苏ICP备112451047180号-6
轨道外置式双层立体车库系统设计
与传统的立体车库相比，轨道外置式双层立体车库整体占地框架比一个车位略大，但是它能解决多车的停车问题；它可以安置在路边，小区内，结构简单，安装方便；并且它的双层车位可以实现自由存取，互不干扰，车位均通过外置轨道移动，以达到停车目的；存取车运行速度快，无需长时间等候。传统立体车库在结构上多显臃肿，需要选择面积较大空地进行安置；且取车不便；运行较慢，等候时间长。
图1车库结构简图
轨道外置式双层立体车库简易结构示意图如图1，车库整体框架使用钢结构，总共分为二个车位（车位1与车位2），每层车位均配置载车板。车位1的下方是自由空间，既可以作为通道，也可以放置其他物品。在存取车过程中，载车板作为被控对象运动。存车过程为：先将载车板从车位水平横移出后，然后放下至地面，然后车辆驶入，传感器检测车辆停到位后，提升载有车辆的载车板到达车位水平高度，横移载车板进入车位；取车过程与存车相反。运动过程中，车板移动速度可以调节，调节范围为200mm/min~1m/min。
课题研究的基本内容、重点难点及要解决的主要问题
课题内容主要包括立体车库总体方案设计；机械结构设计；驱动系统设计；控制系统的设计；检测系统设计。系统结构框图如图所示：
图2
2.1车库机械结构 车库机械结构由以下部分组成：载车板、升降机构、横移机构、框架等。载车板用来承载车辆，升降机构和横移机构分别实现载车板的升降和横移，升降机构采用电动葫芦进行升降，横移机构采用齿轮齿条传动方式。
图3
1)载车板
载车板用来承载车辆，车辆尺寸规定为≤3500mm*2000mm*1800mm，载车板大小应该比车辆尺寸稍大，尺寸定为4000mm*2200mm，可以采用波浪板。每块载车板都配有三相交流电机驱动，且安装滚轮便于在水平轨道运动。载车板安装轮档定位器，限制车辆停放位置和起到固定车辆的作用。
2)横移机构
横移机构的作用是实现载车板横移运动，其传动方式有2种，分别为齿轮齿条传动和滚珠丝杠传动。齿轮齿条的承载力大，传动精度较高，精度可达0.1mm，可无限长度对接延续，传动速度高， 但是加工安装精度差，传动噪音大，磨损大。滚珠丝杠不能自锁，传动效率高，精度高，噪音大，适合高速往返运动，但是水平传动是跨度大了要考虑极限转速和自重下垂变形，所以传动长度不能太大，一般不超过两米。齿条齿轮传动对于结构设计来讲要相对简单一些。考虑到车库重量,以及存在弯轨道选择齿轮齿条传动。
3)升降机构 升降机构的作用是实现载车板的升降运动，有2种实现方法，分别是使用卷扬机或者电动葫芦。卷扬机的容绳量，一般都是100M，不仅可以提升，还可以牵引用，但是体积较大。电动葫芦体积小，钢丝绳一般是6M,12M等，可以左右平移，但只能做提升用。立体停车库高度为5~6米，且可用体积小，载车板只需要提升，因此选用电动葫芦。
2.2驱动系统 驱动方式分为电动，液压，气动。液压。液压驱动存在漏油风险，且油管安装不便。气动传递运动不够平稳、均匀，工作压力不能过高,传动效率低,不易获得很大的力或力矩。电动结构简单，便于控制，精度高，连接方便。比较后选用电动驱动。电机主要有直流电机（无刷，有刷）、交流电机（单相，三相）等。由于工业用电多是三相电压，且三相异步电机结构简单，效率高，输出力矩大，可靠性好。因此在本次系统设计中均采用三相异步电机。
2.3控制部分设计 系统需要控制器控制机械执行机构，用来实现各部分功能。可以采用PLC或者单片机等控制器控制变频器驱动电机完成升降，横移的动作。
1)控制器选择： PLC控制器是经过几十年实际应用中检验过的控制器，其抗干扰能力强，故障率低，易于设备的扩展，便于维护，开发周期短。但是成本相对单片机要高。单片机控制器经济实惠，成本相对较低；但是用单片机制作的主控板受制版工艺、布局结构、器件质量等因素的影响会导致抗干扰能力差，故障率高，不易扩展，对环境依赖性强,开发周期长。综合分析后选用PLC控制器。
