自行车自动存取立体车库系统设计

自动存取自行车立体车库设计 28摘 要本文主要对自行车自动存取立体车库系统设计多层回转立体车库系统进行设计。针对目前停车场管理系统存在的系统管理介质落后、集成自动化程度低、安全性差、人性化和运行效率低下的不足，结合目前科学技术领域的最新研究成果，设计了一种技术较先进、性能可靠、自动化程度较高的停车场智能管理系统。本设计的指导思想立足于提高停车场管理系统的可靠性、安全性和高效性，对目前我国各大中城市所面临的“停车难”问题的解决，具有一定的促进作用。本系统所采用的PLC技术，射频卡技术对其它交通收费系统也有一定的借鉴意义。本文针对停车场只能控制系统中存在的问题，把PLC可编程序控制器和变频器应用于停车场只能控制系统上，并进行了较深入的研究。本文阐述了智能停车场系统的PLC控制、收费、计费和安全的一些基本思路和方法，并介绍了着重介绍了PLC工作特点及运行原理，还介绍PLC控制器主要功能模块及应用，不仅编程简单，通用性强，抗干扰能力强，可靠性高，而且具有易于操作及维护，设计、施工、调试周期短等优点。本文主要是对停车场进行智能化设计，通过采取PLC技术对停车场管理的设计，达到停车场智能化、高效化。 关键字： PLC 停车 立体车库 控制系统 钢结构。目 录1绪论311课程的背景和意义312课题的关键技术及其国内外研究发展现状8121国外研究现状8122国内研究现状82自行车自动存取多层回转立体车库机械部分设计821自动存取多层回转立体车库的基本结构9211基本结构9212主要参数1022立体车库机械手的结构设计10221机械手的介绍13222机械手分析13223机械手结构图1423升降机构的设计1424设计计算17241设计V带和带轮17242齿轮的设计19243传动轴承和轴的设计27244键的设计和计算28245联轴器的设计293立体车库电气控制系统设计2931电气控制系统整体设计3032电气系统关键部分设计3033 PLC控制程序设计3034电动机的选择和计算314结论与展望3141 结论3242 展望32参考文献321绪论1.1 课题的背景和意义自行车无处停放或随处乱停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。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80-90，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。12课题的关键技术及其国内外研究发展现状目前各国都大力倡导使用绿色环保的自行车作为出行的交通工具。但是, 大量的自行车在市区的停放问题成为一道技术难题, 为解决这一难题, 人们开发出各种各样的自行车停放装置。介绍了国内外几种具有代表性的、实用性强的自行车停放装置,重点对比、分析了它们的结构、功能、使用及适用场合。指出未来城市的自行车停放装置将向自动化、智能化、立体化, 以及海量存储、存取快捷、美观防盗等多功能方向发展, 全自动地下自行车车库将在未来大都市中占据主导作用。自行车停车架及停车棚具有成本低廉、可转移性好、普及性强的特点, 适合于自行车停放量较少、停放面积充足、停放时间短的场合, 如小区街道、学校会所等; 双层自行车停放装置及直立式自行车停车架具有结构简单、节约空间的特点, 适合于自行车停放量较大、停放面积有限的场合, 如商贸中心街道、人流量大的街道等; 隔间式自行车停放装置具有防盗、防止车辆间摩擦的特点, 适合于对自行车保护要求较高、停放时间长的场合, 如附近机关、商铺、社区等; 悬挂式自行车停放装置具有安全防盗、方便、美化环境的特点, 适合于城市发展较成熟的商业中心地段、社区街道等。全自动地下自行车车库具有全自动化、海量存储、存取快捷、防盗的特点, 适应于新时代发展特点􀀁城市不断扩大、人口持续增加, 自行车使用量递增, 以及人们生活质量不断提高。特别适合于北京、上海、广州等这些人均地面积少、出行人口密集、自行者拥有量极大的中心城市。121国外研究现状随着人们生活质量的提高, 省心、省力、安全是人们对自行车停放装置提出的新要求。因此,人们开发出一些机械电子一体化的自行车停放装置, 悬挂式自行车停放装置即属于其中有代表性的一种, 如图1。它主要由滑轮升降机、电机驱动卷筒、控制电路以及固定车架等构成, 自行车被自动放置到空中停放区域。空中停放区域的外体由铁架搭建, 可在铁架外表做广告招牌, 达到了一物两用的功能。存车者把自行车放入停车架, 按存车按钮, 自行车通过滑轮升降机和电机驱动装置自动升入空中停放。图1.1取车者通过停放凭据认证后, 按取车按钮便可取走自行车。这种停放装置使用了类似隔间式自行车停放装置的防盗措施, 它主要由电控锁电路(类似于超市的存包柜的控制电路)来实现。当非法取车或存放车辆遇到破坏时, 防盗报警系统会自动报警, 管理人员可及时处理。在瑞士日内瓦市出现了一种类似于悬挂式自行车停放装置Biketree, 它们原理相似,但外形有差异, 如图2所示(放大部分为磁卡感应器)。