机械毕业设计（论文）-巷道式单立柱型堆垛机设计（全套图纸） .doc

江苏科技大学本 科 毕 业 设 计学 院 机电与汽车工程学院 专 业 车辆工程 学生姓名 班级学号 指导教师 二零一四年六月iii江苏科技大学本科毕业设计江苏科技大学本科毕业论文巷道式单立柱型堆垛机设计the design of roadway single-column stacker摘 要全套图纸，加153893706一个合理化的物流系统对于一个现代化企业来说意味着能够更加地节省成本，提高产品运输效率。因此立体型仓库应运而生，并已经普遍应用于汽车，电子等行业。立体型仓库的运用不仅可以使仓库可以建的更高，存取能够自动化，操作能够简便化，而且还可以节省空间，提高效率，节省成本。巷道式单立柱型堆垛机作为自动化立体型仓库中最重要的起重堆垛设备，其主要作用为：将高层货架上的商品取出转移到巷道口；或者将遗留在巷道口的商品移入货架。本文主要介绍了堆垛机的发展状况及具体特点，对堆垛机的具体组成部分进行研究并完成堆垛机的结构设计，载货装置选用齿轮-链条和齿轮-齿条相结合的传动方式，实现了货叉伸缩取货的功能，具有传送精度高的优点。行走装置选用链传动，实现了堆垛机水平行走的功能，链传动具有在承受大的载荷下稳定地进行传送的能力。提升机构选择齿轮传动方式，齿轮驱动卷筒，卷筒带动钢丝绳将载货台提升，实现了载货台在垂直方向升降的功能。最后将对所设计的各个机构进行受力分析与计算,并进行装配图和零件图的绘制。关键词：单立柱型； 堆垛机； 结构设计； 受力校核abstracta rationalization of logistics system means being able to more cost savings for a modern enterprise, improve product transport efficiency. thus came into being three-dimensional warehouse, and has been widely used in automotive, electronics and other industries. three-dimensional warehouse can only make use of the warehouse can be built higher, access can be automated, simple technology can operate, but also can save space, improve efficiency and save costs. roadway single column type stacker automated three-dimensional warehouse as the most important device from the carrier, its main role is: to remove the merchandise on the shelves of high-level roadway transferred to the mouth;, or left in the roadway will be moved to the mouth of the merchandise shelves. this paper describes the development of stacker and the specific characteristics of the specific components of the study stacker and complete structural design stacker, laden device selected gear - transmission rack combines - the chain and gears achieve the function to pick up the telescopic fork, with the advantages of high transmission accuracy. walking device selection chain drive to achieve a level of ambulatory function stacker, chain drive has the capacity to carry out large stable load transfer. lifting mechanism to select gear transmission, gear-driven reel, reel drive rope cargo units will enhance the realization of the cargo units vertically lifting function. finally, stress analysis and calculation will be designed by the various agencies, and assembly drawing and parts