2).调速方法 调速的最终目的是调节载车板的速度。目前调速方法比较常用的有两种：机械调速和电子调速。机械调速调节传动系统的传动比，所需设备主要为减速机，其优点是相对便宜，缺点是调速范围小；电子调速调节动力机的转速，所需设备主要为变频器，其特点是调速范围大、操作简单。因为是电机驱动，所以可以用变频器调速。PLC和变频器之间进行通讯，包括PLC的开关量信号控制变频器、PLC的模拟量信号控制变频器、PLC采用RS-485无协议通讯方法控制变频器等，在本次设计中采用开关量信号控制变频器，开关量控制结构简单，编程较容易。PLC的开关量输出与变频器的输入端子通过电缆连接，这样通过PLC可以控制变频器输出频率进行无级调速以及起停的控制。
2.4检测装置： 检测装置的作用是检测载车板的位置和移动速度，以及车辆停放位置。它由限位开关和光电检测开关，旋转编码器，压力传感器组成。载车板的位置通过限位开关确定，速度通过旋转编码器测量电机转速获得。传感器按接线方式分为四种，2线制、3线制、4线制、5线制。2线制需要外部提供电源（如DC24V），然后发出电流信号（如4～20mA）。当PLC的模板输入通道设定为连接二线制传感器时，PLC的模拟输入模板的通道上还要向外输出一个直流24V的电源，以驱动两线制传感器工作。
一.限位开关：安装在轨道上，当载车板接近时，开关的连杆驱动开关引起闭合的触点断开或者断开的触点闭合。用来检测载车板是否停到位。 二.光电开关：由发射器，接收器，检测电路组成。它是利用被检测物对光束的遮挡或反射，由同步回路选通电路，从而检测物体的有无。用来检测停放在车板上的车辆是否符合规定。
三．旋转编码器：编码器安装后，在轴旋转的时候,测速编码器就会输出脉冲,通过计算每秒的脉冲数计算电机速度，脉冲输出给计数模块，计数模块与PLC相连，计数模块将脉冲信号输送到PLC。
四．压力传感器 ：用来检测车辆是否超载，压力传感器以机械结构型的器件为主，以弹性元件的形变指示压力，可采用半导体压力传感器。其特点是体积小、质量轻、准确度高、温度特性好。
3.课题研究计划与写作提纲
课题研究计划:
1 调研、查阅文献，完成开题报告和外文翻译。
2 完成机械结构设计，完成传动机构设计，完成总装配图及零件图
3中期检查与整改。
4设计控制系统的电路图和传感器检测电路以及程序流程图，撰写毕业设计论文
5打印、装订、评阅、答辩资格审查，毕业答辩。
写作提纲： 第一章 绪论：介绍课题的背景和意义，阐述机构的基本结构、工作原理以及测量机械负载的传感器的工作原理和实现方法或者办法。
第二章 机械结构总体方案设计：设计载车板的结构以及驱动传动机构。
第三章 控制系统的硬件设计：设计系统的总体框图和系统的各部分硬件结构。
第四章 完成传感器检测电路以及控制器外围电路设计，在传感部分使用传感器对汽车位置进行实时检测。设计出电路图和供电图等。完成系统的控制单元设计及控制器的选择。
第五章 软件设计：设计出软件的流程图和软件程序。
第六章 总结与展望：对整篇关于控制系统进行综述总结，并对立体车库的未来发展前景论述。 第七章 参考文献
指导教师意见
1．对“文献综述”的评语：
该生对选题相关文献的调查研究分析较为充分，明确了本课题与社会上已有的立体车库的不同之处。对课题研究的方向把握较好。
2．对本课题研究的思路、方法、对策、措施的预期成效等的评价：
学生对课题的内涵认识清楚，任务明确。轨道外置式双层立体车库系统其关键是：取、放车时，被取放车的运动轨迹只与自身有关。报告对立体车库系统进行了分解，对各部分都进行了科学的分析并做出选择，分别实现。针对需要解决的问题，报告中给出了解决方法。
报告中解决问题的方法正确、对策比较合理，具有可行性；制定的设计计划及步骤安排顺序合理。
