垂直升降式轎車路邊停車系統(tǒng)設計-立體車庫含2張CAD圖帶開題
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升降式路邊停車系統(tǒng)機械部分的設計摘要:機械式停車設備是解決城市停車問題的一個有效解決手段,正被廣泛應 用于各種場合。論文對垂直升降式停車設備進行了認真的分析和研究。首先對垂直升降式停車設備的特點和概況做了簡要的介紹,然后對垂直升降式立體車庫的總體結構進行討論研究。并選定鏈傳動橫移方式作為車庫的存取形式,選定曳引驅(qū)動作為車庫的升降驅(qū)動形式。在完成總體框架設計之后,對車庫的存取機構進行了詳細研究。對停車位布置形式及其相關要求進行了分析,確定了符合國家標準要求的車庫停車位和載車板的具體結構。討論了存取機構設計功能要求及其實現(xiàn)方法,完成了鏈傳動橫移存取車裝鬣的設計及其零部件的計算和校核。 升降系統(tǒng)是車庫的重點組成部分。在升降系統(tǒng)中選用曳引驅(qū)動方式,并對曳引系統(tǒng)進行研究,分析影響曳引力的因素,并對曳引能力進行了計算校核。根據(jù)車庫提升系統(tǒng)的工作特點,選用交流變頻電機。針對車庫運行中的不安全因素,選用了超速保護系統(tǒng)和撞底保護裝置等策略來提高升降系統(tǒng)的可靠性。關鍵詞:垂直升降式立體停車設備、存取系統(tǒng)、結構強度分析和參數(shù)優(yōu)化設計 27目 錄1 緒論 .2 1.1課題的來源及研究的目的和意義.2 1.2機械式停車庫.3 1.3國內(nèi)外研究狀況.4 1.4本論文研究的主要內(nèi)容.52 立體車庫總體結構研究.6 2.1垂直升降式停車設備概況.6 2.2升降驅(qū)動系統(tǒng).7 2.3車輛存取方式.8 2.4垂直升降式立體停車系統(tǒng)的控制系統(tǒng).103 車庫的存取機構研究設計.12 311停車位布置形式及相關要求.12 312垂直升降式立體車庫停車位結構.13 32 載車板結構.14 331存取機構功能要求及其實現(xiàn).15332存取機構的工作流程.17333存取機構中具體部件設計計算.184 立體車庫升降機構的研究與設計.224.1升降機構的整體結構.22 421提升系統(tǒng)曳引力的分析計算.23 422曳引系統(tǒng)的受力分析.26 423曳引電機及其調(diào)速方法選擇.28 424曳引電機的容量選擇.29 425對重匹配研究.305 總結與展望.32 51總結.32 52展望.32參考文獻.33致謝.34第1章 緒論1.1課題的來源及研究的目的和意義 近年來,汽車保有量更是急劇上升。據(jù)統(tǒng)計,1997年汽車產(chǎn)量為157.8萬輛,汽車保有量為1100萬輛,其中轎車約400萬輛; 2010年轎車保有童將達到2000萬輛,平均每年增長200萬輛。如此數(shù)量的汽車主要集中在城市,將給城市停車泊位帶來巨大的壓力。如果全部露天平面停放,假設普通轎車的尺寸為4.5(長)x1.8(寬),則每輛轎車所需要的最小停車位面積為19.2。目前的500萬輛車將會占用9600萬(即14.4萬畝)的土地。相反,如果改為立體停放,特別是高層立體車庫,每輛車的占用面積將會大為降低,例如,10層高的電梯式立體車庫,每輛車的占用面積為3.0左右,將會節(jié)省84.6%(即2.74.1萬畝)的土地,一方面,在寸土寸金的大城市,設立露天停車場,是對有限土地資源的嚴重浪費;另一方面,汽車占道停放又造成城市交通擁堵,汽車被盜、被撞現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生,市容環(huán)境極差。目前,汽車停放己經(jīng)成為全世界大城市普遍關注的問題,許多國家都拿出資金資助這一課題的研究?;谝陨锨闆r,我的升降式路邊停車系統(tǒng)機械部分設計選擇“垂直升降式機械立體停車庫機械部分”作為我的研究課題,符合現(xiàn)實需要,順應當今科技發(fā)展的潮流。1.2.機械式停車庫機械式停車庫按其停放形式的不同可分為機械立體停車庫和復式停車庫。復式停車庫上下只有兩三層,利用機械設備汽車在貨架上可以上下重疊放置,車庫內(nèi)有車道和人員停留。機械立體停車庫的室內(nèi)沒有人員停留,車輛的存取是全自動的,這種車庫是最節(jié)省土地資源和自動化程度最高的,其具體優(yōu)點如下:(l)節(jié)省面積, (2)造價低, (3)使用方便。(4)減少了因路邊停車而引起的交通事故;(5)增加了汽車的防盜性和防護性;(6)改善了市容環(huán)境。綜上所述,本課題中的車庫形式選擇為機械立體車庫,以求研究開發(fā)一種占地面集小、自動化程度高、安全高效的停車系統(tǒng)。 1.3國內(nèi)外研究狀況立體停車設備在國外尤其是在歐洲、美國、日本等國發(fā)展己有30多年的歷史,技術經(jīng)驗較為成熟,發(fā)展較快的有日本、德國、法國、意大利、荷蘭、美國、韓國以及我國臺灣等。尤其是日本,從1962年研制出第一臺立體停車設備以來,至今已經(jīng)開發(fā)、生產(chǎn)出九大類近百個品種的立體停車設備,擁有停車設備制造企業(yè)400多家,車庫設備年增長率達30%;臺灣擁有停車設備制造企業(yè)268家,產(chǎn)量幾乎兩年翻一翻;韓國現(xiàn)在擁有停車設備制造企業(yè)400多家,主要通過引進日本技術和自我開發(fā),每年車庫設備以30%的速度發(fā)展。. 