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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.
汽車制動系統(tǒng)
制動系統(tǒng)是汽車中最重要的系統(tǒng)。 如果制動失靈，結(jié)果可能是損失慘重的。制動器實際就是能量轉(zhuǎn)換裝置，它將汽車的動能（動量）轉(zhuǎn)化成熱能（熱量）。當駕駛員踩下制動踏板，所產(chǎn)生的制動力是汽車運動時動力的10倍。制動系統(tǒng)能對四個剎車系統(tǒng)中的每個施加數(shù)千磅的力。
每輛汽車上使用兩個完全獨立的制動系統(tǒng)，即行車制動器和駐車制動器。
行車制動器起到減速、停車、或保持車輛正常行駛。制動器是由司機用腳踩、松制動器踏板來控制的。駐車制動器的主要作用就是當車內(nèi)無人的時候，汽車能夠保持靜止。當獨立的駐車制動器—踏板或手桿，被安裝時，駐車制動器就會被機械地操作。
制動系統(tǒng)是由下列基本的成分組成:位于發(fā)動機罩下方，而且直接地被連接到制動踏板的“制動主缸”把駕駛員腳的機械力轉(zhuǎn)變?yōu)橐簤毫?。鋼制的“制動管路”和有柔性的“制動軟管”把制動主缸連接到每個輪子的“制動輪缸”上。 制動液, 特別地設(shè)計為的是工作在極端的情況，填充在系統(tǒng)中?！爸苿颖P”和“襯塊”是被制動輪缸推動接觸“圓盤”和“回轉(zhuǎn)體”如此引起緩慢的拖拉運動, (希望)使汽車減慢速度。
典型的制動系統(tǒng)布置有前后盤式，前盤后鼓式，各個車輪上的制動器通過一套管路系統(tǒng)連接到制動主缸上。
基本上講，所有的汽車制動器都是摩擦制動器。當司機剎車時，控制裝置會迫使制動蹄，或制動襯片與車輪處的旋轉(zhuǎn)的制動鼓或制動盤接觸。接觸后產(chǎn)生的摩擦使車輪轉(zhuǎn)動減慢或停止，這就是汽車的制動。
在最基本的制動系統(tǒng)中，有一個制動主缸，這個主缸內(nèi)部填充制動液，并包含兩個部分，每個部分里都有一個活塞，兩個活塞都連接駕駛室里的制動踏板。當制動踏板被踩下時，制動液會從制動主缸流入輪缸。在輪缸中，制動液推動制動蹄或制動襯片與旋轉(zhuǎn)的制動鼓或制動盤接觸。靜止的制動蹄或制動襯片與旋轉(zhuǎn)的制動鼓或制動盤之間產(chǎn)生摩擦力使汽車的運動逐漸減緩或停止。
制動液的裝置位于主缸的頂部。目前大多數(shù)的車都有一個容易看見的裝制動液的裝置，為的是不用打開蓋子就可以看得見制動液的油面。隨著制動踏板的運動制動液就會緩慢的下降，正常情況下是這樣的。如果制動液在很短的時間內(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系統(tǒng)了。保持制動液裝置充滿制動液除非你需要維修它，制動液必須保持很高的沸點。位于在空氣中的制動液就會吸收空氣中的潮氣引起制動液低于沸點。
制動液通過一系列的管路從主缸到達各車輪。橡膠軟管只用在需要彈力的地方，比如應(yīng)用在前輪。在車的行進中上下來回運動。系統(tǒng)的其它部分在所有的連接點上都應(yīng)用了無腐蝕性的無縫鋼管。如果鋼線需要修理的話，最好的方法就是代替這條線。如果這不符合實際，那么為了制動系統(tǒng)可以用特殊的裝置修理它。你不可以用銅管來修理制動系。它們是危險也是不正確的。
鼓式制動器包括制動鼓，一個輪缸，回拉彈簧，一個制動底版，兩個帶摩擦層的制動蹄。制動底版固定在輪軸外部的法蘭或轉(zhuǎn)向節(jié)。制動鼓固定在輪轂上。制動鼓的內(nèi)部表面與制動蹄的內(nèi)層之間有空隙。要使用制動器時，司機就要踩下踏板，這時輪缸擴大制動片，對其施加壓力，是制動蹄觸碰制動鼓。制動鼓與摩擦片之間產(chǎn)生的摩擦制動了車輪，從而使汽車停止。要釋放制動器時，司機松開踏板，回拉彈簧拉回制動片，這樣車輪會自由轉(zhuǎn)動。
盤式制動器包括制動盤而不是鼓，在它的兩面上各有一個薄的制動片或叫盤式制動器的制動片。制動片是靠擠住旋轉(zhuǎn)的制動盤來停住汽車。制動主缸里流出的制動液迫使活塞向里部的金屬盤移動，這便使摩擦片緊緊地貼住制動盤。這時制動片與制動盤產(chǎn)生的摩擦使汽車減速、停止，出現(xiàn)了制動行為?；钊纸饘倩蛩芰稀１P式制動器主要有三種，即：浮動卡鉗型、固定卡鉗型和滑動卡鉗型。浮動卡鉗型和滑動卡鉗型盤式制動器使用單活塞。固定卡鉗型盤式制動器既可以使用兩個活塞有可以使用四個活塞。
制動系統(tǒng)是由機械能，液壓能或氣壓能裝置驅(qū)動的。在機械杠桿適合所有的汽車的駐車制動器中使用。當踩下制動踏板時，杠桿就會推動制動器主缸的活塞給制動液施加壓力，制動液通過油管流入輪缸。制動液的壓力施加到輪缸活塞以使制動片被壓到制動鼓或制動盤上。如果松開踏板，活塞回到原來的位置上，回拉彈簧拉回制動片，制動液返回制動主缸，這樣制動停止。
駐動制動器的主要作用是車內(nèi)無人時，使汽車靜止不動。如果車內(nèi)安裝的是獨立的駐車制動器，那么駐車制動器是由司機手動的控制。駐車制動器正常是當車已經(jīng)停止時使用的。向后拉手閘，并把手柄卡在正確的位置上?，F(xiàn)在，即使離開汽車也不用害怕它會自己滑走。如果司機要再次啟車時，他必須在松開手桿之前按下按鈕。在行車制動器失靈的情況下，手閘必須能停住車。正因為這樣，手閘與腳閘分開，手閘使用的是繩索或杠桿而不是液力系統(tǒng)。
防抱死制動系統(tǒng)是使汽車制動更安全、更方便的制動裝置，它既有調(diào)節(jié)制動系統(tǒng)的壓力來防止車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時的滑動。
防抱死制動系統(tǒng)最早應(yīng)用在航空飛行器上，而且在二十世紀 90年代一些國內(nèi)的汽車內(nèi)也安裝了這種系統(tǒng)。近來，幾個汽車制造商引進了更為復(fù)雜的防抱死系統(tǒng)。歐洲使用這種系統(tǒng)已有幾十年的時間，通過對其的調(diào)查，一位汽車制造商坦言，如果所有的汽車都安裝上防抱死制動系統(tǒng)，那么交通事故的發(fā)生率會降低7.5%。同時，一些權(quán)威人士預(yù)測這種系統(tǒng)會提高汽車的安全性。
防抱死制動系統(tǒng)可以在一秒鐘內(nèi)調(diào)節(jié)幾次制動時車輪上的受力，使車輪的滑移受到控制，而且所有的系統(tǒng)基本上都以相同的方式完成。每個車輪都會有一個傳感器，電子控制裝置能連續(xù)檢測來自車輪傳感器傳來的脈沖電信號，并將它們處理轉(zhuǎn)換成和輪速成正比的數(shù)值；如果其中一個傳感器的信號不斷下降，那么這就表明了相應(yīng)的輪胎趨于抱死，這時電子控制裝置向該車輪的制動器發(fā)出降低壓力的指令。當信號顯示車輪轉(zhuǎn)速恢復(fù)正常時，電子控制裝置會增加制動器的液壓。這種循環(huán)像司機一樣調(diào)節(jié)制動器，但它的速度更快，達到了每秒循環(huán)數(shù)次。
