1、自行车自动存取立体车库系统设计自行车自动存取立体车库系统设计 自行车立体车库设计 1 本文针对停车场只能控制系统中存在的问题，把PLC可编程序控制器和变频器应用于停车场只能控制系统上，并进行了较深入的研究。 本文阐述了智能停车场系统的PLC控制、收费、计费和安全的一些基本思路和方法，并介绍了着重介绍了PLC工作特点及运行原理，还介绍PLC控制器主要功能模块及应用，不仅编程简单，通用性强，抗干扰能力强，可靠性高，而且具有易于操作及维护，设计、施工、调试周期短等优点。本文主要是对停车场进行智能化设计，通过采取PLC技术对停车场管理的设计，达到停车场智能化、高效化。 关键字： PLC 停车 立体车库
2、 控制系统 钢结构。 自行车立体车库设计 2 1绪论 . 3 11课程的背景和意义. 3 12课题的关键技术及其国内外研究发展现状. 8 121国外研究现状. 8 122国内研究现状. 8 2自行车自动存取多层回转立体车库机械部分设计 . 8 21自动存取多层回转立体车库的基本结构. 9 211基本结构. 9 212主要参数. 10 22立体车库机械手的结构设计. 10 221机械手的介绍. 13 222机械手分析. 13 223机械手结构图. 14 23升降机构的设计. 14 24设计计算. 17 241设计V带和带轮 . 17 242齿轮的设计. 19 243传动轴承和轴的设计. 27 2
3、44键的设计和计算. 28 245联轴器的设计. 29 3立体车库电气控制系统设计 . 29 31电气控制系统整体设计. 30 32电气系统关键部分设计. 30 33 PLC控制程序设计 . 30 34电动机的选择和计算. 31 4结论与展望. 31 41 结论. 32 42 展望. 32 参考文献 . 32 自行车立体车库设计 3 1.1 课题的背景和意义 自行车无处停放或随处乱停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30-40年的历史，无论在技术 上还是在经验上均已获得了成功。 机械车库与传统的自然地下车库相比，在许多方面都
4、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 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 1绪论 Lh =86750 (h) 机械车库一般不做成套系统，而
5、是以单台集装而成。这样验算结果：合 格。 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。 12课题的关键技术及其国内外研究发展现状 目前各国都大力倡导使用绿色环保的自行车作为出行的交通工具。但是, 大量的自行车在市区的停放问题成为一道技术难题, 为解决这一难题, 人们开发出各种各样的自 自行车立体车库设计 4 行车停放装置。介绍了国内外几种具有代表性的、实用性 强的自行车停放装置,重点对比、分析了它们的结构、 使用及适用场合。指出未来城市的自行车停放装置将向自 动化、智能化、立体化, 以及海
6、量存储、存取快捷、美观防 盗等多功能方向发展, 全自动地下自行车车库将在未来大 都市中占据主导作用。 自行车停车架及停车棚具有成本低廉、可转移性好、 普及性强的特点, 适合于自行车停放量较少、停放面积充 足、停放时间短的场合, 如小区街道、学校会所等; 双层自 行车停放装置及直立式自行车停车架具有结构简单、节约 空间的特点, 适合于自行车停放量较大、停放面积有限的场 合, 如商贸中心街道、人流量大的街道等; 隔间式自行车停 放装置具有防盗、防止车辆间摩擦的特点, 适合于对自行车 保护要求较高、停放时间长的场合, 如附近机关、商铺、社 区等; 悬挂式自行车停放装置具有安全防盗、方便、美化环 境的
