简易垂直升降式立体车库车辆存取机构设计

简易垂直升降式立体车库车辆存取机构设计
摘要
立体车库是专门实现各种车辆的自动停放及科学寄存的仓储设施。

随着城市汽车保有量的不断增加，停车难问题己经成为大中型城市的一个普遍现象。

机械式立体车库可充分利用上地资源，发挥空间优势，最大限度地停放车辆，成为解决城市静态交通问题的重要途径。

本课题以较为简单的垂直升降式立体车库为研究对象，综合考虑立体车库制造成本和运行效率的双重因素。

本文在对国内外车库现状及发展趋势做了充分认知的基础上，结合当时我的知识和能力，选择简易单个体车库结构为研究模型。

简易垂直升降式立体车库就其组成部分而言，可分为三大部分：车库结构部分、传动机构部分和控制系统部分。

本文简单介绍了车库的主体结构和特点，对车库的控制系统在此不作分析说明，依据垂直升降式立体车库的运行原理，运用力学理论对垂直升降式立体车库的结构进行了全面的力学分析，包括垂直升降式立体车库的框架结构的强度等。

利用SolidWorks建立立体车库三维图形。

在SolidWorks绘制图形过程中，再对部件选型中不合适的进行替换，以达到最佳效果，最后再导成二维图形。

为了使停车设备满足使用要求，根据垂直升降式立体车库的实际，在垂直升降式立体车库中使用了一些必要的安全技术，这样保证了车辆的绝对安全，使得整个车库可以安全平稳的运行。

关键词：垂直升降式，立体车库，钢结构，SolidWorks
Abstract
Stereo garage is the storage which is used for automatic parking and scientific storage of kinds of automobile. As the quantity of urban automobile has increased continuously in nowadays, the hard-to-Park Problem has become a common phenomenon. Mechanical stereo garage can use land resource sufficiently and bring space advantage into play, and maximize the number of parking cars. It has become an important way for static traffic problem of cities. The issue studies the type mechanical parking system which Simple vertical type stereo garage, and regards of the two factors of cost of manufacture and operational efficiency synthetically.
On the basis of investigation on current situation and developing trend of garage in domestic and abroad,Combined with my knowledge and ability at that time，we choose Simple vertical type garage structure as the research model. According to the form of the dragging-forms of multi player Simple vertical type ear-base, it is made of three parts: part of ear-base structure、part of driving-framework and part of control system. The paper simply introduces main structure and characteristics of garage and The control system of the garage is not for analysis in this note，The finite element reliability checking of steel structure of garage is utilized according to the operation principle of up-down and translation stereo garage, the mechanics was used to comprehensively analyze the up-down stereo garage. Including intension of the framework structure etc. Using SolidWorks to establish parking three-dimensional graphics. SolidWorks drawing graphics in the process, and then the selection of inappropriate parts to be replaced in order to achieve the best results and eventually lead into a two-dimensional graphics. In order to satisfy using demand in design stereo garage, according to the facts of the Simple vertical type stereo garage the Paper introduced some safety technique which was used in the Simple vertical type stereo garage. This can ensure absolute safety for Car and make the whole stereo garage safety and running smooth.
Keywords：Vertical Lift，Stereo garage, Steel structure，SolidWorks
目录
摘要 (Ⅲ)
Abstract (Ⅳ)
第一章绪论 (3)
1.1 课题的背景和意义 (3)
1.2 国内外研究发展现状 (6)
1.2.1 国外研究现状 (6)
1.2.2 国内研究现状 (7)
1.3立体车库概述 (8)
1.3.1立体车库类型 (9)
1.4立体车库发展趋势 (10)
1.5 本文的主要研究目标和研究内容 (11)
1.5.1研究目标 (11)
1.5.2研究内容： (12)
第二章简易垂直升降式立体车库机械部分设计 (13)
2.1 垂直升降式立体车库的工作原理 (13)
2.2 垂直升降式立体车库的主要组成部分 (13)
2.3主要钢材选型 (14)
2.4载车板设计 (15)
2.5传动系统设计 (16)
2.5.1电机功率计算及选型 (17)
2.5.2钢丝绳选型 (18)
2.5.3卷筒的计算 (20)
2.5.4滑轮的设计 (21)
2.5.5提升传动轴的计算 (22)
2．5.6联轴器的选型 (23)
2.5.7轴承的选型 (23)
2.6立体车库钢结构设计 (23)
2.6.1焊缝连接要求 (23)
2.6.2螺栓连接要求 (24)
2.7立体车库钢结构分析校核 (25)
第三章简易垂直升降式存取机构的安全保护措施的考虑 (30)
3.1概述 (30)
3.2安全装置 (30)
3.2.1防坠装置 (30)
3.2.2减震装置 (31)
3.2.3立体停车库紧急停车、误操作报警 (31)
第四章．结论 (32)
4.1 结论 (32)
参考文献 (33)
致谢 (35)
第一章绪论
1.1 课题的背景和意义
随着我国城市经济和汽车工业的迅速发展，拥有私家车的家庭越来越多，而与此相对应的是城市停车状况的尴尬。

