1、贵州大学本科毕业论文（设计） 第 1 页本 科毕业论文（设计）论文（设计）题目：自动立体车库结构及控制系统设计学 院： 机械工程学院 专 业：机械设计制造及其自动化 班 级： 机自 094 学 号： 0908030125 学生姓名： 李 锐 指导教师： 蔡家斌 2013 年 5 月 25 日贵州大学本科毕业论文（设计）贵州大学本科毕业论文（设计）诚信责任书本人郑重声明：本人所呈交的毕业论文（设计） ，是在导师的指导下独立进行研究所完成。毕业论文（设计）中凡引用他人已经发表或未发表的成果、数据、观点等，均已明确注明出处。特此声明。论文（设计）作者签名： 日 期： 贵州大学本科毕业论文（设计） 第
2、 页目 录摘 要 .III第一章 前 言 .11.1 立体车库概述 .11.2 立体车库的分类 .11.3 立体车库在国内外的发展状况 .4第二章 总体方案的拟定 .62.1 升降横移式立体车库工作原理 .62.2 外部框架方案的选择 .62.2.1 钢结构的特点 .62.2.2 框架的选择 .82.3 横移传动机构的设计 .92.4 升降传动机构的设计 .102.4.1 设计方案的比较 .102.4.2 升降方案的确定 .102.5 设计数据 .11第三章 各机构的设计、计算及校核 .123.1 载车板重量估算 .123.2 受力梁的计算、选型与校核 .123.2.1 纵梁的计算、选型与校核
3、 .123.2.2 横梁的计算、选型与校核 .163.3 受力柱的计算、选型与校核 .193.4 横移机构的设计计算 .203.4.1 横移电机的选择 .203.4.2 横移传动链的选择与计算 .213.4.3 横移链轮的尺寸计算 .233.4.4 横移链的静强度计算 .25贵州大学本科毕业论文（设计） 第 I 页3.4.5 横移链的使用寿命计算 .253.4.6 横移链的耐磨损工作能力计算 .253.4.7 滚子链的抗胶合工作能力计算 .263.5 升降机构的设计计算 .273.5.1 升降电机的选择 .273.5.2 减速机与传动轴之间链传动的选择与计算 .273.5.3 提升轴上双排链轮
4、的尺寸计算 .293.5.4 提升链的选择与计算 .313.5.5 提升链轮的尺寸计算 .323.5.6 升降链的静强度计算 .343.5.7 升降链的耐磨损工作能力计算 .353.5.8 升降链的抗胶合工作能力计算 .363.6 传动轴的设计与校核 .36第四章 立体车库控制部分的设计 .434.1 控制系统总体设计 .434.2 立体车库检测点分布 .444.3 控制器的选择 .444.4PLC 的选型及 I/O 口的分配 .444.5 控制程序编制 .45第五章 结 论 .49参 考 文 献 .50致 谢 .51附录 立体车库 CAD 图 .52贵州大学本科毕业论文（设计） 第 页自动立
5、体车库结构及控制系统设计摘 要立体车库是一种用以实现在较小面积停放更多车辆的机械设备，本文介绍了立体车库的基本情况和主要分类，并以双层升降横移式立体车库为设计对象，对立体车库进行了综合分析。升降横移立体车库可分为三个部分，即车库框架、传动机构、控制系统，车库框架和传动机构同属于机械部分。机械部分主要完成了外部框架结构的选型及力学计算和校核，对比了各种传动方式的特点，设计了升降机构和横移机构，完成了立体车库链传动、提升轴等部分的计算与校核。电气部分采用三菱 FX2N-80mr 型PLC 为控制核心，完成了 PLC 的 I/O 分配、流程图绘制、接线图绘制，并编写了部分控制系统梯形图。关键词：立体
