巷道式自动化立体车库升降部分 修改版

摘要
随着汽车工业和建筑业两大支柱产业的快速发展，在一些大、中城市相继出现了停车难和乱停车的现象。

在解决城市城市停车难的问题中，机械式立体停车设备以其独特的优点，引起了各界的重视，得到了广泛的应用。

机械车库与传统的自然地下车库相比，在许多方面都显示出优越性。

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辆车，这可以大大地节省有限的土地资源，并节省土建开发成本。

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、提升传动系统设计、存取车结构设计、控制系统设计和安全防护设计。

关键词: 立体停车设备控制系统升降机构安全性传动设计
Abstract
With the rapid development of the automobile industry and the construction industry of the two pillar industries, in some of the larger, the city one after another appears to parking and parking chaos. In the city the city parking difficult problem, the mechanical parking equipment with its unique advantages, has aroused the attention from all walks of life, has been widely applied.
Mechanical garage compared with traditional natural underground garage, shows superiority in many aspects. First of all, a prominent section in the garage mechanical advantage. The underground garage due to set aside enough traffic channel, the average vehicle will occupy an area of 40 square meters, and if the use of double mechanical garage, the ground usage will increase 80%-90%, if used on multi-layer (21 layers) stereo garage, 50 square metres of land area and can store 40 cars, which can greatly save the limited land resources, and reduce the construction cost.
Based on the research work progress order as the preface, chapter, section discusses the source of the subject, purpose and significance, the design process, problems and difficulties encountered in the design process and their solutions and measures. In the process of designing part, discusses in detail the equipment overall structural design, the transmission system design, improve shifting transmission system design, access the car structure design, control system design and safety design.
Keyword: stereoscopic parking equipments Control the system PLC Safety The structure design
目录
前言 0
1 绪论 (1)
1.1 立体车库概述 (1)
1.2几种机械停车设备的特点及比较 (3)
1.3巷道堆垛式立体车库升降驱动系统 (5)
1.4 车辆存取方式 (6)
1.5 方案的确定 (8)
2 立体车库发展趋势及市场成长性分析 (10)
2.1 全球立体车库市场发展趋势 (10)
2.2 中国立体车库市场发展趋势 (13)
2.2.1 中国立体车库发展趋势及展望 (13)
2.2.2 中国立体车库整体发展趋势 (14)
3 下游行业需求特征与需求规模分析 (16)
3.1 住宅小区立体车库需求 (16)
3.2 商贸区立体车库需求 (16)
3.3 医院立体车库需求 (17)
3.4 政府事业机关立体车库需求 (17)
3.5 立体车库的出口状况及需求分析 (18)
4 自动化立体车库传动机构的技术特性 (19)
4.1传动机构的组成 (19)
4.2 传动机构的主要参数 (19)
5机械系统传动装置设计 (20)
5.1选择传动链和链轮 (20)
5.2 链的设计计算 (21)
5.2.1 设计标准 (21)
5.2.2传动装置计算 (21)
5.3 链轮的设计计算 (24)
5.3.1 设计链论尺寸 (24)
5.4 滚子链的静强度计算 (31)
5.5 链条的使用寿命计算 (33)
5.6 链条的耐磨工作能力计算 (34)
5.7 电动机的选择 (36)
5.8减速器的选择 (37)
5.9轴承的选择 (38)
5.10轴的选择 (38)
5.10.1 选择材料 (38)
5.10.2 初步估算轴径 (39)
5.10.3轴的结构设计 (39)
5.10.4 轴上的受力分析 (40)
结论 (45)
致谢 (46)
参考文献 (47)
前言
近年来，随着人民生活水平的不断提高，越来越多的人购买了私家车，对城市的交通和环境起着重大的影响。

而停车难问题的出现，也给机械停车设备行业带来了巨大的商机和广阔的市场。

在这商机与竞争并存的时候，我国的机械停车设备行业也将从快速发展阶段进入稳定发展阶段。

未来市场是巨大的，但对产品的需求，将会向两个极端发展：一个极端就是价格的极端，市场大量需要低价格的机械停车设备，它只要能够达到增加停车位的目的，能够保证最基本的使用性能，以价格优势占领市场，这一部分的市场份额预计将达到70%-80%；另一个极端就是技术与性能的极端，要求停车设备具有优越的使用性能、方便的操作方式、快捷的存取速度。

