立体车库的设计

机械式立体车库设计方案机械式停车库分为升降横移类、垂直循环类、水平循环类、多层循环类、平面移动类、巷道堆垛类、垂直升降类、简单升降类等类型。其中垂直升降类停车库是指用升降机构将车辆升降至停车库目的层，然后用横移机构存取车辆的机械式停车设备。它又称为塔式立体停车库或电梯式立体停车库。垂直升降类停车库与其它类型停车库相比较特点是：（1）由于可以建得很高，其平面和空间的利用率较高；（2）控制系统先进，使得存取车迅速，运行平稳，运转效率较高；（3）具有安全可靠的机械及光电安全装置，同时由于封闭可防火、防盗、防异物伤害；（4）与垂直循环类相比，整个系统不作整体运动，节省电能；（5）噪声较低；（6）电脑操作，使用方便。因此该类停车库适用于如城市中的繁华中心区等需要车辆集中停放的场所。当然，这类停车设备也有一定缺点：（1）升降机构的通道不能作为停车位使用；（2）垂直升降和水平横移这2个动作之间有间歇，而使存取车周期加长，近年来通过提高升降速度、预先让横移装置待机等措施已得到缓解；（3）一次性投资设置需要较多资金。垂直升降类停车库在我国发展比较快，特别是一些电梯企业因这类设备的升降机构部件与电梯类似，这类设备的用户与电梯相近，已经开始着手设计。据不完全统计，我国停车设备生产企业已向社会提供了2100多个车位的垂直升降类停车库（即不包括进口），在各类机械式停车库车位数量排名中列第3位。我们认为伴随着我国轿车拥有量的快速增长，这类停车库在大中城市将有较大发展空间。一综述垂直升降类停车库的工作过程是：存车时，车辆驶进车库入口，由升降机构将车辆或载车板升降到目的层，然后用提升机构上的横移装置把车辆或载车板送进存车室；取车时，由横移装置把指定存车室上的车辆或载车板取进升降机构，然后由升降机构把车辆升降至车库出口处，司机再把车辆开走。起升级构位于车库的中部，由电动机、制动器。卷筒，升降平台及导轨组成，运行时电动机带动卷筒转动，卷筒转动钢丝绳，使得升降平台在钢丝绳的牵引下沿立柱上的导轨上下运动，当升降平台碰到各层的行程开关时首先减速运动，碰到第二个行程开关时制动器抱死卷筒制动，横移机构伸出，动作完毕后，行程开关发出信号，升降台略微升起，横移机构缩回，定位后，升降台下降或到一层。主要结构：:1－曳引驱动机；2－导向轮；3－载车板；4－车辆；5－横移装置；6－对重；7－控制柜；8－召唤操作盘；9－停车库门；10－升降回转装置；11-搬运器；12－钢丝绳二机械部分1.1钢结构架钢结构架包括：（1）钢结构架的设计制造应符合GB/T3811《起重机设计规范》的规定；必要时可以对一些钢结构架浸锌或电镀锌。1.2载车板载车板放置在钢结构架中的载车板架上，用于搬运和支托车辆。载车板由两块3mm钢板拼结而成,底部加横梁支撑.1.3升降装置升降装置包括：（1）曳引驱动机，即电机、减速箱和制动器；（2）传动部件，包括钢丝绳和滑轮（或升降链条、链轮）等；（3）搬运器，由载车台及横移滑道组成，载车台是由左右竖框和前后横梁组成的矩形框架，用于升降时支托车辆；框架四周设置纵向导向轮和横向导向轮与设置在结构上的四根升降导轨相配合组成垂直运动副（4）对重和平衡链；（5）升降导轨和对重导轨。曳引驱动机通过钢丝绳（或链条）使载车台升降，同时对重也相应运动，平衡重量，这样有利于减小电机功率。（5）电机采用变频调速电机，加配重可选用2kw电机，升降速度2m/s,不加配重须用80kw电机，应加配重。1.4横移装置目前已有多种横移装置设计型式。对于较普遍的滑叉式横移装置来说，其工作过程是电机通过链传动带动长轴转动，长轴两端通过链条、链轮带动两端的三级滑叉作横向同步运动，实现车辆横移。三级滑叉由支承板、导轮、第二三级滑叉、链轮、齿条及齿轮箱等组成。第二级、第三级滑叉中的链传动设有“行程倍增机构”。