diagrams.key words: single column type，stacker，structural design, stress check 目 录第一章 绪论11.1巷道式单立柱型堆垛机的研究背景及发展状况11.1.1研究背景11.1.2研究发展状况11.2堆垛机的分类21.3单立柱型堆垛机的特点21.4本章小结3第二章 堆垛机的结构设计及布置42.1单立柱型堆垛机的结构组成部分42.2单立柱型堆垛机的工作方式42.3堆垛机各部分的速度计算及选择52.3.1行走速度的选择52.3.2升降速度的选择52.3.3货叉的伸缩速度的选择62.4 载货装置工作原理及结构设计62.5提升机构的工作原理及结构设计82.6行走机构的工作原理及结构设计92.7本章小结10第三章 安全保护设施的设计113.1断绳保护装置设计113.2断电紧急停车装置设计113.3其他安全保护装置设计123.4本章小结13第四章 堆垛机各机构减速电机的选用144.1载货装置电机选用144.2提升机构电机选择144.3行走电机选用154.4本章小结15第五章 堆垛机各部分的力学分析及计算165.1堆垛机载荷分析与计算165.1.1 沿巷道纵向平面（yoz平面）受力分析195.2单立柱堆垛机静刚度分析与计算215.2.1 f0的计算215.2.2 f1的计算225.2.3f2的计算225.3弯矩放大系数及临界载荷分析与计算235.4单立柱堆垛机强度计算255.4.1立柱强度计算255.4.2下横梁强度计算265.5本章小结26结 论28致 谢29参考文献30vi第一章 绪论随着现代社会的发展，企业对物流系统的需求越来越高，现代物流系统应该要具有将产品快速出入仓库的能力，从而立体型仓库应运而生。堆垛机作为立体型仓库中最重要的运输设备，其能否满足产品出入库的要求对于现代企业的物流系统能否建立具有重大影响。1.1 巷道式单立柱型堆垛机的研究背景及发展状况1.1.1 研究背景现代社会的发展使得越来越多的企业发现物流系统的效率的提高对于企业成本的降低，利润的提高具有重要意义，使用立体式仓库就是提升物流系统效率的方法的其中一种，堆垛机作为现代化的起重堆垛工具，其能否可靠作业对于立体型仓库能否发挥作用具有很大影响。巷道式单立柱型堆垛机相对于其他种类堆垛机具有明显优势，在现代企业立体仓库中很受欢迎，因此研究巷道式单立柱型堆垛机已成为近年来的一大热点，其特点将于下文中详细讲述。1.1.2 研究发展状况50年代初，美国立体型仓库中开始出现桥式堆垛机进行作业的情况，之后带有司机室的巷道式堆垛机开始出现在立体仓库中，到了60年代，机械式立体仓库（mechanicalhigh-risewarehousesystem）由美国首创。操作人员通过一系列的按钮和开关来控制产品的入库和出库，实现了搬运自动化。到七十年代，由于plc，自动存取系统等技术的发展，控制方式也随之发展成为自动化控制。为了满足现代仓库的需求，堆垛机的高度越来越高，1970年，高度为40m的堆垛机研发成功1。中国第一台堆垛起重机于1963年研制成功，是一台桥式堆垛机，70年代开始在立体仓库中使用堆垛机作为起重堆垛设备，第一座自动化立体仓库由北京机械工业自动化研究所等单位研发成功并成功在北京汽车厂投用。上世纪由国内独立设计和制造的综合自动化程度最高的立体仓库则是由仪征化纤工业联合公司于1995年建成的涤纶自动化立体仓库2。到了2010年，全国已经有大约2000座立体型仓 库3 。与此同时由于堆垛机是立体仓库中最重要的起重堆垛设备，也得到了巨大的发展，与外国相比，技术已经可以媲美欧美国家，但是在高速性，可靠性和工艺方面与他们还有一段较大的距离。1.2 堆垛机的分类堆垛机分类方式很多，不过在立体仓库应用中，按结构形式和运行轨迹分类是堆垛机最常见的分类方式 4。堆垛机按用途分为：单元型，拣选型，单元-拣选三类。按控制方式分为：手动，半自动和全自动三种。按应用巷道数量分为：直道型，转弯型和转轨型三种。按金属结构的形式分为：单立柱型堆垛机和双立柱型堆垛机两种。1.3 单立柱型堆垛机的特点单立柱型堆垛机特点有以下几点：(1)具有高可靠性的特点。单立柱型堆垛机所选电控器件均可以达到2万小时以上安全运行无故障的标准。(2)具有高安全性的特点。单立柱堆垛机的三大机构都设有机械保护和电控保护装置。(3)具有高智能化的特点。用户可以通过触摸屏输入指令，其控制结构能够自动接收，分析和执行指令，并能自动记录并保存所有的状态信息和故障数据，并能够在运行过程中发生异常时，瞬间自动停止运行并进行报警。(4)具有结构简单，灵活性高的特点。单立柱型堆垛机其起升结构是通过单根钢丝绳拉动的，相比双立柱型堆垛机不用考虑运动同步性的问题，结构简单许多，而且双立柱型堆垛机的结构多采用链条传动，而链条传动多是封闭链或者配重装置。在狭窄型的巷道内受尺寸影响很大，很难布置。桥式堆垛机的一切运动均需通过立柱上的取货装置实现，因此桥式堆垛机的作业高度不够高，一般只能在h12m,r0.71kw，因此本次选择的电动机合适。4.2提升机构电机选择kw （4-3）v=20m/s,代入数据后，得：p=1.09kw。经查表，选择选用电动机 y90l-4 实际功率=1.5*0.79=1.185kw1.09kw,选择的电机型号合适。