简易液压升降立体车库设计

山东建筑大学毕业设计说明书

2008072087

本科毕业设计 说明书

题 目：简易液压升降立体车库设计 院 （部）： 机电工程学院 专 业： 机械工程及自动化 班 级： 机械0808

姓 名： 学 号：指导教师： 周海涛 完成日期：

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摘 要

伴随着社会经济的快速发展，以及汽车工业的发展，人们收入的提高，政府鼓励支持汽车进入家庭及一系列相关优惠政策的实施，城市小区以及各停车场汽车数量越来越多，在一些车站、码头、广场、饭店、商业中心、住宅区，怎么样能够充分利用有限的城市空间，最大限度停放汽车已成为一个大的社会问题。人们探索各种解决之道，最终无障碍停车车库走入人们的视线，这是由于无障碍停车车库以其平均单车占地面积小的独特特性，现在已经被逐渐推广并被广大用户接受。同时由于家庭单用户的增多，简易升降式车库得到快速发展。而简易升降式车库的驱动系统通常采用电机驱动，这取决于传动的特点及其优点，本文就是对简易升无障碍停车车库的机械结构、驱动以及控制的设计计算，通过对机械部分具体结构的设计计算、驱动部分力计算校核、以及其他辅助元件的设计选择，使得无障碍停车车库结构更加合理、安全，提高驱动的效率以及无障碍停车车库的经济性。

关键词：简易无障碍停车车库； 机械机构；驱动元件；辅助元件

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The Design of Simple Lift Garage

Abstract

With the rapid development of the social economy and auto industry, and the dramatic increase of people's income ,the government encouraged family to buy more cars, and supported a series of preferential policies related to the implementation of the urban area as well as an increasing number of car parking to carry out. In some stations, docks, squares, hotels, commercial centers and residential areas, how to make full use of limited urban space to maximize the parked cars has become a major social problem. People come up with the various solutions .Finally the simple lift garage brings people's attention .Because the average bicycle parking area is small for its unique properties, and has now been gradually extended by the user to accept. At the same time, the increase use of single-user home results in the rapid development of easy parking of cars. The simple lift garage is usually driven by hydraulic drive system, which depending on the characteristics and advantages of the hydraulic drive .This article is parking on the simple mechanical structure, hydraulic drive and control the design and calculation, through the mechanical part of the specific structure of the design calculations, and checking hydraulic driving force calculation part, hydraulic source .Other supporting elements of design options, which making the easy parking structure more rational and safe, improve the efficiency of hydraulic drive and parking in the economy.

Key words：Simple hydraulic movements of the garage

；machinery sector；hydraulic driver；auxiliary components

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1前 言

1.1 简易液压升降式车库的特点及研究意义

伴随着社会经济的快速发展，以及汽车工业的发展，人们收入的提高，政府鼓励支持汽车进入家庭及一系列相关优惠政策的实施，城市小区以及各停车场汽车数量越来越多，在一些车站、码头、广场、饭店、商业中心、住宅区，怎么样充分利用有限的城市空间，最大限度停放汽车已成为一大的社会问题。人们探索各种解决之道，最终立体车库走入人们的视线，这是由于立体车库以其平均单车占地面积小的独特特性，现已经被逐渐推广并被广大用户接受。 立体车库作为一种立体的车库结构，也可以说是一种机电一体化产品，既有机械部分，还有电控制机构、驱动部分等，驱动有液压传动、气压传动、电动传动。立体车库是在立体的空间完成升降的工作动作，将汽车放在垂直的空间内，拓展了城市停车的空间，改善了城市的停车的压力。它可在PLC、单片机等程序控制的条件下，采用气压、液压传动方式完成升降、横移、垂直运动，实现小汽车在车库内的运输存放，立体车库与地下车库相比可更加有效地保证人身和车辆的安全，人在车库内或车不停准位置，由电子控制的整个设备便不会运转。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。

简易液压升降式车库主要包括液压举升装置、汽车支撑装置、动力传动系统、机械固定部件及动作控制部分组成。通过汽车支撑装置将汽车稳定在立体车库上，当液压动力传动系统开始运行时，推动举升装置运动，从而完成车取车或者停车的目的，整个立体车库还是要固定在地面上，从而就需要到机械固定部件的固定作用。

