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Automobile Brake System
The braking system is the most important system in cars. If the brakes fail, the result can be disastrous. Brakes are actually energy conversion devices, which convert the kinetic energy (momentum) of the vehicle into thermal energy (heat).When stepping on the brakes, the driver commands a stopping force ten times as powerful as the force that puts the car in motion. The braking system can exert thousands of pounds of pressure on each of the four brakes.
Two complete independent braking systems are used on the car. They are the service brake and the parking brake.
The service brake acts to slow, stop, or hold the vehicle during normal driving. They are foot-operated by the driver depressing and releasing the brake pedal. The primary purpose of the brake is to hold the vehicle stationary while it is unattended. The parking brake is mechanically operated by when a separate parking brake foot pedal or hand lever is set.
The brake system is composed of the following basic components: the “master cylinder” which is located under the hood, and is directly connected to the brake pedal, converts driver foot’s mechanical pressure into hydraulic pressure. Steel “brake lines” and flexible “brake hoses” connect the master cylinder to the “slave cylinders” located at each wheel. Brake fluid, specially designed to work in extreme conditions, fills the system. “Shoes” and “pads” are pushed by the slave cylinders to contact the “drums” and “rotors” thus causing drag, which (hopefully) slows the car.
The typical brake system consists of disk brakes in front and either disk or drum brakes in the rear connected by a system of tubes and hoses that link the brake at each wheel to the master cylinder (Figure).
Basically, all car brakes are friction brakes. When the driver applies the brake, the control device forces brake shoes, or pads, against the rotating brake drum or disks at wheel. Friction between the shoes or pads and the drums or disks then slows or stops the wheel so that the car is braked.
In most modern brake systems (see Figure 15.1), there is a fluid-filled cylinder, called master cylinder, which contains two separate sections, there is a piston in each section and both pistons are connected to a brake pedal in the driver’s compartment. When the brake is pushed down, brake fluid is sent from the master cylinder to the wheels. At the wheels, the fluid pushes shoes, or pads, against revolving drums or disks. The friction between the stationary shoes, or pads, and the revolving drums or disks slows and stops them. This slows or stops the revolving wheels, which, in turn, slow or stop the car.
The brake fluid reservoir is on top of the master cylinder. Most cars today have a transparent r reservoir so that you can see the level without opening the cover. The brake fluid level will drop slightly as the brake pads wear. This is a normal condition and no cause for concern. If the level drops noticeably over a short period of time or goes down to about two thirds full, have your brakes checked as soon as possible. Keep the reservoir covered except for the amount of time you need to fill it and never leave a cam of brake fluid uncovered. Brake fluid must maintain a very high boiling point. Exposure to air will cause the fluid to absorb moisture which will lower that boiling point.
The brake fluid travels from the master cylinder to the wheels through a series of steel tubes and reinforced rubber hoses. Rubber hoses are only used in places that require flexibility, such as at the front wheels, which move up and down as well as steer. The rest of the system uses non-corrosive seamless steel tubing with special fittings at all attachment points. If a steel line requires a repair, the best procedure is to replace the compete line. If this is not practical, a line can be repaired using special splice fittings that are made for brake system repair. You must never use copper tubing to repair a brake system. They are dangerous and illegal.
Drum brakes, it consists of the brake drum, an expander, pull back springs, a stationary back plate, two shoes with friction linings, and anchor pins. The stationary back plate is secured to the flange of the axle housing or to the steering knuckle. The brake drum is mounted on the wheel hub. There is a clearance between the inner surface of the drum and the shoe lining. To apply brakes, the driver pushes pedal, the expander expands the shoes and presses them to the drum. Friction between the brake drum and the friction linings brakes the wheels and the vehicle stops. To release brakes, the driver release the pedal, the pull back spring retracts the shoes thus permitting free rotation of the wheels.
Disk brakes, it has a metal disk instead of a drum. A flat shoe, or disk-brake pad, is located on each side of the disk. The shoes squeeze the rotating disk to stop the car. Fluid from the master cylinder forces the pistons to move in, toward the disk. This action pushes the friction pads tightly against the disk. The friction between the shoes and disk slows and stops it. This provides the braking action. Pistons are made of either plastic or metal. There are three general types of disk brakes. They are the floating-caliper type, the fixed-caliper type, and the sliding-caliper type. Floating-caliper and sliding-caliper disk brakes use a single piston. Fixed-caliper disk brakes have either two or four pistons.
The brake system assemblies are actuated by mechanical, hydraulic or pneumatic devices. The mechanical leverage is used in the parking brakes fitted in all automobile. When the brake pedal is depressed, the rod pushes the piston of brake master cylinder which presses the fluid. The fluid flows through the pipelines to the power brake unit and then to the wheel cylinder. The fluid pressure expands the cylinder pistons thus pressing the shoes to the drum or disk. If the pedal is released, the piston returns to the initial position, the pull back springs retract the shoes, the fluid is forced back to the master cylinder and braking ceases.
The primary purpose of the parking brake is to hold the vehicle stationary while it is unattended. The parking brake is mechanically operated by the driver when a separate parking braking hand lever is set. The hand brake is normally used when the car has already stopped. A lever is pulled and the rear brakes are approached and locked in the “on” position. The car may now be left without fear of its rolling away. When the driver wants to move the car again, he must press a button before the lever can be released. The hand brake must also be able to stop the car in the event of the foot brake failing. For this reason, it is separate from the foot brake uses cable or rods instead of the hydraulic system.
Anti-lock Brake System
Anti-lock brake systems make braking safer and more convenient, Anti-lock brake systems modulate brake system hydraulic pressure to prevent the brakes from locking and the tires from skidding on slippery pavement or during a panic stop.
Anti-lock brake systems have been used on aircraft for years, and some domestic car were offered with an early form of anti-lock braking in late 1990’s. Recently, several automakers have introduced more sophisticated anti-lock system. Investigations in Europe, where anti-lock braking systems have been available for a decade, have led one manufacture to state that the number of traffic accidents could be reduced by seven and a half percent if all cars had anti-lock brakes. So some sources predict that all cars will offer anti-lock brakes to improve the safety of the car.
Anti-lock systems modulate brake application force several times per second to hold the tires at a controlled amount of slip; all systems accomplish this in basically the same way. One or more speed sensors generate alternating current signal whose frequency increases with the wheel rotational speed. An electronic control unit continuously monitors these signals and if the frequency of a signal drops too rapidly indicating that a wheel is about to lock, the control unit instructs a modulating device to reduce hydraulic pressure to the brake at the affected wheel. When sensor signals indicate the wheel is again rotating normally, the control unit allows increased hydraulic pressure to the brake. This release-apply cycle occurs several time per second to “pump” the brakes like a driver might but at a much faster rate.
In addition to their basic operation, anti-lock systems have two other things in common. First, they do not operate until the brakes are applied with enough force to lock or nearly lock a wheel. At all other times, the system stands ready to function but does not interfere with normal braking. Second, if the anti-lock system fail in any way, the brakes continue to operate without anti-lock capability. A warning light on the instrument panel alerts the driver when a problem exists in the anti-lock system.
The current Bosch component Anti-lock Braking System (ABSⅡ), is a second generation design wildly used by European automakers such as BWM, Mercedes-Benz and Porsche. ABSⅡ system consists of : four wheel speed sensor, electronic control unit and modulator assembly.
A speed sensor is fitted at each wheel sends signals about wheel rotation to control unit. Each speed sensor consists of a sensor unit and a gear wheel. The front sensor mounts to the steering knuckle and its gear wheel is pressed onto the stub axle that rotates with the wheel. The rear sensor mounts the rear suspension member and its gear wheel is pressed onto the axle. The sensor itself is a winding with a magnetic core. The core creates a magnetic field around the winding, and as the teeth of the gear wheel move through this field, an alternating current is induced in the winding. The control unit monitors the rate o change in this frequency to determine impending brake lockup.
The control unit’s function can be divided into three parts: signal processing, logic and safety circuitry. The signal processing section is the converter that receives the alternating current signals form the speed sensors and converts them into digital form for the logic section. The logic section then analyzes the digitized signals to calculate any brake pressure changes needed. If impending lockup is sensed, the logic section sends commands to the modulator assembly.
Modulator assembly
The hydraulic modulator assembly regulates pressure to the wheel brakes when it receives commands from the control utuit. The modulator assembly can maintain or reduce pressure over the level it receives from the master cylinder, it also can never apply the brakes by itself. The modulator assembly consists of three high-speed electric solenoid valves, two fluid reservoirs and a turn delivery pump equipped with inlet and outlet check valves. The modulator electrical connector and controlling relays are concealed under a plastic cover of the assembly.
Each front wheel is served by electric solenoid valve modulated independently by the control unit. The rear brakes are served by a single solenoid valve and modulated together using the select-low principle. During anti-braking system operation, the control unit cycles the solenoid valves to either hold or release pressure the brake lines. When pressure is released from the brake lines during anti-braking operation, it is routed to a fluid reservoir. There is one reservoir for the front brake circuit. The reservoirs are low-pressure accumulators that store fluid under slight spring pressure until the return delivery pump can return the fluid through the brake lines to the master cylinder.
