PSH6立體車庫(kù)主要構(gòu)件的選擇及校核

于長(zhǎng)有　張　麗

（蕪湖職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院　安徽蕪湖　241000）

立體車庫(kù)具有較高的單位容積率，可以有效緩解“停車難”問(wèn)題[1]，建立大、中型立體車庫(kù)成為當(dāng)前醫(yī)院、酒店、旅游景點(diǎn)等汽車密集場(chǎng)所解決“停車難”的首選舉措，其中以中型車庫(kù)PSH6最為廣泛，通常其結(jié)構(gòu)、尺寸如圖一所示。PSH6為升降橫移類停車設(shè)備，工作原理為頂層車臺(tái)使用升降馬達(dá)工作，提升載車板及車輛；中間二、三、四、五層車臺(tái)既能實(shí)現(xiàn)升降又能橫移動(dòng)作，地面層車臺(tái)實(shí)現(xiàn)單一橫移功能[2,3]。通過(guò)電控程序的合理設(shè)定，達(dá)到自動(dòng)存取車的目的，使有限的停車空間可倍數(shù)停放車輛。

圖一　PSH6立體車庫(kù)結(jié)構(gòu)尺寸圖

一、升降速度設(shè)計(jì)計(jì)算

（一）載荷條件說(shuō)明。載車板自重W1=500kg；載車重W2=2000kg

（二）選用傳動(dòng)系統(tǒng)說(shuō)明。

圖二　傳動(dòng)原理圖

（三）提升電機(jī)采用停車設(shè)備專用馬達(dá)。二、三層擬選用升降馬達(dá)型號(hào)：IPL50-2200-90S3B，規(guī)格：AC380V、50Hz、2.2kW，減速比1/90，輸出軸轉(zhuǎn)速(nv)15rpm，輸出軸額定扭距120.78kgf.m，制動(dòng)力率172%；四、五、六層擬選用升降馬達(dá)型號(hào)：IPL50-3700-60S3B，規(guī)格：AC380V、50Hz、3.7kW，減速比 1/60，輸出軸轉(zhuǎn)速(nv)23rpm，輸出軸額定扭距151.58kgf.m，制動(dòng)力率176%。

（四）卷筒及鏈輪直徑選定。卷筒直徑（D1）:φ246mm；馬達(dá)端鏈輪直徑（D2）：φ122mm（#80-2R-15T）；傳動(dòng)軸側(cè)大鏈輪直徑（D3）：φ324mm（#80-2R-40T）則二、三車臺(tái)提升速度 v1為：

四、五、六車臺(tái)提升速度v2為：

二、提升馬達(dá)扭力及功率校核

提升總重W=W1+W2=2500kg。

（一）四、五、六層馬達(dá)扭力校核。大主軸所承受的扭力通過(guò)D2及D3兩對(duì)鏈輪傳動(dòng)，傳到馬達(dá)軸之扭矩：

因?yàn)轳R達(dá)的額定扭力為151.58kgf.m，大于M1，所以符合要求。

（二）四、五、六層馬達(dá)功率校核。四、五、六層實(shí)際需要功率

馬達(dá)選用功率為3.7kw大于實(shí)際需要功率P2，功率符合要求。

（三）二、三層馬達(dá)功率校核。二、三層實(shí)際需要功率

馬達(dá)選用功率為2.2kw大于實(shí)際需要功率P1，功率符合要求。

三、橫移速度及橫移馬達(dá)選型

擬橫移馬達(dá)選用型號(hào)：CLPK22020603，規(guī)格：AC380V，50Hz，0.2kW，減速比 1/50，輸出軸轉(zhuǎn)速(nv)29rpm，輸出軸額定扭距12.23kgf.m，制動(dòng)力率176%；

橫移鏈輪：分度圓直徑（D4）:φ106.52mm，橫移車臺(tái)板重：W3=500kg，摩擦系數(shù) μ：=0.04

（一）橫移速度。

（二）橫移車臺(tái)需扭矩。

已知輸出軸額定扭距：12.23kgf.m大于MK符合要求。

（三）橫移車臺(tái)所需馬達(dá)功率。

已知選用馬達(dá)功率為0.2kw大于PK符合要求。

四、鋼絲繩的選用及校核

選用的鋼絲繩直徑為：φ9.2(6×19+Fc)，其抗拉強(qiáng)度79.60KN=8060kgf。載車板采用四點(diǎn)吊掛，每一吊點(diǎn)采用一根鋼絲繩；汽車重量采用前后6：4分配；則每根鋼絲繩所受的最大靜載為：

