老住宅區擴大停車方法之一【立體停車庫設計】

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This design uses a floor one floor parking space, which can double the utilization rate of parking space, and can To build in any suitable location, adopt hydraulic system and PLC to control lifting, with simple structure, low cost and strong adaptability.The design of the stereoscopic garage for the old residential area is a simple lifting structure, which is composed of lifts, lifting platforms, hydraulic systems, steel frame garage, etc. This paper first determines the structure of the stereo garage and elevator, and then investigates the size of the car to establish the car model to determine the overall structure size of the elevator. Secondly, the mechanical model of the lifting mechanism is established and the stress analysis of the different position of the lifting mechanism is carried out and the strength of the check rod, pin and bolt is satisfied. Then the hydraulic system and the electrical control system of the garage elevator are designed. Finally, the assembly drawing and the main components drawing of the whole and all parts are drawn by the AutoCAD software.Key words: Solid garage; Elevator; Hydraulic System目 錄摘 要IAbstractII第1章 緒 論11.1選題背景、研究目的及意義11.2 國內外研究及發展現狀11.2.1國外的發展狀況11.2.2國內的發展現狀2第2章 總體方案設計42.1設計要求42.2方案設計42.3工作原理4第3章 停車升降機設計53.1 升降機結構確定53.2 確定各結構尺寸63.2.1 建立轎車模型63.2.2主要結構尺寸確定63.3初定電機功率83.4平臺與叉桿的設計計算93.4.1確定平臺的結構材料及尺寸93.4.2確定叉桿的結構材料及尺寸103.4.3橫軸的選取133.5力學分析與校核143.5.1最低狀態時各臂受力情況143.5.2最高位置時各臂受力情況163.5.3主要受力桿件強度校核計算17第4章 車庫的鋼架結構設計234.1車庫上邊框鋼架設計234.2車庫支撐鋼架設計234.3上下層支撐鋼架設計234.4上下層支撐鋼橫向連接鋼架設計234.5遮陽/雨裝置24第5章 液壓、電氣系統的設計與選擇255.1液壓系統設計與選擇255.1.1液壓系統設計要求255.1.2液壓系統的設計255.2液壓缸的計算與選型265.2.1液壓缸的安裝位置265.2.2液壓缸推力及行程的確定275.2.3液壓缸的選型275.3液壓泵的計算與選型285.3.1 液壓泵工作壓力的計算285.3.2 液壓泵功率的計算285.3.3 油泵流量的計算295.3.4 油泵的選型295.4電氣系統設計305.4.1 電氣系統控制設計305.4.2電動機的選擇與驗算31總 結33參考文獻34致 謝3535第1章 緒 論1.1選題背景、研究目的及意義隨著世界經濟的快速增長及城市化進程的加快，小汽車進入家庭，私人擁有量越來越多。又由于國家對發展家用汽車給予政策上的支持，使得民用小客車產量迅速增長，隨著車輛的增長，實有的停車泊位越來越不能滿足停車需求，車輛的任意停放給交通的安全和暢通帶來了很大的影響，也給交通控制工作帶來了很多不便。因此，停車控制開始受到人們的重視。所以，汽車停車場的數量將隨之增加，規模不斷擴大，這給各停車場的泊位提出了新的挑戰，特別是老住宅區沒有地下停車場，小區設置的停車位太少，許多業主花錢也買不到停車位，只能將轎車停在小區馬路邊即妨礙交通也不安全，所以需要對停車場的空間利用率以及簡單快捷的自動化操作管理系統進行提升。