1、1 绪论1.1 机械式立体车库概述 使用车辆之外其它带有动力的搬运器，完成车辆停放、存储工作的整个设施，称为机械停车库，而机械停车库内用于搬运、停放汽车的机械设备，总称为机械停车设备。以立体化形式存放车辆的机械式停车库则叫做机械式立体停车库。它包含了当前机械、电子、液压、光学、磁控技术领域的成熟先进技术，是一种技术密集型的机电一体化设备。汽车升降机类是指搬运器运载车辆(或同时运载驾驶员)垂直升降运行进行多层平层对位，从搬运器到存车位需要驾驶员驾车入位，实现车辆存取功能的停车设备。立体车库分为九大类，具体是：升降横移类、简易升降类、垂直循环类、水平循环类、多层循环类、平面移动类、巷道堆垛类、垂直
2、升降类和汽车专用升降机。从上面对机械式停车设备的分类和定义可以看出，与以往的普通车库相比，机械式停车设备可以在同样面积的土地上停放更多的车辆，大大的提高了土地面积利用率，同时具有存车时间短，可使用性强等优点，所以是解决城市停车面积不足，停车困难的有效措施。1.2 国内外机械式停车设备发展概况 随着汽车工业的发展和汽车保有量的不断上升，在一些大城市和经济发达地区，停车难的问题日益凸显。在国外许多大城市，停车难也是一个老问题。旧金山是美国最有名的“停车难”城市，这类城市还有纽约、芝加哥、洛杉矶的闹市区。欧洲数得上的城市有巴黎、伦敦等等。各国在解决这一难题中采取的措施有所不同，但机械式立体停车设备的
3、应用是各个国家都积极采取的措施，尤其是全自动化的机械式停车库。亚洲的停车设备技术起源于日本，日本从20世纪60年代开始从事机械停车设备的开发、生产、销售和服务。 在欧洲，德国和意大利等国家从事停车设备开发和生产也比较早。由于欧洲国家土地资源比较富余，停车问题表现不很突出，停车设备应用量不是很大。多数为巷道堆垛式产品，多层升降横移式产品应用很好。德国和意大利等欧洲国家的优势在巷道堆垛类产品上。 韩国机械停车设备技术是日本技术的派生。产业从20世纪70年代中期开始起步，80年代开始引进日本技术，经过消化生产和本土化，90年代开始为供应使用阶段。随着韩国政府的高度重视和各种机械停车设备的普遍开发及利
4、用，目前行业进入稳步发展阶段。机械式停车设备在我国的出现是20世纪80年代，1988年建成第一座二层升降类地下车库，1990年建成第一座垂直循环类停车库，自此我国机械式停车设备行业开始萌芽。从1988年到1997年，我国采用机械式停车设备总共1000多个车位。自1997年以来，随着汽车工业和建筑业的发展，尤其是汽车进入家庭后，机械式停车设备行业己经成为我国的一个朝阳行业。1.3 课题目的、意义与来源 近年来，随着经济的发展，我国的城市化水平加快和人民生活水平的提高，汽车数量的不断增加。与此同时，汽车停车场地的增长却不能与之同步，汽车泊位与汽车数量的比例严重失调，由此带来停车难、违章停车、停车管
5、理困难等一系列问题。当以往的路边、人行道上停车、地下或地面停车场均解决不了上述问题时，采用机械式立体停车设备是一个非常有效的措施。 机械式立体停车设备又名立体车库，它占地空间小，并且可最大限度地利用空间，安全方便，是解决城市用地紧张，缓解停车难的一个有效手段。国家计委已明确机械式立体停车设备及城市立体停车场为国家重点支持的产业，1998年1月1日起执行的国家计委6号令把机械式停车序和立体停车场列入“国家重点鼓励发展的产业、产品和技术日录”:国家海关总署对机械式停车产品规定“国内投资项目给予免征进口税”，上述措施为我国立体停车库产业的成长提供了良好的条件，也为我国解决城市停车间题提供了机会。可以
6、预见:立体车库具有非常广阔的市场前景。 “基于MATLAB的升降式立体车库的研究与结构优化设计”这一课题便是通过对电梯升降式立体车库的研究来实现节约资源、提高效率、优化结构、增强安全性能，从而极大限度地缓解停车难等问题。相信随着越来越多的研究，停车难问题将会消失在不久的将来。1.4 本设计研究的主要内容首先在查阅相关资料的基础上,了解所研究的课题,然后以“立体停车库”为背景，对电梯升降式立体车库进行研究与设计，包括整体设计、存取与旋转机构的设计、提升系统的设计及钢结构骨架设计，具体内容如下: 分析电梯升降式立体车库的设计要求 查阅资料,从可靠性、经济性以及技术可行性等方面分析电梯升降式立体车库
7、的设计要求。立体车库的整体设计、各主要部件设计 在满足电梯升降式立体车库设计要求的前提下，完成立体车库的整体设计、存取与旋转机构的设计、提升系统的设计及钢结构骨架的设计。 对固定叉梳进行优化设计 对固定叉梳进行优化设计，使固定叉梳在满足功能要求的前提下，结构更加合理，降低整体重量和对钢结构骨架的载荷。对提升系统进行曳引力及曳引比压的分析校核 对提升系统进行曳引力及曳引比压的分析与校核，使其符合动力与寿命要求。 立体车库总体钢结构骨架的研究与设计以及结构优化 运用有限元的方法对钢结构骨架进行受力分析和变形分析，并运用MATLAB与拉格朗日乘子法对钢结构骨架进行优化设计,使钢结构骨架的整体重量减轻
