PLC立体车库设计升降横移式立体车库机械部分毕业设计.doc

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1、 . 第1章 升降横移式立体车库机械部分设计1.1 升降横移式立体车库的基本结构1.1.1 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的车只作横移，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，驾驶员才可进入车库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，二层两个车位可以升降和平移

2、，一层的两个车位只能横向横移，空车位供三层和二层的车位下降时借用。1 、2号车位可以直接存放车辆;7 号车位需下降后再存放车辆;3 号车位，则需先将1 号和2号载车板右移，再将3号载车板下降; 4 号车位，则需先将2 号载车板右移，再将4号存车板下降；5号车位需要先将1、2、3、4号四个载车板右移，再将5号载车板下降；6号车位则需要先将2、4号载车板右移，再将6号载车板降下。由于升降横移式停车设备对场地的适应性强，介绍系统各机械部分部件结构和功能 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 2.0 七车位升降横移式立体车库工作原理图2、

3、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、安全防护系统六大部分组成。下面我们重点对车库的主要组成(图2.1所示)进行分析。图 2.1 升降横移式立体车库主要组成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(如图2.0所示)。钢架结构与其它建筑结构相比，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，接近于各向同性匀质体;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

4、能比较符合目前采用的理论计算结果，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，从而便于运输与安装，可减轻基础的负荷，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，可与时采取补救措施，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，具有良好的吸能能力，抗震性能优越。d.钢结构制造简便，施工工期短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

5、，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，有时还可在地面拼装成较大的单元，再进行吊装。施工工期短，可尽快发挥投资的经济效益。由于钢结构具有连接的特性，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。立体车库多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，具有较好的强度和刚度，轻

6、巧、美观，并可二次拆卸安装，运输方便。上载车板与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。根据载车板与车重确定链条所需的传动力。根据传动力与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，链节形状与大小。下载车板与其横移系统由于下载车板不需悬挂链条，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。在下载车板底部装有四只钢轮，可以在导轨上行走，其中两只为

7、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。根据载车板与车辆的重量、行走速度、滚轮与导轨间的摩擦系数确定横移电机的驱动功率。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位之间，在纵梁两测各装两只挂钩，上载车板两侧相应位置处各装两只耳环，当上载车板上升到位后，纵梁下面的四只挂钩便自动套入四只耳环，以防止升降电机常闭制动器慢释放后，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。另外也防止制动器一旦失灵，上载车板从上停车位坠落，砸坏下层

8、汽车。下载车板的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、遗留行或车主宠物时，切断横移电机电源，横移停止。控制系统升降横移式立体停车设备的控制系统采用PLC 可编程序控制器控制，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、三层五个升降电机的正反转和一、二层四个横移电机的正反转。此外要控制上层车位上安全钩的电磁铁和系统报警显

9、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，其框架部分为数段矩形方钢对焊而成，其它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

10、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量焊缝，同时，焊缝的布置应尽可能对称于构件的重心。 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与尺寸的要求选用。 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的斜角，当厚度不同时，焊缝坡口形式应根据较薄焊件厚度选定基本形式与尺寸。 5.当采用不焊透的对接焊缝时，应在设计图中注明坡口的形式和尺寸，其有效厚度不得小于，t为坡口所在焊件的较大厚度。

11、在承受动力载荷的结构中，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a一般为90度(直角角焊缝)。夹角a120度或a6mm时，。圆孔或槽孔的焊缝焊角尺寸不宜大于圆孔直径或槽孔短径的1/3。 （3）角焊缝的两焊角尺寸一般为相等，当焊件的厚度相差较大，且焊脚尺寸不能符合上列要求时，可采用不等焊脚尺寸，与较薄焊件接触的焊脚边以与与较厚焊件接触的焊脚边应分别符合上列要求。 （4）侧面脚焊缝或正面脚焊缝的计算长度不得小于和4mm。 （5）侧面脚焊缝的计算长度不宜大于60h(承受静力荷载或间接承受动力载荷时)或40h(承受动力载荷时);当大于上述数值时，其超过部分在计算中不予考

12、虑。若力沿侧面焊缝全长分布时，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。焊脚 尺寸的比例：对正面脚焊缝宜为1：1.5(长边顺应力方向);对侧面脚焊缝应为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件转角处作长度为的绕脚焊时，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

