轨道外置式双层立体车库系统设计(附件)
摘 要为了应对城市停车难的问题，本文设计了轨道外置式双层立体车库。目前的立体车库，要么停车不方便，要么车辆输送轨道占用车位。因此本文设计一种新型车库，其输送车辆的轨道置于停车位框架结构外部，只是在停车时才会需要较大的停车位，其余时间，理论上不占用车位。并且这种车位是双层立体结构，安装方便灵活，可以适用于各种街道或小区。本设计分为四章，分别介绍了立体车库总体方案；机械结构设计；驱动方式选择；控制系统的设计；检测系统设计等结构。文章中对于涉及到的机械材料，传动系统，控制器选型以及传感器，均有分析。车库的控制系统采用可编程控制器，车库的调速系统使用变频器进行调速。
目 录
第一章 绪论 1
1.1研究背景及意义 1
1.2课题分析与总体方案设计 1
第二章 车库机械结构设计 4
2.1框架 4
2.2 载车板 4
2.2升降横移机构设计 5
2.2.1链条链轮设计 6
2.2.2升降电机选型 10
2.2.3横移齿轮齿条设计 10
2.2.4横移电机选型 12
2.3传动轴的设计 13
第三章 控制系统设计 15
3.1运动过程分析 15
3.2检测系统分析 15
3.3控制方法 18
3.4调速设计 18
3.4 PLC的选型 18
3.6 I/O模块 19
3.7 PLC硬件连接图 20
3.8控制程序设计 22
致 谢 27
参考文献 28
第一章 绪论
1.1研究背景及意义
随着我国经济的高速发展，群众购车需求仍程增长趋势，汽车快速增长，2015年底已注册汽车高达2385万辆，为历史新高。家庭汽车拥有量的持续增加，直接导致了一线，二线城市停车难的问题。以南京为例，街道两侧普遍停满小型轿车，造成了车道被占用的现象，极易造成交通的堵塞，并且这种现象若不改善，在未来道路交通会更加拥堵。目前生活中常见的立体停车库有以下几类：升降横移式、平面移动式、巷道堆垛式、垂直升降式。以上几种立体停车
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
库发展的方向都偏向于大型化，不能解决小区道路及小巷停车拥挤的停车问题。因此需要设计出一种可以自由取车且不需新增停车用地即可提高停车容量的停车设备和停车方法就显得极为迫切。本设计就是针对这类问题的设计。
与传统的立体车库相比，轨道外置式双层立体车库整体占地框架比一个车位略大，但是它能解决多车的停车问题；它可以安置在路边，小区内，结构简单，安装方便；并且它的双层车位可以实现自由存取，互不干扰，车位均通过外置轨道移动，以达到停车目的；存取车时运行速度快，等候时间短。传统立体车库在结构上多显臃肿，需要选择面积较大空地进行安置；且取车不便；运行较慢，等候时间长。
1.2课题分析与总体方案设计
1.2.1课题分析
轨道外置式双层立体车库也是双层立体车库的一种。目前的双层立体车库，当底层停放车辆时，上层无法自由取出，需要设计出能够对上层车辆随意存取的立体车库。通过参考已有的立体停车方式，设计研制一种轨道外置式双层立体车库。将输送车辆的轨道置于停车位架构外部，只是在停车时才会需要较大的停车位，其余时间，控制器通过升降系统和横移系统将载车板安全停放至车位处。升降系统和横移系统均通过电机驱动，能够实现任意取车与无避让停车的功能。车库设计要求如下：车型为家用5座轿车；车辆总重≤2000kg；车辆外形尺寸≤5000（长）*2000（宽）*1800（高）；车辆移动速度可调，为200mm/min≤V≤1m/min。
图11
轨道外置式双层立体车库结构示意图如上，车库框架为钢结构，总共有上下二个车位（车位1与车位2），每层车位均配置载车板。车位1的下方是自由空间，既可以作为通道，也可以放置其他物品。在存车与取车过程中，载车板作为最终被控对象运动。存车过程为：将载车板从车位水平横移出后，放下至地面，然后车辆驶入，传感器检测车辆停到位后，提升载有车辆的载车板到达车位水平高度，横移载车板进入车位；取车过程与存车相反。
1.2.2总体方案设计
课题内容主要包括立体车库总体方案设计；机械结构设计；驱动方式选择；控制系统的设计；检测系统设计。系统结构框图如图所示：
图12
（1）车库机械结构
车库机械结构由以下部分组成：载车板、升降机构、横移机构、框架等。载车板用来承载车辆，升降机构和横移机构分别实现载车板的升降和横移，升降机构采用链条传动方式，横移机构采用齿轮齿条传动方式。
