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XX學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
題 目 自動(dòng)化立體車庫(kù)設(shè)計(jì)
姓 名 學(xué) 號(hào)
系 部
專 業(yè)
指導(dǎo)教師 職 稱 教授
VI
齊齊哈爾工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
自動(dòng)立體車庫(kù)設(shè)計(jì)
摘要
近年來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國(guó)的城市化水平加快和人民生活水平的提高，汽車的數(shù)量不斷增加。但與此同時(shí)，汽車停車場(chǎng)地的增長(zhǎng)卻不能與之同步，汽車泊位與汽車數(shù)量嚴(yán)重比例失調(diào)，由此帶來(lái)停車難，違章停車，停車管理困難等一系列問(wèn)題。由此，自動(dòng)化立體車庫(kù)便應(yīng)運(yùn)而生了。
本篇論文論述了我在做大學(xué)本科工學(xué)學(xué)士畢業(yè)設(shè)計(jì)期間所從事的設(shè)計(jì)課題——自動(dòng)化立體停車設(shè)備的設(shè)計(jì)過(guò)程。
目前社會(huì)上有很多成熟技術(shù)的停車設(shè)備比如：升降橫移類；垂直循環(huán)類；水平循環(huán)類；平面移動(dòng)類；巷道堆垛類；垂直升降類；簡(jiǎn)易升降類。通過(guò)對(duì)這些車庫(kù)類型特點(diǎn)的比較與分析，我最終選擇了巷道堆垛類作為設(shè)計(jì)的車庫(kù)類型。
論文以研究工作的進(jìn)展順序?yàn)樾?，分章、?jié)逐一論述了課題的來(lái)源，目的及意義，設(shè)計(jì)過(guò)程，在設(shè)計(jì)中遇到的問(wèn)題與難點(diǎn)及其解決方法與措施。在設(shè)計(jì)過(guò)程部分，詳細(xì)論述了設(shè)備總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、橫移傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、運(yùn)輸傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、存取車結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)和安全防護(hù)設(shè)計(jì) 。
關(guān)鍵詞 立體停車設(shè)備 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 控制系統(tǒng) PLC 安全性
46
ABSTRACT
In recent years, along with the economical development, our country urbanized level sped up with the lives of the people level enhancement, the automobile quantity unceasingly increases. But at the same time, the automobile parking location growth actually cannot with it synchronization, the automobile berth and automobile quantity serious imbalance, from this brings stops difficultly, violates regulations to stop, stop control difficulty and so on a series of questions. From this, the automated three-dimensional garage has then arisen at the historic moment .
The design topic ——automation three-dimensional parking facility design process which this paper elaborated me to have been making university undergraduate course technology bachelor graduation project period is engaged in .
At present in the society has very many mature technical the parking facility for instance: Rises and falls horizontally moves the kind; Vertical circulation class; Level circulation class; Plane migration class; The tunnel piles up the kind; Vertical fluctuation class; Simple fluctuation class. Through to these garage type characteristics comparisons and the analysis, I has finally chosen the vertical fluctuation class achievement design garage type . The paper take research work progress order as a foreword, divided chapter, the festival elaborated the topic origin one by one, the goal and the significance, the design process, met the question and the difficulty and its the solution and the measure in the design. Are partial in the design process, in detail elaborated the equipment overall structural design, horizontally moved the transmission system design, the promotion transmission system design, the deposit and withdrawal vehicle structural design, the control system design and the safe protection design.