我國機械式立體停車設備的早期開發(fā)工作開始于80年代中期,1992年以后得到較快發(fā)展。而真正有起色則是近幾年的事情,因此還處在發(fā)展初期我國機械式停車設備早期開發(fā)工作從八十年代中期就開始了,從1992年以后得到了較快的發(fā)展。,應當說,還處于剛剛起步的階段,時間雖短,但也取得了很大的進步,具體情況如下:生產(chǎn)能力:1996年以前一共才提供了近4000個泊位,現(xiàn)有能力己達年產(chǎn)1萬個泊位;品種方面:已能提供垂直循環(huán)式、簡易升降式、平面移動式、升降橫移式、垂直升降式等多種型式,有些還申請了專利。另外還發(fā)展了停車場管理系統(tǒng)、收費系統(tǒng)、咪表等配套設備;但是,機械式停車設備行業(yè)應當說是一個新興的行業(yè),我們的發(fā)展還處于剛剛起步階段,從行業(yè)本身來分析,還存在很多問題:(l)生產(chǎn)能力遠遠不能滿足國內(nèi)外市場發(fā)展的需要;(2)沒有具有一定規(guī)模的企業(yè),現(xiàn)有能力最大的也就是年產(chǎn)1000個泊位;(3)自主開發(fā)能力弱,目前大多是仿效國外技術或引進國外技術生產(chǎn)的,缺乏自主開發(fā)能力,缺乏對品種、材料、工藝、功能、安全等方面適合國情的研究,產(chǎn)品雖在市場上銷售了,但國內(nèi)沒有統(tǒng)一的技術標準,也缺乏安全認證,產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性難以得到保證。因此,我們應該大力開發(fā)機械式立體停車設備,以適應蓬勃發(fā)展的國民經(jīng)濟和汽車工業(yè)的發(fā)展。14本論文研究的主要內(nèi)容整體結構的設計工作,并在文中依次闡述停車設備中各個重要環(huán)節(jié)的設計過程。主要有以下內(nèi)容:l、垂直升降式立體停車設備總體結構的設計與研究 在對國內(nèi)外同類產(chǎn)品進行分析的基礎上,結合造價、技術難度以及用戶需求等各個方面的指標,確定垂直升降式立體停車設備的總體布局、運行方式,然后進行存取車方式、提升系統(tǒng)、鋼結構等各個組成部分的總體設計。2、垂直升降式立體停車設備的存取機構設計 在分析比較的基礎上,確定車庫的存取車形式,然后由此詳細設計停車位、載車板和存取機構。3、直升降式立體停車設備的升降驅(qū)動機構研究 首先通過比較,選定曳引驅(qū)動方式作為整個車庫的升降方式。然后設計升降平臺、安全機構、配重系統(tǒng)等。并計算升降系統(tǒng)所需要的曳引能力、平衡配重的重量等。本章小結本章簡要介紹了機械式立體停車系統(tǒng)的定義和分類、機械立體停車設備在國外的應用情況、國內(nèi)停車行業(yè)的研究現(xiàn)狀以及發(fā)展中的一些問題。另外介紹了本課題的來源,總結了本課題研究的目的、意義及擬解決的問題。第二章 立體車庫總體結構研究21垂直升降式停車設備概況垂直升降式停車設備習慣上稱為電梯式立體車庫,它是將存車位分布在井道周圍,然后通過提升機構在井道內(nèi)做升降運動,實現(xiàn)車輛存取功能的機械式停車設備。 此類車庫一般每層可以存兩輛車,整個車庫一般在10層以上,可以停放20-60輛汽車,而占地面積不到50平方米,所以具有很高的平面和空間利用率,具有高效、節(jié)能、噪聲低、安全可靠、操作筒單、維護方便等特點。最適合建在寸土寸金的城市中心區(qū)。 在20世紀20年代,已經(jīng)出現(xiàn)了電梯式立體停車庫。隨著微機技術、可編程技術以及交流變頻技術的發(fā)展和成熟,以電梯為核心的電梯式立體車庫開始在日本、歐洲、美國、韓國、臺灣等地大量興起,成為機械式立體停車庫的一大主流。 垂直升降式停車設備主要由鋼結構骨架、提升裝置、橫移裝置、停車檢測系統(tǒng)、電控系統(tǒng)、安全保護系統(tǒng)、自動消防系統(tǒng)等組成,是一種技術含量很高的科技產(chǎn)品。垂直升降式停車設備的工作原理是:存車時,用提升機構將車輛和載車板提升到指定的樓層,然后用安裝在提升轎廂上的橫移機構將車輛和載車板存入存車位;取車時,通過稹移機構將指定存車位上的車輛和載車板取出送入提升機構,提升機構下降到出口處,車輛離去。22車庫整體方案在參考國外標準的基礎上,結合我國的實際情況列出了垂直升降式立體車庫的不同形式。此類立體車庫的整體結構按停車位分布狀態(tài)大致可分為以下幾類: (1)電梯式:此類車庫的提升井道在中間、停車位在井道兩側,每一樓層只有兩個停車位。提升機構升降到停車樓層后,橫移機構便可存取車輛。 (2)圓柱型:提升井道在中間,停車位置以井道為中心,呈輻射狀分布。它又有提升機構回轉(zhuǎn)和存取小車回轉(zhuǎn)兩種形式。與電梯式相比,它每層的停車位增加了,但是其提升機構和存取機構就變得復雜。 (3)升降機+平面移動型:每層的截面呈方形,停車位以提升井道為中心分布在四周。載車板在存取車輛時,作平面縱向移動操作,與升降機連接完成存取車作業(yè)。 (4)升降機+平面回轉(zhuǎn)型:每層的截面呈圓形,停車位以井道為中心分布在四周,載車板在存取車輛時,作平面回轉(zhuǎn)移動操作,與升降機連接完成存取車作業(yè)。