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1、0 第第 1 章章 升降横移式立体车库机械部分设计升降横移式立体车库机械部分设计 1.1 升降横移式立体车库的基本结构 1.1.1 升降横移式立体车库简介 1、立体车库的工作原理 升降横移式立体车库是指利用载车板的升降或横向平移存取停放车辆的机械 式停车设备。升降横移式立体车库每个车位均有载车板，所需存取车辆的载车板 通过升、降、横移运动到达地面层，驾驶员进入车库，存取车辆，完成存取过程。 停泊在这类车库地面的车只作横移，不必升降，上层车位或下层车位需通过中间 层横移出空位，将载车板升或降到地面层，驾驶员才可进入车库内将汽车开进或 开出车库。图 2.0 为一个地上 7 车位的升降横移式停车设备
2、，其工作原理是：三 层三个车位可以升降，二层两个车位可以升降和平移，一层的两个车位只能横向 横移，空车位供三层和二层的车位下降时借用。1 、2 号车位可以直接存放车辆; 7 号车位需下降后再存放车辆;3 号车位，则需先将 1 号和 2 号载车板右移，再 将 3 号载车板下降; 4 号车位，则需先将 2 号载车板右移，再将 4 号存车板下降； 5 号车位需要先将 1、2、3、4 号四个载车板右移，再将 5 号载车板下降；6 号车 位则需要先将 2、4 号载车板右移，再将 6 号载车板降下。由于升降横移式停车 设备对场地的适应性强，介绍系统各机械部分部件结构和功能 可根据不同的地 形和空间进行任意
3、的组合、排列，规模可大可小，对土建的要求比较低，因此， 应用非常广泛。 图 2.0 七车位升降横移式立体车库工作原理图 2、立体车库机械部分部件结构和功能 以三层三列式立体车库为模型建立研究对象。升降横移式立体车库主要由结 构框架部分、载车板部分、横移系统、提升系统、控制系统、安全防护系统六大 部分组成。下面我们重点对车库的主要组成(图2.1所示)进行分析。 1 图 2.1 升降横移式立体车库主要组成 结构框架 立体车库一般主要以钢结构和钢筋混凝土为主，在升降横移式车库中我们选 用钢架结构(如图2.0所示)。钢架结构与其它建筑结构相比，具有如下特点： a.可靠性高 钢材在生产时，整个过程可严格
4、控制，质量比较稳定，性能可靠。钢材组织 均匀，接近于各向同性匀质体;钢材的物理力学特性与工程力学对材料性能所作的 基本假定符合较好;钢结构的实际工作性能比较符合目前采用的理论计算结果，计 算结果可靠，所以说钢结构的可靠性高 b.材料的强度高，钢结构自重小 与混凝土等材料相比，虽然钢材的重力密度大，但它的强度和弹性模量较高， 而且强度与重力密度之比也高得多。钢结构自重小，从而便于运输与安装，可减 轻基础的负荷，降低地基和基础部分的造价。 c.材料的塑性和韧性好 钢材的塑性好，钢结构在一般条件不会因超载等而突然断裂。破坏前一般都 会产生显著的变形，易于被发现，可及时采取补救措施，避免重大事故发生。
5、钢 材的韧性好，钢结构对动力荷载的适应性强，具有良好的吸能能力，抗震性能优 越。 d.钢结构制造简便，施工工期短 钢结构一般在专业工厂制造，易实现机械化，生产效率和产品精度高，质量 易于保证，是工程结构中工业化程度最高的一种结构。构件制造完成后，运至施 工现场拼装成结构。拼装可采用安装方便的螺栓连接，有时还可在地面拼装成较 大的单元，再进行吊装。施工工期短，可尽快发挥投资的经济效益。由于钢结构 具有连接的特性，故易于加固、改建和拆迁。 2 e.钢结构密闭性好 钢结构采用焊接连接可制成水密性和气密性较好的常压和高压结构、管道等。 f.钢材的耐锈蚀性差 在没有腐蚀介质的一般环境中，普通钢材制成的钢
