全自動立體式儲物停車庫說明書.doc

浙江省2012年第九屆大學(xué)生機械設(shè)計大賽 全自動立體式儲物/停車庫說明書 設(shè)計者： 毛定杰、孫建偉、王迎、湯忻欣、王正宇 指導(dǎo)教師：曹建波、熊繼平 浙江師范大學(xué) 2012年4月 全自動立體式儲物/停車庫設(shè)計說明書設(shè)計者：毛定杰、孫建偉、王迎、湯忻欣、王正宇指導(dǎo)教師：曹建波、熊繼平（浙江師范大學(xué)）作品內(nèi)容簡介目前城市用地資源越來越緊張，為了節(jié)約寶貴的土地資源，本作品設(shè)計了一種家庭或社區(qū)用的新型全自動立體式儲物/停車庫，既可以實現(xiàn)自動儲物或停車，又可以實現(xiàn)立體式結(jié)構(gòu)，大大節(jié)約了用地空間。本作品是由機械系統(tǒng)和控制系統(tǒng)兩部分組成。機械系統(tǒng)部分中，傳動機構(gòu)利用了雙排大型鏈條循環(huán)傳動，通過電機帶動鏈條使四個庫體一起循環(huán)運轉(zhuǎn)。拖車機構(gòu)利用拖車夾緊車輛的前輪，進行直線往復(fù)運動實現(xiàn)車輛的停入和取出。轉(zhuǎn)臺機構(gòu)可以實現(xiàn)車輛的轉(zhuǎn)向?？刂葡到y(tǒng)部分中，核心是可編程控制器(PLC)，其主要作用是實現(xiàn)該停車設(shè)備的智能全自動化。存取操作時, PLC接收和分析主機傳輸過來的數(shù)據(jù)、指令進行控制; 判斷檢測元件的狀態(tài), 讀取庫體機械驅(qū)動部分的信息; 反饋信息到執(zhí)行元件, 控制電機的轉(zhuǎn)動方向，將車輛存入相應(yīng)的車位號或者取出相應(yīng)車位號上的車輛, 實現(xiàn)托盤的轉(zhuǎn)動, 完成車輛存取操作。該全自動立體式儲物/停車庫包括四個儲物或停車用的倉庫，都安裝在大型循環(huán)傳動的一對鏈條上，并可以通過電機帶動鏈條使四個儲物/停車庫一起循環(huán)運轉(zhuǎn)，從而帶動四個倉庫可在空中停放。在作為車庫使用時，還配有一輛小型拖車，靠夾緊車輛的前輪使其離地來拖動車輛進出車庫，在車庫的正前方有一個轉(zhuǎn)臺實現(xiàn)車輛的180度轉(zhuǎn)向。作品設(shè)計的全自動立體式儲物/停車庫不僅能有效的利用城市、住宅小區(qū)內(nèi)的有限空間和土地，而且控制系統(tǒng)簡單，能使住戶存取物品或車輛時安全可靠、便捷、高效。聯(lián)系人：毛定杰聯(lián)系電話：18758917907EMAIL：845113504qq.com1 研制背景及意義:隨著我們國家經(jīng)濟的蓬勃發(fā)展，轎車的數(shù)量逐年增加。中國停車難的問題日益凸顯。全自動立體式停車系統(tǒng)，以其充分利用空間，節(jié)省占地面積等顯特點，成為解決停車難問題的重要方法之一。立體停車庫是為城市建設(shè)提供的附屬設(shè)施，可充實城市土地資源開發(fā)內(nèi)涵，也是解決城市停車難題的重要舉措，可以緩解和解決繁華地段及住宅小區(qū)的停車問題，其社會效益極大。全自動立體式車庫需求即將噴井。2 主要性能指標(biāo)： 全自動立體式儲物/停車庫包括四個儲物或停車用的倉庫，都安裝在大型循環(huán)傳動的一對鏈條上，并可以通過電機帶動鏈條使四個儲物/停車庫一起循環(huán)運轉(zhuǎn)，從而帶動四個倉庫可在空中停放。在作為車庫使用時，還配有一輛小型拖車，靠夾緊車輛的前輪使其離地來拖動車輛進出車庫，在車庫的正前方有一個轉(zhuǎn)臺實現(xiàn)車輛的180度轉(zhuǎn)向。