机械毕业设计升降横移式立体车库设计Word格式.docx

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应该说，机械车库从管理上可以做到彻底的人车分流。

在地下车库中采用机械存车，还可以免除采暖通风设施，因此，运行中的耗电量比工人管理的地下车库低得多。

机械车库一般不做成套系统，而是以单台集装而成。

这样可以充分发挥其用地少、可化整为零的优势，在住宅区的每个组团中或每栋楼下都可以随机设立机械停车楼。

这对眼下车库短缺的小区解决停车难的问题提供了方便条件。

近年来，随着经济的发展，我国的城市化水平加快和人民生活水平的提高，汽车数量的不断增加。

截至2003年底，我国个人汽车保有量为12427672辆。

其中，个人轿车4890387辆，比2002年增加1462441辆，增长率为42.7%，但与此同时，汽车停车场地的增长却不能与之同步，汽车泊位与汽车数量的比例严重失调，由此带来停车难、违章停车、停车管理困难等一系列问题。

当以往的路边、人行道上停车、地下或地面停车场均解决不了上述问题时，采用机械式立体停车设备是一个非常有效的措施。

机械式立体停车设备又名立体车库，它占地空间小，并且可最大限度地利用空间，安全方便，是解决城市用地紧张，缓解停车难的一个有效手段。

国家计委已明确机械式立体停车设备及城市立体停车场为国家重点支持的产业，1998年1月1日起执行的《国家计委6号令》把机械式停车序和立体停车场列入“国家重点鼓励发展的产业、产品和技术日录”，国家海关总署对机械式停车产品规定“国内投资项目给予免征进口税”、上述措施为我国立体车库产业的成长提供了良好的条件、也为我国解决城市停车间题提供了机会。

可以预见立体车库具有非常广阔的市场前景。

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。

国外高容量的立体车库

目前世界停车产业正向多元化发展，其停车技术几乎包含了当今机械、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。

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。

当时日本全国汽车保有量大约为500万辆，大多采用的是垂直循环式停车设备。

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30%左右。

目前韩国停车设备行业进入稳步发展阶段。

1.2.2国内研究现状

我国机械式车库的早期研究开发工作是从80年代中期开始，90年代开始引进和生产停车设备，在北京、上海、广州、深圳等地都有使用。

参照日本等国标准制定的我国行业标准也于近几年出台，目前停车设备生产厂已发展到几百家，生产各种类型的停车设备，有些停车设备已开始出口。

机械式立体车库是一种具有综合性能的建筑，不仅包含了机械停车设备，其规划建设涉及到区域整体景观、交通疏导、建筑结构、供电照明、通讯监视、通风排水、环境保护、安全消防、收费管理等各学科领域，就停车设备本身而言，其机械结构的发展已形成了停车设备独有的技术特征，需要多学科、多专业的复合型人才积极参与，把国外停车技术和各领域的成熟技术移植到我国停车产业，开发出安全、经济、高效、节能、省地的产品，满足国内外市场的需求。

在我国的停车产业发展中还存在一些问题，如没有统一的技术标准；

多数产品是仿效或引进国外技术制造，技术水平低；

缺少具有一定规模的企业，生产能力不足；

市场

竞争无序，个别企业为抢占市场，采取低价竞争；

缺少科研设计单位的参与，技术

创新能力严重不足；

政策不配套，对停车产业发展和管理严重滞后等。

解决上述问题，

需要我们在政策市场、管理和技术多方面做出努力。

政策方面应参照发达国家的有关政策法规，规划确定出专用和公共停车位的合理数量，实现投资主体多元化，确定车库的管理属性和停车收费标准，给予投资和经营者相应的优惠政策，使其有利可图。

市场方面应建立车库市场运行机制，利用价格杠杆调高占路停车收费标准，逐步消除“路满库空”现象。

鼓励按市场规则经营车库，并实施政府监督和政策调控，使停车产业良性发展。

在我国广泛使用的升降横移式立体车库

第二章升降横移式立体车库机械部分设计

2.1升降横移式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，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。