汽車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)
制動(dòng)系統(tǒng)是汽車(chē)中最重要的系統(tǒng)。 如果制動(dòng)失靈，結(jié)果可能是損失慘重的。制動(dòng)器實(shí)際就是能量轉(zhuǎn)換裝置，它將汽車(chē)的動(dòng)能（動(dòng)量）轉(zhuǎn)化成熱能（熱量）。當(dāng)駕駛員踩下制動(dòng)踏板，所產(chǎn)生的制動(dòng)力是汽車(chē)運(yùn)動(dòng)時(shí)動(dòng)力的10倍。制動(dòng)系統(tǒng)能對(duì)四個(gè)剎車(chē)系統(tǒng)中的每個(gè)施加數(shù)千磅的力。
每輛汽車(chē)上使用兩個(gè)完全獨(dú)立的制動(dòng)系統(tǒng)，即行車(chē)制動(dòng)器和駐車(chē)制動(dòng)器。
行車(chē)制動(dòng)器起到減速、停車(chē)、或保持車(chē)輛正常行駛。制動(dòng)器是由司機(jī)用腳踩、松制動(dòng)器踏板來(lái)控制的。駐車(chē)制動(dòng)器的主要作用就是當(dāng)車(chē)內(nèi)無(wú)人的時(shí)候，汽車(chē)能夠保持靜止。當(dāng)獨(dú)立的駐車(chē)制動(dòng)器—踏板或手桿，被安裝時(shí)，駐車(chē)制動(dòng)器就會(huì)被機(jī)械地操作。
制動(dòng)系統(tǒng)是由下列基本的成分組成:位于發(fā)動(dòng)機(jī)罩下方，而且直接地被連接到制動(dòng)踏板的“制動(dòng)主缸”把駕駛員腳的機(jī)械力轉(zhuǎn)變?yōu)橐簤毫?。鋼制的“制?dòng)管路”和有柔性的“制動(dòng)軟管”把制動(dòng)主缸連接到每個(gè)輪子的“制動(dòng)輪缸”上。 制動(dòng)液, 特別地設(shè)計(jì)為的是工作在極端的情況，填充在系統(tǒng)中?！爸苿?dòng)盤(pán)”和“襯塊”是被制動(dòng)輪缸推動(dòng)接觸“圓盤(pán)”和“回轉(zhuǎn)體”如此引起緩慢的拖拉運(yùn)動(dòng), (希望)使汽車(chē)減慢速度。
典型的制動(dòng)系統(tǒng)布置有前后盤(pán)式，前盤(pán)后鼓式，各個(gè)車(chē)輪上的制動(dòng)器通過(guò)一套管路系統(tǒng)連接到制動(dòng)主缸上。
基本上講，所有的汽車(chē)制動(dòng)器都是摩擦制動(dòng)器。當(dāng)司機(jī)剎車(chē)時(shí)，控制裝置會(huì)迫使制動(dòng)蹄，或制動(dòng)襯片與車(chē)輪處的旋轉(zhuǎn)的制動(dòng)鼓或制動(dòng)盤(pán)接觸。接觸后產(chǎn)生的摩擦使車(chē)輪轉(zhuǎn)動(dòng)減慢或停止，這就是汽車(chē)的制動(dòng)。
在最基本的制動(dòng)系統(tǒng)中，有一個(gè)制動(dòng)主缸，這個(gè)主缸內(nèi)部填充制動(dòng)液，并包含兩個(gè)部分，每個(gè)部分里都有一個(gè)活塞，兩個(gè)活塞都連接駕駛室里的制動(dòng)踏板。當(dāng)制動(dòng)踏板被踩下時(shí)，制動(dòng)液會(huì)從制動(dòng)主缸流入輪缸。在輪缸中，制動(dòng)液推動(dòng)制動(dòng)蹄或制動(dòng)襯片與旋轉(zhuǎn)的制動(dòng)鼓或制動(dòng)盤(pán)接觸。靜止的制動(dòng)蹄或制動(dòng)襯片與旋轉(zhuǎn)的制動(dòng)鼓或制動(dòng)盤(pán)之間產(chǎn)生摩擦力使汽車(chē)的運(yùn)動(dòng)逐漸減緩或停止。
制動(dòng)液的裝置位于主缸的頂部。目前大多數(shù)的車(chē)都有一個(gè)容易看見(jiàn)的裝制動(dòng)液的裝置，為的是不用打開(kāi)蓋子就可以看得見(jiàn)制動(dòng)液的油面。隨著制動(dòng)踏板的運(yùn)動(dòng)制動(dòng)液就會(huì)緩慢的下降，正常情況下是這樣的。如果制動(dòng)液在很短的時(shí)間內(nèi)下降得明顯或者下降了三分之二，那么就要盡快的檢查你的制動(dòng)系統(tǒng)了。保持制動(dòng)液裝置充滿(mǎn)制動(dòng)液除非你需要維修它，制動(dòng)液必須保持很高的沸點(diǎn)。位于在空氣中的制動(dòng)液就會(huì)吸收空氣中的潮氣引起制動(dòng)液低于沸點(diǎn)。
制動(dòng)液通過(guò)一系列的管路從主缸到達(dá)各車(chē)輪。橡膠軟管只用在需要彈力的地方，比如應(yīng)用在前輪。在車(chē)的行進(jìn)中上下來(lái)回運(yùn)動(dòng)。系統(tǒng)的其它部分在所有的連接點(diǎn)上都應(yīng)用了無(wú)腐蝕性的無(wú)縫鋼管。如果鋼線需要修理的話(huà)，最好的方法就是代替這條線。如果這不符合實(shí)際，那么為了制動(dòng)系統(tǒng)可以用特殊的裝置修理它。你不可以用銅管來(lái)修理制動(dòng)系。它們是危險(xiǎn)也是不正確的。
鼓式制動(dòng)器包括制動(dòng)鼓，一個(gè)輪缸，回拉彈簧，一個(gè)制動(dòng)底版，兩個(gè)帶摩擦層的制動(dòng)蹄。制動(dòng)底版固定在輪軸外部的法蘭或轉(zhuǎn)向節(jié)。制動(dòng)鼓固定在輪轂上。制動(dòng)鼓的內(nèi)部表面與制動(dòng)蹄的內(nèi)層之間有空隙。要使用制動(dòng)器時(shí)，司機(jī)就要踩下踏板，這時(shí)輪缸擴(kuò)大制動(dòng)片，對(duì)其施加壓力，是制動(dòng)蹄觸碰制動(dòng)鼓。制動(dòng)鼓與摩擦片之間產(chǎn)生的摩擦制動(dòng)了車(chē)輪，從而使汽車(chē)停止。要釋放制動(dòng)器時(shí)，司機(jī)松開(kāi)踏板，回拉彈簧拉回制動(dòng)片，這樣車(chē)輪會(huì)自由轉(zhuǎn)動(dòng)。
盤(pán)式制動(dòng)器包括制動(dòng)盤(pán)而不是鼓，在它的兩面上各有一個(gè)薄的制動(dòng)片或叫盤(pán)式制動(dòng)器的制動(dòng)片。制動(dòng)片是靠擠住旋轉(zhuǎn)的制動(dòng)盤(pán)來(lái)停住汽車(chē)。制動(dòng)主缸里流出的制動(dòng)液迫使活塞向里部的金屬盤(pán)移動(dòng)，這便使摩擦片緊緊地貼住制動(dòng)盤(pán)。這時(shí)制動(dòng)片與制動(dòng)盤(pán)產(chǎn)生的摩擦使汽車(chē)減速、停止，出現(xiàn)了制動(dòng)行為?；钊纸饘倩蛩芰?。盤(pán)式制動(dòng)器主要有三種，即：浮動(dòng)卡鉗型、固定卡鉗型和滑動(dòng)卡鉗型。浮動(dòng)卡鉗型和滑動(dòng)卡鉗型盤(pán)式制動(dòng)器使用單活塞。固定卡鉗型盤(pán)式制動(dòng)器既可以使用兩個(gè)活塞有可以使用四個(gè)活塞。
制動(dòng)系統(tǒng)是由機(jī)械能，液壓能或氣壓能裝置驅(qū)動(dòng)的。在機(jī)械杠桿適合所有的汽車(chē)的駐車(chē)制動(dòng)器中使用。當(dāng)踩下制動(dòng)踏板時(shí)，杠桿就會(huì)推動(dòng)制動(dòng)器主缸的活塞給制動(dòng)液施加壓力，制動(dòng)液通過(guò)油管流入輪缸。制動(dòng)液的壓力施加到輪缸活塞以使制動(dòng)片被壓到制動(dòng)鼓或制動(dòng)盤(pán)上。如果松開(kāi)踏板，活塞回到原來(lái)的位置上，回拉彈簧拉回制動(dòng)片，制動(dòng)液返回制動(dòng)主缸，這樣制動(dòng)停止。
駐動(dòng)制動(dòng)器的主要作用是車(chē)內(nèi)無(wú)人時(shí)，使汽車(chē)靜止不動(dòng)。如果車(chē)內(nèi)安裝的是獨(dú)立的駐車(chē)制動(dòng)器，那么駐車(chē)制動(dòng)器是由司機(jī)手動(dòng)的控制。駐車(chē)制動(dòng)器正常是當(dāng)車(chē)已經(jīng)停止時(shí)使用的。向后拉手閘，并把手柄卡在正確的位置上。現(xiàn)在，即使離開(kāi)汽車(chē)也不用害怕它會(huì)自己滑走。如果司機(jī)要再次啟車(chē)時(shí)，他必須在松開(kāi)手桿之前按下按鈕。在行車(chē)制動(dòng)器失靈的情況下，手閘必須能停住車(chē)。正因?yàn)檫@樣，手閘與腳閘分開(kāi)，手閘使用的是繩索或杠桿而不是液力系統(tǒng)。
防抱死制動(dòng)系統(tǒng)是使汽車(chē)制動(dòng)更安全、更方便的制動(dòng)裝置，它既有調(diào)節(jié)制動(dòng)系統(tǒng)的壓力來(lái)防止車(chē)輪被完全抱死的功能，又有防止輪胎在滑的路面上行駛或緊急停車(chē)時(shí)的滑動(dòng)。
防抱死制動(dòng)系統(tǒng)最早應(yīng)用在航空飛行器上，而且在二十世紀(jì) 90年代一些國(guó)內(nèi)的汽車(chē)內(nèi)也安裝了這種系統(tǒng)。近來(lái)，幾個(gè)汽車(chē)制造商引進(jìn)了更為復(fù)雜的防抱死系統(tǒng)。歐洲使用這種系統(tǒng)已有幾十年的時(shí)間，通過(guò)對(duì)其的調(diào)查，一位汽車(chē)制造商坦言，如果所有的汽車(chē)都安裝上防抱死制動(dòng)系統(tǒng)，那么交通事故的發(fā)生率會(huì)降低7.5%。同時(shí)，一些權(quán)威人士預(yù)測(cè)這種系統(tǒng)會(huì)提高汽車(chē)的安全性。
防抱死制動(dòng)系統(tǒng)可以在一秒鐘內(nèi)調(diào)節(jié)幾次制動(dòng)時(shí)車(chē)輪上的受力，使車(chē)輪的滑移受到控制，而且所有的系統(tǒng)基本上都以相同的方式完成。每個(gè)車(chē)輪都會(huì)有一個(gè)傳感器，電子控制裝置能連續(xù)檢測(cè)來(lái)自車(chē)輪傳感器傳來(lái)的脈沖電信號(hào)，并將它們處理轉(zhuǎn)換成和輪速成正比的數(shù)值；如果其中一個(gè)傳感器的信號(hào)不斷下降，那么這就表明了相應(yīng)的輪胎趨于抱死，這時(shí)電子控制裝置向該車(chē)輪的制動(dòng)器發(fā)出降低壓力的指令。當(dāng)信號(hào)顯示車(chē)輪轉(zhuǎn)速恢復(fù)正常時(shí)，電子控制裝置會(huì)增加制動(dòng)器的液壓。這種循環(huán)像司機(jī)一樣調(diào)節(jié)制動(dòng)器，但它的速度更快，達(dá)到了每秒循環(huán)數(shù)次。
防抱死制動(dòng)系統(tǒng)除了上面基本操作，還有兩個(gè)特點(diǎn)。首先，當(dāng)制動(dòng)系統(tǒng)的壓力上升到使輪胎抱死或即將抱死的時(shí)候，防抱死制動(dòng)系統(tǒng)才會(huì)啟動(dòng)；當(dāng)制動(dòng)系統(tǒng)在正常情況下，防抱死制動(dòng)系統(tǒng)停止運(yùn)作。其次，如果防抱死制動(dòng)系統(tǒng)有問(wèn)題時(shí)，制動(dòng)器會(huì)獨(dú)立地繼續(xù)運(yùn)行。但控制板上的指示燈亮起提醒司機(jī)系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題。
目前歐洲汽車(chē)生產(chǎn)商，如：寶馬、奔馳、寶時(shí)捷等廣泛使用的是波許（Bosch）防抱死制動(dòng)系統(tǒng)。這種系統(tǒng)基本組成包括車(chē)輪轉(zhuǎn)速傳感器，電子控制裝置和調(diào)節(jié)裝置。
