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哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）
第1章 緒論
1.1 概述[1]
隨著人類社會的不斷進(jìn)步和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人類的生產(chǎn)、生活方式趨于集中，城市的規(guī)模越來越大，人們在城市里的生存空間卻越來越小，于是出現(xiàn)了要利用空間的理念，城市中開始建設(shè)立體建筑、立體交通和立體停車。作為現(xiàn)代大都市的標(biāo)志，城市中心商住區(qū)高樓大廈林立；社區(qū)道路、高架交通干道、立交橋和地下鐵路，編織出城市立體交通網(wǎng)；汽車的住宅--停車場也有了長足的發(fā)展，由平面停車向立體停車，由簡單的機(jī)械停車設(shè)備向計算機(jī)管理高度自動化的現(xiàn)代立體停車演變，成為具有較強(qiáng)的實用性、觀賞性和適合城市環(huán)境的建筑。伴隨著汽車進(jìn)入家庭，城市動態(tài)、靜態(tài)交通管理制度的不斷完善和人們對居住環(huán)境要求的提高，給停車產(chǎn)業(yè)提供了前所未有發(fā)展機(jī)遇，停車產(chǎn)業(yè)市場前景廣闊。
目前世界停車產(chǎn)業(yè)正向多元化發(fā)展，其停車技術(shù)幾乎包含了當(dāng)今機(jī)械、電子、液壓、光學(xué)、磁控和計算機(jī)技術(shù)等領(lǐng)域的所有成熟先進(jìn)技術(shù)。機(jī)械方面，應(yīng)用了許多新材料、新工藝。設(shè)備結(jié)構(gòu)采用模塊化設(shè)計，便于組合使用，易于安裝拆卸。鋼結(jié)構(gòu)選用新型優(yōu)質(zhì)鋼材，既提高了設(shè)備的強(qiáng)度和剛度，又使設(shè)備輕巧美觀，載車板采用一次成型的鍍鋅板或彩涂板組裝，美觀、強(qiáng)韌、耐用?？刂萍夹g(shù)方面，廣泛采用可編程序控制器和矢量變頻變壓調(diào)速閉環(huán)控制技術(shù)，使運行高速平穩(wěn)，節(jié)省電力，振動和噪音也趨于最小?？刂菩问接校粹o式、鎖匙式、IC卡式、鍵盤式、觸摸屏式、遙控式等。安全元件采用各種光柵顯示屏、光電管、機(jī)械式行程開關(guān)、磁性接近開關(guān)、光敏感應(yīng)開關(guān)等，安全保護(hù)裝置日臻完善，如汽車出入聲光引導(dǎo)和定位、汽車尺寸和重量自動識別、限速保護(hù)與多重機(jī)構(gòu)互鎖、停車泊位自動跟蹤、鏈條和鋼絲繩長度超范圍報警和彈性變形自動補(bǔ)償、汽車圖象攝影對比安全檢測、自動消防滅火等。
我國城市停車還處在初級階段，專用和公共停車位數(shù)量距合理的車位與車輛比率相差甚遠(yuǎn)，停車難到處可見。目前我國的停車場仍以平面停車場、路上停車場、路外停車場、自行式停車場為主，立體停車庫和機(jī)械式停車場數(shù)量還很少。以我國停車產(chǎn)業(yè)發(fā)展較快的廣州、上海為例，路上、路外停車仍占有相當(dāng)比例，已建設(shè)的停車場大部分是地下自行式停車場和在自行式停車場的基礎(chǔ)上安裝簡易停車設(shè)備，增加存容數(shù)量。自行式停車場存有較多缺陷，如車位平均占地多、管理和保安人員多、投資多、存車效率低、耗電量大、對環(huán)境有污染等；由于允許人員進(jìn)入，易發(fā)生盜車、毀車、施暴等停車場犯罪，近年來在發(fā)達(dá)國家已很少新建，大量興建的是具有現(xiàn)代水平的機(jī)械式立體停車庫。
車輛無處停放的問題是城市的社會、經(jīng)濟(jì)、交通發(fā)展到一定程度產(chǎn)生的結(jié)果，立體停車設(shè)備的發(fā)展在國外，尤其在日本已有近30-40年的歷史，無論在技術(shù)上還是在經(jīng)驗上均已獲得了成功。我國也于90年代初開始研究開發(fā)機(jī)械立體停車設(shè)備，距今已有十年的歷程。由于很多新建小區(qū)內(nèi)住戶與車位的配比為1:1，為了解決停車位占地面積與住戶商用面積的矛盾，立體機(jī)械停車設(shè)備以其平均單車占地面積小的獨特特性，已被廣大用戶接受。機(jī)械車庫與傳統(tǒng)的自然地下車庫相比，在許多方面都顯示出優(yōu)越性。首先，機(jī)械車庫具有突出的節(jié)地優(yōu)勢。以往的地下車庫由于要留出足夠的行車通道，平均一輛車就要占據(jù)40平方米的面積，而如果采用雙層機(jī)械車庫，可使地面的使用率提高80％—90％，如果采用地上多層（21層）立體式車庫的話，50平方米的土地面積上便可存放40輛車，這可以大大地節(jié)省有限的土地資源，并節(jié)省土建開發(fā)成本。
機(jī)械車庫與地下車庫相比可更加有效地保證人身和車輛的安全，人在車庫內(nèi)或車不停準(zhǔn)位置，由電子控制的整個設(shè)備便不會運轉(zhuǎn)。應(yīng)該說，機(jī)械車庫從管理上可以做到徹底的人車分流。
在地下車庫中采用機(jī)械存車，還可以免除采暖通風(fēng)設(shè)施，因此，運行中的耗電量比工人管理的地下車庫低得多。機(jī)械車庫一般不做成套系統(tǒng)，而是以單臺集裝而成。這樣可以充分發(fā)揮其用地少、可化整為零的優(yōu)勢，在住宅區(qū)的每個組團(tuán)中或每棟樓下都可以隨機(jī)設(shè)立機(jī)械停車樓。這對眼下車庫短缺的小區(qū)解決停車難的問題提供了方便條件。
1.2 機(jī)械式立體車庫的分類[2]
目前，立體車庫主要有以下幾種形式：升降橫移式、巷道堆垛式、垂直提升式、垂直循環(huán)式、箱型水平循環(huán)式、圓形水平循環(huán)式。
（1）升降橫移式
升降橫移式立體車庫采用模塊化設(shè)計，每單元可設(shè)計成兩層、三層、四層、五層、半地下等多種形式，車位數(shù)從幾個到上百個。此立體車庫適用于地面及地下停車場，配置靈活，造價較低。
（2）巷道堆垛式
巷道堆垛式立體車庫采用堆垛機(jī)作為存取車輛的工具，所有車輛均由堆垛機(jī)進(jìn)行存取，因此對堆垛機(jī)的技術(shù)要求較高，單臺堆垛機(jī)成本較高，所以巷道堆垛式立體車庫適用于車位數(shù)需要較多的客戶使用。
（3）垂直提升式立體車庫
垂直提升式立體車庫類似于電梯的工作原理，在提升機(jī)的兩側(cè)布置車位，一般地面需一個汽車旋轉(zhuǎn)臺，可省去司機(jī)調(diào)頭。垂直提升式立體車庫一般高度較高（幾十米），對設(shè)備的安全性，加工安裝精度等要求都很高，因此造價較高，但占地卻最小。
（4）垂直循環(huán)式
垂直循環(huán)式立體車庫占地少，兩個泊位面積可停6-10輛車，外裝修可只加頂棚，消防可利用消防栓，價格低，地基、外裝修、消防等投資少，建設(shè)周期短，可采用自動控制，運行安全可靠。
1.3 升降橫移式立體車庫的特點[2]
在眾多的停車設(shè)備中，升降橫移式立體停車的優(yōu)點比較突出，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：
