我国的停车产业发展中还存在一些问题，如没有统一的技术标准；多数产 品是仿效或引进国外技术制造，技术水平低；缺少具有一定规模的企业，生产能 力不足；市场竞争无序，个别企业为抢占市场，采取低价竞争；缺少科研设计单 位的参与，技术创新能力严重不足；政策不配套，对停车产业发展和管理严重滞 后等。解决上述问题，需要我们在政策市场、管理和技术多方面做出努力。政策 方面应参照发达国家的有关政策法规，规划确定出专用和公共停车位的合理数量， 实现投资主体多元化，确定车库的管理属性和停车收费标准，给予投资和经营者 相应的优惠政策，使其有利可图。市场方面应建立车库市场运

27、行机制，利用价格 杠杆调高占路停车收费标准，逐步消除“路满库空”现象。鼓励按市场规则经营 车库，并实施政府监督和政策调控，使停车产业良性发展。 图 1.5 在我国广泛使用的升降横移式立体车库 1.3 本文的主要工作目标和工作内容 目前，立体车库主要有以下几种形式：升降横移式、巷道堆垛式、垂直提升 式、垂直循环式、箱型水平循环式、圆形水平循环式等。在对国内外各种同类产 品进行分析的基础上，再结合造价、技术难度以及用户需求等各个方面的因素， 可以发现升降横移式立体车库形式比较多，规模可大可小，而且对场地的适应性 较强，同时采用这类设备的车库十分普遍。因此，最终确定研究对象为升降横移 式立体车库。

28、1、工作目标： （1） 升降横移式立体停车设备总体结构的设计与研究； 确定垂直升降式立体停车设备的总体布局、运行方式，然后进行存取车方式、 提升系统、钢结构等各个组成部分的总体设计。 （2）升降横移式立体停车设备的存取机构设计； 在分析比较的基础上，确定车库的存取车形式，然后由此详细设计停车位、 载车板和存取机构。 （3）升降横移式立体停车设备的升降驱动机构研究； 首先通过比较，选定曳引驱动方式作为整个车库的升降方式。然后设计升降 平台、安全机构等。并计算升降系统电机所需要的曳引能力、平衡配重的重量等。 2、工作内容： （1）结合现实生活中已经建成的升降横移式立体车库的项目，了解立体车 库；

29、参观下沙瓯江大酒店的立体车库，了解车库运行基本原理，了解轿车停车流 程，记录立体车库使用注意事项等。 （2）参阅了国内外的几种升降横移式立体车库的相关资料，对当前的车库 技术发展前沿有了大概的了解，从而把握国内外车库技术的发展趋势和方向；通 过网上检索，了解立体车库最新发展概况，以及国外立体车库建设情况等。了解 建设立体车库的钢材选用，电机选择，建设方法等。 （3）据瓯江大酒店立体车库原型，再根据文献资料。初步选择建造立体车 库所需钢构、电机、链轮等组成。 （4）依据以上的车库组成部件选型，利用 autocad 建立立体车库二维图 形。在绘制 cad 图形过程中，再对部件选型中不合适的进行替换

30、，以达到最佳 效果。 （5）对建立的车库模型进行安全和疲劳校核，检验设计知否合理。再根据 人体工学对车库模型优化设计。 （6）归纳、总结并完善报告。 结合以上 5 项计划任务，最后完善论文的总结部分。 第二章第二章 升降横移式立体车库机械部分设计升降横移式立体车库机械部分设计 2.1 升降横移式立体车库的基本结构 2.1.1 升降横移式立体车库简介 1、立体车库的工作原理 升降横移式立体车库是指利用载车板的升降或横向平移存取停放车辆的机械 式停车设备。升降横移式立体车库每个车位均有载车板，所需存取车辆的载车板 通过升、降、横移运动到达地面层，驾驶员进入车库，存取车辆，完成存取过程。 停泊在这类

