立体车库设计说明书.doc

中国矿业大学2007届本科生毕业设计 第79页1 立体车库的简介及可行性车辆无处停放的问题是城市的社会、经济、交通发展到一定程度产生的结果，立体停车设备的发展在国外，尤其在日本已有近30-40年的历史，无论在技术上还是在经验上均已获得了成功。我国也于90年代初开始研究开发机械立体停车设备，距今已有十年的历程。由于很多新建小区内住户与车位的配比为1:1，为了解决停车位占地面积与住户商用面积的矛盾，立体机械停车设备以其平均单车占地面积小的独特特性，已被广大用户接受。 机械车库与传统的自然地下车库相比，在许多方面都显示出优越性。首先，机械车库具有突出的节地优势。以往的地下车库由于要留出足够的行车通道，平均一辆车就要占据40平方米的面积，而如果采用双层机械车库，可使地面的使用率提高8090，如果采用地上多层（21层）立体式车库的话，50平方米的土地面积上便可存放40辆车，这可以大大地节省有限的土地资源，并节省土建开发成本。 机械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。根据我国汽车行业的报告，2006年，中国汽车产量为728万辆，比上年增长27.6%，已超过德国，仅次于美国、日本，居世界第三位，未来1020年我国gdp平均增长将保持在7%左右，汽车工业在本世纪前10年按年均10%5%增长计算，在2010年之后产量可达到1000万辆左右；此后按年均5%10%增长计算，在2020年前后产量将可达到1800万辆左右。因此，每年将有几百万辆汽车进入全国各个城市，但是迫于我国现实情况，车多路窄、停车场少、人口多、城市拥挤、乱停车已经给交通、城管、市民生活带来诸多不便。城市中车辆增多与可供停车面积少的矛盾日益突出，为此，1996年国务院就汽车及停车场发展问题，下达了硬性规定，城市要发展汽车就必须建立停车场，没有停车场就不能发展汽车，因此，停车场将成为城市发展的必须。11目前国内外停车场主要有以下几种类型111平面停车场系统平面停车场系统因其主要采取感应式ic卡读卡方式，故也叫感应式停车场系统。目前我国的停车场仍是以平面停车场为主，一般建于建筑物的地下层，也有不少以公共区域如广场、道路边等作为停车场，其次就是酒店、企事业、工厂等单位自己规划设计的停车场。112 机械式停车场机械式停车场是指停车场完全由机械停车设备如曳引驱动机、导向轮、载车板、横移装置、控制柜、召唤操作盘、升降回转装置、搬运器等构成。分为升降横移类、垂直循环类、水平循环类、多层循环类、平面移动类、垂直升降类、简单升降类等类型。因其停车方式多样独特，具有很强的应用性。它的主要优点有占地面积小，选型多样、可具体结合场地特点设计，也可与其他方式相结合来实施，自动化程度高，操作使用方便，管理和维护也较为容易，具有定量存车的特点。113智能立体停车库智能立体停车库系统又叫垂直升降式停车系统或电梯式立体停车库系统。它是集设备、操作、安全、监控、维护、管理为一体的智能化系统，触摸屏式的人机界面，操作和使用也极为方便，具备智能化管理及收费系统。其高度的智能检测和完善的服务体系可实现零故障运行。它最大的特点就是独创的分时控制功能，实现分时段、分层停车控制，有效提高车位利用率。通过键盘密码和ic卡即可实现汽车存取、收费的过程，操作简单、存取方便；并且可以与城市停车收费系统连接，可实现全市停车收费一卡通，并可加装监视系统与小区联网。另一种模块化智能型立体车库也开始趋于成熟，不仅实现了全模块化设计，采用了智能控制技术，更是充分利用了太阳能技术、能量蓄积(节能)技术。模块化智能型立体车库不再是一个整体建筑，它由独立的模块组合而成，如停车位、升降装置、智能载车器等分散的零部件，修建时只要像搭积木一样把各个零部件组装起来，就成了一个标准的立体车库，具有节省时间、成本低等优点。114 遥控停车场管理系统遥控停车场管理系统的特点是不受停车位置及方向限制，只要在遥控距离内即可控制开门及抬杆。遥控器携带方便、价格便宜，安装简单。其主要原理是在栏杆机控制箱及电动门控制器安装遥控接收卡及存储器卡，在使用时，只要遥控器的密码正确即可对系统进行控制。其产品经历了由拨码式到脉冲式再到循环式的发展过程，目前已日趋成熟。