（1）節(jié)約占地面積，充分利用空間。一般來說，升降橫移立體停車庫的占地面積約為平面停車場的1/2-1/25，空間利用率比建筑自走式停車庫提高了75%。
（2）相對造價比較低。升降橫移式立體停車庫每個泊位約需1.5萬元，而建筑自走式停車庫每個車位的造價約為15萬以上。
（3）使用方便，對操作人員的要求不高，操作簡單、安全、可靠，存取車快捷，維護(hù)也很方便。一般存取一輛車為80秒。
（4）減少因路邊停車而引起的交通事故。在許多城市的主要地段，司機(jī)往往沒有找到停車場而把車?？吭诼愤叄@樣就很容易造成交通阻塞，甚至引起交通事故。
（5）增加了汽車的防盜性和防護(hù)性，在車庫的系統(tǒng)中配置有智能防盜裝置、防火裝置等，增強(qiáng)了車庫的整體安全。
升降橫移式立體停車庫是全自動化的停車方式，也是今后停車改革的主要方向。尤其是寸土寸金的大城市。采用機(jī)械式立體停車方式，顯得尤為重要，而升降橫移式立體停車庫也在機(jī)械式立體停車庫中顯得更加普遍化、居民化、實用化。
1.4 研究升降橫移式立體停車庫的意義
我國近幾十年的改革開放使汽車行業(yè)得到了飛速的發(fā)展，我國城市的汽車數(shù)量急劇增加，據(jù)有關(guān)專業(yè)統(tǒng)計，平均5-6年汽車的數(shù)量就增加一倍，這不但給動態(tài)交通，也給靜態(tài)交通帶來很大的難題，突出表現(xiàn)在停車空間的不足上。同時，我國城市人口基數(shù)大，密度高的特點，城市小區(qū)的用地十分有限，建造機(jī)動的停車設(shè)施顯然不經(jīng)濟(jì)，但飛速增長的汽車數(shù)量又使得小區(qū)不得不面臨建設(shè)停車設(shè)備的問題。[3]
前面已經(jīng)介紹了升降橫移式立體車庫的特點，成本低，使用方便，擁有占地面積小等特點的小型的升降橫移式立體停車庫正是解決小區(qū)停車緊張一個有效的措施。
本章小結(jié)
本章主要介紹了立體車庫出現(xiàn)的背景，以及國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r，特別是我國立體車庫的發(fā)展?fàn)顩r。另外介紹了立體車庫的分類及各自的特點，通過比較比較強(qiáng)調(diào)了升降橫移式立體車庫的優(yōu)點，從而引出了本文研究升降橫移式立體車庫的意義。
第2章 車庫的整體設(shè)計思路和方案的選擇
2.1 車庫工作原理
升降橫移式立體車庫的七個車位均有載車板，所需存取車輛的載車板通過升降橫移運動到達(dá)地面層，駕駛員進(jìn)入車庫，存取車輛，完成存取過程。其工作原理是：底層只能平移，頂層只能升降，中間層既可平移又可升降。除頂層外，中間層和底層必須預(yù)留一個空車位，供進(jìn)出車升降之用。當(dāng)?shù)讓榆囄贿M(jìn)出車時，無需移動其他托盤就可直接進(jìn)出車；中間層、頂層進(jìn)出車時，先要判斷其對應(yīng)的下方位置是否為空，不為空時要進(jìn)行相應(yīng)的平移處理，直到下方為空才可進(jìn)行下降和進(jìn)出車動作，進(jìn)出車后再上升回到原位置。其運動總原則是：升降復(fù)位，平移不復(fù)位。如圖2-1所示，1 、2號車位可以直接存放車輛；7 號車位需下降后再存放車輛；3 號車位，則需先將1 號和2號載車板右移，再將3號載車板下降;；4 號車位，則需先將2 號載車板右移，再將4號存車板下降；5號車位需要先將1、2、3、4號四個載車板右移，再將5號載車板下降；6號車位則需要先將2、4號載車板右移，再將6號載車板降下。
圖2-1 七車位升降橫移式立體車庫工作原理圖
2.2 車庫的結(jié)構(gòu)組成[4]
以三層三列式立體車庫為模型建立研究對象。升降橫移式立體車庫主要由結(jié)構(gòu)框架部分、載車板部分、橫移系統(tǒng)、提升系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、安全防護(hù)系統(tǒng)六大部分組成，如圖2-2所示。
圖2-2 升降橫移式立體車庫主要組成
2.2.1 結(jié)構(gòu)框架的方案[5]
立體車庫一般主要以鋼結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土為主，在升降橫移式車庫中選用鋼架結(jié)構(gòu)，如圖2.2所示。鋼架結(jié)構(gòu)與其它建筑結(jié)構(gòu)相比，具有如下特點：
（1）可靠性高
（2）材料的強(qiáng)度高，鋼結(jié)構(gòu)自重小
（3）材料的塑性和韌性好
（4）鋼結(jié)構(gòu)制造簡便，施工工期短
（5）鋼結(jié)構(gòu)密閉性好
（6）鋼材的耐銹蝕性差
結(jié)構(gòu)主體采用熱制H 型鋼、槽鋼、角鋼和鋼板等型材制造，具有較好的強(qiáng)度和剛度，輕巧、美觀，并可二次拆卸安裝，運輸方便。
在升降橫移式立體車庫中其主要結(jié)構(gòu)是鋼結(jié)構(gòu)，有兩部分：主體框架部分和載車板部分。主體框架部分的鋼結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，運用了“H”型鋼、角鋼、槽鋼等數(shù)種型鋼形式，就其連接形式而言比較單一，即焊接和螺栓連接兩種形式。載車板部分的鋼結(jié)構(gòu)比較簡單，其框架部分為數(shù)段矩形方鋼對焊而成，其它輔助結(jié)構(gòu)則以角焊代之。焊接和螺栓連接是車庫鋼結(jié)構(gòu)部分的兩種主要的連接方式，其連接方式的質(zhì)量優(yōu)劣將直接影響車庫整體結(jié)構(gòu)性能的優(yōu)良與否，所以在車庫的設(shè)計和建造中具有很重要的位置。立體車庫在連接過程中主要運用對焊、角焊和螺栓連接。
2.2.2 載車板設(shè)計
載車板用來承載庫存車輛，按結(jié)構(gòu)形式有框架式和拼板式兩種。框架是載車板用型鋼和鋼板焊接承載框架，并多數(shù)采用中間突起結(jié)構(gòu)，在兩側(cè)停車通道和中間凸起的頂面鋪設(shè)不同厚度的鋼板。這種載車板的優(yōu)點是可按需要設(shè)置行車通道寬度，并具有較好的導(dǎo)入功能，適合車型變化較多的小批量生產(chǎn)。拼板式載車板用鍍鋅鋼板一次沖壓或滾壓成組裝件，采用咬合拼裝成載車板，用螺栓緊固連接，拼裝前可以先對組件進(jìn)行各種表面處理，如電鍍、烤漆等，使載車板輕巧、美觀。如圖2-3所示。
圖2-3 平板式載車板及拼合示意圖
2.2.3 提升系統(tǒng)的方案
每塊上載車板都配有一套獨立的電機(jī)減速機(jī)與鏈傳動組合的傳動系統(tǒng)。其結(jié)構(gòu)如圖2-4所示 ，電機(jī)順時針旋轉(zhuǎn)時，載車板上升，電機(jī)逆時針旋轉(zhuǎn)時，載車板下降。根據(jù)載車板及車重確定鏈條所需的傳動力。根據(jù)傳動力及載車板的移動速度確定電機(jī)功率。根據(jù)車身高度確定上下載車板間的距離，根據(jù)這個距離確定鏈條的長度，最后根據(jù)傳動力確定鏈輪大小，鏈節(jié)形狀及大小。
