PSH5D二层升降横移机型计算书

1 PSH5D二层升降横移机型计算书 PSH5D机型为二层升降横移类停车设备。二层升降横移机型的工作原理为：一层车台可以直接存取车辆，并可以左右移动。二层车台使用升降马达工作，载车板及车辆可以升降，当某个二层车台的载车板下方一层车台横移留出空间后，该载车板下降至地面，车辆便可自由进出。 设备采用框架式结构，由立柱、前后横梁、上中纵梁以及左右纵梁构成金属框架，材料为Q235型钢。四根立柱为150×150mm，壁厚6mm方管；前、后横梁为H300×150×6.5×9规格H型钢；上中纵梁为H250×125×6×9规格H型钢；左右纵梁为H250×125×6×9规格H型钢。钢构部分简图见附件。

一、 设计计算依据和主要参考资料 《机械式停车设备通用安全要求》GB 17907-2010； 《升降横移类机械停车设备》JB/T 8910-1999 ； 《机械式停车设备类别、形式与基本参数》JB/T 8713-1998 《机械设计手册》化学工业出版社2009.01北京第五版第29次印刷 《材料力学》王吉民主编，中国电力出版社，北京，2010年8月第一版 《钢结构设计规范》GB50017-2003

二、立柱的强度、稳定性计算 根据JB/T 8713-1998表2规定，大型轿车质量≤1700kg。根据GB 17907-2010第5.2.2.2条，将汽车质量按6：4分配到前轴和后轴，并以受力大的一 2

侧作集中载荷计算，由此根据PSH5D钢结构受力特性需要对前左、前右2根前立柱作强度和稳定性计算。单根前立柱高度为2214mm，材料为Q235型钢，截面为150×150mm，壁厚6mm方管。其底部通过地脚螺栓固定于地面。计算工况为PSH5D停车设备的二层车位全部停入重量为1700kg轿车的满载工况。载车板的重量454.5kg；轿车重量1700kg，一根前横梁的重量为295kg；一根后横梁的重量为365kg；两根上中纵梁总重为490kg；两根左右纵梁总重为466kg。 据此，两根前立柱承载的垂直载荷为 （454×50%+1700×60%）×3+295+490×50%+466×50%=4514kgf，单根前立柱承载的垂直载荷为2257kgf。 2.1前立柱的强度计算 根据《机械设计手册》第五版3-134页，规格150×150mm，壁厚6mm方管的截面积为33.63平方厘米。 垂直载荷作用下前立柱的正应力为

MPa58.6Pa65770441033.639.82257AP4-111 6.57MPa小于Q235钢材本身的屈服极限235MPa，符合要求。 2.2前立柱的稳定性计算 立柱底端通过地脚螺栓与地面固定，可视为一端固定、一端自由的压杆。 根据《机械设计手册》第五版1-171页表1-1-124，取其长度系数μ=2，稳定系数η=2.467。 根据《机械设计手册》第五版3-134页，规格150×150mm，壁厚6mm方管的截面惯性矩为1145.94cm；惯性半径5.837厘米。 3

已知立柱高度为l=2295mm=229.5cm；根据《机械设计手册》第五版1-170页表1-1-123柔度计算公式， 其柔度λ=78.645.837229.52iminl 属于中等柔度压杆。据同表中提供的直线经验公式，其临界应力 bac 其中a、b值由《机械设计手册》第五版1-173页表1-1-127确定，对于Q235钢材a=30400 2·cmN，b=112 2·cmN 因此bac=30400-112×78.64=21592.742·cmN 临界载荷Kgf40987726163.71N63.3374.21592APcC 稳定安全系数32.832257/74098/PPSc，大于《机械设计手册》第五版1-169页表1-1-120推荐参考值，符合稳定性要求。

三、横梁的强度、刚度、稳定性计算 本机型的钢结构中，前、后横梁两端由立柱支撑，左右纵梁和上中纵梁对称分布，两端通过螺栓固定在前后横梁上。因为左右纵梁对前、后横梁的压力于与立柱对前、后横梁的支反力方向重合，所以左右纵梁载荷直接由立柱承载，其对前、后横梁只有压力作用。搭在前、后横梁1/3与2/3长度位置上的上中纵梁，其载荷使得前、后横梁均承受弯矩和扭矩。根据GB 17907-2010第5.2.2.2条，将汽车质量按6：4分配到前轴和后轴，受力大的一侧作集中载荷计算，因此需要对前横梁进行强度、刚度、稳定性计算。 3.1已知条件 4