本設計采用地下一層地上一層停車位，可以將停車空間利用率提高一倍，并且可以在任何合適的位置進行修建，采用液壓系統和PLC控制升降，結構簡單、造價低、適應性強，可根據不同的需求進行改進，具有廣泛的發展前景。本課題研究的意義是：自動立體車庫是我國的新興產業，具有廣闊的發展前景。隨著我國經濟快速的發展，城市交通擁堵和停車難的問題成了影響城市發展的重要因素之一，傳統的車庫己經不能適應城市發展的要求，再加上我國汽車保有量的不斷增加，自動立體車庫成為解決這一問題的必然途徑1。機械式立體車庫具有空間利用率高，節省城市有限的土地資源；具有建造成本較低、建造周期較短；車輛停放入車庫快速便捷、自動車庫更加安全，還具有節約能源等優點。同時自動立體車庫還可以在有限的土地上停放更多的車輛，便于集中管理，減少管理費用和人員等的優勢，在各個小區或空地都可以根據當地的實際情況進行立體車庫的建設，可大大緩解這些地方停車難的問題，這對現在車庫緊張的小區和其他人員較多的公共場所提供了很好的解決方法。因此，機械式立體車庫具有廣闊的應用前景。1.2 國內外研究及發展現狀1.2.1國外的發展狀況國外經濟發達國家其自動立體車庫在過去的幾十年中已經得到了充分的發展。日本是一個人口眾多人均土地資源較少的國家，由于其經濟發達，停車難的問題早就出現，同時也帶動了自動立體車庫的發展、使其發展至今已經較為完善，現已經發展出較多車庫種類。同時日本在車庫的技術研究與開發、制造、管理等方面的水平都處于亞洲領先地位，所建成的立體停車場的數量和其容車量也居于世界前列。如今在日本全國建設并使用的自動立體車庫的停車位已有300萬個，大部分自動立體車庫是升降橫移式車庫。而日本的優勢主要在多層升降橫移車庫、水平循環車庫、垂直循環車庫、簡易升降車庫、垂直升降車庫等產品上。而在韓國自動立體車庫的技術發展主要受到其鄰國日本的技術影響。韓國的立體車庫產業從上世紀70年代中期進入起步階段，在發展過程中又從其鄰國日本引進相關技術，再對引進技術后不斷改進，最后90年代立體車庫展業進入大規模使用階段。經過這幾個階段的快速發展再加上韓國政府的大力支持，自動立體車庫在韓國國內得到大規模的應用和再開發，使得韓國這幾年的自動立體車庫產業增長速度加快到30左右7，使現在其產業進入穩步發展階段。國外的機械式立體車庫發源于上世紀20年代的美國，美國建成世界上第一座機械升降汽車庫，但需要由司機自己開車來完成車輛的存??；50年代以后，伴隨著小汽車的大量增加，在西歐、東南亞、韓國和日本立體車庫也得到了廣泛的應用，并形成了一個包括制造、安裝、使用和維修的行業完整體系8。這些國家和公司從上世紀六十年代初就開發并使用可最大限度地利用空間的機械式停車設備，經過幾十年的不斷發展，自動立體車庫從結構、控制、驅動、監測等方面不斷地更新換代，日趨完善。而自動立體車庫的外形也發生了較大的變化，使原來生硬機械鋼架子的立體車庫變成了一道獨特的城市景觀。1.2.2國內的發展現狀我國經濟快速發展的同時汽車的數量也在快速發展，尤其在我國的大中城市。汽車數量的增長同時也造成了路面的擁堵，許多車輛面臨著停車難的問題。面對這些問題，我國需要大量的停車設施和相關配套設備。據有關方面統計，截止到2008年底的數據，我國生產汽車數量增長到近一千萬臺，同比增長5左右9。由于我國停車位新建的速度遠遠達不到每年汽車增長的數量，致使每年我國僅在停車位的缺口數量就在300多萬個左右，城市現有的停車位遠遠不能滿足人們的需要。當前我國的車位數量與汽車數量之比約為1:5，而正常的平衡比例應當是1:1.2，與我國現有情況差距很大，需要大量增加停車位，在城市土地資源緊缺的情況下通過地面增加車位己成為城市發展的巨大矛盾指引10。為了解決這些，我國從二十世紀八十年代開始使用機械式停車設備。此時我國的立體車庫技術較為落后僅只能進行自我的研究和開發，此階段生產企業無法滿足用戶的需求，而自動車庫種類單一，技術落后，無法滿足用戶較大的要求。到二十世紀九十年代，我國開始從國外引進技術，由于大量國外企業進入中國的立體車庫行業，形成了比較多的中外合資企業。而有些有實力的中國企業開始向國外引進先進的技術，在國內由于其生產成本與國外相比較為低廉，這些企業利用國外先進技術并根據我國現有經濟情況開發出符合我國的先進的自動立體車庫。到如今經過近30年的發展歷史，尤其是2000年以后得到了高速發展，現在我國的自動立體車庫行業正處于快速發展階段并很快進入穩定發展階段，未來市場巨大。尤其在，我國的大中型城市中，自動立體車庫需要巨大。但用戶對產品的要求有兩點，第一點是降低產品的價格，第二點是提高產品技術和性能。隨著我國經濟持續快速發展，城市規劃不斷完善，自動立體車庫將使一個充滿生機的朝陽產業，它的技術將得到長遠發展。在我國隨著現代各種高科技技術的發展，諸如計算機技術和電子技術的高速發展，越來越多的新功能被引入到立體車庫中，讓其向專業化、復雜化和智能化方向發展。重點表現為以下幾個方面：專業化:立體車庫系統穩定可靠能正常運行而不出故障是用戶的首要要求也是一套停車場系統的重中之重。