極大的節(jié)約了時間和空間。作品主要性能如下;（1）空間利用率高普通家用車庫一般只能停兩輛的車位，全自動立體車庫可以停四輛，極大的提高了空間利用率，實現(xiàn)停車數(shù)量的擴容。（2）直進直出模式全自動立體車庫可180旋轉(zhuǎn)運行，實現(xiàn)“直進直出”的模式，車輛存取無需拐彎，避免倒車麻煩。（3）操作簡單，高效方便全自動立體車庫每個車位均單獨作業(yè)，整個車庫不會出現(xiàn)取不下車的現(xiàn)象。停車20秒左右，取車只要30秒左右一鍵完成。（4）全自動的智能停車設(shè)備 存取車輛都由車庫自動完成，用戶無需自己將車開入車庫，車庫采用雙排大型鏈條循環(huán)傳動，存取車輛時便捷高效。以下是我們作品的三維效果圖具體的效果圖如圖1-圖6所示。圖1 效果圖1圖2 效果圖2圖3 效果圖3圖4 效果圖4圖5 效果圖5圖6 拖車63 設(shè)計方案3.1 機構(gòu)的基本原理鏈條循環(huán)傳動式的傳動機構(gòu)就是一種比較常用的傳動效率比較好的車庫機構(gòu)型式。其基本結(jié)構(gòu)如圖7所示。1-移動車庫；2-傳動鏈條；3-傳動輪；4-支架；5-驅(qū)動電機；6-拖車；7-轉(zhuǎn)臺；8-車輛圖7 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖鏈條傳動可以在兩軸中心距較遠的情況下傳遞運動和動力。能在低速，重載和高溫條件下能夠保證準(zhǔn)確的傳動比，傳遞功率較大，并且作用在軸上的力較小。傳動效率高，但是鏈條的鉸鏈磨損后，使節(jié)距變大造成脫節(jié)。因此此提升系統(tǒng)中鏈條強度對整個車庫的安全起到了至關(guān)重要的作用，那就必須解決好影響鏈條強度的因素。磨損、腐蝕和疲勞斷裂是鋼絲繩的三種主要破壞形式，其中磨損對鏈條影響最嚴重。為此，我們采用雙排大型鏈條，既可以增加鏈條的使用壽命，又增加了穩(wěn)定性。下面由鏈條的靜強度來確定鏈條節(jié)距。S=Q/kFt (1)Ft=1000P/v (2)V=(Pn)/(6000sin/2z) (3)由（1）、（2）、（3）得，6X107 Sk(sin/2n)/Pn=Q (4)所以所選擇的鏈條必須滿足6X107 Sk(sin/2n)/n<P (5)式中：S為安全系數(shù)(取S=7)； k為鏈條工況系數(shù)(取k=1.3)； P為提升電機功率； z為鏈輪的齒數(shù)； n為鏈輪的轉(zhuǎn)速； P為所選鏈輪的節(jié)距； Q為所選鏈條的最大靜拉力。 移動車庫支架的強度校核：假設(shè)車總重為G=25000N，取安全系數(shù)k=2.5。則連桿孔處受力F=Gk=25000X2.5/4=15625N。通過有限元分析，結(jié)果如圖8所示，由圖可知連桿所受的應(yīng)力遠未達到屈服應(yīng)力。 圖8 有限元分析圖3.2控制系統(tǒng)的設(shè)計原理1. 控制策略設(shè)計立體車庫控制系統(tǒng)控制量只有數(shù)字量，車庫的提升機構(gòu)采用成熟的升降機提升裝置，使用曳引驅(qū)動方式。曳引機的性能直接決定了提升系統(tǒng)的啟動、制動減速度和平層精度，考慮到存取車過程對提升機構(gòu)的精度要求較高，為此選用現(xiàn)在普遍使用的變頻變壓調(diào)速電機。存取車時，系統(tǒng)根據(jù)每層和每列設(shè)定位置接近開關(guān)和行程開關(guān)的信號來決定電機的啟動、調(diào)速和停止以及汽車托盤的運行。