每個(gè)有一個(gè)向電子控制裝置發(fā)出車(chē)輪轉(zhuǎn)動(dòng)情況的信號(hào)的傳感器，它一般由磁感應(yīng)傳感頭和齒圈組成。前面的傳感器安在輪轂上，齒圈安在輪網(wǎng)上。后面的傳感器安在后部的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)上，齒圈安在輪軸上。傳感器本身是纏繞電磁核的電線圈，電磁核才線圈的周?chē)a(chǎn)生磁場(chǎng)。當(dāng)齒圈的齒移動(dòng)到磁場(chǎng)時(shí)，就會(huì)改變線圈的電流。電子控制裝置會(huì)監(jiān)測(cè)這種變化，然后判斷車(chē)輪是否即將抱死。
電子控制裝置有三個(gè)作用，即：信號(hào)的處理，編輯和安全防護(hù)。信號(hào)的處理起到轉(zhuǎn)換器的作用，它是將接受的脈沖電信號(hào)處理轉(zhuǎn)換成數(shù)值，為編輯做準(zhǔn)備。編輯就是分析這些數(shù)值，計(jì)算出需要制動(dòng)壓力。如果檢測(cè)出車(chē)輪即將抱死，電控裝置就會(huì)計(jì)算出數(shù)值向調(diào)節(jié)裝置發(fā)出指令。
調(diào)節(jié)裝置
當(dāng)接受到電子控制裝置的指令后，液壓執(zhí)行裝置會(huì)調(diào)節(jié)制動(dòng)輪缸的液壓的大小。調(diào)節(jié)裝置能保持或減小來(lái)自制動(dòng)主缸的液壓，而裝置本身是不能啟用制動(dòng)器的。這種裝置有三個(gè)高速率的電磁閥，兩個(gè)油液存儲(chǔ)器和一個(gè)帶有內(nèi)外檢測(cè)閥的傳動(dòng)泵。調(diào)節(jié)裝置中的電子連接器隱藏在塑料蓋下。
每個(gè)電磁閥都是其獨(dú)立控制的，并作用于前輪。后部的制動(dòng)輪缸受到一個(gè)電磁閥控制，并依照------的原理進(jìn)行調(diào)節(jié)。當(dāng)防抱死制動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，電子控制裝置會(huì)使電磁閥循環(huán)運(yùn)作，這樣既能收回又能釋放制動(dòng)器的壓力。當(dāng)壓力釋放時(shí)，它會(huì)釋放到液壓?jiǎn)卧?。前部的制?dòng)器電路有一個(gè)單元。存儲(chǔ)器低壓存儲(chǔ)器，它在低壓下存儲(chǔ)油液，直到回流泵打開(kāi)，油液流經(jīng)制動(dòng)輪缸進(jìn)入制動(dòng)主缸。
立體車(chē)庫(kù)設(shè)計(jì)
第一章 緒論
1.1立體車(chē)庫(kù)產(chǎn)生的背景和意義
隨著我國(guó)城市經(jīng)濟(jì)和汽車(chē)工業(yè)的迅速發(fā)展，擁有私家車(chē)的家庭越來(lái)越多，而與此相對(duì)應(yīng)的是城市停車(chē)狀況的尷尬。停車(chē)問(wèn)題是城市在發(fā)展過(guò)程中出現(xiàn)的靜態(tài)交通（車(chē)輛停放狀態(tài)）問(wèn)題，靜態(tài)交通是相對(duì)于動(dòng)態(tài)交通（車(chē)輛行駛狀態(tài)）而存在的一種交通形態(tài)，二者相互聯(lián)系，互相影響，停車(chē)設(shè)施是城市靜態(tài)交通的主要內(nèi)容，隨著城市的不斷發(fā)展，各種車(chē)輛的不斷增加，對(duì)停車(chē)設(shè)施的需求也在不斷增加，如果兩者之間失去平衡，城市里就會(huì)出現(xiàn)停車(chē)難的一系列問(wèn)題。數(shù)據(jù)顯示，最近幾年我國(guó)城市機(jī)動(dòng)車(chē)輛平均增長(zhǎng)速度在15%-20%，而同時(shí)期城市停車(chē)基礎(chǔ)設(shè)施的平均增長(zhǎng)速度只有2%-3%，特別是大城市的機(jī)動(dòng)車(chē)擁有量的增長(zhǎng)速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)停車(chē)基礎(chǔ)設(shè)施的增長(zhǎng)速度，因此，我們必須重視城市停車(chē)難的問(wèn)題，并積極探求解決的措施。
專(zhuān)家們指出，解決城市靜態(tài)交通問(wèn)題，大體分為軟硬兩種措施。所謂軟措施，就是通過(guò)政策法規(guī)，限制路面停車(chē)，提高停車(chē)場(chǎng)利用效率，使部分車(chē)主更愿意改乘公共交通工具，以減少機(jī)動(dòng)車(chē)對(duì)停車(chē)場(chǎng)的需求。而硬措施，主要包括增建停車(chē)場(chǎng)，建設(shè)地下及立體停車(chē)場(chǎng)、利用其它空間滿(mǎn)足停車(chē)需求。而無(wú)論采取什么措施，在規(guī)劃后再收拾殘局，于局限內(nèi)彌補(bǔ)不足，政府和管理部門(mén)所需投入得精力和資金都不小。
圖1.1先進(jìn)的自動(dòng)化立體車(chē)庫(kù)
隨著人類(lèi)社會(huì)的不斷進(jìn)步和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人類(lèi)的生產(chǎn)、生活方式趨于集中，城市的規(guī)模越來(lái)越大，人們?cè)诔鞘欣锏纳婵臻g卻越來(lái)越小，于是出現(xiàn)了要利用空間的理念，城市中開(kāi)始建設(shè)立體建筑、立體交通和立體停車(chē)。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(chē)的住宅——停車(chē)場(chǎng)也有了長(zhǎng)足的發(fā)展，由平面停車(chē)向立體停車(chē)，由簡(jiǎn)單的機(jī)械車(chē)庫(kù)向計(jì)算機(jī)管理高度自動(dòng)化的現(xiàn)代立體停車(chē)演變，成為具有較強(qiáng)的實(shí)用性、觀賞性和適合城市環(huán)境的建筑。伴隨著汽車(chē)進(jìn)入家庭，城市動(dòng)態(tài)、靜態(tài)交通管理制度的不斷完善和人們對(duì)居住環(huán)境要求的提高，給停車(chē)產(chǎn)業(yè)提供了前所未有發(fā)展機(jī)遇，停車(chē)產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)前景廣闊。
作為現(xiàn)代大都市的標(biāo)志，立體建筑和立體交通都有了顯著發(fā)展，道路擁擠、車(chē)滿(mǎn)為患已成為當(dāng)今快節(jié)奏社會(huì)中的最不和諧之音，發(fā)展立體停車(chē)已成為人們的共識(shí)。目前我國(guó)經(jīng)濟(jì)正處在高速發(fā)展時(shí)期，隨著人們生活水平的不斷提高，汽車(chē)進(jìn)入家庭的步伐正在加快，停車(chē)產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)前景廣闊。機(jī)械式立體車(chē)庫(kù)既可以大面積使用，也可以見(jiàn)縫插針設(shè)置，還能與地面停車(chē)場(chǎng)、地下車(chē)庫(kù)和停車(chē)樓組合實(shí)施，是解決城市停車(chē)難最有效的手段，也是停車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必由之路。當(dāng)前，我國(guó)許多大城市如北京、上海、深圳都開(kāi)始大力發(fā)展機(jī)械式立體停車(chē)產(chǎn)業(yè)。機(jī)械車(chē)庫(kù)與傳統(tǒng)的自然地下車(chē)庫(kù)相比，在許多方面都顯示出優(yōu)越性。首先，機(jī)械車(chē)庫(kù)具有突出的節(jié)地優(yōu)勢(shì)。以往的地下車(chē)庫(kù)由于要留出足夠的行車(chē)通道，平均一輛車(chē)就要占據(jù)40平方米的面積，而如果采用雙層機(jī)械車(chē)庫(kù)，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(chē)庫(kù)的話(huà)，50平方米的土地面積上便可存放40輛車(chē)，這可以大大地節(jié)省有限的土地資源，并節(jié)省土建開(kāi)發(fā)成本。
機(jī)械車(chē)庫(kù)與地下車(chē)庫(kù)相比可更加有效地保證人身和車(chē)輛的安全，人在車(chē)庫(kù)內(nèi)或車(chē)不停準(zhǔn)位置，由電子控制的整個(gè)設(shè)備便不會(huì)運(yùn)轉(zhuǎn)。應(yīng)該說(shuō)，機(jī)械車(chē)庫(kù)從管理上可以做到徹底的人車(chē)分流。
在地下車(chē)庫(kù)中采用機(jī)械存車(chē)，還可以免除采暖通風(fēng)設(shè)施，因此，運(yùn)行中的耗電量比工人管理的地下車(chē)庫(kù)低得多。機(jī)械車(chē)庫(kù)一般不做成套系統(tǒng)，而是以單臺(tái)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(shì)，在住宅區(qū)的每個(gè)組團(tuán)中或每棟樓下都可以隨機(jī)設(shè)立機(jī)械停車(chē)樓。這對(duì)眼下車(chē)庫(kù)短缺的小區(qū)解決停車(chē)難的問(wèn)題提供了方便條件。
近年來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國(guó)的城市化水平加快和人民生活水平的提高，汽車(chē)數(shù)量的不斷增加。截至2003年底，我國(guó)個(gè)人汽車(chē)保有量為12427672輛。其中，個(gè)人轎車(chē)4890387輛，比2002年增加1462441輛，增長(zhǎng)率為42.7%，但與此同時(shí)，汽車(chē)停車(chē)場(chǎng)地的增長(zhǎng)卻不能與之同步，汽車(chē)泊位與汽車(chē)數(shù)量的比例嚴(yán)重失調(diào)，由此帶來(lái)停車(chē)難、違章停車(chē)、停車(chē)管理困難等一系列問(wèn)題。當(dāng)以往的路邊、人行道上停車(chē)、地下或地面停車(chē)場(chǎng)均解決不了上述問(wèn)題時(shí)，采用機(jī)械式立體停車(chē)設(shè)備是一個(gè)非常有效的措施。機(jī)械式立體停車(chē)設(shè)備又名立體車(chē)庫(kù)，它占地空間小，并且可最大限度地利用空間，安全方便，是解決城市用地緊張，緩解停車(chē)難的一個(gè)有效手段。國(guó)家計(jì)委已明確機(jī)械式立體停車(chē)設(shè)備及城市立體停車(chē)場(chǎng)為國(guó)家重點(diǎn)支持的產(chǎn)業(yè)，1998年1月1日起執(zhí)行的《國(guó)家計(jì)委6號(hào)令》把機(jī)械式停車(chē)序和立體停車(chē)場(chǎng)列入“國(guó)家重點(diǎn)鼓勵(lì)發(fā)展的產(chǎn)業(yè)、產(chǎn)品和技術(shù)日錄”，國(guó)家海關(guān)總署對(duì)機(jī)械式停車(chē)產(chǎn)品規(guī)定“國(guó)內(nèi)投資項(xiàng)目給予免征進(jìn)口稅”、上述措施為我國(guó)立體車(chē)庫(kù)產(chǎn)業(yè)的成長(zhǎng)提供了良好的條件、也為我國(guó)解決城市停車(chē)間題提供了機(jī)會(huì)?？梢灶A(yù)見(jiàn)立體車(chē)庫(kù)具有非常廣闊的市場(chǎng)前景。
1.2國(guó)內(nèi)外立體車(chē)庫(kù)的研究發(fā)展現(xiàn)狀
1.2.1國(guó)外立體車(chē)庫(kù)的研究現(xiàn)狀