8、许多。2 立体车库的整体设计2.1 立体车库的介绍及类型2.1.1 立体车库的介绍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4050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，距今已有近二十年的历程。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。与地下车库相比可更加有效地保证人身和车辆的安全，人在车库内或车不准停位置，由电子控制的整个设备便不会运转。应该说，机械车库
9、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。2.1.2 立体车库类型立体车库分为九大类，具体是：升降横移类、简易升降类、垂直循环类、水平循环类、多层循环类、平面移动类、巷道堆垛类、垂直升降类和汽车专用升降机。升降横移类、平面移动类、巷道堆垛类、垂直升降类，这4种类型的车库都是最典型的、市场上最多采用的、市场占有
10、率最高的、最适合大型化发展的。同时，选择库型时也要注意库容量、停放车辆规格、存车时间、车位周转率、管理收费方式、土地价格、土地面积、设备投资及回报等方面。升降横移式，如图2.1整机特点：有效利用空间，提高空间利用率达数倍。存取车快捷便利，独特跨梁设计，车辆出入无障碍。采用PLC控制，自动化程度高。环保节能，低噪音。人机界面好，多种操作方式可选配，操作简便。垂直循环式，如图2.2整机特点：省地：在58的地方建起大型垂直循环类机械停车库，可容纳34辆轿车或24辆面包车。方便：使用PLC自动调车，一次按键即可完成存取车。迅速：调车时间短，取车快速。灵活：可设置在地面上或半地上半地下，可独立或附设在建
11、筑物内，还可多台组合。经济：可省去购置土地的大量费用，有利于合理规划和优化设计。省电：一般不需要强制通风，无大面积照明，耗电量仅为普通地下车库的35%。 图2.1 升降横移式 图2.2 垂直循环式简易升降式，如图2.3整机特点：一个车位泊两台车 (最适宜多车型家庭用)。适合装置于工厂、别墅、住宅停车场 。可任意迁移，搬迁安装容易或根据地面情况，独立及多台设备。备有专用锁匙开关，防止外人开动设备。车板防下滑保险装置。 图2.3 简易升降式 图2.4 垂直升降式垂直升降式（电梯升降式），如图2.4、图2.5整机特点：占地少，容车量大，高层设计最高能够达到平均一辆车仅占一平方米的空间。可同时提供多车
12、位进出口，等待时间短。智能化程度高，可预约存取车及空车位导向。绿色环保车库，利用车库外形的空隙空间可以进行绿化，使车库变成一个立体的绿化体，有利于美化城市和环境。智能化控制，操作简单方便。 图2.5垂直升降式 图2.6平面移动式平面移动式，如图2.6整机特点：每层的车台和升降机分别动作，提高了车辆的出入库速度，可自由利用地下空间，停车规模可达到数千台。 部分区域发生故障时，不影响其他区域的正常运行，因此使用更加方便；采用以车辆驾驶员为中心的设计方法，提高了舒适性。采取多重保险措施，安全性能卓越；通过计算机和触屏界面进行综合管理，可全面监视设备的运行状况，并且操作简单。 图2.7 巷道堆垛式 图
13、2.8多层循环式巷道堆垛式，如图2.7整机特点：可设置于地上或地下，充分利用有效空间。载车板的升降和行走同时运行，存取车方便快捷。全封闭式管理，安全可靠，保障人、车安全。通过升降机、行走台车及横移装置输送载车板实现存取车操作，整个过程全自动完成。固定式升降机+各层行走台车的配置形式，可实现多个人同时存取车。多层循环式，如图2.8整机特点：可设置于地上或地下，或一半地下、一半地上，充分利用有效空间。此设备的出入口可以设在底部、中部或上部。全封闭式管理，安全可靠，保障人、车安全。通过升降机、行走台车及循环装置输送载车板实现存取车操作，整个过程全自动完成。水平循环式整机特点：一般用于大厦地下设置，式
14、最节省空间的一种设计，车位占满地下空间，采用封闭式结构，通过机械作上下左右自由移动，再由升降机的提升进出库，无需另设走道，地下空间提车利用率可达85%。汽车升降机专门用作不同层面的汽车搬运的升降机。它只是起搬运而无直接存取车辆的作用。2.2 立体车库的整体设计 通过上面的比较可以看出，电梯升降式停车库是一种综合性能比较优良的车库，机械化程度最高，具有广阔的发展前景，因此选择电梯升降式立体车库作为本课题的基本形式。电梯升降式立体车库存车位分布在井道周围，通过升降搬运器在专用井道内做升降运行，实现车辆存取功能的停车设备。该类停车设备一般都是准无人操作方式。按人车交接位形式分类有三种:第一种是下部驶
15、入式，即人车交接层在停车设备的最下部。第二种是中部驶入式，即人车交接层在停车设备的中间部位。第三种是上部驶入式，即人车交接层在停车设备的最上部；按存车位分布形式可分为纵向式、横向式、环形式、纵向重列式和横向重列式；按搬运器运行方式分类可分为升降式、升降滑移式和升降回转式；按车辆出入库方式和出入口位置分类可分为，单一出入口、正进、倒出式;贯通双出入口、正进、正出式；单一出入口、正进、正出、带转盘式;直角又出入口、正进、正出、带转盘式；按车辆搬运方式可以分为有载车板式和无载车板式。电梯升降式停车库中车辆的存取方式又有以下几种:左右两侧存取方式、扇形存取方式、圆周存取方式等。左右两侧存取方式就是在电梯井道在中间，停车位在井道的左右两侧，每一楼层的停车位只有两个，升降电梯升降到停车楼层后，横移机构可以左右方向存取车，存取机构简单，但是存放的车辆相对来说