Keywords: solid parking equipment constructiond esign control system P L C secrity
目錄
摘要 II
Abstract III
第1章 緒論 1
1.1 機(jī)械式立體停車庫(kù)的概述 1
1.2 幾種機(jī)械停車設(shè)備的特點(diǎn)及比較 2
1.3 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 3
1.4 研究的主要內(nèi)容 5
第2章 車庫(kù)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算和零件選擇 6
2.1 鋼材的選用 6
2.1.1 車庫(kù)上邊框鋼材的選擇 6
2.1.2 庫(kù)架支撐鋼的選擇 6
2.1.3 上下層支撐鋼的選擇 6
2.1.4 升降臺(tái)輔助支撐鋼的選擇 6
2.1.5 鏈輪支撐鋼的選擇 7
2.1.6 鏈輪輔助支撐鋼的選擇 7
2.1.7 滑輪支撐鋼的選擇 7
2.1.8 滑輪輔助支撐鋼的選擇 7
2.1.9 上下層支撐鋼橫向連接鋼的選擇 7
2.1.10 滑輪支撐鋼橫向連接鋼的選擇 7
2.1.11 鏈輪支撐鋼橫向連接鋼的選擇 8
2.1.12 載車板橫向邊緣鋼 8
2.2 載車板的結(jié)構(gòu)和尺寸的設(shè)計(jì)算 8
2.3 升降系統(tǒng)各零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和尺寸確定 10
2.3.1 升降臺(tái)結(jié)構(gòu)的初步設(shè)計(jì) 10
2.3.2 鋼絲繩的設(shè)計(jì)計(jì)算 10
2.3.3 鋼絲繩夾的選擇 12
2.3.4 滑輪及其組件的設(shè)計(jì)計(jì)算 13
2.3.5 卷筒的設(shè)計(jì)計(jì)算和尺寸確定 17
2.3.6 升降鏈及鏈輪的選擇 21
2.3.7 升降用電動(dòng)機(jī)及變速器的設(shè)計(jì)計(jì)算及型號(hào)選擇 23
2.3.8 升降電動(dòng)傳動(dòng)鏈及連輪的連輪的設(shè)計(jì)計(jì)算 24
2.4 橫移機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和各零部件的設(shè)計(jì)計(jì)算以及選擇 26
2.4.1 軌道和導(dǎo)輪的設(shè)計(jì)計(jì)算 27
2.4.2 橫移電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)計(jì)算及型號(hào)選擇 30
2.4.3 帶及帶輪的選擇 31
2.4.4 聯(lián)軸器的選擇 34
2.5 庫(kù)鋼架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 35
第3章 車庫(kù)其它配備要求 37
3.1 電控系統(tǒng) 37
3.1.1 控制系統(tǒng)組成 37
3.1.2 控制系統(tǒng)的運(yùn)行方式 37
3.1.3控制系統(tǒng)的故障檢測(cè) 38
3.2 安全設(shè)置 38
3.3 照明 39
3.4 通風(fēng) 39
3.5 排水 39
3.6 消防 39
第4章 經(jīng)濟(jì)可行性分析 41
4.1 市場(chǎng)需求 41
4.2 初步可行性研究 41
4.2.1投資機(jī)會(huì)調(diào)查統(tǒng)計(jì) 41
4.2.2經(jīng)濟(jì)成本核算 42
總 結(jié) 43
致 謝 44
參考文獻(xiàn) 45
第1章 緒論
本設(shè)計(jì)是為適應(yīng)現(xiàn)代化進(jìn)程和解決小區(qū)車庫(kù)（位）嚴(yán)重不足而設(shè)計(jì)研制的一種新型家庭用自動(dòng)化立體車庫(kù)。該車庫(kù)結(jié)構(gòu)主要由鋼絲繩及滑輪組機(jī)構(gòu)、載車板、升降機(jī)構(gòu)、橫移入庫(kù)機(jī)構(gòu)以及庫(kù)架等部分組成。其工作原理為：
1車輛入庫(kù)：操作控制系統(tǒng)，升降臺(tái)載著載車板通過(guò)升降系統(tǒng)以4mm/min的速度提升到達(dá)與地面相平處停止，車輛通過(guò)車庫(kù)進(jìn)口端開進(jìn)，經(jīng)升降臺(tái)到達(dá)載車板定位處。車輛停好位后，司機(jī)從庫(kù)側(cè)面走出。操作控制系統(tǒng)，升降臺(tái)提升著載車板和車輛向地下以4mm/min的速度垂直下降。當(dāng)載車板的導(dǎo)輪與地下軌道相吻合時(shí)，升降系統(tǒng)停止運(yùn)作，此時(shí)車庫(kù)頂蓋（附帶與兩側(cè)升降臺(tái)上）蓋住庫(kù)頂且?guī)祉斉c地面相平。隨后通過(guò)電磁閥傳感橫移系統(tǒng)，載車板上的電機(jī)通過(guò)帶傳動(dòng)系統(tǒng)帶動(dòng)導(dǎo)輪沿著導(dǎo)軌橫向移動(dòng)，而導(dǎo)輪與載車板是一體的，所以載車板載著車輛和導(dǎo)輪同步向左或向右移入庫(kù)中兩側(cè)中的一個(gè)庫(kù)中，通過(guò)傳感系統(tǒng)找正位置，橫移停止運(yùn)作。車輛入庫(kù)結(jié)束?？偣灿脮r(shí)一分中左右。
