双立柱巷道物流堆垛起重机设计开题报告

SY-025-BY-3毕业设计（论文）开题报告学生姓名陈才东系部汽车工程系专业、班级车辆工程B05-17班指导教师姓名王慧文职称教授从事专业车辆工程是否外聘是否题目名称双立柱巷道物流堆垛起重机设计一、课题研究现状,选题的目的和意义1、目的和意义现代物流系统是在计算机、自适应控制、及gps、gis等技术的发展而建立起来的，它不仅改善了物流系统的组织形式和管理技术，而且降低了劳动消耗，提高了劳动生产率。仓储设备是其中最关键的技术设备，物品大部分时间都是在仓库中停留和周转，因此其设备和技术的先进性和控制水平将直接影响物流效率和劳动生产率。自动化立体物流仓库是先进的物流仓储设备，对其进行研究和设计是必要的。2、有轨巷道堆垛起重机技术现状与发展趋势1、 概述 有轨巷道堆垛起重机是随着立体仓库的出现而发展起来的专用起重机，通常简称为堆垛机。堆垛机是立体仓库中最重要的起重运输设备，是代表立体仓库特征的标志。其主要用途是在高层货架仓库的巷道内沿轨道运行，将位于巷道口的货物存入货格；或者相反，取出货格内的货物运送到巷道口，完成出入库作业。20世纪70年代初期，我国开始研究采用巷道式堆垛机的立体仓库，据不完全统计，到目前已建成三百余座。堆垛机做为立体仓库中最重要的起重运输设备，也得到了较快的发展。 2、 有轨巷道堆垛起重机的技术现状 按现行机械行业标准，有轨巷道堆垛机分类方式多种多样，如按支承方式、用途、控制方式、结构、运行轨迹等分类。但无论何种类型的堆垛机，一般都由水平行走机构、起升机构、载货台及货叉机构、机架和电气设备等基本部分组成。在目前立体仓库应用中，堆垛机最常见的是按结构形式和运行轨迹分类。 2.1 有轨巷道堆垛起重机的结构形式 从结构形式上区别，目前立体仓库中堆垛机有双立柱结构和单立柱结构。 2.1.1 双立柱堆垛机。双立柱结构的堆垛机机架由两根立柱和上横梁、下横梁组成一个长方形框架。立柱形式有方管和圆管。方管兼作起升导轨，圆管附加起升导轨。双立柱堆垛机的最大优点就是强度和刚性都比较好，并且运行平稳。一般对于起重高度较高、起重量较大和水平运行速度高的立体仓库堆垛机多采用双立柱结构。双立柱堆垛机的起升机构，普遍采用链条传动，由电机减速机驱动链轮转动，通过链条引载货台沿立柱或起升机导轨作升降运动。由于链条牵引载货台或配重装置，受空间尺寸限制，传动和布置较复杂，但定位较准确。 2.1.2单立柱堆垛机。单立柱结构的堆垛机机架由一根立柱和下横梁组成。立柱多采用较大的H型钢或焊接制作，立柱上附加导轨。整机重量较轻，消耗材料少，因此制造成本相对较低，但刚性稍差。由于载货台及货物对立柱的偏心作用，以及行走、制动时产生的水平惯性力作用，使单立柱堆垛机在使用上有局限性。不适于起重重量大和水平运行速度高的堆垛机。单立柱堆垛机的起升结构，普遍采用钢丝绳传动，由电机减速机驱动卷筒转动，通过钢丝绳牵引载货台沿立柱或起升钢轨作升降运动。对于钢丝绳传动，传动和布置相对容易，但定位准确性稍差。 2.2 有轨巷道堆垛起重机的运行轨迹 堆垛机水平驱动装置一般安装在堆垛机下横梁上，通过电机减速机驱动车轮转动，使堆垛机沿水平方向运行。此种地面驱动方式使用最为普遍。一般采用两个承重车轮，沿敷设在地面上的轨道（通常亦叫做地轨）运行。通过下部两组水平轮沿轨道运行导向，在堆垛机顶部两组导向轮沿上轨道（通常亦叫做天轨）运行辅助导向。按其运行轨迹形式区别，有直线运行型堆垛机和曲线运行型堆垛机。 2.2.1 直线运行堆垛机。直线运行型堆垛机只能在巷道内直线轨道上运行，不能自行转换轨道。只能通过其他输送设备转换巷道，如堆垛机转运车。直线型堆垛机可以实现高速运行，能够满足出入库频率较高的立体仓库作业，应用最为广泛。 