22升降驅(qū)動系統(tǒng)在垂直升降式立體車庫的組成部分之中,升降驅(qū)動機構是非常重要的一個部分,它的設置形式非常重要,其結構布置與技術含量將宜接影響車庫的安全性和可靠性。 目前垂直升降式立體車庫的升降驅(qū)動形式主要有曳引驅(qū)動和強制驅(qū)動兩種,強制驅(qū)動形式又有鋼絲繩式(卷揚式)和鏈輪鏈條兩種形式。 在選定提升方式時,需要以安全可靠為第一原則,同時結合用戶需求、經(jīng)濟性等考慮因素。 鋼絲繩卷筒驅(qū)動機構在起重機械上被廣泛的運用,是使用上較為成熟的技術。它布置靈活,起吊用的鋼絲繩可在空間內(nèi)變向設置。起吊鋼絲繩失效狀況可以用肉E艮觀察得到,預防性好。但是它的結構尺寸較大,占用空問大,對提升高度有一定的限制。而且鋼絲繩使用伸長量大,平層時會引起升降搬運器上浮或者下沉現(xiàn)象。由于它自身結構的限制,鋼絲繩式(卷揚式)在垂直升降式立體車庫中沒有得到更廣泛的應用。 鏈條提升式具有結構簡單、價格低等優(yōu)點,在低速電梯和低層的立體車庫(垂直升降或平面移動式)上都有應用。用于垂直升降立體車庫時,在車庫的層數(shù)不多,提升速度要求不高時可以選用。 曳引式是一種被廣泛應用于電梯上的提升方式。與卷揚式相比,它不僅具有卷筒驅(qū)動的一些優(yōu)點,而且還克服卷筒驅(qū)動機構的不利因素, 23車輛存取方式利用機械裝置從提升機構中將車輛送至泊車位或?qū)④囕v從泊車位取回至提升機構是垂直升降式立體車庫最重要的功能之一,也是它與普通汽車電梯的根本區(qū)別所在。垂直升降式立體車庫的存取車方式主要有以下幾種: (1)滑叉載車式:在提升機構上安裝一套多級滑叉機構(多為3級滑叉),存車時,滑叉逐級滑出,將載車板送至停車位上方,再輕輕放下,然后收回滑叉;取車時,先將滑叉滑出至載車板下方,再略微抬起,當載車板與停車位托架分離后,將滑叉和載車板收回至提升機構。 滑叉式的主要缺點是滑叉有一半空行程,影響運行效率;動作中有較大偏載,會使導軌局部承受彎矩,影響提升機構運行的平穩(wěn)性,增大了運行噪聲。 (2)鏈傳動載車式:其基本原理是以鏈傳動的形式,通過一次微橫移和一次橫向橫移來實現(xiàn)載車板的存取。存車時,第一次微橫移的作用是推動橫移機構連同載車板作短距離橫移,越過升降轎廂與停車位之間的間隙;第二級的作用是通過每隔一定鏈節(jié)設置的加強鏈軸(兩排鏈軸聯(lián)結并加強)或拔叉(或在加強的鏈軸上再加裝撥叉)隨鏈條轉(zhuǎn)動直線撥動載車板下部的擋板,使載車板平穩(wěn)地轉(zhuǎn)移到停車位的托梁上,為了減少摩擦力,一般還安裝尼龍滾輪,在載車板底部與托梁接觸的部位安裝尼龍條。 鏈傳動橫移裝置克服多級滑叉式橫移裝置的缺點。但它對提升機構的平層精確度要求較高。目前一般采用變頻變壓調(diào)速方式及高精度傳感器來滿足平層精確度的要求。 (3)擺桿式:擺桿式橫移裝置是在升降轎廂底中部設置一個可正反向旋轉(zhuǎn)的擺桿。在托盤下部靠近井道一側的適當位置安裝擋塊,通過擺桿從不同方向撥動擋塊以實現(xiàn)托盤的橫向移動。 車庫的鏈傳動橫移裝置安裝在提升轎廂上,設計成上下兩層,上層為存取載車板用的橫移機構,包括橫向推拉載車板電機和兩組橫移鏈條,其作用是存取載車板a下層是微橫移機構,包括兩條微橫移鏈條和微橫移電機,其作用是使放置在它上面的橫移機構往左或者往右越過轎廂和停車位之間的間隙。它同時起到減少摩擦力和定位導向的作用。車庫工作時,提升機構首先將轎廂提升到指定層,然后微橫移機構動作,拖動上層橫移機構和載車板稍微移動一段距離,靠近停車位,如果是存入車輛,則上層橫移電機動作,帶動循環(huán)鏈條,通過鏈條上的銷拉動載車板及在上面的汽車進入停車位,到位后銷與載車板的嚙合自動脫離。在取車時則相反,微橫移機構的動作使循環(huán)鏈嚙合載車板,然后橫移機構拉動載車板到提升吊籠上。存取車動作結束后,微橫移機構動作,回到轎廂上。24垂直升降式立體停車系統(tǒng)的控制系統(tǒng) 垂直升降式立體車庫的控制系統(tǒng)有兩層;管理層和測控層。管理層負責日常的一些例如計時收費、打印單據(jù)等管理工作,同時還和測控層實現(xiàn)通訊管理。它以臺式電腦為核心,配備有打印機、通訊模塊等外部設備。測控層則負責車庫存取車控制、位置檢測、安全檢測等底層操作,因而需要高度的工作可靠性和快速響應性。 車輛的存取。車庫的存車過程如圖22所示。車庫的取車流程如圖23所示。本章小結 介紹了垂直立體式立體車庫的概況,概略地介紹了垂直立體式車庫的特點和發(fā)展歷史及概況。 在對垂直立體式立體車庫主要整體結構形式、提升方式以及車輛存取方式進行研究之后,綜合考慮各方面因素,選定電梯塔式布局作為車庫的整體結構形式,曳引驅(qū)動形式作為系統(tǒng)的提升方式和鏈傳動方式作為車庫的存取車方式。第3章 車庫的存取機構研究設計 垂直升降式立體停車庫的車輛存取方式采用鏈傳動方式,車庫的整個存取結構包括停車位、載車板和鏈傳動橫移裝置。其功能是在存車時,將載車板及其上的車輛送入停車位,然后退回到提升轎廂上;在取車時,鏈傳動橫移裝置從停車位上將載車板及車輛取出,移動到提升轎廂上。由于停車庫內(nèi)部空間限制,整個存取結構應結構緊湊,并在滿足安全可靠的前提下,盡量減輕重量,降低成本。 31車庫停車位研究 311停車位布置形式及相關要求 為了合理利用土地面積、減少車輛存取時間和降低車庫的成本,需要合理布置停車位。 