升降横移式立体车库简介

第一章升降横移式立体车库机械部分设计
升降横移式立体车库简介
1、立体车库的工作原理
升降横移式立体车库是指利用载车板的升降或横向平移存取停放车辆的机械式停车设备。

升降横移式立体车库每个车位均有载车板，所需存取车辆的载车板通过升、降、横移运动到达地面层，驾驶员进入车库，存取车辆，完成存取过程。

停泊在这类车库地面地车制作横移，不必升降，上层车位或下层车位需通过中间层横移出空位。

将载车板升或降到地面层，驾驶员才可以进入车库内将汽车开进或开出车库。

图2.0为一个地上7车位的升降横移式停车设备，其工作原理是：三层三个车位可以升降，二层的三个车位可以升降和平移，一层的两个车位只能横向平移，空车位供二层和三层的车位下降是借用。

1、2号车位可以直接存放车辆；7号车位需下降后在存放车辆；3号车位，则需先将1号和2号载车板右移，载将3好载车板下降；4号车位，则需先将2号载车板右移，再将4好载车板下降；5号车位需要先将1、2、3、4号四个载车板右移，再将5好载车板下降；6号车位场地的适应性强，介绍系统各机械部分结构和功能，可根据不同的地形和空间进行任意的组合、排列，规模可大可小，对土建的要求比较低，因此，应用非常广泛。

图七车位升降横移式立体车库工作原理图
2.立立体车库机械部分部件结构和功能
以三层三列式立体车库为模型建立研究对象。

升降横移式立体车库主要由结构框架部分、载车板部分、横移系统、提升系统、控制系统、安全防护系统六大组成部分组成。

下面我们重点对车库的主要组成进行分析。

图升降横移式立体车库主要组成
①结构框架
立体车库一般主要以钢结构和钢筋混凝土为主，在升降横移式车库中我们选用钢架结构。

钢架结构与其他建筑结构相比，具有如下特点：
a.可靠性高
钢材在生产时，整个过程可严格控制，质量比较稳定，性能可靠。

钢材组织均匀，接近于各项同性匀质体；钢材的物理力学特性与工程力学对材料性能所作的基本假定符合较好；钢结构的实际工作性能比较符合目前的理论计算结果，计算结果可靠，所以说钢结构的可靠性高
b.材料的强度高，钢结构自重小
与混凝土等材料相比，虽然钢材的重力密度大，但它的强度和弹性模量较高，而且强度与重力密度之比也高得多。