2車輛出庫(kù)：操作控制系統(tǒng)，橫移機(jī)構(gòu)帶動(dòng)對(duì)應(yīng)的載車板及上面的車輛橫向從小車庫(kù)移出，沿軌道到達(dá)升降臺(tái)指正位置，升降系統(tǒng)運(yùn)作，升降臺(tái)載著載車板和車輛向上移動(dòng)，同時(shí)車庫(kù)蓋打開。當(dāng)升降臺(tái)上面與地面相平時(shí)，上升停止。司機(jī)從庫(kù)口的左右兩側(cè)進(jìn)到車內(nèi)，開走。隨后操作控制系統(tǒng)，車輛入庫(kù)，入庫(kù)過(guò)程同上。
在不使用車庫(kù)的情況下，車庫(kù)頂蓋蓋住庫(kù)頂，從上面看去與地面相平，并且與附近路面和諧一致，既可以走人也可以通車輛。另外升降系統(tǒng)采用鋼絲繩傳動(dòng)，由鏈起升降平衡的作用。
1.1 機(jī)械式立體停車庫(kù)的概述
使用車輛之外其他具有動(dòng)力的搬運(yùn)器，完成車輛的停放，存貯的整套設(shè)備，稱為機(jī)械停車庫(kù)。以立體形式停放，存儲(chǔ)車輛的機(jī)械設(shè)備叫機(jī)械式立體停車庫(kù)。它包含了當(dāng)前機(jī)械，光學(xué)，電子，液壓，磁控技術(shù)領(lǐng)域的成熟先進(jìn)技術(shù)，是一種技術(shù)密集型的光機(jī)電一體化設(shè)備。
在中華人民共和國(guó)機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) JB/T 8713-1998 ：機(jī)械式停車設(shè)備類別、形式、基本參數(shù)要目中，對(duì)機(jī)械式停車設(shè)備進(jìn)行了劃分，其類別代號(hào)如下：
升降橫移類，代號(hào)為SH，是指通過(guò)設(shè)備的垂直升降和水平橫移進(jìn)行移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)車輛存取功能的停車設(shè)備。
垂直循環(huán)類，代號(hào)為CX，是指通過(guò)搬運(yùn)器在垂直平面內(nèi)做連續(xù)的循環(huán)移動(dòng)，來(lái)實(shí)現(xiàn)車輛存取功能的停車設(shè)備。
水平循環(huán)類，代號(hào)為SX，是指搬運(yùn)器在水平平面內(nèi)排列成2列或2列以上連續(xù)循環(huán)列尖轉(zhuǎn)換移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)車輛存取功能的停車設(shè)備。
多層循環(huán)類，代號(hào)為DX，是指車輛搬運(yùn)器在垂直平面內(nèi)排成2層或2層以上做連續(xù)移動(dòng)，兩端有升降機(jī)構(gòu)進(jìn)行循環(huán)層間轉(zhuǎn)換移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)車輛存取的停車設(shè)備。
平面移動(dòng)類，代號(hào)為PY，是指存車位與搬運(yùn)器在同一水平面內(nèi)，通過(guò)搬運(yùn)器在水平面內(nèi)做往復(fù)移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)車輛存取功能的停車設(shè)備。
巷道堆垛類，代號(hào)為XD，是指存車位在巷道一邊或兩邊多層布置，通過(guò)搬運(yùn)器在巷道內(nèi)做水平，垂直或水平垂直復(fù)合運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)車輛的存取功能的停車設(shè)備。
垂直升降類，代號(hào)為CS，是指停車位分布在井道周圍，通過(guò)升降搬運(yùn)器在專用升降通道內(nèi)做升降移動(dòng)，時(shí)間車輛存取功能的停車設(shè)備。
簡(jiǎn)易升降類，代號(hào)為JS，是指通過(guò)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)車輛二三層車輛存取功能的停車設(shè)備。
汽車升降機(jī)類代號(hào)為QS;是指搬運(yùn)器運(yùn)載車輛(或同時(shí)運(yùn)載駕駛員)垂直升降運(yùn)行進(jìn)行多層平層對(duì)位，從搬運(yùn)器到存車位需要駕駛員駕車入位，實(shí)現(xiàn)車輛存取功能的停車設(shè)備。
從上面對(duì)機(jī)械式停車設(shè)備的分類和定義可以看出，與以往的普通車庫(kù)相比，機(jī)械式停車設(shè)備可以在同樣面積的土地上停放更多的車輛，大大的提高了土地面積利用率，同時(shí)具有存車時(shí)間短，可使用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，所以是解決城市停車面積不足，停車?yán)щy的有效措施。
1.2 幾種機(jī)械停車設(shè)備的特點(diǎn)及比較
(一) 升降橫移式
升降橫移式立體車庫(kù)采用模塊化設(shè)計(jì)，每單元可設(shè)計(jì)成兩層、三層、四層、五層、半地下等多種形式，車位數(shù)從幾個(gè)到上百個(gè)。此立體車庫(kù)適用于地面及地下停車場(chǎng)，配置靈活，造價(jià)較低。
1. 產(chǎn)品特點(diǎn)：
1) 節(jié)省占地，配置靈活，建設(shè)周期短。
2) 價(jià)格低，消防、外裝修、土建地基等投資少。
3) 可采用自動(dòng)控制，構(gòu)造簡(jiǎn)單，安全可靠。
4) 存取車迅速，等候時(shí)間短。
5) 運(yùn)行平穩(wěn)，工作噪聲低。
6) 適用于商業(yè)、機(jī)關(guān)、住宅小區(qū)配套停車場(chǎng)的使用。
（二）巷道堆垛式
巷道堆垛式立體車庫(kù)采用堆垛機(jī)作為存取車輛的工具，所有車輛均由堆垛機(jī)進(jìn)行存取，因此對(duì)堆垛機(jī)的技術(shù)要求較高，單臺(tái)堆垛機(jī)成本較高，所以巷道堆垛式立體車庫(kù)適用于車位數(shù)需要較多的客戶使用。這種車庫(kù)自動(dòng)化水平很高，且全封閉式建造，存車安全性高。
（三）垂直提升式