制造廠家的專業化程度越來越強如保證設備的可靠性立體車庫的軟硬件設施及各種設備的配套都達到專業化程度。復雜化:立體車庫產業正在向多元化方向發展它已經不僅是純粹的機械設備還包含了當今機械、電子、建筑、液壓、光學、磁控、管理和計算機技術等領域的大量先進技術。立體停車系統己經日臻完善如汽車出入車庫時采用聲光引導和定位、汽車尺寸和重量自動識別、限速保護與多重機構互鎖、停車泊位自動跟蹤、鏈繩長度超范圍報警和彈性變形自動補償、汽車安全檢測、圖像識別技術、科學管理等各種領域先進技術的綜合使用已經使立體車庫成為一個獨立的大型復雜的高技術設備。智能化:一些新技術正在迅速進入該領域如變頻技術、全電腦控制系統、導航定位技術、停電及電源故障的自動判別排除及處理系統等14。車庫可以將汽車自動停放到合適的位置可實現無人操作11。第2章 總體方案設計2.1設計要求采用升降機升降式，上下兩層，地面一層地上一層。采用液壓系統控制完成轎車的快速上升慢速上升停留快速下降下位停止的過程。2.2方案設計目前，立體車庫主要有以下幾種形式：升降橫移式、垂直循環式、簡易升降式、垂直升降式、平面移動式、巷道堆垛式14。而在中國使用較多的是升降橫移式自動立體車庫和簡易升降式車庫，升降橫移式自動立體車庫具有存取車快捷便利，結構簡單等優點，單占用面積較大，不適合老住宅區車位改造。所以選擇簡易升降式自動立體車庫進行設計。如圖2.1 所示為簡易升降式立體車庫示意圖。2.3工作原理車位設置上下兩層，地面待停車區設有升降機，升降機置于地坑內，降到最低位置時升降機平臺與地面高度一致，停車前把車輛開到升降機平臺上，啟動停車系統升降機上移，經過快速上升慢速上升停留，升降機平臺停留在最上方位置時平臺與二層車位平面高度一致，駕駛員再把車輛緩慢倒入二層車庫內，隨后駕駛員再回到升降平臺啟動停車系統升降機下移，經過快速下降下位停止，升降機平臺降到最低位置與地面高度一致，停車完成，駕駛員即可離開，取車流程與停車流程相反。雖然在二層停車過程中會存在一些風險，但是只要防護裝置做的到位就會避免風險發生，因此該方案可行，并且非常適合老小區停車位改造。第3章 停車升降機設計3.1 升降機結構確定此次課題設計的內容為剪切式車庫升降機，剪切式升降機的發展較迅速，種類也很齊全。按照剪切的大小分為大剪式升降機（又叫子母式），還有小剪（單剪）升降機 ；按照驅動形式又可分為機械式、液壓式、氣液驅動式；按照安裝形式又可以分為藏地安裝，地面安裝。因為此次設計所要舉升的重量為2t以下的轎車 ，所以采用小剪式液壓驅動升降機就完全可以。為了適合大小維修廠，對地基沒有過多要求，地面安裝即可。整體結構形式如圖2.1所示。圖2.1 剪切式升降機整體結構形式 剪切式液壓平板升降機由機架、液壓系統、電氣三部分組成。設置限位裝置、升程自鎖保護裝置等以保證升降機安全使用，保障維修工人的生命安全。剪切式升降機有兩組完全相同的升降機構，分別放于左右兩側車輪之間，因兩側結構完全相同，可以左右互換。升降機由電氣系統控制，由液壓系統輸出液壓油作為動力驅動活塞桿伸縮，帶動兩側舉升臂同時上升、下降、鎖止2。升降機一側上下端為固定鉸支座，舉升臂由銷連接固定在鉸支座上。另一側上下端為滑輪滑動，舉升臂通過軸與滑輪連接。升降機在工作過程中，以固定鉸支座一側為支點，滑輪向內或向外滑動，使升降機上升下降，當達到適當的舉升位置時，利用液壓缸上的機械鎖鎖止。剪切式升降機使用方便，結構簡單，占地面積小，適用于大多數轎車、汽車的檢測、維修及保養，安全可靠3。3.2 確定各結構尺寸3.2.1 建立轎車模型為使升降機使用范圍廣，本設計首先建立了一個轎車模型1。根據表2.1所列車身參數信息。 表2.1 參數信息車身信息 車型帕杰羅3.0GLS手動大眾勁取車身長/寬/高（mm）4830/1895/18854200/1650/1465前輪距15751460后輪距15601460軸距27752460前輪規格215/60R16195/55R15后輪規格215/60R16195/55R15根據豐田和大眾轎車的車身信息確定一個使用較廣的車模：它的車身參數有車身長4.7m，寬1.75m，高1.5m，軸距2.1m，前后輪距平均為1.5m，車自重1.5t，該轎車模型集豐田轎車外型，奧迪外型，大眾車系于一體，具有較廣的代表性。3.2.2主要結構尺寸確定（1）剪切式升降機已知的主要技術參數如表2.2所示表2.2 主要技術參數技術數據數值單位舉升重量3T舉升高度6802500Mm提升時間30S要求升降機的提升速度是經30s時間內升降機能升高到1.8m，并且升降機在各高度工作時，都能自鎖。設計過程中參考了廣力牌GL3.0/A小剪式升降機，上海繁寶剪式升降機， Jumbo Lift NT 剪式舉升平臺的外形及運動形式。（2）升降機各部分尺寸 （a）支撐平臺尺寸因剪切式升降機放于兩輪胎之間的下部，所以升降機在使用過程中要保證升降機不能與輪胎發生干涉2。根據轎車軸距為2.6m，轎車輪胎直徑一般不超過700mm，為避免干涉，升降機平臺兩端與輪胎邊緣要有一定距離，取平臺邊距輪胎邊緣之間距離為150mm，則平臺外型長。