钢结构自重小，从而便于运输和安装，可减轻接基础的负荷，降低地基和基础部分的造价。

c.材料的塑性和韧性好
钢材的塑性好，钢结构在一般条件不会因超载等而突然断裂。

破坏前一般都会产生显著的变形，易于被发现，可及时采取补救措施，避免重大事故发生。

钢材的韧性好，钢结构对动力荷载的适应性强，具有良好的吸收能力，抗震性能优越。

d.钢结构密闭性好
钢结构一般在专业工厂制造，易实现机械化，生产效率和产品精度高，质量易于保证，是工程结构中工业化程度最高的一种结构。

构件制造完成后，运至施工现场拼装成结构。

拼装可采用安装方便的螺栓连接，有时还可以在地卖弄拼装成较大的单元，在进行吊装。

施工工期短，尽快发挥投资的经济效益。

由于钢结构遇有连接的特性，故易于加固、改建和拆迁。

e.钢结构密闭性好
钢结构采用焊接连接可制成水密性和气密性较好的常压和高压结构、管道等。

f.钢材的耐锈蚀性差
在没有腐蚀介质的一般环境中，普通钢材制成的钢结构经除锈后再涂上合格的防锈涂料，锈蚀问题并不严重。

立立体车库躲在没有腐蚀介质的环境中，所以对钢结构本身的维护费用低。

结构主体采用热制H型钢、槽钢、角钢和钢板等型材制造，具有加号的强度和刚度，轻巧、美观，并可二次拆卸安装，运输方便。

②上载车板及其提升系统
每块上载车板都配有一套独立的电机减速机与链传动组合的传动系统。

其工作原理如图2.0，电机顺时针旋转时，载车板上升，电机逆时针旋转时，载车板下降。

根据载车板级车中确定链条所需的传动力。

根据传动力即载车板的移动速度确定电机功率。

根据车身高度确定上下载车板间的距离，根据这个距离确定链条的长度，最后根据传动力确定链轮大小，链节形状及大小。

③下载车板及其横移系统
由于下载车板不许悬挂链条，所以为了节省材料，下载车板比上载车板要短。

每块下载车板后部都配有一套独立的电机减速机传动系统，藏于载车板内。

在下载车板底部装有四肢钢轮，可以在导轨上行走，其中两只为主动轮，装于长传动轴两端，另两只为独立安装的从动轮。

电机减速机驱动长传动轴运转，长传动轴上的主动钢轮在导轨上滚动行走从而使下载车板作横向平移运动。

根据载车板及车辆的重量、行走速度、滚轮于导轨间的摩擦系数确定横移电机的驱动功率。

④安全装置
上载车板上装有上下行程极限开关和防坠落安全装置。

防坠落安全装置装在纵梁与上载车板上停停位之间，在纵梁两侧各装两只挂钩，上载车板两侧相应位置处各装两只耳环，以防止升降电机常闭制动器慢慢释放后，上载车板在汽车和载车板本身的重力作用下慢慢下滑，压坏下层汽车。

下载车板地安全装置主要是行程极限开关和防碰撞板。

行程极限开关的作用是使载车板横移到位后自动停止。

防碰撞板的作用是：下载车板横移时，如果碰撞到人，遗留行李或车主宠物时，切断横移电机电源，横移停止。

⑤控制系统
升降横移式立体停车设备的控制系统采用PLC可编程控制器控制，主要有手动、自动、复位、急停四种控制方法。

自动控制应用于平时的正常工作状态，手动控制应用于调试、维修状态，复位应用于排除故障场合，急停应用于发现异常的紧急场合。

对于本文中所列的7车位升降横移式立体停车设备，PLC主要要控制二、三、四层升降电机的正反转和一二三横移电机的正反转。

此外要控制上层车位安全钩的电磁铁和系统报警显示装置等。

2.1.2 立体车库钢结构设计
在升降横移式立体车库中其主要结构是钢结构，有两部分：主体框架部分和载车板部分。

主体框架部分的钢结构比较复杂，运用了“H”型钢、角钢、槽钢等数种型钢形式，就其中连接形式而言比较单一，即焊接和螺栓连接两种形式。

载车板部分的钢结构比较简单，其框架部分为数段举行方钢对焊而成，其他辅助结构则以角焊代之。

焊接和螺栓连接是车库钢结构部分的两种主要的连接方式，其连接方式的质量优劣将直接影响车库整体结构性能的优良与否，所以在车库的设计和建造中具有很重要的位置。

立体车库在连接过程中主要运用对焊、角焊和螺栓连接。

一、焊缝连接要求
1、焊缝金属宜于基本金属相适应，当不同强度的钢材连接时，可采用与低强度钢材
相适应的焊接材料。

2、在设计中，不得任意加大焊缝，避免焊缝立体交叉和在一处集中大量焊缝，同时，
焊缝的布置应尽可能对称于构建的重心。

3、对接焊缝的坡口形式，应根据板厚和施工条件按现行标准《手工电弧焊焊接接头
的基本形式与尺寸》和《埋弧焊焊接接头的基本形式和尺寸》的要求选用。

4、在对接焊缝的拼接处，当焊接的宽度不同或厚度相差4mm以上时，应分别在宽度
方向或厚度方向，从一侧或两侧做成坡度不大于1/4斜角，当厚度不同时，焊缝破口形式应根据较薄焊件厚度选定基本形式和尺寸。