垂直提升式立體車庫(kù)類似于電梯的工作原理，在提升機(jī)的兩側(cè)布置車位，一般地面需一個(gè)汽車旋轉(zhuǎn)臺(tái)，可省去司機(jī)調(diào)頭。垂直提升式立體車庫(kù)一般高度較高（幾十米），對(duì)設(shè)備的安全性，加工安裝精度等要求都很高，因此造價(jià)較高，但占地卻最小。
（四）垂直循環(huán)式
產(chǎn)品特點(diǎn)：
1) 占地少，兩個(gè)泊位面積可停6~10輛車。
2) 外裝修可只加頂棚，消防可利用消防栓。
3) 價(jià)格低，地基、外裝修、消防等投資少，建設(shè)周期短。
4) 可采用自動(dòng)控制，運(yùn)行安全可靠。
基于上述比較，根據(jù)需要現(xiàn)選擇巷道堆垛式立體機(jī)械停車設(shè)備進(jìn)行設(shè)計(jì)。
1.3 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
機(jī)械立體停車庫(kù)是解決大都市內(nèi)停車難問(wèn)題的有效方法。土地資源緊張是大都市的現(xiàn)狀，在亞洲各國(guó)大城市表現(xiàn)的尤為突出，所以機(jī)械式立體停車庫(kù)在亞洲的應(yīng)用比較廣泛，目前統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，立體停車庫(kù)市場(chǎng)大多在亞洲的日本、韓國(guó)、中國(guó)等地。
亞洲的停車設(shè)備技術(shù)起源于日本，日本從20世紀(jì)60年代開始從事機(jī)械停車設(shè)備的開發(fā)、生產(chǎn)、銷售和服務(wù)，至今已有四十多年的歷史。目前在日本從事機(jī)械式停車庫(kù)及其設(shè)備開發(fā)、制造的公司約有200多家，其中生產(chǎn)機(jī)械式停車設(shè)備的公司約100多家，比較大的公司有新明和、石川島播磨、日精、三菱重工等。從90年代起日本每年投入運(yùn)行的機(jī)械停車泊位都在10萬(wàn)以上。目前全日本己經(jīng)投入使用的機(jī)械式停車位超過(guò)300萬(wàn)個(gè)，其中以升降橫移式停車設(shè)備為主。對(duì)于日本，優(yōu)勢(shì)在多層升降橫移類、垂直升降類、水平循環(huán)類、垂直循環(huán)類、簡(jiǎn)易升降類等產(chǎn)品上。韓國(guó)機(jī)械停車設(shè)備技術(shù)是日本技術(shù)的派生。產(chǎn)業(yè)從20世紀(jì)70年代中期開始起步，80年代開始引進(jìn)日本技術(shù)，經(jīng)過(guò)消化生產(chǎn)和本土化，90年代開始進(jìn)入使用階段。由于這幾個(gè)階段得到政府的高度重視，各種機(jī)械停車設(shè)備得到普遍開發(fā)和利用，韓國(guó)近幾年增長(zhǎng)速度都在30%左右。目前韓國(guó)停車設(shè)備行業(yè)進(jìn)入穩(wěn)步發(fā)展階段。
在歐洲，德國(guó)和意大利等歐洲國(guó)家從事停車設(shè)備開發(fā)和生產(chǎn)也比較早。較好的公司有:意大利Sotefin, Interpark,德國(guó)Palis等。由于歐洲國(guó)家土地資源比較富余，停車問(wèn)題表現(xiàn)不很突出，停車設(shè)備應(yīng)用量不是很大。多數(shù)為巷道堆垛式產(chǎn)品，多層升降橫移式產(chǎn)品應(yīng)用也很好。德國(guó)和意大利等歐洲國(guó)家的優(yōu)勢(shì)主要在巷道堆垛類產(chǎn)品上。我國(guó)在20世紀(jì)80年代初開始研制和使用機(jī)械式停車設(shè)備。80年代是起步階段，90年代以來(lái)，隨著汽車工業(yè)和建筑業(yè)的發(fā)展，尤其是轎車進(jìn)入家庭后，停車設(shè)備的應(yīng)用逐步推廣，已經(jīng)形成了新興的停車設(shè)備行業(yè)，步入引進(jìn)、開發(fā)、制造、使用相結(jié)合的初步發(fā)展階段，現(xiàn)在從事停車設(shè)備制造的企業(yè)數(shù)約有100家，其中主機(jī)生產(chǎn)企業(yè)超過(guò)50家。
目前，立體停車設(shè)備的研究工作在國(guó)內(nèi)也得到逐步的重視，國(guó)內(nèi)許多研究院所和高等院校都投入技術(shù)力量，對(duì)立體停車設(shè)備的各個(gè)方面.例如結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、控制系統(tǒng)、存取策略、可靠性分析、以及生產(chǎn)工藝等方面進(jìn)行研究，取得了一系列的成果。與此同時(shí) ，國(guó)家也進(jìn)一步發(fā)展和完善與停車產(chǎn)業(yè)相關(guān)的法規(guī)和各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)，先后制訂了多項(xiàng)停車設(shè)備的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)規(guī)范，加強(qiáng)規(guī)劃引導(dǎo)、技術(shù)開發(fā)和標(biāo)準(zhǔn)化工作。同時(shí)，從中央到地方，都頒布了一系列的法規(guī)條文，對(duì)停車行業(yè)的發(fā)展進(jìn)行規(guī)劃管理。從2004年起，國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局對(duì)停車設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)進(jìn)行許可證評(píng)審工作，規(guī)定在2005年3月31日前未取得生產(chǎn)許可證的企業(yè)，不得從事停車設(shè)備的生產(chǎn)工作。