早在50多年前，立體停車(chē)就在國(guó)外有所發(fā)展，先后出現(xiàn)了針對(duì)家庭使用的雙層停車(chē)設(shè)備；利用住宅空地建起2-4層升降橫移停車(chē)設(shè)備；適合城市中心商住區(qū)使用的停車(chē)樓和停車(chē)塔；利用廣場(chǎng)、建筑物下面的空間建設(shè)地下車(chē)庫(kù)。自70年代末起，世界經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，汽車(chē)逐漸普及，保有量不斷增加，迫使地少人多、車(chē)多的國(guó)家、地區(qū)和一些發(fā)達(dá)國(guó)家積極開(kāi)展了機(jī)械式停車(chē)技術(shù)的研究開(kāi)發(fā)和制造應(yīng)用。以日本、美國(guó)、德國(guó)等為代表的發(fā)達(dá)國(guó)家在停車(chē)技術(shù)領(lǐng)域的研究處于世界領(lǐng)先水平，韓國(guó)和我國(guó)的港、澳、臺(tái)地區(qū)的停車(chē)業(yè)也通過(guò)引進(jìn)--移植制造，得到了蓬勃發(fā)展，較好地解決了本地區(qū)的停車(chē)難，并開(kāi)始向外輸出技術(shù)和出口產(chǎn)品。
圖1.2國(guó)外高容量的立體車(chē)庫(kù)
目前世界停車(chē)產(chǎn)業(yè)正向多元化發(fā)展，其停車(chē)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(jì)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(jì)，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(chē)板采用一次成型的鍍鋅板或彩涂板組裝，美觀、強(qiáng)韌、耐用。控制技術(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(yùn)行高速平穩(wěn)，節(jié)省電力，振動(dòng)和噪音也趨于最小?？刂菩问接校粹o式、鎖匙式、IC卡式、鍵盤(pán)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(kāi)關(guān)、磁性接近開(kāi)關(guān)、光敏感應(yīng)開(kāi)關(guān)等，安全保護(hù)裝置日臻完善，如汽車(chē)出入聲光引導(dǎo)和定位、汽車(chē)尺寸和重量自動(dòng)識(shí)別、限速保護(hù)與多重機(jī)構(gòu)互鎖、停車(chē)泊位自動(dòng)跟蹤、鏈條和鋼絲繩長(zhǎng)度超范圍報(bào)警和彈性變形自動(dòng)補(bǔ)償、汽車(chē)圖象攝影對(duì)比安全檢測(cè)、自動(dòng)消防滅火系統(tǒng)等。
日本是最早應(yīng)用機(jī)械式車(chē)庫(kù)的國(guó)家之一，其在上世紀(jì)60年代初就開(kāi)發(fā)并使用可最大限度的利用空間的機(jī)械式停車(chē)設(shè)備。當(dāng)時(shí)日本全國(guó)汽車(chē)保有量大約為500萬(wàn)輛，大多采用的是垂直循環(huán)式停車(chē)設(shè)備。從80年代開(kāi)始，日本開(kāi)始向亞洲地區(qū)的韓國(guó)、中國(guó)及臺(tái)灣地區(qū)出口產(chǎn)品及技術(shù)。韓國(guó)機(jī)械車(chē)庫(kù)技術(shù)是日本機(jī)械停車(chē)技術(shù)的派生。其機(jī)械停車(chē)產(chǎn)業(yè)從20世紀(jì)70年代中期開(kāi)始起步，80年代開(kāi)始引進(jìn)日本技術(shù)，經(jīng)過(guò)消化生產(chǎn)和本土化，90年代開(kāi)始為供應(yīng)使用階段。由于這幾個(gè)階段得到政府的高度重視，各種機(jī)械停車(chē)設(shè)備得到普遍開(kāi)發(fā)和利用，韓國(guó)近幾年增長(zhǎng)速度都在30%左右。目前韓國(guó)停車(chē)設(shè)備行業(yè)進(jìn)入穩(wěn)步發(fā)展階段。
圖1.3韓國(guó)LG公司研發(fā)的塔式
1.2.2 國(guó)內(nèi)立體車(chē)庫(kù)的研究現(xiàn)狀
我國(guó)機(jī)械式車(chē)庫(kù)的早期研究開(kāi)發(fā)工作是從80年代中期開(kāi)始，90年代開(kāi)始引進(jìn)和生產(chǎn)停車(chē)設(shè)備，在北京、上海、廣州、深圳等地都有使用。參照日本等國(guó)標(biāo)準(zhǔn)制定的我國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)也于近幾年出臺(tái)，目前停車(chē)設(shè)備生產(chǎn)廠已發(fā)展到幾百家，生產(chǎn)各種類(lèi)型的停車(chē)設(shè)備，有些停車(chē)設(shè)備已開(kāi)始出口。機(jī)械式立體車(chē)庫(kù)是一種具有綜合性能的建筑，不僅包含了機(jī)械停車(chē)設(shè)備，其規(guī)劃建設(shè)涉及到區(qū)域整體景觀、交通疏導(dǎo)、建筑結(jié)構(gòu)、供電照明、通訊監(jiān)視、通風(fēng)排水、環(huán)境保護(hù)、安全消防、收費(fèi)管理等各學(xué)科領(lǐng)域，就停車(chē)設(shè)備本身而言，其機(jī)械結(jié)構(gòu)的發(fā)展已形成了停車(chē)設(shè)備獨(dú)有的技術(shù)特征，需要多學(xué)科、多專(zhuān)業(yè)的復(fù)合型人才積極參與，把國(guó)外停車(chē)技術(shù)和各領(lǐng)域的成熟技術(shù)移植到我國(guó)停車(chē)產(chǎn)業(yè)，開(kāi)發(fā)出安全、經(jīng)濟(jì)、高效、節(jié)能、省地的產(chǎn)品，滿(mǎn)足國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)的需求。
在我國(guó)的停車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展中還存在一些問(wèn)題，如沒(méi)有統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)；多數(shù)產(chǎn)品是仿效或引進(jìn)國(guó)外技術(shù)制造，技術(shù)水平低；缺少具有一定規(guī)模的企業(yè)，生產(chǎn)能力不足；市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)無(wú)序，個(gè)別企業(yè)為搶占市場(chǎng)，采取低價(jià)競(jìng)爭(zhēng)；缺少科研設(shè)計(jì)單位的參與，技術(shù)創(chuàng)新能力嚴(yán)重不足；政策不配套，對(duì)停車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展和管理嚴(yán)重滯
后等。解決上述問(wèn)題，需要我們?cè)谡呤袌?chǎng)、管理和技術(shù)多方面做出努力。政策方面應(yīng)參照發(fā)達(dá)國(guó)家的有關(guān)政策法規(guī)，規(guī)劃確定出專(zhuān)用和公共停車(chē)位的合理數(shù)量，實(shí)現(xiàn)投資主體多元化，確定車(chē)庫(kù)的管理屬性和停車(chē)收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)，給予投資和經(jīng)營(yíng)者相應(yīng)的優(yōu)惠政策，使其有利可圖。市場(chǎng)方面應(yīng)建立車(chē)庫(kù)市場(chǎng)運(yùn)行機(jī)制，利用價(jià)格杠桿調(diào)高占路停車(chē)收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)，逐步消除“路滿(mǎn)庫(kù)空”現(xiàn)象。鼓勵(lì)按市場(chǎng)規(guī)則經(jīng)營(yíng)車(chē)庫(kù)，并實(shí)施政府監(jiān)督和政策調(diào)控，使停車(chē)產(chǎn)業(yè)良性發(fā)展。
圖1.4在我國(guó)廣泛使用的升降橫移式立體車(chē)庫(kù)
1.3 本畢業(yè)設(shè)計(jì)的主要工作目標(biāo)、工作內(nèi)容及基本要求
目前，立體車(chē)庫(kù)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)式等。在對(duì)國(guó)內(nèi)外各種同類(lèi)產(chǎn)品進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，再結(jié)合造價(jià)、技術(shù)難度以及用戶(hù)需求等各個(gè)方面的因素，可以發(fā)現(xiàn)升降橫移式立體車(chē)庫(kù)形式比較多，規(guī)?？纱罂尚。覍?duì)場(chǎng)地的適應(yīng)性較強(qiáng)，同時(shí)采用這類(lèi)設(shè)備的車(chē)庫(kù)十分普遍。因此，最終確定研究對(duì)象為升降橫移式立體車(chē)庫(kù)。
1．3.1工作目標(biāo)
（1）升降橫移式立體停車(chē)設(shè)備總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與研究；
確定垂直升降式立體停車(chē)設(shè)備的總體布局、運(yùn)行方式，然后進(jìn)行存取車(chē)方式、提升系統(tǒng)、鋼結(jié)構(gòu)等各個(gè)組成部分的總體設(shè)計(jì)。
（2）升降橫移式立體停車(chē)設(shè)備的存取機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)；
在分析比較的基礎(chǔ)上，確定車(chē)庫(kù)的存取車(chē)形式，然后由此詳細(xì)設(shè)計(jì)停車(chē)位、載車(chē)板和存取機(jī)構(gòu)。
（3）升降橫移式立體停車(chē)設(shè)備的升降驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)研究；
首先通過(guò)比較，選定曳引驅(qū)動(dòng)方式作為整個(gè)車(chē)庫(kù)的升降方式。然后設(shè)計(jì)升降平臺(tái)、安全機(jī)構(gòu)等。并計(jì)算升降系統(tǒng)電機(jī)所需要的曳引能力、平衡配重的重量等。
1.3.2工作內(nèi)容
本設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是根據(jù)車(chē)輛自動(dòng)停放車(chē)庫(kù)的設(shè)計(jì)要求制定合理的結(jié)構(gòu)方案，設(shè)計(jì)出既能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求結(jié)構(gòu)又簡(jiǎn)單成本又低的立體車(chē)庫(kù)，以節(jié)省城市中有限的土地資源，最終有效地緩解城市交通擁堵和泊車(chē)難的問(wèn)題。具體設(shè)計(jì)內(nèi)容為：主體機(jī)架設(shè)計(jì)、橫移傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、升降傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、載車(chē)板設(shè)計(jì)、控制裝置設(shè)計(jì)。
1.3.3基本要求