防抱死制動系統(tǒng)除了上面基本操作，還有兩個特點。首先，當制動系統(tǒng)的壓力上升到使輪胎抱死或即將抱死的時候，防抱死制動系統(tǒng)才會啟動；當制動系統(tǒng)在正常情況下，防抱死制動系統(tǒng)停止運作。其次，如果防抱死制動系統(tǒng)有問題時，制動器會獨立地繼續(xù)運行。但控制板上的指示燈亮起提醒司機系統(tǒng)出現(xiàn)問題。
目前歐洲汽車生產(chǎn)商，如：寶馬、奔馳、寶時捷等廣泛使用的是波許（Bosch）防抱死制動系統(tǒng)。這種系統(tǒng)基本組成包括車輪轉(zhuǎn)速傳感器，電子控制裝置和調(diào)節(jié)裝置。
每個有一個向電子控制裝置發(fā)出車輪轉(zhuǎn)動情況的信號的傳感器，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，電磁核才線圈的周圍產(chǎn)生磁場。當齒圈的齒移動到磁場時，就會改變線圈的電流。電子控制裝置會監(jiān)測這種變化，然后判斷車輪是否即將抱死。
電子控制裝置有三個作用，即：信號的處理，編輯和安全防護。信號的處理起到轉(zhuǎn)換器的作用，它是將接受的脈沖電信號處理轉(zhuǎn)換成數(shù)值，為編輯做準備。編輯就是分析這些數(shù)值，計算出需要制動壓力。如果檢測出車輪即將抱死，電控裝置就會計算出數(shù)值向調(diào)節(jié)裝置發(fā)出指令。
調(diào)節(jié)裝置
當接受到電子控制裝置的指令后，液壓執(zhí)行裝置會調(diào)節(jié)制動輪缸的液壓的大小。調(diào)節(jié)裝置能保持或減小來自制動主缸的液壓，而裝置本身是不能啟用制動器的。這種裝置有三個高速率的電磁閥，兩個油液存儲器和一個帶有內(nèi)外檢測閥的傳動泵。調(diào)節(jié)裝置中的電子連接器隱藏在塑料蓋下。
每個電磁閥都是其獨立控制的，并作用于前輪。后部的制動輪缸受到一個電磁閥控制，并依照------的原理進行調(diào)節(jié)。當防抱死制動系統(tǒng)運行時，電子控制裝置會使電磁閥循環(huán)運作，這樣既能收回又能釋放制動器的壓力。當壓力釋放時，它會釋放到液壓單元。前部的制動器電路有一個單元。存儲器低壓存儲器，它在低壓下存儲油液，直到回流泵打開，油液流經(jīng)制動輪缸進入制動主缸。
立體車庫設(shè)計
第一章 緒論
1.1立體車庫產(chǎn)生的背景和意義
隨著我國城市經(jīng)濟和汽車工業(yè)的迅速發(fā)展，擁有私家車的家庭越來越多，而與此相對應(yīng)的是城市停車狀況的尷尬。停車問題是城市在發(fā)展過程中出現(xiàn)的靜態(tài)交通（車輛停放狀態(tài)）問題，靜態(tài)交通是相對于動態(tài)交通（車輛行駛狀態(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，各種車輛的不斷增加，對停車設(shè)施的需求也在不斷增加，如果兩者之間失去平衡，城市里就會出現(xiàn)停車難的一系列問題。數(shù)據(jù)顯示，最近幾年我國城市機動車輛平均增長速度在15%-20%，而同時期城市停車基礎(chǔ)設(shè)施的平均增長速度只有2%-3%，特別是大城市的機動車擁有量的增長速度遠遠超過停車基礎(chǔ)設(shè)施的增長速度，因此，我們必須重視城市停車難的問題，并積極探求解決的措施。
專家們指出，解決城市靜態(tài)交通問題，大體分為軟硬兩種措施。所謂軟措施，就是通過政策法規(guī)，限制路面停車，提高停車場利用效率，使部分車主更愿意改乘公共交通工具，以減少機動車對停車場的需求。而硬措施，主要包括增建停車場，建設(shè)地下及立體停車場、利用其它空間滿足停車需求。而無論采取什么措施，在規(guī)劃后再收拾殘局，于局限內(nèi)彌補不足，政府和管理部門所需投入得精力和資金都不小。
圖1.1先進的自動化立體車庫
隨著人類社會的不斷進步和科學技術(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，由簡單的機械車庫向計算機管理高度自動化的現(xiàn)代立體停車演變，成為具有較強的實用性、觀賞性和適合城市環(huán)境的建筑。伴隨著汽車進入家庭，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)展機遇，停車產(chǎn)業(yè)市場前景廣闊。
作為現(xiàn)代大都市的標志，立體建筑和立體交通都有了顯著發(fā)展，道路擁擠、車滿為患已成為當今快節(jié)奏社會中的最不和諧之音，發(fā)展立體停車已成為人們的共識。目前我國經(jīng)濟正處在高速發(fā)展時期，隨著人們生活水平的不斷提高，汽車進入家庭的步伐正在加快，停車產(chǎn)業(yè)市場前景廣闊。機械式立體車庫既可以大面積使用，也可以見縫插針設(shè)置，還能與地面停車場、地下車庫和停車樓組合實施，是解決城市停車難最有效的手段，也是停車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必由之路。當前，我國許多大城市如北京、上海、深圳都開始大力發(fā)展機械式立體停車產(chǎn)業(yè)。機械車庫與傳統(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)或車不停準位置，由電子控制的整個設(shè)備便不會運轉(zhuǎn)。應(yīng)該說，機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械存車，還可以免除采暖通風設(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)的每個組團中或每棟樓下都可以隨機設(shè)立機械停車樓。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。