31、车库地面的车只作横移，不必升降，上层车位或下层车位需通过中间 层横移出空位，将载车板升或降到地面层，驾驶员才可进入车库内将汽车开进或 开出车库。图 2.0 为一个地上 7 车位的升降横移式停车设备，其工作原理是：三 层三个车位可以升降，二层两个车位可以升降和平移，一层的两个车位只能横向 横移，空车位供三层和二层的车位下降时借用。1 、2 号车位可以直接存放车辆; 7 号车位需下降后再存放车辆;3 号车位，则需先将 1 号和 2 号载车板右移，再 将 3 号载车板下降; 4 号车位，则需先将 2 号载车板右移，再将 4 号存车板下降； 5 号车位需要先将 1、2、3、4 号四个载车板右移，再将

32、5 号载车板下降；6 号车 位则需要先将 2、4 号载车板右移，再将 6 号载车板降下。由于升降横移式停车 设备对场地的适应性强，介绍系统各机械部分部件结构和功能 可根据不同的地 形和空间进行任意的组合、排列，规模可大可小，对土建的要求比较低，因此， 应用非常广泛。 图 2.0 七车位升降横移式立体车库工作原理图 2、立体车库机械部分部件结构和功能 以三层三列式立体车库为模型建立研究对象。升降横移式立体车库主要由结 构框架部分、载车板部分、横移系统、提升系统、控制系统、安全防护系统六大 部分组成。下面我们重点对车库的主要组成(图2.1所示)进行分析。 图 2.1 升降横移式立体车库主要组成 结

33、构框架 立体车库一般主要以钢结构和钢筋混凝土为主，在升降横移式车库中我们选 用钢架结构(如图2.0所示)。钢架结构与其它建筑结构相比，具有如下特点： a.可靠性高 钢材在生产时，整个过程可严格控制，质量比较稳定，性能可靠。钢材组织 均匀，接近于各向同性匀质体;钢材的物理力学特性与工程力学对材料性能所作的 基本假定符合较好;钢结构的实际工作性能比较符合目前采用的理论计算结果，计 算结果可靠，所以说钢结构的可靠性高 b.材料的强度高，钢结构自重小 与混凝土等材料相比，虽然钢材的重力密度大，但它的强度和弹性模量较高， 而且强度与重力密度之比也高得多。钢结构自重小，从而便于运输与安装，可减 轻基础的负

34、荷，降低地基和基础部分的造价。 c.材料的塑性和韧性好 钢材的塑性好，钢结构在一般条件不会因超载等而突然断裂。破坏前一般都 会产生显著的变形，易于被发现，可及时采取补救措施，避免重大事故发生。钢 材的韧性好，钢结构对动力荷载的适应性强，具有良好的吸能能力，抗震性能优 越。 d.钢结构制造简便，施工工期短 钢结构一般在专业工厂制造，易实现机械化，生产效率和产品精度高，质量 易于保证，是工程结构中工业化程度最高的一种结构。构件制造完成后，运至施 工现场拼装成结构。拼装可采用安装方便的螺栓连接，有时还可在地面拼装成较 大的单元，再进行吊装。施工工期短，可尽快发挥投资的经济效益。由于钢结构 具有连接的

35、特性，故易于加固、改建和拆迁。 e.钢结构密闭性好 钢结构采用焊接连接可制成水密性和气密性较好的常压和高压结构、管道等。 f.钢材的耐锈蚀性差 在没有腐蚀介质的一般环境中，普通钢材制成的钢结构经除锈后再涂上合格 的防锈涂料，锈蚀问题并不严重。立体车库多在没有腐蚀介质的环境中，所以对 钢结构本身的维护费用低。 结构主体采用热制h 型钢、槽钢、角钢和钢板等型材制造，具有较好的强度 和刚度，轻巧、美观，并可二次拆卸安装，运输方便。 上载车板及其提升系统 每块上载车板都配有一套独立的电机减速机与链传动组合的传动系统。其工 作原理如图2.0 ，电机顺时针旋转时，载车板上升，电机逆时针旋转时，载车板 下降

