立体仓储系统穿梭车导轨换向系统结构设计【全套CAD图纸+毕业论文答辩资料】

需要购买对应 纸  咨询 14951605 买对应的 纸  14951605 或 1304139763 本科生毕业设计 (论文 ) 题     目 : 立体仓储系统穿梭车   导轨换向系统结构设计   英文题目 :   系       :   专     业 :   班     级 :   学     生 :   学     号 :   指导教师 1:  职称 :   指导教师 2:  职称 :    声     明  本人郑重声明：所呈交的论文是本人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得研究结果。论文在引用他人已经发表或撰写的研究成果时，已经作了明确的标识；除此之外，论文中不包 括其他人已经发表或撰写的研究成果，均为独立完成。其它同志对本文所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表达了谢意。  学生签名： _                  年       月      日  导师 1 签名： _                  年       月      日  导师 2 签名： _                  年       月      日   体仓储系统穿梭车导轨换向系统结构设计  摘  要  自动化立体仓库 具有占地小、容量大、周转率强、准确率高、自动化程度高、环境适应能力强等特点，在机械、冶金、烟草、电子、医药等行业得到广泛应用，成为现代物流业仓储与配送不可缺少的重要组成部分。此情况下， 需要 一种 用于两条平行轨道切换 的 导轨换向 的 系统， 包含 换向提升机构、旋转控制机构 ，通过提升机完成对小车的提升以及横向和垂向的直角转弯 。  本次设计首先根据设计功能及参数要求提出了多种设计方案；接着，通过对比分析确定了本次设计的 穿梭车 导轨换向系统结构方案采用 升降 旋转式转弯系统 ；然后，对各机构中主要零部件进行了设计与校核；最后，采用 图软件绘制了本系统的装配图及主要零件图。  通过本次设计，巩固了大学所学专业知识，如：机械原理、机械设计、材料力学、公差与互换性理论、机械制图等；掌握了普通机械产品的设计方法并能够熟练使用件，本次设计代表了普通机械设计的一般过程，对今后的设计工作有一定的参考价值。  关键词： 穿梭车 ，导轨，换向系统，设计   of is an of of in an of be In a a of of to to to of a on in to of of of of of of be to of in   录  摘  要  . 1 . 2 引     言  . 5 1 绪  论  . 7 梭车类型  . 7 梭车系统的构成与结构  . 7 梭车系统的构成  . 7 梭车的结构  . 8 内外研究现状  . 10 统自动化立体仓库  . 10 动小车存取系统  . 11 梭车系统技术 研究方向  . 12 究内容与意义  . 13 2 总体方案设计  . 15 计要求  . 15 能要求  . 15 数要求  . 15 案分析  . 15 案一：轨道转弯  . 15 案二：升降旋转转弯  . 16 案确定与原理分析  . 16 3 升降机构的设计  . 17 降电机的选择  . 17 机类型介绍  . 17 择电动机类型  . 19 动机容量的选择  . 19 动机转速的选择  . 19 降凸轮的设计  . 20 轮机构设计概述  . 20 轮结构尺寸设计  . 24 的选择与校核  . 