以北京市为例，截止2006年底，市区仅有公共停车场827处，共计车位5.6万个，仅占市区机动车拥有量的8.5％，停车环境与城市规划的矛盾十分突出。

上海的情况也让人无法乐观，仅有的227个地下车库使用面积不足60万平方米，只能满足1.3万辆机动车停放的要求，路边停车渐呈泛滥之势，比例高达64％，而且还有继续上升之势。

据建设部城市交通工程技术中心对全国15个大城市停车现状的调查，城市机动车保有量与停车位之比平均为 4.84：1，这一比值对于渴望“车者有其位”的车主来说，形式不容乐观。

停车难产生最主要的原因是城市建设规划上的准备不足。

上世纪80年代初期，北京市权威部门对2000年北京汽车发展数的预测仅仅是70万－80万辆，而事实上到新世纪钟声敲响之前，北京市汽车总量则足足比预期多了100万辆，其中私人小客车的数量就高达45万辆。

面对迅速发展的城市车流，停车设施建设的落后也就不足为奇。

据建设部停车技术开发推广中心介绍，北京市停车设施的“欠账”最保守估计应为20－30％。

图 1.0 被汽车占领的城市
停车问题是城市在发展过程中出现的静态交通（车辆停放状态）问题，静态交通是相对于动态交通（车辆行驶状态）而存在的一种交通形态，二者相互联系，互相影响，停车设施是城市静态交通的主要内容，随着城市的不断发展，各种车辆的不断增加，对停车设施的需求也在不断增加，如果两者之间失去平衡，城市里就会出现停车难的一系列问题。

数据显示，最近几年我国城市机动车辆平均增长速度在15%-20%，而同时期城市停车基础设施的平均增长速度只有2%-3%，特别是大城市的机动车拥有量的增长速度远远超过停车基础设施的增长速度，因此，我们必须重视城市停车难的问题，并积极探求解决的措施。

专家们指出，解决城市静态交通问题，大体分为软硬两种措施。

所谓软措施，就是通过政策法规，限制路面停车，提高停车场利用效率，使部分车主更愿意改乘公共交通工具，以减少机动车对停车场的需求。

而硬措施，主要包括增建停车场，建设地下及立体停车场、利用其它空间满足停车需求。

而无论采取什么措施，在规划后再收拾残局，于局限内弥补不足，政府和管理部门所需投入得精力和资金都不小。

图 1.1 先进的自动化立体车库
随着人类社会的不断进步和科学技术的发展，人类的生产、生活方式趋于集中，城市的规模越来越大，人们在城市里的生存空间却越来越小，于是出现了要利用空间的理念，城市中开始建设立体建筑、立体交通和立体停车。

作为现代大都市的标志，城市中心商住区高楼大厦林立，社区道路、高架交通干道、立交桥和地下铁路，编织出城市立体交通网，汽车的住宅--停车场也有了长足的发展，由平面停车向立体停车，由简单的机械车库向计算机管理高度自动化的现代立体停车演变，成为具有较强的实用性、观赏性和适合城市环境的建筑。