一个Biketree一般能停放6 8辆自行车, 存车者通过感应器扫描磁卡来停放自行车。近年来人们开发出一种海量存放、全自动化、安全防盗、避免摩擦、方便快捷的自行车停放装置全自动地下自行车车库，如图1.3。该车库只有入口部分露出地面, 地下部分为圆柱形结构, 形似冰山, 自行车停放架沿着圆柱形结构一层层搭建起来。整个圆柱形构架的中心空余部分用于安装车库的核心部分机械手升降导轨、机械手行走导轨和控制电路, 以保证机械手臂进行自行车的控制、升降、夹取、检测及安全保护等。该车库的磁卡感应装置未使用传统的CH IP卡, 而是选用标准的智能型EC- 卡(类似国内的借记卡), 这种卡不仅反应灵敏而且使用寿命较长。这种安全防盗技术加上整个车库的地下圆柱形结构, 车库的防盗能力得到很大提高。存车者只需将自行车放在指定位置, 按下按钮, 停放装置的机械手臂会自动把自行车存放至停放装置的空闲位置; 取车者也只需按一下按钮, 自行车就会自动被机械手臂传送到取车者的面前。整个存取车过程只需30 s 35 s。目前, 日本、荷兰、西班牙、德国的一些城市已经使用这种停车装置, 并受到了广泛的欢迎, 打算在其他城市也普及使用。欧洲的停车库圆柱直径为7. 5m, 高度为5. 25m, 能容纳92辆自行车; 日本东京的Kasai车站所建的停车库可容纳下180辆自行车, 并已经建有36个圆柱状的停车空间, 总共能停放6 000多辆自行车。这种全自动地下自行车车库特别适用于某些未规划完整的交通线路, 停放自行车的空间预留地少、居民生活密集的区域建造自行车车库。图1.3122国内研究现状减少交通工具气体排放量成为当今社会绿色环保的主题之一, 为此, 各国大力倡导使用自行车作为出行的交通工具。然而, 自行车使用量的增加却给其在城市停放方面带来了一系列问题, 如停放空间狭小, 易破坏自行车外表; 自行车乱停乱放, 影响市容市貌; 在人行道与自行车车道设计重叠,阻碍交通; 停放点监管不严, 盗窃频率高等。自行车停放带来的问题越来越受人们关注。针对以上问题以及不同场合的停放特点, 人们相继开发出如保证自行车稳定及安全并充分利用空间等多种功能的自行车停放装置。并且随着机械电子技术的发展、人们生活质量的提高, 全自动、方便快捷、存储量大的新型自行车停放装置也逐步受到重视。目前最普遍的自行车停放装置是样式各异的自行车停车架, 如图1.5所示 。自行车停车架是用普通的金属制成的形状各异的栏杆, 依靠车锁把自行车固定在栏杆上, 或者通过两杆间的间隙夹持住车轮来保证自行车停放的稳定。这类停放装置安装简便、成本低、可转移性较好。但当自行车存入量增加时, 因车架间隙小, 造成自行车之间相互阻碍和摩擦。图1.5自行车停车架属于露天式的停放装置, 易受到雨淋、日晒和外界行为的影响, 不能达到对自行车的有效保护。为弥补自行车停车架的这一缺陷, 自行车停车棚应运而生。自行车停车棚是在一块固定区域上建立密闭或半密闭的遮蔽棚,棚内安装有一些自行车停放架以达到停放自行车的目的,有密闭式车棚和敞门式车棚两种主要形式, 如图1.6所示。它的结构简单、成本较低。它还能有效避免自行车受外界因素的影响、保证停放自行车的稳定性、减少胡乱停车行为。图1.6为增加自行车停车架及停车棚的防盗措施, 人们发明了智能自行车棚。这种自行车车棚是在密闭式自行车车棚的入口安装上一种门禁装置, 只有通过自行车车主专属的电子钥匙或者磁卡才能开启车棚门存放或提取自行车。这种车棚不仅拥有普通停车棚的优点, 而且可以明显减少停放自行车被盗的现象。2.自行车自动存取多层回转立体车库机械部分设计21自动存取多层回转立体车库的基本结构211基本结构入口部分露出地面, 地下部分为圆柱形结构, 形似冰山, 自行车停放架沿着圆柱形结构一层层搭建起来。整个圆柱形构架的中心空余部分用于安装车库的核心部机械手升降导轨、机械手行走导轨和控制电路, 以保证机械手臂进行自行车的控制、升降、夹取、检测及安全保护等。（如图2.1，2.2，所示）图2.1图2.2212主要参数自动存取多层回转立体车库的基本结构参数：1. 环形阵列；2. 每层12辆；3. 高度5层；4. 每层间距1.5米。5. 总长7500mm22立体车库机械手的结构设计221机械手的介绍工业机器人的手又称为末端执行器，它使机器人直接用于抓取和握紧（吸附）专用工具（如喷枪、扳手、焊具、喷头等）进行操作的部件。它具有模仿人手动作的功能，并安装于机器人手臂的前端。由于被握工件的形状、尺寸、重量、材质及表面状态等不同，因此工业机器人末端操作器是多种多样的，大致可分为以下几类：（如图2.4）（1）夹钳式取料手（2）吸附式取料手（3）专用操作器及转换器（4）仿生多指灵巧手222机械手分析手指是直接与工件接触的部件。手指松开和夹紧工件，是通过手指的张开与闭合来实现的。图2.6 机械手机构简图在图2.6中，O为电机输出轴，曲柄OA、连杆AB、滑块B和支架构成曲柄滑块机构；滑块B、连杆BC、摇杆CE和支架构成滑块摇杆机构。通过两个机构串联，使电机最终驱动DE的来回摆动，从而实现手指的开合运动。图2.6中的黑线和蓝线表示机构运行的两个极限位置