横移机构的作用是实现载车板横移运动，有2种实现方式，分别为齿轮齿条传动和滚珠丝杠传动。齿轮齿条的承载力大，传动精度较高，精度可达0.1mm，可无限长度对接延续，传动速度高，但是加工安装精度差，传动噪音大，磨损大。滚珠丝杠不能自锁，传动效率高，精度高，噪音大，适合高速往返运动，但是水平传动是跨度大了要考虑极限转速和自重下垂变形。比较后，选择齿轮齿条传动方式。
升降机构的作用是实现载车板的升降运动，有2种实现方法，分别是链条传动或者钢丝绳提升。稳定性上链条传动提升比钢丝绳更稳定；成本方面链条传动用于双层车库的成本要比钢丝绳低；外观上链条优于钢丝绳；并且链条更换方便；因此选用链条传动。
（2）驱动方式选择
驱动方式主要有电动，液压，气动三种。液压驱动存在一定的漏油风险，且油管安装不便。气动运动不够平稳、均匀，且工作压力不能过高,传动效率低,不易获得很大的力或力矩。电动在结构比较简单，便于控制，精度高，运行平稳，连接方便。比较后选用电动驱动。
电机主要有直流电机（无刷，有刷）、交流电机（单相，三相）等。由于工业用电多是三相电压，且齿轮减速三相异步电机结构简单，效率高，输出力矩大，可靠性好。因此在本次系统设计中均采用齿轮减速三相异步电机驱动。
（3）控制系统的设计
系统需要控制器控制机械部件，来实现各部分功能。可以采用PLC或者单片机等控制器控制变频器驱动电机完成升降，横移的动作。
PLC控制器有高可靠性，易于扩展，易维护，丰富的I/O模块，安装简单。但是成本相对单片机要高。
单片机控制器成本相对较低；单片机编程相对PLC复杂，而且不易扩展，抗干扰能力差。综合分析后选用PLC控制器。
（4）检测系统设计
检测装置用来检测载车板的位置和移动速度，以及限制车辆停放。它由限位开关，旋转编码器，光电检测开关组成。载车板的位置由限位开关确定，速度由旋转编码器测量电机转速计算获得。
（5）调速设计
调速的最终目的是调节载车板的速度。目前调速方法比较常用的有两种：机械调速和电子调速。机械调速调节传动系统的传动比，所需设备主要为减速机，其优点是相对便宜，缺点是无法进行无级调速；电子调速调节动力机的转速，所需设备主要为变频器，其特点是调速范围大、操作简单。本次设计选用电机驱动，为了控制方便，所以使用变频器调速。
第二章 车库机械结构设计
车库机械结构由以下部分组成：载车板、横移机构、升降机构、框架等。载车板用来承载车辆，升降机构和横移机构分别实现载车板的升降和横移，升降机构采用链条传动方式，横移机构采用齿轮齿条传动方式。下图为车库的solidworks三维图：
目 录
第一章 绪论 1
1.1研究背景及意义 1
1.2课题分析与总体方案设计 1
第二章 车库机械结构设计 4
2.1框架 4
2.2 载车板 4
2.2升降横移机构设计 5
2.2.1链条链轮设计 6
2.2.2升降电机选型 10
2.2.3横移齿轮齿条设计 10
2.2.4横移电机选型 12
2.3传动轴的设计 13
第三章 控制系统设计 15
3.1运动过程分析 15
3.2检测系统分析 15
3.3控制方法 18
3.4调速设计 18
3.4 PLC的选型 18
3.6 I/O模块 19
3.7 PLC硬件连接图 20
3.8控制程序设计 22
致 谢 27
参考文献 28
第一章 绪论
1.1研究背景及意义
随着我国经济的高速发展，群众购车需求仍程增长趋势，汽车快速增长，2015年底已注册汽车高达2385万辆，为历史新高。家庭汽车拥有量的持续增加，直接导致了一线，二线城市停车难的问题。以南京为例，街道两侧普遍停满小型轿车，造成了车道被占用的现象，极易造成交通的堵塞，并且这种现象若不改善，在未来道路交通会更加拥堵。目前生活中常见的立体停车库有以下几类：升降横移式、平面移动式、巷道堆垛式、垂直升降式。以上几种立体停车
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
库发展的方向都偏向于大型化，不能解决小区道路及小巷停车拥挤的停车问题。因此需要设计出一种可以自由取车且不需新增停车用地即可提高停车容量的停车设备和停车方法就显得极为迫切。本设计就是针对这类问题的设计。
与传统的立体车库相比，轨道外置式双层立体车库整体占地框架比一个车位略大，但是它能解决多车的停车问题；它可以安置在路边，小区内，结构简单，安装方便；并且它的双层车位可以实现自由存取，互不干扰，车位均通过外置轨道移动，以达到停车目的；存取车时运行速度快，等候时间短。传统立体车库在结构上多显臃肿，需要选择面积较大空地进行安置；且取车不便；运行较慢，等候时间长。