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。

升降横移式立体车库主要组成

①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。

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。

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。

②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，链节形状及大小。

③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。

④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。

⑤控制系统

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。

第三章立体车库电气控制系统设计

3.1电气控制系统整体设计

整个车库设计由一台PLC对车库进行统一的管理和监控，通过PLC控制载车板纵横传动装置以完成对车辆的存取操作。

各车位内车辆的调入调出由PLC根据当前各车位的车辆存放情况，按照相应的调度策略调度车辆进出。

立体车库的自动存取车控制系统包括弱电与强电两套系统。

弱电系统主要包括各种信号的采集、报警与控制输出。

PLC输出信号给接触器线圈，控制接触器的接通与关断。

强电系统包括载车板电机控制线路、控制电机正反转接触器、到位限位及载车板的上下行程限位。

车库采用车位检测装置代替人工找位，用升降装置输送汽车到位。

系统在面板处设有急停开关，当发生意外时，按下急停开关。

车库系统控制原理框图

升降横移式立体车库的系统控制原理：

操作者（人）要通过控制系统信息交流的平台（界面）把操作信息传送给控制系统，经系统处理后，系统把可识别的控制信息通过辅助设备驱动执行结构，来完成车库现场的运作。

其系统控制原理框图。

由于PLC的可靠性、抗干扰能力强。

国内外现有的升降横移式立体车库，它们的系统控制形式大都采用可编程控制器控制，特别是应用在智能化要求程度高、多车尾、大容量的现代化升降横移式立体车库中。

PLC的可靠性、抗干扰能力强。

PLC的硬件系统结构框图

在升降横移式立体车库中，控制系统中主控单元的主要控制对象首先是车库内的横移电机和升降电机，控制系统就是使它们在不同的时间内实现正反转;

其次是车库内的各种辅助装置，如指示灯及其各种安全设施等。

为了保证载车板能横移到预定位置以及载车板能上升或下降到指定位置，采用了行程开关。

为了判断载车板上有无车辆，采用

了光电开关。

一般小型车库选用按钮操作，界面清楚，易于操作，但对于大型车库来说要用上位机来进行对其控制。

同时在车库中还采用了一些传感器如烟温传感器以及安全预警装置，因本系统只有开关量输入而无模拟量输入，凭可编程序控制器本身的抗干扰能力和隔离变压器就能满足要求，因此可不必再另外增加其它抗干扰措施。

3.2电气系统关键部分设计

PLC接线设计：

在升降横移式立体停车库中，控制系统中主控单元的主要控制对象首先是车库内的横移电机和升降电机，控制系统就是使它们在不同的时间内实现正反转，其次是车库内的各种辅助装置，如指示灯及其各种安全设施等。

为了判断载车板上有无车辆，采用了光电开关。

同时在车库中还采用了一些传感器如烟温传感器以及安全预警装置，其简化接线图。

简化PLC接线图

电机控制及接线设计：

在存取车时车位的升降不能同时进行，车位的升降和横移也不能同时进行，这两个动作必须是互锁的，即当上层车位在升降时，地面层车位不能移动，反之亦然，并且上层车位每次只能有一个车位进行上下升降运动。

这些在程序中可采用联锁和互锁的方法来解决。

电机控制原理图

3.3PLC控制程序设计

本文所设计的PLC存取车控制系统只针对上2层和3层的车位，而对于1层车位，存取车直接开进开出即可。

控制软件采用梯形图语言编写。

程序流程见图。

需要说明的是，载车板用链条依靠载车板上的吊点悬吊在托架上，在静止状态时，防坠（安全）挂钩挂住载车板。

在设计不同层进出车程序时运用了“并行分支与汇合”的技巧，所谓并行分支指的是各分支流程可同时执行，待各流程动作全部结束后，根据相应执行条件，汇合状态动作。

即如果选择第3层载车板进出车，可以使一层二层同时平移左移或右移，这样，控制系统能自动处理设备动作顺序之间的联锁或双重输出，而且控制系统的试运行及故障检查非常方便，可节约大量时间，提高工作效率。