7、特点, 适合于城市发展较成熟的商业中心地段、社区街 道等。全自动地下自行车车库具有全自动化、海量存储、 存取快捷、防盗的特点, 适应于新时代发展特点城市不断 扩大、人口持续增加, 自行车使用量递增, 以及人们生活质 量不断提高。特别适合于北京、上海、广州等这些人均地 面积少、出行人口密集、自行者拥有量极大的中心城市。 121国外研究现状 随着人们生活质量的提高, 省心、省力、安全是人们对 自行车停放装置提出的新要求。因此,人们开发出一些机械 电子一体化的自行车停放装置, 悬挂式自行车停放装置即 属于其中有代表性的一种, 如图1。它主要由滑轮升降机、 电机驱动卷筒、控制电路以及固定车架等构成,
8、自行车被自 动放置到空中停放区域。空中停放区域的外体由铁架搭建, 可在铁架外表做广告招牌, 达到了一物两用的功能。存车者 把自行车放入停车架, 按存车按钮, 自行车通过滑轮升降 自行车立体车库设计 5 机和电机驱动装置自动升入空中停放。 图1.1 取车者通过停放凭据认证后, 按取车按钮便可取走自行车。这种停放装置使用了类似隔间式自行车停放装置的防盗措施, 它主要由电控锁电路(类似于超市的存包柜的控制电路)来实现。当非法取车或存放车辆遇到破坏时, 防盗报警系统会自动报警, 管理人员可及时处理。 在瑞士日内瓦市出现了一种类似于悬挂式自行车停放装置Biketree, 它们原理相似,但外形有差异, 如
9、图2所示(放大部分为磁卡感应器)。一个Biketree一般能停放6 8辆自行车, 存车者通过感应器扫描磁卡来停放自行车。 近年来人们开发出一种海量存放、全自动化、安全防盗、避免摩擦、方便快捷的自行车停放装置全自动地下自行车车库，如图1.3。该车库只有入口部分露出地面, 地下部分为圆柱形结构, 形似冰山, 自行车停放架沿着圆柱形结构一层层搭建起来。整个圆柱形构架的中心空余部分用于安装车库的核心部分机械手升降导轨、机械手行走导轨和控制电路, 以保证机械手臂进行自行车的控制、升降、夹取、检测及安全保护等。该车库的磁卡感应装置未使用传 自行车立体车库设计 6 统的CH IP卡, 而是选用标准的智能型E
10、C- 卡(类似国内的 借记卡), 这种卡不仅反应灵敏而且使用寿命较长。这种安 全防盗技术加上整个车库的地下圆柱形结构, 车库的防盗 能力得到很大提高。存车者只需将自行车放在指定位置, 按 下按钮, 停放装置的机械手臂会自动把自行车存放至停放 装置的空闲位置; 取车者也只需按一下按钮, 自行车就会 自动被机械手臂传送到取车者的面前。整个存取车过程只 需30 s 35 s。 目前, 日本、荷兰、西班牙、德国的一些城市已经使用 这种停车装置, 并受到了广泛的欢迎, 打算在其他城市也 普及使用。欧洲的停车库圆柱直径为7. 5m, 高度为5. 25m, 能容纳92辆自行车; 日本东京的Kasai车站所建
11、的停车库可 容纳下180辆自行车, 并已经建有36个圆柱状的停车空间, 总共能停放6 000多辆自行车。这种全自动地下自行车车库 特别适用于某些未规划完整的交通线路, 停放自行车的空 间预留地少、居民生活密集的区域建造自行车车库。 图1.3 122国内研究现状 自行车立体车库设计 7 减少交通工具气体排放量成为当今社会绿色环保的主 题之一, 为此, 各国大力倡导使用自行车作为出行的交通 工具。然而, 自行车使用量的增加却给其在城市停放方面带 来了一系列问题, 如停放空间狭小, 易破坏自行车外表; 自 行车乱停乱放, 影响市容市貌; 在人行道与自行车车道设 计重叠,阻碍交通; 停放点监管不严,
12、盗窃频率高等。自行车 停放带来的问题越来越受人们关注。针对以上问题以及不 同场合的停放特点, 人们相继开发出如保证自行车稳定及 安全并充分利用空间等多种功能的自行车停放装置。并且 随着机械电子技术的发展、人们生活质量的提高, 全自动、 方便快捷、存储量大的新型自行车停放装置也逐步受到重 视。 目前最普遍的自行车停放装置是样式各异的自行车停 车架, 如图1.5所示 。自行车停车架是用普通的金属制成的 形状各异的栏杆, 依靠车锁把自行车固定在栏杆上, 或者 通过两杆间的间隙夹持住车轮来保证自行车停放的稳定。 这类停放装置安装简便、成本低、可转移性较好。但当自 行车存入量增加时, 因车架间隙小, 造
