1、（OA自动化）巷道堆垛类自动化立体车库第1章绪论1.1课题的来源、目的及意义近年来，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，汽车的数量不断增加。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，汽车停车场地的增长却不能与之同步，汽车泊位与汽车数量严重比例失调，由此带来停车难，违章停车，停车管理困难等一系列问题。机械式立体停车设备又名立体车库，它占地空间小，并且可以最大限度的利用空间，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。国家记委已明确机械立体停车设备及城
2、市立体停车场为国家重点支持的产业。1998年1月1日起执行的国家记委6号令把机械式立体车库和立体停车场列入“国家重点鼓励发展的产业，产品和技术”。国家海关总署对机械式停车产品规定“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问题提供了机会。可以预见：立体车库具有广阔的市场前景。研究的目的就是开发一套实用，安全有效的垂直升降式停车设备，并进行相应的扩展研究。本项目的研究与开发，为21世纪初期的城市交通系统提供实用的，具有自主知识产权，国产化城市停车技术和装备，对缓解城市用地紧张，解决城市停车难的问题具有重要意义。1.2机械式立体停车库的概述
3、使用车辆之外其他具有动力的搬运器，完成车辆的停放，存贮的整套设备，称为机械停车库。以立体形式停放，存储车辆的机械设备叫机械式立体停车库。它包含了当前机械，光学，电子，液压，磁控技术领域的成熟先进技术，是一种技术密集型的光机电一体化设备。在中华人民共和国机械行业标准JB/T8713-1998：机械式停车设备类别、形式、基本参数要目中，对机械式停车设备进行了划分，其类别代号如下：升降横移类，代号为SH，是指通过设备的垂直升降和水平横移进行移动，实现车辆存取功能的停车设备。垂直循环类，代号为CX，是指通过搬运器在垂直平面内做连续的循环移动，来实现车辆存取功能的停车设备。水平循环类，代号为SX，是指搬
4、运器在水平平面内排列成2列或2列以上连续循环列尖转换移动，实现车辆存取功能的停车设备。多层循环类，代号为DX，是指车辆搬运器在垂直平面内排成2层或2层以上做连续移动，两端有升降机构进行循环层间转换移动，实现车辆存取的停车设备。平面移动类，代号为PY，是指存车位与搬运器在同一水平面内，通过搬运器在水平面内做往复移动，实现车辆存取功能的停车设备。巷道堆垛类，代号为XD，是指存车位在巷道一边或两边多层布置，通过搬运器在巷道内做水平，垂直或水平垂直复合运动，实现车辆的存取功能的停车设备。垂直升降类，代号为CS，是指停车位分布在井道周围，通过升降搬运器在专用升降通道内做升降移动，时间车辆存取功能的停车设
5、备。简易升降类，代号为JS，是指通过单一搬运器的升降，俯仰或二三层搬运器的整体升降，俯仰，实现车辆二三层车辆存取功能的停车设备。汽车升降机类代号为QS;是指搬运器运载车辆(或同时运载驾驶员)垂直升降运行进行多层平层对位，从搬运器到存车位需要驾驶员驾车入位，实现车辆存取功能的停车设备。从上面对机械式停车设备的分类和定义可以看出，与以往的普通车库相比，机械式停车设备可以在同样面积的土地上停放更多的车辆，大大的提高了土地面积利用率，同时具有存车时间短，可使用性强等优点，所以是解决城市停车面积不足，停车困难的有效措施。1.2.1几种机械停车设备的特点及比较(一)升降横移式升降横移式立体车库采用模块化设