平臺寬一般為500mm600mm左右，我們取平臺寬為Bp=550mm。舉升時，重量作用在整個平臺上，力并不集中，所以平臺不宜過厚，增加升降機重量，取外型高為70mm，實厚為15mm，只在四周加工凸臺邊緣，平臺尺寸如圖2.2所示。圖2.2 平臺尺寸 （b）舉升臂尺寸因平臺長La=1600mm，固定鉸支座和滑動滾輪分別放于平臺下，降低到最低點時舉升臂不能超出平臺邊緣，與汽車相干涉，所以固定鉸支座和滑動滾輪要與平臺有一定的距離，取支座距平臺邊緣的距離為150mm。則固定鉸支座與滑動滾輪之間距離。升降機壓縮到最低位置時，升降機高為350mm,(底座到平臺面的距離)。 如圖2.3所示底座厚為15mm，滾輪直徑D=50mm ，滾輪處軸徑Dz=24mm ，為了避免滾輪直接磨損底座，設計時，加工滾輪滑道，滑道厚為10mm，滑道寬35mm，滑道長為750mm。上下兩滾輪之間的距離為根據勾股定理求舉升臂長L , 求得L=1306mm，舉升臂寬110mm，厚為20mm。圖2.3 升降機壓縮到最低點時的狀態（3）升降機升高到1m時尺寸變化升降機向上舉升時，滑輪向內側滾動，液壓系統向上伸縮，固定鉸支座和滑動鉸支座之間距離縮短，平臺與底座之間距離越來越大。升降機升高到1m時，升降機上下兩滑輪之間的距離為，因舉升臂長L=1306mm，固定鉸接處與滑輪之間的距離為Lb,由勾股定理得 ，則Lb=896.15mm，滑動輪滑動距離Lx=1300-896.15=403.75mm。升降機升高到1m時，結構狀態如圖2.4所示。圖2.4 升高到 1m 時升降機主視圖和左視圖因我們的舉升臂寬為110mm，所以連接處螺栓軸徑適當取Ds=30mm，滑動滾輪處軸徑取Dz=24mm，滑輪總寬為30mm，與滑道實際接觸尺寸為25mm，另外5mm為階梯凸臺,直接與舉升臂接觸，減小摩擦。3.3初定電機功率剪切式升降機舉升重量2t，升降機自身及其附件的重量再加上一部分的余量為0.8t，所以取 W=3.8t 。初定電機功率，不考慮工作過程損失。舉升平臺上方放有汽車時，設計上升速度為 Vw = （2.2）S=2000-350 =1650 (mm) 由公式（2.2）得 Vw= =0.0275m/s=1.65m/min 載車板上升功率 Pw= （2.3）Fw=mg （2.4）其中m=4.6kg，g=10N/kg 由公式（2.4）Fw =3.810 =38 KN Vw取1.65 m/min由公式（2.3）得 Pw= =1.04（KW） 取整理前面計算的數據如表2.4。表2.4 剪切式升降機主要技術參數舉升重量2000kg舉升高度6802500mm實際上升高度1800mm總寬2500mm總長6000mm上升時間30s下降時間30s電機功率1.1KW電源220V/380V/50Hz額定油壓18MPa整機重量800kg滑輪移動距離300mm3.4平臺與叉桿的設計計算3.4.1確定平臺的結構材料及尺寸平臺位于升降臺的最上部，是支撐件的組成部分。汽車能夠在升降臺上平穩的停放就是平臺起了關鍵的作用。在進行維修作業之前首先得駛上平臺。需要說明的是平臺并不是一個簡單的鋼板，而是在下面有滑道，因為升降臺叉桿臂上有滑輪，滑道的作用就是使滑輪在滑道內來回滑動，使升降臺完成舉升和回落動作。下底板也如此，如下圖4-1。圖4-1 下底板結構簡圖根據上面汽車尺寸參數，確定平臺的長度為2600mm，寬度450mm，材料采用熱軋鋼板。其形狀見圖紙。需要說明的是平臺并不是一個簡單的鋼板，而是在下面有滑道，因為升降臺叉桿臂上有滑輪，滑道的作用就是使滑輪在滑道內來回滑動，使升降臺完成舉升和回落動作。叉桿是升降臺最主要的舉升部件，是主要的受力機構。對其設計的成功與否關系到整個設計工作的成敗，選材45號鋼，熱軋鋼板。叉桿的外形圖如圖4-2所示。 圖4-2 叉桿的外形圖3.4.2確定叉桿的結構材料及尺寸對支撐叉桿進行受力分析：首先定義每根桿的名稱編號，如圖4-3：圖4-3 支撐叉桿受力分析圖對于桿3、桿4的活動鉸聯接在水平方向上除了摩擦力沒有其它外力，所以可以忽略不計，現在只考慮其豎直方向上的受力就可以了。經過分析桿3的受力情況如圖：計算其最大彎矩及軸向力：經力學分析，當升降臺處于最低位置，時，所受彎矩最大，如圖。當升降臺處于最高位置，時，軸向力最大，如圖，（正值為拉力，負值為壓力）。桿4受力情況同桿3。下面再分析一下桿1,對桿1作受力分析，如圖對D點做力矩分析：，可得 = -110.1N。計算彎矩，由上圖可轉化成下圖來分析： 根據以上條件畫彎矩圖，如下：圖4-4 桿1彎矩圖由此圖可知，桿1的最大彎矩在C點。經計算當時，有最大值，即擁有最大彎矩，同樣此時也擁有最大的軸向力。首先將，W=9800N，P=11.6W（P與W的關系值根據上述的公式求得）代入以上各式，求得的值如下圖：則。計算軸向力，同樣將桿1的受力分析圖再轉化為軸向力圖分析，如圖：經分析計算，CD段受到的軸向壓縮力最大，。由于剛剛計算出的桿3與桿4的最大彎矩和最大軸向力都小于桿1的值，故不對桿3桿4計算工作應力。