13、擦型高强度螺栓连接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，完全不靠孔壁承压和栓杆受剪。摩擦阻力的大小决定于作用在构件摩擦面上的压力(螺栓的预紧力)，同时也与被连接构件的材料与表面处理情况有关。施工时不得在摩擦面上误涂丹红、油漆、淋雨、受潮等。承压型高强度螺栓连接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绞制孔用螺栓连接。对于同时承受剪力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，每个承受型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与载

14、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、轿箱和配重的重力，整体结构所受的风力、地震载荷以与结构由于外界环境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，属于低层钢结构建筑。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

15、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局部稳定要求。在梁的设计中，梁的刚度和强度对截面设计起控制作用，因此应先进行这二者的计算。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，梁的接点处均应采取构造措施，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设置加强肋等措施。对于压变构件，需要进行强度、刚

16、度、整体稳定性和局部稳定性计算。对于拉弯构件，一般只需要进行强度和刚度计算。在对立体车库钢结构骨架的分析中，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，找出系统薄弱处所在，然后在整体分析之中给予特别关注。图 2.2 立体车库简化模型立体车库钢结构骨架由立柱、横梁、纵梁和支承动力与附属装置的上、下支承梁等组成，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

17、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，抗拉强度为375-500Mpa。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的比例均匀放置集中载荷。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

18、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，每一根前立柱所受载荷总大于后立柱所受载荷，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简图。图 2.3 前支撑住的力学分析图 己知A点为全约束，施加在B点的弯矩，

19、施加在C点的弯矩，且根据下列公式进行分析挠曲方程为：端截面转角：，最大挠度：，所以，由梁的迭加原理得出立柱顶端D端为最大挠度点2、立柱稳定性校核前立柱为等截面立柱，受压静力，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：其中：临界载荷P工作载荷n安全系数许用安全系数图 2.4 立柱受垂直力简图（1）立柱的截面力学特性查简明材料力学附录A型钢表可得HW 300X300型H型钢面积： 惯性矩：惯性半径：（2）确定压杆柔度其中：压杆全长为l=500cm压杆长度系数u=2，见机械手册l，1-153页表1-1-104求压杆柔度围值：其中：弹性模量比例极限求压杆柔度围值其中：屈服极限常数查机械

20、手册1，l-1-07，则前立柱属于细长杆，应按欧拉公式计算临界载荷。（3）强度校核设立柱空载时受载车板和上层钢结构载荷满载时前立柱承受最大载荷则立柱的工作载荷由欧拉公式得临界载荷由机械手册1，1-152页表1-1-100查得，金属结构中的压杆安全系数，取n，=3。代入得前立柱的稳定安全系数，由上式可知安全。若按插减系数法计算：其中A受力面积P工作载荷安全系数许用安全系数一中心压杆折减系数，安全裕度较大。3、导轨支撑梁强度校核前后导轨支撑梁均为两点点支撑，承受作用力一样，故我们分析前导轨支撑梁，如果前导轨支撑梁在允许围之，则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

21、载荷的作用，两端全约束，且同样为均布载荷。图 2.5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两点全约束均布载荷为：挠曲方程为：最大挠度为：计算得：面积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，取安全系数下n=2，所以许用应力。可得，由强度理论可知：导轨支撑梁稳定。4、三层横梁强度校核 三层横梁可以简化为固定梁，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 2.6 三层横梁受力简图与弯矩图所承受的主要是拉压受力，所以我们只对其正应力

22、进行分析。梁所承受的弯矩为：最大弯矩为：其中代入得：最大正应力为：其中为抗弯截面系数，根据机械设计手册可以得知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层载车板为横移机构，上层载车板为升降机构。升降装置由传动系统、升降架等组成。1、横移方案选择其中提升方式分为下列六种，可根据不同要求任意选用。（1）钢丝绳式提升型式（2）链条式提升型式（3）液压式提升型式（4）螺杆式提升型式（5）液压缸、钢丝绳组合

23、提升型式（6）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：（1）采用链传动：优点是传动简单可靠，维修简单，造价低廉;缺点是冲击比较大，有提升高度的限制，安装调试时需要注意是否有咬链的情况出现。（2）采用钢丝绳传动：优点是对车库底盘可以提升的高度可以不加限制，造价比较低;缺点是因为需要外加钢丝绳桶和刹车盘增加了安装调试的时间和造价。（3）采用液压传动：优点是可以真正实现无级调速，结构紧凑，功率与重量比高、响应速度快、抗干扰能力强、误差小精度高、低速平稳性好、调速围宽、介质自身可起冷却润滑作用、安全防爆等优点;同时也具有元件昂贵、成本高、密封技术要求高、油液易污染、能源传输不便

