研讨垂直升降停车设备的设计与计算

研讨垂直升降停车设备的设计与计算

王昌旭1 ， 王颖慧2

（贵州航天南海科技有限责任公司，遵义播宇钛材有限责任公司）

摘  要：介绍了垂直升降停车设备的的现状，对停车设备的工作原理、参数优化、系统设计、设计计算等进行分析，为科学、合理设计停车设备奠定理论基础。

主题词：垂直升降  原理 设计 计算

1 引  言

繁华商业地段土地价值昂贵，车流较大，故停车极为困难，垂直升降类停车设备因占地面小已成为停车设备市场上重要组成部分。本文以PCS24T2垂直升降停车设备设计计算，并结合设备主要结构、载荷、动力选型及关键部件的计算方法进行研讨。

2 原理与功能

垂直升降停车设备是通过提升机的升降和装在主体框架上的横移机构将车辆横移，实现存取车辆的自动化停车设备。

该车库以两车位为一个层面，最高可达25层（可停放50辆车，占地面积约50㎡，平均每辆车占地只有1～1.2㎡），所以在所有立体存车库类型中其平面和空间利用率最高，最适宜在高度繁华的城市中心区域以及车辆集中停放的集聚点，本文设计存车库为12层，停放24辆车。

3 总体设计

3.1 技术要求

a.容车尺寸(长×宽×高）：5300mm×1900mm×1950mm

b.容车重量≤2350kg

c.升降速度：50～80m/min

d.横移速度：10～20m/min

e.停准（平层）精度：±10mm

f.最大存取车时间：≤60S

g.设备电源：3相5线制 AC 380V 50HZ

h.塔(长×宽×高）：8.8m×7.5m×30.3m

i.层高：一层（出入层）2450mm；2～13层（停车层）2000mm；顶层（设备层）2000mm

j.出入口尺寸：宽3500mm×高2450mm

3.2 主要参数设计

根据起重机设计规范(GB 3811-83)确定。

a.设备利用等级：按设备经常中等地使用，经常断续使用；

b.总的工作循环次数N=5×105；

c.利用等级U5；

d.设备工作级别A5；

e.机构工作级别M5。

3.3设备结构设计

本设备主要由钢结构、泊位梳体件、泊位横移梁件、通道横移梁、底层横移车板、升降梳体、升降传动部分、配重部分、检修爬梯组、安全装置、电控系统等几大部分组成。

因垂直升降停车设备是机电一体化的设备，结构部分主要需要型钢，具有好的焊接性能，因此选用Q235A钢材，而对一些特殊要求的零件则选用特殊材料，如主轴、绳轮等选用45#钢。

3.4 电控系统设计

垂直升降停车设备电控制系统主要由运营管理系统、引导系统、控制系统、安全、检测系统、监控系统、故障检测系统组成。

垂直升降停车设备控制系统采用 PLC为控制核心，利用传感器、电机系统等设备共同完成车辆的存取操作，并可配有显示屏，来实现本地手动存取车功能。控制系统在完成车辆存取操作的同时，采集立体车库现场数据信息，反馈到上位机监控管理系统，并可接受来自上位机的控制指令，来控制完成相应命令的动作。控制系统具体结构如下图1所示：

图1  控制系统具体结构图

4 关键件载荷分析

a.钢结构立柱组件

    钢结构立柱组件主要由立柱下段与立柱上段以及焊接在上下立柱本体H型钢上的各种连接板和筋板构成，上下段立柱之间采用高强度腹板和高强度螺栓连接，其中上下段立柱本体采用Q235-H型钢200mm×200mm×12mm×8mm，受力分析如下：

立柱焊件理论负载：

根据GB 50017 《钢结构设计规范》，安全系数取1.0，则立柱焊件最大负载Fmax=194510×1.0= 194510N。

立柱焊件结构屈服力为，在194510N负载下，其最大，即：。由此可证，立柱组件选材及结构设计满足要求。

b.纵梁组件

纵梁由Q235-H型钢材150mm×150mm×10mm×8mm与安装板、连板焊接而成，其受力分析如下：

纵梁焊件理论负载：

根据GB 50017 《钢结构设计规范》，安全系数取1.0，则上纵梁焊件最大负载。

纵梁焊件结构屈服力为，在98784N负载下，其最大，即：。由此可证，纵梁焊件选材及结构设计基本满足要求，但中间支撑最好能设为纵梁两侧对称受力，以改善纵梁扭曲变形受力条件。

c.泊位梳体

泊位梳体组件由泊位梳体焊架与梳体横移导槽用高强度螺栓(镀锌8.8级）连接而成，并装有行程开关碰块。仅作横向运动，用于各车位停载车辆，工作时由前、后横移梁组件及中间通道横移梁组件之摩擦轮带动其在本车位与中间通道之间往返横移。横移梳体焊件由纵梁焊件、连接梁、梳体焊接而成，泊位梳体焊件受力分析如下：

泊位梳体焊件理论负载：

根据GB 50017 《钢结构设计规范》，安全系数取1.2，则横移梳体焊件最大负载。

在29752N负载下，其最大，横移梳体焊件结构所选用材料为Q235.查机械设计手册可知屈服强度为，即：。由此可证，横移梳体焊件选材及结构设计基本满足要求。

5动力计算与选型

5.1 升降传动计算

   a.已知条件

     车辆重：P1=2350Kg即车辆动载荷：

；

     载车板重：P2=521Kg即载车板动载荷：；

升降台重：P3=2150Kg即载车板动载荷：；

     升降速度：；                                                                                     

     配重重量：G1=3160kg；                                    

   b.工况分析

经过对工作原理及工况的分析，整个系统工作情况可以分为三种情况：

⑴升降台在满载时的最大负载为：

⑵升降台在半载荷时的最大负载为：

⑶升降台在空载时的最大负载为：

     即最大载荷为：

   c.电机功率

升降台总载荷功率:

取机械效率

    初步计算电机功率

d.电机选型

根据三种工况分析，通过变频器控制，为了提高存取车效率，空载时可以提高速度，按照最高速80m/min，满载时按照60m/min，运行综合工况选用电机、减速器、刹车三位一体，并附带旋转编码器，其功率为37KW、传动比为29.95、 转速为49r/min。

5.2 泊位横移传动计算

横移速度；车辆最大质量；载车板质量；横移横梁质量。 

总质量：

此横移系统为有轴承的滚动摩擦，摩擦系数取μ＝0.09，所以摩擦驱动力为:

则功率:

     因电机安装在升降台横梁上，考虑到横移电机横梁长度超过5米，为了保证牵引时受力均匀，不拉偏，并且平层定位时可能有误差，会因不平衡产生较大的阻力，因此选用2台2KW的电机。

6结语

垂直升降停车设备因有效的节约土地资源、改善城市停车难的现状，所以该停车设备市场需求越来越旺盛。本文通过对垂直升降停车设备的原理、主要参数计算及关键部件的载荷分析，形成垂直升降停车设备设计计算方案，对今后垂直升降停车设备设计与计算具有一定的参考价值。

参考文献：

[1] 裴雨红.垂直升降类立体车库的研究与设计[D].苏州大学，2013年。

[2] 张翼飞 . 基于 PLC 的立体车库控制系统设计与研究 [J]. 南方农机，2019年。