前横梁可视为简支梁。在一般情况下，钢梁的自重可以略去。轿车和升降车板的载荷通过链条、链轮和传动轴传递到上中纵梁上，受力情况如下

图 前横梁与四根纵梁（左纵梁、右纵梁、上中纵梁）连接，其中左、右纵梁与前横梁连接点处的集中载荷大小为454×25%+1700×60%×50%+233×50%=740Kgf；中纵梁与前横梁连接点处集中载荷大小为454×50%+1700×60%+245×50%=1369.5Kgf。其中左、右纵梁位置正好位于左右支点（也即左右立柱）上方，对于横梁的弯曲变形讨论没有影响，因此可以在讨论过程中略去，问题简化为下图所示：

两支点间距，也即前左立柱和前右立柱中心距为7500mm。 根据《机械设计手册》第五版3-12页表3-1-6可知，Q235钢材屈服强度为235MPa，抗拉强度为370MPa。前横梁材料为H300*150*6.5*9型钢，据《机械设计手册》第五版3-120页表3-1-59可知其惯性矩46829cmIx，截面系数33.455cmWx，惯性半径cmix08.12，cmiy29.3，截面积为46.78平方厘米。 5

根据 《材料力学》（王吉民主编，中国电力出版社，北京，2010年8月第一版）第55页，对于塑性材料，许用切应力[τ]与许用正应力[]的关系是 [τ]=（0.5～0.577）[] 取其最小值，得Q235钢材的许用切应力[τ]为0.5×235=117.5MPa。 力学特性可以查手册19-45 3.2前横梁的正应力强度条件校核 梁、载荷均左右对称，易求得左右支点反力DARR1369.5Kgf。 弯矩最大值出现在BC段，其值为 ABmaxL ·BPM1369.5×9.8×2.5=33552.75N·m H型钢对中性轴对称，其最大正应力 𝜎𝑚𝑎𝑥=𝑀𝑚𝑎𝑥𝑊𝑥=33552.75455.3=73.69MPa 因73.69MPa＜235MPa，且73.69MPa＜370MPa，故此前横梁正应力强度满足需求。

3.3前横梁的切应力强度条件校核 BC段剪力为零，AB段与CD段剪力相等， 5.1369CBCDABPPQQ

Kgf

最大切应力为87.21046.789.85.3691AQ4-ABmaxMPa 因2.87MPa＜钢材的许用切应力[τ] =117.5MPa，故此前横梁切应力强度满足需求。 6

3.4前横梁的刚性校核 根据《机械设计手册》第五版1-7页表1-1-6，碳钢的弹性模量E为196～206GPa，这里取最小值196Gpa计算。 196Gpa=1.96×1110Pa=1.96×1110N/2m=1.96×710N/2cm

据《机械设计手册》第五版1-126页表1-1-96，前横梁的最大挠度为 50.17502504-368291096.1247505029.85.3691LL4-3·24EIL · L ·P2722ADABx2ADABAmaxfcm 根据《钢结构设计规范》GB50017-2003附录表A1.1.1第四项规定，对于工作平台的主梁或桁架（包括设有悬挂起重设备的梁和桁架），同时考虑永久和可变载荷标准值产生的挠度的容许值为l/400。据此，前横梁长度为7500mm，挠度容许值为7500/400=18.75mm=1.875cm。 因1.50cm＜1.875cm 所以刚度满足要求。

3.5前横梁的稳定性校核 根据《钢结构设计规范》GB50017-2003第4.2.2条规定，梁的整体稳定条件为

PxMWb

max

式中，maxM为绕强轴的最大弯矩，由3.2节的计算，本例中maxM

33552.75 N·m=3355275 N·cm；

xW为抗弯截面系数； 7

P为梁的弯曲许用应力，对于Q235钢，当梁的截面厚度不超过16mm时，P为215MPa；查机械设计手册

b为梁的整体稳定系数，其值由《钢结构设计规范》GB50017-2003附录B部分B.1-1公式计算：

ybyxbfhtWAh2354.41·4320·212yb









式中： b为梁整体稳定的等效临界弯矩系数，按《钢结构设计规范》GB50017-2003附录B部分表B.1采用，在本例中为1；

y为梁在侧向支承点间对弱轴y-y的长细比，在本例中为yiL/AD=227.96； A为梁的截面面积，在本例中为46.78平方厘米； h为梁截面全高，在本例中为30厘米；

1t为受压翼缘厚度，在本例中为0.9厘米；

b为截面不对称影响系数，在本例中截面双轴对称，因此b为0。

yf为钢材屈服强度。

因此2352350304.40.9227.961455.33046.78227.96432000.122b





=0.474 所以.6MPa551cm ·N 15561.27455.3474.03355275W2-bmaxxM 而155.6MPa＜P=215MPa，因此满足稳定要求。