鋼絲繩的安全系數(shù)為：n=8060kgf/725kgf≈11＞7。根據(jù)GB17907準(zhǔn)無(wú)人式停車設(shè)備鋼絲繩的安全系數(shù)為7倍以上，符合設(shè)備要求。

五、立柱、支撐梁的選用及校核

選用立柱材料：方管 200×200×8（Q235B），支撐梁材料：H250×125×6×9（Q235B）。

（一）立柱的校核。立柱主要受壓應(yīng)力和部分剪切力，其中剪切力對(duì)其影響較小，主要分析立柱在壓應(yīng)力作用下的受力情況[5，6]，即主要考慮立柱的壓桿穩(wěn)定性。前立柱為等截面立柱，受壓靜力，前立柱受力狀態(tài)簡(jiǎn)化如圖三所示。壓桿的穩(wěn)定條件為：

式中:Pc為臨界載荷，P為工作載荷，n為安全系數(shù)，nw為許用安全系數(shù)。

圖三　前立柱受垂直力簡(jiǎn)圖

該工況下的立柱屬于細(xì)長(zhǎng)桿或大柔度桿，按歐拉公式計(jì)算臨界載荷Pc，即

式中：E為彈性模量，取值206×105N/cm2；慣性矩；l為壓桿的全長(zhǎng)，取950cm；μ為壓桿的長(zhǎng)度系數(shù)，因?yàn)榱⒅鶠橐欢斯潭ㄒ欢俗杂?，故?。

本設(shè)備前、后各設(shè)有立柱3根，共6根，則滿載時(shí)單根前立柱承受最大載荷為

則立柱的穩(wěn)定安全系數(shù)為

金屬結(jié)構(gòu)中的壓桿安全系數(shù)nw=1.8～3，取nw=3，故滿足穩(wěn)定性要求。

（二）導(dǎo)軌支撐梁校核。根據(jù)受力分析，其最大彎曲力矩在單跨中點(diǎn)處，由于兩跨對(duì)稱受力，故僅對(duì)一處進(jìn)行彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)和校核。如圖四所示，前導(dǎo)軌支撐梁可以簡(jiǎn)化為簡(jiǎn)支梁AB受均布載荷的作用，兩端全約束，導(dǎo)軌梁支撐截面如圖五所示。

圖四　導(dǎo)軌支撐梁受力簡(jiǎn)化

圖五　導(dǎo)軌支撐梁截面圖

首先分析前導(dǎo)軌支撐梁的受力。

均布載荷為：

最大撓度為:

最大彎矩為：

最大應(yīng)力為:

由于鋼結(jié)構(gòu)選用材料為Q235,屈服強(qiáng)度為235MPa，取安全系數(shù)下 2，所以許用應(yīng)力[σ]=117.5MPa。可得 σmax<[σ]，由強(qiáng)度理論可知：導(dǎo)軌支撐梁穩(wěn)定。

六、焊接連接計(jì)算

當(dāng)焊縫承受復(fù)合應(yīng)力時(shí)，對(duì)接焊縫的強(qiáng)度按下式計(jì)算：

[σH]-焊縫的許用應(yīng)力，見(jiàn)表一。

表一　焊縫的許用應(yīng)力

表中[σ]為結(jié)構(gòu)件材料的基本許用應(yīng)力。這里Q235鋼板σs/σb＜0.7，則：

拉伸、壓縮、彎曲許用應(yīng)力為：[σ]，[σ]1=σs/1.5

剪切許用應(yīng)力為[τ]1：

端面承壓許用應(yīng)力[σcd]1為：[σcd]1=1.5[σ]1

下面計(jì)算焊接應(yīng)力，中間立柱的固定架受力最大，其筋板處為雙面連續(xù)焊，如圖六所示，承受縱向剪力。

圖六　立柱焊接面示意圖

剪力大小F1=鋼構(gòu)分?jǐn)傊亓?車輛分?jǐn)傊亓?/p>

=（800+2000+600）=3400kg

受剪面的面積A為：A=B×H×2

B—焊縫長(zhǎng)度B=290mmH—焊縫高度

查表得對(duì) 10mm厚鋼板焊縫高度 H=4—6mm，取H=4mm

A=2×290×4=2320mm2=2.32×10-3m2

剪切基本許用應(yīng)力為：

焊縫的許用剪切應(yīng)力

七、結(jié)語(yǔ)

對(duì)PSH6立體停車設(shè)備的主要部件和重要構(gòu)件進(jìn)行有效選型，并根據(jù)使用要求對(duì)性能和強(qiáng)度等方面進(jìn)行校核，校核結(jié)果滿足各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)要求，為立體車庫(kù)工程實(shí)踐合理選材提供理論依據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

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