与传统的立体车库相比，轨道外置式双层立体车库整体占地框架比一个车位略大，但是它能解决多车的停车问题；它可以安置在路边，小区内，结构简单，安装方便；并且它的双层车位可以实现自由存取，互不干扰，车位均通过外置轨道移动，以达到停车目的；存取车运行速度快，无需长时间等候。传统立体车库在结构上多显臃肿，需要选择面积较大空地进行安置；且取车不便；运行较慢，等候时间长。
图1车库结构简图
轨道外置式双层立体车库简易结构示意图如图1，车库整体框架使用钢结构，总共分为二个车位（车位1与车位2），每层车位均配置载车板。车位1的下方是自由空间，既可以作为通道，也可以放置其他物品。在存取车过程中，载车板作为被控对象运动。存车过程为：先将载车板从车位水平横移出后，然后放下至地面，然后车辆驶入，传感器检测车辆停到位后，提升载有车辆的载车板到达车位水平高度，横移载车板进入车位；取车过程与存车相反。运动过程中，车板移动速度可以调节，调节范围为200mm/min~1m/min。
课题研究的基本内容、重点难点及要解决的主要问题
课题内容主要包括立体车库总体方案设计；机械结构设计；驱动系统设计；控制系统的设计；检测系统设计。系统结构框图如图所示：
图2
2.1车库机械结构 车库机械结构由以下部分组成：载车板、升降机构、横移机构、框架等。载车板用来承载车辆，升降机构和横移机构分别实现载车板的升降和横移，升降机构采用电动葫芦进行升降，横移机构采用齿轮齿条传动方式。
图3
1)载车板
载车板用来承载车辆，车辆尺寸规定为≤3500mm*2000mm*1800mm，载车板大小应该比车辆尺寸稍大，尺寸定为4000mm*2200mm，可以采用波浪板。每块载车板都配有三相交流电机驱动，且安装滚轮便于在水平轨道运动。载车板安装轮档定位器，限制车辆停放位置和起到固定车辆的作用。
2)横移机构
横移机构的作用是实现载车板横移运动，其传动方式有2种，分别为齿轮齿条传动和滚珠丝杠传动。齿轮齿条的承载力大，传动精度较高，精度可达0.1mm，可无限长度对接延续，传动速度高， 但是加工安装精度差，传动噪音大，磨损大。滚珠丝杠不能自锁，传动效率高，精度高，噪音大，适合高速往返运动，但是水平传动是跨度大了要考虑极限转速和自重下垂变形，所以传动长度不能太大，一般不超过两米。齿条齿轮传动对于结构设计来讲要相对简单一些。考虑到车库重量,以及存在弯轨道选择齿轮齿条传动。
3)升降机构 升降机构的作用是实现载车板的升降运动，有2种实现方法，分别是使用卷扬机或者电动葫芦。卷扬机的容绳量，一般都是100M，不仅可以提升，还可以牵引用，但是体积较大。电动葫芦体积小，钢丝绳一般是6M,12M等，可以左右平移，但只能做提升用。立体停车库高度为5~6米，且可用体积小，载车板只需要提升，因此选用电动葫芦。
2.2驱动系统 驱动方式分为电动，液压，气动。液压。液压驱动存在漏油风险，且油管安装不便。气动传递运动不够平稳、均匀，工作压力不能过高,传动效率低,不易获得很大的力或力矩。电动结构简单，便于控制，精度高，连接方便。比较后选用电动驱动。电机主要有直流电机（无刷，有刷）、交流电机（单相，三相）等。由于工业用电多是三相电压，且三相异步电机结构简单，效率高，输出力矩大，可靠性好。因此在本次系统设计中均采用三相异步电机。
2.3控制部分设计 系统需要控制器控制机械执行机构，用来实现各部分功能。可以采用PLC或者单片机等控制器控制变频器驱动电机完成升降，横移的动作。
1)控制器选择： PLC控制器是经过几十年实际应用中检验过的控制器，其抗干扰能力强，故障率低，易于设备的扩展，便于维护，开发周期短。但是成本相对单片机要高。单片机控制器经济实惠，成本相对较低；但是用单片机制作的主控板受制版工艺、布局结构、器件质量等因素的影响会导致抗干扰能力差，故障率高，不易扩展，对环境依赖性强,开发周期长。综合分析后选用PLC控制器。