24   旋转机构设计  . 25 择电机的选择  . 25 择电动机类型  . 25 动机容量的选择  . 25 动机转速的选择  . 25 轮齿圈设计  . 26  精度等级、材料和齿数  . 26 齿面接触疲劳强度设计  . 26 齿根弯曲强度设计  . 28 何尺寸 计算  . 29 的选择与校核  . 30 5 电气控制系统  . 31 梭车结构组成  . 31 梭车电机的选择  . 31 梭车电气控制系统  . 33 气控制系统组成  . 33 统通讯  . 34 梭车定位与速度控制  . 35 全运行控制  . 35 向系统控制系统  . 36 动芯片模块  . 36 源模块  . 36 电耦合器（  . 37 路的设计  . 37 结  论  . 39 参  考  文  献  . 40 附   录  . 41 在  学  取  得  成  果  . 42 致   谢  . 43       言  自动化 立体仓库 (信息技术和工业生产飞速发展的产物，是物流作业全流程中具有重要意义的节点。现阶段，大多数自动化立体仓库是由负责存储货物单元 (几层、十几层乃至几十层高层货架系统和能在二维空间按欧式轨线高速运行的堆垛机组成。自动化立体仓库具有占地小、容量大、周转率强、准确率高、自动化程度高、环境适应能力强等特点，在机械、冶金、烟草、电子、医药等行业得到广泛应用，成为现代物流业仓储与配送 不可缺少的重要组成部分。  然而在传统自动化立体仓库中，这种由堆垛机负责货物存取的方式存在两方面的不足。一方面是鲁棒性不强，当堆垛机发生敌障时，其所服务的巷道随即处于瘫痪状态，无法继续进行相应的出入库作业，且一般不存在备用设备，只能停机维修造成停工。另一方面是柔性不足，当传统堆垛机式的自动化立体仓库设计建造完成后，其出入库能力随之固定。随着电子商务的发展和定制化服务的深入，产品生命周期不断缩短，小批量、多批次、多品种、高时效特点的订单不断增多，使得现代企业的生产需求原则从“可靠性第一”逐渐转变成“柔性第一”。  此情况下，一种由负责水平运动的轨道导引车辆 (穿梭车 )和负责垂直运动的 升降 机 (同组成的新型仓储系统一一自动小车存取系统( 2000 年左右在欧洲、美国等地开始陆续投入使用。该系统融合了自动导引车辆系统 (穿梭车 )的柔性和传统堆垛机式自动化立体仓库的高速出入能力，被认为是自动化立体仓库的发展方向。在自动 小车存取系统中，其每一层货架均有一辆或多辆轨道导引车辆，因此系统不会由于某辆车的故障而全线停机，使其柔性要远高于传统堆垛机式的自动化立体仓库。但是，自动存取小车系统也存在着其相应的弊端。一方面，该自动小车存取系统更适用于标准托盘化的货物仓储，即单次出入的货物单元内存货数量多，难以应对以周转箱为主要存储单元的小规格、多频次的存取需求；另一方面，每层货架上均有一辆或多辆小车，对车辆管理系统的调度、控制、防堵塞等方面要求高，存在着控制系统繁复、成本巨大等问题。因此，上述原因也限制自动小车 取系统的大量应用。  为了 解决上述难题，在自动存取小车系统的基础上，另一种新兴的简化的自动化仓储系统应运而生，这就是多层穿梭车仓储系统 (该系统既很好的解决自动存取小车系统难以适应以周转箱为主的小规格货物高频次存取问题，其简洁的系统设计又能使控制调度系统易于实现，降低信息管理系统与设备控制系统的开发难度以及设备调度过程中可能的出错率。随着顾客的订单日趋呈现多批次、小批量、多频次的趋势以及电子商务环境下对高效顾客订单履行的迫切需求，物流行业对于仓储配 送的柔性化要求的日渐提高，该系统得到越来越多物流厂商的重视，并在医药、烟草等领域得到应用，例如 司的、 司的 及 团的 DS 。  