遥控停车场管理系统被广泛用于欧洲许多停车场及私人住宅。 12立体车库的特点 机械式立体停车场是指汽车的存取是用机械进行的。移动汽车用的机械设备有电梯、升降机（液压或电动）、提升机（链式或板式）、移动托盘等。 机械立体停车场式样规格较多，可为双层2车位，也可多层或者几百车位。层内部的水平移动的机械化设备一般采用传送带、搬运小车和迁车台等。根据环境条件和实际需要，可任意组装和拆卸。 机械式立体停车场，主要优点是占地面积小，存放车位多，灵活多样，安全方便，经济性好，特别适用住宅区停车和城市中心区停车。13 机械式立体停车场的类型目前，立体车库主要有以下几种形式：升降横移式、巷道堆垛式、垂直提升式、水平循环式、多层循环式、圆形水平循环式等。1.升降横移式停车场利用存车板的升降或（和）横向平移存取停放车辆。将平面停车场扩展到空间多层存放，可因地势建造不同的停车位，可以设置于地面，也可选址地下室，根据场地大小和空间高度自由设置层数和列数，无需大规模的地基作业工程，建造方便，布置灵活，出入库有底层和中间层（半地下层）形式，采用链轮，链条（钢索）机构传动，安全可靠，故障率低，进出车速度快升降横移式立体车库采用模块化设计，每单元可设计成两层、三层、四层、五层、半地下等多种形式，车位数从几个到上百个。此立体车库适用于地面及地下停车场，配置灵活，造价较低。 图1-1 升降横移式停车场示意图 主要特点： 1)节省占地，配置灵活，建设周期短。 2)价格低，消防、外装修、土建地基等投资少。 3)可采用自动控制，构造简单，安全可靠。 4)存取车迅速，等候时间短。 5)运行平稳，工作噪声低。 6)适用于商业、机关、住宅小区配套停车场的使用。2垂直提升式立体车库 垂直提升式立体车库类似于电梯的工作原理，在提升机的两侧布置车位，一般地面需一个汽车旋转台，可省去司机调头。垂直提升式立体车库一般高度较高（几十米），对设备的安全性，加工安装精度等要求都很高，因此造价较高，但占地却最小。图1-2是垂直升降式停车场示意图（正视图和左视图）。 图1-2 垂直升降式停车场示意图3.水平循环式停车场用一个水平循环运动的车位系统存取停放车辆。当汽车出入时有一个存车位移至车前，便于车辆出入。该类型有利于充分利用车库空间；但每有一辆汽车存出，整个系统就要一起运动，既耗能，又磨损机械设备，故应用较少。4.多层循环式停车场 多层循环式停车场呈多层配置，作循环运动；在两层运送器的两端之间，由运送器的升降形成层间循环运动。依据场地条件，汽车出入口处装设内藏型汽车旋转台，采用正面出入车，可提高安全性。若建造在楼房的地下室，车位可占满整个地下室的空间，人不必进入车库，既节省空间，又确保人身安全。5.平面移动式停车场放置轿车的托板是一种横向小车，通过控制台操作移动，轿车可以自由出入，自由移动的停车托板将轿车从中央通道的平台运到车位的电梯或出口。通过增加升降机可多层设置平面往返式停车场，停车量大，出车速度快。图1-3是平面移动式停车场示意图（3a主视图，3b俯视图）。 图1-3a 平面移动式停车场主视图 图1-3b 平面移动式停车场俯视图6.巷道堆垛式停车场用巷道堆垛起重机或桥式起重机，将进到搬运器上的车辆水平且垂直移动到存车位，并用存取机构存取车辆。该类型建造成本高，但存车量大，安全可靠，适合建造大型停车场。图1-4是巷道堆垛式停车场示意图（主视图和俯视图）。 (a) (b)图1-4 巷道堆垛式停车场示意图(a为主视图、b为俯视图)7.垂直循环式 特点： 1)占地少，两个泊位面积可停6-10辆车。 2)外装修可只加顶棚，消防可利用消防栓。 3)价格低，地基、外装修、消防等投资少，建设周期短。 4)可采用自动控制，运行安全可靠。总结：机械式停车场以其种类繁多，灵活多样，安全方便，美观实用，污染小，经济性好等特点，受到广泛的欢迎，正在大踏步进入大都市的街头巷尾。14 车库的选型与配置1998年行业标准已经在参考国外标准的基础上，结合我国的现情罗列了垂直升降类立体停车库的不同形式，现就如下一些形式分别简述。分类形式备注按停车位公布状态分电梯式单列式：又可分为纵向并列，横向并列，纵向并列；重列式：圆柱型辐射状分布，以升降台回转；辐射状分布，以其中小车回转。