6、计，每单元可设计成两层、三层、四层、五层、半地下等多种形式，车位数从几个到上百个。此立体车库适用于地面及地下停车场，配置灵活，造价较低。1.产品特点：1)节省占地，配置灵活，建设周期短。2)价格低，消防、外装修、土建地基等投资少。3)可采用自动控制，构造简单，安全可靠。4)存取车迅速，等候时间短。5)运行平稳，工作噪声低。6)适用于商业、机关、住宅小区配套停车场的使用。（二）巷道堆垛式巷道堆垛式立体车库采用堆垛机作为存取车辆的工具，所有车辆均由堆垛机进行存取，因此对堆垛机的技术要求较高，单台堆垛机成本较高，所以巷道堆垛式立体车库适用于车位数需要较多的客户使用。这种车库自动化水平很高，且全封闭式
7、建造，存车安全性高。（三）垂直提升式垂直提升式立体车库类似于电梯的工作原理，在提升机的两侧布置车位，一般地面需一个汽车旋转台，可省去司机调头。垂直提升式立体车库一般高度较高（几十米），对设备的安全性，加工安装精度等要求都很高，因此造价较高，但占地却最小。（四）垂直循环式产品特点：1)占地少，两个泊位面积可停610辆车。2)外装修可只加顶棚，消防可利用消防栓。3)价格低，地基、外装修、消防等投资少，建设周期短。4)可采用自动控制，运行安全可靠。基于上述比较，根据需要现选择巷道堆垛式立体机械停车设备进行设计。1.3自动化立体车库的控制系统立体车库自动化控制系统主要包含个子系统：自动收费管理、自动存
8、取车、远程诊断、自动道闸和监控安保。1.3.1自动收费管理系统自动收费采用非接触式卡,分长期卡与储值卡两种。对固定用户，发行长期卡，费用可在固定用户交纳管理费用时一并交纳；对临时用户发行储值卡，用户交纳的费用存在卡内，每次停车读卡，费用自动从卡中扣除。1.3.2自动存取车系统自动存取车系统一般由小型可编程控制器控制，包括卡号识别与移动载车盘两个过程。用户进入车库时，在门口刷卡进入，读卡机自动把数据传送到控制系统，系统通过判断卡号，自动把对应的载车盘移动到人车交接的位置。存车时，司机按照指示灯信号指引入库，只有当车辆停放在安全位置后，停车正常指示灯才会亮启。存取车完成后，车库门自动关闭。移动载车
9、盘时，系统严格按照各种检测信号的状态进行移动，检测信号包括超长检测、到位检测、极限位置检测、人员误入检测、急停信号检测等。若有载车盘运行不到位或车辆长度超出车库允许的长度，所有载车盘将不进行运作，若检测到急停信号，将停止一切运作，直至急停信号消失。除此之外，还可从控制软件中设置保护信号，比如时间保护，以保证因硬件损坏而导致信号失灵时主体设备及车辆的安全。1.3.3远程诊断系统现场控制器可以通过网卡、等网络设备与控制中心的局域网相连接，实现远程管理，监测现场运行情况。当现场出现故障时，在控制中心即可解决，方便管理人员、安保人员异地办公。1.3.4自动道闸在车库出入口处各设非接触式读卡器、感应线圈
10、及道闸，用户在车库出入口处刷卡后，系统自动判别该卡是否有效。若有效，则道闸自动开启，通过感应线圈后，自动栅栏自动关闭；若无效，则道闸不开启，同时声光报警。1.3.5监控安保系统在停车楼各处安放的监视器通过网络传输到中央控制室，安保人员通过屏幕监视控制车库现场的运行状况。具有运动检测、车牌识别、网络连接、各种类型的报警系统联动等功能，可实现无人看守。1.4国内外研究现状机械立体停车库是解决大都市内停车难问题的有效方法。土地资源紧张是大都市的现状，在亚洲各国大城市表现的尤为突出，所以机械式立体停车库在亚洲的应用比较广泛，目前统计结果表明，立体停车库市场大多在亚洲的日本、韩国、中国等地。亚洲的停车设