圖2-4 提升系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖
2.2.4 橫移系統(tǒng)的方案
立體車庫橫移傳動機(jī)構(gòu)由減速電機(jī)、驅(qū)動輪和從動輪、地面鋪設(shè)導(dǎo)軌組成。升降橫移機(jī)構(gòu)則為升降傳動機(jī)構(gòu)與橫移傳動機(jī)構(gòu)的結(jié)合。升降橫移式立體車庫底層與中間層載車板為橫移機(jī)構(gòu)，上層載車板為升降機(jī)構(gòu)。升降裝置由傳動系統(tǒng)、升降架等組成。
（1）鏈傳動：優(yōu)點是傳動簡單可靠，維修簡單，造價低廉;缺點是沖擊比較大，有提升高度的限制，安裝調(diào)試時需要注意是否有咬鏈的情況出現(xiàn)。
（2）鋼絲繩傳動：優(yōu)點是對車庫底盤可以提升的高度可以不加限制，造價比較低；缺點是因為需要外加鋼絲繩桶和剎車盤增加了安裝調(diào)試的時間和造價。
（3）液壓傳動：優(yōu)點是可以真正實現(xiàn)無級調(diào)速，結(jié)構(gòu)緊湊，功率與重量比高、響應(yīng)速度快、抗干擾能力強(qiáng)、誤差小精度高、低速平穩(wěn)性好、調(diào)速范圍寬、介質(zhì)自身可起冷卻潤滑作用、安全防爆等優(yōu)點;同時也具有元件昂貴、成本高、密封技術(shù)要求高、油液易污染、能源傳輸不便等缺點。
綜上所述，本車庫為三層，從提升高度上選鏈傳動或鋼絲繩傳動都可以，但從方案經(jīng)濟(jì)及可行性角度考慮，選擇鏈傳動更為有利；在橫移運動中，采用異步電機(jī)驅(qū)動，通過鏈驅(qū)動，也能達(dá)到精確、穩(wěn)定地傳動，如圖2-5所示。
由于下載車板不需懸掛鏈條，所以為了節(jié)省材料，下載車板比上載車板要短。每塊下載車板后部都配有一套獨立的電機(jī)減速機(jī)傳動系統(tǒng)，藏于載車板內(nèi)。在下載車板底部裝有四只鋼輪，可以在導(dǎo)軌上行走，其中兩只為主動輪，裝于長傳動軸兩端，另兩只為獨立安裝的從動輪。電機(jī)減速機(jī)驅(qū)動長傳動軸運轉(zhuǎn)，長傳動軸上的主動鋼輪在導(dǎo)軌上滾動行走從而使下載車板作橫向平移運動。根據(jù)載車板及車輛的重量、行走速度、滾輪與導(dǎo)軌間的摩擦系數(shù)確定橫移電機(jī)的驅(qū)動功率。
圖2-5 橫移系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖
2.2.5 安全防護(hù)機(jī)構(gòu)的方案
車庫的安全防護(hù)措施非常重要，在眾多的車庫中車輛的高價性與車庫自身的價值相差很大，并與客戶對車庫的信任度有著密切的聯(lián)系。對于升降橫移式立體車庫，它的安全防護(hù)措施要做到以下幾點，并配備有相應(yīng)的防護(hù)裝置。
（1）防火措施：在車庫中安裝有溫?zé)焸鞲衅鳎蓪噹斓幕鹎閷嵭袑崟r監(jiān)控，并把監(jiān)控信號傳給中央控制系統(tǒng)。
（2）急停措施：在發(fā)生異常情況時能使停車設(shè)備立即停止運轉(zhuǎn)，在操作盒上安裝有緊急停止開關(guān)，并設(shè)為紅色，以示醒目。
（3）阻車裝置：在很多情況下停車時，司機(jī)必須要把車停在載車板合適的位置上，一般在載車板的后端一側(cè)安裝上一高25mm以上的阻車擋鐵。
（4）防止超限運行裝置：停車設(shè)備在升降過程中，在定位開關(guān)上方裝有限位開關(guān)，當(dāng)定位開關(guān)出現(xiàn)故障時，由限位開關(guān)使設(shè)備停止工作，起超程保護(hù)作用。
（5）人車誤入檢出裝置
設(shè)備運行時，必須裝有防止人車誤入裝置，以確保安全，一般采用紅外裝置。一旦檢測到在車庫運作時，有人或其它物體進(jìn)入車庫，系統(tǒng)就會使這個車庫停止運作。
（6）防止載車板墜落裝置
上載車板上裝有上下行程極限開關(guān)和防墜落安全裝置。防墜落安全裝置裝在縱梁與上載車板上停位之間，在縱梁兩測各裝兩只掛鉤，上載車板兩側(cè)相應(yīng)位置處各裝兩只耳環(huán)，當(dāng)上載車板上升到位后，縱梁下面的四只掛鉤便自動套入四只耳環(huán)內(nèi)，以防止升降電機(jī)常閉制動器慢釋放后，上載車板在汽車和載車板本身的重力作用下慢慢下滑，壓壞下層汽車。另外也防止制動器一旦失靈，上載車板從上停車位墜落，砸壞下層汽車，如圖2-6所示。下載車板的安全裝置主要是行程極限開關(guān)和防碰撞板。行程極限開關(guān)的作用是使載車板橫移到位后自動停止。
載車板的防墜落裝置是立體車庫中的一個關(guān)鍵部件，在泊車安全方面起著決定性的作用。防墜落裝置中解鎖動作由電磁鐵完成。解鎖動作要求，當(dāng)電磁鐵通電時以推桿觸動安全鉤解鎖;當(dāng)電磁鐵斷電時推桿自動縮回。
圖2-6 防止載車板墜落裝置
2.3控制系統(tǒng)工作原理和方案
升降橫移式立體車庫的系統(tǒng)控制原理：操作者(人)要通過控制系統(tǒng)信息交流的平臺(界面)把操作信息傳送給控制系統(tǒng)，經(jīng)系統(tǒng)處理后，系統(tǒng)把可識別的控制信息通過輔助設(shè)備驅(qū)動執(zhí)行結(jié)構(gòu)，來完成車庫現(xiàn)場的運作。其系統(tǒng)控制原理框圖，如圖2-7所示。
用戶
狀態(tài)檢測單元
控制器
操作平臺
車位執(zhí)行單元
圖2-7 車庫系統(tǒng)控制原理框圖[6]
立體車庫控制系統(tǒng)包括硬件和軟件兩方面的設(shè)計內(nèi)容。硬件集中安放在控制箱內(nèi)，控制箱采用的金屬外殼起到屏蔽作用，以保證系統(tǒng)欲行的可靠性?？刂葡到y(tǒng)采用PLC控制。車庫控制系統(tǒng)硬件主要分為4個部分：
(1)電源部分：采用380V，50HZ三相交流電供電。
(2)PLC部分：采用OMRON的C60P-CDR-AE型可編程序控制器。
(3)電機(jī)部分：采用5臺2.2KW減速電機(jī)控制頂層和中間層載車板的升降，4臺0.2KW的減速電機(jī)控制中間層和下層載車板的橫移。
(4)信號檢測部分：采用傳感器檢測系統(tǒng)運行過程中的狀態(tài)。
PLC硬件系統(tǒng)如圖2-8所示，PLC是車庫控制系統(tǒng)的核心，整個車庫設(shè)計由一臺PLC對車庫進(jìn)行統(tǒng)一的管理和監(jiān)控，通過PLC控制載車板縱橫傳動裝置以完成對車輛的存取操作。各車位內(nèi)車輛的調(diào)入調(diào)出由PLC根據(jù)當(dāng)前各車位的車輛存放情況，按照相應(yīng)的調(diào)度策略調(diào)度車輛進(jìn)出。其操作大致分為3類:
（1）以故障診斷和處理為主的操作；
（2）聯(lián)系現(xiàn)場狀況的數(shù)據(jù)操作；
（3）執(zhí)行用戶程序和服務(wù)及外部設(shè)備的命令操作。