升降机平面移动型即载车板作平面纵向移动操作与升降机连接完成存取车作业。升降机平面回转型即载车板作平面回转与升降机连接完成存取车作业。十字型中间是提升机，可回转，停车架以十字形布置，可纵列亦可横列，升降并回转与停车架连接完成存取作业。按对地面的相对位置分下部出入式车辆的出入口在停车库整个停车位的最下一层，所有停车室在出入通道上方。中部出入式车辆的出入口在停车库整个停车位的中间某一层，出入通道在上下方各有部分停车室。上部出入式车辆的出入口在停车库整个停车位的最上一层，所有停车室在出入通道下方。按与其他主体建筑物相对关系分独立式整个垂直升降式立体停车库自成一个独立的建筑物，用钢架结构构成停车室、电梯井道以及外框架，外表面装有装饰板。内置式整个高层立体停车库建造在大楼附侧或内部的钢筋混凝土井道内，也用钢架结构构成停车室等。按车库相互间关系分独立式每台停车库单独建造的形式，又根据回转角度分为1800 型独立式，即汽车出入通道和停车室长度方向平行的型式：以及900 型独立式，即汽车出入通道和停车室长度方向垂直的型式。并列式两台独立式停车库并列组合，即出入口面向同一方向的型式。纵列式两台独立式停车库背对相合，即出入口面向相反方向的型式。混合式两台以上，例如四台停车库组合的型式。按有无水平回转台分无水平回转台式车辆只能是入前进（后退），出车后退（前进），且停车室长度方向与出入通道平行。有内置水平回转台式出入库车辆通过内置水平回转台，使车辆能与停车室平行，且能前进入库，前进出库。有外围水平回转台式由于立体停车库所处的位置车辆出入库转弯半径太小，通过处置水平回转台，使车辆能顺利出入停车库。按进车口和出车口相对关系分直通式指该立体停车库设有前后二门，能使车辆方便地前门进，后门出的型式。折返式指车辆能从一门出入库的立体停车库的型式。按内部结构分滑式载车式车辆通过提升装置与载车板一起提升，且与载车板一起由三级滑叉平移入停车室的型式。链传动载车式车辆通过提升装置与载车板一起提升，且与载车板一起通过链传动平移入停车室的型式。梳叉载车式车辆通过提升装置上的梳叉提升，且由梳叉平移将车辆放在停车室相错叉齿上的型式。按驱动方式分上驱动式主传动结构，包括电机、减速机等在立体停车库顶部的型式。下驱动式主传动机构，包括电机、减速机等在立体停车库询底部的型式。按传动方式分链条传动式由链条完成提升装置等升降动作的型式。钢丝绳传动式由钢丝绳完成提升装置等升降动作的型式。按停车规格分大型停车规格：5000mmx1850mmx1550mm，限重1700kg。特大型停车规格：5300mmx1900mmx1550mm，限重2350kg。超大型停车规格：5600mmx2050mmx1550mm，限重2550kg。15市场发展障碍 立体式停车场的兴起确实为解决大城市停车位的短缺带来了希望和曙光，但在现实运作中仍存在着一些难点，还没有得到广泛的推广和应用，存在的因素可能有以下几点：151建设费用较大 目前立体式停车场的造价较高，有的车位单价约4.5万元，若建造一座20个车位的立体式停车场，需要90万元。初期的建设费用大，使得部分投资商望而却步。152收费较高 据北京现有的几座立体式停车场，收费标准一般为每小时十元，相对地面停车的四小时一元的收费超出了许多，不少司机认为收费高，难以承受，再者，立体式停车场的建设需要大数额的资金，资金的全部回笼显然需要一段很长的时间。153管理相对烦琐 立体式停车场是一套大型的机械装置，结构较复杂，有的还采用pc机控制运行，性能可靠安全；但为实际应用中的绝对安全，需专人操作为宜，并非任意一个司机就能操作安全的，因为谁都不敢保证无论多精密的机器从不会由于人为的误操作而出现万一。此外，立体式停车场的建设，希望有较长的良好服役期，日常的保养和检修将是重要的环节，这些都离不开专业人员的积极参与。16 立体车库前瞻立体车库虽然有突出的特点，在我国也有潜在的市场，但由于缺少管理法规等方面的原因，目前应用还不普及。笔者对我国的立体车库的发展有如下建议：第一，组建统一的政府管理机构，制定统一的政策法规。停车场的规划、建设、和管理是市政建设的重要组成部分，涉及到方方面面的利益，是一项系统工程。