交通工程觀_________________________________________________________________
!2林土
(1.广西交通职业技术学院，广西南宁530023#.南宁师范大学，广西南宁530023)
摘要：文章针对传统立体停车库存在成本高、占地面积大、存取车过程不方便等问题，设计
旋转升降式结构的双层立库，分析了立库的主体结构旋转式存取车的运行原理，并采用ANSYS workbench软件对立库主体框架进行元分析。结果表明:
库整体结构的变形最大为1132mm，在正常的载工况下，立库能够安全稳 行，说明了旋转升降式存取车原理的可行性。层立 库实现了存取程上下两层车位互不干扰，可靠性高、实用性强、方、大的推广 价值。
关键词：旋转；双层立!；ANSYS Workbench；有限元分析
中图分类号:TU248.3文献标识码：A DOI：10.13282/jki.wccst.2020.09.040
文章编号：：673-4874(2020)09-0146-05
0引言
随着国民经济的提高，人的需多，汽车的保有量也随之剧增！，远远无飞速增长的市场保有量的需求。大：
市私人拥量的迅猛递增，引起的为市生活的重大难题，立体
装解决城市的静态交起的作受到行业内外的关注。目前国内立
装置主要以式为主，还有垂式和平面移动式。在技，从机械
式向液式、机械液式、、式发展#方式上，由手发展
*+、互联。大型立装置的研制开发解决的问题！高、占地面积大，有些小型立装存取车不方便、取待时
不到业主的，导致立装置的推广受的。因此，研制一
“绿、高效、共享”理念的双层立库，成本低，提高空，对解决难问题重大意义。本课题研究的旋转式双层立库智而又独
立的高端产品，其结构与工作原理，存取车方便、快捷、，彳解决了路
边、小区、大型、住宅私人展空境的问题。现在新
能源为家庭拥有第的首选，但很多家庭只购，第的：
着拥有两辆车的家庭。设计研制的式双层立装自家原
的，为解决的手'
作者简介：黄莲花(978—)，副教授，硕士研究生，研究方向：机电控制及自动化。
基金项目：广西交通职业技术学院重点科研项目(JZY2018KAZ03)
转式层体构设计分!，李光明，林土涂
1车库的整体结构设计
层立库主要支撑架&
杠机构&机构、旋转机构、上层托盘、下层托盘&机、控制装件组成，如图1示。上层装3个自，分 、上下、90°旋转，三个自的各-个机。方机1、螺旋丝杆与滑块组成，电机轴与丝杆联轴器，实现
珠和层托盘进出o 装置的旋转机构，由两块圆形钢板与圆形轴承组并且固起，珠端固圆形钢板顶部，圆形钢板的固旋转电机，旋转机构的电机轴的钢板条与圆形钢板固—起，电机工作时带珠下，使上层托现90。旋转，把上层托盘停
道上，方开出上层停车托盘。置,“存程）双层装层托盘四周安装有7组器，上层托存取的过程中，女器物托行，传感器回馈信息，
路 开电路，车库装止运行。当物消，路恢复托盘的工作状态，确保停车装置工作的与。
图2双层车库上层停车托盘运动控制示意图
图1车库结构模型图
主在存取，据车主需要来行上层托盘，如图2所示。主取，通手机APP “取车”按钮,
方机，使上层托出，上层
脚五舟
托，器触发，水平方向机停止向前。这时，旋转机构中的机转动90°将上层托盘转道，机，使上层托盘下降，下面时，器触发止工作，车主把车开走，用手机APP启动“取”按钮，上层托盘自动复位，即为“完成取车过程）当车主存车时，启动车位“停车''按钮，上层托盘自道，车主把车开车托盘，车主下，用手机APP（”按钮,，机珠托盘向起,」述器触发,-旋转机构将托旋转90。，2上层停车托盘运动方案
立库上层托存取程中，托盘的主要珠螺和杆，托
转机构杆机构'
层托盘的进出、托盘至上层的垂。这方向的运主要珠。滚珠以将旋转转化为直线的装置2。与螺母之
弧形螺旋槽。套起时，形螺旋形的道，滚道里装珠。相螺母旋转时，珠沿着滚道流动，从而使其发生轴。传低摩擦阻力，因此，滚珠
李四端
高&、使、精度高、可逆性：
3。滚珠高精密的部件，把它层立库中，实现层库高精的。，滚珠无，电动机与滚珠的联轴器需装闸装置。
托转机构杆机构，主要