車(chē)庫(kù)分上中下三層，共八列，頂層載車(chē)板只需上下升降；中層載車(chē)板既可升降又可橫移；底層載車(chē)板只需左右橫移。中層和底層都留有一個(gè)空位，可以通過(guò)橫移載車(chē)板變換空位，當(dāng)?shù)讓榆?chē)位進(jìn)出車(chē)時(shí)，無(wú)需移動(dòng)其它載車(chē)板就可直接進(jìn)出車(chē)；中間層、頂層進(jìn)出車(chē)時(shí)，先要判斷其對(duì)應(yīng)的下方位置是否為空，不為空時(shí)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(chē)動(dòng)作，進(jìn)出車(chē)后再上升回到原位置。
第二章 三層升降橫移式立體車(chē)庫(kù)的基本結(jié)構(gòu)
2.1三層升降橫移式立體車(chē)庫(kù)的工作原理
升降橫移式立體車(chē)庫(kù)以鋼結(jié)構(gòu)框架為主題，采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)鏈條帶動(dòng)載車(chē)板做升降橫移運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)存取車(chē)輛。其工作原理為：每個(gè)車(chē)位均有載車(chē)板，所需存取車(chē)輛的載車(chē)板通過(guò)升降橫移運(yùn)動(dòng)到達(dá)地面層，駕駛員進(jìn)入車(chē)庫(kù)，存取車(chē)輛，完成存取過(guò)程。停泊在車(chē)庫(kù)內(nèi)地面層的車(chē)輛：只作橫移，不必升降；而停泊在頂層的車(chē)輛：只作升降，不作橫移；中間層則通過(guò)升降橫移運(yùn)動(dòng)為頂層車(chē)輛讓出空位，或存取車(chē)輛。
三層升降橫移式的運(yùn)行原理：該停車(chē)設(shè)備的出入口在底層，底層（下文中也稱(chēng)第一層）的載車(chē)板只可做橫移運(yùn)動(dòng)，中間層（下文中稱(chēng)第二層）的載車(chē)板既可作升降運(yùn)動(dòng)又可做橫移運(yùn)動(dòng)，頂層（下文中也稱(chēng)第三層）的載車(chē)板只可做升降運(yùn)動(dòng)。第二、三層均設(shè)有一個(gè)空位，載車(chē)板通過(guò)橫移運(yùn)動(dòng)變換空位。當(dāng)?shù)讓榆?chē)位進(jìn)出車(chē)時(shí)，無(wú)需移動(dòng)其他托盤(pán)就可直接進(jìn)出車(chē)；中間層、頂層進(jìn)出車(chē)時(shí)，先要判斷其對(duì)應(yīng)的下方位置是否為空，不為空時(shí)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(chē)動(dòng)作，進(jìn)出車(chē)后再上升回到原位置。其運(yùn)動(dòng)總原則是：升降復(fù)位，平移不復(fù)位。
橫移運(yùn)動(dòng)工作原理圖：
1-主動(dòng)行走輪 2-導(dǎo)軌 3-傳動(dòng)主軸
4-載車(chē)板 5-主動(dòng)齒輪與減速電機(jī) 6-從動(dòng)齒輪
傳動(dòng)方式為：減速電機(jī)-主動(dòng)齒輪5-從動(dòng)齒輪6-傳動(dòng)主軸3-主動(dòng)行走輪1-導(dǎo)軌2
提升機(jī)構(gòu)的工作原理圖：
如上圖所示，提升機(jī)構(gòu)由提升電機(jī)、鏈輪、鏈條、張緊輪、載車(chē)板組成，鏈輪張緊輪都固定在框架上，減速電機(jī)帶動(dòng)主傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，主傳動(dòng)軸帶動(dòng)鏈輪轉(zhuǎn)動(dòng)，主動(dòng)鏈輪通過(guò)鏈傳動(dòng)帶動(dòng)從動(dòng)鏈輪轉(zhuǎn)動(dòng)，提升鏈條底端焊接在載車(chē)板兩側(cè)，頂端焊接在主從動(dòng)鏈輪的鏈條上，通過(guò)鏈輪的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)鏈條移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)載車(chē)板的升降。
2.2設(shè)計(jì)參數(shù)及特點(diǎn)
項(xiàng)目
規(guī)格
升降橫移立體車(chē)庫(kù)
3層*8列
車(chē)位數(shù)
22
停放車(chē)輛規(guī)格
長(zhǎng)*寬*高：5050*1850*1600mm 重2.2t
車(chē)庫(kù)主體尺寸
長(zhǎng)*寬*高：23080*8000*5300mm
電機(jī)功率
0.6-4(KW)
橫移平均速度
7.5m/min
升降平均速度
4.8m/min
特點(diǎn)：三層停車(chē)位，其空間利用率最高，非常適合平面空地使用。而且可根據(jù)場(chǎng)地情況量身定做。實(shí)現(xiàn)2～5層或更多層的多車(chē)位設(shè)計(jì)。由于其對(duì)土建要求較低可根據(jù)不同的地形和空間進(jìn)行任意組合排列，規(guī)模可大可小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單而求成本較低，因此應(yīng)用十分廣泛。
2.3三層升降橫移立體車(chē)庫(kù)的基本組成結(jié)構(gòu)
機(jī)械式三層升降橫移式立體車(chē)庫(kù)總體采用鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，整個(gè)機(jī)構(gòu)由立柱、橫梁和縱梁、橫移導(dǎo)軌、載車(chē)板等組成?？偣灿?2個(gè)停車(chē)位。底層有可以橫移的載車(chē)板；二層有移動(dòng)的框架利用滑輪帶動(dòng)載車(chē)板一起運(yùn)動(dòng)，并且裝有能使載車(chē)板升降的鏈條提升裝置；三層采用能夠升降的框架結(jié)構(gòu)。升降運(yùn)動(dòng)采用升降電動(dòng)機(jī)、鏈條提升；橫移運(yùn)動(dòng)借助導(dǎo)軌采用交流減速橫移電動(dòng)機(jī)和滑輪驅(qū)動(dòng)，優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)
簡(jiǎn)單，柔性好，啟動(dòng)平穩(wěn)，噪聲小，且安全可靠。
升降橫移式立體車(chē)庫(kù)中的鋼結(jié)構(gòu)有兩部分：主體框架部分和載車(chē)板部分。主體框架部分的鋼結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，運(yùn)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(chē)板部分的鋼結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，其框架部分為數(shù)塊冷彎型鋼拼接而成，其它輔助結(jié)構(gòu)則以角焊代之。焊接和螺栓連接是車(chē)庫(kù)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?jī)?yōu)劣將直接影響車(chē)庫(kù)整體結(jié)構(gòu)性能的優(yōu)良與否，所以在車(chē)庫(kù)的設(shè)計(jì)和建造中具有很重要的位置。立體車(chē)庫(kù)在連接過(guò)程中主要運(yùn)用對(duì)焊、角焊和螺栓連接。鋼架主要分為上、下框架，通過(guò)它可以安裝消防、排水設(shè)施以及作為鏈條鏈輪的支撐部件?？蚣苤饕闪⒅?、上邊架、下邊架以及軌道支架組成。各鋼板采用高強(qiáng)度螺栓聯(lián)結(jié)。高強(qiáng)度螺栓連接中，構(gòu)件內(nèi)力是靠構(gòu)件鋼板表面間由高強(qiáng)度螺栓以巨大的夾緊壓力所產(chǎn)生的摩擦力來(lái)傳遞的，故高強(qiáng)度螺栓連接的承載能力是以抗滑強(qiáng)度——被連接鋼板發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)的載荷來(lái)表示，而不考慮螺栓的受剪?？够瑥?qiáng)度又取決于高強(qiáng)度的預(yù)緊拉力、鋼板表面的摩擦系數(shù)、摩擦面及高強(qiáng)螺栓數(shù)量。高強(qiáng)度螺栓由高強(qiáng)螺栓、高強(qiáng)螺母各一個(gè)，以及高強(qiáng)墊圈。
第三章 底層車(chē)位與主體框架的設(shè)計(jì)
底層的車(chē)位由載車(chē)板、橫移傳動(dòng)系統(tǒng)、導(dǎo)軌組成。汽車(chē)的存取可在對(duì)應(yīng)位置進(jìn)行，車(chē)輛進(jìn)入載車(chē)板后，只需實(shí)現(xiàn)水平橫移的運(yùn)動(dòng)方式。
3.1載車(chē)板結(jié)構(gòu)和尺寸設(shè)計(jì)
載車(chē)板用來(lái)承載庫(kù)存車(chē)輛，按結(jié)構(gòu)形式有框架式和拼板式兩種?？蚣苁禽d車(chē)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(chē)通道和中間凸起的頂面鋪設(shè)不同厚度的鋼板。這種載車(chē)板的優(yōu)點(diǎn)是可按需要設(shè)置行車(chē)通道寬度，并具有較好的導(dǎo)入功能，適合車(chē)型變化較多的小批量生產(chǎn)。拼板式載車(chē)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(chē)板，用螺栓緊固連接，拼裝前可以先對(duì)組件進(jìn)行各種表面處理，如電鍍、烤漆等，使載車(chē)板輕巧、美觀。如下圖所示。
綜合載車(chē)板的安裝和成本等方面考慮，最終采取拼板式結(jié)構(gòu)。載車(chē)板由冷彎型鋼咬合拼裝拼接而成，用螺栓緊固連接。載車(chē)板重500KG,長(zhǎng)寬高為：6300*2500*300mm尺寸詳見(jiàn)附圖1-冷彎型鋼零件圖、附圖2-底層載車(chē)板裝配圖。
3.2橫移傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
3.2.1橫移傳動(dòng)方案
底層車(chē)位設(shè)置在地平面，汽車(chē)的存取可在對(duì)應(yīng)位置進(jìn)行，車(chē)輛進(jìn)入載車(chē)板后，只需實(shí)現(xiàn)水平橫移的運(yùn)動(dòng)方式，傳動(dòng)方案如下圖。
載車(chē)板橫移原理圖
1-主動(dòng)行走輪 2-導(dǎo)軌 3-傳動(dòng)主軸
4-載車(chē)板 5-主動(dòng)齒輪與減速電機(jī) 6-從動(dòng)齒輪
傳動(dòng)方式為：減速電機(jī)-主動(dòng)齒輪5-從動(dòng)齒輪6-傳動(dòng)主軸3-主動(dòng)行走輪1-導(dǎo)軌2
3.2.2橫移傳動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)計(jì)算
運(yùn)動(dòng)原理如載車(chē)板橫移原理圖所示，減速電機(jī)通過(guò)齒輪驅(qū)動(dòng)載車(chē)板行走輪轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)載車(chē)板橫移運(yùn)動(dòng)。
（1)主要參數(shù)的確定
橫移運(yùn)動(dòng)行程 s = 2500mm
橫移運(yùn)動(dòng)時(shí)間 t = 20s
橫移速度，主要由設(shè)備運(yùn)行周期，周?chē)h(huán)境的安全性，載車(chē)運(yùn)行時(shí)的平穩(wěn)性等因素確定。
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80mm。
橫移載車(chē)板自重500kg,汽車(chē)設(shè)計(jì)重量2200kg,總重量=500+2200=2700kg
總額定載荷：W=27000N （取g=10N/Kg）
（2）功率計(jì)算