在管理体制上，不能片面追求 市场经济的调节作用，而应加强政府的宏观控制，按社会效益和经济效益结合，以社会效益为主的目标，组建一个由政府直接领导的管理机构，协调好市政、公安、国土、规划、物价、税务等职能部门，制定统一的政策法规。第二，鼓励自备车库的兴建，鼓励配建车库的对外开放，实行社会车库民营化策略，在征地费、折旧费、所得税、营业税等项目上实行优惠和减免。第三，严格新建建筑物配建车库的政策（新建建筑物所产生的停车需由建筑物承担）。第四，加强行业管理，机械停车设备技术比较复杂，安全性、可靠性要求很高。因此，对生产停车设备的企业要严格控制，应参照日本的管理方法，建立质量认证制度。随着我国汽车工业的稳步发展和改革开放的继续深入，将有越来越多的汽车进入城市，对汽车的停车泊位需求将会持续增加，据中国汽车市场调查研究会最近所作中国城市家庭拥有汽车情况的调查报告等调查资料表明：目前国内城市高收入家庭的绝对数量已经到达450万户，其购车能力平均价格在18万左右，是一个不容忽视的消费群体。到2006为止的估计，每年有135万辆以上的汽车将为城市家庭购买。面对发展如此迅猛的汽车市场，相应配套设施（如停车场）的建设应与之同步进行，届时，高效利用现有的土地解决停车泊位将是维护汽车发展不可回避的问题，其根本出路和最终目标就是向空间发展，向立体化发展，发展和建设立体式停车场以适应汽车在城市中的发展，所以，我相信立体式停车场的发展壮大必有时日，未来的汽车将停泊在空中。17 本次设计标准本次进行立体车库设计，我决定选择以垂直升降式停车场作为本次我设计的停车场类型，垂直升降式停车场目前在技术上还是相对成熟，而且有其他停车场没有的优点。设计参数如下: 1.承载2吨以下的小汽车。(实际以整备质量为1.3吨的 北京现代伊兰特1.6为设计标准,乘上1.4的安全系数为标准)。 2.升降台结构自重大概在1.2吨。 3.提升速度定为0.5m/s，加速度定为0.70。 4.本次设计的立体车库定为5层，每层1.9米高。总高10.7米。运行原理：该设备通过提升机构将车辆或载车板升降到指定层，然后用安装在提升机构上的横移机构将车辆或载车板送入存车位，取车过程与之相反。 特 点： 1、该设备具有占地面积小2、省电、噪音小、运行速度快、存取车方便3、安全设施齐全4、操作简单、维护方便等优点 主要组成和设计部分： 1、钢结构（部分设计）2、提升装置（设计重点）3、横移机构（不设计）4、回转升降装置（不设计）5、电控系统（部分设计）6、安全装置（部分设计） 2 电路控制部分设计立体车库也可以用plc电路进行控制，可以实现完全自动化经营，这样就可以省去一部分劳力，降低经营成本。对升降系统进行控制，我选用自己学过的西门子s7-200系列plc。由于主要对立体车库进行提升机械方面的设计，电路部分不做很详细的描述。 21 控制结构的设计立体车库控制系统由上位机监控系统和下位机plc控制系统组成,下图为该系统结构框图。其中,监控系统由“上位机+profibus现场总线+plc+现场操作机构”构成,以pc机为核心,配备有打印机、音效设备、收款机、显示器等。如果车库是由多个33单元的组合,可以用一个plc控制一个车库单元,多个plc共同构成多点结构的局域网。如果车库的规模足够大,还可以考虑配备操作器、触摸屏和ic卡磁卡机等来实现智能化自动控制。211控制系统方案的确定 升降横移立体停车库以停放轿车为主,其代价较昂贵,而且立体停车库使用时涉及到人身和车辆的安全,所以对设备的安全性和可靠性要求非常高。plc采用了以计算机为核心的通用自动控制装置,集微机技术、自动化技术、通讯技术为一体,可靠性强、性价比高、设计紧凑、扩展性好、操作方便,适用于频繁启动和恶劣的环境,因此在立体停车库控制系统中通常采用plc作为电控系统的核心。本系统运用现场总线技术实现了现场智能设备和自动化控制设备之间的开放式、数字化、多节点通信,并提高了系统工作的可靠性和灵活性。同时,本系统以上位机作为监控机,利用上位机的数据通信手段,数据处理能力和图形显示、多媒体技术,通过现场总线,实时接收和处理下位机plc从现场采集的各种状态、控制、报警信号,并利用这些信号驱动pc控制界面中的各种图形,实时显示现场的各种状况,在操作员和停车库之间构造出形象、直观的界面,对操作运行和故障给出提示、报警等。 