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1、机械式立体车库设计1 绪论1.1 课题的背景和意义随着汽车数量的激增，我国城市交通压力大大增加，迫切需要新建、扩建和改建相应的城市道路、交通管理设施以及各类停车设施。据有关方面统计，截止2008年统计，我国生产汽车9345万辆，同比增长52，我国国内汽车销量为93805万辆，同比增长67。由于汽车数的增长远远高于停车位的增长，我国每年停车位的缺口高达300多万个，城市停车位远远不能满足需要。当前我国的汽车与车位数量之比约为5：1，而正常的平衡比例应当是1:1.2，差距很大，需要大量增加停车位，在城市土地资源紧缺的情况下通过地面增加车位己难以满足要求32。通常国内外解决停车难的问题有以下办法：广
2、场型停车场、路边停车区、地下停车场、机械式立体车库。在寸土寸金的城市中心不可能浪费大面积土地来用于停泊车辆的广场型停车场或者路边停车区；地下停车场存在着施工周期长及造价较高的局限性1。此状况下机械式立体车库的有点十分明显。机械式立体车库具有以下优点28，第一，节约空间。一般情况下，其占地面积约为平面停车场的1/21/20，机械式“立体”车库在地下和地面都可安装，最大的好处就是可以充分利用小面积向高空发展，尽量多存车辆，是土地资源紧缺、车辆容量大的场所最佳停车方式。例如，在空间有限的居民小区地面上最适合使用“垂直循环”式立体车库。这种车库每组H 层，也就是说，在原来只可停放一辆车的面积上建起的立
3、体车库可以停放H 辆车。第二，自动化操控，使用方便。立体停车库自动化程度很高，可以进行旋转式升降，例如，小区居民下班回来停车，只要按一下与车位号对应的号码，这个车位就会旋转着降落到地面，待车主停好车辆后，再按号码，车位又回旋上升、复位。安装了立体车库的大型地下停车场则配套安装停车场智能管理系统，由经过专业技术培训的工作人员进行!24小时值守调度。第三，立体车库建设成本大大低于传统停车场。据了解，传统停车场的占地和建设成本相当高昂。一般说来，普通地上停车位每个占地15平方米左右，地下停车场每个车位的占地面积则至少在25平方米以上。如果使用立体停车库，在30平方米的空地上就可以停放一组8车位立体停
4、车库，平均每个车位占地面积不到4平方米。就建设成本而言，目前小区房产开发商建一个地下车位需投资6-8万元，某些高档写字楼地下停车位的建设成本更是高达十几万元。如果安装立体车库，在空间面积不变的情况下尽量增加停车位，可以将每个停车位的建设成本摊薄到56万元。第四，安全可靠、美化环境。配备自动检测系统，各种安全机构，自动报警，消防系统及其他防范设施。汽车不会损坏，丢失。因地制宜，利用零星空地，配以外形美观的车库，美化城市环境2。对立体车库的系统理论研究较少，特别是对立体车库的主体框架钢结构精确理论计算和结构的优化设计较少，不能深化产业。通过有限元技术可以节约设计成本和制造费用，快速响应市场需求，增
5、强企业的市场的竞争力，深化我国的立体车库行业的产业结构。从机械式立体车库的类型看，应用较多的是升降横移类，占总量的83，其所占比例随着机械立体车库在我国还是新兴产业，具有广阔的发展前景，国家经贸委将“城市立体车库”列为“近期行业技术发展重点”。然而目前我国立体车库行业的行业标准未能完善统一：许多立体车库生产厂家以仿制为主，自主开发能力弱，缺乏自主知识产权；式立体车库的发展还会继续上升。所以本文在升降横移式立体车库结构设计的基础上，深入地对升降横移式立体车库的主体框架与载车板进行有限元分析是十分必要、迫切且有意义的。1.2 课题的关键技术及其国内外研究发展现状1.2.1 国外研究现状 早在50多
6、年前，立体停车就在国外有所发展，先后出现了针对家庭使用的双层停车设备；利用住宅空地建起2-4层升降横移停车设备；适合城市中心商住区使用的停车楼和停车塔；利用广场、建筑物下面的空间建设地下车库。自70年代末起，世界经济高速发展，汽车逐渐普及，保有量不断增加，迫使地少人多、车多的国家、地区和一些发达国家积极开展了机械式停车技术的研究开发和制造应用。以日本、美国、德国等为代表的发达国家在停车技术领域的研究处于世界领先水平，韩国和我国的港、澳、台地区的停车业也通过引进-移植制造，得到了蓬勃发展，较好地解决了本地区的停车难，并开始向外输出技术和出口产品3. 目前世界停车产业正向多元化发展，其停车技术几乎
7、包含了当今机械、电子、液压、光学、磁控和计算机技术等领域的所有成熟先进技术。机械方面，应用了许多新材料、新工艺。设备结构采用模块化设计，便于组合使用，易于安装拆卸30。钢结构选用新型优质钢材，既提高了设备的强度和刚度，又使设备轻巧美观，载车板采用一次成型的镀锌板或彩涂板组装，美观、强韧、耐用。控制技术方面，广泛采用可编程序控制器和矢量变频变压调速闭环控制技术，使运行高速平稳，节省电力，振动和噪音也趋于最小。控制形式有，按钮式、锁匙式、IC卡式、键盘式、触摸屏式、遥控式等。安全元件采用各种光栅显示屏、光电管、机械式行程开关、磁性接近开关、光敏感应开关等，安全保护装置日臻完善，如汽车出入声光引导和