5、当采用不焊透的对接焊缝时，应在设计图中注明破口的形式和尺寸，其有效厚度
不得小于1.5，t为坡口所在焊件的较大厚度。

在承受动力荷载的结构中，垂直于
受力方向的焊缝不宜采用不焊透的对接焊缝。

6、角焊缝两焊脚边的夹角一般为90度（直角角焊缝）。

夹角>120度或<60度的斜
角焊缝，不宜做受力焊缝（钢管结构除外）。

7、角焊缝的尺寸应符合下列要求：
⑴角焊缝的焊角尺寸h不得小于1.5，t为较厚焊件厚度。

但对于自动焊，最小
焊角尺寸可减小1mm；对于T形谅解的单面角焊缝，应增加1mm。

当焊件厚度等于或小于4mm时，则最小焊脚尺寸应与焊件尺寸相同。

⑵角焊缝的焊角尺寸不宜大于较薄焊件厚度的1.2倍（钢管结构除外）。

单板见（厚
度为t）边缘的角焊缝最大焊角尺寸，当t6mm时，t；当t>6mm是，t-（1~2）mm，圆孔或槽孔内的焊缝焊角尺寸不宜大于圆孔直径或槽孔短径的1/3.
⑶角焊缝的两焊角尺寸一般为相等，当焊件的当厚度相差较大，且焊角尺寸不能
符合上列要求时，可采用不等焊脚尺寸，于较薄焊件接触的焊角边以及与较厚焊件接触的焊角边应分别符合上列要求。

⑷侧面角焊缝或正面角焊缝的计算长度不得小于8和4mm。

⑸侧面边角焊缝的计算长度不宜大于60h（承受静力载荷或间接承受动力载荷时）
或40h（承受动力载荷时）；当大雨上述数值时，其超过部分在计算中不予考虑。

若内力沿侧面焊缝全场分布时。

其计算长度不受此限。

8.在直接承受动力载荷的结构中，角焊缝表面应做成直线形或凹形。

焊角尺寸的比例：
对正面角焊缝以为1:15（长边顺应力方向）；对侧面角焊缝应为1:1。

9.在次要构件或次要焊件连接中，可采用断续焊接。

断续焊接之间的净距，不应大于
巧t（对受压焊件）或30t（对受拉构件），t为较薄焊件厚度。

10．当角焊缝的端部在构建转交处做长度为2的绕角焊时，转角处必须连续施焊。

二、螺栓连接要求
在立体车库的钢结构中，主立柱与横移导轨“H”型钢的连接是整体结构中的主连接，高强度螺栓连接则是主连接中常用的连接形式。

高强度螺栓连接按其受力的性能可分为：摩擦型和承压型。

摩擦型高强度螺栓连接完全依靠被连接的构件间的摩擦阻力来传力吗，完全不靠孔壁承压和螺栓杆受剪。

摩擦阻力的大小决定于作用在构建摩擦面上的压力（螺栓的预紧力），同时也与被连接构件的材料及表面处理情况有关。

施工时不得在摩擦表面上误涂丹红、油漆、淋雨、受潮等。

承压型高强度螺栓连结——靠孔壁承压和栓杆受剪，与普通的螺栓相似，其连接多为螺纹连接和铰制孔连接。

对于同时承受建立和螺栓杆轴方向拉力的承压型高强度螺栓，应符合下式要求：
其中
式中、——每个承受高强度螺栓所受的剪力和拉力；
、、——每个承压型高强度螺栓的受剪、受拉、承压承载力设计值。

立体车库钢结构受力主要包括：钢结构本身自重，结构架上各停车位的车辆及载车板重力，提升系统起制动所产生的惯性力，驱动装置的重力，顶部梁架受滑轮组、轿厢和配重的重力，整体结构所售的风力、地震载荷以及结构由于外界温度变化而引起的温度应力等，它们均以集中或分布方式作用。

由于该立体车库为三层三列式，属于底层钢结构建筑。

因此，我们对该车库模型进行受力分析时作如下假设：
1、车库单独建立，不与其它建筑物相连接，属于最常见状况；
2、不计由于结构阴面与阳面温度差引起的热应力；
3、整体结构无初始变形和缺陷；
4、在静态环境里，地震载荷与风载荷作用忽略不计。