通过国内外机械停车设备使用经验的总结，可以发现人们在利用机械停车设备存取车时，首先追求的是存取车速度、等待时间以及方便程度。

此外，未来的机械停车设备市场，将更加注重完善的售后服务系统，远程监控系统、远程故障导处理系统将是用户追求的目标。

随着我国经济持续快速的发展，城市规划的完善，机械停车设备行业将成为一个充满生机的朝阳行业，机械停车设备的技术也将得到长足的发展。

1 绪论
1.1 立体车库概述
现在所知的最早的立体车库建于1918年，位于美国伊利诺斯州芝加哥市华盛顿西大街215号的一家宾馆(Hotel La Salle)的停车库，设计师是Holabird 和Roche，该车库于2005年被推到，在该原址上，后来由Jupiter Realty Corp.兴建了一座49层的公寓大楼。

在第十五届全国发明展览会项目中交通、建筑类提到不占地立体车库的第一发明人：刘玉恩，该发明是一种不占地位立体车库，包括：通行架，其可允许车辆正常通行；固设于通行架上的车库群，其为多层结构，每层至少包括有两个或两个以上可存放车辆的单元车库；纵向升降机，其设于车库群及通行架中；横向移动架，其可在升降机与单元车库之间移动；推举式交换装置，其可将横向移动架上的车辆放置于单元车库上或可将单元车库上的车辆取回于横向移动架上；控制机构，其控制存放或取出车辆。

车辆无处停放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。

我国也于90年代初开始研究开发机械立体停车设备，距今已有十年的历程。

由于很多新建小区内住户与车位的配比为1:1，为了解决停车位占地面积与住户商用面积的矛盾，立体机械停车设备以其平均单车占地面积小的独特特性，已被广大用户接受。

立体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施，因此，运行中的耗电量比工人管理的地下车库低得多。

机械车库一般不做成套系统，而是以单台集装而成。

这样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。

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。

垂直升降式，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。

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用。

巷道堆垛式立体车库设备是20世纪60年代后欧洲根据自动化立体车库原理设计的一种专门用于停放小型汽车的停车设备。

该种车库设备采用先进的计算机控制，是一种集机、光、电、自动控制为一体的全自动化立体全封闭车库，存车安全等特点。

该类车库主要适应大型密集式存车。

1.2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。

此立车库适用于地面及地下停车场，配置灵活，造价较低。

整机特点：
（1）有效利用空间，提高空间利用率达数倍。

（2）存取车快捷便利，独特跨梁设计，车辆出入无障碍。

（3）采用PLC控制，自动化程度高。

环保节能，低噪音。

（4）人机界面好，多种操作方式可选配，操作简便
（二）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，。

整机特点：
（1）占地少，容车量大，高层设计最高能够达到平均一辆车仅占一平方米的空间。

可同时提供多车位进出口，等待时间短。

（2）智能化程度高，可预约存取车及空车位导向。

（3）绿色环保车库，利用车库外形的空隙空间可以进行绿化，使车库变成一个立体的绿化体，有利于美化城市和环境。

智能化控制，操作简单方便。

（三）垂直循环式
整机特点：
（1）省地：在58m2的地方建起大型垂直循环类机械停车库，可容纳34辆轿车或24两面包车。

（2）方便：使用PLC自动调车，一次按键即可完成存取车。

迅速：调车时间短，取车快速。

（3）灵活：可设置在地面上或半地上半地下，可独立或附设在建筑物内，还可多台组合。

经济：可省去购置土地的大量费用，有利于合理规划和优化设计。

省电：一般不需要强制通风，无大面积照明，耗电量仅为普通地下车库的35％。

（四）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。

整机特点：
（1）可设置于地上或地下，充分利用有效空间。

载车板的升降和行走同时运行，存取车方便快捷。

全封闭式管理，安全可靠，保障人、车安全。

（2）通过升降机、行走台车及横移装置输送载车板实现存取车操作，整个过程全自动完成。

（3）固定式升降机＋各层行走台车的配置形式，可实现多个人同时存取车。

1.3巷道堆垛式立体车库升降驱动系统
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。

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≤±5 mm.
1.4 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。