當(dāng)進(jìn)行存取操作時，PLC接收和分析操作人員在控制面板按鈕（或上位機(jī))輸人的指令，做出合理的工控安排:判斷檢測元件的狀態(tài)，讀取車庫機(jī)械驅(qū)動部分的信息，反饋信息到執(zhí)行元件，拖動車位板，實現(xiàn)其位置移動，完成車輛的存取操作和信號顯示(指示燈)。整個動作區(qū)域配有光、電檢測及多重安全系統(tǒng)，以防異常情況發(fā)生。通過光電檢測、軟硬件信號聯(lián)鎖、限位、防墜保護(hù)、過載保護(hù)等裝置，來確保整個系統(tǒng)的安全、平穩(wěn)運行。
系統(tǒng)輸入端有自動/手動選擇開關(guān)，自動工作時有總開、總停按鈕，有上、下、左、右移動按鈕，車位號信號輸入若干。輸出端需要控制9臺電機(jī)(4臺橫移小電機(jī)和5臺升降大電機(jī))，加上一些用于人機(jī)交流及安全檢測的數(shù)字量輸入輸出，如數(shù)字鍵盤輸入、LED數(shù)碼顯示、安全檢測、及各種操作按鈕等。再考慮到系統(tǒng)的可擴(kuò)展性，選用OMRON公司的CZOOH系列的160點可編程序控制器(96個信號輸入點，64個繼電器輸出點)完全滿足容量的要求。在分配輸入輸出點時按照控制功能分段，相同功能的輸入板和輸出板組成一組。一般情況下輸入點與輸入信號，輸出點與輸出控制一對應(yīng)。分配好后，按系統(tǒng)配置的通道與接點號分配給每一個輸入信號和輸出信號。在本系統(tǒng)中報警器是幾個信號共用一個輸出點，各報警因素邏輯關(guān)系并聯(lián)后接到報警輸出點。
圖2-8 PLC的硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖[7]
PLC程序設(shè)計方案如下：
（1）初始化程序提出系統(tǒng)的控制信息，掃描各到位開關(guān)信號；
（2）主控制程序按照進(jìn)車優(yōu)先的原則，將最多的車位保持在進(jìn)車位置。每個載車板運動之前，需要先判斷目的地是否有空位，有空位才可以動作，前后動作互鎖。判斷是否有空位是根據(jù)橫移電機(jī)所對應(yīng)的到位行程開關(guān)動作信息來確定的。液壓升降系統(tǒng)啟、停動作也是根據(jù)相應(yīng)的到位行程開關(guān)來確定；
（3）故障報警程序故障報警程序能夠?qū)崟r地采集設(shè)備異常信息，及時發(fā)出聲光報警信號，提醒司機(jī)和管理人員進(jìn)行處理。若在程序執(zhí)行過程中，有人、物侵入車庫空間或車輛超長，PLC將按照閉鎖關(guān)系停止設(shè)備運行，同時發(fā)出故障報警。該程序完整而高效的完成了二層升降平移式車庫全部動作，具有安全可靠性。完全達(dá)到了作為民用機(jī)電一體化設(shè)備所應(yīng)具備的條件，充分發(fā)揮了它的作用。
2.4 車庫外圍的設(shè)計
由于本文設(shè)計的升降橫移式立體車庫規(guī)模較小，結(jié)構(gòu)較簡單，占地少，因此外圍只考慮車庫庫前空地設(shè)計，因為車庫庫前空地是車輛出入庫時保持車輛暢通和安全的必要保證。由于車庫所處的位置、車庫周邊建筑物條件、車庫所對支路情況、車庫所對主路情況、車流數(shù)量和車速等條件的不同，庫前空地大小和形狀的設(shè)計應(yīng)當(dāng)不同。
本車庫采用前進(jìn)入庫、后退出庫、沒有的車庫，其庫前空地要能滿足在允許停放最大尺寸車輛出庫時所需的轉(zhuǎn)向空間和一輛允許停放最大尺寸車輛將要入庫的暫時停放空間。兩者要保留足夠的安全距離，并能保證入庫車輛在暫時停放位能順利駛?cè)霂靸?nèi)，保證車輛在出入庫作業(yè)時不能發(fā)生相互干擾和危險事情。
汽車在某速度下的最小轉(zhuǎn)變變徑計算公式為：
mν22r=μmg
其中，m為汽車質(zhì)量，ν為汽車行駛速度，r為汽車最小轉(zhuǎn)彎半徑，μ為汽車輪胎與路面的摩擦系數(shù)，正常干燥瀝青路面的摩擦系數(shù)為0.6，雨天路面摩擦系數(shù)降為0.4，雪天則為0.28，因此汽車的最小轉(zhuǎn)彎半徑主要與汽車行駛速度、汽車輪胎質(zhì)量和路面狀況有關(guān)。
由上式可估算車長4700mm，寬1700mm的汽車在一擋以20km/s速度在μ=0.5的路面上行駛時，汽車最小轉(zhuǎn)彎半徑約為3m，因此空地距離車庫最近不應(yīng)小于4.7m。
為保證安全，設(shè)計空地距車庫的最小距離不小于9m，以保證充足空間使車出入庫。
2.5 車庫整體設(shè)計參數(shù)
本課題給出轎車的幾何參數(shù)為：車身長為4700mm，車身寬為1700mm，車身高為1550mm,總重是1600Kg。載車板為載車容器，其尺寸應(yīng)該大于轎車的尺寸，故載車板的尺寸初步定為：長L=4825mm,寬W=2000mm.為了保證載車板的自由運動，左右兩個立柱間的距離應(yīng)該大于載車板的寬度，因為這樣既有利于轎車的存取，也有利于載車板的安放，所以把左右兩個立柱間的距離定為7200mm,基坑的長度為6230mm。這是載車板和車庫框架的大體尺寸。
本章小結(jié)
本章從三層三列式立體車庫的原理和基本結(jié)構(gòu)出發(fā)，針對每一個基本結(jié)構(gòu)如鋼架結(jié)構(gòu)、載車板、升降橫移系統(tǒng)、安全防護(hù)機(jī)構(gòu)、控制系統(tǒng)等的分析比較提出了合理的設(shè)計方案，并對車庫外圍進(jìn)行了設(shè)計，確定了車庫的基本尺寸參數(shù)。
第3章 車庫基本機(jī)械結(jié)構(gòu)分析校核
3.1 鋼結(jié)構(gòu)的分析校核
3.1.1 進(jìn)行受力分析的基本假設(shè)[5]
由于車庫的實際受力情況很復(fù)雜，必須對它進(jìn)行必要的簡化和假設(shè)后才能進(jìn)行進(jìn)一步的受力分析，基本假設(shè)如下：
(1)停車庫單獨建立，不與其它建筑物相接;
(2)不計由于結(jié)構(gòu)陰面與陽面溫差引起的熱應(yīng)力;
(3)整體結(jié)構(gòu)無初始變形和缺陷：
(4)在靜態(tài)環(huán)境里，地震載荷與風(fēng)載荷作用忽略不計。
3.1.2 鋼結(jié)構(gòu)骨架的受力情況
鋼結(jié)構(gòu)受力主要包括：鋼結(jié)構(gòu)本身自重，結(jié)構(gòu)架上各停車位的車輛及固定叉梳重量，提升系統(tǒng)制動所產(chǎn)生的慣性力，驅(qū)動裝置的重力，頂部梁架所受滑輪組和配重的重力，它們以集中或均布方式作用。按基本載荷作用情況，將停車庫鋼結(jié)構(gòu)骨架結(jié)構(gòu)分析的計算工況分為表3-1所示的4種工況。
表3-1 車庫鋼結(jié)構(gòu)的計算工況
計算工況
計算載荷
序號
工況
說明
1
空載
每個車位均無車輛載荷
剛結(jié)構(gòu)自重、傳動系統(tǒng)重量和配重
2
對稱滿載
每個車位均有對稱分布的車輛載荷
工況1的載荷和車位上的車輛載荷
3
非對稱滿載
每個車位均按前后輪6:4分配的車輛載荷
工況1的載荷和車位上的車輛載荷
4
最大偏載
車庫一側(cè)車位無車，另一側(cè)車位均有按前后輪6:4分配的車輛載荷
工況1的載荷和車位上的車輛載荷