流机、箱体、蜗轮、轴承和轴组成，转矩臂与两块转动圆形钢板安装。为高工作，的材料一般米金属，蜗杆米钢材料。
杆马的减速器,，重量轻。以组合的附件和装置，并且可以装侧面的输入轴上，无件，节大量的安装空间4，低整。因为它
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以作为整装！与变速器他分的。机、变速箱等机以组合起，安装调试方便。
3车库主体结构有限元分析
有限元分析(FEA,Finite Element Analysis)采用学逼近的方模拟真实的物理(几何和载荷件)，即使而有相互作用的元素(即单元)，可以使量来逼近无量的真'元分析求解的思路无自的连续求解为自的(单元)，并以的方式(节点)相互，续体划分为数目有限的元，单元目的点处联结，元的集合体代替原来的连续体5-元，将连续体划分为多续单元，每个元若干节点的作为。即,2=Lu,',，，单元的为{/}=*u，V，
入 表示量元内的分布形态和，以量在节的值描述单元的场变量。因此元内建立的模式为：
{f}=[N]{,}(1)其中：[N]=[N,N2，N3,…],)为单位矩阵。
方程、本构方程、虚功原理分方程求解单元节点力与节的表达式，即单元矩阵。根据方程可建立单元内的
矩阵{}={x，y，z，&A，&z，&x}：
")=3]{,}(2)其中3U,b2,3，…]
形线性弹性问题，根据物理方程建立单元内的应力矩阵：
()=[%：{"}=[D：[B：{,}e(3)
:B]为矩阵,[D]为弹性矩阵,[S+为应力矩阵,:S:=[D：B：O
根据虚功原理求出单元中的节点力{F}1：
{+}=2]{,}(4)其中2+为单元的矩阵,2+=99B+"D+
1
[_B]dxdydz
整体结构上的任一点i，建立平衡方程：
&{F j={R i}(5) {R i}为i节的外荷。上式表示{R i}与围绕i点的各单元在i的节点力之和相。
—般情况下，对于钢材或其他弹塑性材料，在断裂前大的塑性变形，载后不能消失。
这种类型材料，在理论计算和仿真分析中需要考虑结构的形量大，结构的最大力屈，即使屈服，最大性
范围内。所以，通过结构的最大力、最大和总变形量三个因素可以结构
3.1主体框架的受力分析
对立库主体结构进行有限元分析时，如果不计地震荷载与风载作用和整体结构无初始变形与缺
⑺，双层车库主体框架受到的荷载主要层立体车库上层托盘自身重量甲、停放的汽车重量见、承重立柱重量W3等*+。
W=&=、见(6)—般小轿车重量见为1300kg，上层停车托盘自身重量甲与重立柱重量肥重约为260kg，所以整架承受垂载为1560kg，所有重量分布层托，利用三维软件UG建立双层立体车库的三维模型，然ANSYS workbench 软件对立库的模型进行元分析*+，如图3所示。车库承受垂载如图4所示。此车立体库上层托入的为外形尺寸不大于4800mmx1850mm x1550mm且重量V1300kg 的D类小汽车*0+。
图3立体车库三维模型图
图4车库承受的垂直荷载云图
转式层体构设计分!，李光明，林土涂
3.2主体框架变形与应力分析
双层车库主体框架Q345碳素合金钢，Q345的弹性模量E=206MPa泊松比“=0.3，密7850kg/m3，其综合性能好，低温性，性、焊接性能和可切削性-主体框架设计制作后，为检验车库的和，利用ANSYS workbench进行元分析。元分析
模型的力(Equivalent Stress)云图和总的变形量(Total Deformation)云图，如图5所示。形量云图可以看出车库结构的变形结果：结构的最大为1132mm，发生在立库结构的上层托盘边缘，上层托
与按照1：5研际立库模型变形情况相符，符合立库设计「⑴。库结构的其他，结构变形量，整体结构的最大，并不库的正行，因此车库合荷载工况下，能够行。B:S tatic Structral
Equivalent Stress
Unit:MPa
Time:l
Custom Obsolete
Max:162.25
Min:0
162.25
129.56
96.875
64.189
39.837
15.484
9.665
3.846
0.627