图2-1 控制系统结构图212控制网络的选择作为网络底层的现场总线技术以其简单的结构,在控制系统的设计、安装、运行、维护上体现出极大的优越性,因此本文采用profibus-fms和profibus-dp构成两层控制网络。profibus-fms主要完成中等传输速度的循环和非循环通信任务,通常用于plc与pc、plc与plc之间的互相通信。而底层网络则选择了profibus-dp,这主要因为profibus-dp是经过优化的高速通信联接,用于设备级分散i/o之间的通信,构成获得最短总体循环时间的单主站系统。22 plc控制系统程序流程图plc是车库控制系统的核心,其操作大致分为三类：以故障诊断和处理为主的操作;联系现场状况的数据i/o操作;执行用户程序以及响应与plc相连的外部设备的命令操作。图2-2 控制程序流程图该系统存取车控制只针对上层(二、三、四层)车位,而对于下层车位,存取车只需直接开进开出即可。控制软件采用梯形图语言编写。程序流程图如图2-2所示。 软件在设计不同层进出车程序时运用了“并行分支与汇合”的技巧,所谓并行分支指的是各分支流程可同时执行,待各流程动作全部结束后,根据相应执行条件,汇合状态动作。即如果选择第三层托盘进出车,可以使一层二层同时平移(左移或右移),这样,设备动作顺序之间联锁或双重输出时,控制系统均能自动处理,而且控制系统的试运行及故障检查非常方便,可节约大量时间,提高工作效率。221模块化程序设计plc控制程序采用模块化编程形式,车位运行过程中只需调用子程序模块,这样大大降低了程序的复杂程度,方便了程序的修改,而且为车位的拓展提供了便利的条件。整个程序包括主程序模块、手动按键子程序模块、紧急停车按键子程序模块、初始化程序模块、存取车位号赋值程序模块、空车位号与移动车位号赋值程序模块、托盘平移运动程序模块、光电开关子程序模块、托盘升降运动程序模块和故障报警子程序模块。222软件设计中关键问题的处理 程序所用状态元件、定时器及数据存储器均选用具有掉电保护功能的元件,当系统掉电时元件保持掉电前的状态,以保存现场信息,待上电后继续完成被中断的动作;当发生意外情况时,按下急停按钮中止系统的运行并保存现场断点信息;当出现如电机过载、过热电气或机械故障时,自动中止系统的运行,并发出声光报警,同时系统转入手动方式进行故障处理。23 输出控制信号系统输出控制信号包括控制电机运行方向信号，控制电机运行信号，控制电磁铁得、失电信号，控制灯光报警信号，控制车库照明信号。231强电系统强电部分包括控制电机正反转接触器，控制电机运行接触器。plc输出信号给接触器线圈，控制接触器的接通与关断。232系统设计 系统采用plc控制，分设自动，手动，检修三种状态。检修状态下，所有检测信号不参与控制。在手动与自动方式时，所有信号进入plc，plc按照外部检测信号，输出控制信号，控制电机正反转接触器线圈和电机接触器线圈，以控制各载车盘运行。233系统联动联锁控制 1.上层载车盘不在上位或运行不到上位，中层载车盘及过桥车不能运行。 2.下层载车盘不在下位或运行不到下位中层载车盘及过桥车不能运行。 3.中层载车盘及过桥车运行不到位，上下层载车盘不能运行。 4.前后超长开关只要被遮挡，所有载车盘都不能动作。 5.入口处人员误入被遮挡，所有载车盘都不能动。只有通过“复位”按钮，才可解除此联锁。 6.安全挂钩不在开启位置，无下降动作。 7.任何载车盘触发上、下极限限位开关，立即断所有电机电源。8.急停按钮按下，立即断所有电机电源。 3 曳引机数据计算及确定曳引机是驱动电梯或立体车库升降系统和对重装置做上、下运行的装置，是立体车库提升机构的重要组成部件。曳引机可分为无齿轮曳引机和有齿轮曳引机两种。31曳引机的选择曳引机主要有无齿曳引机，有齿曳引机，和曳引电动机三种类型，他们都有各自的优缺点，都要根据实际情况进行选择。311无齿轮曳引机 无齿轮曳引机用在运行速度的高速提升系统上。这种曳引机的曳引轮紧固在曳引电动机轴上，没有机械减速机构，整机结构比较简单。312有齿曳引机有齿广泛用在运行速度的提升系统中。