11、备技术起源于日本，日本从20世纪60年代开始从事机械停车设备的开发、生产、销售和服务，至今已有四十多年的历史。目前在日本从事机械式停车库及其设备开发、制造的公司约有200多家，其中生产机械式停车设备的公司约100多家，比较大的公司有新明和、石川岛播磨、日精、三菱重工等。从90年代起日本每年投入运行的机械停车泊位都在10万以上。目前全日本己经投入使用的机械式停车位超过300万个，其中以升降横移式停车设备为主。对于日本，优势在多层升降横移类、垂直升降类、水平循环类、垂直循环类、简易升降类等产品上。韩国机械停车设备技术是日本技术的派生。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
12、过消化生产和本土化，90年代开始进入使用阶段。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。在欧洲，德国和意大利等欧洲国家从事停车设备开发和生产也比较早。较好的公司有:意大利Sotefin,Interpark,德国Palis等。由于欧洲国家土地资源比较富余，停车问题表现不很突出，停车设备应用量不是很大。多数为巷道堆垛式产品，多层升降横移式产品应用也很好。德国和意大利等欧洲国家的优势主要在巷道堆垛类产品上。我国在20世纪80年代初开始研制和使用机械式停车设备。80年代是起步阶段，90年代以来，随着汽车
13、工业和建筑业的发展，尤其是轿车进入家庭后，停车设备的应用逐步推广，已经形成了新兴的停车设备行业，步入引进、开发、制造、使用相结合的初步发展阶段，现在从事停车设备制造的企业数约有100家，其中主机生产企业超过50家。目前，立体停车设备的研究工作在国内也得到逐步的重视，国内许多研究院所和高等院校都投入技术力量，对立体停车设备的各个方面.例如结构设计、控制系统、存取策略、可靠性分析、以及生产工艺等方面进行研究，取得了一系列的成果。与此同时，国家也进一步发展和完善与停车产业相关的法规和各项标准，先后制订了多项停车设备的行业标准和行业规范，加强规划引导、技术开发和标准化工作。同时，从中央到地方，都颁布了
14、一系列的法规条文，对停车行业的发展进行规划管理。从2004年起，国家质量监督检验检疫总局对停车设备生产企业进行许可证评审工作，规定在2005年3月31日前未取得生产许可证的企业，不得从事停车设备的生产工作。我国城市停车行业从80年代末起，经过十几年的发展，现在形成了一定的规模，但是还处于初始发展阶段，车库建设尚在起步阶段，在一些大城市中机械化车库仍然是空白。停车行业的发展仍存在着一些问题:第一，停车设备企业己经形成了一定的规模，但是发展不平衡，骨干的大中型企业在20家左右，其它的则是中小企业居多，技术力量薄弱，缺乏自主开发能力，靠引进国外技术图纸。第二，产品的种类增多了，但是质量、可靠性、安全
15、性、耐久性均存在着较大的问题，产品的技术水平和质量难以保证。第三，停车行业的市场开始发育，但是竞争太残酷，目前总体能力过剩，价格偏低，有的产品已经降到行业平均成本价以下。1.5研究的主要内容本文在查阅国内外大量资料的基础上设计了一套有效而实用的智能全自动立体停车库系统。从理论上对立体停车库的结构以及控制系统进行了研究，并完成了对立体车库的整体结构、存取车的形式及整体控制系统的设计，具体内容如下:(1)立体车库总体结构的设计分析了目前国内外同类立体车库结构的优劣，在对可靠性、经济性以及技术可行性分析比较的基础上设计了一套性能相对优良的立体车库系统。(2)巷道堆垛式立体停车设备的存取机构设计在分析
16、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)立体车库运输系统的设计通过比较与分析，设计了一套运输系统，并对运输能力进行了计算与校核，本系统完全满足设计车库的功能要求。为了提高运行速度和平层精度，运输系统采用变频变压调速电机，变频变压调速技术和矢量变换控制技术。(4)立体车库总体钢结构骨架的研究与设计通过类比,设计了立体车库的钢结构骨架，运用有限元方法对钢结构骨架进行了各种工况的受力分析和变形分析，找出了钢结构骨架的最大应力作用单元和最大变形单元。验证设计钢结构满足刚度和强度要求。在此基础上，建立钢结构骨架优化设计模型，对钢结构骨架进行优化设计，进一步降低
