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自动化立体停车库机构及控制系统设计

摘要

近年来国内的汽车业的发发展的很快，我国的汽车越来越多，这就需要更多的停车场地，但是目前中国的国情是人多地少，这就造成了汽车无法规范停靠，造成阻塞和危险。针对国内停车难的现象，单纯的正常车库已无法满足，于是进行立体车库的研究，因为立体车库的方便性和对土地的节省，以及对空间和自动化的利用，而且适用于很多恶劣的环境。在对国内外技术和资讯进行详细的调查和研究后。决定把两层三列立体升降横移式立体停车库作为设计模型，对其结构和传动系统进行设计研究。立体车库主要由 6 大部分组成，包括结构框架、载车板、升降系统、横移系统、控制系统、安全防护系统这六部分，对升降传动系统配以公示计算和图像设计直观的表达了研究过程和成果，并对设计的结构进行校核，横移传动系统构思。然后以 PLC 为控制中枢，根据各传感器传送的信号，完成控制系统对车库升降和横移的控制，实现自动化，并绘制出梯形图程序，并查阅大量资料，使之满足各方面安全要求，使设备更加安全的运行。

关键词：立体车库 升降横移式 可编程控制器

 

Design of Automatic Stereo Garage Organization and Control System

Abstract

In recent years, the development of the domestic auto industry soon, China's car more and more, which requires more parking space, but the current situation in China is much less, which caused the car cannot standardize the dock, Causing obstruction and danger. In view of the phenomenon of domestic parking difficult, simple normal garage has been unable to meet, so the three-dimensional garage research, because the three-dimensional garage convenience and land conservation, as well as the use of space and automation, but also for many harsh environments. After a detailed invest and study of domestic and foreign technology and information. It is decided to design the two-dimensional parking garage as the design model, and its structure and transmission system design research. The three-dimensional garage is mainly composed of six parts, including the structural frame, the load plate, the lifting system, the traverse system, the control system and the safety protection system. The lifting and driving system is characterized by publicity calculation and image design. Process and results, and the design of the structure to check, traverse transmission system concept. And then PLC as the control center, according to the sensor to send the signal to complete the control system on the garage movements and traverse control, to achieve automation, and draw a ladder program, and access to a large number of information to meet all aspects of security requirements, so that Equipment more secure operation.

Key words: Three-dimensional garage Lifting and lowering Programmable controller

 

目录

摘要 2

Abstract. 3

第 1 章绪论 1

1.1引 言......................................................................................................................... 1

1.2立体停车库产生的背景........................................................................................... 2

1.2.1我国汽车业的发展形势............................................................................... 2

1.2.2我国城市的停车难问题............................................................................... 2

1.3国内外研究现状....................................................................................................... 2

1.3.1 国外研究现状................................................................................................ 2

1.3.2 国内研究现状................................................................................................ 3

1.4课题研究的意义....................................................................................................... 4

1.5本文的主要目标和工作内容................................................................................... 4

1.5.1 工作目标........................................................................................................ 4

1.5.2 工作内容........................................................................................................ 5

第二章 立体车库机械部分设计...........................................................................................6

2.1立体车库的基础结构............................................................................................... 6

2.1.1 立体车库简介................................................................................................ 6

2.1.2 升降横移式车库机械部分部件结构和功能................................................ 6

2.2方案总体设计........................................................................................................... 8

2.2.1 方案总体设计................................................................................................ 8

2.2.2 钢结构的设计................................................................................................ 8

2.3升降传动系统设计................................................................................................. 10

2.3.1 电机的选择.................................................................................................. 10

2.3.2 升降链传动的设计...................................................................................... 11

2.3.3 轴的设计...................................................................................................... 15

2.3.4 轴承的选择 16

2.3.5 钢丝绳和滑轮的选用 17

2.3.6 卷筒的设计 18

2.3.7 升降轴的强度校核 18

2.4 横移系统的设计 20

2.4.1 横移原理图： 20

2.4.2 电机的选取 20

2.4.3 带传动的设计计算 20

2.4.4 轴的设计和校核 21

第三章 控制系统设计 23

3.1PLC 的介绍 23

3.2PLC 的组成 23

3.2.2 软件组成 25

3.3 PLC 的选择 25

3.4 I/O 分配 25

3.5 控制流程图： 27

3.6 接线图： 28

3.7 电机接线图 29

3.8 程序详见附录 30

参考文献 33

总结 35

致谢 36

 