近年來，隨著經(jīng)濟的發(fā)展，我國的城市化水平加快和人民生活水平的提高，汽車數(shù)量的不斷增加。截至2003年底，我國個人汽車保有量為12427672輛。其中，個人轎車4890387輛，比2002年增加1462441輛，增長率為42.7%，但與此同時，汽車停車場地的增長卻不能與之同步，汽車泊位與汽車數(shù)量的比例嚴重失調(diào)，由此帶來停車難、違章停車、停車管理困難等一系列問題。當以往的路邊、人行道上停車、地下或地面停車場均解決不了上述問題時，采用機械式立體停車設(shè)備是一個非常有效的措施。機械式立體停車設(shè)備又名立體車庫，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，緩解停車難的一個有效手段。國家計委已明確機械式立體停車設(shè)備及城市立體停車場為國家重點支持的產(chǎn)業(yè)，1998年1月1日起執(zhí)行的《國家計委6號令》把機械式停車序和立體停車場列入“國家重點鼓勵發(fā)展的產(chǎn)業(yè)、產(chǎn)品和技術(shù)日錄”，國家海關(guān)總署對機械式停車產(chǎn)品規(guī)定“國內(nèi)投資項目給予免征進口稅”、上述措施為我國立體車庫產(chǎn)業(yè)的成長提供了良好的條件、也為我國解決城市停車間題提供了機會?？梢灶A(yù)見立體車庫具有非常廣闊的市場前景。
1.2國內(nèi)外立體車庫的研究發(fā)展現(xiàn)狀
1.2.1國外立體車庫的研究現(xiàn)狀
早在50多年前，立體停車就在國外有所發(fā)展，先后出現(xiàn)了針對家庭使用的雙層停車設(shè)備；利用住宅空地建起2-4層升降橫移停車設(shè)備；適合城市中心商住區(qū)使用的停車樓和停車塔；利用廣場、建筑物下面的空間建設(shè)地下車庫。自70年代末起，世界經(jīng)濟高速發(fā)展，汽車逐漸普及，保有量不斷增加，迫使地少人多、車多的國家、地區(qū)和一些發(fā)達國家積極開展了機械式停車技術(shù)的研究開發(fā)和制造應(yīng)用。以日本、美國、德國等為代表的發(fā)達國家在停車技術(shù)領(lǐng)域的研究處于世界領(lǐng)先水平，韓國和我國的港、澳、臺地區(qū)的停車業(yè)也通過引進--移植制造，得到了蓬勃發(fā)展，較好地解決了本地區(qū)的停車難，并開始向外輸出技術(shù)和出口產(chǎn)品。
圖1.2國外高容量的立體車庫
目前世界停車產(chǎn)業(yè)正向多元化發(fā)展，其停車技術(shù)幾乎包含了當今機械、電子、液壓、光學、磁控和計算機技術(shù)等領(lǐng)域的所有成熟先進技術(shù)。機械方面，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?，按鈕式、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、限速保護與多重機構(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償、汽車圖象攝影對比安全檢測、自動消防滅火系統(tǒng)等。
日本是最早應(yīng)用機械式車庫的國家之一，其在上世紀60年代初就開發(fā)并使用可最大限度的利用空間的機械式停車設(shè)備。當時日本全國汽車保有量大約為500萬輛，大多采用的是垂直循環(huán)式停車設(shè)備。從80年代開始，日本開始向亞洲地區(qū)的韓國、中國及臺灣地區(qū)出口產(chǎn)品及技術(shù)。韓國機械車庫技術(shù)是日本機械停車技術(shù)的派生。其機械停車產(chǎn)業(yè)從20世紀70年代中期開始起步，80年代開始引進日本技術(shù)，經(jīng)過消化生產(chǎn)和本土化，90年代開始為供應(yīng)使用階段。由于這幾個階段得到政府的高度重視，各種機械停車設(shè)備得到普遍開發(fā)和利用，韓國近幾年增長速度都在30%左右。目前韓國停車設(shè)備行業(yè)進入穩(wěn)步發(fā)展階段。
圖1.3韓國LG公司研發(fā)的塔式
1.2.2 國內(nèi)立體車庫的研究現(xiàn)狀
我國機械式車庫的早期研究開發(fā)工作是從80年代中期開始，90年代開始引進和生產(chǎn)停車設(shè)備，在北京、上海、廣州、深圳等地都有使用。參照日本等國標準制定的我國行業(yè)標準也于近幾年出臺，目前停車設(shè)備生產(chǎn)廠已發(fā)展到幾百家，生產(chǎn)各種類型的停車設(shè)備，有些停車設(shè)備已開始出口。機械式立體車庫是一種具有綜合性能的建筑，不僅包含了機械停車設(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、通風排水、環(huán)境保護、安全消防、收費管理等各學科領(lǐng)域，就停車設(shè)備本身而言，其機械結(jié)構(gòu)的發(fā)展已形成了停車設(shè)備獨有的技術(shù)特征，需要多學科、多專業(yè)的復(fù)合型人才積極參與，把國外停車技術(shù)和各領(lǐng)域的成熟技術(shù)移植到我國停車產(chǎn)業(yè)，開發(fā)出安全、經(jīng)濟、高效、節(jié)能、省地的產(chǎn)品，滿足國內(nèi)外市場的需求。
在我國的停車產(chǎn)業(yè)發(fā)展中還存在一些問題，如沒有統(tǒng)一的技術(shù)標準；多數(shù)產(chǎn)品是仿效或引進國外技術(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；市場競爭無序，個別企業(yè)為搶占市場，采取低價競爭；缺少科研設(shè)計單位的參與，技術(shù)創(chuàng)新能力嚴重不足；政策不配套，對停車產(chǎn)業(yè)發(fā)展和管理嚴重滯
后等。解決上述問題，需要我們在政策市場、管理和技術(shù)多方面做出努力。政策方面應(yīng)參照發(fā)達國家的有關(guān)政策法規(guī)，規(guī)劃確定出專用和公共停車位的合理數(shù)量，實現(xiàn)投資主體多元化，確定車庫的管理屬性和停車收費標準，給予投資和經(jīng)營者相應(yīng)的優(yōu)惠政策，使其有利可圖。市場方面應(yīng)建立車庫市場運行機制，利用價格杠桿調(diào)高占路停車收費標準，逐步消除“路滿庫空”現(xiàn)象。鼓勵按市場規(guī)則經(jīng)營車庫，并實施政府監(jiān)督和政策調(diào)控，使停車產(chǎn)業(yè)良性發(fā)展。
圖1.4在我國廣泛使用的升降橫移式立體車庫
1.3 本畢業(yè)設(shè)計的主要工作目標、工作內(nèi)容及基本要求
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)式等。在對國內(nèi)外各種同類產(chǎn)品進行分析的基礎(chǔ)上，再結(jié)合造價、技術(shù)難度以及用戶需求等各個方面的因素，可以發(fā)現(xiàn)升降橫移式立體車庫形式比較多，規(guī)?？纱罂尚?，而且對場地的適應(yīng)性較強，同時采用這類設(shè)備的車庫十分普遍。因此，最終確定研究對象為升降橫移式立體車庫。
1．3.1工作目標