2.2.2 曲线运行型堆垛机。曲线运行型堆垛机车轮与下横梁是通过垂直轴铰接的，能够在环形或其他曲线轨道上运行，即可以走曲线，不通过其他输送设备便可以从一个巷道自行转移到另一个巷道。此种堆垛机通常亦叫做转轨堆垛机。曲线运行型堆垛机在使用上有局限性，只适用于出入库频率较低的立体仓库。因为不但场地要受到转弯半径的限制，而且转弯时速度特别慢，不能满足出入库频率高的立体仓库作业。 2.3 有轨巷道堆垛起重机的技术参数 堆垛机作为立体仓库中重要的运输设备，其各项技术参数的选用，将直接影响到整座立体仓库的运行效率和经济效益。合理的选择各项参数，将大大提高整个系统的运行效率和经济效益。我国现阶段立体仓库中，堆垛机技术参数的选用上，和世界先进水平相比，存在着较大的差别。 2.3.1 堆垛机的速度参数。与堆垛机的速度有关的参数，主要指水平运行速度、起升速度和货叉伸缩速度。这三项参数的高低，直接关系到出入库频率的高低。 2.3.2 堆垛机的尺寸参数。堆垛机的尺寸参数较多，例如起升高度、下降深度、整机全长、最低货位极限高度等。其中最低货位极限高度，即货叉上表面从最低一层货格的低位到地轨安装水平面的垂直距离。该参数涉及合理利用有效空间，增加库容量，亦是评价堆垛机设计水平的标准之一。目前，国内立体仓库堆垛机的最低货位极限高度普遍偏高。 2.3.3 堆垛机的货叉下挠度。货叉下挠度，是堆垛机的一项非常重要的性能参数，直接关系到堆垛机是否能正常工作。因结构型式、材料及加工热处理工艺的限制，同等状况下，目前国内立体堆垛机的货叉下挠度要比国外大20%30%。改进货叉结构，合理选材，提高工艺手段，是减少货叉下挠度，保证堆垛机工作性能的重要措施。 2.3.4 堆垛机的噪音。堆垛机在高速运行和升降中，特别是在同时进行时，由于车轮与轨道摩擦和提升链条或钢丝绳的振动、摩擦等，将产生较大的噪音。标准中规定，堆垛机在工作时，其噪声值不高于84分贝。目前立体仓库实际应用表明，对于行走速度不超过80米/秒的，还可以保证，超过100米/秒以上的，一般难以保证。 2.4 有轨巷道堆垛起重机的驱动机构 目前，国内立体仓库堆垛机的驱动机构中，电机减速机普遍采用德国、日本、意大利的产品，也有少数采用国内的电机减速机。由于堆垛机是立体仓库中最重要的运输设备、各项技术参数和综合性能要求都非常严格，如无故障率应大于97%，停准精度10mm，以及噪音要求等。这就要求电机减速机的可靠性非常高。因此，现阶段在驱动机构中电机减速机的选用上，建议选用国外先进的产品，以保证堆垛机的整机性能。 3、 有轨巷道堆垛起重机的应用情况 随着我国立体仓库的发展，有轨巷道堆垛起重机已广泛用于各行业和地区，有的已形成系列。 3.1 有轨巷道堆垛起重机的载重与高度 在国内立体仓库中，堆垛机的载重量、高度等大小不一。据了解，国内堆垛机的高度已达到36米，载重量达到4200公斤，货物宽达到4000mm。 3.2 有轨巷道堆垛起重机的行业分布 目前，我国的立体仓库中，应用堆垛机的行业较为广泛，应用于机械制造业、汽车制造业、纺织业、铁路、卷烟、医药等行业较多。因为这些行业的产品比较适合自动仓库存储。由于受人的观念影响，在物流过程中，生产过程库用的较多，成品库用的较少。 3.3 有轨巷道堆垛起重机的地区分布 目前国内立体仓库中，采用堆垛机的自动仓库，随地区的不同而不同，主要是地区经济的差异和人的观念不同。较多的应用在经济较发达的地区，如华东、华南、华北地区。 4、 有轨巷道堆垛起重机的安全性问题 堆垛机作为一种重要的起重设备，其安全性和可靠性尤为重要。生产制造及安装厂家必须具有资格证，设备经需方当地劳动部门验收。标准规定有多种安全保护装置，并在电气控制上采取一系列联锁和保护措施，目前应用较多的安全保护装置有： 4.1 终端限位保护 在水平行走、垂直升降和货叉伸缩的终端都有机械限位保护装置。 