橫移傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)速n計(jì)算：
則電機(jī)輸出軸轉(zhuǎn)速N=i*n=59.6r/min
其中：橫移速度V=125mm/s
行走輪直徑D=80mm
驅(qū)動(dòng)力矩M計(jì)算：
由機(jī)械手冊(cè)1冊(cè)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)：=0.15
行走輪與鋼導(dǎo)數(shù)的滾動(dòng)摩擦系數(shù)：=0.05
滾動(dòng)軸承的摩擦系數(shù)：=0.0015
正壓力：P=27000N
則：
起動(dòng)驅(qū)動(dòng)力矩：
行走驅(qū)動(dòng)力矩：
電機(jī)功率計(jì)算：M=9549P電N
P電=MN9549=55.62×59.69549=0.347KW
P起=M起×N9549=162×59.69549=1.011KW
由于結(jié)構(gòu)緊湊，容納電機(jī)的空間狹小，所以選用BW1-29擺線針輪減速電機(jī)，其參數(shù)如下：
輸出功率：P=1.1KW
輸出扭矩：M=187N.m
輸出轉(zhuǎn)速：N=51.7rmin
3.2.3橫移傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)與校核
軸在升降傳動(dòng)系統(tǒng)和橫移傳動(dòng)系統(tǒng)中都是特別重要的，它不但影響著傳動(dòng)的好壞還影響著車(chē)輛的安全，在軸的設(shè)計(jì)中，按照常規(guī)設(shè)計(jì)方法，先進(jìn)行初算軸，然后進(jìn)行軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，確定軸徑后，再對(duì)軸的強(qiáng)度進(jìn)行校核。
根據(jù)實(shí)際情況確定危險(xiǎn)截面，求出該截面的彎曲應(yīng)力和扭轉(zhuǎn)應(yīng)力。
（循環(huán)特征為對(duì)稱(chēng)循環(huán)，脈動(dòng)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(jì)算，
其中：——對(duì)稱(chēng)循環(huán)應(yīng)力時(shí)的疲勞極限和扭轉(zhuǎn)疲勞極限
——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)
——表面質(zhì)量系數(shù)
——尺寸系數(shù)
[s]——許用安全系數(shù)值
通過(guò)校核就可以確定軸的直徑。
橫移電機(jī)型號(hào)已選用BW1-29擺線針輪減速電機(jī)，其參數(shù)如下：
輸出功率：P=1.1KW
輸出扭矩：M=187N.m
輸出轉(zhuǎn)速：N=51.7rmin
取傳動(dòng)中各部件的效率為：齒輪傳動(dòng)的效率φ=0.97，軸承效率φ=0.99，總傳動(dòng)效率φ=0.95，所以作用在軸上的功率P=1.1×0.95=1.045KW
又因?yàn)檩S的實(shí)際轉(zhuǎn)速n=Ni=25.85rmin
于是轉(zhuǎn)矩M=95490001.04525.85=386023N.mm
選取軸的材料為45鋼。根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)表15-3，取A0=112，于是得： dmin=A03pn=112×31.04525.85=38.4mm,取d=50mm
雖然鍵槽、軸肩及過(guò)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，所以截面其它截面均無(wú)需校核，只需要校核最小軸截面。
根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)課本P373，表15-4可得：
W=πd332=12500mm3
Wt=πd316=18225mm3
橫移載車(chē)板自重:W載車(chē)板=5000N
車(chē)輛額定載荷：W車(chē)=22000N,車(chē)輛前后輪比重按3:2計(jì)算
則軸所受的壓力：F=50004+220002×35=7850N
所以軸所受的彎矩：M=F×L=7850×75=588750N.mm
上面已計(jì)算出軸所受的扭矩：T=386023N.mm,又因?yàn)榕まD(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力，所以取α=0.6，則：σca=(MW)2+4(αT2W)2=M2+(αT)2W=50.61MPa
據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)課本P362表15-1可知45號(hào)鋼許用彎曲應(yīng)力：。
因此，故安全，軸滿(mǎn)足強(qiáng)度要求。
3.3主體框架的設(shè)計(jì)
三層升降橫移立體車(chē)庫(kù)的主體框架由支撐住、橫梁、縱梁、導(dǎo)軌梁、導(dǎo)軌焊接而成，如下圖所示。
（1）支撐?。翰捎每招姆戒摚呴L(zhǎng)a=400mm，厚度d=15mm,高度H=4900mm,共6根。
（2）橫梁：采用熱軋H型鋼400×200，t1=8,t2=13,長(zhǎng)7200mm,共11根。
（3）縱梁：采用熱軋H型鋼400×400，t1=13,t2=21,長(zhǎng)23830mm,共2根。
（4）導(dǎo)軌梁：采用工字鋼85×200，長(zhǎng)23030mm,共兩根。
（5）導(dǎo)軌：采用工字鋼85×80，長(zhǎng)23030，共兩根。
本章小結(jié)：在了解三層升降橫移式立體車(chē)庫(kù)工作原理之后，對(duì)立體車(chē)庫(kù)的總體鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，并對(duì)橫移機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，確定橫移電機(jī)型號(hào)，并對(duì)傳動(dòng)軸進(jìn)行校核。
第四章 中層車(chē)位設(shè)計(jì)
中層車(chē)位既要實(shí)現(xiàn)橫移運(yùn)動(dòng)，也要實(shí)現(xiàn)升降運(yùn)動(dòng)，車(chē)位由一個(gè)移動(dòng)的框架帶動(dòng)載車(chē)板一起移動(dòng)，并且裝有能使載車(chē)板升降的提升裝置。橫移運(yùn)動(dòng)采用減速電機(jī)和齒輪驅(qū)動(dòng)，運(yùn)行平穩(wěn)可靠；升降運(yùn)動(dòng)采用減速電機(jī)和鏈輪、鏈條提升。存取車(chē)時(shí)，先要判斷車(chē)位正下方是否有空位，有空位時(shí)直接通過(guò)升降運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)存取車(chē)；沒(méi)有空位時(shí)，需移動(dòng)下方車(chē)位，再進(jìn)行升降運(yùn)動(dòng)存取車(chē)，存取完成后，車(chē)位復(fù)位。
中層車(chē)位設(shè)計(jì)包括：橫移框架設(shè)計(jì)、提升系統(tǒng)設(shè)計(jì)、安全裝置設(shè)計(jì)。
4.1橫移框架設(shè)計(jì)
4.1.1橫移框架的結(jié)構(gòu)和尺寸設(shè)計(jì)
如上圖所示，橫移框架由三根200×400熱軋H型鋼焊接而成，其中兩根長(zhǎng)7115mm，另一根長(zhǎng)2662mm.框架下端分別安裝兩個(gè)主動(dòng)輪和從動(dòng)輪，主動(dòng)輪安裝在橫移驅(qū)動(dòng)軸上，驅(qū)動(dòng)軸由減速電機(jī)通過(guò)齒輪驅(qū)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)框架的橫移運(yùn)動(dòng)。
4.1.2橫移運(yùn)動(dòng)電機(jī)的選型
（1)主要參數(shù)的確定
橫移運(yùn)動(dòng)行程 s = 2500mm
橫移運(yùn)動(dòng)時(shí)間 t = 20s
橫移速度，主要由設(shè)備運(yùn)行周期，周?chē)h(huán)境的安全性，載車(chē)運(yùn)行時(shí)的平穩(wěn)性等因素確定。
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80mm。
橫移載車(chē)板與框架總重600kg,汽車(chē)設(shè)計(jì)重量2200kg,總重量=600+2200=2800kg
總額定載荷：W=28000N（取g=10N/Kg）
（2）功率計(jì)算
橫移傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)速n計(jì)算：
則電機(jī)輸出軸轉(zhuǎn)速N=i*n=59.6r/min
其中：橫移速度V=125mm/s
行走輪直徑D=80mm
驅(qū)動(dòng)力矩M計(jì)算：
由機(jī)械手冊(cè)1冊(cè)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)：=0.15
行走輪與鋼導(dǎo)數(shù)的滾動(dòng)摩擦系數(shù)：=0.05
滾動(dòng)軸承的摩擦系數(shù)：=0.0015
正壓力：P=28000N
則：起動(dòng)驅(qū)動(dòng)力矩：M起=PRu=28000×0.04×0.15=168N
行走驅(qū)動(dòng)力矩：M=PRu1+u2=28000×0.04×0.0515=57.68N
電機(jī)功率計(jì)算：M=9549P電N
P電=MN9549=57.86×59.69549=0.361KW
P起=M起×N9549=168×59.69549=1.049KW
由于結(jié)構(gòu)緊湊，容納電機(jī)的空間狹小，所以選用BW1-29擺線針輪減速電機(jī)，其參數(shù)如下：
輸出功率：P=1.1KW
輸出扭矩：M=187N.m
輸出轉(zhuǎn)速：N=51.7rmin
4.1.3橫移驅(qū)動(dòng)軸的設(shè)計(jì)與校核
橫移電機(jī)型號(hào)已選用BW1-29擺線針輪減速電機(jī)，其參數(shù)如下：
輸出功率：P=1.1KW
輸出扭矩：M=187N.m
輸出轉(zhuǎn)速：N=51.7rmin
取傳動(dòng)中各部件的效率為：齒輪傳動(dòng)的效率φ=0.97，軸承效率φ=0.99，總傳動(dòng)效率φ=0.95，所以作用在軸上的功率P=1.1×0.95=1.045KW
又因?yàn)檩S的實(shí)際轉(zhuǎn)速n=Ni=25.85rmin
于是轉(zhuǎn)矩M=95490001.04525.85=386023N.mm
選取軸的材料為45鋼。根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)表15-3，取A0=112，于是得： dmin=A03pn=112×31.04525.85=38.4mm
取d=50mm
雖然鍵槽、軸肩及過(guò)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，所以截面其它截面均無(wú)需校核，只需要校核最小軸截面。
根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)課本P373，表15-4可得：
W=πd332=12500mm3
Wt=πd316=18225mm3
橫移載車(chē)板及框架總重:W框架=6000N
車(chē)輛額定載荷：W車(chē)=22000N,車(chē)輛前后輪比重按3:2計(jì)算
則軸所受的壓力：F=60004+220002×35=8100N
所以軸所受的彎矩：M=F×L=8100×75=607500N.mm