24、等缺点。综上所述，本车库为三层，从提升高度上选链传动或钢丝绳传动都可以，但从方案经济与可行性角度考虑，选择链传动更为有利;在横移运动中，采用异步电机驱动，通过链驱动，也能达到精确、稳定地传动。图 2.7 载车板横移原理图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。（1)主要参数的确定横移运动行程 s = 2400mm横移运动时间 t = 205横移速度F，主要由设备运行周期，周围环境的安全性，载车运行时的平稳性等因素确定。行走轮直径：由结构尺寸与轮压等因素决定，行走轮直径确定为80mm。横移载车板自重 载车板

25、额定载荷 （2)功率计算电机输出轴转速n计算：其中：横移速度V=120mm/s行走轮直径D=80mm驱动力矩M计算：由机械手册1册表1-1-7、1-1-9、1-1-10查得：行走轮与钢导数的静摩擦系数：=0.15行走轮与钢导数的滚动摩擦系数：=0.05滚动轴承的摩擦系数：=0.0015正压力：则：起动驱动力矩：行走驱动力矩：电机功率计算：由于结构紧凑，容纳电机的空间狭小，选择明椿电气的减速电机，其参数如下：输出扭矩：输出转速：功率：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-1600kgf之间这是由车型所决定的，所以功率不需留余量，选择0.2

26、KW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。2.2.2 载车板设计载车板用来承载库存车辆，按结构形式有框架式和拼板式两种。框架是载车板用型钢和钢板焊接承载框架，并多数采用中间突起结构，在两侧停车通道和中间凸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 2.8 平板式载车板与拼合示意图2.2.3 安全防护机构车库

27、的安全防护措施非常重要，在众多的车库中车辆的高价性与车库自身的价值相差很大，并与客户对车库的信任度有着密切的联系。对于升降横移式立体车库，它的安全防护措施要做到以下几点，并配备有相应的防护装置。1.防火措施：在车库中安装有温烟传感器，可对车库的火情实行实时监控，并把监控信号传给中央控制系统。2急停措施：在发生异常情况时能使停车设备立即停止运转，在操作盒上安装有紧急停止开关，并设为红色，以示醒目。3.阻车装置：在很多情况下停车时，司机必须要把车停在载车板合适的位置上，一般在载车板的后端一侧安装上一高25mm以上的阻车挡铁。月.防止超限运行装置：停车设备在升降过程中，在定位开关上方装有限位开关，当

28、定位开关出现故障时，由限位开关使设备停止工作，起超程保护作用。5.人车误入检出装置：设备运行时，必须装有防止人车误入装置，以确保安全，一般采用红外装置。一旦检测到在车库运作时，有人或其它物体进入车库，系统就会使这个车库停止运作。6.防止载车板坠落装置：当载车板升至定位点后，需设置防坠装置，以防止载车板因故突然落下，伤害人车，一般防坠装置采用挂钩形式。挂钩防坠方式为电磁铁驱动。图 2.9 防止载车板坠落装置载车板的防坠落装置是立体车库中的一个关键部件，在泊车安全方面起着决定性的作用。防坠落装置中解锁动作由电磁铁完成。解锁动作要求，当电磁铁通电时以推杆触动安全钩解锁;当电磁铁断电时推杆自动缩回。2

29、.2.4 提升机构与轴的设计本文中立体车库的升降部分和横移部分均采用链传动输入动力。链传动由主动轮、从动轮和绕在链轮上的链条组成。链传动的特点：能保证准确的平均传动比；传动效率高，可达到0.950.98；作用在轴上的压力较小；能在高温、油污等恶劣环境工作。广泛应用于矿山、农业和石油机械中。轴在升降传动系统和横移传动系统中都是特别重要的，它不但影响着传动的好坏还影响着车辆的安全，在轴的设计中，按照常规设计方法，先进行初算轴，然后进行轴的结构设计，确定轴径后，再对轴的强度进行校核。根据实际情况确定危险截面，求出该截面的弯曲应力和扭转应。（循环特征为对称循环，脉动循环）再考虑应力集中等方面的因素，按