由有限元分析法可知，各工況鋼結(jié)構(gòu)骨架均在前輪放置一側(cè)兩邊立柱與下方橫梁交點處產(chǎn)生最大壓應(yīng)力，其中對稱載荷工況壓應(yīng)力最大。4種工況分別在鋼結(jié)構(gòu)骨架后輪放置一側(cè)立柱與基礎(chǔ)連接點處產(chǎn)生最大拉應(yīng)力，其中非對稱載荷工況拉應(yīng)力最大。[5]
3.1.3 校核計算
在車庫鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計中，包括軸心受力構(gòu)件、梁、拉彎和壓彎構(gòu)件的設(shè)計。進(jìn)行軸心受力構(gòu)件設(shè)計時，軸心受拉構(gòu)件應(yīng)滿足強(qiáng)度和剛度要求，軸心受壓構(gòu)件除應(yīng)滿足強(qiáng)度、剛度要求外，還應(yīng)滿足整體穩(wěn)定和局部穩(wěn)定要求。
設(shè)計時采用Q235碳素鋼，由文獻(xiàn)[5,131～141]，可知其屈服極限為235Mpa，抗拉強(qiáng)度為375-500Mpa。整體車庫鋼結(jié)構(gòu)許用位移為10mm。本車庫所限車型為小型車，最大容車重為1600kg，載車板重約700kg，所以每個車位所承受的最大重量為2300kg，在每個載車板上模擬汽車前后車輪位置，按照額定載荷6：4比例均勻放置集中載荷。
3.1.3．1 立柱穩(wěn)定性校核
前立柱為等截面立柱，受壓靜力，前立柱受力狀態(tài)簡化如圖3-1所示。兩中心壓桿的穩(wěn)定條件為：
n=PCP≥nw
其中： Pc--臨界載荷
P--工作載荷
n--安全系數(shù)
nw--許用安全系數(shù)
圖3-1 立柱受垂直力簡圖
（1）立柱的截面力學(xué)特性
由文獻(xiàn)[8，218～230]型鋼表可得HW 300X300型H型鋼
面積： A=120.4cm2
慣性矩：Ix=6760cm4，Iy=2050cm4
慣性半徑：ix=7.49cm，iy=13.05cm
（2）確定壓桿柔度
λ=μlimin=2×5007.49=33.51
其中：
壓桿全長為l=500cm
由文獻(xiàn)[9,1-153]可得壓桿長度系數(shù)u=2
求壓桿柔度范圍值λ1：
λ1=πEσP=π206×105220×102=96
其中：
彈性模量 E=206×105N/cm2
比例極限 σp=220×102N/cm2
求壓桿柔度范圍值
λ2=a-σsb
其中：
屈服極限σs=235×102N/cm2
常數(shù)查機(jī)械手冊1，l-1-07，
a= 30400N/cm2 ;b=112N/cm2
λ2=a-σsb=30400-23500112=1.6
若λ=133.51>λ1=96>λ2=61.6則前立柱屬于細(xì)長桿，應(yīng)按歐拉公式計算
臨界載荷。
（3）強(qiáng)度校核
設(shè)立柱空載時受載車板和上層鋼結(jié)構(gòu)載荷
G1=7000N
滿載時前立柱承受最大載荷
G2=5×7000×12+5×35×16000=65500N
則立柱的工作載荷
P前=12G2=65500×12=32750N
由歐拉公式得臨界載荷
Pc=nω2π2EI(2l）2
由文獻(xiàn)[9,1-152]查得，金屬結(jié)構(gòu)中的壓桿安全系數(shù)
nω=1.8~3,取nω=3,代入得
Pc=32×π2×206×105×11194.7(2×500)2=2.046×107N
前立柱的穩(wěn)定安全系數(shù)
n=PcP前=20463573.938750=528.09>nω=3
由上式可知安全。
若按插減系數(shù)法計算：
σ=PφA≤[σ]=σSnS
其中A—受力面積
P—工作載荷
[σ]—安全系數(shù)
ns—許用安全系數(shù)
φ一中心壓桿折減系數(shù)
σ=P前φA=387500.875×118.75=372.93<[σ]=σSnS=235003=7833.3MPa
安全裕度較大。
3.1.3.2 導(dǎo)軌支撐梁強(qiáng)度校核
前后導(dǎo)軌支撐梁均為兩點點支撐，承受作用力相同，故我們分析前導(dǎo)軌支撐梁，如果前導(dǎo)軌支撐梁在允許范圍之內(nèi)，則后導(dǎo)軌梁也必然符合設(shè)計要求。如圖3-2所示，簡支梁AB為兩點支撐，受均布載荷的作用，兩端全約束，且同樣為均布載荷。
圖3-2 導(dǎo)軌支撐梁受力分析簡圖
已知A、B兩點全約束 lAB=5.2m,E=2.1Gpa,Ix=6120cm4
均布載荷為：
q=2×12×（7000+16000）5.2=4423N/m
最大撓度為：
fmax=ql4384EI
計算得：
fmax=4423×5.24374×2.1×1011×6120×10-8=6.73×10-4m
面積A=117cm2
梁所承受的彎矩為
Mx=ql212(6ωRδ-1)
則導(dǎo)軌支撐梁所承受的最大彎矩為
Mmax=ql28=4423×5.228=14.95×103N.m
最大應(yīng)力為
σmax=MmaxWZ=14.95×1034.81×102=31.08MPa
根據(jù)文獻(xiàn)[8]“失效、安全系數(shù)和強(qiáng)度”理論，由于鋼結(jié)構(gòu)選用材料為Q235，
屈服強(qiáng)度為235MPa，取安全系數(shù)下n=2，所以許用應(yīng)力σ=74.9422Mpa。
可得σmax<[σ]，由強(qiáng)度理論可知：導(dǎo)軌支撐梁穩(wěn)定。
3.1.3.3 三層橫梁強(qiáng)度校核
三層橫梁可以簡化為固定梁，受力狀態(tài)如圖3-3所示。橫梁兩端固定，A、
B兩點產(chǎn)生相應(yīng)的支反力RA和RB。
圖3-3 三層橫梁受力簡圖及彎矩圖
所承受的主要是拉壓受力，所以我們只對其正應(yīng)力進(jìn)行分析。
梁所承受的彎矩為：Mx=Pl(ε-ωRa)
最大彎矩為：
Mmax=Pa2l
其中P=F1=F2=12F車+F載=13.5KN
代入得：
Mmax=Pa2l=16.875Mpa
最大正應(yīng)力為：
σmax=MmaxWx
其中Wx為抗彎截面系數(shù)，由文獻(xiàn)[9]查得W=325cm3
由此可得
σmax=MmaxWx=16.875×1063.25×105MPa=51.92MPa<[σ]=117.5MPa
則由彎曲強(qiáng)度理論可知：三層橫梁穩(wěn)定。
3.2 立體車庫傳動系統(tǒng)設(shè)計
機(jī)械傳動系統(tǒng)安裝在鋼結(jié)構(gòu)骨架上，由傳動部件和張緊裝置組成。停車托架與傳動鏈條相連，驅(qū)動裝置和機(jī)械傳動系統(tǒng)驅(qū)動托架循環(huán)運行，實現(xiàn)車輛的存取和停放。
3.2.1 橫移載車板動力計算
3.2.1.1 主要參數(shù)的確定
橫移運動行程 s = 2400mm
橫移運動時間 t = 20s
橫移速度F，主要由設(shè)備運行周期，周圍環(huán)境的安全性，載車運行時的平穩(wěn)性等因素確定。
V=St=240020=120mm/s
行走輪直徑：由結(jié)構(gòu)尺寸及輪壓等因素決定，行走輪直徑確定為140mm。
橫移載車板自重 W下=7000N