6、车库，升降横移，链传动，PLC贵州大学本科毕业论文（设计） 第 0 页第 1 章 前 言1.1 立体车库概述几十年来，科学技术的飞速发展使得人们的生活日新月异，曾几何时，作为权力与身份象征的汽车已经成为们人日常生活的一部分，迅速的普及开来。然而，随着我国城市化率越来越高，城市的数量不仅越来越多，其体积也越来越大，产生的停车难问题越来越凸显出来。就普通住宅小区而言，私家汽车增加的数目早已超过大多数小区建设时的规划，这使得许多车辆只能停在道路两边，给本已拥挤不堪的城市交通带来了更多隐患。车辆无处停放在很大程度上是城市发展到一定程度，滞后的基础设施建设与高昂的用地成本相互作用产生的结果，也是经济高速
7、发展后，城市规划部门对未来车辆数量预估不足造成的。因此，提高停车的空间利用率就成了解决这一问题的最佳选择，立体车库就这样应运而生了。立体车库顾名思义就是通过机械式结构让车库“立体”起来，使其成为像住宅一样的多层结构，以实现用较少的用地面积停更多车辆。与传统停车方式相比较，立体车库具有节省占地面积、出人库管理方便、存取车省时省力、配置灵活等特点，在一般住宅小区，若使用双层升降横移式立体车库，可节约近一半用地面积；在某些大型商场和城市中心地带采用的垂直升降式立体车库由于存车库可达 2025 层，可存放4050 辆车，而占地面积仅需 50。此外，立体车库和传统的地下停车场相比能够更加有效的保证人们的
8、安全，人在车库内或车停的位置不正确时，自动停车系统便不会启动，以保证人车安全。应该说，机械车库从管理上可以做到彻底的人车分流。1.2 立体车库的分类立体车库诸多的优势使得它拥有广阔的发展前景。因此，各种类型的立体车库应运而生，根据使用规模和使用地点不同，立体车库主要有以下几种：（1）水平循环式立体车库贵州大学本科毕业论文（设计） 第 1 页顾名思义，它是一种采用一个水平循环运动的车位系统来存取和停放车辆的立体车库，可分为圆形循环式和箱型循环式两种形式。它具有这些优点：能够省去进出车道，适合建于狭长地形的地方，因此可以降低通风装置的费用，而且若多层重叠可建成大型停车场。虽然安装性价比较高，但由于
9、大多数情况下只有一个出入口，因此建的越大取车越困难，特别是在上下班高峰取车时间过长，因此难以广泛推广。图 1.1 水平循环式立体车库（2）垂直升降式立体车库这种结构的立体车库一般是两个停车板为一层，由一个提升机将车辆运送到指定层次停车，结构原理与电梯类似，这种停车库一般可以建成数十米高，由于每层只停两辆车，因此占地面积一般不到 50 平方米，由于它土地利用率极高，因此非常适合在寸土寸金的都市繁华地段，其在欧美及日本的大城市中应用非常的多。不过由于层数太高，立体车库的控制系统和安全系统会比较复杂，因此故障发生情况较多且建设维护成本会比较高。贵州大学本科毕业论文（设计） 第 2 页图 1.2 垂直
10、升降式立体车库（3）升降横移式立体车库升降横移式立体车库大多数为小型停车库，一般为 25 层，采用链传动或钢丝绳传动的方式来提升载车板，顶层以下每层空出一个车位，以方便下层车横移给上层车让出通道。它型式多样，建设成本低，并且能适应许多场地，特别是居民住宅小区停车的需要，因此应用极其广泛。图1.3 升降横移式立体车库贵州大学本科毕业论文（设计） 第 3 页（4）巷道堆垛式立体车库巷道堆垛式立体车库的运行原理在一定程度上和堆垛式仓储中心相似，通过一个可升降横移的搬运机将车辆运送到各个停车位。一般规模较大，封闭性高，监控检测设备多种多样，因此可实现车辆防盗及保护人员安全，适用于大型地下停车库的建立。