17、材料的消耗车库整体重量，提高车库的经济性。1.6课题的主要技术指标电梯升降速度:60m/min(矢量控制)最大容车规格:5.05m(L)X1.75m(W)X1.60m(H)载车板横移速度:15m/min最大容车重量:2200kg车库标准层高：1.8m平层精度要求：5mm消防设备：CO2和水第2章立体车库总体结构的研究及设计2.1机械立体车库的总体方案确定方案1：一、根据轿车尺寸确定每个车位运输机的长度宽度。设计运输机的形式计算校核运输机的力学性能。二、根据传动结构的分析和受力的分析选择采用运输机横移。选择链轮和链，确定尺寸。选取发动机、减速器。对上述部件进行力学校核。三、使用载车板输送，采用双
18、车板交换法，减少了送回车板的动作，从而减少了取车时间。四、载荷均匀分布，机械效率高。五、确定制动方案。选择电磁接触阀。六、结构简单，工作可靠，拆装维修方便。七、考虑安全防护设计。八、考虑环保设计。九、经济性考虑。方案2：一、根据轿车尺寸确定每个车位运输机的长度宽度。设计运输机的形式计算校核运输机的力学性能。二、根据传动结构的分析和受力的分析选择采用运输机移。选择链轮和链，确定其尺寸规格。选取发动机、减速器。然后对其校核。三、采用履带输送，依靠减速电机驱动传动履带实现存取车，其所需功率一般在24kw，输送速度在1530m/min。四、载荷均匀分布，机械效率高。五、确定制动方案。选择电磁接触阀。六
19、、结构简单，工作可靠，拆装维修方便。七、考虑安全防护设计。八、考虑环保设计。九、经济性考虑。综合以上两种设计方案，第二种方案比较适合本设计。整个机构的传动机构采用链传动，在上面放置两条循环链，两条链通过一条通轴连接，而通轴上的链轮由与减速器相连链带动，实现转动，从而带动两条循环链同步转动，这样就保证了传动的平稳性。而第一种方案中，如果用钢丝绳传动也可实现机构的传动，但是如果要实现第一种方案一样的功能，传动过程显得就要麻烦一些。因为要是实现同步转动，必须选择链与钢丝绳同时使用才能达到同步传动的效果。图1-1提升机构简图本设计的传动特点是：自动化程度高，快速处理，连续出入库，停车效率高。实现了由百
20、台到上千台规模的大容量停车。组合式框架设计，保证了产品一致性，安装拆卸非常方便。设有多重安全防护措施，确保人车安全。操作简便，既可集中管理，又可由客户自己操作。电机及所用电器元件采用进口名牌产品。不排出汽车废气，清洁环保。2.2传动机构的主要参数技术性能参数名称：巷道堆垛式自动化立体车库型号：PXDDK组车台数：视现场情况而定使用车尺寸：500018501550驱动：5.5kw电动机速度：6m/min车重：1700kg控制方式：伺服定位控制管理方式：专人管理方式操作方式：触摸屏操作(说明：可根据实际需要提供九层及以下设备。)2.3升降驱动系统在巷道堆垛式立体车库的组成部分之中，升降驱动机构是非
21、常重要的一个部分，它的设置形式非常重要，其结构布置与技术含量将直接影响车库的安全性和可靠性。目前巷道堆垛式立体车库的升降驱动形式主要有曳引驱动和强制驱动两种，强制驱动形式又有钢丝绳式(卷扬式)和链轮链条两种形式。在选定提升方式时，需要以安全可靠为第一原则，同时结合用户需求、经济性等考虑因素。钢丝绳卷筒驱动机构在起重机械上被广泛的运用，是使用上较为成熟的技术。它布置灵活，起吊用的钢丝绳可在空间内变向设置。起吊钢丝绳失效状况可以用肉眼观察得到，预防性好。但是它的结构尺寸较大，占用空间大，对提升高度有一定的限制。而且钢丝绳使用伸长量大，平层时会引起升降搬运器上浮或者下沉现象。由于它自身结构的限制，钢