虽然多层穿梭车仓储系统在一些行业领域内已经得到了认可和应用，但是关于多层穿梭车仓储系统的研究尚未深入。尤其是在储位分配和任务调度方面，大多沿用传统堆垛机式的自动化立体仓库的研究成果，没有充分发挥多层穿梭车仓储系统的优势和特点。因此 ，有必要对多层穿梭车仓储系统进行深入的分析，对其储位分配和任务调度进行研究，将该研究成果与实际工程项目相结合，以提高物流配送中心、仓储中心的管理水平与服务质量。    绪  论  近年来随着物流行业的发展 ， 穿梭车广泛应用于立体仓库和日用百货、医药、烟草以及瓶装和盒装产品等多种行业的生产中 ， 并以其快速、准确的特点而逐步获得广大用户的认可。  目前 ， 穿梭车的主要模式有直行穿梭车和环形穿梭车两种。直行穿梭车 (通常为双轨形式 )又称往复式穿梭车 ， 它在一段直线轨道上进行往复运动 ， 通过直线路径将物料从一个站点 输送到另一个站点 ， 该模式的穿梭车具有系统简单、设备少、占地面积小、输送快捷等优点 ； 缺点是输送能力有限 ， 同时 ， 系统的可靠性在很大程度上取决于单台往复穿梭车的可靠性。  环形穿梭车 ( 通常为单轨形式 ) 由往复式穿梭车发展而来 ， 穿梭车轨道在平面内呈闭环布置 ， 穿梭车沿轨道单向运行 ， 该环形轨道可以同时运行多台穿梭车 ， 但过多的穿梭车在一条闭环轨道上运行也将会导致交通堵塞 ， 致使穿梭车使用效率不高 ， 形成穿梭车运力的浪费。  梭车 系统的构成与结构  梭车 系统的构成  穿梭车 一般采用轮式驱动，具有电动车的特征。 穿梭车 小车能在地面控制系统的统一调度下，自动搬运货物，实现自动化的物料传送。因其具有灵活性、智能化等特点，能够方便地重组系统，达到生产过程中的柔性化运输之目的。较之传统的人工或半人工的物料输送方式， 穿梭车 系统大大减轻了劳动强度和危险性，提高了工作效率，在机械、电子、纺织、卷烟、医疗、食品、造纸等行业都可以发挥作用。国外的 穿梭车 系统设计，应用水平都比较高，应用范围也很广泛。国内的应用相对少一些，但是在各方面的共同努力下，国内的 穿梭车 系统的设计水平和应用水平正在接近或赶超国际先进水平。  穿梭车 系统由控制台、通讯 系统、地面导航系统、充电系统、 穿梭车 和地面移载设备组成，如图 1示。    1梭车 系统示意图  其中主控计算机负责 穿梭车 系统与外部系统的联系与管理，它根据现场的物料需求状况向控制台下达 穿梭车 的输送任务。在 穿梭车 电池容量降到预定值后，充电系统给 穿梭车 自动充电。地面移载设备一般采用滚道输送机、链式输送机等将物料从自动化仓库或工作现场自动移载到 穿梭车 上，反之也可以将物料从 穿梭车 上移载下来并输送到目的地。 穿梭车 、充电系统、地面移载设备等都可以根据实际 需要及工作场地任意布置，这也体现了 穿梭车 在自动化物流中的柔性特点。  梭车 的结构  穿梭车 由车载控制系统、车体系统、导航系统、行走系统、移载系统和安全与辅助系统组成。  （ 1）车载控制系统  车载控制系统是 穿梭车 的核心部分，一般由计算机控制系统、导航系统、通讯系统、操作面板及电机驱动器构成 片机及工控机等。导航系统根据导航方式不同可分为电磁导航、磁条导航、激光导航和惯性导航等不同形式 梭车 确定其自身位置，并能沿正确的路径行走。通讯系统是 穿梭车 和控制台之间 交换信息和命令的桥梁，由于无线电通讯具有不受障碍物阻挡的特点，一般在控制台和 穿梭车 之间采用无线电通讯，而在 穿梭车 和移载设备之间为了定位精确采用光通讯 梭车 调试时输入指令，并显示有关信息，通过 口和计算机相连接。 