電梯式停車設備的停車位布置在提升井道的兩側。按載車板沿進入停車位方向不同,布置方式有串列車位布置與并列車位布置兩種。與串列布置形式相比,并列布置具有存取行程短,存取時間少,布局合理的優(yōu)點,而串列布置形式一般應用于對平面截面形狀有特殊要求的場合。在GB 17907-1999機械式停車設備通用安全要求的4241項中,對停車位的長、寬、高做出了明確的規(guī)定。除了布置形式以及尺寸之外,停車位還需要考慮其他一些方面的要求: (1)為了支撐汽車及載車板,車庫停車位要有承載結構。 (2)停車位結構要便于存取機構的動作。 (3)為保證車輛停放安全,需有安全機構。312垂直升降式立體車庫停車位結構 垂直升降式立體車庫的停車位采取并列布置形式,沿車輛橫向方向布置在提升井道兩邊。按國家標準并結合其他要求考慮,將車庫的停車位寬度定為2600mm,長度為5600mm,高度為1800mm。 停車位結構如圖31(停車位等軸側視圖)所示,停車位上沿橫向中心線對稱布置兩根鋼梁,用以支撐載車板,鋼粱上安裝有滑輪,減少載車板在進入停車位時的摩擦。承載鋼梁并不是水平安裝在停車位的鋼結構上,而是稍微向提升井道方向傾斜一個很小的角度,以保證鋼梁上的載車板不會因為各種因素影響而向停車位外側滑動,同時也便于取車時拉出載車板。 為確保載車板不會因為各種不確定因素從停車位上向井道滑動,在停車位外側的橫梁上,安裝兩個保險鉤。在停放車輛時,保險鉤卡住載車板,防止載車板滑動。在存取車輛時,鏈傳動橫移機構壓下保險鉤,存入或取出載車板。動作完成后,鏈傳動橫移機構退回提升轎廂,保險鉤在彈簧力的作用下自動復原,鉤住載車板。保險鉤的示意圖見圖32所示。32載車板結構立體車庫的載車板按結構形式有拼板式和框架式兩種。拼板式載車板是用鍍鋅鋼板一次沖壓或滾壓整體成形,然后拼裝成載車板,最后用螺栓緊固連接。在拼裝前,先對組件進行各類表面處理(如電鍍、烤漆等),使載車板輕巧、美觀。整體折彎成型的載車板運輸方便、通用性互換性好,強度大、剛度好、重量輕、 減少基礎承力;適合于批量生產(chǎn)。垂直升降式立體停車庫選用框架式載車板,由空心矩形方鋼、角鋼和鋼板焊接而成載車板框架,在框架上面鋪設鋼板,中間突起。同時在行車通道上安裝防滑鋼板,它和中間突起的鋼板一起,防止汽車在存取時產(chǎn)生縱向或橫向的滑動。在載車板的底部與停車位上的鋼梁相對應的位置上裝有滑動罩,起導向以及減少摩擦的作用。在載車板的兩側都安裝有拖鉤。工作時,通過拖鉤與鏈傳動橫移裝置上推拉銷的嚙合,帶動載車板橫移。33存取機構研究331存取機構功能要求及其實現(xiàn) 對存取機構進行結構設計,必須了解其功能的具體要求。首先要求存取機構能準確定位。由于汽車體積質(zhì)量都較大,存取機構應盡可能設計得輕巧,以使其運動慣量不至于太大而影響準停要求。其次,要求存取機構動作快、工作效率高。這就要求它的橫移速度要快,而這與準確定位的要求始終是相互矛盾的“差行速度是影響定位精度的主要因素之一)。隨著變頻調(diào)速技術的普及,該矛盾己能輕松解決:驅(qū)動控制采用變頻調(diào)速技術,把正常橫移速度提高,定位時的速度調(diào)低,并通過程序控制,自動計算橫移的速度及加速度,這就即保證了定位準確又提高了工作效率。第三,要求存取機構安全措施完備,如提升機構與橫移機構動作要互鎖等。 垂直升降式立體車庫采用鏈傳動存取車方式,結構簡單緊湊,自身質(zhì)量輕。存取車輛功能主要由鏈傳動橫移裝置實現(xiàn)。鏈傳動橫移裝置安裝在提升轎廂上,它由橫移機構和微橫移機構兩部分組成。在提升轎廂上安裝有兩條載車板滾道,它由滾輪和鋼板制成,起支撐載車板和導向作用。橫移機構布置在兩條載車板輥道之間,功能是驅(qū)動載車板做橫移動作,它主要由橫移驅(qū)動鏈條、推拉銷、主、從動鏈輪組和電機等組成。其原理示意圖如圖34(橫移機構示意圖)所示。主、從動鏈輪組各有兩排橫移驅(qū)動鏈條,兩排鏈條之間安裝有推拉銷。通過推拉銷與載車板上的拖鉤嚙合,可帶動載車板在提升轎廂中的載車板滾道上橫移(參見圖35所示)。存車時,鏈條轉(zhuǎn)動,通過推拉銷和拖鉤嚙合帶動載車板進入停車位;取車時鏈條則反向轉(zhuǎn)動,通過推拉銷將載車板拉出停車位。 整個鏈傳動橫移機構是安裝在提升轎廂內(nèi),為了保證提升的順利及安全,提升轎廂與停車位之間要求有一定的距離,整個鏈傳動橫移機構也不能超出提升轎廂的范圍。但如果橫移機構固定安裝在提升轎廂上,則由圖35可見,在存車時,當推拉銷與拖鉤退出嚙合的時候,載車板及拖鉤還在橫移鏈條的范圍內(nèi),也就是說此時載車板并沒有被完全推入停車位,還有一部分留在提升轎廂之上,這會使得停車位的保險鉤無法鉤住載車板,同時,提升轎廂也無法提升。而在取車時,推拉銷則因為距離的限制,無法勾入載車板上的拖鉤,不能實現(xiàn)取車動作。為了解決這個問題,需要增設微橫移機構,使得橫移機構能夠橫移一段距離,跨越提升轎廂與停車位之間的空間,使得存取車動作能夠順利進行。為了能夠使橫移機構能夠移動,將橫移機構設計成一體,用型鋼連接成一個框架,然后將主、從動鏈輪組、張緊輪安裝在鋼板制成的支架上,再與框架連成一體。同時,橫移電機和減速機也安裝在這個框架上。為了使得橫移機構能和提升轎廂產(chǎn)生相對移動,需要安裝驅(qū)動裝置??蛇x用的驅(qū)動有齒輪齒條傳動、鏈傳動等。