第 1 章绪论

1.1 引 言

    立体停车系统的研究起源于德国，日本是立体停车系统的集大成者，其他各国在这方面各有优劣，但是最具代表性的还是这两个国家。德国因为最早研究所以已经形成了体系，日本则是应用广，大部分是因为其经济领先但是国土面积小的原因。德国的优势是技术领先，日本的优势在于种类繁多，立体停车库的优势和应用在日本这个国家体现的淋漓尽致，原因是其国土面积小，没有足够大的空间去支持快速经济发展带来的为人们享受生活而出现的汽车。从日本引进第一台自动立体停车建筑，并体味到了它带来的方便后，就开始大力发展立体停车系统，截至 1984 年，日本就已经出现了超过 30000 座不同系列的立体式车库，每座车库的容车量从几辆，数十辆，几百辆不等。随着对立体车库的研究加深和技术进步，车库的容量也在日益增多，从上世纪 80 年代初起，日本所建造的立体车库其容车量已经超过了日本国民的汽车年持有增加量，日本对自动立体车库的研究如此不遗余力，究其原因是其国情决定其研究方向。

    随着新世纪的到来，中国也慢慢的表现出了对停车设备的重视，然后举行了多个与之相干的博览会，其中数 2006 年十月份在上海举行的停车系统博览会最为盛大，各国在世界上有名的机械设备制造商都在会上进行交流，这次博览会所展出的产品，其容车力和关键技术已经非常完备，先进水平方面也受大众汽车用户认可。国内的停车设施目前处于需要摸索建立，要一步一步的往前走，根据中国自己的而国情和经济发展，现今国内许多大城市已经陆续开始出现国外的一些先进停车设备。立体停车库结构和系统种类很多，我们必须根据自己的需要和自己的技术能否达到，选择最合适的机构和控制系统。我们现在所面临的情况不比日本好多少，我国是人口大国，随着人口的增长、经济水平的提高，汽车已经成为了日用品，，就需要更多的停车位，现在国内从大城市到小城市，房价都快比天高，土地资源严重缺失。研究出适合国内建造的立体停车库、也是目前我们迫不及待需要的。

1.2 立体停车库产生的背景

1.2.1 我国汽车业的发展形势

进入了新世纪，国内制造工业装配尺寸的精细，汽车工业随之崛起。2014 年中国汽车销量是 23499001 辆，2015 年中国汽车销量是 24597583 辆，从这两年数据看来，每年有2400 万左右的汽车流入中国，所以在未来的几年里，中国将全面进入汽车社会。

1.2.2 我国城市的停车难问题

郑州政府在 2005 年对当地汽车持有量进行调查，当时郑州 45 万辆汽车，但是据 2010年郑州调查的汽车数量，家家户户拥有的车，已经超 150 万辆车，仅仅 5 年，就已经增涨了 300%。在当时的 2005 年人们对于停车位的需求和停车位的不足所产生的矛盾就已经趋近明显。当年郑州市政府进行的停车位调查中，郑州主城区停车位数量只有不到 100 万个，“停车难”的状况可想而知。很多大城市为了解决停车位短缺的麻烦，都接二连三的提出了住宅区的停靠存取车位以人口分配为主，并重新拟定了全新的楼房住宅和车位的匹配方法。，如上海的普通住宅小区每户的停车位由原来的 1:5 调升到 1：3-1：1，周口市住宅区和停车位标准调升到 2：5-6:5 个，信阳市住宅区每户停车位标准调升到 1:3-2:3 个等，尽管各地政府都作出相关举措，但仍然无法彻底解决停车位不够的问题，所以发展立体停车库迫在眉睫。

1.3 国内外研究现状

1.3.1 国外研究现状

立体停车系统的研究起源于德国，日本是立体停车系统的集大成者，其他各国在这方面各有优劣，但是最具代表性的还是这两个国家。德国因为最早研究所以已经形成了体系，日本则是应用广，大部分是因为其经济领先但是国土面积小的原因。德国的优势是技术领先，日本的优势在于种类繁多，立体停车库的优势和应用在日本这个国家体现的淋漓尽致，原因是其国土面积小，没有足够大的空间去支持快速经济发展带来的为人们享受生活而出现的汽车。从日本引进第一台自动立体停车建筑，并体味到了它带来的方便后，就开始大力发展立体停车系统，截至 1984 年，日本就已经出现了超过 30000 座不同系列的立体式车库，每座车库的容车量从几辆，数十辆，几百辆不等。随着对立体车库的研究加深和技术进步，车库的容量也在日益增多。21 世纪以来不仅日本和德国，其中美国、欧洲等很多发达国家也相继出现较多的立体停车库，各个国家的侧重点不同，使得立体停车库的发展从自身结构到控制系统都越来越完善。