三、立体车库钢结构分析交校核
在车库钢结构设计中，包括轴心受力构件、梁、拉弯和压弯构件的设计。

进行轴心受力构件设计时，轴心受拉构件应满足强度和刚度要求，轴心受压构件除应满足强度、刚度要求外，还应满足整体稳定和拒不稳定要求。

在梁的设计中，亮的刚度和强度对截面设计起控制作用，因此应先进行这两者的计算。

由于车库系统对于系统的安全要求特别高，所以还应对其整体稳定进行计算，此外，梁的接点均应采取构造措施，以防止其端截面发生扭转。

在进行梁的截面设计时，考虑强度，腹板宜既高又薄，考虑整体稳定，翼缘宜既宽又薄，所以在荷载作用下，受压翼缘与腹板有可能发生波形屈曲，即梁发生局部失稳。

发生局部失稳后，梁的部分区域退出工作，将使梁的有效截面积减小，强度承载力和整体稳定性降低，这时、可以采取增大板厚度或这只加强肋等措施。

对于压变构件，需要进行强度、刚度、整体稳定性和局部稳定性计算。

对于拉完构件，一般只需要进行强度和刚度计算。

在对立体车库钢结构股价的分析中，我们先从单根梁的受力进行分析，适当简化力学模型，在正确分析各梁的约束和受力的基础上，先对各梁和立柱的刚度和强度进行分析，找出系统薄弱处坐在，然后再整体分析之中给予特别关注。

图立体车库简化模型
立体车库钢结构骨架有立柱、横梁、纵梁和支承动力及附属装置的上、下支撑梁等组成，其立柱通过螺栓与基础相连，其余钢梁靠焊接或者螺栓相互连接。

立柱主要承受压力和其他因素造成的扭矩，即压应力和部分剪应力；前后两个面的纵梁主要承受拉伸和弯矩造成的拉应力和弯曲应力；侧面的横梁承受较小的拉应力和剪应力。

为了减小振动和提高稳定性，各部分都必须保证足够的强度和刚度。

机械传动系统安装在钢结构骨架上，由传动部件和张紧装置组成。

停车托架与传动链
条相连，驱动装置和机械传动系统驱动托架循环运行，实现车辆的存取和停放。

设计时采用Q235碳素钢，其屈服极限为235Mpa。

整体车库钢结构许用位移为10mm。

本车库所限车型为小型车和中型车，最大容车重为2000kg，载车板重约700kg，所以每个车位所承受的最大重量为2000+700=2700kg，在每个载车板上模拟汽车前后车轮位置，按照额定载荷6:4的比例均匀防止集中载荷。

1、支撑柱受力分析
钢结构的支撑住是由“H”型钢制成，前面有两根立柱均匀分布，后面有两根立柱，均匀分布。

由于每一个立柱承受的力都是均布载荷，所以可以简化为一个集中载荷附加一个弯矩。

在各种受力的工况中，立柱均为受力杆，在竖直方向上，车库骨架承受的力作用到地基，不足以引起立柱的压溃变形，所以可以暂时忽略不计，主要分析在两个弯矩作用下立柱的最大偏移位移量。

立柱的弯矩与由作用的均布载荷决定，因此支撑住的最大偏移量发生在最大受力状态下，即为车库满载时。

前立柱为三根，后立柱为三根，当车库空载时，
前总
每一根前立柱所受载荷
前总总大于后立柱所受载荷
后总
，因此我们重点分析前支撑
住受力情况。

图2.3所示为前立柱的力学结构件图。

图前支撑住的力学分析图
已知Ａ点为全约束，施压在Ｂ点的弯矩，施加在Ｃ点的弯矩
２
且==2.6ｍ，=BC=2.4m，=CD=0.5m，E=2.1Gpa，=10300
根据下列公式进行分析
挠曲方程为：
其中0
端截面转角
最大挠度：
所以=x，x，
由梁的迭加原理得出立柱顶端D端为最大挠度点
=0.026049m 2．立柱稳定性校核
前立柱为等截面立柱，受精压力，前立柱受力状态简化如图2.3所示。

两中心压杆的稳定条件为：n=
其中：
——临界载荷
P——工作载荷
n——安全系数
——许用安全系数
图立柱受垂直力简图
⑴立柱的截面力学特性
查简明材料力学附录A型钢表可得HW300X300型H型钢
面积：A=120.4
惯性矩：6760
惯性半径：=7.49cm
=13.05cm
⑵确定压杆柔度
其中：
压杆全长为l=500km
压杆长度系数=2，见机械手册1,1-153页表1-1-104
求压杆柔度范围值：
其中：
弹性模量E=206
比例极限=220
求压杆柔度范围值：
其中：
屈服极限=235x
常数查机械手册1,1-1-07，，
若=133.51=96=61.6，则前立柱属于细长杆，应按欧拉公式计算临界载荷。