8、定位、汽车尺寸和重量自动识别、限速保护与多重机构互锁、停车泊位自动跟踪、链条和钢丝绳长度超范围报警和弹性变形自动补偿、汽车图象摄影对比安全检测、自动消防灭火系统等。日本是最早应用机械式车库的国家之一，其在上世纪60年代初就开发并使用可最大限度的利用空间的机械式停车设备。从80年代开始，日本开始向亚洲地区的韩国、中国及台湾地区出口产品及技术。韩国机械车库技术是日本机械停车技术的派生。其机械停车产业从20世纪70年代中期开始起步，80年代开始引进日本技术，经过消化生产和本土化，90年代开始为供应使用阶段。由于这几个阶段得到政府的高度重视，各种机械停车设备得到普遍开发和利用，韩国近几年增长速度都在3
9、0%左右。目前韩国停车设备行业进入稳步发展阶段2。1.2.2 国内研究现状 我国机械停车设备技术发展经过了三个阶段29，第一个阶段为20世纪80年代的自主开发阶段，此阶段生产企业根据客户要求，自行开发设计，因此种类较少，技术单一；第二阶段为90年代的技术引进阶段，国内外许多企业都开始看好中国的停车行业，出现了许多合资企业，或是引进国外的技术，利用廉价的生产成本与国外的成熟技术结合参与停车行业的竞争；第三阶段就是2003年以后的消化与创新阶段，各企业为增强自身的竞争力，开始对引进的技术，进行充分的消化与分析，并根据国内的实际使用情况进行改造与创新，走上自主开发的道路。经过这几个阶段的发展，我国已
10、经形成了新兴的停车设备行业。我国立体停车设备的产品经引进技术和自我研究开发，生产技术水平有了很大的提高，目前品种的满足率己达90左右，有的品种填补了国内空白，产品国产化率到50以上。虽然生产技术水平有了很大的提高，但是我国立体停车设备的生产企业大多技术力量薄弱，自主开发能力差，多靠引进技术图纸或与外国的企业合作，制造水平基本上是跟踪国外先进技术。立体车库发明专利还较少，原创性的成果少，停车设备领域研究的深度和水平有待提耐。由于立体车库的迅猛发展，国内许多研究院所和高等院校等都逐步的重视起来，并且投入技术力量，对立体停车设备的各个方面进行研究，像结构设计、控制系统、存取策略、以及生产工艺、材料等
11、，并取得了一系列的成果。就我国目前的发展状况来说，通过使用有限元法对车库钢骨架结构进行分析，可以改善立体车库的结构，从而达到提高安全使用性能和延长立体车库使用寿命，确保车辆的安全停放以及服务人员的智能管理。建立车库钢骨架结构优化设计模型，是立体车库开发建设必要的技术措施。同时，国家也进一步发展和完善与停车产业相关的法规和各项标准，先后制订了多项停车设备的行业标准和行业规范，加强规划引导、技术开发和标准化工作。立体车库产业发展前景广阔，但在选取合理设计方案的经济性上、在智能化无人管理上、以及相关的国家政策和法规上还存在不足之处，有待改进和提高。2 升降横移式立体车库机械部分设计2.1 升降横移式
12、立体车库的基本结构2.1.1 升降横移式立体车库简介 1、立体车库及工作原理使用车辆之外的搬运装置来完成车辆停放、存储的机械设施称为机械停车库，以立体化形式存放车辆的机械式停车库叫做机械式立体车库4。机械式立体车库属于机电一体化产品，综合了机械、电子、计算机、液压、光学、磁控等领域的先进技术，是一种技术密集型产品。机械式停车立体车库的类别按其工作原理分类如下6,7：1、升降横移式立体车库：载车板升降或横移存取车辆的机械式立体车库。升降横移式立体车库的形式比较多，规模可大可小，对地的适应性较强，使用十分普遍。不足之处为每组车库必须留出一个空车位，升降载车板在链条牵动上升或者下降运行过程中不具备防
13、止倾斜和坠落的功能。2、垂直循环式立体车库；3、水平循环式立体车库；4、多层循环式立体车库；5、平面移动式立体车库；6、堆垛式立体车库；7、垂直升降式立体车库(塔式机械立体立体车库)；8、简易升降式立体车库27 ； 机械立体车库主要由主体框架、载车板装置、传动装置、安全保护装置、电气控制等几部分组成5。不同形式的机械式立体车库由于运行原理差异，其主要区别在于主体框架、载车板装置、传动装置等，而安全保护装置、电气控制与运行原理关联不大，因此基本类似。图2-0为一个地上7车位的升降横移式停车设备，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
14、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18，19 。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
15、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。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20：a.可靠性高钢材在生产时，整个过程可严格控制，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
16、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21 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。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