13、成自行车之间相互 阻碍和摩擦。 图1.5 自行车停车架属于露天式的停放装置, 易受到雨淋、 自行车立体车库设计 8 日晒和外界行为的影响, 不能达到对自行车的有效保护。 为弥补自行车停车架的这一缺陷, 自行车停车棚应运而 生。自行车停车棚是在一块固定区域上建立密闭或半密闭 的遮蔽棚,棚内安装有一些自行车停放架以达到停放自行车 的目的,有密闭式车棚和敞门式车棚两种主要形式, 如图1.6 所示。它的结构简单、成本较低。它还能有效避免自行车 受外界因素的影响、保证停放自行车的稳定性、减少胡乱 停车行为。 图1.6 为增加自行车停车架及停车棚的防盗措施, 人们发明 了智能自行车棚。这种自行车车棚是在密
14、闭式自行车车棚 的入口安装上一种门禁装置, 只有通过自行车车主专属的 电子钥匙或者磁卡才能开启车棚门存放或提取自行车。这 种车棚不仅拥有普通停车棚的优点, 而且可以明显减少停 放自行车被盗的现象。 21自动存取多层回转立体车库的基本结构 211基本结构 入口部分露出地面, 地下部分为圆柱形结构, 形似冰 山, 自行车停放架沿着圆柱形结构一层层搭建起来。整个圆 2.自行车自动存取多层回转立体车库机械部分设计 柱形构架的中心空余部分用于安装车库的核心部机械 自行车立体车库设计 9 手升降导轨、机械手行走导轨和控制电路, 以保证机械手臂 进行自行车的控制、升降、夹取、检测及安全保护等。（如 图2.1
15、，2.2，所示） 图 2.1 图2.2 212主要参数 自动存取多层回转立体车库的基本结构参数： 1.环形阵列； 2.每层12辆； 3.高度5层； 4.每层间距1.5米。 5.总长7500mm 22立体车库机械手的结构设计 自行车立体车库设计 10 221机械手的介绍 工业机器人的手又称为末端执行器，它使机器人直接喷头等）进行操作的部件。它具有模仿人手动作的功能，重量、材质及表面状态等不同，因此工业机器人末端操作器是多种多样的，大致可分为以下几类：（如图2.4） （1）夹钳式取料手 （2）吸附式取料手 （3）专用操作器及转换器 （4）仿生多指灵巧手 222机械手分析 是通过手指的张开与闭合来实
16、现的。 图2.6 机械手机构简图 在图2.6中，O为电机输出轴，曲柄OA、连杆AB、滑块B和支架构成曲柄滑块机构；滑块B、连杆BC、摇杆CE和支架构成滑块摇杆机构。通过两个机构串联，使电机最终驱动DE的来回摆动，从而实现手指的开合运动。 图2.6中的黑线和蓝线表示机构运行的两个极限位置。 为便于手指的顺利合拢，可以在两个手指之间设置一个弹簧，这样还可以提供适当的夹紧力。 另外，在选用电机的时候，要使电机的功率足以克服 自行车立体车库设计 11 弹簧的收缩和张开，并且提供足够加紧物体的力。 223机械手结构图 传动机构是向手指传递运动和动力，以实现夹紧和松开动作的机构。根据手指开合的动作特点分为
17、回转型和平移形。采用回转型传动机构。图2.7为初步设计的机械手机构图。 图2.7 23升降机构的设计 减速装置和钢丝绳拽引轮对称安置。设计升降机构考虑的问题有: (1)速度曲线:立体车库的总体机械结构,采用电梯提升机和平移存取构型。车辆存取时间限制在30s左右,要求传动装置可高速度运行。平移机构存取车辆时,要求起升机构具有很高的平层精度,以减小撞击。为了保证安全、低噪声、平移起制动平稳,要求传动装置具有自动加减速功能,升降机构的驱动装置采用了交流变频调速技术。 (2)负载机械特征:升降机构是频繁起制动设备,其运行中的大量时间处在加减速的过程中,升降机构带有对重,因 自行车立体车库设计 12 此
18、它的负载机械特征分布于坐标系的四个象限内。当升降 平台静止或匀速运动时,表现为静态负载机械特性。当其加 减速运动时,表现为动态负载机械特性(除含静态特性外, 还含加速度造成的惯性转矩)。（如图2.8） 图2.8 立体车库的主要任务是在最短的时间内安全地完成车 辆的存取，而立体车库中升降电梯的速度已定，因此设计 一套合理而安全的存取机构将成为车库设计的重要任务。 设计研究的主要思路就是想把传统的螺旋式升降改为 液压升降，这样就可以大大的节省人力物力，而且也能精 准的完成机械的自由升降。以便更好的使用放线机。本人 的想法是想用液压驱动不想用陈规的螺杆升降， 要解决这些问题必须解决升降系统和驱动系统