伴随着汽车进入家庭，城市动态、静态交通管理制度的不断
完善和人们对居住环境要求的提高，给停车产业提供了前所未有发展机遇，停车产业市场前景广阔。

作为现代大都市的标志，立体建筑和立体交通都有了显著发展，道路拥挤、车满为患已成为当今快节奏社会中的最不和谐之音，发展立体停车已成为人们的共识。

目前我国经济正处在高速发展时期，随着人们生活水平的不断提高，汽车进入家庭的步伐正在加快，停车产业市场前景广阔。

机械式立体车库既可以大面积使用，也可以见缝插针设置，还能与地面停车场、地下车库和停车楼组合实施，是解决城市停车难最有效的手段，也是停车产业发展的必由之路。

当前，我国许多大城市如北京、上海、深圳都开始大力发展机械式立体停车产业。

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。

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，汽车数量的不断增加。

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的比例严重失调，由此带来停车难、违章停车、停车管理困难等一系列问题。

当以往的路边、人行道上停车、地下或地面停车场均解决不了上述问题时，采用机械式立体停车设备是一个非常有效的措施。

机械式立体停车设备又名立体车库，它占地空间小，并且可最大限度地利用空间，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。

国家计委已明确机械式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《国家计委
6号令》把机械式停车序和立体停车场列入“国家重点鼓励发展的产业、产品和技术日录”，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间题提供了机会。

可以预见立体车库具有非常广阔的市场前景。

1.2 国内外研究发展现状
1.2.1 国外研究现状
早在50多年前，立体停车就在国外有所发展，先后出现了针对家庭使用的双层停车设备；利用住宅空地建起2-4层升降横移停车设备；适合城市中心商住区使用的停车楼和停车塔；利用广场、建筑物下面的空间建设地下车库。

自70年代末起，世界经济高速发展，汽车逐渐普及，保有量不断增加，迫使地少人多、车多的国家、地区和一些发达国家积极开展了机械式停车技术的研究开发和制造应用。

以日本、美国、德国等为代表的发达国家在停车技术领域的研究处于世界领先水平，韩国和我国的港、澳、台地区的停车业也通过引进--移植制造，得到了蓬勃发展，较好地解决了本地区的停车难，并开始向外输出技术和出口产品。

图 1.3 国外高容量的立体车库
目前世界停车产业正向多元化发展，其停车技术几乎包含了当今机械、电子、液压、
光学、磁控和计算机技术等领域的所有成熟先进技术。

机械方面，应用了许多新材料、新工艺。

设备结构采用模块化设计，便于组合使用，易于安装拆卸。

钢结构选用新型优质钢材，既提高了设备的强度和刚度，又使设备轻巧美观，载车板采用一次成型的镀锌板或彩涂板组装，美观、强韧、耐用。

控制技术方面，广泛采用可编程序控制器和矢量变频变压调速闭环控制技术，使运行高速平稳，节省电力，振动和噪音也趋于最小。

控制形式有，按钮式、锁匙式、IC卡式、键盘式、触摸屏式、遥控式等。

安全元件采用各种光栅显示屏、光电管、机械式行程开关、磁性接近开关、光敏感应开关等，安全保护装置日臻完善，如汽车出入声光引导和定位、汽车尺寸和重量自动识别、限速保护与多重机构互锁、停车泊位自动跟踪、链条和钢丝绳长度超范围报警和弹性变形自动补偿、汽车图象摄影对比安全检测、自动消防灭火系统等。

日本是最早应用机械式车库的国家之一，其在上世纪60年代初就开发并使用可最大限度的利用空间的机械式停车设备。

当时日本全国汽车保有量大约为500万辆，大多采用的是垂直循环式停车设备。

从80年代开始，日本开始向亚洲地区的韩国、中国及台湾地区出口产品及技术。

韩国机械车库技术是日本机械停车技术的派生。

其机械停车产业从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年代开始为供应使用阶段。

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。

图 1.4 韩国LG公司研发的塔式
1.2.2 国内研究现状
我国机械式车库的早期研究开发工作是从80年代中期开始，90年代开始引进和生
产停车设备，在北京、上海、广州、深圳等地都有使用。