30、交变应力状态的疲劳强度的公式进行该截面安全系数的校核计算，其中：对称循环应力时的疲劳极限和扭转疲劳极限正应力有效应力集中系数和剪应力有效应力集中系数表面质量系数尺寸系数 s许用安全系数值 通过校核就可以确定轴的直径。1、横移传动空轴校核横移电机型号为CLPK22040303，输出的最大扭矩为6.594kgf.M6.594kgf.M=65.94NM链传动最大传动效率为0.98空心轴的抗扭截面系数为轴的最大切应力为故轴满足强度要求。提升传动空轴校核载车板自重 载车板额定载荷 为安全和稳定起见选用横移电机型号明椿MLPK55370603，功率3.7KW，输出的最大扭矩为151.582kgf.m151

31、.582kgf.m=1515.82Nm链传动最大传动效率为0.98钢管型号为60x6空心轴的抗扭截面系数为轴的最大切应力为故轴满足强度要求。2、横移转轴的校核图 2.10 轴受力示意图上面章节已求得起动驱动力矩即最大阻力距：电机最大输出力矩：电机功率为0.2KW轴采用45#钢制造可得轴上最小直径为24mm，可知虽然键槽、轴肩与过渡配合所引起的应力集中均将削弱轴的疲劳强度，但由于轴的最小直径是按扭转强度较为宽裕确定的，所以截面I，II，B均无需校核。因此，只需要校核截面A。根据机械设计课本P373，表15-4可得横移载车框架自重 载车板额定载荷 据机械设计课本表15-1可知45号钢许用弯曲应力：

32、。因此，故安全。3、载车板提升链校核本提升装置采用链条传动型式的传动机构来提升，如机构示意图2.11所示，载车板的两个端面各有2个链轮，也各有2根定长的链条绕在链轮上，初始位置载车板水平，当提升电机带动载车板向上提升时，由于链条是定长的，所以不管是上升还是下降，载车板始终保持水平。整个传动机构分析，载车板在链条的约束下，提升过程中不会出现摆动的现象，使整个提升过程非常平稳，对于升降横移式立体车库，在选择链条时，按照低速链处理(v0.6m/s)，而不是按高速链的方法来选择，由链条的静强度来确定链条节距。得 所选择的链条必须满足： S：安全系数（取S=7）； k：链条工况系数（取k=1.3）P：提

33、升电机功率 z：链轮的齿数n：链轮的转速 p：所选链轮的节距根据上式很容易确定所需要的链条。主要参数确定：载板升降速度：行程： S=1850mm链条受力分析：平衡链承重约为提升载荷的1/4，上升时提升链承载是提升载荷的1/2。载车板自重 载车板额定载荷 所以，平衡链拉力： 提升链拉力：图 2.11 载车板提升原理图机械手册3，13-82页表13-2-1。根据链条的拉力选择适用链条单排滚子链20A、节距P=31.75，极限拉伸载荷，是实际提升拉力的6.42倍，链条是提升系统中最重要的部分，对车库设备的安全起着绝对重要的作用。所以要有足够的裕量。机械手册2，8-64页表8-4-3。选择板式链LH1

34、244，节约P=19. 05，极限拉伸载荷，是平衡链拉力的14.8位。裕量很大，除了链条拉力必须满足使用安全的要求外，还要满足结构要求，所以选择LH1244板式链。滚子链强度计算：提升链运动速度，属于低速链传动。由于载荷较大，静强度占主要地位，按静强度计算比用疲劳强度计算要经济。链条静强度式中：链条极限拉伸载荷 有限圆周力 设计功率：机械手册2，13-84页表13-2-3查得，链条传递功率因而链条静强度，故非常安全第三章 立体车库电气控制系统设计3.1 电气控制系统整体设计整个车库设计由一台PLC对车库进行统一的管理和监控，通过PLC控制载车板纵横传动装置以完成对车辆的存取操作。各车位车辆的调