随着我国经济持续快速的发展，简易升降式车库行业将成为一个充满生机的朝阳行业，简易升降式车库的技术也将得到长足的发展，总体来说，要从根本上

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解决城市的停车问题，简易升降式车库的普遍推广是必然的趋势。停车位的空缺还很大，并且现在存在车库挪用等一系列现象，也是停车位比实际统计的还要少。从近两年立体停车设备停车位的增长速度一直保持在50%以上就能看出来，简易升降式车库的普遍应用的大势是不可改变的，这一市场有着广阔的前景。 1.2 立体车库的类型及特点

（1） 升降横移类机械式立体车库：采用以载车板升降或横移存取车辆的机械式立体车库。

特点：由于型式比较多，规模可大可小，对地的适应性较强，因此使用十分普遍。钢结构部分、载车板部分、链条传动系统、控制系统、安全防护措施等。在立体车库的市场份额约占70%。

不足点：每组设备必须留有至少一个空车位；为链条牵动运行过程不具有防止倾斜坠落功能。

升降横移类机械式立体车库如图1.1所示。

图1.1升降横移类机械式立体车库

（2）垂直循环类机械式立体车库：采用垂直方向做循环运动来存取车辆的机械式立体车库。

特点：省地,在58m2的地方建起大型垂直循环类机械停车库，可容纳34辆轿车，可省去购置土地的大量费用。在立体车库的市场份额约占3-5%。

不足点：设备结构复杂，没有完善的闭锁和监测系统，采用足够的安全措施和消防系统，相对比较故障率高。最远车位一般一次取车需2分钟，高峰取车时间依次取车时间过长，依次取车第20辆约需30分钟以上，实用性差，因此有的

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用户开始拆除。

（3） 水平循环类机械式立体车库：采用一个水平循环运动的车位系统来存取停放车辆的机械式立体车库。

特点：可以省去进出车道，提建于狭长地形的地方，降低拉通风装置的费用，若多层重叠可为大型停车场。但因一般只有一个出入口，所以存取车时间较长。在立体车库的市场份额约占3-5%。

不足点：但因一般只有一个出入口，所以存取车时间较长，最远车位一般一次取车需2分钟，高峰取车时间依次取车时间过长，依次取车第20辆约需30分钟以上，实用性差，因此有的用户开始改造。

（4） 多层循环类机械式立体车库：采用通过使载车板作上下循环运动而实现车辆多层存放的机械式立体车库。

特点：无需坡道，节省占地，自动存取，建于地形细长且地面只允许设置一个出入口的场所。在立体车库的市场份额约占1-2%。

不足点：设备结构复杂，相对比较故障率高。 最远车位一般一次取车需2分钟，高峰取车时间依次取车时间过长，依次取车第20辆约需30分钟以上，实用性差，因此有的用户开始改造。

（5） 平面移动类机械式立体车库：在同一层上用搬运或起重机平面移动车辆或泊车板平面横移存取车辆，亦可搬运机和升降机配合实现多层平面移动存取车辆的机械式立体车库。

特点：一般设置在地上或半地下，准无人方式，地平面层为自走式，不仅降低建立立体车库投资费用，而且地平面层可停放大尺寸车辆。在立体车库的市场份额约占2-3%。

不足点：设备结构复杂，相对比较故障率高。 存车超过20辆时，高峰取车时间依次取车时间过长，依次取车第20辆约需30分钟以上，实用性差。

（6） 堆垛类机械式立体车库：以巷道堆垛机或桥式起重机将进到搬运器的车辆水平且垂直移动到存车位，并用存取机构存取车辆的机械式立体车库。

特点：巷道堆垛类立体停车库设备是20世纪60年代后欧洲根据自动化立体仓库原理设计的一种专门用于停放小型汽车的立体立体车库。是一种集机、光、电、自动控制为一体的全自动化立体立体车库，它的出现解决了人们希望解决的

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大型自动化停车难题；全封闭车库，存车安全等特点。该类车库主要适用于大型密集式存车。在立体车库的市场份额约占3-5%。