（1）升降橫移式立體停車設(shè)備總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計與研究；
確定垂直升降式立體停車設(shè)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(jié)構(gòu)等各個組成部分的總體設(shè)計。
（2）升降橫移式立體停車設(shè)備的存取機構(gòu)設(shè)計；
在分析比較的基礎(chǔ)上，確定車庫的存取車形式，然后由此詳細設(shè)計停車位、載車板和存取機構(gòu)。
（3）升降橫移式立體停車設(shè)備的升降驅(qū)動機構(gòu)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(shè)計升降平臺、安全機構(gòu)等。并計算升降系統(tǒng)電機所需要的曳引能力、平衡配重的重量等。
1.3.2工作內(nèi)容
本設(shè)計的主要內(nèi)容是根據(jù)車輛自動停放車庫的設(shè)計要求制定合理的結(jié)構(gòu)方案，設(shè)計出既能滿足設(shè)計要求結(jié)構(gòu)又簡單成本又低的立體車庫，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難的問題。具體設(shè)計內(nèi)容為：主體機架設(shè)計、橫移傳動系統(tǒng)設(shè)計、升降傳動系統(tǒng)設(shè)計、載車板設(shè)計、控制裝置設(shè)計。
1.3.3基本要求
車庫分上中下三層，共八列，頂層載車板只需上下升降；中層載車板既可升降又可橫移；底層載車板只需左右橫移。中層和底層都留有一個空位，可以通過橫移載車板變換空位，當?shù)讓榆囄贿M出車時，無需移動其它載車板就可直接進出車；中間層、頂層進出車時，先要判斷其對應(yīng)的下方位置是否為空，不為空時要進行相應(yīng)的平移處理，直到下方為空才可進行下降和進出車動作，進出車后再上升回到原位置。
第二章 三層升降橫移式立體車庫的基本結(jié)構(gòu)
2.1三層升降橫移式立體車庫的工作原理
升降橫移式立體車庫以鋼結(jié)構(gòu)框架為主題，采用電機驅(qū)動鏈條帶動載車板做升降橫移運動，實現(xiàn)存取車輛。其工作原理為：每個車位均有載車板，所需存取車輛的載車板通過升降橫移運動到達地面層，駕駛員進入車庫，存取車輛，完成存取過程。停泊在車庫內(nèi)地面層的車輛：只作橫移，不必升降；而停泊在頂層的車輛：只作升降，不作橫移；中間層則通過升降橫移運動為頂層車輛讓出空位，或存取車輛。
三層升降橫移式的運行原理：該停車設(shè)備的出入口在底層，底層（下文中也稱第一層）的載車板只可做橫移運動，中間層（下文中稱第二層）的載車板既可作升降運動又可做橫移運動，頂層（下文中也稱第三層）的載車板只可做升降運動。第二、三層均設(shè)有一個空位，載車板通過橫移運動變換空位。當?shù)讓榆囄贿M出車時，無需移動其他托盤就可直接進出車；中間層、頂層進出車時，先要判斷其對應(yīng)的下方位置是否為空，不為空時要進行相應(yīng)的平移處理，直到下方為空才可進行下降和進出車動作，進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。
橫移運動工作原理圖：
1-主動行走輪 2-導(dǎo)軌 3-傳動主軸
4-載車板 5-主動齒輪與減速電機 6-從動齒輪
傳動方式為：減速電機-主動齒輪5-從動齒輪6-傳動主軸3-主動行走輪1-導(dǎo)軌2
提升機構(gòu)的工作原理圖：
如上圖所示，提升機構(gòu)由提升電機、鏈輪、鏈條、張緊輪、載車板組成，鏈輪張緊輪都固定在框架上，減速電機帶動主傳動軸轉(zhuǎn)動，主傳動軸帶動鏈輪轉(zhuǎn)動，主動鏈輪通過鏈傳動帶動從動鏈輪轉(zhuǎn)動，提升鏈條底端焊接在載車板兩側(cè)，頂端焊接在主從動鏈輪的鏈條上，通過鏈輪的轉(zhuǎn)動帶動鏈條移動，從而實現(xiàn)載車板的升降。
2.2設(shè)計參數(shù)及特點
項目
規(guī)格
升降橫移立體車庫
3層*8列
車位數(shù)
22
停放車輛規(guī)格
長*寬*高：5050*1850*1600mm 重2.2t
車庫主體尺寸
長*寬*高：23080*8000*5300mm
電機功率
0.6-4(KW)
橫移平均速度
7.5m/min
升降平均速度
4.8m/min
特點：三層停車位，其空間利用率最高，非常適合平面空地使用。而且可根據(jù)場地情況量身定做。實現(xiàn)2～5層或更多層的多車位設(shè)計。由于其對土建要求較低可根據(jù)不同的地形和空間進行任意組合排列，規(guī)?？纱罂尚。Y(jié)構(gòu)簡單而求成本較低，因此應(yīng)用十分廣泛。
2.3三層升降橫移立體車庫的基本組成結(jié)構(gòu)
機械式三層升降橫移式立體車庫總體采用鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計，整個機構(gòu)由立柱、橫梁和縱梁、橫移導(dǎo)軌、載車板等組成。總共有22個停車位。底層有可以橫移的載車板；二層有移動的框架利用滑輪帶動載車板一起運動，并且裝有能使載車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)。升降運動采用升降電動機、鏈條提升；橫移運動借助導(dǎo)軌采用交流減速橫移電動機和滑輪驅(qū)動，優(yōu)點是結(jié)構(gòu)
簡單，柔性好，啟動平穩(wěn)，噪聲小，且安全可靠。
升降橫移式立體車庫中的鋼結(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)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。鋼架主要分為上、下框架，通過它可以安裝消防、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。各鋼板采用高強度螺栓聯(lián)結(jié)。高強度螺栓連接中，構(gòu)件內(nèi)力是靠構(gòu)件鋼板表面間由高強度螺栓以巨大的夾緊壓力所產(chǎn)生的摩擦力來傳遞的，故高強度螺栓連接的承載能力是以抗滑強度——被連接鋼板發(fā)生相對滑動的載荷來表示，而不考慮螺栓的受剪?？够瑥姸扔秩Q于高強度的預(yù)緊拉力、鋼板表面的摩擦系數(shù)、摩擦面及高強螺栓數(shù)量。高強度螺栓由高強螺栓、高強螺母各一個，以及高強墊圈。
第三章 底層車位與主體框架的設(shè)計
底層的車位由載車板、橫移傳動系統(tǒng)、導(dǎo)軌組成。汽車的存取可在對應(yīng)位置進行，車輛進入載車板后，只需實現(xiàn)水平橫移的運動方式。