1.2课题分析与总体方案设计
1.2.1课题分析
轨道外置式双层立体车库也是双层立体车库的一种。目前的双层立体车库，当底层停放车辆时，上层无法自由取出，需要设计出能够对上层车辆随意存取的立体车库。通过参考已有的立体停车方式，设计研制一种轨道外置式双层立体车库。将输送车辆的轨道置于停车位架构外部，只是在停车时才会需要较大的停车位，其余时间，控制器通过升降系统和横移系统将载车板安全停放至车位处。升降系统和横移系统均通过电机驱动，能够实现任意取车与无避让停车的功能。车库设计要求如下：车型为家用5座轿车；车辆总重≤2000kg；车辆外形尺寸≤5000（长）*2000（宽）*1800（高）；车辆移动速度可调，为200mm/min≤V≤1m/min。
图11
轨道外置式双层立体车库结构示意图如上，车库框架为钢结构，总共有上下二个车位（车位1与车位2），每层车位均配置载车板。车位1的下方是自由空间，既可以作为通道，也可以放置其他物品。在存车与取车过程中，载车板作为最终被控对象运动。存车过程为：将载车板从车位水平横移出后，放下至地面，然后车辆驶入，传感器检测车辆停到位后，提升载有车辆的载车板到达车位水平高度，横移载车板进入车位；取车过程与存车相反。
1.2.2总体方案设计
课题内容主要包括立体车库总体方案设计；机械结构设计；驱动方式选择；控制系统的设计；检测系统设计。系统结构框图如图所示：
图12
（1）车库机械结构
车库机械结构由以下部分组成：载车板、升降机构、横移机构、框架等。载车板用来承载车辆，升降机构和横移机构分别实现载车板的升降和横移，升降机构采用链条传动方式，横移机构采用齿轮齿条传动方式。
横移机构的作用是实现载车板横移运动，有2种实现方式，分别为齿轮齿条传动和滚珠丝杠传动。齿轮齿条的承载力大，传动精度较高，精度可达0.1mm，可无限长度对接延续，传动速度高，但是加工安装精度差，传动噪音大，磨损大。滚珠丝杠不能自锁，传动效率高，精度高，噪音大，适合高速往返运动，但是水平传动是跨度大了要考虑极限转速和自重下垂变形。比较后，选择齿轮齿条传动方式。
升降机构的作用是实现载车板的升降运动，有2种实现方法，分别是链条传动或者钢丝绳提升。稳定性上链条传动提升比钢丝绳更稳定；成本方面链条传动用于双层车库的成本要比钢丝绳低；外观上链条优于钢丝绳；并且链条更换方便；因此选用链条传动。
（2）驱动方式选择
驱动方式主要有电动，液压，气动三种。液压驱动存在一定的漏油风险，且油管安装不便。气动运动不够平稳、均匀，且工作压力不能过高,传动效率低,不易获得很大的力或力矩。电动在结构比较简单，便于控制，精度高，运行平稳，连接方便。比较后选用电动驱动。
电机主要有直流电机（无刷，有刷）、交流电机（单相，三相）等。由于工业用电多是三相电压，且齿轮减速三相异步电机结构简单，效率高，输出力矩大，可靠性好。因此在本次系统设计中均采用齿轮减速三相异步电机驱动。
（3）控制系统的设计
系统需要控制器控制机械部件，来实现各部分功能。可以采用PLC或者单片机等控制器控制变频器驱动电机完成升降，横移的动作。
PLC控制器有高可靠性，易于扩展，易维护，丰富的I/O模块，安装简单。但是成本相对单片机要高。
单片机控制器成本相对较低；单片机编程相对PLC复杂，而且不易扩展，抗干扰能力差。综合分析后选用PLC控制器。
（4）检测系统设计
检测装置用来检测载车板的位置和移动速度，以及限制车辆停放。它由限位开关，旋转编码器，光电检测开关组成。载车板的位置由限位开关确定，速度由旋转编码器测量电机转速计算获得。
（5）调速设计
调速的最终目的是调节载车板的速度。目前调速方法比较常用的有两种：机械调速和电子调速。机械调速调节传动系统的传动比，所需设备主要为减速机，其优点是相对便宜，缺点是无法进行无级调速；电子调速调节动力机的转速，所需设备主要为变频器，其特点是调速范围大、操作简单。本次设计选用电机驱动，为了控制方便，所以使用变频器调速。
第二章 车库机械结构设计
车库机械结构由以下部分组成：载车板、横移机构、升降机构、框架等。载车板用来承载车辆，升降机构和横移机构分别实现载车板的升降和横移，升降机构采用链条传动方式，横移机构采用齿轮齿条传动方式。下图为车库的solidworks三维图：
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