載車板額定載荷 W車=16000N
3.2.1.2 功率計算
電機(jī)輸出軸轉(zhuǎn)速n計算：
n=VπD=120π×140=0.48r /s=16.4r/min
其中：橫移速度V=120mm/s
行走輪直徑D=140mm
驅(qū)動力矩M計算：
由文獻(xiàn)[9]表1-1-7、1-1-9、1-1-10查得：
行走輪與鋼導(dǎo)數(shù)的靜摩擦系數(shù)：μ靜=0.15
行走輪與鋼導(dǎo)數(shù)的滾動摩擦系數(shù)：μ1=0.05
滾動軸承的摩擦系數(shù)：μ2=0.0015
正壓力：P=W下+W車=23000N
則：
起動驅(qū)動力矩：M起=PRμ=23000×0.04×0.15=138N.m
走驅(qū)動力矩：M=PRμ1+μ2=23000×0.04×0.05+0.0015=47.38N.m
M起M=13847.38=2.91
電機(jī)功率計算 ：
M=9549Nn
N=Mn9549=47.38×16.49549=0.081KWN起=M起n9549=138×16.49549=0.24KW
N起N=0.240.081=2.96
由于結(jié)構(gòu)緊湊，容納電機(jī)的空間狹小，選擇臺灣明椿電氣的減速電機(jī)，其參數(shù)如下：
輸出扭矩：T2=58.34N/m
輸出轉(zhuǎn)速：n2=34.9r/min
功率：N=0.2KW
載車板的額定載荷是承載的最高上限，實際使用概率很小，通?？梢圆窜嚨能囕v的重量都在1000kg-1600kg之間這是由車型所決定的，所以功率不需留余量，選擇0.2KW的電機(jī)比較經(jīng)濟(jì)電機(jī)允許短時超載，靜摩擦引起的大起動阻力矩不會造成電機(jī)損壞。
3.2.2 傳動軸的分析校核
本文中立體車庫的升降部分和橫移部分均采用鏈傳動輸入動力。鏈傳動由主動輪、從動輪和繞在鏈輪上的鏈條組成。鏈傳動的特點：能保證準(zhǔn)確的平均傳動比；傳動效率高，可達(dá)到0.95～0.98；作用在軸上的壓力較?。荒茉诟邷?、油污等惡劣環(huán)境工作。
軸在升降傳動系統(tǒng)和橫移傳動系統(tǒng)中都是特別重要的，它不但影響著傳動的好壞還影響著車輛的安全，在軸的設(shè)計中，按照常規(guī)設(shè)計方法，先進(jìn)行初算軸，然后進(jìn)行軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計，確定軸徑后，再對軸的強(qiáng)度進(jìn)行校核。
根據(jù)實際情況確定危險截面，求出該截面的彎曲應(yīng)力和扭轉(zhuǎn)應(yīng)。
σa=σmax=MW
τa=τmax=Twp（循環(huán)特征為對稱循環(huán)，脈動循環(huán)）
再考慮應(yīng)力集中等方面的因素，按交變應(yīng)力狀態(tài)的疲勞強(qiáng)度的公式進(jìn)行該截面安全系數(shù)的校核計算，
S=SσSτSσSτ≥[S]Sσ=σ-1Kσβεσσa+ψσσmSσ=σ-1Kτβεττa+ψττm
其中： σ-1,τ-1——對稱循環(huán)應(yīng)力時的疲勞極限和扭轉(zhuǎn)疲勞極限
Kσ,Kτ——正應(yīng)力有效應(yīng)力集中系數(shù)和剪應(yīng)力有效應(yīng)力集中系數(shù)
β——表面質(zhì)量系數(shù)
ε——尺寸系數(shù)
[s]——許用安全系數(shù)值
通過校核就可以確定軸的直徑。
3.2.2.1 橫移傳動空軸校核
橫移電機(jī)型號為CLPK22040303，輸出的最大扭矩為65.94N.m，鏈傳動最大傳動效率為0.98
T=0.98T電機(jī)=0.98×65.94=64.6212N.m
空心軸的抗扭截面系數(shù)為
Wt=π16D(D4-d4)=π16×50(504-454)×10-9=40.626×10-6m3
軸的最大切應(yīng)力為
τmax=TWt=64.621240.626×10-6=1.59×106Pa=1.59MPa<[τ]=60MPa
故軸滿足強(qiáng)度要求。
3.2.2.2 提升傳動空軸校核
載車板自重 W載=7000N
載車板額定載荷 W車=16000N
W總=T電機(jī)×0.96×n
T電機(jī)≥230000.96×16.4=1460.9N.m
為安全和穩(wěn)定起見選用提升電機(jī)型號臺灣明椿MLPK55370603，功率3.7KW，輸出的最大扭矩為1515.82N.m。
鏈傳動最大傳動效率為0.98
T=0.98T電機(jī)=0.98×1515.82=1485.503Nm
鋼管型號為60x6
空心軸的抗扭截面系數(shù)為
Wt=π16D(D4-d4）=π16×60（604-544）×10-9=70.202×10-6m3
軸的最大切應(yīng)力為
τmax=TWt=1485.50370.202×10-6=21.16×106Pa=21.16MPa<[τ]=70MPa
故軸滿足強(qiáng)度要求。
3.2.2.3 橫移轉(zhuǎn)軸的校核
圖3-4 軸受力示意圖
軸的受力如圖3-4所示，上面章節(jié)已求得：
起動驅(qū)動力矩即最大阻力距：mA=PRμ=23000×0.04×0.15=138N.m
電機(jī)最大輸出力矩：T=0.98T電機(jī)=0.98×65.94=64.6214N.m
電機(jī)功率為0.2KW
軸采用45#鋼制造，得： A0=126
[τT]=25MPa
n=23r/min
dmin=A03P1n=12630.2×0.9823mm=24.677mm
軸上最小直徑為24mm，可知dmin>24
雖然鍵槽、軸肩及過渡配合所引起的應(yīng)力集中均將削弱軸的疲勞強(qiáng)度，但由于軸的最小直徑是按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度較為寬裕確定的，所以截面I，II，B均無需校核。因此，只需要校核截面A。
由文獻(xiàn)[10]表15-4可得
W=πd332-bt(d-t)22d=1250.96N.mm
WT=πd316-bt(d-t)22d=2784.17N.mm
橫移載車框架自重 W上=12000N
載車板額定載荷 W車=16000N
F壓=120004+16000×0.62=7800N
M=F壓×S=7800×50=390000N.mm
σca=（MW）2+4(αT2W)2=36MPa
據(jù)文獻(xiàn)[10]表15-1可知45號鋼許用彎曲應(yīng)力：[σ-1]=55MPa。
因此σca<[σ-1]，故安全。
3.2.3 載車板提升鏈分析校核
本提升裝置采用鏈條傳動型式的傳動機(jī)構(gòu)來提升，載車板的兩個端面各有2個鏈輪，也各有2根定長的鏈條繞在鏈輪上，初始位置載車板水平，當(dāng)提升電機(jī)帶動載車板向上提升時，由于鏈條是定長的，所以不管是上升還是下降，載車板始終保持水平。
整個傳動機(jī)構(gòu)分析，載車板在鏈條的約束下，提升過程中不會出現(xiàn)擺動的現(xiàn)象，使整個提升過程非常平穩(wěn)，對于升降橫移式立體車庫，在選擇鏈條時，按照低速鏈處理(ν<0.6m/s)，而不是按高速鏈的方法來選擇，由鏈條的靜強(qiáng)度來確定鏈條節(jié)距。由文獻(xiàn)[10]公式14.21得， 鏈條的靜強(qiáng)度計算公式為：