3.1載車板結(jié)構(gòu)和尺寸設(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?？蚣苁禽d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行各種表面處理，如電鍍、烤漆等，使載車板輕巧、美觀。如下圖所示。
綜合載車板的安裝和成本等方面考慮，最終采取拼板式結(jié)構(gòu)。載車板由冷彎型鋼咬合拼裝拼接而成，用螺栓緊固連接。載車板重500KG,長寬高為：6300*2500*300mm尺寸詳見附圖1-冷彎型鋼零件圖、附圖2-底層載車板裝配圖。
3.2橫移傳動系統(tǒng)的設(shè)計
3.2.1橫移傳動方案
底層車位設(shè)置在地平面，汽車的存取可在對應(yīng)位置進行，車輛進入載車板后，只需實現(xiàn)水平橫移的運動方式，傳動方案如下圖。
載車板橫移原理圖
1-主動行走輪 2-導(dǎo)軌 3-傳動主軸
4-載車板 5-主動齒輪與減速電機 6-從動齒輪
傳動方式為：減速電機-主動齒輪5-從動齒輪6-傳動主軸3-主動行走輪1-導(dǎo)軌2
3.2.2橫移傳動系統(tǒng)參數(shù)計算
運動原理如載車板橫移原理圖所示，減速電機通過齒輪驅(qū)動載車板行走輪轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)載車板橫移運動。
（1)主要參數(shù)的確定
橫移運動行程 s = 2500mm
橫移運動時間 t = 20s
橫移速度，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。
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。
橫移載車板自重500kg,汽車設(shè)計重量2200kg,總重量=500+2200=2700kg
總額定載荷：W=27000N （取g=10N/Kg）
（2）功率計算
橫移傳動軸轉(zhuǎn)速n計算：
則電機輸出軸轉(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)動力矩M計算：
由機械手冊1冊表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)的滾動摩擦系數(shù)：=0.05
滾動軸承的摩擦系數(shù)：=0.0015
正壓力：P=27000N
則：
起動驅(qū)動力矩：
行走驅(qū)動力矩：
電機功率計算：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，容納電機的空間狹小，所以選用BW1-29擺線針輪減速電機，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橫移傳動軸的設(shè)計與校核
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，先進行初算軸，然后進行軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計，確定軸徑后，再對軸的強度進行校核。
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)力。
（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)的疲勞強度的公式進行該截面安全系數(shù)的校核計算，
其中：——對稱循環(huán)應(yīng)力時的疲勞極限和扭轉(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
通過校核就可以確定軸的直徑。
橫移電機型號已選用BW1-29擺線針輪減速電機，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
取傳動中各部件的效率為：齒輪傳動的效率φ=0.97，軸承效率φ=0.99，總傳動效率φ=0.95，所以作用在軸上的功率P=1.1×0.95=1.045KW
又因為軸的實際轉(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)機械設(shè)計表15-3，取A0=112，于是得： dmin=A03pn=112×31.04525.85=38.4mm,取d=50mm
雖然鍵槽、軸肩及過渡配合所引起的應(yīng)力集中均將削弱軸的疲勞強度，但由于軸的最小直徑是按扭轉(zhuǎn)強度較為寬裕確定的，所以截面其它截面均無需校核，只需要校核最小軸截面。
根據(jù)機械設(shè)計課本P373，表15-4可得：
W=πd332=12500mm3
Wt=πd316=18225mm3
橫移載車板自重:W載車板=5000N
車輛額定載荷：W車=22000N,車輛前后輪比重按3:2計算
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
上面已計算出軸所受的扭矩：T=386023N.mm,又因為扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動循環(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)機械設(shè)計課本P362表15-1可知45號鋼許用彎曲應(yīng)力：。
因此，故安全，軸滿足強度要求。
3.3主體框架的設(shè)計
三層升降橫移立體車庫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?，邊長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7200mm,共11根。
（3）縱梁：采用熱軋H型鋼400×400，t1=13,t2=21,長23830mm,共2根。
（4）導(dǎo)軌梁：采用工字鋼85×200，長23030mm,共兩根。
（5）導(dǎo)軌：采用工字鋼85×80，長23030，共兩根。
本章小結(jié)：在了解三層升降橫移式立體車庫工作原理之后，對立體車庫的總體鋼結(jié)構(gòu)進行設(shè)計，并對橫移機構(gòu)進行設(shè)計，確定橫移電機型號，并對傳動軸進行校核。
第四章 中層車位設(shè)計
中層車位既要實現(xiàn)橫移運動，也要實現(xiàn)升降運動，車位由一個移動的框架帶動載車板一起移動，并且裝有能使載車板升降的提升裝置。橫移運動采用減速電機和齒輪驅(qū)動，運行平穩(wěn)可靠；升降運動采用減速電機和鏈輪、鏈條提升。存取車時，先要判斷車位正下方是否有空位，有空位時直接通過升降運動實現(xiàn)存取車；沒有空位時，需移動下方車位，再進行升降運動存取車，存取完成后，車位復(fù)位。