⑶强度校核
设立柱空载时受载车板和上层钢结构载荷
=7000N
满载时前立柱承受最大载荷
则立柱的工作载荷
前
由欧拉公式得临界载荷
由机械手册１,1-152页表1-1-100差得，金属结构中的压杆安全系数=1.83，取=3。

代入得
前立柱的稳定安全系数
前
由上式可知安全。

若按插减系数计算：
其中
A——受力面积
P——工作载荷
——安全系数
——许用安全系数
——中心压杆折减系数
前
，安全裕度较大．导轨支撑梁强度校核
前后导轨支撑梁均为两点点支撑，承受作用力相同，故我们分析前导轨支撑梁，如果前导轨支撑梁在允许范围之内，前后导轨梁也必然符合设计要求。

如图2.5所示，简支梁AB为两点支撑，受均布载荷的作用，两端全约束，且同样为均布载荷。

图导轨支撑梁受力分析简图
我们先来分析一下图2.5中的梁的受力。

已知A，B两点全约束=5.2m，E=2.1Gpa，=6120
均布载荷为：
挠曲方程为：
最大挠度为：
计算得：
面积A=117
梁所承受的弯矩为：
则导轨支撑梁所承受的最大弯矩为：
最大应力为：
根据材料力学“失效、安全系数和强度”理论，由于钢结构选用材料为Q235，屈服强度为235Mpa，区安全系数下n=2，所以许用应力=74.9422Mpa。

可得，有强度理论知：导轨支撑梁稳定。

4、三层横梁强度校核
三层横梁可简化为固定梁，受力状态如图2.6所示。

横梁两端固定，A、B两点产生
相应的支反力和。

图三层横梁受力简图及弯矩图
所承受的主要是拉压应力，所以我们只对其正应力进行分析。

梁所承受的弯矩为：
最大弯矩为：
其中
车载
代入得：
最大正压力为：
其中为抗弯截面系数，根据机械设计手册可以得知325
由此可得：
则由弯曲强度理论可知：三层横梁稳定。

2.2 立体车库升降横移机构设计
2.2.1 横移机构设计
立体车库横移传动机构由减速电动机、驱动轮和从动轮、地面铺设导轨组成。

升降横移机构则为升降传动机构与横移传动机构的结合。

升降横移式立体车库底层与中间载车板为横移机构，上层载车板为升降结构。

升降装置由传动系统、升降架组成。

1、横移方案选择
其中提成方式分为下列六种，可根据不同要求任意选用：
⑴钢丝绳式提升型式
⑵链条式提升型式
⑶液压式提升型式
⑷螺杆式提升型式
⑸液压缸、钢丝绳组合提升型式
⑹链条、钢丝绳组合提升型式
在立体车库设计中，各种提升方式特点如下：
2、横移载车板动力系统计算
运动原理如图2.7载车板横移原理图所示，减速电机通过联轴节直接驱动载车板行
走轮转动，实现载车板横移运动。

⑴主要参数的确定
横移运动行程
横移运动时间
横移速度V，主要由设备运行周期，周围环境的安全性，载车板运行时的平稳性等因素确定。

行走轮直径：由结构尺寸及轮压等因素决定，行走轮直径确定为80mm。

横移载车板自重，
，
载车板额定载荷
车
⑵功率计算
电机输出轴转速的计算：
其中：横移速度
行走轮直径
驱动力矩M计算：
由机械手册1表1-1-7、1-1-9、1-1-10查得：
行走轮与钢导轨的静摩擦系数：
静
行走轮与钢导轨的滚动摩擦系数：=
滚动轴承的摩擦系数：
正压力：
下车
则：
起动驱动力矩：
起
行走起动力矩：
起
电机功率计算：
起起
起
由于结构紧凑，容纳电机的空间狭小，选择台湾明椿电气的减速电机，其参数如下：
输出转矩：
输出转速：
功率：N=0.2KW
载车板的额定载荷是承载的最高上限，实际使用概率很小，通常可以泊车的车辆的重量都在1000kgf-16000kgf之间这是有车型所决定的，所以功率不需要留余量，选择0.2KW 的电机比较经济，电机允许短时超载，静摩擦引起的大起动阻力矩不会造成电机损坏。