36、。根据载车板及车重确定链条所需的传动力。根据传动力及载车板的移动速 度确定电机功率。根据车身高度确定上下载车板间的距离，根据这个距离确定链 条的长度，最后根据传动力确定链轮大小，链节形状及大小。 下载车板及其横移系统 由于下载车板不需悬挂链条，所以为了节省材料，下载车板比上载车板要短。 每块下载车板后部都配有一套独立的电机减速机传动系统，藏于载车板内。在下 载车板底部装有四只钢轮，可以在导轨上行走，其中两只为主动轮，装于长传动 轴两端，另两只为独立安装的从动轮。电机减速机驱动长传动轴运转，长传动轴 上的主动钢轮在导轨上滚动行走从而使下载车板作横向平移运动。根据载车板及 车辆的重量、行走速度、滚

37、轮与导轨间的摩擦系数确定横移电机的驱动功率。 安全装置 上载车板上装有上下行程极限开关和防坠落安全装置。防坠落安全装置装在 纵梁与上载车板上停位之间，在纵梁两测各装两只挂钩，上载车板两侧相应位置 处各装两只耳环，当上载车板上升到位后，纵梁下面的四只挂钩便自动套入四只 耳环内，以防止升降电机常闭制动器慢释放后，上载车板在汽车和载车板本身的 重力作用下慢慢下滑，压坏下层汽车。另外也防止制动器一旦失灵，上载车板从 上停车位坠落，砸坏下层汽车。下载车板的安全装置主要是行程极限开关和防碰 撞板。行程极限开关的作用是使载车板横移到位后自动停止。防碰撞板的作用是： 下载车板横移时，如果碰撞到人、遗留行李或车

38、主宠物时，切断横移电机电源， 横移停止。 控制系统 升降横移式立体停车设备的控制系统采用plc 可编程序控制器控制，主要有 手动、自动、复位、急停四种控制方法。自动控制应用于平时的正常工作状态， 手动控制应用于调试、维修状态，复位应用于排除故障场合，急停应用于发现异 常的紧急场合。对于本文中所列的7车位升降横移式立体停车设备，plc 主要要 控制二、三层五个升降电机的正反转和一、二层四个横移电机的正反转。此外要 控制上层车位上安全钩的电磁铁和系统报警显示装置等。 2.1.2 立体车库钢结构设计 在升降横移式立体车库中其主要结构是钢结构，有两部分：主体框架部分和 载车板部分。主体框架部分的钢结构

39、比较复杂，运用了“h”型钢、角钢、槽钢 等数种型钢形式，就其连接形式而言比较单一，即焊接和螺栓连接两种形式。载 车板部分的钢结构比较简单，其框架部分为数段矩形方钢对焊而成，其它辅助结 构则以角焊代之。焊接和螺栓连接是车库钢结构部分的两种主要的连接方式，其 连接方式的质量优劣将直接影响车库整体结构性能的优良与否，所以在车库的设 计和建造中具有很重要的位置。立体车库在连接过程中主要运用对焊、角焊和螺 栓连接。 一、焊缝连接要求 1.焊缝金属宜于基本金属相适应，当不同强度的钢材连接时，可采用与低强 度钢材相适应的焊接材料。 2.在设计中，不得任意加大焊缝，避免焊缝立体交叉和在一处集中大量焊缝， 同时

40、，焊缝的布置应尽可能对称于构件的重心。 3.对接焊缝的坡口形式，应根据板厚和施工条件按现行标准手工电弧焊焊 接接头的基本形式与尺寸和埋弧焊焊接接头的基本形式与尺寸的 要求选用。 4.在对接焊缝的拼接处，当焊接的宽度不同或厚度相差4mm以上时，应分别 在宽度方向或厚度方向，从一侧或两侧做成坡度不大于1/4的斜角，当厚 度不同时，焊缝坡口形式应根据较薄焊件厚度选定基本形式与尺寸。 5.当采用不焊透的对接焊缝时，应在设计图中注明坡口的形式和尺寸，其有 效厚度不得小于，t为坡口所在焊件的较大厚度。在承受动力载荷 e h t5 . 1 的结构中，垂直于受力方向的焊缝不宜采用不焊透的对接焊缝。 6.角焊缝