载车横移的方式有：（1）滑叉载车式，车辆与载车板一起提升，且与载车板一起由三级滑叉装置横移至存车室；（2）链传动载车式，车辆与载车板一起提升，且与载车板一起由链传动横移至存车室；（3）梳叉载车式，车辆由升降装置上的梳叉提升，且通过梳叉横移把车辆送至存车室相交错的叉齿上；（4）履带输送式，搬运器在车辆前后轮处有两个主动履带，横移时由这两个主动履带带动存车室上的被动履带，将车辆送至存车室。由于滑叉式即导轨式结构相对简单，造价低，所以选用导轨式。其主要部分是齿轮齿条组成的行程倍增机构和驱动箱。本设计方案，结构简单紧凑，成倍低，运行可靠，纵观目前立体车库横移机构，没有几家产品能以如此简单的机构实现如此复杂运动。结构简单本身就意味着成本低和可靠性高，因而就有很大的优越性。电机采用普通正反转电机，电阻调速，功率0.2kw，横移速度0.2m/s,导轨本身带到位锁死机构。由行程开关控制速度调节时间。总体结构图：正视图电机链条变速箱驱动箱中间齿轮固定导轨3导轨2导轨1框架俯视图：（中间部分）链条变速箱电机长轴电机与减速器布置仅为示意图，建议直接采用减速电机。大链轮齿数51，小链轮齿数17，节距10A，传动比1：3。框架示意图（cm）载车台导轨放置位置电机与链轮横移机构布置示意图长轴横向导向轮×8纵向导向轮×8立柱采用热轧H型钢125×125，横梁热轧普通工字钢I14，总重1025千克。导轨运动简图(cm)中间齿轮导轨1导轨2固定于框架的导轨驱动齿轮运动原理：电机经变速箱或减速电机将动力传至链轮，链轮带动长轴，长轴带动驱动箱大齿轮旋转，大齿轮带动小齿轮旋转，小齿轮驱动动导轨2平移，与此同时固定于导轨2上的齿轮1转动，带动导轨1平移。由运动定理可以看出：齿轮1相当于以固定导轨3上的接触点为圆心转动，故导轨2上的齿轮实际圆心点的速度与导轨1上齿轮接触点的速度之比为1：2，即导轨1的速度是导轨2的速度的两倍，因此可以实现行程倍增，即导轨2移动1m的距离时导轨1却可以移动2米的距离。该机构结构简单紧凑，经过有限元重重分析优化，重量轻，强度高，受力合理，工作可靠，成本最低。截面尺寸比成贤大厦结构要小1/2,结构元件数目少1/4左右，因而更大程度上提高了系统的可靠度。图中圆孔处为放置滚子轴承处，方孔为置横向导轮（轴承）处，导轨采用铸刚铸造或采用45#调质钢焊接而成，其基本结构为品字型的的三根主梁，2级导轨由两根梁组成，通过螺栓或铆钉连接成一体，轴承座的具体形式可以按工艺性的不同要求而有所不同。运动传递图：方向?开始顺转逆转导轨2小齿轮1小齿轮2长轴链轮减速电机导轨1大齿轮导轨模型图：中间齿轮强度计算：m=3z=25d=75b=20MpabdKFZMpbmYYKFYKKKKsmvNFtEHaSaFatsaFFHBaVAt335105.7260025.18.1895.25.27.521027.5103259.162.260025.111125.1/2.06002750切向载荷导轨1最大等效应力156Mpa，选用＃45调质刚滚子与导轨接触面最大接触应力569.8Mpa导轨2最大等效应力123Mpa滚子与导轨接触面最大接触应力510Mpa轴承采用背对背的两个深沟球轴承（每个轴承孔），滚子轴径3cm,按对称循环应力校核，采用最大应力45Mpa,导轨与滚子接触面须高频淬火。下图单位均为cm:级导轨底部示意图坐标驱动箱结构图1行程销定位销大齿轮驱动箱中间位置正视图固定轴1活动轴2行星架小齿轮2小齿轮1驱动箱结构图2驱动箱正视图（导轨右移时）行程销定位销小齿轮大齿轮行星架如图1所示齿轮1的轴是固定于驱动箱上的，齿轮2与齿轮3固定于行星架上可以绕齿轮1的轴转动，行程销压紧在导轨2底部。图1所示为中间位置即导轨没有左右移动时的状态，图2所示为导轨右移时状态。基本工作原理如下：1导轨在中间位置没有移动时：行程销被压下，行程销与定位销之间的斜面相互作用使得定位销右移，定位销对行星架失去约束作用，行星架可以左右自由转动2导轨右移时：首先大齿轮逆时针转动，由小齿轮轴与轴承之间的摩擦力带动整个齿轮架和小齿轮1、2顺时针转动，齿轮3进入啮合，带动齿条右移。