計算桿1該狀態下的工作應力，設叉桿橫截面積A=bh,如圖： 則該狀態下的工作應力為其中， 叉桿實際工作應力,材料許用應力， 材料的極限應力，對于45號鋼，為340Mpa n安全系數,一般為大于1的值，這里取n=2。根據經驗初選h=0.1m。由此式可以看出彎矩對工作應力的影響較軸向力要顯著的多，所以在計算時應以最大彎矩為主要計算對象。桿1所承受的最大工作應力。桿1的C截面擁有最大彎矩，即可以認為C截面擁有最大的工作應力。我們按照最大工作應力來選取合適的叉桿截面。將h=0.1m代入上式：最大工作應力。這里取，即叉桿的橫截面為10025。3.4.3橫軸的選取選取套聯在活塞桿端部的橫軸，根據總體結構布局確定橫軸長度需要220mm，由于是單耳環聯接，其內徑CD=50，橫軸的外徑也應為50mm,但考慮到二者需要相對滑動，應使橫軸的外徑略小于50mm,這里取d=48mm。單耳環的寬度值EW=60mm。將叉桿要聯接到橫軸處的孔進行加長處理，使兩者接觸面積適當的增大以減小彎曲應力及及剪應力。因此可按下圖分析橫軸所受應力：當時，P=113680N，可求得。作用于橫軸上的力P是均勻分布的，分布距離為60mm，故集度為：，截面O上的最大彎矩為，截面C和D上的剪力（這里沒有考慮剪力與彎矩的正負）。其彎曲應力為剪應力對于其它幾個銷軸，由于所受的應力都小于上述值，在不改變材料的基礎上選擇直徑各為35mm、40mm是完全可以的，這里就不一一校核了。3.5力學分析與校核本機主要性能參數為：額定舉升載荷2t；在載重2t情況下，由最低位置舉升到最高位置需30s；電動機功率1.1kW；升降機在最低位置時的舉升高度為680mm，最大舉升高度為2500 mm，工作行程為1800mm。3.5.1最低狀態時各臂受力情況（1）與平臺接觸處的兩鉸接點的力學分析與計算由前一節分析可知，升降機在最低點時，升降機重量均勻的分布在平臺上，平臺鋼結構和平臺有效載荷之和Wz1所產生的重力直接作用在滑動鉸支座和固定鉸支座上。在最低點時，舉升臂并不水平放置。存在一很小的角度。tan=因很小，所以計算過程中我們可以將Wz1 近似看成作用在平臺中心位置，Wz1為舉升重量與平臺重量之和，即 （g取10N/kg）因舉升重量和平臺質量之和由兩側升降機共同承受，所以代入式（3.2）和（3.3）中的W1只是Wz1的一半，W1=16.2kN 解得（2）計算各舉升臂的受力 圖3.5 舉升臂受力圖圖3.5為桿1的受力情況，F3 作用處為滑動鉸支座，根據受力分析圖列力和力矩平衡方程。方程如下:解得 分析計算結果，我們可以看到，k1,k2,k6三個未知量都與k5有關，只要確定出k5，其他就都能解出。觀察圖3.1力學方案示意圖，我們能夠很快分析出，舉升重量全部作用在平臺上，在升降機起升瞬間，很小，則k5鉸接孔處豎直方向分力很小，幾乎為零，對桿件只起連接作用，我們將k5取0 N。則。圖3.6 舉升臂2受力情況圖3.6為舉升臂2的受力圖，液壓缸的推力直接作用在連接兩側舉升臂之間的軸上，間接作用在舉升臂2上。 k3,k4,F4x為未知量，P=324.08 KN。列力和力矩平衡方程: 解得 通過計算結果，我們可以看出液壓缸在瞬間舉升時，水平方向的分力和固定鉸支座處的水平方向分力都很大。所以升降機的剛度強度一定要滿足要求，否則維修工人在作業時將很危險。圖3.7 舉升臂3受力圖舉升臂3在實際工作過程中，對整個升降機受力情況沒有太多影響，主要起連接件的作用。F5和F6支撐上面所有的重量 式中的0.92KN為液壓缸重量產生的重力（初步確定）。圖中k7和k8為未知量。列方程如下： 解得 圖3.8 舉升臂4的受力圖 舉升臂4的力F6作用處是固定鉸支座，所以有兩個方向作用力。液壓缸的固定端作用在連接舉升臂的軸上。舉升臂承受液壓缸的重力，并不承受液壓缸的推力。液壓缸的推力有輸入的液壓油來平衡。在這個受力圖中，只有F6x是未知的。 解得 3.5.2最高位置時各臂受力情況升降機升高到1m時，升降機向內滑動403.75mm，兩腳支座之間的距離為896.15mm。上下兩滑輪之間的距離為1900mm。舉升臂與水平方向夾角為 液壓缸與水平方向夾角為，液壓缸推力P=136.643KN。 分析和計算方法同上。先求舉升臂1的受力情況如圖3.5，由式（3.2）和（3.3）解得，解得 因舉升到1m時，舉升臂與水平方向夾角為，所以豎直方向力和水平方向力應近似相等。取。則舉升臂2的受力情況如圖3.6所示，解得舉升臂3的受力情況如圖3.7， 解得 舉升臂的受力情況如圖3.8， 解得3.5.3主要受力桿件強度校核計算（1）位于上端的滑輪軸的強度校核滑輪軸通過滑輪與平臺接觸，作用在滑動端的力F3均勻作用在兩個滑動輪上?；瑒拥膬奢喼g距離為405mm?；瑒虞喭鈧扰c舉升臂接觸。升降機最低點時，對于滑輪軸而言，與舉升臂接觸處，相當于固定支點，即被約束。圖3.9是滑輪軸的受力圖、剪力圖、彎矩圖。由圖可知，滑輪軸只受豎直方向力，沒有水平方向的力，所以滑輪軸不發生扭轉變形。我們從剪力圖和彎矩圖中還可分析出，在長度為405mm的線段內橫街面上的剪力FQ=0，而彎矩M為一常數，這種只有彎矩的的情況，稱為純彎曲。所以長度為405mm的線段內只發生彎曲變形，而沒有發生剪切變形。