我國(guó)城市停車行業(yè)從80年代末起，經(jīng)過(guò)十幾年的發(fā)展，現(xiàn)在形成了一定的規(guī)模，但是還處于初始發(fā)展階段，車庫(kù)建設(shè)尚在起步階段，在一些大城市中機(jī)械化車庫(kù)仍然是空白。停車行業(yè)的發(fā)展仍存在著一些問(wèn)題:第一，停車設(shè)備企業(yè)己經(jīng)形成了一定的規(guī)模，但是發(fā)展不平衡，骨干的大中型企業(yè)在20家左右，其它的則是中小企業(yè)居多，技術(shù)力量薄弱，缺乏自主開發(fā)能力，靠引進(jìn)國(guó)外技術(shù)圖紙。第二，產(chǎn)品的種類增多了，但是質(zhì)量、可靠性、安全性、耐久性均存在著較大的問(wèn)題，產(chǎn)品的技術(shù)水平和質(zhì)量難以保證。第三，停車行業(yè)的市場(chǎng)開始發(fā)育，但是競(jìng)爭(zhēng)太殘酷，目前總體能力過(guò)剩，價(jià)格偏低，有的產(chǎn)品已經(jīng)降到行業(yè)平均成本價(jià)以下。
1.4 研究的主要內(nèi)容
本文在查閱國(guó)內(nèi)外大量資料的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了一套有效而實(shí)用的智能全自動(dòng)立體停車庫(kù)系統(tǒng)。從理論上對(duì)立體停車庫(kù)的結(jié)構(gòu)以及控制系統(tǒng)進(jìn)行了研究，并完成了對(duì)立體車庫(kù)的整體結(jié)構(gòu)、存取車的形式及整體控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，具體內(nèi)容如下:
(1)立體車庫(kù)總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)
分析了目前國(guó)內(nèi)外同類立體車庫(kù)結(jié)構(gòu)的優(yōu)劣，在對(duì)可靠性、經(jīng)濟(jì)性以及技術(shù)可行性分析比較的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了一套性能相對(duì)優(yōu)良的立體車庫(kù)系統(tǒng)。
(2)巷道堆垛式立體停車設(shè)備的存取機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
在分析比較的基礎(chǔ)上，確定車庫(kù)的存取車形式，然后由此詳細(xì)設(shè)計(jì)停車位、載車板和存取機(jī)構(gòu)。
(3)立體車庫(kù)運(yùn)輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
通過(guò)比較與分析，設(shè)計(jì)了一套運(yùn)輸系統(tǒng)，并對(duì)運(yùn)輸能力進(jìn)行了計(jì)算與校核，本系統(tǒng)完全滿足設(shè)計(jì)車庫(kù)的功能要求。為了提高運(yùn)行速度和平層精度，運(yùn)輸系統(tǒng)采用變頻變壓調(diào)速電機(jī)，變頻變壓調(diào)速技術(shù)和矢量變換控制技術(shù)。
(4)立體車庫(kù)總體鋼結(jié)構(gòu)骨架的研究與設(shè)計(jì)
通過(guò)類比,設(shè)計(jì)了立體車庫(kù)的鋼結(jié)構(gòu)骨架，運(yùn)用有限元方法對(duì)鋼結(jié)構(gòu)骨架進(jìn)行了各種工況的受力分析和變形分析，找出了鋼結(jié)構(gòu)骨架的最大應(yīng)力作用單元和最大變形單元。驗(yàn)證設(shè)計(jì)鋼結(jié)構(gòu)滿足剛度和強(qiáng)度要求。在此基礎(chǔ)上，建立鋼結(jié)構(gòu)骨架優(yōu)化設(shè)計(jì)模型，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)骨架進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，進(jìn)一步降低材料的消耗車庫(kù)整體重量，提高車庫(kù)的經(jīng)濟(jì)性。
第2章 車庫(kù)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算和零件選擇
2.1 鋼材的選用
2.1.1 車庫(kù)上邊框鋼材的選擇
選擇冷彎等邊槽鋼（GB/T6728-2002）。通過(guò)查表3.1-158根據(jù)實(shí)際物理需求，選擇H×B×t=300×200×10。理論質(zhì)量為10.221kg/m.橫截面面積S=13.021,重心X。=1.517. 材料選擇優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼20鋼。
圖2—1矩形冷彎空心型鋼結(jié)構(gòu)
2.1.2 庫(kù)架支撐鋼的選擇
選擇矩形冷彎空心型鋼結(jié)構(gòu)（GB/T6723-1986）。通過(guò)查表3.1-165，根據(jù)實(shí)際需求選擇尺寸H×B×t=300×200×10。理論重量為72.7kg/m橫截面面積S=92.6.材料選擇優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼20鋼。確定長(zhǎng)度為3500mm,數(shù)量為4根。得質(zhì)量為。
2.1.3 上下層支撐鋼的選擇
選擇矩形冷彎空心型鋼結(jié)構(gòu)（GB/T6723-1986）。通過(guò)查表3.1-165，根據(jù)實(shí)際需求選擇尺寸H×B×t=160×80×8。理論重量為26.81kg/m橫截面面積S=33.64. 材料選擇優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼20鋼。確定長(zhǎng)度為3000mm,數(shù)量為4根。得質(zhì)量為
2.1.4 升降臺(tái)輔助支撐鋼的選擇
選擇矩形冷彎空心型鋼結(jié)構(gòu)（GB/T6723-1986）。通過(guò)查表3.1-165，根據(jù)實(shí)際需求選擇尺寸H×B×t=100×50×5。理論重量為10.484kg/m橫截面面積S=13.365. 材料選擇優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼20鋼。確定長(zhǎng)度為1000mm,數(shù)量為4根。得質(zhì)量為
2.1.5 鏈輪支撐鋼的選擇
