毕业论文论文巷道堆垛类自动化立体车库.doc

毕业设计（论文）任务书姓名： 任务下达日期： 2006 年 2 月 27 日设计（论文）开始日期： 2006 年 3 月 20 日设计（论文）完成日期： 2006 年 6 月 25 日一、设计（论文）题目： 巷道堆垛类自动化立体车库 二、专题题目： 三、设计的目的和意义：目的：为培养学生综合运用机械设计及其他有关知识，去分析、解决实际问题的能力，深化、扩展本课程的理论知识。使学生掌握机械设计的一般方法和步骤，培养学生独立的设计能力，树立正确的设计思想，为将来工作打下良好的基础。通过专题训练，可对学生在今后学术发展方面有一定系统方面的帮助。意义：通过对巷道堆垛类自动化立体车库的设计可以印证学生的综合能力，对外可为机械专业创设好的牌子，对外学生能为获得企业认可打基础。 四、设计（论文）主要内容： (1) 巷道堆垛式立体停车设备的总体结构的研究 综合考虑各方面因素，在参照和对比国内外同类停车设备的基础上，完成了本车库的总体结构的设计。 （2）车库存取结构的研究 选取链传动横移机构作为本车库的车辆存取机构，根据国家标准中的规定，设计了车库停车位、载车板的具体结构。然后由此为尺寸参考，完成了链传动横移存取机构的详细设计。 (3) 车库升降系统的研究 采取曳引式升降驱动形式作为升降系统的提升形式，对曳引能力进行了验算，选用变频变压调速电机作为提升系统的电机，并完成了升降系统的安全机构的研究和设计。 (4) 立体车库总体钢结构骨架的研究与设计通过对比 ，设计了立体车库的钢结构骨架，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，进一步降低材料的消耗，提高车库的经济性。 五、设计目标：根据学生知识情况，在如何提高车库存取效率方面，可以进行存取策略的进一步研究，探索更好的策略，或者结合控制系统方面考虑，进一步完善车库对多种复杂情况的处理能力。 另外，还可以考虑对现有存取机构进行优化改进，或者采用新的车辆存取形式，减少存取时间。 六、进度计划：1-3周 查阅相关资料，了解基础知识；4-5周 北京实习，参观实体，搜集并整理相关资料；6-7周 确定设计参数，选取所需零件；8-9周 完成开题报告、专题，拟定设计总方案；10-12周 绘制装配总图；13-15周 绘制零件图；16周 撰写说明书及外文翻译；17-18周 打印输出；答辩。 七、参考文献资料：1任伯森.中国机械式停车设备发展概况J.中外停车设备及配套产品重点厂商名录.1999,1 :5 -72喻乐康，左东晓.机械停车库的技术发展J建设机械技术与管理.1999,1: 30 -323张福恩、吴乃优.交流调速电梯原理、设计及安装维修M.北京:机械工业出社.19994余锡存、曹国华.单片机原理及接口技术M.西安:西安电子科技大学，20005刘竞成.交流调速系统N.上海:上海交通大学出版社，19846中国重型机械工业协会停车设备管理委员会.机械式立体车库J.北京:海洋出版社,2001.97佳隆等编.都市停车库设计阅.杭州:浙江科学技术出版社，19988童林旭.地下停车库设计阅.北京:中国建筑工业出版社，19969朱昌明，洪致育，张惠侨M.电梯与自动扶梯一原理、结构、安装、测试. 上海上海交通大学出版社.199510怡丰工业设备有限公司.自动化停车设备说明书11高健.机械优化设计基础M.北京:科学出版社，2000. 指 导 教 师： 耿雷 院（系）主管领导： 2006 年 6 月 日摘 要近年来，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。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。由此，自动化立体车库便应运而生了。 本篇论文论述了我在做大学本科工学学士毕业设计期间所从事的设计课题自动化立体停车设备的设计过程。 目前社会上有很多成熟技术的停车设备比如：升降横移类；垂直循环类；水平循环类；平面移动类；巷道堆垛类；垂直升降类；简易升降类。通过对这些车库类型特点的比较与分析，我最终选择了巷道堆垛类作为设计的车库类型。 论文以研究工作的进展顺序为序，分章、节逐一论述了课题的来源，目的及意义，设计过程，在设计中遇到的问题与难点及其解决方法与措施。在设计过程部分，详细论述了设备总体结构设计、横移传动系统设计、运输传动系统设计、存取车结构设计、控制系统设计和安全防护设计 。 关键词 立体停车设备 结构设计 控制系统 PLC 安全性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 录摘要Abstract第1章 绪论 11.1 课题的来源,目的及意义11.2 机械式立体停车库的概述 21.2.1 几种机械停车设备的特点及比较31.3 自动化立体车库的控制系统41.3.1 自动收费管理系统51.3.2 自动存取车系统51.3.3 远程诊断系统51.3.4 自动道闸61.3.5 监控安保系统61.4 国内外研究现状61.5 研究的主要内容81.6 课题的主要技术指标9第2章 立体车库总体结构的研究及设计10 2.1 机械立体车库的总体方案确定10 2.2 传动机构的主要参数12 2.3 升降驱动系统122.4 车辆存取方式132.5 巷道堆垛式立体停车系统的控制系统16第3章 机械系统传动设计18 3.1 传动链和链轮的选择18 3.2 链的设计计算17 3.3 链轮的设计计算22 3.3.1 设计链轮尺寸22 3.3.2 确定链轮结构29 3.4 滚子链的静强度计算 29 3.5 链条的使用寿命计算 313.6 链条的耐磨工作能力计算333.7 存取机构电机与减速器36 3.7.1 横移机构电机 36 3.7.2 微横移机构电机36 3.7.3 选用减速器37 3.7.4 存取机构中联轴器的选择373.8 轴承的选择 383.9 轴的选择 38 3.9.1 选择材料 38 3.9.2 初步估算轴径 39 3.9.3 轴的结构设计39 3.9.4 轴上的受力分析40 3.9.5 轴的强度校核413.10 板式输送机 43 3.10.1 板式输送机主要部件的结构形式43 3.10.2 主要参数的选择与计算46第4章 立体车库提升系统的设计49 4.1 立体车库提升系统的整体布置49 4.2 曳引系统研究分析50 4.2.1 提升系统曳引力的分析计算50 4.2.2 与曳引力有关的因素及其分析 51 4.3 系统曳引能力的验算53 4.4 安全机构的设计54 4.4.1 超速保护系统55 4.4.2 撞底缓冲装置56第5章 经济性分析 58结论 61专题部分 63致谢 75参考文献 76附录1 77附录2 83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/T 8713-1998 ：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) X 1.60m (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、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