上面已計(jì)算出軸所受的扭矩：T=386023N.mm,又因?yàn)榕まD(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力，所以取α=0.6，則：σca=(MW)2+4(αT2W)2=M2+(αT)2W=52.01MPa
據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)課本P362表15-1可知45號(hào)鋼許用彎曲應(yīng)力：。
因此，故安全，軸滿(mǎn)足強(qiáng)度要求。
4.2提升系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
4.2.1提升方案的選擇
升降橫移式立體車(chē)庫(kù)中最常見(jiàn)的提升方式主要有鏈條提升和鋼絲繩提升。這里對(duì)鋼絲繩提升和鏈條提升在升降橫移類(lèi)停車(chē)設(shè)備上應(yīng)用的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行簡(jiǎn)單地比較和說(shuō)明。
1、穩(wěn)定性。鏈條提升方式占優(yōu)。
2、沖擊力。鏈條提升方式占優(yōu)。升降車(chē)臺(tái)版啟動(dòng)時(shí)沖擊較大，鏈條傳動(dòng)可承受足夠大的沖擊力而不至于斷裂。而鋼絲繩在運(yùn)行沖擊下會(huì)伸長(zhǎng)變形甚至打結(jié)，影響升降運(yùn)行的準(zhǔn)確性，使用頻繁時(shí)在沖擊下更易斷裂，降低了設(shè)備的安全性和可靠性；此外鋼絲繩受損使鋼絲繩逐根斷裂而不易被發(fā)現(xiàn)，使用頻繁時(shí)半年就要更換一次，壽命低。
3、運(yùn)行噪音。鋼絲繩提升方式占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。
4、成本。三層及以下情況下，鏈條提升方式的成本相對(duì)較低。主要是因?yàn)殇摻z繩提升方式的卷筒價(jià)格不菲，鋼絲繩提升的升降車(chē)臺(tái)板的長(zhǎng)度比鏈條提升方式的車(chē)臺(tái)板要長(zhǎng)。超過(guò)三層后鏈條提示方式就沒(méi)優(yōu)勢(shì)了，鋼絲繩的成本相對(duì)較低，這是因?yàn)檐?chē)庫(kù)超過(guò)三層以后，鏈條的單價(jià)比鋼絲繩貴，而且隨之而來(lái)的縱梁和橫梁框架加長(zhǎng)也必定導(dǎo)致成本的增加。
5、制造及安裝。鏈條提升方式占優(yōu)勢(shì)。鏈條鏈輪傳動(dòng)系統(tǒng)安裝方便，運(yùn)行安全可靠，已被大多數(shù)廠家采用，是現(xiàn)有升降橫移停車(chē)設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)模式。鋼絲繩傳動(dòng)需要體積較大的卷筒，制造負(fù)責(zé)且影響美觀，安裝時(shí)可能造成繩體打結(jié)或小股斷裂，造成安全隱患。
6、維護(hù)與更換。鏈條提升方式占優(yōu)勢(shì)。從維護(hù)的便利性來(lái)說(shuō)，鏈條有損壞，只需把損壞的那幾節(jié)鏈條更換即可；而鋼絲繩就不行，必須更換整根鋼絲繩；更換時(shí)必須在卷筒上壓緊繩頭并保證纏繞整齊，松緊程度必須合適。
由上可見(jiàn)，升降橫移類(lèi)停車(chē)設(shè)備中鏈條提升和鋼絲繩提升各有優(yōu)缺點(diǎn)。一般來(lái)說(shuō)，低于四層的停車(chē)設(shè)備提示方式傾向于鏈條提升，五層以上的提示方式傾向于鋼絲繩傳動(dòng)。本設(shè)計(jì)是三層立體車(chē)庫(kù)，所以選用鏈條提升方案。
4.2.2提升機(jī)構(gòu)的原理
如上圖所示，提升機(jī)構(gòu)由提升電機(jī)、鏈輪、鏈條、張緊輪、載車(chē)板組成，鏈輪張緊輪都固定在橫移框架上，減速電機(jī)帶動(dòng)主傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，主傳動(dòng)軸帶動(dòng)鏈輪轉(zhuǎn)動(dòng)，主動(dòng)鏈輪通過(guò)鏈傳動(dòng)帶動(dòng)從動(dòng)鏈輪轉(zhuǎn)動(dòng)，提升鏈條底端焊接在載車(chē)板兩側(cè)，頂端焊接在主從動(dòng)鏈輪的鏈條上，通過(guò)鏈輪的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)鏈條移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)載車(chē)板的升降。
4.2.3提升機(jī)構(gòu)的參數(shù)計(jì)算
（1）提升電機(jī)的選型
根據(jù)車(chē)庫(kù)使用者要求，本文設(shè)計(jì)的升降橫移式立體車(chē)庫(kù)提升時(shí)間不超過(guò)26秒，
設(shè)計(jì)取提升時(shí)間為22秒，提升載車(chē)板與橫移載車(chē)板之間的凈空垂直距離不得少于1．8m，即提升的位移為1．8m，所以可以計(jì)算出提升速度v約為0．08m／s。
載車(chē)板0.5噸重，停車(chē)重量2.2噸重，合計(jì)提升電機(jī)需提升的總重約為2．8噸，即G=27000N,取傳動(dòng)中各部件的效率為：鏈傳動(dòng)效率φ=0.97；軸承效率φ=0.99；齒輪效率φ=0.97。所以φ總=0.912
故電機(jī)提升功率P=G×v=27000x0．08m／s=2.16kw,
考慮傳動(dòng)中各種摩擦阻力，使載荷增大10%，則Pz=2.16×110%=2.376KW，
則所需電機(jī)輸出功率P電=Pzφ總=2.605KW.
根據(jù)各立體車(chē)庫(kù)專(zhuān)用電機(jī)的型號(hào)，選用BW3-43擺線針輪減速電機(jī)，該電機(jī)的輸出功率為3kw，輸出扭矩為755N.m，輸出轉(zhuǎn)速為34r/min。在潤(rùn)滑良好狀況下，各傳動(dòng)構(gòu)件之間的摩擦小，車(chē)庫(kù)傳動(dòng)系統(tǒng)為低速傳動(dòng)，電機(jī)每天運(yùn)行的時(shí)間很短，僅在車(chē)輛入庫(kù)或者出庫(kù)時(shí)啟動(dòng)，所選用電機(jī)具有一定過(guò)載能力，故所選電機(jī)能夠滿(mǎn)足要求。
(2)提升傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)與校核
橫移電機(jī)型號(hào)已選用BW3-43擺線針輪減速電機(jī)，其參數(shù)如下：
輸出功率：P=3KW
輸出扭矩：M=755N.m
輸出轉(zhuǎn)速：N=34rmin
取傳動(dòng)中軸承效率φ=0.99，所以作用在軸上的功率P=3×0.96=2.88KW
電機(jī)軸直接驅(qū)動(dòng)提升軸，于是轉(zhuǎn)矩M=95490002.8834=808856N.mm
選取軸的材料為45鋼。根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)表15-3，取A0=112，于是得： dmin=A03pn=112×32.8834=49.2mm,取d=65mm
雖然鍵槽、軸肩及過(guò)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，所以截面其它截面均無(wú)需校核，只需要校核最小軸截面。
根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)課本P373，表15-4可得：
W=πd332=27462.5mm3
橫移載車(chē)板自重:W載車(chē)板=5000N
車(chē)輛額定載荷：W車(chē)=22000N,車(chē)輛前后輪比重按3:2計(jì)算
則軸所受的壓力：F=50004+220002×35=7850N
所以軸所受的彎矩：M=F×L=7850×75=588750N.mm
上面已計(jì)算出軸所受的扭矩：T=808856N.mm,又因?yàn)榕まD(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力，所以取α=0.6，則：σca=(MW)2+4(αT2W)2=M2+(αT)2W=27.78MPa
據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)課本P362表15-1可知45號(hào)鋼許用彎曲應(yīng)力：。
因此，故安全，軸滿(mǎn)足強(qiáng)度要求。
（3）鏈輪及鏈條設(shè)計(jì)
橫移載車(chē)板自重:W載車(chē)板=5000N
車(chē)輛額定載荷：W車(chē)=22000N,車(chē)輛前后輪比重按3:2計(jì)算
則鏈條所受的最大拉力：F=50004+220002×35=7850N
根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)書(shū)表9-1選取短節(jié)距精密滾子鏈10A，其節(jié)距P=15.875mm
外徑dr=10.16mm,排拒Pt=18.11mm,
根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)表12-2-14：齒寬bn=0.95b1=8.93mm,取為9mm
鏈厚=b4+2b7=30
根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)表12-2-2取z1=z2=25
根據(jù)表9-3得鏈輪分度圓直徑d=Psin?(180z)=127mm
4.3安全防護(hù)裝置
車(chē)庫(kù)的安全防護(hù)措施非常重要，在眾多的車(chē)庫(kù)中車(chē)輛的高價(jià)性與車(chē)庫(kù)自身的價(jià)值相差很大，并與客戶(hù)對(duì)車(chē)庫(kù)的信任度有著密切的聯(lián)系。對(duì)于升降橫移式立體車(chē)庫(kù)，它的安全防護(hù)措施要做到以下幾點(diǎn)，并配備有相應(yīng)的防護(hù)裝置。
1.防火措施：在車(chē)庫(kù)中安裝有溫?zé)焸鞲衅鳎蓪?duì)車(chē)庫(kù)的火情實(shí)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并把監(jiān)控信號(hào)傳給中央控制系統(tǒng)。
2急停措施：在發(fā)生異常情況時(shí)能使停車(chē)設(shè)備立即停止運(yùn)轉(zhuǎn)，在操作盒上安裝有緊急停止開(kāi)關(guān)，并設(shè)為紅色，以示醒目。
3.阻車(chē)裝置：在很多情況下停車(chē)時(shí)，司機(jī)必須要把車(chē)停在載車(chē)板合適的位置上，一般在載車(chē)板的后端一側(cè)安裝上一高25mm以上的阻車(chē)擋鐵。防止超限運(yùn)行裝置：停車(chē)設(shè)備在升降過(guò)程中，在定位開(kāi)關(guān)上方裝有限位開(kāi)關(guān)，當(dāng)定位開(kāi)關(guān)出現(xiàn)故障時(shí)，由限位開(kāi)關(guān)使設(shè)備停止工作，起超程保護(hù)作用。
5.人車(chē)誤入檢出裝置：設(shè)備運(yùn)行時(shí)，必須裝有防止人車(chē)誤入裝置，以確保安全，一般采用紅外裝置。一旦檢測(cè)到在車(chē)庫(kù)運(yùn)作時(shí)，有人或其它物體進(jìn)入車(chē)庫(kù)，系統(tǒng)就會(huì)使這個(gè)車(chē)庫(kù)停止運(yùn)作。
6.防止載車(chē)板墜落裝置：當(dāng)載車(chē)板升至定位點(diǎn)后，需設(shè)置防墜裝置，以防止載車(chē)板因故突然落下，傷害人車(chē)，一般防墜裝置采用掛鉤形式。掛鉤防墜方式為電磁鐵驅(qū)動(dòng)。