選擇矩形冷彎空心型鋼結(jié)構(gòu)（GB/T6723-1986）。通過(guò)查表3.1-165，根據(jù)實(shí)際需求選擇尺寸H×B×t=120×50×6。理論重量為15.097kg/m橫截面面積S=19.232. 材料選擇優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼20鋼。確定長(zhǎng)度為500mm,數(shù)量為4根。得質(zhì)量為
2.1.6 鏈輪輔助支撐鋼的選擇
選擇矩形冷彎空心型鋼結(jié)構(gòu)（GB/T6723-1986）。通過(guò)查表3.1-165，根據(jù)實(shí)際需求選擇尺寸H×B×t=120×50×6。理論重量為15.097kg/m橫截面面積S=19.232. 材料選擇優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼20鋼。確定長(zhǎng)度為750mm,數(shù)量為4根。得質(zhì)量為
2.1.7 滑輪支撐鋼的選擇
選擇矩形冷彎空心型鋼結(jié)構(gòu)（GB/T6723-1986）。通過(guò)查表3.1-165，根據(jù)實(shí)際需求選擇尺寸H×B×t=120×50×6。理論重量為15.097kg/m橫截面面積S=19.232. 材料選擇優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼20鋼。確定長(zhǎng)度為750mm,數(shù)量為4根。得質(zhì)量為。
2.1.8 滑輪輔助支撐鋼的選擇
選擇矩形冷彎空心型鋼結(jié)構(gòu)（GB/T6723-1986）。通過(guò)查表3.1-165，根據(jù)實(shí)際需求選擇尺寸H×B×t=60×30×4。理論重量為4.826kg/m橫截面面積S=6.147. 材料選擇優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼20鋼。確定長(zhǎng)度為750mm,數(shù)量為4根。得質(zhì)量為
2.1.9 上下層支撐鋼橫向連接鋼的選擇
選擇矩形冷彎空心型鋼結(jié)構(gòu)（GB/T6723-1986）。通過(guò)查表3.1-165，根據(jù)實(shí)際需求選擇尺寸H×B×t=100×50×5。理論重量為10.484kg/m橫截面面積S=13.365. 材料選擇優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼20鋼。確定長(zhǎng)度為1850mm,數(shù)量為2根。得質(zhì)量為。
2.1.10 滑輪支撐鋼橫向連接鋼的選擇
選擇矩形冷彎空心型鋼結(jié)構(gòu)（GB/T6723-1986）。通過(guò)查表3.1-165，根據(jù)實(shí)際需求選擇尺寸H×B×t=60×30×4。理論重量為4.826kg/m橫截面面積S=6.147. 材料選擇優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼20鋼。確定長(zhǎng)度為1850mm,數(shù)量為2根。得質(zhì)量為。
2.1.11 鏈輪支撐鋼橫向連接鋼的選擇
選擇矩形冷彎空心型鋼結(jié)構(gòu)（GB/T6723-1986）。通過(guò)查表3.1-165，根據(jù)實(shí)際需求選擇尺寸H×B×t=60×30×4。理論重量為4.826kg/m橫截面面積S=6.147.材料選擇優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼20鋼. 確定長(zhǎng)度為1850mm,數(shù)量為2根。得質(zhì)量為.
圖2—2矩形冷彎空心型鋼結(jié)構(gòu)
2.1.12 載車板橫向邊緣鋼
選擇冷彎等邊槽鋼（GB/T6728-2002）。通過(guò)查表3.1-158根據(jù)實(shí)際物理需求，選擇H×B×t=100×50×4.0。理論質(zhì)量為5.788kg/m.橫截面面積S=7.373, 重心X。=1.448. 材料選擇優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼20鋼。確定長(zhǎng)度為4700mm,數(shù)量為2根。得質(zhì)量為. .
(以上理論質(zhì)量都是按鋼的密度為7.85g/=)
2.2 載車板的結(jié)構(gòu)和尺寸的設(shè)計(jì)算
由于本設(shè)計(jì)存車容量為4700×1850×1450中型車，考慮力學(xué)性能，設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)尺寸如圖2.3。
整體由冷彎空心型鋼、冷彎等邊槽鋼和鋼板焊接而成。
低部三橫梁鋼材選用矩形冷彎空心型鋼結(jié)構(gòu)（GB/T6723-1986）。通過(guò)查表3.1-165，根據(jù)實(shí)際需求選擇尺寸H×B×t=160×80×8。理論重量為26.81kg/m橫截面面積S=33.64。材料選擇優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼20鋼. 確定長(zhǎng)度為1850mm,數(shù)量為3根。得質(zhì)量為..
車板邊梁選擇冷彎等邊槽鋼（GB/T6728-2002）。通過(guò)查表3.1-158根據(jù)實(shí)際物理需求，選擇H×B×t=100×50×4.0。理論質(zhì)量為5.788kg/m.橫截面面積S=7.373, 重心X。=1.448. 材料選擇優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼20鋼. 確定長(zhǎng)度為4700mm,數(shù)量為2根。得質(zhì)量為. .
中部支撐剛選擇矩形冷彎空心型鋼結(jié)構(gòu)（GB/T6723-1986）。通過(guò)查表3.1-165，根據(jù)實(shí)際需求選擇尺寸H×B×t=100×50×5。理論重量為10.484kg/m橫截面面積S=13.365.材料選擇優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼20鋼確定長(zhǎng)度為1690mm,數(shù)量為2根。得質(zhì)量為.