接近開關(guān)采用紅外線鏡反射式光電開關(guān)，自動檢測升降臺當(dāng)前的層數(shù)和旋轉(zhuǎn)臺所對應(yīng)的列數(shù)。(1)提升控制。光電開關(guān)安裝在升降機構(gòu)上，在每一層的設(shè)定位置安裝兩個專用反射鏡，一個是平層光電開關(guān)的專用反射鏡，一個是減速光電開關(guān)的專用反射鏡光電開關(guān)隨升降機構(gòu)運動，減速光電開關(guān)每經(jīng)過一層時，產(chǎn)生一個輸入信號，使升降機構(gòu)當(dāng)前層數(shù)增加1或減去1。(2)旋轉(zhuǎn)控制。順時針方向安排車位，如圖9所示.車頭統(tǒng)一向內(nèi)當(dāng)目標(biāo)列數(shù)編號在0206之間時，回轉(zhuǎn)盤順時針旋轉(zhuǎn)。當(dāng)目標(biāo)列數(shù)編號在0710之間時，回轉(zhuǎn)盤逆時針旋轉(zhuǎn)。光電開關(guān)隨回轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動，順時針旋轉(zhuǎn)時，每經(jīng)過1列則列數(shù)增加1；逆時針旋轉(zhuǎn)時，每經(jīng)過1列則列數(shù)減去1列數(shù)為01時，不旋轉(zhuǎn)。首層的01號、06車位分別為車庫進口和出口，均不停車。圖9 每層軍位分布圖(3)汽車托盤控制到達目標(biāo)車位后，液壓缸開始動作，推動托盤沿導(dǎo)軌運動，將車停放到位或取出該車位停放的汽車每個車位安裝一個光電開關(guān)，檢測汽車是否停放到位升降機構(gòu)上安裝一個光電開關(guān)，檢測汽車托盤是否回位。2. PLC控制系統(tǒng)設(shè)計PLC選用三菱公司的FX2N系列因為控制系統(tǒng)全部是數(shù)字量的輸入和輸出，所以只需要確定數(shù)字量輸入輸出模塊的點數(shù)依據(jù)設(shè)計，輸入點數(shù)為24點，輸出點數(shù)為22點，考慮到系統(tǒng)的擴充與備用需要，選擇FX2N一64MR型號的PLC。(1)初始化立體車庫控制參數(shù)PLC數(shù)據(jù)寄存器初始值定義如表2所示。表1 數(shù)據(jù)寄存器初始植定義表(2)升降機構(gòu)上升運用控制系統(tǒng)對升降機構(gòu)進行變頻調(diào)速控制。在實際運行中為了保證運行一個層距和二個層距均有較高的運行效率，所以本系統(tǒng)設(shè)有單層(僅運行一個層距)和運行兩個個層距的運行控制。(3)回轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)順時針旋轉(zhuǎn)時，D101初始值為1，逆時針旋轉(zhuǎn)時D101初始值為6旋轉(zhuǎn)減速光電開關(guān)導(dǎo)通一次，就代表回轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動了一列，D101增加1，比較D101和D103，如果D101小于D103，則繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，如果D101等于D103，那就意味著回轉(zhuǎn)盤快要到達指定列數(shù)了，旋轉(zhuǎn)定位油缸開始動作，遇到旋轉(zhuǎn)停止光電開關(guān)時，回轉(zhuǎn)盤驅(qū)動電機停止。列數(shù)為01時，不旋轉(zhuǎn)。(4)到達目標(biāo)車位。