11、但是由于规模较大，因此建设成本较高，维护不易。图1.4 巷道堆垛式立体车库立体车库种类繁多，形式多样，除以上主要四种以外，还有垂直循环式、多层循环式、多层圆盘旋转式，平面移动式等，这些种类由于应用较少，因此不做介绍。1.3 立体车库在国内外的发展状况就发展类型来说，自动立体停车装备系统在世界各地的发展是不尽相同的，德国开发最早，技术居于领先地位，在二层及多层平面式立体停车库系列中，它已发展了H 型、U 型和 V 型。日本由于国土面积小而应用最广，自从 1959 年引进了建造机械式立体停车库技术之后，其已经在本土上共建造了数万座多种形式的机械式车库，平均每座容车量达到十辆左右，最多的能达到百辆以
12、上。从技术特征上看，日本更重视竖式自动立体车库的发展，即密集型自动立体停车库的发展。进入 20 世纪以来，在国内举办了多个与停车设备相关的展览会，这些展览会吸引了来自德、日、美等世界上知名的停车设备制造商，全自动立体停车设备的容车能力及其技术完备，先进程度已被世界广泛承认和接受。国内正处于经济与建设发展阶段，立体车库系统在国内大型城市的发展已有一定时间，在解决停车难的问题上取得了较为良好的效果，但在一些三线城市及大多数中小城市还未普及开来。 就控制技术来说，目前国内外大多数自动立体停车装备系统采用 PLC 控制，通讯贵州大学本科毕业论文（设计） 第 4 页方式以有线通信为主。尽管 PLC 在功
13、能特点上有很多优势，完全能够满足小型立体停车系统的需求，但是对于大型立体停车系统而言，运行速度和生产的成本两个方面成为了制约其发展的因素。在运行速度方面，PLC 的运算速度只能达到脚(微秒)级，这随着大型电子智能化立体车库的发展已经逐渐地不能满足出库对控制芯片的要求了；在生产成本方面，大型电子智能化立体车库需要的 I/O 点数比较多，如果用 PLC 的控制方法，生产成本将会很高，这对于降低电子智能化立体车库的存取车的成本来说是一个严峻的挑战。有线通信作为一种已经趋于成熟的通信技术，具有多方面的优势特点。首先，低损耗、高容量、低色散的单模光纤在通信干线中占绝对的主导地位。其次，智能型网络及外围设
14、备用电缆作为接口。由于立体车库的特殊性，有线通信方式在车库的应用中存在一些问题，具体表现如下：（1）由于 PLC 的 I/O 点数限制，有线线缆布线的复杂,使系统采集的信号数量有限，对于大型智能型立体车库的实现是一个瓶颈，性能很难再有进一步的提升。其次，有线传输电缆在车辆调度过程中，随拖车板升降横移，很容易出现故障，对于规模巨大的车库，成本较高、布线复杂而且影响美观。（2）RS-485 通信速度慢，不支持热插拔、需要专门的驱动程和 485 卡，给使用带来诸多不便。因此，就未来大型化和智能化立体车库的发展来看，作为控制核心，用 DSP 外扩CPLD 比 PLC 更有优势。首先在运行速度方面，PL
15、C 的运算速度只能达到 us 级，而DSP 的运算速度可以到 ns 级，因此能更好地满足电子高智能化立体车库对于控制芯片的要求；在生产成本方面，由于立体车库需要的 I/O 点数比较多，如果用 PLC 的控制方法，生产成本将会很高，但是用 DSP+CPLD 实现的话会在生产成本上大大降低，目前 DSP 外扩 CPLD 的方法已经得到了广泛的应用；在功能扩展方面，DSP 在片内集成了各种工业上常用的各种模块，为立体车库功能的升级提供了强大的硬件保障。另外，相比于传统的通信方式，无线通信能解决有线通信无法解决的问题。利用无线通信代替原来的有线通信方式,可有效增加采集信号的数量，提高立体车库的智能性，为进一步的技术升级打下基础，避免了布线的复杂性，有利于故障的迅速定位和设备维护，同时可以大大节省立体车库有线线缆的成本，当立体车库规模较大时尤为明显。采用无线通信方式代替有线通信方式，使立体车库能够监控的信号更加丰富，工作更加稳定可靠，为新型电子高智能化立体车库的实现打下了坚实的基础。