41、两焊脚边的夹角a一般为90度(直角角焊缝)。夹角a120度或a6mm时，。圆孔或槽孔内的焊缝焊角尺寸不宜 mmthf)21 ( 大于圆孔直径或槽孔短径的1/3。 （3）角焊缝的两焊角尺寸一般为相等，当焊件的厚度相差较大，且焊脚 尺寸不能符合上列要求时，可采用不等焊脚尺寸，与较薄焊件接触 的焊脚边以及与较厚焊件接触的焊脚边应分别符合上列要求。 （4）侧面脚焊缝或正面脚焊缝的计算长度不得小于和 4mm。 f h8 （5）侧面脚焊缝的计算长度不宜大于 60h(承受静力荷载或间接承受动力 载荷时)或 40h(承受动力载荷时);当大于上述数值时，其超过部分在 计算中不予考虑。若内力沿侧面焊缝全长分布时，

42、其计算长度不受 此限。 8.在直接承受动力载荷的结构中，角焊缝表面应做成直线形或凹形。焊脚 尺寸的比例：对正面脚焊缝宜为 1：1.5(长边顺应力方向);对侧面脚焊缝 应为 1：1。 9.在次要构件或次要焊件连接中，可采用断续焊接。断续焊接之间的净距， 不应大于巧 t(对受压焊件)或 30t(对受拉构件)，t 为较薄焊件厚度。 10当角焊缝的端部在构件转角处作长度为的绕脚焊时，转角处必须连 f h2 续施焊。 二、螺栓连接要求 在立体车库的钢结构中，主立柱与横移导轨“h”型钢的连接是整体结构中 的主连接，高强度螺栓连接则是主连接中常用的连接形式。高强度螺栓连接按其 受力的性能可分为：摩擦型和承压

43、型。 摩擦型高强度螺栓连接摩擦型高强度螺栓连接完全依靠被连接的构件间的 摩擦阻力来传力，完全不靠孔壁承压和栓杆受剪。摩擦阻力的大小决定于作用在 构件摩擦面上的压力(螺栓的预紧力)，同时也与被连接构件的材料及表面处理情 况有关。施工时不得在摩擦面上误涂丹红、油漆、淋雨、受潮等。 承压型高强度螺栓连接靠孔壁承压和栓杆受剪，与普通的螺栓相似，其连 接多为螺纹连接和绞制孔用螺栓连接。对于同时承受剪力和螺栓杆轴方向拉力的 承压型高强度螺栓，应符合下式要求： 1 22 b t t b v v n n n n 其中 2 . 1 h c v n n 式中，每个承受型高强度螺栓所受的剪力和拉力； v n t n

44、 每个承压型高强度螺栓的受剪、受拉、承压承载力设计值。 b c b t b v nnn, 立体车库钢结构受力主要包括：钢结构本身自重，结构架上各停车位的车辆 及载车板重力，提升系统起制动所产生的惯性力，驱动装置的重力，顶部梁架受 滑轮组、轿箱和配重的重力，整体结构所受的风力、地震载荷以及结构由于外界 环境温度变化而引起的温度应力等，它们均以集中或分布方式作用。 由于该立体车库为三层三列式，属于低层钢结构建筑。因此，我们对该车库 模型进行受力分析时作如下假设： 1、车库单独建立，不与其它建筑物相连接，属于最常见状况; 2、不计由于结构阴面与阳面温差引起的热应力; 3、整体结构无初始变形和缺陷;