3.3底层横移机构的设计计算
从某种意义上说，立体车库是起重机械的变种，其横移机构运动形式是自行式有轨运动。

为简化横移机构传动，主动轮数越少越好，但主动轮数太少，横移机构起动或制动时将会产生打滑现象，从而使车轮和轨道磨损，并影响工作效率，升至难以起动。

目前在有轨起重设备的运行中，横移机构的驱动方式，即驱动轮的布置形式通常有：双面双轮驱动、单边中心驱动、双角双轮驱动、四角四轮驱动和一角单轮驱动等五种形式，如图3-19所示。

本设计采用双面双轮驱动的方式，它是由电机通过传动轴带动两遍轨道上的驱动轮一起工作。

它的特点是集中驱动，使驱动轮的转速相等，从而保证了下停车板横移时各轮的同步运行，提高了运动的平稳性。

另外对下停车板的整体刚度要求不高，对传动轴的加工要求较低。

2.2.2 载车板设计
载车板用来承载车库存车辆，按结构形式有框架式和拼板式两种。

框架是载车板用型钢板焊接承载框架，并用多数采用中间突起结构，在两侧停车通道和中间突起的顶面铺设不同厚度的钢板。

这种载车板的优点是可按需要设置行车通道宽度，并具有较好的导入功能，适合车型变化较多的小批量生产。

拼板式载车板用镀锌钢板一次冲压或滚压成组装件，采用咬合拼装成载车板，用螺栓紧固连接，拼装前可以先对组件进行各种表面处理，如电镀、烤漆等，使载车板轻巧、美观。

如图2.8所示。

图平板式载车板及拼合示意图
一、下停车板的设计
根据任务书给出的《收容车辆尺寸表》中的各项车身尺寸，选取各项尺寸中最大的一组数据，即全长，全宽，全高，全重进行设计。

如图所示，车辆停到停车板上后，车内人员要开门出来，因此停车板在宽度方向上应留够足够的空间。

通过对车辆的实际测量并考虑到车辆停放时的偏心，对结果适当放大，下停车板总宽。

由于下停车板只需在其底面与支承架固定并作横移动作，其长度尺寸没有任何额外要求，因此根据车身全长尺寸，并参考车辆轴距，下停车板。

二、上停车板的设计
上停车板在提升时受倾覆力作用，其底部应有坚固的支撑框架。

而当它将至底层时，该框架不能压触到下停车板，因此上停车板及其支撑框架可如图3-3所示布置。

支撑框架的最外圈尺寸大于下停车板，其四个角上用脚铁或槽钢焊四个支腿6，将上停车板架高，架高高度为100mm，以使其不压触到下停车板。

而架高的停车板须设一引坡11，以使车辆能平稳地开上停车板，引坡坡度取15度。

鉴于以上原因，上停车板尺寸要比下停车板的
尺寸大，取总宽，总长。

上停车板材料均选用厚度为4mm的菱形花纹钢板（GB3277-82）拼合而成，其中上停车板的引坡可直接将钢板弯折加工而成。

查表《花纹钢板（GB3277-82）》，得厚度为4mm 的菱形花纹钢板的理论重量为33.4，故上下停车板分别重：
3.1.2停车板支撑框架的设计计算
支撑框架一方面支撑停车钢板及车辆的重量，提高钢板强度，另一方面起到连接钢板与提升机构的作用。

上下停车板的支撑框架均采用槽钢，靠螺栓螺母将钢板固定其上。

最外圈的四根槽钢与停车板边缘留适当距离，槽钢与槽钢相交处也留有一定空隙，如图3-4所示。

根据上下停车板的受力情况槽钢的截面惯性矩，选择槽钢型号。

图3-5a）是上停车。