與齒輪齒條相比,鏈傳動形式具有尺寸緊湊,調(diào)整安裝等優(yōu)點,所以在設計時選用鏈傳動作為微橫移的驅(qū)動形式。微橫移機構由微橫移鏈條、電機和鏈輪構成。微橫移鏈條固定在提升轎廂上,而電機和鏈輪則安裝在橫移機構上。當微橫移電機動作時,就可以使橫移機構產(chǎn)生橫向移動,然后順利完成存取車動作。整個鏈傳動橫移裝置的整體結構如圖36所示。為顯示鋼板之下的微橫移驅(qū)動電機、微橫移鏈輪及其支架和微橫移鏈條等零部件,圖中隱藏了框架上的鋼板。36鏈傳動橫移裝置整體結構示意圖332存取機構的工作流程存取機構的工作流程如下:1首先在系統(tǒng)通電后以及升降系統(tǒng)工作時,控制系統(tǒng)都要保持兩個橫移電機 都處于自鎖狀態(tài),以免發(fā)生誤動作,產(chǎn)生意外。2當提升轎廂平層到位之后,控制系統(tǒng)根據(jù)要確定存取動作的停車位的位置,判斷橫移機構是要往左還是右移動。3此時為了防止存取車輛時升降系統(tǒng)意外動作,確保安全,控制系統(tǒng)要保證升降電機在存取機構動作的時候,始終處于自鎖狀態(tài)。4微橫移電機動作,帶動橫移機構及其上面的載車板移動,越過提升轎廂與停車位之間的距離。5橫移機構到位后,微橫移電機要保持自鎖,避免存取車時發(fā)生意外,同時控制系統(tǒng)確定是進行存車還是取車動作,然后決定橫移電機轉(zhuǎn)動的方向。6存取車動作完成后,微橫移電機動作,將橫移機構拖回到提升轎廂中,整個存取機構結束。333存取機構中具體部件設計計算1存取機構電機與減速機 (1)橫移機構電機 垂直升降式立體車庫一般的存取速度在1830m/min之間。車庫載車板的橫移行程L=2.4m,存取時間t設定為8s,則橫移速度V=L/t=03m/s。所移動的質(zhì)量M=2200kg,則所消耗的功率為:P=FV=MgV2200x9.8x0.20.3=1.293kw鏈傳動的功率=0.92O.96,取最小值計算,所需電機功率P1.225/0.921.406選電機功率P=1.5kw (2)微橫移機構電機 橫移機構的行程L2=0.2m,微動時間設定為2s,則速度=/=O.1m/s。所移動的質(zhì)量M2=2500kg,則所消耗的功率為:P2=F2V2=M2G22=25009.80.20.1=0.49鏈傳動的功率=092O96,取最小值計算,所需電機功率PO49/092053選電機功率P2=O75kw (3)選用減速機 橫移機構選用上海邁特傳動設備有限公司的斜齒一蝸輪蝸桿減速機(N系列),結構形式為普通雙軸伸式雙軸聯(lián)接型,安裝形式為臥式安裝。斜齒輪一蝸桿減速機采用了斜齒輪蝸輪形式,除具有常規(guī)特性外,還使結構更加合理化,它不僅比單級蝸輪蝸桿傳動具有更高的傳動效率和承載能力,還在結構布局上縮小了空間位置,同時在相近體積條件下,能獲得更大傳動比,更有利于設備的配置。結構形式為普通軸伸式,安裝形式為臥式安裝(W4),它具有結構緊湊、體積小、工作平穩(wěn)、輸出轉(zhuǎn)速選擇范圍寬,通用性強的特點。 2存取機構鏈輪 (1)橫移鏈輪 存取機構中,主動鏈輪和從動鏈輪的尺寸是一樣的,所以傳動比為1。由于空間的限制,鏈輪的直徑要控制在300mm以下。鏈條的平均速度=zpn/601000式中:p一鏈的節(jié)距,mm;z一鏈輪的齒數(shù);n一鏈輪的轉(zhuǎn)速,r/min:鏈輪的分度圓直徑PO49/092053選電機功率P2=O75kw (3)選用減速機 橫移機構選用上海邁特傳動設備有限公司的斜齒一蝸輪蝸桿減速機(N系列),結構形式為普通雙軸伸式雙軸聯(lián)接型,安裝形式為臥式安裝。斜齒輪一蝸桿減速機采用了斜齒輪蝸輪形式,除具有常規(guī)特性外,還使結構更加合理化,它不僅比單級蝸輪蝸桿傳動具有更高的傳動效率和承載能力,還在結構布局上縮小了空間位置,同時在相近體積條件下,能獲得更大傳動比,更有利于設備的配置。微橫移機構則選用上海邁特傳動設備有限公司的斜齒輪硬齒面減速機(D系列),結構形式為普通軸伸式,安裝形式為臥式安裝(W4),它具有結構緊湊、體積小、工作平穩(wěn)、輸出轉(zhuǎn)速選擇范圍寬,通用性強的特點。 2存取機構鏈輪 (1)橫移鏈輪 存取機構中,主動鏈輪和從動鏈輪的尺寸是一樣的,所以傳動比為1。由于空間的限制,鏈輪的直徑要控制在300mm以下。鏈條的平均速度=zpn/601000 (3-1)式中:p一鏈的節(jié)距,mm;z一鏈輪的齒數(shù);n一鏈輪的轉(zhuǎn)速,rmin: (3-2) 存取車輛時的橫移速度v=O3,原動機的轉(zhuǎn)速為1430r/min,對應的減速機傳動比選為592,則鏈輪的轉(zhuǎn)速為24r/min,。選取鏈號為12A的短節(jié)距精密滾子輸送鏈(D型附件),極限拉伸強度31.1/KN,節(jié)距P為1905,由此可以計算得到齒數(shù)z為40,鏈輪的分度圓d為2423mm。 當鏈速vO6m/s的時候,鏈條的主要失效形式是鏈條受靜力拉斷,故應進行靜強度校核。靜強度的安全系數(shù)應該滿足下式要求: (3-3)式中,鏈的極限拉伸載荷,n為鏈的排數(shù),取2,Q為單排鏈的極限拉伸載荷,為工作情況系數(shù),在稍有沖擊的情況下取13,F(xiàn)-為鏈的總拉力。由此算出S為114,滿足靜強度要求。 