45、4、在静态环境里，地震载荷与风载荷作用忽略不计。 三、立体车库钢结构分析校核 在车库钢结构设计中，包括轴心受力构件、梁、拉弯和压弯构件的设计。进 行轴心受力构件设计时，轴心受拉构件应满足强度和刚度要求，轴心受压构件除 应满足强度、刚度要求外，还应满足整体稳定和局部稳定要求。 在梁的设计中，梁的刚度和强度对截面设计起控制作用，因此应先进行这二 者的计算。由于车库系统对于系统的安全要求特别高，所以还应对其整体稳定进 行计算，此外，梁的接点处均应采取构造措施，以防止其端截面发生扭转。在进 行梁的截面设计时，考虑强度，腹板宜既高又薄，考虑整体稳定，翼缘宜既宽又 薄，所以在荷载作用下，受压翼缘与腹板有可

46、能发生波形屈曲，即梁发生局部失 稳。发生局部失稳后，梁的部分区域退出工作，将使梁的有效截面积减小，强度 承载力和整体稳定性降低，这时可以采取增大板厚度或设置加强肋等措施。对于 压变构件，需要进行强度、刚度、整体稳定性和局部稳定性计算。 对于拉弯构件，一般只需要进行强度和刚度计算。在对立体车库钢结构骨架 的分析中，我们先从单根梁的受力进行分析，适当简化力学模型，在正确分析各 梁的约束和受力的基础上，先对各梁和立柱的刚度和强度进行分析，找出系统薄 弱处所在，然后在整体分析之中给予特别关注。 图 2.2 立体车库简化模型 立体车库钢结构骨架由立柱、横梁、纵梁和支承动力及附属装置的上、下支 承梁等组成

47、，其立柱通过螺栓与基础相连，其余钢梁靠焊接或者螺栓相互连接。 立柱主要承受压力和其他因素造成的扭矩，即压应力和部分剪应力；前后两个面 的纵梁主要承受拉伸和弯矩造成的拉应力和弯曲应力;侧面的横梁承受较小的拉应 力和剪应力。为了减小振动和提高稳定性，各部分都必须保证足够的强度和刚度。 机械传动系统安装在钢结构骨架上，由传动部件和张紧装置组成。停车托架 与传动链条相连，驱动装置和机械传动系统驱动托架循环运行，实现车辆的存取 和停放。 设计时采用 q235 碳素钢，其屈服极限为 235mpa，抗拉强度为 375- 500mpa。整体车库钢结构许用位移为 10mm。 本车库所限车型为小型车和中型车，最大

48、容车重为 2000kg，载车板重约 700kg，所以每个车位所承受的最大重量为 2000+700=2700kg，在每个载车板上模 拟汽车前后车轮位置，按照额定载荷 6：4 的比例均匀放置集中载荷。 1、支撑柱受力分析 钢结构的支撑住是由 h 型钢制成，前面有两根立柱均匀分布，后面有两根立 柱，均匀分布。由于每一个立柱承受的力都是均布载荷，所以可以简化为一个集 中载荷附加一个弯矩。在各种受力的工况中，立柱均为受力杆，在竖直方向上， 车库骨架承受的力作用到地基，不足以引起立柱的压溃变形，所以可以暂时忽略 不计，主要分析在两个弯矩作用下立柱的最大偏移位移量。立柱的弯矩与 1e m 由作用的均布载荷决

49、定，因此支撑住的最大偏移发生在最大受力状态下，即 2e m 为车库满载时。 前立柱为三根，后立柱为三根，当车库空载时， n13125n 2 1 57000 2 1 2 3 前总 p 每一根前立柱所受载荷总大于后立柱所受载荷，因此我们重点分析 前总 p 后总 p 前支撑住受力情况。图 2.3 所示为前立柱的力学结构简图。 图 2.3 前支撑住的力学分析图 己知 a 点为全约束，施加在 b 点的弯矩， ，施加在 c 点的弯矩， 1e m 2e m 且 4 321 10300,1 . 2,5 . 0,4 . 2,6 . 2cmigpaemcdlmbclmabl x mmen558054 . 0 )