八十年代香港电影
图6车库结构等效应力云图
B:Static St ructral
底部贴合路径等效应力
Type:Equivalent(von—Mises)Stress
Unit:MPa
Timed
Max:18.122
Min:0.5596
图5车库结构变形量云图.10.122
■16.17
F14.278
-
12.266
.10.314
-8.3616
-6.4096
■ 4.4576
I 2.5056
■0.5516
(a)上层托盘底部支撑路径等效应力图
通过车库模型的等效应力(Equivalent Stress)云图如图6所示，结构最大Mises应力为162.25MPa。
最大应力低于材料的屈345.00MPa结构大。库结构的 !大分
域的Mises应力，说受综合荷载的工况下，结构能够正行，不会发生破坏。支撑
形量不大，上层托盘支撑架形，但变形量"'，不的旋转。层托盘支撑架可以承受的力载!整库结构!
本的停取车功能下，自身的保证。
ANSYS分析库层托的力形和应力的结果为：对车库上层托支撑路径力最大Mises应力为18.122kPa，发生在倒角以下的，如图7(a)所示。车库上层 托盘圈环形路径力最大Mises应力为83.664MPa发生在路径，如图7(b)尊木汇国际艺术广场
示。
83.664
74.574
65.485
56.195
47.107
38.717
28.128
20.030
10.849
18.602
B:Static St ructral
支撑托盘路径等效应力
Type:Equivalent(von-Mises)Stress
Unit:MPa
Time:l
Max:83.664
Min:1.8502
(b)上层停车托盘底圈环形路径等效应力图
图7车库上层停车托盘的静力变形和应力集中的分析图
不确定性分析
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3.3主体框架模态分析
为立库的固性！
下产生立库的，对其进行模态分析。车库结构整转起下的作用，同时，结构的自然不能与机激励相互，避免发生。为了研究车库结构的振动频性，这库结构进行了模态分析，模态分析为前6阶。库结
构模型较复杂，不可出全部的固和主振型，因此，只求出库整体钢结构满载情况下的前6阶固和主振型，计算所得车库结构的前6阶固表1所示。
表1车库前6阶固有频率最大变形量数据表
模态阶数固(Hz)最大形量(mrm
1 4.974 2.575
2 6.264 2.740
38.036 4.810
418.066 5.161
519.282 2.075
622.296 2.546
模态分析结果表明：一阶车库整体振动变形较，整库钢结构最大变形发生层托前横梁与纵梁的处，上层托盘相较于
形较大#库整形与相比，变化不大；三阶车库结构变形开始出现在上层托盘的右前横梁与纵梁的处，整库钢结构最大变形发生层托盘的右边顶角处#库整体结构形不大，最大变形发生层托梁与纵梁的处#库整体结构发生变形量较大，最大形发生层托盘的左前横梁与纵梁，变形量最大；六阶与 形不变，减小的趋势。
这些固下，立库发生容库钢架结构的坏破，严重库钢架结构
发生较大变形而库的工作性。因此，在实际，库使钢架结构产生有害的，在操作时要发车库钢架结构发生的固。分析，立库结构设计较合理，满足立库正常的存取车需求[13]0元分析软件ANSYS workbench库结构的主体框架变形与应力分析及实际工况下的车库钢架结构、刚度分析，验库整体结构的性。
福田繁雄
，库整钢结构行前6固进行了结构模态分析，为际工程出库钢架结构因性而采用相施提供据，也为工程供价值的参考。
层立库占地面、存取程下层互不干扰、方活、适用面广！路边、住宅、地下，解决了目前保有量越
多而导致的问题！高的市广价值。
参考文献
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4结语
本文设计的双层停车库整体结构简单，运用有限
收稿日期：2020-06-02
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