鋼板材料采用ZG06Cr13Ni14Mo.體積為質(zhì)量為=
2—3載車板結(jié)構(gòu)示意圖
2.3 升降系統(tǒng)各零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和尺寸確定
本系統(tǒng)主要通過(guò)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)鋼絲繩通過(guò)滑輪提升或下放載車板。結(jié)構(gòu)主要由升降臺(tái)、鋼絲繩及滑輪組件、鏈和鏈輪組件、卷筒組件、電動(dòng)系統(tǒng)等組成。
2.3.1 升降臺(tái)結(jié)構(gòu)的初步設(shè)計(jì)
通過(guò)查《機(jī)械手冊(cè)3》第28篇要求，對(duì)升降臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算。其初步結(jié)構(gòu)主要由螺栓、矩形邊梁鋼、鏈連輪、滑輪、 鋼板 、連接板支撐鋼等組成 機(jī)構(gòu)如下
圖2—4升降臺(tái)結(jié)構(gòu)
2.3.2 鋼絲繩的設(shè)計(jì)計(jì)算
1．機(jī)構(gòu)工作類型的選擇
由于本車庫(kù)為家庭用車庫(kù)，工作時(shí)間1
45000N
所選鋼絲繩規(guī)格合格。
通過(guò)表8.1-34選擇起重機(jī)型線接觸鋼絲繩型號(hào)鋼絲繩。
2.3.3 鋼絲繩夾的選擇
圖2—6鋼絲繩夾
根據(jù)表8.1-35選擇
A=37.0 B=37 C=74 R=10.5 H=92
螺母M16材料為KTH350-10(GB/T5976-1986)
鋼絲繩夾的使用方法由表8.1-38查得每個(gè)接頭處的鋼絲繩夾最少為4個(gè)，其安裝結(jié)構(gòu)及尺寸如下圖：
圖2—7鋼絲繩夾的安裝位置
其中A=(6~7)d。=120~140mm 取A=130mm。
2.3.4 滑輪及其組件的設(shè)計(jì)計(jì)算
1材料和結(jié)構(gòu)的選擇
滑輪用來(lái)對(duì)鋼絲繩進(jìn)行導(dǎo)向和支撐，以改變繩索及其傳遞拉力的方向或平衡繩索分支的拉力。由于本設(shè)計(jì)的滑輪承受載荷中等，選擇材料為ZG230-450,制成實(shí)體滑輪。
2滑輪主要尺寸的確定
繩槽半徑R是根據(jù)鋼絲繩直徑d的最大允許偏差為確定的。鋼絲繩繞進(jìn)和繞出滑輪槽時(shí)偏斜的最大角度（即鋼絲繩中心線和與滑輪軸垂直的平面之間的角度）應(yīng)不大于。
繩槽表面的精度為?；喌闹饕叽缤ㄟ^(guò)表8.1-63確定滑輪槽斷面尺寸
圖2—8滑輪基本尺寸（JB/T9005.1—1999）
根據(jù)表8.1-64確定滑輪的直徑
選擇D=400mm
3滑輪形式的確定
由于結(jié)構(gòu)好密封比較嚴(yán)密選擇A型結(jié)構(gòu)。
圖2—9滑輪基本尺寸
通過(guò)查表8.1-65選擇滑輪軸承尺寸
由表8.1—66選擇輪轂尺寸
4滑輪強(qiáng)度的計(jì)算
圖2—10滑輪受力分析
假定輪緣是多支點(diǎn)梁，繩索拉力F使輪緣產(chǎn)生彎曲
繩拉力的合力(N)
（2—3）
式中 F—繩索拉力，為7500N
—繩索在滑輪上的包角的圓心角。為
所以
輪緣最大彎矩（）
（2—4）
式中L—兩輪輻間的輪緣弧長(zhǎng)(mm) mm
所以
輪緣最大彎曲應(yīng)力（）
（2—5）
式中 W—輪緣抗彎斷面摸數(shù)（）
—許用彎曲應(yīng)力，應(yīng)該小于100
所以
輻條內(nèi)壓應(yīng)力（）
當(dāng)繩索拉力合力方向與輻條中心線重合時(shí)，輻條中產(chǎn)生的壓應(yīng)力最大
（2—6）
式中 A—輻條斷面面積（），取A=700
—斷面折減系數(shù)，取0.1
—許用壓應(yīng)力為100
所以
滑輪滿足要求。
5滑輪組件的設(shè)計(jì)
查機(jī)《械設(shè)計(jì)手冊(cè)3》按ZB/T J80006.3—1987。選擇A型，如上面示意圖所示。帶有深溝球軸承和圓柱滾子軸承兩個(gè)形式的滾動(dòng)軸承（嚴(yán)密密封）有內(nèi)軸套的滑輪。
根據(jù)上面得到的滑輪的滑輪直徑和壁厚選擇 滾動(dòng)軸承分別選擇6216 和NF216.
圖2—11滑輪組件
為了減少摩擦與磨損，同時(shí)有起到冷卻、吸振、防銹，以及降低噪音。由于軸承的轉(zhuǎn)動(dòng)速度不大于4m/s選擇毛氈密封（從動(dòng)輪）和皮碗密封。
滑輪軸向的固定采用緊固螺母固定。
2.3.5 卷筒的設(shè)計(jì)計(jì)算和尺寸確定
1． 卷筒類型的選擇
選擇周邊大齒輪式（JB/T9006.2—1999）。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是卷筒軸不受轉(zhuǎn)矩，只承受彎矩。一般為開式傳動(dòng)。選擇圖8.1-3A型結(jié)構(gòu)。
2．卷筒幾何尺寸的確定
選擇單層卷繞雙聯(lián)卷筒。通過(guò)表8.1—47對(duì)卷筒幾何尺寸進(jìn)行計(jì)算。
卷筒上有螺旋槽部分長(zhǎng)計(jì)算公式
（2—7）
D—卷筒名義直徑,通過(guò)表8.1—48選擇400mm
d — 鋼絲繩直徑,d=20
—最大起升高度，取2000mm
a —滑輪組倍率，a=1.