3存取機構鏈條 橫移鏈條和微橫移鏈條選用短節(jié)距精密滾子輸送鏈(D型附件),由手冊可以查到其鏈號為12A,節(jié)距1905,極限拉伸強度31.1/KN, 滾子鏈由內(nèi)鏈板l、外鏈板2、銷軸3、套筒4和滾子5組成(圖37)。內(nèi)鏈板與套筒間、外鏈板與銷軸間均為過盈配合,套筒與銷軸間則為間隙配合,形成動聯(lián)接。工作時內(nèi)、外鏈節(jié)間可以相對撓曲,套筒則繞銷軸自由轉(zhuǎn)動。為了減少銷軸與套筒間的磨損,在它們之間應進行潤滑。滾子活套在套筒外面,嚙合時滾子沿鏈輪齒廓滾動,以減小鏈條與鏈輪輪齒間的磨損。內(nèi)、外鏈板均制成8字形,以使鏈板各橫截面的抗拉強度大致相同,并減輕鏈條的重量及慣性力。 4存取機構中聯(lián)軸器的選擇 在存取機構中,鏈輪與其驅(qū)動軸、驅(qū)動軸與減速機之間都需要用聯(lián)軸器連接。在存取機構的場合中,鏈輪與軸、軸與減速機之間難以保證精確對中,要選用有補償功能的聯(lián)軸器,同時又要結合成本方面考慮。 滾子鏈聯(lián)軸器是利用一條公用的雙排鏈條同時與兩個齒數(shù)相同的并列鏈輪嚙合來實現(xiàn)兩半鏈軸器的聯(lián)接,為了改善潤滑并防止污染,一般都將聯(lián)軸器密封在罩殼內(nèi)。它具有結構簡單,采用標準件,工藝性好,制造容易,對安裝精度要求不高,裝拆方便、具有一定補償能力,對環(huán)境適用范圍廣等結構特性,可用于連續(xù)運轉(zhuǎn)的一般水平傳動軸系。本設計中選用武漢正通公司的滾子鏈聯(lián)軸器。本章小結 本章論文著重進行了垂直升降式立體車庫存取機構的研究設計。討論了停車位布置形式及其相關的一些要求。確定了車庫停車位布置形式、具體結構和載車板具體結構。然后進行鏈傳動橫移存取機構的研究,分析存取機構功能的具體要求及實現(xiàn)形式,確定存取機構的工作流程,并對橫移機構中的具體部件進行計算校核。第4章 立體車庫升降機構的研究與設計 升降機構是垂直升降式立體停車設備中非常重要的一個子系統(tǒng),負責將存取機構及存入的車輛提升到指定的樓層,或者將出庫的車輛及存取機構帶到地面。它在整個立體車庫中安全要求最高,不能發(fā)生意外,造成車輛或者人員損失。同時,它還決定垂直升降式立體停車設備的整個運行速度和可靠性,并對車庫的鋼結構的受力情況也構成影響。41升降機構的整體結構 目前,在垂直升降式立體停車設備中,有多種升降驅(qū)動方式,如曳引驅(qū)動、鋼絲繩卷筒驅(qū)動、鏈輪鏈條驅(qū)動等形式。521曳引式驅(qū)動是在曳引繩一端提升重物,另一端為平衡重,依靠曳引繩與開有繩槽的曳引輪之間的摩擦來驅(qū)動重物做垂直運動。因此,只要在曳引系統(tǒng)的容量與強度允許范圍,通過改變曳引繩的長度就可以適應不同的提升高度,而不再受卷筒長度限制。當重物或平衡重碰底時,曳引繩與曳引槽會因為摩擦力減小而打滑,從而避免了卷筒式在失控卡住時造成的曳引繩斷裂等嚴重事故的發(fā)生。在電梯中曳引驅(qū)動形式運用的比較多,而在停車設備中,因為搬運輸送的車輛的尺寸較大,有其自身的特殊性,垂直升降式停車設備的曳引驅(qū)動機構形式主要有以下幾種設置形式。 (1)定滑輪機構曳引驅(qū)動形式 曳引驅(qū)動機房設置在停車設備上方,傳動形式的曳引比為1。如圖41所示,鋼絲繩的一段連著升降轎廂,鋼絲繩繞過定滑輪或水平定滑輪后,再繞過曳引輪與導輪,使鋼絲繩的另一段連著對重,當曳引電機驅(qū)動曳弓I輪旋轉(zhuǎn),帶動鋼絲繩使升降轎廂與對重作上下運動。 電梯中曳引驅(qū)動通常的采用中間單點起吊方式,一簇鋼絲繩的一頭連接對重,另外一頭連接在電梯轎廂上端的中間位置。而在圖41中可以看到,與電梯的起吊方式不同,垂直升降式立體停車設備升降轎廂的起吊方式是四點起吊,四根鋼絲繩連接在升降轎廂的四個角。與單點起吊相比,這樣的布置,可以使得升降轎廂在提升的時候比較平穩(wěn),避免產(chǎn)生晃動。(2)車庫升降系統(tǒng)驅(qū)動形式 設計采用定滑輪機構曳引驅(qū)動形式,曳引電機上置,機房設置在升降設備的上方,升降轎廂四點起吊,曳引機選用雙伸出軸的曳引機,對重布置在升降轎廂的前方,為了增加鋼絲繩與曳引輪之間的包角(一般要求包角z135。)而增設壓向?qū)л啠迪到y(tǒng)的布置形式如圖4-4所示。 圖44升降系統(tǒng)布置形式示意圖42曳引系統(tǒng)研究分析421提升系統(tǒng)曳引力的分析計算 提升系統(tǒng)的垂直升降運動是靠曳引繩和曳引輪之間的摩擦力來實現(xiàn)的。這種力就稱為曳引力。要使系統(tǒng)能夠被提升,曳引力就必須大于或等于曳引繩中較大載荷P1與較小載荷P2之差。即: 曳引力是靠曳引繩和曳引輪繩槽之間的摩擦力產(chǎn)生的,因此必須保證曳引繩在曳引輪繩槽中不打滑,增大曳引力的方法有: (1) 選擇合適形狀的曳引輪繩槽; (2) 增大曳引繩在曳引輪上的包角; (3) 選擇耐磨且摩擦系數(shù)大的材料制造曳引輪; (4) 曳引繩不能過度潤滑; (5) 使平衡系數(shù)達到040,5,提升系統(tǒng)不能超過額定載荷。1 與曳引力有關的因素及其分析 曳引鋼絲繩與曳引輪繩槽之間的摩擦作用是一種柔體與剛體間的摩擦,曳引輪兩邊的曳引繩的張力與鋼絲繩繞過曳引輪的包角有如下關系: (4-1)式中:e一自然對數(shù)底數(shù)一曳引繩在曳引輪上包角k一繩槽形狀對摩擦系數(shù)的修正值一鋼絲繩與繩槽之間的摩擦系數(shù)由關系式可以看出k、f、越大,曳引能力也就越大。