为了减少曳引机运行时的噪声和提高平稳性，一般采用蜗轮副作减速传动装置。这种曳引机主要由曳引机电动机、蜗杆、蜗轮、制动器、曳引绳轮等构成。本次设计就选用这种有齿曳引机。313曳引电动机 曳引电动机通过联轴器与蜗杆联接，蜗轮与曳引绳轮同装在一根轴上。由于蜗杆与蜗轮间有啮合关系，曳引电动机能够通过蜗杆驱动蜗轮和绳轮做正反向运行。升降平台和对重装置分别连接在曳引钢丝绳的两端，曳引钢丝绳挂在曳引轮上。曳引绳轮转动时，通过曳引绳和曳引轮之间的摩擦力（也叫曳引力），驱动升降平台和对重装置上下运行。曳引电动机是升降平台的动力源，输入功率（转矩）通过曳引系统牵引升降平台运行。根据升降平台运行速度和载重量，可计算出系统运行对曳引机的功率要求，这个功率就是曳引机的额定计算功率，是设计曳引机的主要依据。32 曳引机受力分析曳引传动是指借助与钢丝绳与曳引轮槽之间产生的摩擦力矩驱动升降台与对重装置垂直上下运行的传动。曳引传动是由曳引轮、定滑轮、动滑轮组合在一起的传动形式。曳引传动的不同形式可以改变曳引轮与对重之间的速度和受力大小。321 曳引机的传动形式曳引传动形式：常用的有半绕1:1吊索法，升降台的速度等于钢丝绳的速度。半绕2:1吊索法，升降台的速度等于钢丝绳的一半。全绕1:1吊索法，升降台的运行速度等于钢丝绳的运行速度。本次设计采用半绕1:1吊索法，曳引比就为1：1。如下图3-1所示： 图3-1 1：1吊索法322受力分析升降台是靠曳引轮轮槽与钢丝绳之间产生的摩擦力（或摩擦力矩）平衡外力，在曳引机的驱动下，牵引升降台与对重上下运行的。静力实际上是两侧各构件重力和对钢丝绳的拉力。计算中用到的符号如下：结构自重（n）额定载重力（n）对重侧钢丝绳承受的总拉力（n）升降台侧钢丝绳承受的总拉力（n）曳引轮两侧所承受总拉力之差（n）曳引轮两侧钢丝绳重力之差（n） 曳引轮输出轴轴颈承受的静拉力（n）曳引轮中减速器之传动比曳引传动的曳引比1）曳引轮两侧静拉力计算 q值 因为本次设计的提升高度不超过35米，所以钢丝绳的重量可以不计。 将参数代入得 q =（3200）9.8=31360 n f值 将参数代入得 f=12009.8+0.720009.8 =25480 n示中 为对重系数，考虑到一般车型的重量在1.5吨左右（如伊兰特其整备质量为1.3吨，santana其整备质量为1.07吨），故取=0.7。2）q值与f值之差 = 将上面数值代入得 ： =31360-25480=5880 n3）q值与f值之和 将上面数值代入得： =31360+25480=56840 n323 曳引轮上的静转矩升降平台没有运行前，曳引轮承受的拉力差产生的转矩称为静转矩t（n.m），它的方向与相同。可由下式计算，设曳引轮节圆直径为：则可得： 式中的d可由估算的式子计算求得，具体见下面曳引机绳轮直径的计算： 电动机受的静力矩为 其中 为传动总效率，有齿曳引机取0.5324 曳引机的运动分析运行中的曳引传动是很复杂的：升降台运行有上有下；升降台有加速度起动、减加速度停车及匀速正常工作；有移动构件和转动构件；有重量、有质量等，所以要进行运动分析。1）上行加速度起动阶段，所承受的曳引力 对于升降台，它承受的重力为q1+q2，亦是受到的外力，曳引轮对升降台的作用力为q，如图3-2 所示，可得 动量定理所以 式中 a加速度（为推荐值取） g重力加速度（取） 图3-2 曳引力示意图 动量定理所以 其中 a加速度（为推荐值取） g重力加速度（取）将已知代入求得： 对重承受的重力为也是承受外力。于是有 所以可方便的求得曳引轮两侧拉力之差整理得: 2）中间匀速正常工作阶段承受的曳引力 因为是匀速运动，所以有： 3）上行减加速阶段承受的曳引力 和上行加速阶段相比，a为-a，代入上边各式 所以 最后整理得 将已知条件代入得： 4）下行加速起动阶段承受曳引力这种情况参照上图3-2知，加速度是“+”值，速度是“-”值，可求q；速度是正值，加速度是“+”值可求的f；于是可得与上行减加速阶段相同的结果。5）稳定下行阶段承受的曳引力属于匀速运动承受的曳引力，是静曳引力，同静载荷一致。6）下行减加速阶段承受的曳引力这种情况加速度为“-”，速度方向为“-”，可求得q；加速度为“-”，速度为“+”可求得f。