1.3.2 国内研究现状

世界上其他先进国家的研究开始时间早，我国的研究开始比较晚，直到 20 世纪 90 年代初我国才陆续出现能够自主生产停车相关设备的厂家，而且主要是根据外国的技术进行自主生产。立体停车库在当时国内一线大城市都有使用当然，但是标准都不太完善，其中香港发展较快。于是在 90 年代末期我国参照德国、日本等先进国家的停车标准制定，我国推出了自己的行业国家标准。随着 21 世纪的到来，中国也慢慢的表现出了对停车设备的重视，然后举行了多个与之相干的博览会，其中数 2006 年十月份在上海举行的停车系统博览会最为盛大，各国在世界上有名的机械设备制造商都在会上进行交流，这次博览会所展出的产品，其容车力和关键技术已经非常完备，先进水平方面也受大众汽车用户认可。国内的停车设施目前处于需要摸索建立，要一步一步的往前走，根据中国自己的而国情和经济发展，现今国内许多大城市已经陆续开始出现国外的一些先进停车设备。立体停车库结构和系统种类很多，我们必须根据自己的需要和自己的技术能否达到，选择最合适的机构和控制系统。我们现在所面临的情况不比日本好多少，我国是人口大国，随着人口的增长、经济水平的提高，汽车已经成为了日用品，就需要更多的停车位，现在国内从大城市到小城市，房价都快比天高，土地资源严重缺失。研究出适合国内建造的立体停车库、也是目前我们迫不及待需要的。现在国内在这方面的研究也取得了很不错的成果，但是并未在国内完全实行起来，还有着立体停车库的经济性和实用性等问题，立体停车库虽然用起来方便，但是由于需要对设备进行维护，相较于地面停车场造价高，这是一个很大的限制问题，需要国家判断时局，并制定相应利于立体停车设备发展的政策，毕竟立体技术有益于全自动化科技发展和节约土地资源。

1.4 课题研究的意义

随着科技发展和人们的生产和生活方式慢慢趋向集中化，又伴随着农村人不断地走进城市，致使城市人口增多，人们在城市里的生存和生活的空间就被挤压，于是不得不向空间发展。城市规划中出现了空间理念，开始建设高楼大厦、立交桥、地铁等向上或者向下的建筑，那么自然而然，立体停车库理念也进入人们的视野。高楼大厦、高架交通、立交桥、地下铁路等已经成为了现代大都市的标志，这些建筑和设施确实是对空间理念利用的典范。城市立体交通网的编制成功，那么怎么安置这些行驶工具便是我们必须解决的难题，于是立体停车库应运而生。从以前的平面停车开始慢慢的向现在的立体停车发生转变，这便需要机械方面的设计和计算，但是控制又成了为题，于是又促进了计算机管理以及可编程控制器的发展。随着人们对居住环境的要求提高，汽车开始走进人们的家庭，成为了不再珍稀的日用品甚至必备品，以及交通管理制度的完善，停车行业将会有着一个前景非常美好广阔的市场，汽车的增多，人们要求良好的居住环境，这就给停车产业带来了一个千载不遇的好时机，我们应该抓住这次机遇，大力发展这个行业。立体停车库虽然方便环保，但是由于需要对设备进行维护，相较于地面停车场造价高，这是一个很大的限制问题，这就造成了车位经常空缺，维护费用一直跟不上，无奈只能撤销或者转作其他行业，这是一个很大的限制问题。目前我国自主研发生产的立体车库，大多只能用来停车，其功能非常单一，未来可以开发出洗车、对车进行美容、保养等功能。可以带来更多的经济效益，挺高存取效率，当然这也需要国家出台相应的政策鼓励，毕竟立体停车库有益于自动化发展和节约土地资源，提高人们的生活水平。

1.5 本文的主要目标和工作内容

目前，国内外技术成熟的立体车库主要有升降横移、巷道堆垛、垂直提升、垂直循环、箱型水平循环、圆形水平循环六大形式。其中有着三大类最常使用：分别是升降横移式、垂直升降式、巷道堆垛式，这三种形式中，又数升降横移式最为方便和安全，不依赖地形。

所以我以升降横移式为基础，设计两层三列式立体停车库。

1.5.1 工作目标

（1） 设计出立体车库的钢架结构；

（2） 设计出升降和横移传动装置；

（3）运用 PLC 技术完成立体停车库的存取控制设计；

1.5.2 工作内容

（1）结合现实生活了解立体停车库，了解它的存取流程。

（2）搜索国内外资料，了解立体停车库最新技术的发展动向，以及相关材料选用，

驱动的选择等。

（3）查阅文献资料，完成车库的就够设计、电机和链条的选择以及校核。

（4）利用相关画图软件画出立体车库装配图，以及必要零件图。

（5）运用 PLC 以及单片机知识，编出存取程序。

（6）完善报告，并做出总结。

参考文献
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总结
本文对两层三列式升降横移立体车库进行了非常详细的研究，具体内容如下：
1、搜索德国、日本等在立体车库方面先进的国家内关于立体车库的信息，查阅大量资料，了解他们的结构，工作原理以及运作方式，结合中国实际情况做出调研。
2、以两层三列式升降横移立体停车库为研究模型，尝试自主构建其传动系统、控制系统的设计，也许本文所提出的设计方式受限于本人能力水平有限，无法提出更新型的想法和进行更深刻的研究。
3、本文侧重于控制系统的设计，但并未完全实现自动化，以及有限元的分析。国内立体车库一直未能打开市场的经济性和相关政策也未加以讨论等对未来的猜想：可以在未来的研究中加入神经网络控制，以及网络拓扑技术使车库更加的智能化。