不足点：设备结构复杂，设有完善的闭锁和监测系统，采用足够的安全措施和消防系统，相对比较故障率高。最远车位一般一次取车需2分钟，高峰取车时间依次取车时间过长，依次取车第20辆约需30分钟以上，实用性差，因此有的用户开始改造。

（7）垂直升降类机械式立体车库：垂直升降类汽车立体车库亦可称为塔式立体立体车库，通过提升机的升降和装在提升机上的横移机构将车辆或载车板横移，实现存取车辆的机械式立体车库。

特点：整个存车库可多达20～25层，即可停放40～50辆车，占地面积不到50m2 ，空间利用率最高。适宜建筑在高度繁华的城市中心区域以及车辆集中停放的集聚点。在立体车库的市场份额约占3-4%。

不足点：设备结构复杂，设有完善的闭锁和监测系统，采用足够的安全措施和消防系统，相对比较故障率高。最远车位一般一次取车需2分钟，高峰取车时间依次取车时间过长，依次取车第20辆约需30分钟以上，实用性差，因此有的用户开始改造。

（8） 简易升降式立体车库：车位分成上、下二层或二层以上，借助升降机构或俯仰机构使汽车存入或取出的简易机械式立体车库叫做简易升降式立体车库。简易升降式立体车库一般为准无人方式，即人离开后移动汽车的方式。

特点：这类立体车库的结构简单、操作容易，多用于私人住宅、企事业单位、地下室等。该类立体车库可充分利用地下室空间场所，在面积一定时将至少增加二倍以上的停车位。

（9） 汽车专用升降机：汽车专用升降机是专门用作不同平面的汽车搬运的升降机，它只起搬运作用，无直接存取的作用。

特点：可以代替汽车进出车库的斜坡道，大大节省空间，提高车库利用率，汽车专用升降机常用于地下或楼层、屋顶或建筑内自走式车库存取汽车的搬运。

由于简易升降式车库广阔的市场和发展空间，以及目前简易升降式车库技术的不成熟，特选择简易升降式车库为本设计题目。

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1.3 简易液压升降式车库的工作原理

立体车库主要由底板来支撑汽车，而底板是通过螺栓联接在底架上，当有汽车需要停靠时，液压站提供液压动力，推动液压缸运动，使得活塞杆推动立体车库底板下的底架，底架与四个立柱间由导轨来导向，根据设定的活塞杆的行程，底板到达指定的高度，然后汽车缓慢停在底板上。

在正常车位情况下，当需要取车的时候，由于本简易液压升降式车库由两层组成，取上层车的时候，直接将其开出即可，如果取下层车，开启液压系统，通过液压缸的活塞杆推动剪叉结构，从而推动底板底架到与地面相平，然后将其开出。

本简易液压升降式车库的结构如图

1.2

所示。

图1.2 简易液压升降式车库结构

1.4简易液压升降式车库的结构组成及其功能

简易液压升降式车库主要是由四个支柱、导轨、车库底板、车库底架、剪叉举升机构、液压系统、挡停部件、加强杆等组成。下面对各主要组成机构部分进行分析。

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（1） 支柱和导轨

立体车库的四个支柱是由钢板焊接而成，初步选定的钢板厚度为10mm，根据其挤压强度选择钢板的材料为Q235，焊接后的支柱长、宽、高定为: 150×100×6000mm，导轨只是起到导向的作用，在本设计中将4个导轨直接焊接在支柱上，因为车库底板的升降主要是由剪叉机构和液压驱动来完成的，所以导轨与底架间的摩擦较小。支柱通过抓地螺栓与地面联接，使得支柱站立在地面上。 （2） 车库底板

立体车库的底板选用45钢，厚度为3mm，为了便于底板的安装与地坑下定期的卫生清理和维修，每层的底板由两个小底板组成，其中每个小底板长、宽设计为3000x2500mm,钢板通过M10普通螺栓与底板底架联接起来。 （3） 车库底架

底架在立体车库中起到举足轻重的作用，对该立体车库强度安全、结构安全和升降的稳定有着关键性作用。由于其特殊的作用，底架的材料也选为45钢，底架选用厚度和宽度为20x50mm，长度分别为2400mm、2500mm、60000mm的矩形钢材，钢柱间通过焊接连接到一起因为底板比较大，底架需要多个连接来支撑，同时由于需要导向定位，在底架上焊接导向连接机构，整体底架如图1.3所示。