D0=D+d—卷筒計(jì)算直徑，由鋼絲繩中心算起的卷筒直徑。
Z≥1.5—為固定鋼繩的安全圈系數(shù)，取1.6
P— 繩槽槽距，查表8.1—49，P=22。
根據(jù)表8.1—50選取卷筒的部分尺寸，卷筒槽形選標(biāo)準(zhǔn)槽形即可。
選擇基本尺寸D=400 D1=370 D2=360 D3=17 L1=70 L2=28
所以
（2—8）
圖2—12卷筒基本尺寸
由于卷筒選取A型單層雙聯(lián)卷筒結(jié)構(gòu)，卷筒長(zhǎng)度計(jì)算公式
（2—9）
L1 —無(wú)繩槽卷筒端部尺寸（又結(jié)構(gòu)需要決定）
L2 —固定鋼繩所需長(zhǎng)度
所以
3、卷筒的技術(shù)條件
a、材料
HT200灰鑄鐵。鑄鐵件需經(jīng)時(shí)效處理一消除內(nèi)應(yīng)力鑄鋼件應(yīng)進(jìn)行退火處理
b、表面質(zhì)量
卷筒不得有裂紋，成品卷筒的表面上不得有影響使用性能和有損外觀的顯著缺陷
c、尺寸公差和表面粗糙度
同一卷筒上的螺旋槽的底經(jīng)差不得超過(guò)
d、形位公差
卷筒上配合圓（D1）的圓度比t1、同軸度 t2、左右螺旋槽的徑向圓跳動(dòng)t3以及端面圓挑動(dòng)t4，不得大于GB/T1184中的下列值：
（2—10）
不低于8級(jí)；
（2—11）
4、鋼絲繩在卷筒上的固定
繩端在卷筒上的固定必須安全可靠。在這里采用壓板固定。
圖2—13 壓板式固定
它的構(gòu)造簡(jiǎn)單，檢查拆卸方便。
鋼絲繩的壓板按表8.1—54選取這種壓板使用于各種原股鋼絲繩的繩端的固定。
圖2—14壓班基本尺寸
A=65mm
B=60 mm
C=20 mm
D=22 mm
F=5.0 mm
G=21.0 mm
R=10.0 mm
d=20 mm
5．卷筒最小直徑的計(jì)算
計(jì)算公式
Dmin=hd （2—12）
Dmin —按鋼絲繩中心計(jì)算的滑輪和卷筒的最小直徑
h — 與機(jī)構(gòu)工作級(jí)別和鋼絲繩有關(guān)的系數(shù)
查表8.1—61
h=18
Dmin =18×20=360
鋼絲繩繞進(jìn)繞出滑輪槽時(shí)偏角的最大角不大于40
鋼絲繩繞進(jìn)繞出卷筒時(shí)鋼絲繩離螺旋槽兩側(cè)的角度不大于9.50
6.卷筒強(qiáng)度計(jì)算
卷筒的材料一般采用不低于HT200鑄鐵。
忽略卷筒自重力，卷筒在鋼絲繩最大拉力作用下，使卷筒產(chǎn)生壓、彎曲和扭應(yīng)力，其中壓應(yīng)力最大。由于L≤3D時(shí)只計(jì)算壓應(yīng)力。因?yàn)槭菃螌泳砝@，壓應(yīng)力應(yīng)按下式計(jì)算
（2—13）
查《設(shè)計(jì)手冊(cè)1》表3.1—6，
（2—14）
卷筒合格
2.3.6 升降鏈及鏈輪的選擇
1．鏈的類型選擇
本設(shè)計(jì)鏈起到平衡和傳動(dòng)的作用，因此通過(guò)表14.2—1根據(jù)實(shí)際需要選短節(jié)距精密滾子鏈（簡(jiǎn)稱滾子鏈），其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：由外鏈節(jié)和內(nèi)鏈節(jié)鉸接而成。銷軸和外鏈板、套筒和內(nèi)鏈板為靜配合；滾子空套在套筒上可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)，以減少嚙合 時(shí)的摩擦和磨損，并可以緩和沖擊。
2．滾子鏈的基本參數(shù)和尺寸
根據(jù)實(shí)際需要選擇12A型鏈條，尺寸如圖2—15：
圖2—15滾子鏈結(jié)構(gòu)尺寸
節(jié)距 P=19.05mm
滾子直徑 d1=11.91mm
內(nèi)節(jié)內(nèi)寬 b1=12.57mm
銷軸直徑 d2=5.96mm
套筒孔徑 d3=5.98mm
鏈條通道高度 h1=18.34mm
內(nèi)鏈板高度 h2=18.08mm
外鏈板高度 h3=15.62mm
過(guò)渡鏈尺寸 l1=7.9mm l2=9014mm c=0.1mm
排距 Pt=22.78
3.滾子鏈鏈輪的基本參數(shù)和主要尺寸（GB/T1234—1997）
圖2—16滾子鏈鏈輪結(jié)構(gòu)尺寸
查表14.2—3初選Z=18,已經(jīng)選擇鏈條的型號(hào)為12A型。通過(guò)查表14.2—2查得配用鏈條的節(jié)距P=19.05mm
滾子鏈外徑 排距
確定分度圓的直徑d:
（2—15）
齒頂圓直徑 :
（2—16）
由于121.60mm
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