22、丝绳式(卷扬式)在巷道堆垛式立体车库中没有得到更广泛的应用。链条提升式具有结构简单、价格低等优点，在低速电梯和低层的立体车库垂直升降或平面移动式)上都有应用。用于巷道堆垛式立体车库时，在车库的层数不多，提升速度要求不高时可以选用。曳引式是一种被广泛应用于电梯上的提升方式。与卷扬式相比，它不仅具有卷筒驱动的一些优点，而且还克服了卷筒驱动机构的不利因素，例如，与卷筒相比，它的尺寸大大减小，同时提升高度要比卷筒高很多，可用于高层的车库，因而被广泛的选用。为了提高车库的运行效率，立体车库要求升降系统有较高的提升速度，并具有良好的可靠性。在参照和比较现有成熟的电梯技术的基础上，决定选定曳引式升降驱动方式
23、。动力源选用高效节能的圆柱齿轮减速曳引机。曳引电机选用矢量控制方式变频器，可根据载荷大小和运行方向改变升降速度，有效利用电机的输出功率，其调速性能和运行的平稳性均能满足停车库的要求，平层精度5mm.2.4车辆存取方式利用机械装置从提升机构中将车辆送至泊车位或将车辆从泊车位取回至提升机构是利用机械装置从提升机构中将车辆送至泊车位或将车辆从泊车位取回至提升机构是巷道堆垛式立体车库最重要的功能之一，也是它与普通汽车电梯的根本区别所在。巷道堆垛式立体车库的存取车方式主要有以下几种:(1)滑叉载车式:在提升机构上安装一套多级滑叉机构(多为3级滑叉)，存车时，滑叉逐级滑出，将载车板送至停车位上方，再轻轻放
24、下，然后收回滑又;取车时，先将滑叉滑出至载车板下方，再略微抬起，当载车板与停车位托架分离后，将滑叉和载车板收回至提升机构。滑叉式的主要缺点是滑叉有一半空行程，影响运行效率;动作中有较大偏载(尤其是将车位上的载车板抬高时)，会使导轨局部承受弯矩，影响提升机构运行的平稳性，增大了运行噪声。(2)链传动载车式:其基本原理是以链传动的形式，通过一次微横移和一次横向横移来实现载车板的存取。存车时，第一次微横移的作用是推动横移机构连同载车板作短距离横移，越过升降轿厢与停车位之间的间隙;第二级的作用是通过每隔一定链节设置的加强链轴(两排链轴联结并加强)或拔叉(或在加强的链轴上再加装拨叉)随链条转动直线拨动载
25、车板下部的挡板，使载车板平稳地转移到停车位的托梁上，为了减少摩擦力，一般还安装尼龙滚轮，在载车板底部与托梁接触的部位安装尼龙条。链传动横移装置克服了多级滑叉式横移装置的缺点。但它对提升机构的平层精确度要求较高。目前一般采用变频变压调速方式及高精度传感器来满足平层精确度的要求。(3)摆杆式:摆杆式横移装置是在升降轿厢底中部设置一个可正反向360。旋转的摆杆。在托盘下部靠近井道一侧的适当位置安装挡块，通过摆杆从不同方向拨动挡块以实现托盘的横向移动。该方式在欧洲，尤其是德国使用较为常见。日本也有类似的改进型产品。在巷道堆垛式立体车库的这几种存取方式之中，链传动式结构紧凑，占用空间位置小，在保证了提升
26、机构的平层精度蕊二巧。的情况下，是较理想的选择，因此选用链传动式作为车库的车辆存取方式。车库的链传动横移装置安装在提升轿厢上，设计成上下两层，上层为存取载车板用的横移机构，包括横向推拉载车板电机和两组横移链条，其作用是存取载车板。下层是微横移机构，包括两条微横移链条和微横移电机，其作用是使放置在它上面的横移机构往左或者往右越过轿厢和停车位之间的间隙。它同时起到减少摩擦力和定位导向的作用。车库工作时，提升机构首先将轿厢提升到指定层，然后微横移机构动作，拖动上层横移机构和载车板稍微移动一段距离，靠近停车位，如果是存入车辆，则上层横移电机动作，带动循环链条，通过链条上的销拉动载车板及在上面的汽车进入