是彎曲理論中最簡單的一種情況。由上面的計算可以知道，上滑輪軸在升降機升高到1m時，受力最大，所以我們只校核升降機升到1m時的滑輪軸強度即能說明軸的強度是否合格。圖3.9 滑輪軸的剪力圖與彎矩圖 對滑輪軸進行強度校核，軸的材料為45鋼19，抗拉強度 彈性模量E為 ，一般取 。軸的直徑d=24mm。（1）軸的彎矩圖如圖3.9所示。由圖可知 ，最大正彎矩 M=（2）軸的強度校核式中：M為橫截面上的彎矩；W軸的抗彎截面系數。經校核可以看出，軸的截面強度足夠。（2）位于下端的滑輪軸的強度校核最下端軸的校核和最上端軸的校核方法一樣，下端滑輪軸最低點和最高點時受力情況一樣。受力圖、剪力圖、彎矩圖如圖3.10所示。圖3.10 下滑輪軸的剪力圖與彎矩下滑輪軸的材料也是45鋼，抗拉強度。下滑輪軸受的力為：F5/2= ，軸的直徑d=24mm。（1）彎矩圖如圖3.10所示由圖可知 最大彎矩 (2)下滑輪軸的強度校核校核后可得出軸的強度足夠。（3）對舉升臂1和2進行強度校核舉升臂1和2位于升降機的上半部分，液壓缸的作用點直接作用在連接舉升臂2的軸上，舉升臂2和1又通過中間螺栓相連，所以2和1的受力情況比較惡劣。在校核時，只對這兩個舉升臂進行校核即可。(1) 舉升臂1的強度校核圖3.11 舉升臂1的剪力圖與彎矩圖 因舉升臂為板材，近似梁。所以分析過程中，我們按梁的強度校核方法來分析舉升臂。由圖3.11舉升臂1的受力圖可以看到，舉升臂既有水平方向的力，又有豎直方向的力，并且兩個方向的力在同一平面， 屬拉伸（壓縮）與彎曲組合變形11。我們將力進行分解，沿舉升臂軸線方向和垂直軸線方向。舉升臂1的受力圖、剪力圖、彎矩圖、軸力圖如圖3.11所示。由圖所知，舉升臂在中間截面組合變形最大11。舉升臂的材料為Q275鋼 ,抗拉強度 , 彈性模量 E=200220GPa ，L為舉升臂長L=1306mm 。舉升臂在最低狀態時（），校核過程如下： 舉升臂的彎矩圖如圖3.11所示舉升臂最大負彎矩 確定舉升臂1中性軸的位置截面形心距底邊為 因舉升臂1結構可近似一方鋼，所以通過截面中心的中心線Z即為中性軸 截面對中性軸的慣鉅 舉升臂的最大彎曲應力為 最大軸向正應力截面積為，則正應力為 校核舉升臂的強度兩種變形產生的總應力結果表明最大彎矩處截面強度足夠。升降機升高到1m時的強度校核情況：（）最大彎曲應力為軸力為：最大正應力為 總應力為強度充分滿足條件。（2） 舉升臂2的強度校核圖3.12 舉升臂2的彎矩圖和剪力圖、軸力圖在剪切升降機構中，連接舉升臂2的軸，要承受液壓缸的推力，推力間接作用在舉升臂2上。所以舉升臂2的工作條件最為惡劣，要求最高。對舉升臂2進行強度校核?？紤]到制造工藝性，所以舉升臂2的材料暫都選用Q275鋼。 觀察圖3.12舉升臂2的受力情況，可以看出舉升臂2也受水平和豎直方向，我們同樣將水平方向的力與豎直方向的力進行分解。舉升臂在最低點時的校核情況如下從圖中可以看出中間鉸接點的變形最為嚴重值 最大彎矩由彎矩圖可看出舉升臂2存在最大負彎矩和最大負彎矩情況 確定舉升臂2中性軸的位置截面形心距底邊為 因舉升臂2結構可近似一方鋼，所以通過截面中心的中心線Z即為中性軸 截面對中性軸的慣鉅 舉升臂的最大彎曲應力為 軸向正應力截面積為，則正應力為校核舉升臂的強度兩種變形產生的總應力最大截面處的強度雖符合Q275鋼的強度要求,但從值可以看出，實際應用時很可能發生危險。舉升臂升到1米時的校核情況最大負彎矩為 最大彎曲應力軸向最大應力則正應力為強度滿足條件。第4章 車庫的鋼架結構設計4.1車庫上邊框鋼架設計選擇冷彎等邊槽鋼（GB/T6728-2002）。通過查表3.1-158根據實際物理需求，選擇HBt=30020010。理論質量為10.221kg/m.橫截面面積S=13.021,重心X。=1.517. 材料選擇優質碳素結構鋼20鋼。圖4-1矩形冷彎空心型鋼結構4.2車庫支撐鋼架設計選擇矩形冷彎空心型鋼結構（GB/T6723-1986）。通過查表3.1-165，根據實際需求選擇尺寸HBt=30020010。理論重量為72.7kg/m橫截面面積S=92.6.材料選擇優質碳素結構鋼20鋼。確定長度為3500mm,數量為4根。得質量為。4.3上下層支撐鋼架設計選擇矩形冷彎空心型鋼結構（GB/T6723-1986）。通過查表3.1-165，根據實際需求選擇尺寸HBt=160808。理論重量為26.81kg/m橫截面面積S=33.64. 材料選擇優質碳素結構鋼20鋼。確定長度為3000mm,數量為4根。得質量為4.4上下層支撐鋼橫向連接鋼架設計選擇矩形冷彎空心型鋼結構（GB/T6723-1986）。通過查表3.1-165，根據實際需求選擇尺寸HBt=100505。理論重量為10.484kg/m橫截面面積S=13.365. 材料選擇優質碳素結構鋼20鋼。確定長度為1850mm,數量為2根。得質量為。4.5遮陽/雨裝置考慮上部車輛的遮陽/雨，本次選用樹脂雨棚固定于鋼架上方的結構。第5章 液壓、電氣系統的設計與選擇5.1液壓系統設計與選擇5.1.1液壓系統設計要求車庫升降機液壓系統，除要求能在一定的范圍內從汽車兩側將汽車同步舉升和下降外，還要求其能使汽車在任意高度停止并保持不動。