確認到達目標(biāo)車位后，液壓缸開始動作，推動汽車托盤沿導(dǎo)軌進入車位。如果是存車，檢測車輛是否停放到位的光電開關(guān)給出一個停車到位信號。如果是取車，汽車托盤上的光電開關(guān)給出一個汽車停放到位的信號。(5)升降機構(gòu)下降。汽車托盤回位后，升降機構(gòu)開始下降。如果是取車后下降，則選擇高速下降，遇到直接下行減速光電開關(guān)后開始減速，當(dāng)下行平層信號到來時停止運行。如果是存車后下降，考慮到存車后汽車托盤為空，如果在下降的過程中有取車命令，則開始執(zhí)行取車任務(wù)。具體實現(xiàn)如下：首先判斷此時汽車托盤和新的目標(biāo)車位的相對位置。如果目標(biāo)車位層數(shù)大于或者等于此時的托盤所在的層數(shù)，升降機構(gòu)繼續(xù)下降，遇到最近的一個下行減速開關(guān)后開始減速，接著遇到下行平層開關(guān)就停止，然后開始上升到目標(biāo)車位，取車后下降；如果目標(biāo)車位層數(shù)小于此時的托盤所在的層數(shù)，升降機構(gòu)也也繼續(xù)下降，當(dāng)層數(shù)相等時開始減速，直至遇到目標(biāo)車位層的平層開關(guān)就停止，取車后下降。(6)回轉(zhuǎn)盤復(fù)位。轎箱下降的同時，回轉(zhuǎn)盤復(fù)位。控制系統(tǒng)程序流程圖如圖10所示。圖10 控制系統(tǒng)程序流程圖(6) 程序梯形圖。如圖11所示。圖11 控制系統(tǒng)程序梯形圖4 創(chuàng)新點及應(yīng)用我們的立體式儲物/停車庫，充分利用空間，節(jié)省占地面積，節(jié)約寶貴的土地資源，緩解了城市越來越緊張的土地資源矛盾；（2）全自動化和人性化的設(shè)計，可180旋轉(zhuǎn)運行，實現(xiàn)“直進直出”的模式，車輛存取無需拐彎，避免倒車麻煩。節(jié)約人們的時間，讓人們享受安逸、舒適的高質(zhì)量生活；（3）全自動立體車庫每個車位均單獨作業(yè)，整個車庫不會出現(xiàn)取不下車的現(xiàn)象。停車20秒左右，取車只要30秒左右一鍵完成，操作簡單、方便。參考文獻1 汪曉平PLC可編程控制器系統(tǒng)開發(fā)實例導(dǎo)航M北京：人民郵電出版社，2004：2783242 郭見江，于有生PLC在塔式立體車庫中的應(yīng)用J機電工程技術(shù)，2003，32(5)：71723 韓安榮通用變頻器及其應(yīng)用M北京：機械工業(yè)出版/社，2004：433440張啟君立體車庫的主要型式及技術(shù)特點J機電產(chǎn)品開發(fā)與4 創(chuàng)新，1999，(55)：795 徐灝機械設(shè)計手冊(第3，4卷)M北京：機械工業(yè)出版社，1991 任伯淼機械式立體停車庫M北京：海洋出版社，2001鄭鈞宜 李浩.電梯式立體車庫升降系統(tǒng)研究J.中國水運,2006,(4):69-70.6 吳繼銳.傳動鏈的動力問題J.中南礦冶學(xué)院學(xué)報,1984,(9).7 鄭志峰.鏈傳動M.北京:機械工業(yè)出版社,1984.8 宋勝濤.升降橫移式立體車庫傳動機構(gòu)研究J.機械管理開發(fā),2006(3):4-5.9 林永華.立體車庫增加停車車位J.城市開發(fā),2006,(7):80-81.10 荊友錄 欒德宇.立體車庫車輛存取機構(gòu)的設(shè)計J.起重運輸機械,2006(11).本作品已受理申請專利，專利號：2012201626663.3