参照日本等国标准制定的我国行业标准也于近几年出台，目前停车设备生产厂已发展到几百家，生产各种类型的停车设备，有些停车设备已开始出口。

机械式立体车库是一种具有综合性能的建筑，不仅包含了机械停车设备，其规划建设涉及到区域整体景观、交通疏导、建筑结构、供电照明、通讯监视、通风排水、环境保护、安全消防、收费管理等各学科领域，就停车设备本身而言，其机械结构的发展已形成了停车设备独有的技术特征，需要多学科、多专业的复合型人才积极参与，把国外停车技术和各领域的成熟技术移植到我国停车产业，开发出安全、经济、高效、节能、省地的产品，满足国内外市场的需求。

在我国的停车产业发展中还存在一些问题，如没有统一的技术标准；多数产品是仿效或引进国外技术制造，技术水平低；缺少具有一定规模的企业，生产能力不足；市场竞争无序，个别企业为抢占市场，采取低价竞争；缺少科研设计单位的参与，技术创新能力严重不足；政策不配套，对停车产业发展和管理严重滞后等。

解决上述问题，需要我们在政策市场、管理和技术多方面做出努力。

政策方面应参照发达国家的有关政策法规，规划确定出专用和公共停车位的合理数量，实现投资主体多元化，确定车库的管理属性和停车收费标准，给予投资和经营者相应的优惠政策，使其有利可图。

市场方面应建立车库市场运行机制，利用价格杠杆调高占路停车收费标准，逐步消除“路满库空”现象。

鼓励按市场规则经营车库，并实施政府监督和政策调控，使停车产业良性发展。

图 1.5 在我国广泛使用的立体车库
1.3立体车库概述
机械式停车库就是利用机械来存取、停放车辆的整个停车设施，以立体化存放的机械式停车库叫做机械式立体停车库。

一般情况下，作为停车库，除了机械式停车设备外，
还应包括有关的车道、出入口前的空地、管理办公室以及通风设备、排水设备、消防设备、出入口设备、收费设备等辅助设备，它包含了当前机械、电子、液压、光学、磁控技术领域的成熟先进技术，己成为技术密集型产品的代表。

1.3.1立体车库类型
智能立体车库由机械传动系统、电气控制系统、检测系统、收费系统及其相应的设备组成。

按照机械装置的构造，立体车库一般可分为以下几类：（1）升降横移类代号SH
采用以载车板升降或横移存取车辆的机械式停车设备的立体停车库叫升降横移类停车库。

其工作原理为:一层车位只能横移，中间车位即可横移又可升降，上层车位只能升降，该类车库通过各层车位的移动来实现车辆的存取。

（2）垂直循环类代号CH
垂直循环类机械式停车库采用了垂直方向作循环运动的停车系统存取车辆的停车设备。

这种停车设备的工作原理是电机通过减速机带动传动机构，在牵引机构—链条上，每隔一定距离安装一个存车托架，当电机启动时，存车托架随链条一起做循环运动，达到存取车的目的。

（3）水平循环类代号SX
采用一个水平循环运动的车位系统存取停放车辆机械式停车设备的存车库叫水平循环类停车库。

其工作原理是存取停放车辆的车位系统在水平面上作循环运动，将所需存取车辆的载车板移到出入口处，驾驶员再将汽车存入或取出。

（4）多层循环类代号DX
多层循环类停车库是采用了通过使载车板作上下循环运动，而实现车辆多层存放的多层循环式停车设备，从而实现减少占的面积，提高存取车自动化程度的机械式停车库。

（5）平面移动类代号PY
采用在同一层上用搬运台车或起重机平面移动车辆，或使载车板平面横移实现存取车辆，已可用搬运台车和升降机配合实现多层平面移动存取停放车辆的机械式停车设备的停车库叫平面移动类停车库。

（6）巷道堆垛类代号XD
采用以巷道堆垛机或桥式起重机将进到搬运器的车辆水平且垂直移动到存车
位，并用存取机构存取车辆的机械式停车设备的车库叫巷道堆垛类停车库。

（7）垂直升降类代号CS
垂直升降类汽车停车库也称为塔式立体停车库，它是通过提升机的升降和装载提升机上的横移机构将车辆或载车板横移，实现存取车辆的机械式停车库。

垂直升降类停车设备的工作原理是:用提升机构将车辆或载车板升降到指定层，然后用安装在提升机构上的横移机构将车辆或载车板送入存车位;或是相反，通过横移机构将指定存车位上的车辆或载车板送入提升机构，提升机构降到车辆出口处，打开车库门，驾驶员将车辆开走。