4.2电气联锁保护 堆垛机在出入库作业时，保护货叉不能动作；相反，货叉伸缩时，保证水平行走或垂直升降不能动作。 4.3 正位检测保护 堆垛机在出入库作业时，只有在水平（列）方向和垂直（层）方向停准时，货叉才能伸缩，即货叉运动是受条件控制的。 4.载货台断绳保护 当钢丝绳或链条断裂时，通过断绳保护装置使载货台卡住立柱或导轨，阻止其坠落。目前比较常见的载货台制动器有楔铁式和凸轮式两种，也有棘轮式结构。 另外，一般还有松绳保护，过载保护等。 5、 有轨巷道堆垛起重机的发展趋势 随着现代工业生产的发展，有轨巷道堆垛起重机技术在不断提高和完善。世界主要工业国家都把着眼点放在开发性能可靠的新产品和采用高新技术上，更加注重实用性和安全性。在堆垛机方面，我们应当看到和世界先进国家的差距，总结经验，找出不足，打破传统思路，推出具有新的外形和更高性能的堆垛机。在使用堆垛机具有更高定位精度的同时，提高运行速度，以获得更短的操作周期和更大的生产能力。 相信，通过我们的不断努力，更加高速、安全、可靠的堆垛机将不断从国外引进消化到国内，使有轨巷道堆垛起重机发展到一个新阶段二、设计（论文）的基本内容,拟解决的主要问题，设计思路（一）主要研究内容本课题的主要内容是研制开发双立柱巷道物流堆垛起重机的总体布置的方案和各系统的设计，计算和校对.结合国外堆垛机设计的一些先进技术和国内专家们做过的一些工作，对双立柱堆垛起重机的设计给出了详细的方法和较为合理的理论。根据以上设计思路所设计的有轨巷道式双立柱堆垛机的结构主要由机架、行走机构、提升机构及载货台、货叉、电气控制和各种安全保护装置构成1）机架机架是由上横梁、左右立柱和下横梁构成的长方形框架,主要用于承载。为了便于安装零件和减轻堆垛机重量,上、下横梁用槽钢制作,立柱用方通制作。上横梁上设有天轨阻挡器和缓冲器,下横梁上设有地轨阻挡器。2）行走机构行走机构选用DAMAG行走轮组件,安装在下横梁上,主要由行走电机(包括减速器)、行走轮及沿地轨的导向轮组成。为了保证堆垛机平稳运行,在上横梁上装有天轨导向轮。3）提升机构和载货台提升机构主要由提升电机(包括减速器)、传动链轮、传动链条、双联链轮、提升链条和惰链轮组成。提升链条选用双排滚子链,安全系数大于5,它与载货台和上下横梁上的惰链轮组成一个封闭结构。当提升电机通过传动链条驱动双联链轮旋转时,使提升链条运动,从而带动载货台(包括货叉、货物)升降。提升电机通过PLC变频控制,避免在开始升降和停止时提升链条所受拉力过大。载货台主要由扁通、钢板焊接而成,主要用于安装货叉和一些安全保护装置。为了保证载货台平稳上下运行,在它的每个侧面装有沿立柱的4个导向轮和2个顶轮。4）货叉主要由电机减速器、链轮、链连接装置、叉板、活动导轨、固定导轨、辊轮轴承和一些定位装置组成内侧辊轮轴承通过连接板和叉板连在一起,外侧辊轮轴承安装在固定导轨上,固定导轨安装在载货台横梁上, 2组轴承都嵌在工字型活动导轨中,当电机减速器通过链条驱动链轮时,通过链连接板带动活动导轨运动,再通过链轮和链连接板带动叉板双向伸缩,使叉板能以2倍于活动导轨的速度运动。为了使货叉伸缩到位,保证准确存、取货物,在货叉上装有机械定位装置(双向阻挡器)和电气定位感应开关(极限感受块和接近开关)组成的双重定位报护装置。另外,还有检测货叉是否回到原位的中位感应条和接近开关。5）电气设备及控制主要包括电力拖动、信号传输和堆垛机控制。堆垛机采用滑触线供电;由于用供电滑触线载波通讯易受电力杂波等干扰,所以采用抗干扰性好的红外通信方式与计算机等仓库设备进行信息交换。堆垛机运行特点是必须精确定位和准确认址否则就会取错货物,碰坏货物、货架,严重时会损坏堆垛机本身。