S=QFt
Ft=1000Pν
ν=KAPπn6000sin(π2Z)
得：
SKA6×107Psin(π2Z)Pπn=Q
所選擇的鏈條必須滿足：
SKA6×107Psin(π2z)πn≤PQ
式中： S--安全系數(shù)，一般為4～8；
KA--鏈條工況系數(shù)，取KA=1.2
P--提升電機(jī)功率
z--鏈輪的齒數(shù)
n--鏈輪的轉(zhuǎn)速
p--所選鏈輪的節(jié)距
根據(jù)上式很容易確定所需要的鏈條。
主要參數(shù)確定：
載板升降速度：t下=20s， t上=25s
行程： S=1850mm
V下=St下=185025=74mm/s
V上=St下=185020=92.5mm/s
由上式確定鏈條的型號，也就是求出鏈條的抗拉載荷。由于動力源是電動機(jī)，而且根據(jù)轎車和托盤的重量，可以知道提升機(jī)構(gòu)屬于中型升降機(jī)，由文獻(xiàn)[11]表14.1可得20A鏈在單排是抗拉載荷是86.7KN，選擇20A號鏈作為本設(shè)計的傳動鏈。
由表14.1得到滾子鏈的具體參數(shù)如下：
內(nèi)鏈節(jié)內(nèi)寬b1 18.90㎜
內(nèi)鏈節(jié)外寬b2 27.46㎜
外鏈節(jié)外寬b3 27.51㎜
節(jié)距 p 31.75㎜
滾子直徑d1 19.05㎜
由升降系統(tǒng)傳動示意圖得鏈條的長度L： L＞1800mm
考慮到鏈條與鏈輪的嚙合和其它因素，決定?。篖=2000mm
則鏈條的節(jié)數(shù)n為：n=L/p=2000/31.75≈63
平衡鏈承重約為提升載荷的1/4，上升時提升鏈承載是提升載荷的1/2。
載車板自重 w下=7000N
載車板額定載荷 W車=16000N
所以，平衡鏈拉力：
F平=14(W上+W車）=14(7000+16000)=5750N
提升鏈拉力：
F升=12(W上+W車）=12(7000+16000)=11500N
圓周力
Ft=1000PdV
設(shè)計功率：
Pd=KAP
由文獻(xiàn)[9,2-13-84]表13-2-3查得，KA=1.2
鏈條傳遞功率P=F升V上×10-3=11500×92.5×10-3=1.06KW（N.m/s)
Pd=KA.P=1.2×1.06=1.272KW
Ft=1000PdV=1000×1.4840.12=1.06×104N
因而鏈條靜強(qiáng)度
S=QFt=8670010600=8.18>[S]=8
故滿足要求。
本章小結(jié)
車庫的機(jī)械結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)定性，以及合理的動力傳遞是車庫設(shè)計的關(guān)鍵部分，本章首先對車庫的鋼架結(jié)構(gòu)進(jìn)行了受力分析和校核計算，然后對升降橫移系統(tǒng)的動力系統(tǒng)進(jìn)行了分析計算，從而確定了符合安全要求的電機(jī)、傳動軸和提升鏈。
第4章 控制系統(tǒng)設(shè)計
4.1 整體線路結(jié)構(gòu)設(shè)計
4.1.1 檢測點分布
(1) 載車板上汽車停放到位否檢測
采用光電開關(guān)在底層進(jìn)行掃描檢測。光電開關(guān)的接收器和發(fā)射器分別安裝在底層左右兩邊， 在載車板前后位置均進(jìn)行檢測， 當(dāng)有車輛停放不到位時， 車就把光電關(guān)光源擋住，此時系統(tǒng)不能動作，只有車輛停放到位后,系統(tǒng)才能正常工作。
(2) 載車板上有無車檢測在每個載車板上的一條對角線上安放一套光電開關(guān)， 用于檢測載車板上有無車。
(3) 載車板平移運動是否到位檢測
只有下層載車板有平移運動，在每個車位上分別安裝一只限位開關(guān)，用于檢測載車板平移運動是否到位。
(4) 載車板升降是否到位檢測
只有上層載車板有升降運動，在每個載車板垂直運動的軌道上，在低層和上層分別安裝一只限位開關(guān)，用于檢測載車板下降和上升是否到位。
(5) 上層載車板吊鉤是否掛好檢測
控制吊鉤動作的電磁鐵上有一反饋信號,可用于指示吊鉤是否已把載車板掛好。
4.1.2 控制點分布
(1) 一層載車板左右平移控制
一層載車板有兩個,每個載車板只有左右移動兩個動作，采用帶自動抱閘的三相交流電機(jī)控制。
(2) 二層載車板升降橫移運動控制
二層載車板有兩個，每個載車板有橫移、升降四個動作,采自動抱閘的三相交流電機(jī)控制。
(3) 三層載車板升降運動控制
三層載車板有三個，每個載車板只有升降兩個動作，采用帶自動抱閘的三相交流電機(jī)控制。
(4) 吊鉤動作控制
只有二、三層的載車板使用吊鉤，每個載車板用2套吊鉤，吊鉤用電磁鐵控制。
4.1.3 電氣線路圖
根據(jù)依據(jù)需要控制的電機(jī)、電磁鐵和檢測點等條件，建立電氣線路，如圖4-1所示。
圖4-1 電氣線路圖
4.2 PLC的接線
在升降橫移式立體停車庫中，控制系統(tǒng)中主控單元的主要控制對象首先是車庫內(nèi)的橫移電機(jī)和升降電機(jī)，控制系統(tǒng)就是使它們在不同的時間內(nèi)實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)，其次是車庫內(nèi)的各種輔助裝置，如指示燈及其各種安全設(shè)施等。為了保證載車板能橫移到預(yù)定位置以及載車板能上升或下降到指定位置，采用了行程開關(guān)。為了判斷載車板上有無車輛，采用了光電開關(guān)。同時在車庫中還采用了一些傳感器如煙溫傳感器以及安全預(yù)警裝置，其接線示意圖如圖4-2。
圖4-2 PLC接線示意圖
4.3 電機(jī)控制及其接線
升降橫移不能同時進(jìn)行，這兩個動作必須是互鎖的，即當(dāng)上層車位在升降時，地面層車位在存取車時車位的升降不能同時進(jìn)行，車位的升降和不能移動，反之亦然，并且上層車位每次只能有一個車位進(jìn)行上下升降運動。這些在程序中可采用聯(lián)鎖和互鎖的方法來解決。如圖4.3所示。
圖4-3 電機(jī)控制原理圖
4.4 PLC控制程序設(shè)計流程［11］
本文所設(shè)計的PLC存取車控制系統(tǒng)只針對上2層和3層的車位，而對于1層車位，存取車直接開進(jìn)開出即可?？刂栖浖捎锰菪螆D語言編寫。程序流程見圖4-4。需要說明的是，載車板用鏈條依靠載車板上的吊點懸吊在托架上,在靜止?fàn)顟B(tài)時，防墜（安全）掛鉤掛住載車板。在設(shè)計不同層進(jìn)出車程序時運用了“ 并行分支與匯合”的技巧，所謂并行分支指的是各分支流程可同時執(zhí)行，待各流程動作全部結(jié)束后，根據(jù)相應(yīng)執(zhí)行條件，匯合狀態(tài)動作。即如果選擇第3層載車板進(jìn)出車，可以使一層二層同時平移左移或右移，這樣，控制系統(tǒng)能自動處理設(shè)備動作順序之間的聯(lián)鎖或雙重輸出， 而且控制系統(tǒng)的試運行及故障檢查非常方便，可節(jié)約大量時間，提高工作效率。
圖4-4 存取車程序流程圖