中層車位設(shè)計包括：橫移框架設(shè)計、提升系統(tǒng)設(shè)計、安全裝置設(shè)計。
4.1橫移框架設(shè)計
4.1.1橫移框架的結(jié)構(gòu)和尺寸設(shè)計
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7115mm，另一根長2662mm.框架下端分別安裝兩個主動輪和從動輪，主動輪安裝在橫移驅(qū)動軸上，驅(qū)動軸由減速電機通過齒輪驅(qū)動，從而實現(xiàn)框架的橫移運動。
4.1.2橫移運動電機的選型
（1)主要參數(shù)的確定
橫移運動行程 s = 2500mm
橫移運動時間 t = 20s
橫移速度，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。
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。
橫移載車板與框架總重600kg,汽車設(shè)計重量2200kg,總重量=600+2200=2800kg
總額定載荷：W=28000N（取g=10N/Kg）
（2）功率計算
橫移傳動軸轉(zhuǎn)速n計算：
則電機輸出軸轉(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)動力矩M計算：
由機械手冊1冊表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)的滾動摩擦系數(shù)：=0.05
滾動軸承的摩擦系數(shù)：=0.0015
正壓力：P=28000N
則：起動驅(qū)動力矩：M起=PRu=28000×0.04×0.15=168N
行走驅(qū)動力矩：M=PRu1+u2=28000×0.04×0.0515=57.68N
電機功率計算：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，容納電機的空間狹小，所以選用BW1-29擺線針輪減速電機，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)動軸的設(shè)計與校核
橫移電機型號已選用BW1-29擺線針輪減速電機，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
取傳動中各部件的效率為：齒輪傳動的效率φ=0.97，軸承效率φ=0.99，總傳動效率φ=0.95，所以作用在軸上的功率P=1.1×0.95=1.045KW
又因為軸的實際轉(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)機械設(shè)計表15-3，取A0=112，于是得： dmin=A03pn=112×31.04525.85=38.4mm
取d=50mm
雖然鍵槽、軸肩及過渡配合所引起的應(yīng)力集中均將削弱軸的疲勞強度，但由于軸的最小直徑是按扭轉(zhuǎn)強度較為寬裕確定的，所以截面其它截面均無需校核，只需要校核最小軸截面。
根據(jù)機械設(shè)計課本P373，表15-4可得：
W=πd332=12500mm3
Wt=πd316=18225mm3
橫移載車板及框架總重:W框架=6000N
車輛額定載荷：W車=22000N,車輛前后輪比重按3:2計算
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
上面已計算出軸所受的扭矩：T=386023N.mm,又因為扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動循環(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)機械設(shè)計課本P362表15-1可知45號鋼許用彎曲應(yīng)力：。
因此，故安全，軸滿足強度要求。
4.2提升系統(tǒng)的設(shè)計
4.2.1提升方案的選擇
升降橫移式立體車庫中最常見的提升方式主要有鏈條提升和鋼絲繩提升。這里對鋼絲繩提升和鏈條提升在升降橫移類停車設(shè)備上應(yīng)用的優(yōu)缺點進行簡單地比較和說明。
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)。升降車臺版啟動時沖擊較大，鏈條傳動可承受足夠大的沖擊力而不至于斷裂。而鋼絲繩在運行沖擊下會伸長變形甚至打結(jié)，影響升降運行的準確性，使用頻繁時在沖擊下更易斷裂，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)，使用頻繁時半年就要更換一次，壽命低。
3、運行噪音。鋼絲繩提升方式占絕對優(yōu)勢。
4、成本。三層及以下情況下，鏈條提升方式的成本相對較低。主要是因為鋼絲繩提升方式的卷筒價格不菲，鋼絲繩提升的升降車臺板的長度比鏈條提升方式的車臺板要長。超過三層后鏈條提示方式就沒優(yōu)勢了，鋼絲繩的成本相對較低，這是因為車庫超過三層以后，鏈條的單價比鋼絲繩貴，而且隨之而來的縱梁和橫梁框架加長也必定導(dǎo)致成本的增加。
5、制造及安裝。鏈條提升方式占優(yōu)勢。鏈條鏈輪傳動系統(tǒng)安裝方便，運行安全可靠，已被大多數(shù)廠家采用，是現(xiàn)有升降橫移停車設(shè)備的標準模式。鋼絲繩傳動需要體積較大的卷筒，制造負責且影響美觀，安裝時可能造成繩體打結(jié)或小股斷裂，造成安全隱患。
6、維護與更換。鏈條提升方式占優(yōu)勢。從維護的便利性來說，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，升降橫移類停車設(shè)備中鏈條提升和鋼絲繩提升各有優(yōu)缺點。一般來說，低于四層的停車設(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。本設(shè)計是三層立體車庫，所以選用鏈條提升方案。
4.2.2提升機構(gòu)的原理
如上圖所示，提升機構(gòu)由提升電機、鏈輪、鏈條、張緊輪、載車板組成，鏈輪張緊輪都固定在橫移框架上，減速電機帶動主傳動軸轉(zhuǎn)動，主傳動軸帶動鏈輪轉(zhuǎn)動，主動鏈輪通過鏈傳動帶動從動鏈輪轉(zhuǎn)動，提升鏈條底端焊接在載車板兩側(cè)，頂端焊接在主從動鏈輪的鏈條上，通過鏈輪的轉(zhuǎn)動帶動鏈條移動，從而實現(xiàn)載車板的升降。
4.2.3提升機構(gòu)的參數(shù)計算
（1）提升電機的選型