19、，在常 规的螺杆升降的前提下，要提升很大重量到指定高度是非 常困难的，这样会大大的降低工作效率，所以选用液压升 降会大大节省人力物力，还有就是因为刚卷质量非常大， 单靠钢丝绳的拉力是远远不够的，想要正常的自由旋转就 必须要有一个可靠的驱动系统，现在一般用的驱动系统都 是电机驱动，因为它有许多优点，可以根据线卷的拉力大 自行车立体车库设计 13 小来调节他的转速，还可以进行一般的正反转，还有就是 在电机上安装一个变频器，可以无限调速，可以得到任何 想要得转速。驱动装置则是用液压驱动，它可以避免由于 螺杆滑丝而引起的不必要的工程事故，而且力大可以迅速 提升到指定高度。 24设计计算 241设计带轮
20、 确定计算功率 PK?1.2查课本178表9-9得：A Pca?kA?P?1.2?4?4.8p , 式中为工作情况系数， 为传递的额定功率,既电机的额定功率. 选择带型号 P?4.8PPk?1.3ca152153A根据，,查课本表8-8和表8-9 选用带型为A型带 选取带轮基准直径dd1,dd2 PP查课本145表8-3和153表8-7得小带轮基准直径 dd1?90mm，则大带轮基准直径 dd2?i0?dd1?2.3?90?207mm,式中为带传动的滑动 Pd?224mm153d2率，通常取（1%2%），查课本表8-7后取 验算带速v ?dd1nm?90?1400V?7.17m/s?35m/s
21、 60?100060?1000 在525m/s范围内，带充分发挥。 确定中心距a和带的基准长度 由于,所以初步选取中心 距a：a0?1.5(dd1?dd2)?1.5(90?224)?471，初定中心距 a0?471mm，所以带长, 自行车立体车库设计 14 2a0?(dd1?dd2)?1444.76? 24aLd=0mm.查课本 P142表8-2选取基准长度Ld?1400mm得实际中心距 Ld?L? d a?a0?471?44.76/2?448.62mm2 取a?450mm 验算小带轮包角?1 d?dd1180 ?1?180?d2?162.94? a?，包角合适。 确定v带根数z 因dd1?9
22、0mm，带速v?6.79m/s，传动比i0?2.3, 查课本P148表8-5a或8-5c和8-5b或8-5d,并由内插值法得 p0?10.7.?p0?0.17. 查课本P142表8-2得KL=0.96. 查课本P154表8-8,并由内插值法得K?=0.96 P154由公式8-22得 pca4.8 Z?4.20 (p0?p0)?k?kl(1.07?0.17)?0.96?0.96 故选Z=5根带。 计算预紧力F0 查课本P145表8-4可得q?0.1kg/m,故: 单根普通带张紧后的初拉力为 P2.5 4.8?5002.5F0?500?ca(?1)?qv2?(?1)?0.1?7.172?158.8
23、0N zvk?5?7.170.96 Fp 计算作用在轴上的压轴力 P 利用155公式8-24可得: ?1162.94Fp?2z?F0sin?2?5?158.80?sin?1570.43N ?(dd2?dd1)222 自行车立体车库设计 15 2.4.2齿轮的设计 齿轮材料，热处理及精度 考虑此减速器的功率及现场安装的限制，故大小齿轮都选用硬齿面渐开线斜齿轮 （1） 齿轮材料及热处理 材料：高速级小齿轮选用45钢调质，齿面硬度为小齿轮 280HBS 取小齿齿数Z1=40 ? 高速级大齿轮选用45钢正火，齿面硬度为大齿轮 ? 240HBS Z2=iZ1=540=200 取Z2=200. 齿轮精度 按GB/T100951998，选择7级，齿根喷丸强化。 初步设计齿轮传动的主要尺寸 按齿面接触强度设计 3 Z1=40 Z2=200 d1t? 2KtT1 ?d?Kt ? u?1ZHZE2 ?()u?H