计算结果与上行加速起动阶段相同。注：本节计算均没考虑钢丝绳的重量，没有计入摩擦力，并以曳引比i=1。分析本节可知，随着q2的变化和运行阶段的不同，曳引力要随之变化，在某种情况下g1可为负值。当g1为“-”值是说明对重侧拉力大于升降台侧，既于运行方向相反，这时力的作用是控制升降系统的运行速度。325曳引轮承受的动量矩设曳引轮承受的动量矩用、表示，则可得：1） 上行起动加速阶段 2）上行减速阶段 3）下行起动阶段 4）下行减速阶段 5）匀速正常运行阶段 其计算式与静载荷计算式相同。6）动量矩 动量矩大小不但受载荷大小的影响而且受上行、下行的影响，最重要是受加速度的影响。动量矩是直线运动阶段产生的动量的体现，并没有计入转动件产生的动量。驱动件为克服这个动量矩，应给定的驱动力矩可近似表示为： 式中 为曳引减速器的效率；为传动比。326转动惯量及动量矩曳引传动系统中的转动构件很多，如曳引轮、蜗杆、蜗轮等等，它们都有质量和加速或减速，因此惯性引起的动量矩要考虑。 曳引传动中曳引轮、蜗杆、蜗轮等的转动惯量之间相互影响十分负复杂，为了简化计算，给出了等效转动惯量的计算公式：式中 作直线运动的任意构件的质量； 作直线运动的任意构件的速度 作转动的任意构件的转动惯量 作转动的任意构件的角速度 作即转动又移动的任意构件的质量 作即转动又移动的任意构件的移动速度 作即转动又移动的任意构件的角速度 作为等效构件的角速度对于曳引机没有即转动又移动的构件，所以上式又写成： 由式可以看出等效转动惯量不仅与各活动构件的质量和转动惯量有关，而且与各活动构件和等效构件之间的速比有关。一般来说转动惯量与质量是常数。33曳引机驱动力矩和功率计算由前面分析曳引传动的受力情况和承受的转矩，可对曳引机的受力力矩进行计算。331 加速和减速阶段转矩和功率在这两个阶段，驱动转矩不但要克服静力矩，而且要克服附加力矩，于是可得：由上式求的后即可求得所需电动机功率p（kw）。 式中 输入转矩（n.m） 输入轴转速332匀速工作阶段的转矩和功率因为角加速度为零，所以附加动量矩为零，故只有静力矩，可用静力矩直接计算功率。 由以上可以看出，要求的曳引机的驱动转矩和功率是比较复杂的，下面将介绍一种通常采用的简易算法。333 曳引电动机的特点 曳引电动机是驱动升降台上下运行的动力源，其运行情况比较复杂。运行过程中需要频繁的起动、制动、正转、反转，而且负载较大，经常工作在重复短时状态、电动状态、再生制动状态的情况下。因此，要求曳引电动机不但应能适应频繁起动、制动的要求，而且起动电流小，起动力矩大，机械特性硬，噪声小，当供电电压在额定电压 7%的范围内变化时，还能正常起动和运行。由于曳引电动机的工作情况比较复杂，所以对电动机功率的计算比较麻烦，一般常用以下公式计算，这种方法虽然考虑的影响因素比较少，但从工程计算的角度考虑下式是可用的。 式中 p电动机功率（kw） k平衡系数 qnom额定载重量（kg） vm升降台额定速度（m/s） 机械总效率。采用有齿轮曳引机的升降台，若蜗轮副为阿基米德齿形时，机械总效率取0.50.55。采用无齿轮曳引机的升降台，机械总效率取0.75 0.8。将设计参数代入计算得： =9.804 kw故选用ytd2225m2电梯专用电动机，其参数为功率为11kw，电流25a，额定转速970r/min，cos为0.82。参见文献4的表2-2。334曳引机绳轮直径的计算 采用有齿曳引机其运行速度与曳引机的减速比、曳引轮直径、曳引比、曳引电动机的转速之间的关系可用以下公式表示： 式中 v升降台运行速度（m/s） d曳引绳轮直径（m） i曳曳引比（曳引方式） i减减速比 n曳引电动机转速（r/min） 本次设计采用的 i曳=1，v=0.5m/s，减速比由参考文献1中的表2-1得i减=63。由以上可求得： =0.62 m曳引轮用球墨铸铁制造，因为球状石墨结构能减小曳引钢丝绳的磨损，使绳槽耐磨。其具体介绍见后第四章。曳引轮转速n：由以知的条件可得 求得 n=15.41 r/min由此可得总传动比 4 减速器参数计算曳引减速器是连接电动机与升降台的中间部件，其作用是将由电动机传来的高转速变为提升升降台所需要的低转速。