根據(jù)車庫使用者要求，本文設(shè)計的升降橫移式立體車庫提升時間不超過26秒，
設(shè)計取提升時間為22秒，提升載車板與橫移載車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，所以可以計算出提升速度v約為0．08m／s。
載車板0.5噸重，停車重量2.2噸重，合計提升電機需提升的總重約為2．8噸，即G=27000N,取傳動中各部件的效率為：鏈傳動效率φ=0.97；軸承效率φ=0.99；齒輪效率φ=0.97。所以φ總=0.912
故電機提升功率P=G×v=27000x0．08m／s=2.16kw,
考慮傳動中各種摩擦阻力，使載荷增大10%，則Pz=2.16×110%=2.376KW，
則所需電機輸出功率P電=Pzφ總=2.605KW.
根據(jù)各立體車庫專用電機的型號，選用BW3-43擺線針輪減速電機，該電機的輸出功率為3kw，輸出扭矩為755N.m，輸出轉(zhuǎn)速為34r/min。在潤滑良好狀況下，各傳動構(gòu)件之間的摩擦小，車庫傳動系統(tǒng)為低速傳動，電機每天運行的時間很短，僅在車輛入庫或者出庫時啟動，所選用電機具有一定過載能力，故所選電機能夠滿足要求。
(2)提升傳動軸的設(shè)計與校核
橫移電機型號已選用BW3-43擺線針輪減速電機，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
電機軸直接驅(qū)動提升軸，于是轉(zhuǎn)矩M=95490002.8834=808856N.mm
選取軸的材料為45鋼。根據(jù)機械設(shè)計表15-3，取A0=112，于是得： dmin=A03pn=112×32.8834=49.2mm,取d=65mm
雖然鍵槽、軸肩及過渡配合所引起的應(yīng)力集中均將削弱軸的疲勞強度，但由于軸的最小直徑是按扭轉(zhuǎn)強度較為寬裕確定的，所以截面其它截面均無需校核，只需要校核最小軸截面。
根據(jù)機械設(shè)計課本P373，表15-4可得：
W=πd332=27462.5mm3
橫移載車板自重:W載車板=5000N
車輛額定載荷：W車=22000N,車輛前后輪比重按3:2計算
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
上面已計算出軸所受的扭矩：T=808856N.mm,又因為扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動循環(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)機械設(shè)計課本P362表15-1可知45號鋼許用彎曲應(yīng)力：。
因此，故安全，軸滿足強度要求。
（3）鏈輪及鏈條設(shè)計
橫移載車板自重:W載車板=5000N
車輛額定載荷：W車=22000N,車輛前后輪比重按3:2計算
則鏈條所受的最大拉力：F=50004+220002×35=7850N
根據(jù)機械設(shè)計書表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)機械設(shè)計手冊表12-2-14：齒寬bn=0.95b1=8.93mm,取為9mm
鏈厚=b4+2b7=30
根據(jù)機械設(shè)計手冊表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安全防護裝置
車庫的安全防護措施非常重要，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，它的安全防護措施要做到以下幾點，并配備有相應(yīng)的防護裝置。
1.防火措施：在車庫中安裝有溫煙傳感器，可對車庫的火情實行實時監(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。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：當載車板升至定位點后，需設(shè)置防墜裝置，以防止載車板因故突然落下，傷害人車，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。
在載車板上升到正確停車高度時，安全吊鉤處于下圖所示狀態(tài)。載車板升降時，電磁鐵通電，推動下圖中3電磁鐵驅(qū)動安全吊鉤向左轉(zhuǎn)動，同時通過連接桿4帶動自制吊鉤向左轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)吊鉤與載車板的分離，載車板在鏈條牽引下自由升降。本車庫通過連接桿連接4，自制一個安全吊鉤，省去一個電磁鐵驅(qū)動安全吊鉤，一個車位節(jié)省兩個電磁鐵驅(qū)動安全吊鉤。
防止載車板墜落裝置
本章小結(jié)：完成了載車板的移動框架設(shè)計，提升系統(tǒng)設(shè)計，安裝裝置設(shè)計。
第五章 頂層車位的設(shè)計
頂層車位只需實現(xiàn)升降運動，車位采用固定框架架構(gòu)，并且裝有能使載車板升降的提升裝置。升降運動采用減速電機和鏈輪、鏈條提升。存取車時，先要判斷車位正下方是否有空位，有空位時直接通過升降運動實現(xiàn)存取車；沒有空位時，需移動下方車位，再進行升降運動存取車，存取完成后，車位復(fù)位。
頂層車位設(shè)計主要設(shè)計提升系統(tǒng)。
5.1提升機構(gòu)的原理
如上圖所示，提升機構(gòu)由提升電機、鏈輪、鏈條、張緊輪、載車板組成，鏈輪張緊輪都固定在橫移框架上，減速電機帶動主傳動軸轉(zhuǎn)動，主傳動軸帶動鏈輪轉(zhuǎn)動，主動鏈輪通過鏈傳動帶動從動鏈輪轉(zhuǎn)動，提升鏈條底端焊接在載車板兩側(cè)，頂端焊接在主從動鏈輪的鏈條上，通過鏈輪的轉(zhuǎn)動帶動鏈條移動，從而實現(xiàn)載車板的升降。
5.2提升機構(gòu)的參數(shù)計算
（1）提升電機的選型
根據(jù)車庫使用者要求，本文設(shè)計的升降橫移式立體車庫提升時間不超過52秒，
設(shè)計取提升時間為45秒，提升載車板與橫移載車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，所以可以計算出提升速度v約為0．08m／s。
載車板0.5噸重，停車重量2.2噸重，合計提升電機需提升的總重約為2．7噸，即G=27000N,取傳動中各部件的效率為：鏈傳動效率φ=0.97；軸承效率φ=0.99；齒輪效率φ=0.97。所以φ總=0.912
故電機提升功率P=G×v=27000x0．08m／s=2.16kw,
考慮傳動中各種摩擦阻力，使載荷增大10%，則Pz=2.16×110%=2.376KW，
則所需電機輸出功率P電=Pzφ總=2.605KW.