在載車(chē)板上升到正確停車(chē)高度時(shí)，安全吊鉤處于下圖所示狀態(tài)。載車(chē)板升降時(shí)，電磁鐵通電，推動(dòng)下圖中3電磁鐵驅(qū)動(dòng)安全吊鉤向左轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)通過(guò)連接桿4帶動(dòng)自制吊鉤向左轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)吊鉤與載車(chē)板的分離，載車(chē)板在鏈條牽引下自由升降。本車(chē)庫(kù)通過(guò)連接桿連接4，自制一個(gè)安全吊鉤，省去一個(gè)電磁鐵驅(qū)動(dòng)安全吊鉤，一個(gè)車(chē)位節(jié)省兩個(gè)電磁鐵驅(qū)動(dòng)安全吊鉤。
防止載車(chē)板墜落裝置
本章小結(jié)：完成了載車(chē)板的移動(dòng)框架設(shè)計(jì)，提升系統(tǒng)設(shè)計(jì)，安裝裝置設(shè)計(jì)。
第五章 頂層車(chē)位的設(shè)計(jì)
頂層車(chē)位只需實(shí)現(xiàn)升降運(yùn)動(dòng)，車(chē)位采用固定框架架構(gòu)，并且裝有能使載車(chē)板升降的提升裝置。升降運(yùn)動(dòng)采用減速電機(jī)和鏈輪、鏈條提升。存取車(chē)時(shí)，先要判斷車(chē)位正下方是否有空位，有空位時(shí)直接通過(guò)升降運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)存取車(chē)；沒(méi)有空位時(shí)，需移動(dòng)下方車(chē)位，再進(jìn)行升降運(yùn)動(dòng)存取車(chē)，存取完成后，車(chē)位復(fù)位。
頂層車(chē)位設(shè)計(jì)主要設(shè)計(jì)提升系統(tǒng)。
5.1提升機(jī)構(gòu)的原理
如上圖所示，提升機(jī)構(gòu)由提升電機(jī)、鏈輪、鏈條、張緊輪、載車(chē)板組成，鏈輪張緊輪都固定在橫移框架上，減速電機(jī)帶動(dòng)主傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，主傳動(dòng)軸帶動(dòng)鏈輪轉(zhuǎn)動(dòng)，主動(dòng)鏈輪通過(guò)鏈傳動(dòng)帶動(dòng)從動(dòng)鏈輪轉(zhuǎn)動(dòng)，提升鏈條底端焊接在載車(chē)板兩側(cè)，頂端焊接在主從動(dòng)鏈輪的鏈條上，通過(guò)鏈輪的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)鏈條移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)載車(chē)板的升降。
5.2提升機(jī)構(gòu)的參數(shù)計(jì)算
（1）提升電機(jī)的選型
根據(jù)車(chē)庫(kù)使用者要求，本文設(shè)計(jì)的升降橫移式立體車(chē)庫(kù)提升時(shí)間不超過(guò)52秒，
設(shè)計(jì)取提升時(shí)間為45秒，提升載車(chē)板與橫移載車(chē)板之間的凈空垂直距離不得少于3.6m，即提升的位移為1．8m，所以可以計(jì)算出提升速度v約為0．08m／s。
載車(chē)板0.5噸重，停車(chē)重量2.2噸重，合計(jì)提升電機(jī)需提升的總重約為2．7噸，即G=27000N,取傳動(dòng)中各部件的效率為：鏈傳動(dòng)效率φ=0.97；軸承效率φ=0.99；齒輪效率φ=0.97。所以φ總=0.912
故電機(jī)提升功率P=G×v=27000x0．08m／s=2.16kw,
考慮傳動(dòng)中各種摩擦阻力，使載荷增大10%，則Pz=2.16×110%=2.376KW，
則所需電機(jī)輸出功率P電=Pzφ總=2.605KW.
根據(jù)各立體車(chē)庫(kù)專(zhuān)用電機(jī)的型號(hào)，選用BW3-43擺線針輪減速電機(jī)，該電機(jī)的輸出功率為3kw，輸出扭矩為755N.m，輸出轉(zhuǎn)速為34r/min。在潤(rùn)滑良好狀況下，各傳動(dòng)構(gòu)件之間的摩擦小，車(chē)庫(kù)傳動(dòng)系統(tǒng)為低速傳動(dòng)，電機(jī)每天運(yùn)行的時(shí)間很短，僅在車(chē)輛入庫(kù)或者出庫(kù)時(shí)啟動(dòng)，所選用電機(jī)具有一定過(guò)載能力，故所選電機(jī)能夠滿(mǎn)足要求。
(2)提升傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)與校核
橫移電機(jī)型號(hào)已選用BW3-43擺線針輪減速電機(jī)，其參數(shù)如下：
輸出功率：P=3KW
輸出扭矩：M=755N.m
輸出轉(zhuǎn)速：N=34rmin
取傳動(dòng)中軸承效率φ=0.99，所以作用在軸上的功率P=3×0.96=2.88KW
電機(jī)軸直接驅(qū)動(dòng)提升軸，于是轉(zhuǎn)矩M=95490002.8834=808856N.mm
選取軸的材料為45鋼。根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)表15-3，取A0=112，于是得： dmin=A03pn=112×32.8834=49.2mm,取d=65mm
雖然鍵槽、軸肩及過(guò)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，所以截面其它截面均無(wú)需校核，只需要校核最小軸截面。
根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)課本P373，表15-4可得：
W=πd332=27462.5mm3
橫移載車(chē)板自重:W載車(chē)板=5000N
車(chē)輛額定載荷：W車(chē)=22000N,車(chē)輛前后輪比重按3:2計(jì)算
則軸所受的壓力：F=50004+220002×35=7850N
所以軸所受的彎矩：M=F×L=7850×75=588750N.mm
上面已計(jì)算出軸所受的扭矩：T=808856N.mm,又因?yàn)榕まD(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力，所以取α=0.6，則：σca=(MW)2+4(αT2W)2=M2+(αT)2W=27.78MPa
據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)課本P362表15-1可知45號(hào)鋼許用彎曲應(yīng)力：。
因此，故安全，軸滿(mǎn)足強(qiáng)度要求。
（3）鏈輪及鏈條設(shè)計(jì)
根據(jù)實(shí)際需要選短節(jié)距精密滾子鏈（簡(jiǎn)稱(chēng)滾子鏈
），其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：由外鏈節(jié)和內(nèi)鏈節(jié)鉸接而成。銷(xiāo)軸和外鏈板、套筒和內(nèi)鏈板為靜配合；滾子空套在套筒上可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)，以減少?lài)Ш蠒r(shí)的摩擦和磨損，并可以緩和沖擊。
橫移載車(chē)板自重:W載車(chē)板=5000N
車(chē)輛額定載荷：W車(chē)=22000N,車(chē)輛前后輪比重按3:2計(jì)算
則鏈條所受的最大拉力：F=50004+220002×35=7850N
根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)書(shū)表9-1選取短節(jié)距精密滾子鏈10A，
其節(jié)距P=15.875mm,滾子直徑d1=10.16mm
內(nèi)鏈節(jié)內(nèi)寬b1=9.4mm,銷(xiāo)軸直徑d2=5.09
排拒Pt=18.11mm,鏈厚=b4+2b7=30,如下圖所示：
根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)表12-2-14：鏈輪齒寬bn=0.95b1=8.93mm,取為9mm
根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)表12-2-2取z1=z2=25
根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)書(shū)表9-3得鏈輪分度圓直徑d=Psin?(180z)=127mm，鏈輪如下圖所示：
本章小結(jié)：完成了頂層升降系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。
第六章 總結(jié)與展望
總結(jié)：立體車(chē)庫(kù)在我國(guó)屬于新興行業(yè)，國(guó)內(nèi)對(duì)立體車(chē)庫(kù)使用新技術(shù)、新方法系統(tǒng)的理論研究少，在此背景下結(jié)合實(shí)際工程項(xiàng)目展開(kāi)本文研究。本文所設(shè)計(jì)的立體車(chē)庫(kù)通過(guò)國(guó)家驗(yàn)收并運(yùn)行良好，本文所做工作總結(jié)如下：
1、 對(duì)三層升降橫移式立體車(chē)庫(kù)進(jìn)行了基本結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，其中包括升降橫移式立體車(chē)庫(kù)的基本原理、基本組成。
2、 對(duì)鋼結(jié)構(gòu)框架、傳動(dòng)系統(tǒng)(包括升降、橫移傳動(dòng)系統(tǒng))、載車(chē)板、以及安全防墜落裝置等進(jìn)行設(shè)計(jì)，并進(jìn)行了校核。
3、 建立車(chē)庫(kù)結(jié)構(gòu)的三維建模并給出車(chē)庫(kù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)工程圖紙及相關(guān)技術(shù)資料。
展望：本文對(duì)三層升降橫移式立體車(chē)庫(kù)進(jìn)行了研究和設(shè)計(jì)，提出了新的存取機(jī)構(gòu)方案，滿(mǎn)足了設(shè)計(jì)要求，工作穩(wěn)定，并進(jìn)行了校核。通過(guò)對(duì)機(jī)械式立體車(chē)庫(kù)的研究和設(shè)計(jì)，希望立體車(chē)庫(kù)向更大的空間發(fā)展，希望立體車(chē)庫(kù)系統(tǒng)更快普及，希望我國(guó)面臨的停車(chē)難問(wèn)題早日解決。
致謝
本論文是在李明富老師的悉心指導(dǎo)下完成的，從論文的選題、課題研究方案的確立、課題研究技術(shù)路線到全文的總體構(gòu)思以及撰寫(xiě)的整個(gè)過(guò)程都傾注了老師的大量心血和辛勤勞動(dòng)。在本文的完成過(guò)程中，李老師淵博的知識(shí)、活躍的學(xué)術(shù)思維、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度以及對(duì)科研工作的忘我進(jìn)取精神使我在工作及以后的人生中受益匪淺。李老師的孜孜不倦的教導(dǎo)，讓我視野豁然開(kāi)朗，使我的知識(shí)面不斷拓寬，老師的人格魅力成為我人生的燈塔，時(shí)刻激勵(lì)我積極進(jìn)取、努力探索，開(kāi)拓未來(lái)的人生。值此論文完成之際，謹(jǐn)向尊敬的李明富老師致以崇高的敬意和由衷的感謝!
同時(shí)也要感謝我的父母、朋友，在我的成長(zhǎng)道路上，給與我生活上、精神上的支持和關(guān)心，在此對(duì)他們表示衷心的感謝!尤其對(duì)于我父親母親的辛勤養(yǎng)育和無(wú)微不至的關(guān)懷表示虔誠(chéng)地感恩。
謝謝所有關(guān)心和幫助過(guò)我的老師和朋友。
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