为了保证开始时行星架转动，在平衡位置时齿轮3，2同时与导轨2下面的齿条沿高度方向啮合2毫米。由于采用较大的模数4，所以两者之间可以有足够的活动余地。齿轮2上移0.6cm进入啮合，齿轮2下移0.6cm退出啮合，由右定位销限制了齿轮3的进一步上移。当导轨1点移到左行程销的右面时，行程销由下面的弹簧力推起，定位销右移将行星架卡住使其不能顺时针转动，到此时行星架被锁死，行星轮系成为定轴轮系。回程同样。大齿轮顺时针转动，小齿轮2逆时针转动带动导轨左移，当导轨1点重新压下右行程销时，右定位销左移，行星架被放松，由于此时正好是电机停转进行制动的时候，，导轨的惯性驱动齿轮2左移，行星架被压紧，齿轮齿条继续保持啮合。3导轨左移时，大齿轮顺转，小齿轮逆转，由于开始的时候，导轨及其上面汽车的惯性很大，可以认为在启动开始的某一段时间内是静止的，这是小齿轮2因受齿条的限制不能转动，行星架顺时针向下转动，小齿轮2下降退出，小齿轮1上升进入正常啮合，在此期间由于齿面摩擦的存在，会在一定程度减小起动时的冲击，仔细分析会发现在换向的时候由于齿面是压紧在齿条上的，所以不会因换向本身而引起较大的冲击，但会加大齿面的磨损，不过同因惯性大引起的冲击和电机启动困难相比，此种方案还是比较好的。驱动箱齿轮啮合局部放大图如上图所示：（齿轮齿条的模数为4，小齿轮分度圆半径6cm,大齿轮分度圆半径10cm,左右两小齿轮中心距28cm，见驱动箱示意图）假设小齿轮在中间位置时恰好在分度圆处与齿条的齿顶啮合，小齿轮分度圆处的压力角为20度，齿顶压力角可算得为28.244度，行星架与垂直线得夹角为27.69度，重合度0.9827，齿侧间隙9.192-6.28=2.912(mm)。当大齿轮如图方向转动时，小齿轮转动方向如图所示，显然小齿轮在图中所示位置是转不动的，（开始转动的时候，因为上面的导轨及所载车辆得质量很大，惯性相当的大，在开始的很短时间内可以认为是静止的）由于行星架法线方向与垂直线的夹角为27。69度大于齿廓压力角20度，显然小齿轮会在大齿轮的驱动下整体向上滑动。在向上滑动的过程中，由于齿条与齿轮距离稍微有所增大，小齿轮会有些转动，总体上来说是滑动向上，直至进入正常啮合状态。因此在开始转动的时候，由于滑动的存在，会减轻冲击，但齿轮的磨损会增加。适当的调整两个齿轮的大小以及布置方式，会在无滑动存在最大冲击和冲击最小但滑动最大之间变化。从本设计的目的出发，要将滑动减小为零理论上是行不通。此处还是有较大的调整余地的。(接触高度2mm时，重合度0.38mm，齿侧间隙9.1926-4.79=4.4026mm).可以证明两个小齿轮在选定的模数和齿数的条件下是可同时与齿条正确啮合的。4部分设计计算数据：悬伸导轨重量kgMCMVCMCMVCMV43585.75.55555174.1211822156404.121182.605921564023047332231钢板重量kgcmmkgmmM1573.0(/7.15522钢板）两项总重：435+157=592kg动载荷:F*T=MV取V=1m/s(电梯升降一次耗时半分钟)则F=435*1/0.04=10000N=1000kg静载荷为20000N按总重4吨计算，折到每端2吨，设计导轨运动速度0.2m/s，导轨与滚子之间的摩擦系数为0.003(理论数据)压力为40000N*0.003=120N,导轨横向如采用轴肩定位每组导轨受力600N，可得电机毛功率0.2×1200＝240W,这基本上符合大多数资料中的电机数据，较准确的数据应当由试验测得，摩擦力较大时对电机启动影响不大，并且有利于电机制动，本设计中强度的计算都按照此值。可选用相当功率的电机配减速器或减速机，总传动比选用1500r/min电机为1：75,链传动拟采用1：3，，大链轮齿数51，小链轮齿数17，节距10A,采用减速电机，或者采用普通正反转电机配一个变速器，按实际要求决定。制动采