35、入调出由PLC根据当前各车位的车辆存放情况，按照相应的调度策略调度车辆进出。立体车库的自动存取车控制系统包括弱电与强电两套系统。弱电系统主要包括各种信号的采集、报警与控制输出。PLC输出信号给接触器线圈，控制接触器的接通与关断。强电系统包括载车板电机控制线路、控制电机正反转接触器、到位限位与载车板的上下行程限位。车库采用车位检测装置代替人工找位，用升降装置输送汽车到位。系统在面板处设有急停开关，当发生意外时，按下急停开关，断掉所有电机的电源，使载车盘无法继续运行，以保护人员与设备的安全。系统输出控制信号包括控制电机运行方向信号，控制电机运行信号，控制电磁铁得、失电信号，控制灯光报警信号，控制车

36、库照明信号。升降横移式立体车库是一种比较典型的跨学科机电一体化产品，集机械、电子、信息技术于一体。其中，电子技术、信息技术和传感技术的合理运用与组合构成了车库的控制系统。升降横移式立体车库的控制系统是整个车库系统的重要组成部分，也是车库系统的核心。执行机构是“四肢”，框架是“躯体”，那么控制系统就是“大脑”。它指挥着车库的每个运作过程，并对整个系统的状态过程进行监控。图 3.0 车库系统控制原理框图升降横移式立体车库的系统控制原理：操作者(人)要通过控制系统信息交流的平台(界面)把操作信息传送给控制系统，经系统处理后，系统把可识别的控制信息通过辅助设备驱动执行结构，来完成车库现场的运作。其系统

37、控制原理框图，如图3.0所示。由于PLC的可靠性、抗干扰能力强。国外现有的升降横移式立体车库，它们的系统控制形式大都采用可编程控制器控制，特别是应用在智能化要求程度高、多车尾、大容量的现代化升降横移式立体车库中。PLC的可靠性、抗干扰能力强。图 3.1 PLC的硬件系统结构框图在升降横移式立体车库中，控制系统中主控单元的主要控制对象首先是车库的横移电机和升降电机，控制系统就是使它们在不同的时间实现正反转;其次是车库的各种辅助装置，如指示灯与其各种安全设施等。为了保证载车板能横移到预定位置以与载车板能上升或下降到指定位置，采用了行程开关。为了判断载车板上有无车辆，采用了光电开关。一般小型车库选用

38、按钮操作，界面清楚，易于操作，但对于大型车库来说要用上位机来进行对其控制。同时在车库中还采用了一些传感器如烟温传感器以与安全预警装置，因本系统只有开关量输入而无模拟量输入，凭可编程序控制器本身的抗干扰能力和隔离变压器就能满足要求，因此可不必再另外增加其它抗干扰措施。检测点与控制点：1.检测点分布(1) 载车板上汽车停放到位否检测采用光电开关在底层进行扫描检测。光电开关的接收器和发射器分别安装在底层左右两边， 在载车板前后位置均进行检测， 当有车辆停放不到位时， 车就把光电关光源挡住，此时系统不能动作， 只有车辆停放到位后， 系统才能正常工作。(2) 载车板上有无车检测在每个载车板上的一条对角线

39、上安放一套光电开关， 用于检测载车板上有无车。(3) 载车板平移运动是否到位检测只有下层载车板有平移运动， 在每个车位上分别安装一只限位开关， 用于检测载车板平移运动是否到位。(4) 载车板升降是否到位检测只有上层载车板有升降运动， 在每个载车板垂直运动的轨道上， 在低层和上层分别安装一只限位开关， 用于检测载车板下降和上升是否到位。(5) 上层载车板吊钩是否挂好检测控制吊钩动作的电磁铁上有一反馈信号， 可用于指示吊钩是否已把载车板挂好。2.控制点分布(1) 一层载车板左右平移控制 一层载车板只有两个， 每个载车板只有左右移动两个动作， 采用带自动抱闸的三相交流电机控制。(2) 二层载车板升降

40、横移运动控制 二层载车板有两个， 每个载车板有横移、升降四个动作， 采自动抱闸的三相交流电机控制。(3) 三层载车板升降运动控制 三层载车板有三个， 每个载车板只有升降两个动作， 采用带自动抱闸的三相交流电机控制。(4) 吊钩动作控制只有二、三层的载车板使用吊钩， 每个载车板用2 套吊钩， 吊钩用电磁铁控制。根据依据需要控制的电机、电磁铁和检测点等条件，建立电气线路图3.2。图 3.2 电气线路图3.2 电气系统关键部分设计PLC接线设计：在升降横移式立体停车库中，控制系统中主控单元的主要控制对象首先是车库的横移电机和升降电机，控制系统就是使它们在不同的时间实现正反转，其次是车库的各种辅助装置