根據(jù)各立體車庫專用電機的型號，選用BW3-43擺線針輪減速電機，該電機的輸出功率為3kw，輸出扭矩為755N.m，輸出轉(zhuǎn)速為34r/min。在潤滑良好狀況下，各傳動構(gòu)件之間的摩擦小，車庫傳動系統(tǒng)為低速傳動，電機每天運行的時間很短，僅在車輛入庫或者出庫時啟動，所選用電機具有一定過載能力，故所選電機能夠滿足要求。
(2)提升傳動軸的設(shè)計與校核
橫移電機型號已選用BW3-43擺線針輪減速電機，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
電機軸直接驅(qū)動提升軸，于是轉(zhuǎn)矩M=95490002.8834=808856N.mm
選取軸的材料為45鋼。根據(jù)機械設(shè)計表15-3，取A0=112，于是得： dmin=A03pn=112×32.8834=49.2mm,取d=65mm
雖然鍵槽、軸肩及過渡配合所引起的應(yīng)力集中均將削弱軸的疲勞強度，但由于軸的最小直徑是按扭轉(zhuǎn)強度較為寬裕確定的，所以截面其它截面均無需校核，只需要校核最小軸截面。
根據(jù)機械設(shè)計課本P373，表15-4可得：
W=πd332=27462.5mm3
橫移載車板自重:W載車板=5000N
車輛額定載荷：W車=22000N,車輛前后輪比重按3:2計算
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
上面已計算出軸所受的扭矩：T=808856N.mm,又因為扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動循環(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)機械設(shè)計課本P362表15-1可知45號鋼許用彎曲應(yīng)力：。
因此，故安全，軸滿足強度要求。
（3）鏈輪及鏈條設(shè)計
根據(jù)實際需要選短節(jié)距精密滾子鏈（簡稱滾子鏈
），其結(jié)構(gòu)特點：由外鏈節(jié)和內(nèi)鏈節(jié)鉸接而成。銷軸和外鏈板、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，以減少嚙合時的摩擦和磨損，并可以緩和沖擊。
橫移載車板自重:W載車板=5000N
車輛額定載荷：W車=22000N,車輛前后輪比重按3:2計算
則鏈條所受的最大拉力：F=50004+220002×35=7850N
根據(jù)機械設(shè)計書表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)機械設(shè)計手冊表12-2-14：鏈輪齒寬bn=0.95b1=8.93mm,取為9mm
根據(jù)機械設(shè)計手冊表12-2-2取z1=z2=25
根據(jù)機械設(shè)計書表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。
第六章 總結(jié)與展望
總結(jié)：立體車庫在我國屬于新興行業(yè)，國內(nèi)對立體車庫使用新技術(shù)、新方法系統(tǒng)的理論研究少，在此背景下結(jié)合實際工程項目展開本文研究。本文所設(shè)計的立體車庫通過國家驗收并運行良好，本文所做工作總結(jié)如下：
1、 對三層升降橫移式立體車庫進行了基本結(jié)構(gòu)設(shè)計，其中包括升降橫移式立體車庫的基本原理、基本組成。
2、 對鋼結(jié)構(gòu)框架、傳動系統(tǒng)(包括升降、橫移傳動系統(tǒng))、載車板、以及安全防墜落裝置等進行設(shè)計，并進行了校核。
3、 建立車庫結(jié)構(gòu)的三維建模并給出車庫結(jié)構(gòu)的設(shè)計工程圖紙及相關(guān)技術(shù)資料。
展望：本文對三層升降橫移式立體車庫進行了研究和設(shè)計，提出了新的存取機構(gòu)方案，滿足了設(shè)計要求，工作穩(wěn)定，并進行了校核。通過對機械式立體車庫的研究和設(shè)計，希望立體車庫向更大的空間發(fā)展，希望立體車庫系統(tǒng)更快普及，希望我國面臨的停車難問題早日解決。
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)思以及撰寫的整個過程都傾注了老師的大量心血和辛勤勞動。在本文的完成過程中，李老師淵博的知識、活躍的學術(shù)思維、嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度以及對科研工作的忘我進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)，讓我視野豁然開朗，使我的知識面不斷拓寬，老師的人格魅力成為我人生的燈塔，時刻激勵我積極進取、努力探索，開拓未來的人生。值此論文完成之際，謹向尊敬的李明富老師致以崇高的敬意和由衷的感謝!
同時也要感謝我的父母、朋友，在我的成長道路上，給與我生活上、精神上的支持和關(guān)心，在此對他們表示衷心的感謝!尤其對于我父親母親的辛勤養(yǎng)育和無微不至的關(guān)懷表示虔誠地感恩。
謝謝所有關(guān)心和幫助過我的老師和朋友。
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