1.5 方案的确定
由于我设计的部分是立体车库的升降部分，所以首先应确定用哪种方式升降，如可采用升降机式、电梯式。

其次，对于传动系统（包括链传动的链与棘轮的设计、钢丝吊动的滑轮和钢丝绳的设计、电机型号的选用）、载车板等机械部分的绘图设计和控制系统的简单设计，要确定传动的方式，如钢丝绳，链条等；
所以根据具体情况和考虑多方面因素我拟定如下方案：
（1）根据轿车尺寸确定每个车位载车板的长度宽度。

设计载车板的形式，计算校核载车板的力学性能。

（2）根据传动结构的分析和受力的分析选择采用升降机式的升降机构。

选择链轮和链，确定其尺寸规格。

然后对其校核。

（3）不用转向，故不用转向盘。

结构简单，工作可靠，拆装维修方便
（4）确定制动方案。

选择电磁接触阀。

（5）载荷均匀分布，机械效率高。

（6）考虑安全防护设计。

（7）考虑环保设计。

（8）经济性方案设计。

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 传动原理图
本设计的传动特点是：
(1) 自动化程度高，快速处理，连续出入库，停车效率高。

(2) 实现了由百台到上千台规模的大容量停车。

(3) 组合式框架设计，保证了产品一致性，安装拆卸非常方便。

(4) 设有多重安全防护措施，确保人车安全。

(5) 操作简便，既可集中管理，又可由客户自己操作。

(6) 电机及所用电器元件采用进口名牌产品。

(7) 不排出汽车废气，清洁环保。

2 立体车库发展趋势及市场成长性分析
2.1 全球立体车库市场发展趋势
随着汽车工业和建筑业两大支柱产业的快速发展，在一些大、中城市相继出现了停车难和乱停车的现象。

在解决城市城市停车难的问题中，机械式立体停车设备以其独特的优点，引起了各界的重视，得到了广泛的应用。

车辆无处停放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。

我国也于90年代初开始研究开发机械立体停车设备，距今已有十年的历程。

由于很多新建小区内住户与车位的配比为1:1，为了解决停车位占地面积与住户商用面积的矛盾，立体机械停车设备以其平均单车占地面积小的独特特性，已被广大用户接受。

机械车库与传统的自然地下车库相比，在许多方面都显示出优越性。

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辆车，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施，因此，运行中的耗电量比工人管理的地下车库低得多。

机械车库一般不做成套系统，而是以单台集装而成。

这样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。

“车库”是大中城市的热门话题，国家经贸委将“城市立体车库”列为“近期行业技术发展重点”，随着家用汽车的不断增加，公共场所及社区内存车矛盾、车挤绿地的问题将会越来越突出，在人们对生活质量和环境意识不断增强之时“车库”日渐成为热门话题，机械自动化立体车库将会在新开发的楼盘及商业里大显身手。

未来5年，从潜在需求角度来讲，可以断言：中国将是世界上最大的立体车库需求市场。

从供给角度来讲，中国作为最大的立体车库需求市场，其需求量直接刺激了国内供给商家的技术革新及发展，生产力迅速提升，加上本土化优势，也可以与国外寡头垄断企业各自占据一方市场。

但无论从中国还是世界过去几年的汽车产量与相应的立体车库增加量都可以看出，汽车泊位需求远远大于立体车库泊位供给。

即便是在如此大的市场潜力诱惑下，因为机械立体车库不是高收益、快回报的投资项目，加之没有硬性的政策扶持，所以，其生产力水平仍落后于汽车产业的生产力水平，因此未来相当长一段时间内，立体车库供方市场远不能满足需求市场。

目前全球立体车库产品市场出现寡头垄断格局。

但随着发展中国家企业研发实力的不断增强，产品性能与知名品牌差异逐渐缩小，未来全球立体车库产品市场必将出现多极化的市场竞争格局。

“车库”问题已成为大中城市的热点问题。

立体车库的兴建，不仅能减少土地的占用面积缓解目前城市中道路空间狭小的矛盾，还能缓解交通状况适应城市高节奏快速发展的需要。

此外，立体车库也可配合市政建设带动一大批第三产业的兴起，可谓有百利而无一害，为城市向更大规模发展提供有利的条件。

基于立体车库为社会所做出的贡献，政府部门给予了更多关注，在土地使用、规划管理、城市环境、交通运行等方面制定相应政策来促进产业发展已经提上日程。

如近期出台的《杭州市城市建筑工。