以便不同身高的工人，在維修不同位置時可以任意調整高度，最方便的進行維修。因此，液壓系統必須具有定位保持功能。另外，因汽車的重量較大，一但液壓系統出現故障，升降機舉升臂在汽車重力的作用下會迅速下滑，可能會對車下維修工人的生命安全造成威脅，升降機上面的汽車也有被摔壞的危險。所以，為了防止這樣的情況發生，升降機必須具有機械鎖裝置。機械鎖由分別安裝在舉升油缸外側和活塞桿頂部與舉升臂相聯的銷軸上的兩根鋸齒形齒條組成。安裝在油缸外側的齒條固定不動，而安裝在銷軸上的齒條則隨活塞桿上下移動，并且能繞銷軸做一定角度的擺動，已實現兩根齒條的分離和嚙合。當舉升臂處于定位狀態或液壓系統出現障礙、油壓低于一定數值時，動齒條就會在自身重力和彈簧力的作用下與靜齒條嚙合，機械鎖鎖死，使舉升臂不會下滑，這樣就確保維修工人和汽車不會出現危險。5.1.2液壓系統的設計在設計過程中，要保證汽車被水平舉起而不發生側偏，兩側升降機上升過程中必須始終保持同一高度，活塞的運行速度必須時刻保持相等。升降機液壓回路必須同步。 升降機的液壓回路16如圖5-1所示，主要有兩部分組成：機械鎖回路、升降回路。1.左機械鎖液壓缸 2.右機械鎖液壓缸3. 兩位三通電磁閥 4.濾油器 5.液壓泵 6.溢流閥7.三位四通電磁閥 8.單向鎖緊閥 9.調速閥 10. 左升降缸 11.右升降缸圖5-1 車庫升降機液壓控制回路（1）機械鎖回路機械鎖回路由油缸1、油缸2和兩位三通電磁閥3組成。當電磁閥YA1得電時，兩位三通電磁閥3左位工作，壓力油進入液壓缸1、2下腔，驅動活塞向上移動，將機械鎖打開，此時舉升臂可自由上升或下降。當YA1失電時，兩位三通閥處于右位工作時，油缸下腔與郵箱直接相通，腔內油壓為零時，油缸活塞在缸內彈簧和機械鎖動齒條自重的作用下收回，機械鎖閉合，舉升臂被鎖住，不能移動。此時工人可以進行各種維修工作。（2）升降回路升降回路由三位四通閥7、普通調速閥8、比例調速閥9、左升降液壓缸10、右升降液壓缸11組成。當三位四通閥7的YA2得電時，YA3失電時，油液上升，通過調速閥到達缸10、11。當YA2失電時，YA3得電時，兩油缸下降。車庫升降機液壓控制回路是用電液比例調速閥控制的同步回路，回路中使用了一個普通調速閥8和一個比例調速閥9.它們裝在由多個單向閥組成的橋式回路中，并分別控制著液壓缸10、11的運動，當兩個活塞出現位置誤差時，檢測裝置就會發出信號，調節比例調速閥的開度，使液壓缸11的活塞跟上液壓缸10的運動而實現同步。這種回路的同步精度較高位置精度可達0.5mm，費用低，系統對環境適應性強。下面是剪切式升降機液壓控制回路進行總結后的工作行程表5.1。表5.1工作行程表電磁鐵升降機上升升降機下降YA1+YA2+-YA3-+YA4+-YA5-+5.2液壓缸的計算與選型油缸是液壓系統執行元件，也是升降機構的直接動力來源。通常油缸分為活塞式和浮拄式兩類?；钊骄鶠閱蜗蜃饔?，其缸體長度大而伸縮長度小、使用油壓低（一般不超過14MPa）。浮拄式為多級伸縮式油缸，一般有25個伸縮節，其結構緊湊，并具有短而粗、伸縮長度大、使用油壓高（可達35MPa），易于安裝布置等優點。剪切式升降機多采用活塞式液壓缸，動力源直接輸送。5.2.1液壓缸的安裝位置由第三章對升降機力學結構模型的分析與建立，設計中已經大致確定出液壓缸的安裝位置。d為液壓缸下安裝點與舉升臂中心銷孔距離(平行于舉升臂) , f為上安裝點與舉升臂端銷孔的距離, d= 250mm, f = 500mm。舉升臂與水平面的夾角為，液壓缸與水平方向之間的夾角為 由tan=升降機在最低點時，舉升重量均勻分布在平臺上。但當升降機開始工作向上舉升時，左側滑輪向內側移動，上升過程中舉升重量不變，但相對升降機豎直向上的作用力方向，舉升重物的質心前移，為防止發生前翻狀況，液壓缸活塞桿端作用在滑動輪所在一側的上方舉升臂上。左側也為轎車的車頭方向。升降機在最低位置時，液壓缸的安裝如圖4.2所示。圖5.2 液壓缸的安裝方向5.2.2液壓缸推力及行程的確定由前面的計算可知，液壓缸所需的最大的推力為 P=324.08KN。液壓缸行程的確定 ：我們所設計的升降機從最低位置680mm升高到2500mm，實際上升行程為1800mm。因升降機活塞桿與水平方向夾角與有如下關系：，當升降機在最低點時液壓缸的長度。當升降機達到2500mm時， tan= 經計算得液壓缸總長度為 ，則液壓缸活塞桿伸長量為200mm即液壓缸的行程為200mm。5.2.3液壓缸的選型根據上述計算的液壓缸安裝距Sc和液壓缸所需的最大推力P=324.08KN，查閱資料9升降機構液壓缸選用雙作用單級活塞桿缸HSG-L-180/90-E2231-400-337。這種工程用液壓缸主要用于各種工程機械、起重機械及礦山機械等的液壓傳動。5.3液壓泵的計算與選型升降機構常用油泵分為齒輪油泵與柱塞泵兩類。齒輪泵多為外嚙合式，在相同體積下齒輪泵比柱塞泵流量大但油壓低。柱塞泵最大特點是油壓高（油壓范圍1635MPa），且在最低轉速下仍能產生全油壓，固可縮短舉升時間。