（8）简易升降类代号JS
把停车位分成上、下二层或二层以上，借助升降机构或俯仰机构使汽车存入或取出的简易机械式停车库叫做简易升降类机械式停车库。

1.4立体车库发展趋势
随着当今社会各种高新技术的引入，立体车库正在向专业化、复杂化、智能化和高自动化方向发展，重点表现为以下几个方面:
①专业化:立体车库系统稳定可靠，能正常运行而不出故障是用户的首要
要求，也是一套停车场系统的重中之重。

因此，必须提高制造厂家的专业化程度，才能保证设备的可靠性，立体车库的软硬件设施及各种设备的配套也应当达到专业化程度。

②复杂化:立体车库产业正在向多元化方向发展，它已经不仅是纯粹的机
械设备，还包含了当今机械、电子、建筑、液压、光学、磁控、管理和计算机技术等领域的大量先进技术。

立体停车系统己经日臻完善，如汽车出入车库时采用声光引导和定位、汽车尺寸和重量自动识别、限速保护与多重机构互锁、停车泊位自动跟踪、链绳长度超范围报警和弹性变形自动补偿、汽车安全检测、图像识别技术、科学管理等，各种领域先进技术的综合使用，已经使立体车库成为一个独立的大型复杂的高技术设备。

③智能化:立体车库的发展越来越向着智能化方向发展，一些新技术正在
迅速进入该领域，如变频技术、全电脑控制系统、导航定位技术、图像识别技术、传感技术、光纤通讯技术、防火防盗系统、停电及电源故障的自动判别排除及处理系统等。

对于全电脑自动控制系统，要开发、设计专用硬件系统和专用软件，
使之适用于存取车全过程的管理和控制，尤其是对于“模块”阁架式立体车库的电梯调配，自动送车找位、自动平层，应快捷、准确、可靠。

系统安全装置的设置要与动态过程安全检测形成闭环，确保存取车过程的安全运行。

④高自动化:立体车库的高自动化主要表现为先进的自动控制技术和科学
的管理方法。

控制技术和管理方法互为所长，大幅度提高了存取车效率。

在控制方法上采用了遥控技术和自动识别系统;车辆停靠稳妥(在车库外面需要自动转向)后，车库可以将汽车自动停放到合适的位置，可实现无人操作;在科学管理方面，计算机中心对停车场实行全方位管理，整个停车场完全在计算机监控之下，包括设备监控、出入口监控、停车场内部监控，整个停车场运行的状态信息都可以存入计算机，通过便捷的人机管理界面，实现车流量统计、系统故障查询、收费状况查询、进出车辆信息查询、系统运行状态的实时查询同时可以设置打印报表功能。

未来的车库系统管理更开放、更灵活，整个管理系统能够实现控制与管理一体化，系统操作更加简便，功能更加强大。

整个车库的管理可以纳入楼宇自动化系统，联入网络，形成一个综合的计算机管理网络信息系统，真正实现立体车库的无人化管理。

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。

1.5 本文的主要研究目标和研究内容
目前，立体车库主要有以下几种形式：升降横移式、巷道堆垛式、垂直提升式、垂直循环式、箱型水平循环式、圆形水平循环式等。

在对国内外各种同类产品进行分析的基础上，再结合造价、技术难度以及用户需求等各个方面的因素，可以发现垂直升降式立体车库形式比较多，规模可大可小，而且对场地的适应性较强，同时采用这类设备的车库十分普遍。

因此，最终确定研究对象为垂直升降式立体车库。

1.5.1研究目标
（1）垂直升降式立体停车设备总体结构的设计与研究；确定垂直升降式立体停车设备的总体布局、运行方式，然后进行存取车方式、提升系统、钢结构等各个组成部分的总体设计。

（2）垂直升降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。