穿梭车 上的能源为蓄电池，所以 穿梭车待命站  充电系统  路径  面移  栽设备   动作执行元件一般采用直流电动机、步进电动机和直流伺服电机等。  （ 2）车体系统  它包括底盘、车架、壳体和控制器、蓄电池安装架等，是 穿梭车 的躯体，具有电动车辆的结构特征。  （ 3）行走系统  它一般由驱动轮、从动轮和转向机构组成 四轮、六轮及多轮等，三轮结构一般采用前轮转向和驱动，四轮或六轮一般采用双轮驱动、差速转向或独立转向方式。  （ 4）移载系统  它是用来完成作业任务的执行机构，在不同的任务和场地环境下，可以选用不同的移载系统，常用的有滚道式、叉车式、机械手式等。  （ 5）安全与辅助系统  为了避免 穿梭车 在系统出故障或有人员经过 穿梭车 工作路线时出现碰撞， 穿梭车一般都带有障碍物探测及避撞、警音、警视、紧急停止等装置。另外，还有自动充电等辅助装置。  （ 6）控制台  控制台可以采用普通的 ，如条件恶劣时，也可采用工业控制计算机，控制台通过计算机网络接受主控计算机下达的 穿梭车 输送任务，通过无线通讯系统实时采集各 穿梭车 的状态信息。根据需求情况和当前各 穿梭车 运行情况，将调度命令传递给选定的 穿梭车 。 穿梭车 完成一次运输任务后在待命站等待下次任务。如何高效地、快速地进行多任务和多 穿梭车 的调度，以及复杂地形的避碰等一系列问题都需要软件来完成。由于整个系统中各种智能设备都有各自的属性，因此用面向对象设计的 C+语言来编程是一个很好的选择。在编程时要注意的是 穿梭车 系统的实时性较强，为了加快控制台和 穿梭车 之间的无线通讯以及在此基础上的 穿梭车 调度，编程 中最好采用多线程的模式，使通讯和调度等各功能模块互不影响，加快系统速度。  （ 7）通讯系统  通讯系统一方面接受监控系统的命令，及时、准确地传送给其它各相应的子系统， 成监控系统所指定的动作 :另一方面又接收各子系统的反馈信息，回送给监控系统，作为监控系统协调、管理、控制的依据。  由于 穿梭车 位置不固定，且整个系统中设备较多，控制台和 穿梭车 间的通讯最适宜用无线通讯的方式。控制台和各 穿梭车 就组成了一点对多点的无线局域网，在设计过程中要注意两个问题 : 无线电的调制问题  无线电通讯中，信号调制可以用调幅和调频两种方式。 在系统的工作环境中，电磁干扰较严重，调幅方式的信号频率范围大，易受干扰，而调频信号频率范围很窄，很难受干扰，所以应优先考虑调频方式。而且调幅方式的波特率比较低，一般都小于3200s，调频的波特率可以达到 9600K s 以上。  通讯协议问题      在通讯中，通讯的协议是一个重要问题。协议的制定要遵从既简洁又可靠的原则。简洁有效的协议可以减少控制器处理信号的时间，提高系统运行速度。  （ 8）导航系统  穿梭车 导航系统的功能是保证 穿梭车 小车沿正确路径行走，并保证一定行走精度。 穿梭车 的制导方式按有无 导引路线分为三种 :一是有固定路线的方式 :二是半固定路线的方式，包括标记跟踪方式和磁力制导方式 ;三是无路线方式，包括地面帮助制导方式、用地图上的路线指令制导方式和在地图上搜索最短路径制导方式。  多层穿梭车仓储系统作为一种新型自动化立体仓库，对其研究尚处于概念解释和应用介绍方面。考虑其与传统堆垛机式的自动化立体仓库和自动小车存取系统具有一定的传承性和相似性，因此借鉴这两种自动化立体仓库的相关研究成果，将对本文的研究有着极大的帮助。同时，在集装箱码头的堆场管理领域，针对基于相似原理的堆场多车 仓储系统的研究也为本文研究提供了很大帮助。  自动化立体仓库最早于二十世纪五六十年代出现在美国。其打破了传统平面堆放的仓储管理模式，有效地减少了仓库占地面积，兼有高效率出入的特点，使其在世界 国得到了广泛的应用。