而且曳引力與以下 當曳引輪繩槽為帶切口的V形槽時,也能獲得較大的摩擦力,但鋼絲繩的壽命要比凹形槽低。對于不同的槽形,其中的摩擦系數(shù)的修正系數(shù)K也不同。對于半圓槽:k=4=127對于V形槽:k2.92576對于凹形槽:k1.82.17另外,曳引力的大小和與曳引繩與繩槽的潤滑狀態(tài)有關,當兩者表面輕微潤滑時,f=O0901:當表面充分潤滑時,f=O06;當兩者表面基本上是干燥狀態(tài)時,f=O15。后兩種情況一般都不可取,通常采用第一種情況,只依靠鋼絲繩芯絲部所含的油,在運行時被擠出由內(nèi)向外潤滑鋼絲繩。目前,曳引鋼絲繩在曳引輪槽中纏繞的方法主要有兩種:(1) 半繞法(也稱直繞法)直繞法是曳引鋼絲繩在曳引輪槽中纏繞最常見的方法,其特點是曳引鋼絲繩對曳引輪的最大包角不超過180。,如圖47所示,這是因為為了拉開對重與轎廂之間的距離,需要增設導輪。(2)全繞法(也稱復繞法) 復繞式的繞法有兩種:一種是曳引鋼絲繩纏繞曳引輪槽和導向輪槽一周才被引向轎廂和對重;另外一種是曳引鋼絲繩繞曳引輪槽和復繞輪后,再經(jīng)導向輪槽到轎廂,另外一端到對重。這兩種方法都可以使得包角在180。以上,但是結構較為復雜。 車庫選用的是凹形槽繩槽的曳引輪,保證有較大的摩擦力,同時又有較長的使用壽命。2系統(tǒng)曳引能力的驗算 在通過各種措施提高系統(tǒng)的曳引能力之外,還必須對系統(tǒng)的曳引能力進行驗算,以保證曳引系統(tǒng)在任何條件下都能夠有足夠的曳引力。在曳引條件為不打滑的情況下驗算時,一般采用公式(41): (41)式中,一曳引繩轎廂一邊的張力(N),一曳引繩對重一邊的張力(N),k一繩槽形狀對摩擦系數(shù)的修正值,對于凹形槽,取2。f一曳引繩與繩槽的摩擦系數(shù),取01按汽車最大載重量(1700kg)、車庫提升轎廂重量(1000kg)和載車板重量(500kg)之和計算,對重重量為2100kg。鋼絲繩在曳引輪的包角為,根據(jù)公式,計算得:可見系統(tǒng)有足夠的曳引力422曳引系統(tǒng)的受力分析1曳引力分析 如圖49所示,曳引力為轎廂側曳引繩上載荷P-與對重側曳引繩上載荷P2之差。由于載荷力不僅與轎廂的載重量有關,而且還隨著提升的運動過程而變化,因此它是一個不斷變化的力,具體分析如下: (1)上行加速階段的曳引力在這個運行階段,系統(tǒng)向上做加速運動,此時的載荷力為:左側:(G+Q)/(1+ag)右側:(1ag)曳引力:式中:G轎廂自重;Q一車輛重量;w對重重量a提升加速度;g重力加速度;(2)上行穩(wěn)定階段的曳引力這個階段系統(tǒng)勻速上行,無加速度,此時的載荷力為:左側:右側:曳引力 :(3)上行減速階段的曳引力這個階段系統(tǒng)減速上行,此時的載荷力為:左側:右側:曳引力(4)下行加速階段的曳引力 這個階段系統(tǒng)加速下行,慣性力作用方向與上行減速階段相同,因此曳引力T4與T3是一樣的,即:曳引力 (5 )下行穩(wěn)定階段的曳引力這個階段系統(tǒng)與上行穩(wěn)定階段相同,也是做勻速運動,因此曳引力與是一樣的,即:曳引力(6)下行減速階段的曳引力這個階段系統(tǒng)減速下行,慣性力作用方向與上行加速階段相同,因此曳引力T6與T1是一樣的,即:曳引力;通過上面的計算可知,隨著提升系統(tǒng)載重量的大小和運行階段的不同,曳引力不僅有不同,而且還會出現(xiàn)負值。2、曳引力矩分析曳引力作用在曳引輪上的力矩,稱為曳引力矩,由于曳引力存在著正負,所以曳引力矩也同樣有正負。曳引力矩式中:T一曳引力D一曳弓1輪的直徑當轎廂上行時,力矩的作用是驅(qū)動轎廂運行,此時曳引系統(tǒng)的功率流向為:曳引電機一曳引輪一曳引繩一轎廂此時曳引系統(tǒng)輸出動力。當轎廂下行時,曳引力矩為負,表明力矩的方向與曳引輪旋轉(zhuǎn)的方向相反,作用是控制轎廂速度,此時曳引系統(tǒng)的功率流向為:轎廂一曳引繩一曳引輪一曳引電機此時曳引系統(tǒng)在消耗動力,曳引電機在做發(fā)電制動運行。由上面的分析可知,曳引系統(tǒng)的運動方式?jīng)Q定了曳引電機的機械特性必須能在四個象限中運行,而速度是可調(diào)的,必須根據(jù)這些要求來選擇適當?shù)囊芬姍C及其調(diào)速方法。423曳引電機及其調(diào)速方法選擇1選擇曳引電機 曳引電機性能的優(yōu)劣,直接影響到車庫提升系統(tǒng)性能的好壞。提升系統(tǒng)的啟動加速、平穩(wěn)運行及制動減速由曳引電機控制著,所以曳引電機性能直接影響提升系統(tǒng)的啟動、制動性能。另外,升降系統(tǒng)的平層準確度既與制動距離、制動力矩有關,又與曳引電動機的性能有關。曳引電機的機械特性必須能在四個象限中運行,而速度是可調(diào)的。 在車庫運行過程中,曳引電動機需頻繁的起動、制動、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn),而且負荷變化大,經(jīng)常工作在重點短時狀態(tài)、電動狀態(tài)、制動狀態(tài)下,對電機要求較高。 根據(jù)工作性質(zhì),曳引電動機應該有以下特點: (1)能頻繁的制動和起動。 (2)起動電流較小。 (3)要有發(fā)電制動的特性,能由電動機本身的性質(zhì)來控制曳引系統(tǒng)在滿載下行和空載上行時的速度。 (4)要有較硬的機械特性,不會因轎廂載重的變化而引起提升速度的過大變化。 (5)電動機運轉(zhuǎn)平穩(wěn),工作可靠,運行噪聲低。 普通交流感應電動機的轉(zhuǎn)子電阻低,機械特性好,轉(zhuǎn)差率S小,運行效率高??墒沁@類交流感應電動機的起動電流大,一般為額定電流的47倍,同時起動轉(zhuǎn)矩也較大,一般為額定轉(zhuǎn)矩的35倍。如果選用為曳引系統(tǒng)的電動機,會因為曳引系統(tǒng)的頻繁起動,它的起動電流會造成電網(wǎng)電壓的大幅度波動,還會增加電動機的發(fā)熱量,使得溫度超過允許的限度,所以普通交流電機不適合用做車庫曳引電動機。 在電梯上常用的曳引電機有交流單速電動機、交流雙速電動機、直流高速電動機、直流低速電動機等。其中直流電機用于直流拖動系統(tǒng)、交流單速電機用于小型貨梯上。在此,車庫的曳引電動機選用交流雙速電動機,其性能滿足上述曳引系統(tǒng)的各項要求。424曳引電機的容量選擇 曳引機是提升系統(tǒng)的動力源,輸入功率(轉(zhuǎn)矩)通過曳引系統(tǒng)牽引提升轎廂運行。根據(jù)提升速度和重量,可計算出車庫運行對曳引機的功率需求,這個功率就是提升系統(tǒng)的額定計算功率,是選用合適功率的曳引機的依據(jù)。 曳引比:曳引機上曳引輪的圓周速度與提升轎廂速度之比稱為曳引比,用i表示。 機械效率:令曳引機中曳引輪上鋼絲繩承受的拉力為F,提升轎廂總重力為Q,則機械效率A=Q/F曳引電機容量的選擇:曳引機的容量 (42)式中:Q一額定載重量,2200kg, v一提升速度,06ms, 一電梯平衡系數(shù),取05, 一機械效率,對于齒輪副,一般取094, i一曳引比,取1。額定載重量Q為車庫可停放車輛最大重量(1700kg)及轎廂重量(500kg)之和計算得,N=6.9 kw故,選取電機功率 P=75kw本章小結 垂直升降式立體車庫中,升降機構是非常重要的一個組成部分。本章首先對升降機構的整體結構進行研究,確定采取曳引式升降驅(qū)動形式。然后對提示系統(tǒng)的曳引能力進行分析,研究與曳引力有關的因素,進行系統(tǒng)曳引力的驗算。對曳引系統(tǒng)進行了受力分析,從而得到對曳引電機的性能要求,作為選擇曳引電機的理論依據(jù)。最后還進行了升降系統(tǒng)安全機構的研究。第五章 總結與展望51總結 垂直升降式立體停車設備是解決目前出現(xiàn)的城市停車難問題的一個有效方法,對其進行研究是十分必要的。論文在參考查閱大量的相關專業(yè)文獻的基礎上,對垂直升降式立體停車設備進行了認真和深入的研究,主要完成了如下工作:(1)垂直升降式立體停車設備的總體結構的研究綜合考慮各方面因素,在參照和對比國內(nèi)外同類停車設各的基礎上, 完成了本車庫的總體結構的設計。(2)車庫存取結構的研究選取鏈傳動橫移機構作為本車庫的車輛存取機構,根據(jù)國家標準中的規(guī)定,設計了車庫停車位、載車板的具體結構。然后由此為尺寸參考,完成了鏈傳動橫移存取機構的詳細設計。(3)車庫升降系統(tǒng)的研究采取曳引式升降驅(qū)動形式作為升降系統(tǒng)的提升形式,對曳引能力進行了驗算,選用變頻變壓調(diào)速電機作為提升系統(tǒng)的電機,并完成了升降系統(tǒng)的安全機構的研究和設計。(4)車庫存取策略的研究 根據(jù)立體車庫是一個離散隨機排隊系統(tǒng),系統(tǒng)中的輸入事件流服從泊松分布建立了不同的存取策略所對應的時間數(shù)學模型和能耗模型,運用MATLAB軟件,模擬車庫的實際工作情況,對不同的存取策略所對應的時間數(shù)學模型和能耗模型進行了仿真計算,并根據(jù)仿真結果進行比較。52展望隨著科技的發(fā)展,各種新技術的不斷涌現(xiàn),垂直升降式立體停車設備的研究將會有廣闊的前景。在如何提高車庫存取效率方面,可以進行存取策略的進一步研究,探索更好的策略,或者結合控制系統(tǒng)方面考慮,進一步完善車庫對多種復雜情況的處理能力。另外,還可以考慮對現(xiàn)有存取機構進行優(yōu)化改進,或者采用新的車輛存取形式,減少存取時間。車庫升降系統(tǒng)的研究還需要進一步深入??梢越Y合分析和仿真軟件,考察升降系統(tǒng)的受力、振動等因素,提高系統(tǒng)的可靠性,同時降低成本。參考文獻1 機械設計實用手冊編委會編. 機械設計實用手冊. 北京: 機械工業(yè)出版社, 20092 吳宗澤主編. 機械設計師手冊. 北京: 機械工業(yè)出版社, 20093 任伯淼,余誠. 機械式立體車庫. 北京:海洋出版社,20014 劉天亮,張宗倉,潘光榮. 自動機械立體停車庫前景廣泛. 城市規(guī)劃,2002(7)5 Mechanical design and systems handbook. 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垂直升降式轎車路邊停車系統(tǒng)設計-立體車庫含2張CAD圖帶開題,垂直,升降,轎車,路邊,停車,泊車,系統(tǒng),設計,立體車庫,cad,開題
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