27、停车位，到位后销与载车板的啮合自动脱离。在取车时则相反，微横移机构的动作使循环链啮合载车板，然后横移机构拉动载车板到提升吊笼上。存取车动作结束后，微横移机构动作，回到轿厢上。2.5巷道堆垛式立体停车系统的控制系统图2-1存车流程图图2-2取车流程图巷道堆垛式立体车库的控制系统有两层;管理层和测控层。管理层负责日常的一些例如计时收费、打印单据等管理工作，同时还和测控层实现通讯管理。它以台式电脑为核心，配备有打印机、通讯模块等外部设备。测控层则负责车库存取车控制、位置检测、安全检测等底层操作，因而需要高度的工作可靠性和快速响应性。所以测控层选用PLC(可编程控制器)作为控制系统的主控机。PLC有以
28、下优点:1、可靠性高，它采取了光电隔离、滤波、稳压保护、故障诊断等多种手段，在工业现场中平均无故障时间达5万10万左右。2、响应快。3、小型，并采用模块化的结构、因而安装容易。另外，除了通用的模块外，还选用了高速计数模块、多点1/0模块、通讯模块等。PLC工作时，首先开机自检，确认无故障报警后，判断当前是手动模式还是自动模式。手动模式是用于设备调试或者故障处理情况。自动模式则由PLC中的程序控制车辆的存取。第3章机械系统传动设计3.1传动链和链轮的选择起重链有环行焊接链和片式关节链。焊接链与钢丝绳相比，优点是挠性大，链轮片齿数可以很少，因而直径小，结构紧凑，其缺点是对冲击的敏感性大，突然破断的
29、可能性大，磨损也较快。另外，不能用于高速，通常速度小于0.1米/秒（用于星轮），速度小于1米/秒，用于光轮卷筒。片式关节链的优点：挠性较焊接链更好，可靠性高，运动较平稳。缺点：有方向性，横向无挠性，比钢丝绳重，与焊接链差不多，成本高，对灰尘和锈蚀胶敏感。起重链用于起重量小，起升高度小，起升速度低的起重机械。为了携带和拆卸方便，链条的端部链节用可拆卸链环。片式关节链是由薄刚片以销轴铰接而成的一种链条。焊接链与片式关节链选择计算方法相同。根据最大工作载荷及安全系数计算链条的破坏载荷破坏载荷（N）链条最大工作载荷（N）安全系数（按手册28.175选取）选择片式关节链中的传动用短节距精密磙子链结构和特
30、点：由外链节和内链节铰接而成。销轴和外链板、套筒和内链板为静配合；销轴和套筒为动配合；磙子空套在套筒上，可以自由转动，以减少啮合时的摩擦和和磨损，并可以缓和冲击。选择单排短节距磙子链。3.2链的设计计算1.链轮齿数小链轮齿数取=25，传动比i=2.5大链轮齿数=i=2.525=62.5取622.实际传动比i=2.483.链轮转速初选小链轮线速度=0.1m/s，估选小链轮直径d=160mm，则大链轮直径D=id=2.48160=396mm由大链轮和小链轮在同一轴上，故大链轮上的线速度=0.12.48=0.248m/s，则与电机相连的小链轮的线速度=0.248m/s则其转速为=30m/s则大链轮转
31、速为=12r/min4.修正功率小链轮传递功率为P=2.4kW故=2.41.41=3.36kW式中参数：查机械设计手册表14.2-4，工况系数=1.4，主动链轮齿数系数=15.链条节距P由修正功率=3.36kW和小链轮转速=30r/min，根据机械设计手册2，查取链节距P=12A，即P=19.05mm6.初选中心距因结构上未限定，取=357.链长节数=2+=235+=114.49取=114节，式中=34.688.链条长度LL=2.17m9.理论中心距AA=P=19.05（2114-62-25）0.24645=662mm式中，=0.24645，由机械设计手册2插值法求得10.实际中心距=-=663-0.004662=659mm11.与电动机相连的链轮上链的转速=0.238m/s12.有效圆周力FF=10000N13.作用于轴上的拉力=1.2110000=12000N14.润滑方式的确定根据链号12A和链条速度V=2.1m/s，由图14.2-5，选用润滑范围3即油池润滑或油盘飞测润滑，15.链条标记根据计