41、，如指示灯与其各种安全设施等。为了保证载车板能横移到预定位置以与载车板能上升或下降到指定位置，采用了行程开关。为了判断载车板上有无车辆，采用了光电开关。同时在车库中还采用了一些传感器如烟温传感器以与安全预警装置，其简化接线图见图3.3。图 3.3 简化PLC接线图电机控制与接线设计：在存取车时车位的升降不能同时进行，车位的升降和横移也不能同时进行，这两个动作必须是互锁的，即当上层车位在升降时，地面层车位不能移动，反之亦然，并且上层车位每次只能有一个车位进行上下升降运动。这些在程序中可采用联锁和互锁的方法来解决。如图3.4所示。 图 3.4 电机控制原理图3.3 PLC控制程序设计本文所设计的P

42、LC存取车控制系统只针对上2层和3层的车位， 而对于1层车位， 存取车直接开进开出即可。控制软件采用梯形图语言编写。程序流程见图。需要说明的是， 载车板用链条依靠载车板上的吊点悬吊在托架上， 在静止状态时， 防坠（安全）挂钩挂住载车板。在设计不同层进出车程序时运用了“ 并行分支与汇合” 的技巧， 所谓并行分支指的是各分支流程可同时执行， 待各流程动作全部结束后， 根据相应执行条件， 汇合状态动作。即如果选择第3层载车板进出车， 可以使一层二层同时平移左移或右移，这样， 控制系统能自动处理设备动作顺序之间的联锁或双重输出， 而且控制系统的试运行与故障检查非常方便， 可节约大量时间， 提高工作效率

43、。图 3.5 存取车程序流程图根据车库的运行控制要求，用户应用程序采用模块化结构， 由主循环程序和若干子程序构成。用编程软件支持的梯形图逻辑语言编写，系统应用的程序框图如图3.5 所示。程序设计方案如下：（1）初始化程序提出系统的控制信息，扫描各到位开关信号；（2）主控制程序按照进车优先的原则，将最多的车位保持在进车位置。每个载车板运动之前，需要先判断目的地是否有空位，有空位才可以动作，前后动作互锁。判断是否有空位是根据横移电机所对应的到位行程开关动作信息来确定的。液压升降系统启、停动作也是根据相应的到位行程开关来确定；（3）故障报警程序故障报警程序能够实时地采集设备异常信息，与时发出声光报警

44、信号，提醒司机和管理人员进行处理。若在程序执行过程中，有人、物侵入车库空间或车辆超长，PLC将按照闭锁关系停止设备运行，同时发出故障报警。该程序完整而高效的完成了二层升降平移式车库全部动作，具有安全可靠性。完全达到了作为民用机电一体化设备所应具备的条件，充分发挥了它的作用。控制程序采用模块化编程形式， 车位运行过程中只需调用子程序模块， 这样大大降低了程序的复杂程度， 方便了程序的修改， 而且为车位的拓展提供了便利条件。整个程序包括主程序模块、手动按键子程序模块、紧急停车按键子程序模块、初始化程序模块、存取车位号赋值程序模块、空车位号与移动车位号赋值程序模块载车板平移运动程序模块、光电开关子程

45、序模块、载车板升降运动程序模块和故障报警子程序模块。程序所用状态元件、定时器与数据存储器均选用具有掉电保护功能的元件， 当系统掉电时元件保持掉电前的状态， 以保存现场信息， 待上电后继续完成被中断的动作当发生意外情况时， 按下急停按钮中止系统的运行并保存现场断点信息当出现电气或机械故障时， 如电机过载、过热时自动中止系统运行， 并发出声光报警， 同时系统转人手动方式进行故障处理。所谓输入输出点定义是指整体输入输出点的分布和每个输入输出点的名称定义，它们会给程序的编制、系统的调试和文本的打印等带来很多方便。因为本系统是对开关量控制的应用系统，并对控制速度要求不高，选用一般的可编程序控制器，其具有的自诊断功能和采用的循环扫描工作方式完全能满足要求。本系统输入端有自动/手动选择开关，自动工作时有总开、总停按钮，有上、下、左、右移动按钮，车位号信号输入若干。输出端需要控制9台电机(4台横移小电机和5台升降大电机)，加上一些用于人机交流与安全检测的数字量输入输出，如数