在传统自动化立体仓库的作业管理领域研究，大多集中在储位分配和任务调度两个方面。  （ 1）储位分配。仓储管理的首要任务就是要对入库货物分配相应的仓位，因此储位分配一直是自动化立体仓库研究的热点。首先，货位管理有着不同的存储策略，如共享存储、定位存储、分类存储和随机存储等。其次 ，为了减少堆垛机完成货物出入库的行程时间，低周转率货物应放在离 I O 站台远的仓位，高周转率货物应放在离 I O 站台近的仓位。再次，为提高货架安全性和稳定性，重量大的货物应该放在低层，重量小的货物应该放在高层。基于上述思想，常见的储位分配原则有全周转率、订单体积指数 (货物重量、货物体积、温湿度要求等，其中 出的订单体积指数得到了广泛的研究和应用。  （ 2）任务调度。在传统自动化立体仓库中，堆垛机行驶在二维垂直平面内，运动线路为两点间的欧式距离 ，其任务调度的关键在于如何在最短的行驶距离内遍历所有的出入库货位。该思路与旅行商问题 (似，因此传统自动化仓库的任务调度研究大多基于旅行商问题进行优化和求解。 最早将物流仓库订单拣选作业看作旅行商问题来进行研究。进而，以遗传算法为代表的各类启发式算法被应用于求解自动化立体仓库内的任务调度问题，如田国会等提出了多种调度规则，并利用遗传算法及其改进算法对其进行对比分析。  动小车存取系统  美国伦斯勒理工学院的 队 最早开始自动小车存取系统的分析研究。现阶段关于自动小车存取系统的研究集中在建模分析、阻塞与死锁、任务调度与设计指导三个方面。  （ 1）建模分析。对自动小车存取系统的建模分析始自 设计了一套概念化方法来分析货架尺寸、仓储策略和车辆配比等因素对该系统出入效率的影响：对比单指令循环 (双指令循环 (种作业模式下自动小车存取系统的出入库效率。在此基础上，其科研团队开始使用不同的排队网络模型来研究自动小车存取系统。 于 随机存储和停在任务完成处的停靠点策略 (利用嵌入式排队网络模型分析平均任务 业时间，其将矿辆轨道导引车和三台 升降 机看做两个子系统。对于轨道导引车辆子系统而言，车辆作为服务机构，任务作为顾客，将其设计为 M G V 队列；对于 升降 机子系统而言， 升降 机作为服务机构，车辆作为顾客，将其设计为 M G L 队列。通过迭代分析来估算车辆平均等待时间和 升降 机服务率等。相比而言， 出了一种将出入库任务看作顾客，自动导引车辆和 升降 机看作一组并行服务机构的队 列，进而分析了系统效率。相较于前人所提出的开环排队网络 (  提出利用半开放排队网络 (分析跨层作业的自动小车存取系统。  （ 2）阻塞与死锁。自动小车存取系统由多辆自动导引车辆和 升降 机组成，存在着大量冲突点、阻塞点，易于出现死锁问题。在此方面，我国厦门大学罗键团队开展了广泛的研究。何善君在其博士论文中，利用双重着色动态赋时心护网分析自动小车存取系统行为，建立了作业任务进入系统、装载、 卸载、输送等行为模型，并对其出入库过程进行可行性分析，最后利用有向图和心删网知识研究穿梭车环路死锁控制。与此同时，吴长庆、陈火国也基于忍们网建模和死锁控制提出了相应优化方法。  （ 3）任务调度与设计指导。罗键引先后用遗传算法、粒子群算法、模拟退火算法和量子粒子群算法等启发式算法对自动小车存取系统的货位分配和 升降 机调度进行了优化求解。齐昌盛基于旅行商模型对自动小车存取系统的任务指派以及 升降 机、车辆配合问题进入了深入研究。此外，  仓储货架形式、 升降机数量、自动导引车辆数量等方面对 自动小车存取系统和传统堆垛机式的自动化立体仓库进行了比较。他们考虑了 15 种情况，包括库存容量从 10， 000 到 30， 000，任务数量从每小时 100 个到每小时 300 个 (假设都是按照泊松分布到达 )。  