图1.3 底架

（4） 剪叉举升机构

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剪叉举升机构的组成部分较多，剪叉结构叉架选用45钢，同时滚轮与导轨也采用45钢，其外形结构如图1.4所示。 （5） 液压系统

在本设计中采用液压作为驱动系统，液压源采用独立的液压站提供液压动力，通过调节液压的同步系统，使两个液压缸同步动作，完成液压缸活塞杆伸缩。

（6） 挡停部件

当汽车开始驶入立体车库的底板上时，需要一个定位装置，挡停部件就充当了这一角色，挡停部件主要就是一个带斜度的铁块，当驾驶员驾驶汽车驶入车库，感觉到前轮与挡停部件有突然的碰撞的时候，说明汽车到达指定位置，此时停车。

图1.4 剪叉结构

1.5简易液压升降式车库的优越性

在众多的停车设备中，简易液压升降式车库的优点较突出，表现在下几个方面：

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（1） 结构简单、操作容易。

（2） 占地面积较小，使用范围较灵活。多用于私人住宅、企事业单位、地下室

等。该类立体车库可充分利用地下室空间场所，在面积一定时将至少增加二倍以上的停车位。

（3） 随着中国家庭汽车量的增大，其市场发展空间较大，经济效益较好。

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2 简易液压升降式车库机械结构设计

2.1概述

简易液压升降式车库的机械结构设计在立体车库中有着重要的作用，主框架部分、载车板部分和传动举升系统是立体车库的主要结构组成部分，住框架部分几乎承担着整个简易液压升降式车库的总量，而且它的轻重、稳定性和可靠性还影响着整个立体停车库的重量、材料和成本的多少以及安全性，所以如何设计主体框架部分、载车板部分和传动举升系统成为影响整个立体停车库的关键因素。

传动举升系统主要功用是传递原动机的功率，变换运动的形式以实现预定的要求。传动装置的性能、质量及设计布局的合理与否，直接影响机器的工作性能、重量、成本及运转费用，合理拟定传动方案具有十分重要的意义。一般常用以下几种传动方案：

方案一：皮带传动可用于两轴中间距较大的传动。优点： ① 缓和冲击、吸收震动、噪音少、成本低、保养维修较方便； ② 变化传动比。缺点： ① 皮带传动易打滑，传动比不准确 ② 抗热性差，抗过载能力差，易衰老 ③ 传动阻尼大，特别是在冷车时 ④ 使轴承侧向受力过大 简单点说，就是皮带传动优点有中心距变化范围广，结构简单，传动平稳，有缓冲载荷和安全保护作用，缺点是外径尺寸大，效率低，传动比不准确，使用寿命短。

方案二：链传动举升，平均传动比准确，工作可靠，效率较高；传动功率大，过载能力强，相同工况下的传动尺寸小；可在恶劣环境中工作；易于实现较大中心距的传动；结构轻便，成本低。

方案三：钢丝绳举升，钢丝绳传动的特点：优点是钢丝绳传动可以获得较大的提升高度，适合传动长度较大的传动，造价比较低，能有效降低制作成本，缺点是因为需要外加钢丝绳桶和刹车盘增加了安装调试的时间和造价。

方案四：液压传动举升，传动准确平稳，承载能力高，可实现无极调速，传动功率较大，驱动力大。

好的传动方案除应满足工作机的性能和适应工作条件外，还应尺寸紧凑、成本低廉，传动效率高等。。

综上所述，选择液压传动举升方案更加合理，所以我们的传动系统采用液压传动形式。

2.2 机械主体结构设计

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主框架体系的基本构成是由立体车库的底板、底架、支柱等组成，底板与底架通过普通螺栓联接起来，这种结构体系通过结构构件的抗弯刚度来抵抗侧向力的作用。主框架体系基本上都是由变形限值作为设计的控制条件，梁柱的截面尺寸主要由结构的刚度而不是强度来决定。在具体的设计过程中，所选的梁柱截面尺寸如果满足了规范对层间位移的限制要求，构件的承载力一般也能满足要求。