6、结构经除锈后再涂上合格 的防锈涂料，锈蚀问题并不严重。立体车库多在没有腐蚀介质的环境中，所以对 钢结构本身的维护费用低。 结构主体采用热制H 型钢、槽钢、角钢和钢板等型材制造，具有较好的强度 和刚度，轻巧、美观，并可二次拆卸安装，运输方便。 上载车板及其提升系统 每块上载车板都配有一套独立的电机减速机与链传动组合的传动系统。其工 作原理如图2.0 ，电机顺时针旋转时，载车板上升，电机逆时针旋转时，载车板 下降。根据载车板及车重确定链条所需的传动力。根据传动力及载车板的移动速 度确定电机功率。根据车身高度确定上下载车板间的距离，根据这个距离确定链 条的长度，最后根据传动力确定链轮大小，链节形状及
7、大小。 下载车板及其横移系统 由于下载车板不需悬挂链条，所以为了节省材料，下载车板比上载车板要短。 每块下载车板后部都配有一套独立的电机减速机传动系统，藏于载车板内。在下 载车板底部装有四只钢轮，可以在导轨上行走，其中两只为主动轮，装于长传动 轴两端，另两只为独立安装的从动轮。电机减速机驱动长传动轴运转，长传动轴 上的主动钢轮在导轨上滚动行走从而使下载车板作横向平移运动。根据载车板及 车辆的重量、行走速度、滚轮与导轨间的摩擦系数确定横移电机的驱动功率。 安全装置 上载车板上装有上下行程极限开关和防坠落安全装置。防坠落安全装置装在 纵梁与上载车板上停位之间，在纵梁两测各装两只挂钩，上载车板两侧相
8、应位置 处各装两只耳环，当上载车板上升到位后，纵梁下面的四只挂钩便自动套入四只 耳环内，以防止升降电机常闭制动器慢释放后，上载车板在汽车和载车板本身的 重力作用下慢慢下滑，压坏下层汽车。另外也防止制动器一旦失灵，上载车板从 上停车位坠落，砸坏下层汽车。下载车板的安全装置主要是行程极限开关和防碰 撞板。行程极限开关的作用是使载车板横移到位后自动停止。防碰撞板的作用是： 下载车板横移时，如果碰撞到人、遗留行李或车主宠物时，切断横移电机电源， 横移停止。 控制系统 3 升降横移式立体停车设备的控制系统采用PLC 可编程序控制器控制，主要有 手动、自动、复位、急停四种控制方法。自动控制应用于平时的正常
9、工作状态， 手动控制应用于调试、维修状态，复位应用于排除故障场合，急停应用于发现异 常的紧急场合。对于本文中所列的7车位升降横移式立体停车设备，PLC 主要要 控制二、三层五个升降电机的正反转和一、二层四个横移电机的正反转。此外要 控制上层车位上安全钩的电磁铁和系统报警显示装置等。 2.1.2 立体车库钢结构设计 在升降横移式立体车库中其主要结构是钢结构，有两部分：主体框架部分和 载车板部分。主体框架部分的钢结构比较复杂，运用了“H”型钢、角钢、槽钢 等数种型钢形式，就其连接形式而言比较单一，即焊接和螺栓连接两种形式。载 车板部分的钢结构比较简单，其框架部分为数段矩形方钢对焊而成，其它辅助结
10、构则以角焊代之。焊接和螺栓连接是车库钢结构部分的两种主要的连接方式，其 连接方式的质量优劣将直接影响车库整体结构性能的优良与否，所以在车库的设 计和建造中具有很重要的位置。立体车库在连接过程中主要运用对焊、角焊和螺 栓连接。 一、焊缝连接要求 1.焊缝金属宜于基本金属相适应，当不同强度的钢材连接时，可采用与低强 度钢材相适应的焊接材料。 2.在设计中，不得任意加大焊缝，避免焊缝立体交叉和在一处集中大量焊缝， 同时，焊缝的布置应尽可能对称于构件的重心。 3.对接焊缝的坡口形式，应根据板厚和施工条件按现行标准手工电弧焊焊 接接头的基本形式与尺寸和埋弧焊焊接接头的基本形式与尺寸的 要求选用。 4.在
11、对接焊缝的拼接处，当焊接的宽度不同或厚度相差4mm以上时，应分别 在宽度方向或厚度方向，从一侧或两侧做成坡度不大于1/4的斜角，当厚 度不同时，焊缝坡口形式应根据较薄焊件厚度选定基本形式与尺寸。 5.当采用不焊透的对接焊缝时，应在设计图中注明坡口的形式和尺寸，其有 效厚度不得小于，t为坡口所在焊件的较大厚度。在承受动力载荷 e h t5 . 1 的结构中，垂直于受力方向的焊缝不宜采用不焊透的对接焊缝。 6.角焊缝两焊脚边的夹角a一般为90度(直角角焊缝)。夹角a120度或a6mm时，。圆孔或槽孔内的焊缝焊角尺寸不宜 mmthf)21 ( 大于圆孔直径或槽孔短径的1/3。 （3）角焊缝的两焊角尺