存取车程序流程图

根据车库的运行控制要求，用户应用程序采用模块化结构，由主循环程序和若干子程序构成。

用编程软件支持的梯形图逻辑语言编写，系统应用的程序框图如图3.5所示。

程序设计方案如下：

（1）初始化程序提出系统的控制信息，扫描各到位开关信号；

（2）主控制程序按照进车优先的原则，将最多的车位保持在进车位置。

每个载车板运动之前，需要先判断目的地是否有空位，有空位才可以动作，前后动作互锁。

判断是否有空位是根据横移电机所对应的到位行程开关动作信息来确定的。

液压升降系统启、停动作也是根据相应的到位行程开关来确定；

（3）故障报警程序故障报警程序能够实时地采集设备异常信息，及时发出声光报警信号，提醒司机和管理人员进行处理。

若在程序执行过程中，有人、物侵入车库空间或车辆超长，PLC将按照闭锁关系停止设备运行，同时发出故障报警。

该程序完整而高效的完成了二层升降平移式车库全部动作，具有安全可靠性。

完全达到了作为民用机电一体化设备所应具备的条件，充分发挥了它的作用。

控制程序采用模块化编程形式，车位运行过程中只需调用子程序模块，这样大大降低了程序的复杂程度，方便了程序的修改，而且为车位的拓展提供了便利条件。

整个程序包括主程序模块、手动按键子程序模块、紧急停车按键子程序模块、初始化程序模块、存取车位号赋值程序模块、空车位号与移动车位号赋值程序模块、载车板平移运动程序模块、光电开关子程序模块、载车板升降运动程序模块和故障报警子程序模块。

程序所用状态元件、定时器及数据存储器均选用具有掉电保护功能的元件，当系统掉电时元件保持掉电前的状态，以保存现场信息，待上电后继续完成被中断的动作当发生意外情况时，按下急停按钮中止系统的运行并保存现场断点信息当出现电气或机械故障时，如电机过载、过热时自动中止系统运行，并发出声光报警，同时系统转人手动方式进行故障处理。

所谓输入输出点定义是指整体输入输出点的分布和每个输入输出点的名称定义，它们会给程序的编制、系统的调试和文本的打印等带来很多方便。

因为本系统是对开关量控制的应用系统，并对控制速度要求不高，选用一般的可编程序控制器，其具有的自诊断功能和采用的循环扫描工作方式完全能满足要求。

本系统输入端有自动/手动选择开关，自动工作时有总开、总停按钮，有上、下、左、右移动按钮，车位号信号输入若干。

输出端需要控制9台电机（4台横移小电机和5台升降大电机），加上一些用于人机交流及安全检测的数字量输入输出，如数字键盘输入、LED数码显示、安全检测、及各种操作按钮等。

再考虑到系统的可扩展性，选用OMRON公司的CZOOH系列的160点可编程序控制器（96个信号输入点，64个继电器输出点）完全满足容量的要求。

我们在分配输入输出点时按照控制功能分段，相同功能的输入板和输出板组成一组。

一般情况下输入点与输入信号，输出点与输出控制一对应。

分配好后，按系统配置的通道与接点号分配给每一个输入信号和输出信号。

在本系统中报警器是几个信号共用一个输出点，各报警因素逻辑关系并联后接到报警输出点。

升降横移式立体停车库的输入点、输出点的具体分布可按表3.1和表3.2进行，该表按照输入、输出部分不可重叠来排列的。

输入点分配

0000

启动按钮

0113-0115

3-4号车右限位开关

0001

紧停按钮

0202-0204

3-4号车上限位开关

0002-006

3-7号车按钮

0207-0209

3-4号车下限位开关

0013

门前光电开关

0210-0212

5-7号车上限位开关

0014-0015

1-2号车左限位开关

0212-0215

5-7号车下限位开关

0103-0104

1-2号车右限位开关

0301-0307

1-7号车光电开关

0108-0110

3-4号车左限位开关

0401-0600

安全检测型号若干

输出点分配

01900-01901

1-2号电机左转

01912-01914

5-7号电机提升

01902-01903

1-2号电机右转

01800-01802

5-7号电机下降

01904-01905

3-4号电机左转

01710

报警灯

01906-01907

3-4号电机右转

01711

运行灯

01908-01909

3-4号电机提升

01712-01716

3-7号车防坠电磁铁

01910-01911

3-4号电机下降

安全检测输出型号若干

根据实际控制所需要的输入输出点数，选用欧姆龙公司CZOOH系列160点可编程序控制器的存储容量完全能满足升降横移式立体停车库控制系统的要求。

本升降横移式立体停车库控制系统分为两种工作方式：

手动方式和全自动方式，可用开关来进行选择。

其中手动方式主要用于调试维修或应急情况，也就是通过PLC实现“点动”，即当选择了车位号后，再按下“上”、“下”、“左”、“右”键，就可以把载车板调整到预定的位置。

全自动方式是立体停车库的正常工作方式，当键入某载车板进出命令后，系统可自动判断路径并移动载车板，自动完成进出载车板动作，记忆各载车板新的