由于其传动比比较大，所以选用一级蜗轮蜗杆减速器。由于在大三课程设计时以进行过减速器的专门设计，故在此只对其主要部件进行设计说明。选用蜗轮蜗杆减速器的优点有：1）传动平稳，运动噪声低2）结构紧凑，传动比大3）传动零件少，减少了维修和更换零件的次数4）具有较好的抗冲击载荷的特性蜗轮副的布置采用下置式，即蜗杆位于蜗轮的下面，蜗杆齿形选用圆柱形阿基米德螺旋线，加工简单。41 传动系统各轴动力参数计算已知：输入功率 =9.706 kw、 =970 r/min传动比i=63，双向工作、有冲击、预期使用寿命10年传动系统各轴的转速、功率、和转矩计算0轴（电动机轴） = =970 r/min = =9.804 kw 1轴 （减速器高速轴） kw 式中：为制动器效率，取=0.992轴 （减速器低速输出轴） r/min kw 式中： 为滚动轴承效率,取0.99 双头蜗杆传动效率,取0.7542蜗轮蜗杆的设计选择1） 选择材料并确定齿数根据参考文献，蜗杆我决定选用45号钢表面淬火，表面hrc=45-50。选蜗轮材料为zcusn10pb1,砂模铸造。取 =1, =i， =631=632） 按蜗轮齿面接触疲劳强度计算由式蜗轮力矩 效率估取为0.8 蜗轮转速 则 =4837013 载荷系数 使用系数 根据要求 取=1.2 动载荷系数 按 估取=0.6m 参考 取 =1.0 载荷分布不均匀系数，载荷有冲击、变化较大 取 则 弹性影响系数 许用接触应力由式 = 基本许用接触应力 =200 n/mm 应力循环次数n 由式 则 则 15477 计算得模数m，蜗杆分度圆直径d1、蜗杆分度圆柱上螺旋线的导程角 得 m=10 d1=160 =蜗轮圆周速度 由选取9级精度3） 蜗轮齿根弯曲疲劳强度校核计算由式 齿行系数 得 =2.19许用弯曲应力，由式 基本许用弯曲应力， 选=51 n/mm 则故弯曲强度足够4） 散热面积的计算由式 传动效率 啮合效率 由 当量摩擦角,由滑动速度 选=得 滚动轴承效率 搅油效率 则 ,与估取的效率值相近,不必修正散热系数按通风良好取 =油的工作温度 取周围空气温度,取= 故 5）其他主要几何尺寸计算 蜗杆顶圆直径 杆螺纹部分长度 蜗轮喉圆直径 蜗轮外圆直径 蜗轮宽度 中心距 取143 轴的受力分析431 蜗杆的受力分析蜗杆传动的受力分析与斜齿圆柱齿轮传动的相类似。下图4-1为主动右旋蜗杆沿图示方向回转时蜗杆齿面上的受力情况。法向力可分解为三个相互垂直的分力，既圆周力、径向力和轴向力、和为蜗轮齿面上的对应受力，他们的关系如下： 图4-1 蜗杆受力分析图 式中 、分别为蜗杆和蜗轮轴上的名义转矩 为压力角，取标准值得 432 轴蜗杆的设计1）选择轴的材料及热处理 轴的材料首先应有足够的强度，对应力集中的敏感性低；还须满足刚度、耐磨性、耐腐蚀性要求；并要具有良好的加工性能，且价格低廉、易于获得。 轴的常用材料主要是碳钢和合金钢，用碳钢或合金钢制造的轴一般应进行热处理及化学处理，以进一步提高其强度、耐磨性和腐蚀性。 本次轴的材料及热处理与蜗轮的材料及热处理一致，选用45号钢调质。 2）轴的受力分析 轴的受力简图如图4-2所示，图中 图4-2 3）求水平面内的支承反力，作水平面内的弯矩图 轴在水平面内的受力简图如下图4-3 图4-3 轴在水平面内的弯矩图如图4-4所示 图4-44）求垂直面内的支承反力，作垂直面内的弯矩图 轴在垂直面内受力简图如图4-5所示 图4-5n 轴在垂直面内弯矩图如图4-6所示 图4-65）作轴的合成弯矩图、转矩图 轴的合成弯矩图如下图4-7 图4-76）许用硬度计算由式 式中 取1（双向转动） 轴的材料为45号钢调质处理。 7）轴的结构设计按经验公式，减速器输入轴的轴端直径参考联轴器标准轴孔直径，取减速器高速轴的轴端直径减速器高速轴结构见下图： 图4-8 减速器高速轴 433低速轴的设计1) 选择轴的材料及热处理 选用45号钢调质处理。2）轴的受力分析轴的受力简图如图4-9所示，图中 图4-93）求水平面内的支承反力 轴在水平面内的受力简图如图4-10所示： 图4-10 轴在水平面内的弯矩如图3-11所示： 图4-114）求垂直面内的支承反力，作垂直面内的弯矩图 轴在