4.3行走电机选用 （4-4）行走速度v=100m/s,代入数据可得 p=1.33kw，查表得，选择电机动型号为y90l-2，实际功率为2.2*0.805=1.771kw1.33kw。因此选择的电机型号合适。4.4本章小结本章主要根据三大机构所需的速度和动力，选择合适的电机进行动力驱动，根据静功率公式进行计算，分别选择的电机型号为：载货装置- y90s-6，提升机构- y90l-4，行走装置- y90l-2。第五章 堆垛机各部分的力学分析及计算5.1堆垛机载荷分析与计算堆垛机的载荷主要由以下几方面组成：图中1-货叉系统和额定载荷，其重力记为g1。 2-载物台，其重力记为g2。 3-立柱，其重力记为g3. 4-电机柜，其重力记为g4。 5-水平驱动系统，其重力记为g5。 6-货叉电机驱动系统，其重力记为g6。 设滚轮压力为p,。图5-1堆垛机简图图5-2 堆垛机载物台简图1.载物台滑轮压力由图5-1,5-2所示载物台在oyz平面内载荷图，由m= 0，得正下方滚轮压力： （5-1）由图5-3所示立柱在xoz平面内的载荷图，根据m = 0，可得侧边滚轮所受压力，即： （5-2）图5-3 xoz平面受力图2. 总提升力受力分析，由fz = 0，可得下式： (5-3)3.立柱顶部作用力图5-4表示堆垛机载物台钢丝绳收卷系统的力学简图，经过受力分析后可以发现立柱顶部作用力来源主要有：起升载荷，滚轮产生的摩擦力，钢丝绳的提升张力和上横梁组件自身的重力。（1）起升载荷计算: (5-4) 其中为动力系数,一般可取值为1.05-1.1。 (2)滚轮摩擦力计算： （5-5） 其中f称为滚动摩擦系数，经查表可知，取0.08。图5-4 提升钢丝绳的受力简图(3)提升钢丝绳的张力计算： （5-6）式中为提升系统效率，一般可取的值为0.98-0.99。m 为绕绳倍率，一般取值为2。(4)立柱顶部压力计算：kn （5-7）式中的g轮和g梁分别表示顶部滑轮和上横梁的重力。5.1.1 沿巷道纵向平面（yoz平面）受力分析因为堆垛机基本上是沿巷道平面相对称的结构，因此我们主要研究堆垛机平行巷道平面即（yoz平面）的时候的受力状况。当载物台处于额定载荷状况下，且位于最高位置时，若此时堆垛机以最大加速度进行启动或者制动，立柱受力将处于最不利情况。7因此我们研究堆垛机处于这种状态下的受力，在yoz平面堆垛机尺寸及结构如图5-5所示：图5-5 yoz平面受力简图h：堆垛机高度b：左右行走轮间距，ph:水平惯性力，h：上滚轮到顶端距离，a,:立柱中心到右行走轮中心距离，b: 立柱中心到左行走轮中心距离立柱横向力矩为：kn/m （5-8）将5-1式代入上式有：kn/m （5-9）立柱横向力ph用下式计算： （5-10）式中a表示最大加速度，sw表示立柱振动系数，其最大值取2。me为堆垛机的等效质量。是通过堆垛机各部分的结构的质量换算的，其公式为： （5-11）其中m上表示上横梁重量，m滑表示滑轮重量，m升表示货叉系统和额定载荷的总重量，m柱表示立柱重量8。5.2单立柱堆垛机静刚度分析与计算立柱的静刚度是通过载货台位于立柱的最高位置时，顶端在巷道纵向平面内的挠度得到体现的，要求设计挠度应当小于许用值，即ff 9。顶部产生的挠度f产生因素有：1.在m作用下，立柱顶部产生的挠度f0；2.在m作用下，下滚轮处截面的转角引起的挠度f1；3.下横梁和立柱连接处截面转角引起的立柱顶部水平位移f2 7。 5.2.1 f0的计算图5-6 堆垛机刚度计算简图由外载荷弯矩图mp和单位载荷弯矩图m2两图计算有： （5-12）i柱:立柱截面垂直纵向平面的惯性距；i梁:下横梁截面垂直纵向平面的惯性距；e:材料的惯性模量。5.2.2 f1的计算由外载荷弯矩图mp和单位载荷弯矩图m1计算得： （5-13） （5-14）5.2.3f2的计算5-7 下横梁的计算取下横梁为研究对象，进行f2的计算，5-7为其计算简图，g0为下横梁支撑上部重量。（5-15） (5-16)由上述计算可见，立柱一般处于下横梁的中间，因此两个滚轮到立柱中间的距离一般相差不大，所以，b-a数值很小，由下横梁的变形所引起的挠度可以忽略不计，即f2=0所以可得： (5-17)f目前没有统一的标准，根据设计人员的经验，一般f为： (5-18)5.3弯矩放大系数及临界载荷分析与计算从图5-5中可以看出，立柱产生挠度的原因为：轴向压力f，横向力 ph和横向力矩m正，是压弯构件，简化为如图5-8所示：图中 f 0表示在顶端由横向载荷 ph 与 m 正共同作用产生的挠度。由于轴向力 f的作用，轴向力在立柱上产生一个力矩，因此挠度由 f 0增大为 f ， f与f0的关系为: (5-19) （5-20）fk表示立柱中心受压临界载荷。立柱任意截面弯矩公式为： （5-21）令横向弯矩 (5-22)则： (5-23)图5-8 结构挠曲变形示意图由上式可知，当z=0，y=0，立柱根部具有最大弯矩: （5-24），称为等效弯矩系数 (5-25)即为弯矩放大系数，对于本文的结构，值为18，则弯矩放大系数为。当在立柱顶端受到临界力fk作用时，并产生挠度，此时下横梁的抗弯刚度会阻碍其产生挠度，因而会产生一个弹性转角用表示，其值确定方式为： （5-26）i1x:立柱截面x方向的惯性矩；i2x:下横梁截面x方向的惯性矩。由公式