2).调速方法 调速的最终目的是调节载车板的速度。目前调速方法比较常用的有两种：机械调速和电子调速。机械调速调节传动系统的传动比，所需设备主要为减速机，其优点是相对便宜，缺点是调速范围小；电子调速调节动力机的转速，所需设备主要为变频器，其特点是调速范围大、操作简单。因为是电机驱动，所以可以用变频器调速。PLC和变频器之间进行通讯，包括PLC的开关量信号控制变频器、PLC的模拟量信号控制变频器、PLC采用RS-485无协议通讯方法控制变频器等，在本次设计中采用开关量信号控制变频器，开关量控制结构简单，编程较容易。PLC的开关量输出与变频器的输入端子通过电缆连接，这样通过PLC可以控制变频器输出频率进行无级调速以及起停的控制。
2.4检测装置： 检测装置的作用是检测载车板的位置和移动速度，以及车辆停放位置。它由限位开关和光电检测开关，旋转编码器，压力传感器组成。载车板的位置通过限位开关确定，速度通过旋转编码器测量电机转速获得。传感器按接线方式分为四种，2线制、3线制、4线制、5线制。2线制需要外部提供电源（如DC24V），然后发出电流信号（如4～20mA）。当PLC的模板输入通道设定为连接二线制传感器时，PLC的模拟输入模板的通道上还要向外输出一个直流24V的电源，以驱动两线制传感器工作。
一.限位开关：安装在轨道上，当载车板接近时，开关的连杆驱动开关引起闭合的触点断开或者断开的触点闭合。用来检测载车板是否停到位。 二.光电开关：由发射器，接收器，检测电路组成。它是利用被检测物对光束的遮挡或反射，由同步回路选通电路，从而检测物体的有无。用来检测停放在车板上的车辆是否符合规定。
三．旋转编码器：编码器安装后，在轴旋转的时候,测速编码器就会输出脉冲,通过计算每秒的脉冲数计算电机速度，脉冲输出给计数模块，计数模块与PLC相连，计数模块将脉冲信号输送到PLC。
四．压力传感器 ：用来检测车辆是否超载，压力传感器以机械结构型的器件为主，以弹性元件的形变指示压力，可采用半导体压力传感器。其特点是体积小、质量轻、准确度高、温度特性好。
3.课题研究计划与写作提纲
课题研究计划:
1 调研、查阅文献，完成开题报告和外文翻译。
2 完成机械结构设计，完成传动机构设计，完成总装配图及零件图
3中期检查与整改。
4设计控制系统的电路图和传感器检测电路以及程序流程图，撰写毕业设计论文
5打印、装订、评阅、答辩资格审查，毕业答辩。
写作提纲： 第一章 绪论：介绍课题的背景和意义，阐述机构的基本结构、工作原理以及测量机械负载的传感器的工作原理和实现方法或者办法。
第二章 机械结构总体方案设计：设计载车板的结构以及驱动传动机构。
第三章 控制系统的硬件设计：设计系统的总体框图和系统的各部分硬件结构。
第四章 完成传感器检测电路以及控制器外围电路设计，在传感部分使用传感器对汽车位置进行实时检测。设计出电路图和供电图等。完成系统的控制单元设计及控制器的选择。
第五章 软件设计：设计出软件的流程图和软件程序。
第六章 总结与展望：对整篇关于控制系统进行综述总结，并对立体车库的未来发展前景论述。 第七章 参考文献
指导教师意见
1．对“文献综述”的评语：
该生对选题相关文献的调查研究分析较为充分，明确了本课题与社会上已有的立体车库的不同之处。对课题研究的方向把握较好。
2．对本课题研究的思路、方法、对策、措施的预期成效等的评价：
学生对课题的内涵认识清楚，任务明确。轨道外置式双层立体车库系统其关键是：取、放车时，被取放车的运动轨迹只与自身有关。报告对立体车库系统进行了分解，对各部分都进行了科学的分析并做出选择，分别实现。针对需要解决的问题，报告中给出了解决方法。
报告中解决问题的方法正确、对策比较合理，具有可行性；制定的设计计划及步骤安排顺序合理。