中輕型升降機構上多采用齒輪泵，重型升降機構常采用柱塞泵，此次設計選用齒輪泵。5.3.1 液壓泵工作壓力的計算 （5.1）式中14:液壓泵的最大工作壓力 （N/m2）；液壓缸的最大工作壓力，（Mpa）；Mpa （5.2）式中：油缸最大作用力（N）；油缸橫截面積（m2）。由式（6.2）解得 MPa為液壓泵的出油口到缸進油口處的壓力損失。用調速閥及管路復雜的系統這里取,則=26.484MPa。5.3.2 液壓泵功率的計算當忽略輸送管路及液壓缸中的能量損失時，液壓泵的輸出功率應等于液壓缸的輸入功率又等于液壓缸的輸出功率。但在實際工作中，機械損失和能量損失是不可避免的，在計算中，必須要考慮。液壓泵的輸出功率為： （5.3） 式中：0液壓泵的輸出功率（W） 液壓缸的輸出功率 (W) V液壓缸勻速伸長的速度 (m/s)液壓泵輸出到液壓缸的端的機械損失，取0.759；液壓缸中及管路能量損失，取0.79；舉升時間(s)，取t=60s。由式（6.3）得 =12.346kW液壓泵的輸入功率： （5.4）式中：P液壓泵的輸入功率液壓泵的總效率，因我們所設計的升降機屬于中輕型升降機，選擇齒輪泵即可。齒輪泵的總效率一般為0.60.7，取0.65。則由式（6.4）得到輸入功率為。5.3.3 油泵流量的計算液壓泵的輸入功率與流量有如下關系 （5.5）式中： Pp油泵最大工作壓力，(N/m2)；液壓泵的流量（m3/s）；液壓泵的總效率,=0.6514。5.3.4 油泵的選型根據上述計算輸入的功率P、的值，查閱資料9，選擇P197-G50型號的高壓齒輪泵。額定工作壓力為28MPa，最大為28 MPa，工作轉速為2400r/min，輸入功率為65.9KW,油泵排量為50ml/r,液壓泵質量為14.3Kg。 P7600 、P5100、P3100、P237、P197型高壓齒輪泵，廣泛用于各種工程機械、升降機械、起重機械、壓路機、裝載機、推土機。具有體積小壓力高、排量大、噪聲低、性能好、壽命長等優點。5.4電氣系統設計任何復雜的控制線路，都是由一些元器件和單元電路組成。常用的控制電器有組合開關、按鈕、交流接觸器、中間繼電器、熱繼電器、熔斷器、自動空氣斷路器。5.4.1 電氣系統控制設計電氣系統主要控制兩側升降機的同步上升、下降。達到所需位置后，升降機都能安全鎖止。開關示意圖和控制電路圖如下：圖5.3 電氣系統開關示意圖圖5.4 升降機主控制電路圖及說明控制電路圖表5.2 升降機主控制線路的電器元件目錄表符號名稱及用途符號名稱及用途Q1三相組合開關作電源引入及短路保護用FU1熔斷器作短路保護作用FR熱繼電器作電動機過載保護作用KM交流接觸器作電動機起動、停止用KA1動合開關控制機械鎖的打開與閉合KM0吸引線圈SB0總開關按鈕SB3升降機下降按鈕SB1升降機上升按鈕SQ動斷開關作上升限位保護用SB2鎖止按鈕KT延時開關機械鎖上升下降緩沖作用C接三相電動機N接地端M電動機（1）上升按動上升SB1按鈕，此時電機M立即啟動運轉，機械鎖打開，平臺會立即上升。松開上升按鈕SB1，該機將立即停止上升。電路：總開關SB0閉合按下SB1 KA1接通機械鎖打開 KM01線圈通電KM主觸點閉合電動機正轉;升降機上升到規定位置 SB1斷開按下SB2KA1接通機械鎖閉合KM02線圈斷電進行鎖止。（2）下降當按下下降按鈕SB3時，剪切式升降機先立即上升，等延時約12秒鐘自動轉為下降(這樣可以保證在下降前將保險爪從保險齒條內抬起而不被卡住)。在下降的同時，保險爪將因兩位三通電磁閥YA1通電打開而自動抬起，此時，電動機M也同時停止運轉。電路：按下SB3按鈕KA1接通機械鎖打開KM03線圈通電KM主觸點閉合電動機反轉升降機下降到規定位置SB3斷開按下SB2KA1接通機械鎖閉合KM02線圈斷電進行鎖止 5.4.2電動機的選擇與驗算（1）電動機選擇計算升降機構額定起重量時的靜載荷功率NjNj=(Q+ G0)V/60 （5.6）式中： Q額定舉升重量，N；G0升降機構自重，N；V舉升速度，m/min；效率=0.5。Q=30000N ， 得Nj=2.09 KW根據Nj查電動機產品目錄選取電動機相應的額定功率Ne，并滿足Nekd Nj （5.7）式中 kd系數，見表6.3所示。我們按滿載情況算 Kd=1.0 Ne 2.09 KW根據額定功率Ne值及液壓泵的轉速，選擇YZR132N2-6額定功率4.0，轉速為900r/min的電動機。因升降機經常啟動，制動，要求電動機的轉動慣量小和過載能力大，因此選用YZR系列三相異步電動機是符合要求的，在電動機與液壓泵之間采用帶輪傳動，改變傳動比，就可以滿足液壓泵要求的轉速。表5.3 系數kd電動機型號升降機工作特性及機構工作范圍kdJZR2、YZR、JZRHM1M6級0.750.85M7級0.850.95M8級1.01.1滿載（13m/min），經常滿載0.91.0JZ、YZM1M6級及防爆機構0.9YM1M6級及某些特殊機構1.0（2）電動機可靠性的驗算通常升降機構的起動緩沖時間約為15s較合適，大舉升重量或速度較高時取較大值。當計算的起動時間小于1s，可改選小一點的電動機，或者仍用原選電動機，而采用增加起動機電阻