50、5 3 220000 2 1 27000( 3 1 1 nm837054 . 0 ) 5 3 320000 2 1 37000( 3 1 2 e m 根据下列公式进行分析 挠曲方程为： ,x0, 2 2 l ei xm y e 其中 端截面转角：， ei lme 最大挠度：， ei lm y e b 2 2 ,m100670667 . 0 1010300101 . 2 6 . 2558 3 811 1 ei lm le b ,m10193425 . 0 1010300101 . 2 5837 3 811 2 ei lm ace c 所以， cdcdbdbd lyly 21 , 由梁的迭加原理得

51、出立柱顶端 d 端为最大挠度点 m102604917 . 0 10193425 . 0 100670667 . 0 333 21 ddd yyy 2、立柱稳定性校核 前立柱为等截面立柱，受压静力，前立柱受力状态简化如图 2.3 所示。两中 心压杆的稳定条件为： w c n p p n 其中： 临界载荷 c p p工作载荷 n安全系数 许用安全系数 w n 图 2.4 立柱受垂直力简图 （1）立柱的截面力学特性 查简明材料力学附录 a 型钢表可得 hw 300x300 型 h 型钢 面积： 2 cm 4 . 120a 惯性矩： 4 4 cm2050 6760 y x i cmi 惯性半径： cm

52、05.13 cm49. 7 y x i i （2）确定压杆柔度 51.133 49 . 7 5002 min i ul 其中： 压杆全长为 l=500cm 压杆长度系数 u=2，见机械手册 l，1-153 页表 1-1-104 求压杆柔度范围值： 1 96 10220 10206 2 5 1 p e 其中： 弹性模量 25 cm/n10206e 比例极限 22 cm/n10220 p 求压杆柔度范围值 b a s 2 其中： 屈服极限 22 cm/n10235 s 常数查机械手册 1，l-1-07， 22 cm/n112;cm/n30400ba 6 .61 112 2350030400 2 b

53、 a s ，则前立柱属于细长杆，应按欧拉公式计算 6 .619651.133 21 若 临界载荷。 c p （3）强度校核 设立柱空载时受载车板和上层钢结构载荷 n7000 1 g 满载时前立柱承受最大载荷 n7750020000 5 3 5 2 1 70005 2 g 则立柱的工作载荷 n38750 2 1 77500g 2 1 2 前 p 由欧拉公式得临界载荷 2 2 2 2l ein pc 由机械手册 1，1-152 页表 1-1-100 查得，金属结构中的压杆安全系数 ，取 n，=3。代入得 3n, 38 . 1 取n n10046 . 2 )5002( 7 . 11194102063

54、 7 2 522 c p 前立柱的稳定安全系数， 3 09.528 38750 9 . 20463573 n p p n c 前 由上式可知安全。 若按插减系数法计算： s s na p 其中 a受力面积 p工作载荷 安全系数 许用安全系数 s n 一中心压杆折减系数 ，安全裕度较 3 cm/n 3 . 7833 3 23500 93.372 75.118875 . 0 38750 a s s n p 前 大。 3、导轨支撑梁强度校核 前后导轨支撑梁均为两点点支撑，承受作用力相同，故我们分析前导轨支撑 梁，如果前导轨支撑梁在允许范围之内，则后导轨梁也必然符合设计要求。如图 2.5 所示，简支梁

55、 ab 为两点支撑，受均布载荷的作用，两端全约束，且同样为均 布载荷。 图 2.5 导轨支撑梁受力分析简图 我们先来分析一下图 2.5 中的梁的受力。 已知 a、b 两点全约束 4 cm6120,1 . 2,m2 . 5 xab igpael 均布载荷为： ,m/n51922 . 5/200007000 2 1 2q 挠曲方程为： r x ei xql f 2 22 24 最大挠度为： ei ql f 384 4 max 计算得： m1066667 . 7 106120101 . 2374 2 . 55192 384 4 811 44 max ei ql f 面积 2 117cma 梁所承受的