而确定最优解决方案。  梭车 系统技术研究方向  （ 1）导引技术：八十、九十年代，正当国内的一些院校厂所致力基于埋线电磁导引技术并刚开始应用，基于 边图像识别导引技术停滞不前之时，美国 则以汽车行业为代表，应用推广了基于陀螺导航的定位技术；瑞典的 13- 公司则推出了基于激光反射测角定位技术。近年来，出现了激光测角与测距相结合的导引技术，其导引头已经商品化。导引技术的进步，提高了行程路径的柔性化，同时提高了停位精度，由 10 毫米，缩小至 5 毫米，乃致 3 毫米。 位导航技术则在大型（最大可达 40t） 穿梭车 上得到应用。  （ 2）移载技术：针对不同应用需求，出现了背辊式，背链式，推挽式，牵引式，龙门式，侧叉式、前叉式、后叉式、三向叉式、升降伸缩叉式等。由于移载技术，驱动技术、电池技术的进步，促进 了载重 /自重比的大幅提高，由 1:4 提高到 1:同样载重量，先进车型自重下降为落后车型的 1/4。使车辆移动的能耗成倍降低，因而可以少装电池，使 穿梭车 的自重、功耗形成良性循环。  （ 3）电池技术：由采用酸性电池，进步到高能酸性电池，近年来，又开始采用高能碱性电池，提高环保性能，大幅提高了充、放电比，由充电时间 /放电时间为 1:1提高到 1;12，大幅缩短了待机充电的时间。  （ 4）智能化：在企业物流自动化技术中，现代 穿梭车 技术最具有智能化的特征，车载计算机的硬软件功能日益强大不断升级，使 穿梭车 及 穿梭车 系统具有从 网络、无线或红外接收上位及客户指令，自动导引，自动行驶，优化路线，自动作业，交通管理，车辆调度，安全避碰，自动充电，自动诊断，实现了 穿梭车 的智能化，信息化，数字化、网络化、柔性化、敏捷化、节能化、绿色化。现代 穿梭车 是 24 小时不知疲倦的聪明小车（仅在任务间隙时随机进行短时充电），能主动、自序、有节拍按最安全、快捷的路线执行作业。智能化的结果加上动力强劲，行驶速度可达 160 米 /分，反映在选用车辆台数上成倍减少。  综合国内外研究文献可以发现，虽然多层穿梭车仓储系统己经开始投入实际生产与应用， 但是相应理论研究尚未及时跟上。而传统堆垛机式的自动化立体仓库的研究成果并不完全适应于该新型仓储系统，无法为自动化立体仓库设计与管理人员提供更多的研究成果以参考借鉴。  本文以出库任务完成为背景，分析单层作业的多层穿梭车仓储系统 (务作业完成时序特点，建立以并行流水线作业为基础的作业时序模型，分析影响该 统出库作业完成效率的关键因素。一方面，利用开环排队网络模型，分析多层穿梭车仓储系统的设备问等待时间和空闲状态，利用蚁群聚类算法确定储区划分，再将储区并按照一定原则在二维平面内排列组合，最后在实例分 析中验证结果。另一方面，建立起多层穿梭车仓储系统任务调度优化的多目标优化函数，利用基于 优解的带精英策略的非支配排序遗传算法 (定一个固定时间窗内的任务排序。  本文研究能够丰富多层穿梭车仓储系统的理论研究，为仓储管理人员和设计人员在进行储位分配和任务调度时提供理论依据，从而有效的提高多层穿梭车仓储系统的牢间利用率和出入库效率。    总体方案设计  完成 立体仓储系统穿梭车 导轨换向系统 设计 ， 该系统 通过 升降 机完成对小车的 升降 以及横向和垂向的直角转弯， 主要用于两条平行轨道的切换。  求  穿梭车参数（托盘： 1200*1000）  技术指标  数值  温度范围（ C ）  升降 高度（  自由高度（车身高）（  小车长度（含防撞块）（  小车宽度（含车轮导向）（  小车自重（  额定负荷（  空载速度（ m/ 满载速度 (m/有效工作时间 (h) +45C；  0C （冷