12、寸一般为相等，当焊件的厚度相差较大，且焊脚 尺寸不能符合上列要求时，可采用不等焊脚尺寸，与较薄焊件接触 的焊脚边以及与较厚焊件接触的焊脚边应分别符合上列要求。 （4）侧面脚焊缝或正面脚焊缝的计算长度不得小于和 4mm。 f h8 （5）侧面脚焊缝的计算长度不宜大于 60h(承受静力荷载或间接承受动力 载荷时)或 40h(承受动力载荷时);当大于上述数值时，其超过部分在 计算中不予考虑。若内力沿侧面焊缝全长分布时，其计算长度不受 此限。 8.在直接承受动力载荷的结构中，角焊缝表面应做成直线形或凹形。焊脚 尺寸的比例：对正面脚焊缝宜为 1：1.5(长边顺应力方向);对侧面脚焊缝 应为 1：1。 9
13、.在次要构件或次要焊件连接中，可采用断续焊接。断续焊接之间的净距， 不应大于巧 t(对受压焊件)或 30t(对受拉构件)，t 为较薄焊件厚度。 10当角焊缝的端部在构件转角处作长度为的绕脚焊时，转角处必须连 f h2 续施焊。 二、螺栓连接要求 在立体车库的钢结构中，主立柱与横移导轨“H”型钢的连接是整体结构中 的主连接，高强度螺栓连接则是主连接中常用的连接形式。高强度螺栓连接按其 受力的性能可分为：摩擦型和承压型。 摩擦型高强度螺栓连接摩擦型高强度螺栓连接完全依靠被连接的构件间的 摩擦阻力来传力，完全不靠孔壁承压和栓杆受剪。摩擦阻力的大小决定于作用在 构件摩擦面上的压力(螺栓的预紧力)，同时
14、也与被连接构件的材料及表面处理情 况有关。施工时不得在摩擦面上误涂丹红、油漆、淋雨、受潮等。 承压型高强度螺栓连接靠孔壁承压和栓杆受剪，与普通的螺栓相似，其连 接多为螺纹连接和绞制孔用螺栓连接。对于同时承受剪力和螺栓杆轴方向拉力的 承压型高强度螺栓，应符合下式要求： 5 1 22 b t t b V V N N N N 其中 2 . 1 h c V N N 式中，每个承受型高强度螺栓所受的剪力和拉力； v N t N 每个承压型高强度螺栓的受剪、受拉、承压承载力设计值。 b c b t b v NNN, 立体车库钢结构受力主要包括：钢结构本身自重，结构架上各停车位的车辆 及载车板重力，提升系统
15、起制动所产生的惯性力，驱动装置的重力，顶部梁架受 滑轮组、轿箱和配重的重力，整体结构所受的风力、地震载荷以及结构由于外界 环境温度变化而引起的温度应力等，它们均以集中或分布方式作用。 由于该立体车库为三层三列式，属于低层钢结构建筑。因此，我们对该车库 模型进行受力分析时作如下假设： 1、车库单独建立，不与其它建筑物相连接，属于最常见状况; 2、不计由于结构阴面与阳面温差引起的热应力; 3、整体结构无初始变形和缺陷; 4、在静态环境里，地震载荷与风载荷作用忽略不计。 三、立体车库钢结构分析校核 在车库钢结构设计中，包括轴心受力构件、梁、拉弯和压弯构件的设计。进 行轴心受力构件设计时，轴心受拉构件
16、应满足强度和刚度要求，轴心受压构件除 应满足强度、刚度要求外，还应满足整体稳定和局部稳定要求。 在梁的设计中，梁的刚度和强度对截面设计起控制作用，因此应先进行这二 者的计算。由于车库系统对于系统的安全要求特别高，所以还应对其整体稳定进 行计算，此外，梁的接点处均应采取构造措施，以防止其端截面发生扭转。在进 行梁的截面设计时，考虑强度，腹板宜既高又薄，考虑整体稳定，翼缘宜既宽又 薄，所以在荷载作用下，受压翼缘与腹板有可能发生波形屈曲，即梁发生局部失 稳。发生局部失稳后，梁的部分区域退出工作，将使梁的有效截面积减小，强度 承载力和整体稳定性降低，这时可以采取增大板厚度或设置加强肋等措施。对于 压变构件，需要进行强度、刚度、整体稳定性和局部稳定性计算。 对于拉弯构件，一般只需要进行强度和刚度计算。在对立体车库钢结构骨架 的分析中，我们先从单根梁的受力进行分析，适当简化力学模型，在正确分析各 梁的约束和受力的基础上，先对各梁和立柱的刚度和强度进行分析，找出系统薄 弱处所在