程序所用狀態(tài)元件、定時器及數(shù)據(jù)存儲器均選用具有掉電保護(hù)功能的元件， 當(dāng)系統(tǒng)掉電時元件保持掉電前的狀態(tài)，以保存現(xiàn)場信息，待上電后繼續(xù)完成被中斷的動作當(dāng)發(fā)生意外情況時，按下急停按鈕中止系統(tǒng)的運行并保存現(xiàn)場斷點信息當(dāng)出現(xiàn)電氣或機(jī)械故障時，如電機(jī)過載、過熱時自動中止系統(tǒng)運行，并發(fā)出聲光報警，同時系統(tǒng)轉(zhuǎn)人手動方式進(jìn)行故障處理。[12]
本升降橫移式立體停車庫控制系統(tǒng)分為兩種工作方式：手動方式和全自動方式，可用開關(guān)來進(jìn)行選擇。其中手動方式主要用于調(diào)試維修或應(yīng)急情況，也就是通過PLC實現(xiàn)“點動”，即當(dāng)選擇了車位號后，再按下“上”、“下”、“左”、“右”鍵，就可以把載車板調(diào)整到預(yù)定的位置。全自動方式是立體停車庫的正常工作方式，當(dāng)鍵入某載車板進(jìn)出命令后，系統(tǒng)可自動判斷路徑并移動載車板，自動完成進(jìn)出載車板動作，記憶各載車板新的車位狀態(tài)，并刷新載車板有無車信息。在立體停車庫的控制系統(tǒng)中，最主要的是要解決載車板的問題，如當(dāng)車輛要從某一載車板取下時，我們要移開它下面的所有載車板，這樣就涉及到怎樣移開的問題，怎樣移動才能使得所花的時間最少，移動的方式最簡單，同時車位的移動引起的車位變化也需要我們用計算機(jī)進(jìn)行記憶，等下一次存取車的時候我們才能重新進(jìn)行車位的移動，不至于引起混亂。
程序設(shè)計中，采用了模塊化的編程形式，整個程序包括主程序模塊、手動按鍵子程序模塊、緊急停車按鍵子程序模塊、初始化程序模塊、存取車位號賦值程序模塊、空車位號與移動車位號賦值程序模塊、載車板平移運動程序模塊(如圖4.5所示)、光電開關(guān)子程序模塊、載車板升降運動程序模塊（如圖4.6所示）和故障報警子程序模塊。 車位運行過程中只需調(diào)用子程序模塊，這樣大大降低了程序的復(fù)雜程度，方便了程序的修改，而且對于車位的拓展提供了便利的條件。當(dāng)車位從層數(shù)或排數(shù)上增加時，只需就其中的一個子程序和主程序進(jìn)行相應(yīng)的改動，而其它的子程序基本不必改動，大大減輕了以后重新編程的任務(wù)。在全自動方式下由于載車板的位置是隨機(jī)的，即使對于二、三層的同一載車板進(jìn)出車時，它下層載車板的位置也可能不同，我們不可能把每一種情況都編制一個程序，經(jīng)過分析，我們發(fā)現(xiàn)同一層載車板的進(jìn)出動作是相似的，可以把載車板進(jìn)行分層處理，同一層的使用同一類處理程序，就樣就使得程序大大減化了。[13]為了減少進(jìn)出車的時間，軟件在設(shè)計不同層處理程序時采用“并行分支與匯合”的技巧，即如果選擇三層載車板的進(jìn)出，可以使一層和二層同時平移，這樣可以節(jié)約大量的時間，提高效率[14]
圖4-5 載車板平移運動模塊軟件流程[13]
圖4-6 載車板升降運動程序模塊軟件流程[13]
主程序控制整個車庫的運行情況，調(diào)用子程序處理各種請求，當(dāng)開機(jī)后，車庫控制系統(tǒng)處于待命狀態(tài)，當(dāng)進(jìn)行車輛存取時，先存下層車位，然后再存上層車位，一層車位的存取直接進(jìn)行，一層以上車位的存取要進(jìn)行車位的橫移和升降才能完成。在主程序中有自動程序和手動程序的轉(zhuǎn)換開關(guān);有出現(xiàn)緊急情況時的總停開關(guān)；有正常運行時的運行指示燈，當(dāng)有人進(jìn)入車庫時，由于人擋住了光電開關(guān)，運行燈停止，車庫自動停止運行；還有每個車位和立柱兩側(cè)的光電開關(guān)用它們來檢測車輛，當(dāng)檢測到不符合規(guī)定的項目時，車庫不能運行。
本章小結(jié)
控制系統(tǒng)也立體車庫的另一個重要部分，本章主要對車庫的控制系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)進(jìn)行了分析和設(shè)計，硬件部分主要是總體電路結(jié)構(gòu)設(shè)計包括光電檢知裝置的分布、控制點的分布、PLC及電機(jī)的接線，軟件部分主要分析了PLC軟件的設(shè)計流程。
結(jié) 論
隨著汽車在我國家庭中的普及，停車難已成為影響居民生活的一個難題，采用機(jī)械式立體車庫替代平面停車是未來發(fā)展的一個必然趨勢。升降橫移式立體車庫采用模塊化設(shè)計，每單元可設(shè)計成兩層、三層、四層、五層、半地下等多種形式，車位數(shù)從幾個到上百個。此立體車庫適用于地面及地下停車場，配置靈活，造價較低。升降橫移式立體車庫廣泛被廣泛應(yīng)用，有利于解決我國居民停車難的問題，因此這個選題具有重大的現(xiàn)實意義和良好的市場前景。
本文在參閱了國內(nèi)外有關(guān)立體停車庫的大量資料的前提下，對三層三列式七車位升降橫移式立體車庫機(jī)械結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)進(jìn)行細(xì)致研究。首先，通過查閱資料和調(diào)研，對自動化立體車庫的發(fā)展歷程和發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行了分析，對幾種常見的立體車庫進(jìn)行比較，并分析了升降橫移式立體車庫的特點，總結(jié)了研究升降橫移式立體車庫的意義。
其次，確定基本設(shè)計思路和車庫的結(jié)構(gòu)方案，在掌握車庫工作原理和基本組成的基礎(chǔ)上，對車庫各機(jī)械結(jié)構(gòu)方案、控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化選擇，確定了車庫車庫的基本參數(shù),并對鋼結(jié)構(gòu)系統(tǒng)和升降橫移機(jī)構(gòu)及其傳動系統(tǒng)的可靠性進(jìn)行了校核計算。
最后，針對智能立體車庫的功能要求，提出了控制系統(tǒng)的詳細(xì)方案。為達(dá)到車庫中的檢測要求，確定了經(jīng)濟(jì)而適用的傳感器。在車庫自動控制系統(tǒng)中，選用了歐姆龍公司的CZOOH型PLC可編程控制器，并對PLC功能和特點進(jìn)行詳細(xì)的分析，給出了接線圖和部分控制程序流程。
由于時間和個人能力的限制，雖然經(jīng)過仔細(xì)調(diào)研、查閱資料并認(rèn)真分析計算，設(shè)計中存在了錯誤和不足仍在所難免，希望得到各位老師的批評指導(dǎo)。
致 謝
我所選的課題是立體車庫設(shè)計。由于立體停車場是一項新興的產(chǎn)業(yè),我對它的了解很少,僅有的了解也是通過網(wǎng)絡(luò)上獲得的，選定課題后的一段時間內(nèi)我都處于在查閱資料的過程中。在忙于畢業(yè)設(shè)計的同時，我還面臨就業(yè)的壓力，并且由于入冬