本立体车库主要是为了存取小轿车而设计的，故车库的底板以及底架大小要依此小轿车而定。外形尺寸为：长5500?宽2000?高1800mm，该型车的车自重2.5t，根据车库设计的技术要求，将立体车库底板的尺寸定为：长6000?宽2500?高?2000mm。这样的尺寸，不仅可以满足轿车出入时的安全性，还最大限度的减少了停车所用的空间，十分符合建在小区内的车库的技术要求，并且提高了工程的经济性。

2.2.1支柱的结构设计

根据所选车型的高度，以及其他余量高度，本设计中支柱的高度选为6000mm，由于支柱只要起到导向支撑，以及方便安装的作用，故其材料选为Q235，支柱截面的长?宽为150?100mm，其中支柱截面部分尺寸如图2.2所示。

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图2.1支柱截面

支柱与地面连接处的支柱底座设计尺寸为直径为300mm，厚度为15mm。由于支柱并不起到对车库的支撑作用，故无需校核。 2.2.2 底板的结构设计及校核

根据车库设计的技术要求，需要用到两个规格相同的底板，两个底板并列联接到车库底架上，底板将立体车库底板的尺寸定为：长3000?宽2500?厚?3mm，底板并列联接后的尺寸为6000?2500?3mm.

由于对应力的承受能力要求较高，故底板的材料选为45钢。

将底板联接到底架上采用普通螺栓联接，底板上需要加工的螺栓通孔设计直径为12mm，数目为21个螺栓。螺栓孔的位置设计在板上为距离板的边缘25mm处，螺栓孔在板上的分布。

应力校核

当汽车停在底板上时，由于每个车轮与底板的接触面积为0.02平方米，总的接触面积为0.08平方米，当人在车里面，再加上其他负重，以及汽车的自重，底板受到的力

G=人重+自重+车

F=（75+20+2500）?10=25950N 45钢的抗拉强度??400Mpa 底板上接触面的挤压应力

??F25950??32437.5pa A0.08故材料及其底板尺寸选择满足要求，强度校核安。 2.2.3 底架的结构设计

底板的外边框架采用矩形实心的钢材，钢材规格为宽?厚为50?20mm，两个宽边长度为2500mm，长边框架长度为6000mm，长宽框架通过焊接技术将其连接起来，框架的中间设计一个长?宽?厚为2500?100?20mm的实心钢架。由于底板框架跨度较大，需要加强钢架对其强度加强，加强架钢材选为角钢，并与底板框架通过焊接连接起来，角钢的规格选为50?50mm，在底板框架的长边方向中心位

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置焊接一个加强架，在宽边方向对称焊接两个加强钢架，其长度分别为设计为2500mm和6000mm。见图1.3 2.3 剪叉结构设计

该简易液压升降车库的升降结构部分采用剪叉结构形式，因为剪叉升降结构制造容易，价格低廉，坚实耐用，便于维修保养等特点，在民航、交通、冶金等行业逐步得到广泛应用[。

首先要确定液压缸也叉架杆的铰接处，由于车库底架的宽度B为2.5m，所以将剪叉结构的叉架的长度l设计为2m，当液压缸下降到最低位置处，及剪叉升降台下降到最低位置时，设计叉架杆与地面的最小夹角为?0=14°，此时液压缸处于最大的工作压力状态，根据公式

??tan?1[l?atan?] l?a可求得液压缸与地面的夹角最小?0。

同时由于a未知（a为活塞杆与叉架杆铰接处与叉架杆的一端最短距离），但是考虑到剪叉架升降的位移关系及其车库底架宽度，又因为活塞推力与台面荷重量关系式

??2lcos?

asin(???)?lsin(???)得知在?不变的情况下，?与?成反比设计但是考虑到剪叉架升降的位移关系及其车库底架宽度，a为0.9m，所以得出?0=33°，当剪叉架与地面的夹角最小的时候液压缸的荷重最大。

叉架杆是剪叉结构的基本组成构件，也是关系到整个举升系统结构的关键，是最主要的举升部分，是主要的受力机构，对其设计成功与否关系到整个设计的成败，由于其进行材料选择，选为45钢，热轧钢板，具体的叉架杆结构外形如图2.2所示。

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