56、弯矩为 16 12 2 r x ql m 则导轨支撑梁所承受的最大弯矩为 nm105447.17 8 2 . 55192 8 3 22 max ql m 最大应力为 。mpa4733.36 1081 . 4 105447.17 5 6 max max z w m 根据材料力学“失效、安全系数和强度”理论，由于钢结构选用材料为 q235， 屈服强度为 235mpa，取安全系数下 n=2，所以许用应力。 mpa9422.74 可得，由强度理论可知：导轨支撑梁稳定。 max 4、三层横梁强度校核 三层横梁可以简化为固定梁，受力状态如图 2.6 所示。横梁两端固定，a、 b 两点产生相应的支反力和。

57、a r b r 图 2.6 三层横梁受力简图及弯矩图 所承受的主要是拉压受力，所以我们只对其正应力进行分析。 梁所承受的弯矩为： rax plm 最大弯矩为： l pa m 2 max 其中 kn 5 . 13f 2 1 21 载车 fffp 代入得： mpa875.16 2 max l pa m 最大正应力为： x w mmax max 其中为抗弯截面系数，根据机械设计手册可以得知 x w 3 cm325w 由此可得 mpa 5 . 117mpa92.51 1025 . 3 10875.16 5 6 max max mpa w m x 则由弯曲强度理论可知：三层横梁稳定。 2.2 立体车库升

58、降横移机构设计 2.2.1 横移机构设计 立体车库横移传动机构由减速电机、驱动轮和从动轮、地面铺设导轨组成。 升降横移机构则为升降传动机构与横移传动机构的结合。升降横移式立体车库底 层与中间层载车板为横移机构，上层载车板为升降机构。升降装置由传动系统、 升降架等组成。 1、横移方案选择 其中提升方式分为下列六种，可根据不同要求任意选用。 （1）钢丝绳式提升型式 （2）链条式提升型式 （3）液压式提升型式 （4）螺杆式提升型式 （5）液压缸、钢丝绳组合提升型式 （6）链条、钢丝绳组合提升型式 在立体车库设计中，各种提升方式特点如下： （1）采用链传动：优点是传动简单可靠，维修简单，造价低廉;缺点

59、是冲击 比较大，有提升高度的限制，安装调试时需要注意是否有咬链的情况出现。 （2）采用钢丝绳传动：优点是对车库底盘可以提升的高度可以不加限制， 造价比较低;缺点是因为需要外加钢丝绳桶和刹车盘增加了安装调试的时间和造价。 （3）采用液压传动：优点是可以真正实现无级调速，结构紧凑，功率与重 量比高、响应速度快、抗干扰能力强、误差小精度高、低速平稳性好、调速范围 宽、介质自身可起冷却润滑作用、安全防爆等优点;同时也具有元件昂贵、成本高、 密封技术要求高、油液易污染、能源传输不便等缺点。 综上所述，本车库为三层，从提升高度上选链传动或钢丝绳传动都可以，但 从方案经济及可行性角度考虑，选择链传动更为有利

60、;在横移运动中，采用异步电 机驱动，通过链驱动，也能达到精确、稳定地传动。 图 2.7 载车板横移原理图 2、横移载车板动力系统计算 运动原理如图 2.7 载车板横移原理图所示，减速电机通过联轴节直接驱动载 车板行走轮转动，实现载车板横移运动。 （1)主要参数的确定 横移运动行程 s = 2400mm 横移运动时间 t = 205 横移速度 f，主要由设备运行周期，周围环境的安全性，载车运行时的平稳 性等因素确定。 smm t s v/120 20 2400 行走轮直径：由结构尺寸及轮压等因素决定，行走轮直径确定为 80mm。 横移载车板自重 n7000kgf700 下 w 载车板额定载荷 n