堆垛机的位置控制采用绝对认址方式,用激光测距仪通过测量堆垛机到基点的距离和事先储存在PLC中的数据进行比较来确定堆垛机当前位置,成本较高,但可靠性很高。6）安全保护装置为了保护人身、设备和货物的安全,堆垛机必须具有完善的安全保护措施:a)堆垛机在行走、载货台升降和货叉伸缩终端处都设有机械和电气限位装置。b)货物检测载货台上设有货物超高、超长和超宽检测装置。在货物进入载货台时,当检测到货物超过设定高度、长度或宽度时,堆垛机便停止运行并报警。一般允许误差为3040 mm,检测元件采用对射或反射式光电传感器。c)载货台上还设有检测货叉是否回位、货叉上有无货物和货位中有无货物的装置。如货叉没有回位,堆垛机不能水平运行;如货叉上已有货物则不能再取货;入库时,必须检测货位中有无货物,以避免发生事故。d)断电保护如载货台升降过程中忽然断电,则通过提升电机制动使载货台停在当前位置不会掉落下来。e)载货台断链保护提升链条通过压簧与载货台相连,当链条由于长时间使用或意外原因忽然断裂时,弹簧弹开链条,检测装置检测到链条时便驱动相应装置使载货台停在当前位置,不至于掉下来,同时整个堆垛机停止运行。(二）拟解决的主要问题1通过对资料的分析研究课题的意义；2. 立体物流仓库的选型、设备的选择；3双立柱巷道物流堆垛起重机组成、机构原理分析，选型和总体方案设计；4双立柱巷道物流堆垛起重机零件设计；5自双立柱巷道物流堆垛起重机的经济和社会效益分析。（三） 设计思路为使堆垛机能够准确、快速、安全、自动搬运货物出入库,必须满足以下设计要求: 1 具备三维运动功能,即堆垛机沿巷道来回运动、载货台垂直运动、货叉沿货架方向双向伸缩; 2满足一定的定位精度,重复定位精度误差不能超过10 mm;3具备安全保护措施;4在满足强度、刚度和可靠性的前提下,尽量减小堆垛机各部分的重量,以减小提升功率和行走时的摩擦阻力;5仓库环境,避免货物污染受损。三、技术路线（研究方法）1、在现有的资料和实验室器材的基础上进行结构尺寸的分析、设计、布置，如有必要进行调研，参考相近似的同类机型。2、双立柱巷道物流堆垛起重机的选型分析、结构分析，运动分析和强度计算，液压系统图的设计，电气控制图的设计。3、在对各个主要部件、总成的尺寸参数进行设计后，利用CAD软件绘制装配装配图。四、主要参数及简图额定起重量：0.1 0.25 0.6 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0(T)起升范围：30(m)水平运行速度：80 100 125 140 160 180 200 250(m/min) 起升速度：16 20 25 31.5 40 63 80 100(m/min)货叉伸缩速度：12.5 16 20 31.5 40 50(m/min)（以上参数任选一种）有轨巷道式双立柱堆垛机1. 上横梁 2.天轨导向轮 3.立柱 4.载货台顶轮 5.载货台导向轮6.货叉7.传动链轮 8.提升电机9.传动链条10.双联链轮 11.下横梁 12.惰链轮13.行走轮 14.行走电机15.提升链条16.载货台五、进度安排1调研，查阅相关文献，写文献综述及开题报告；第12周（3月2日3月15日）2对课题双立柱巷道物流堆垛起重机零件进行设计计算；第38周（3月16日4月26日）3期中考核； 第9周（4月27日5月3日）小四号宋体，加粗4对课题计算数据进行CAD绘制装配图及部分零件图；第1013周（5月4日5月31日）5对装配图、零件图进行修改；第14周（6月1日6月7日）6、审核；第15周（6月8日6月14日）7、修改、撰写说明书；第16周（6月15日6月21日）8、毕业设计答辩准备及答辩；第17周（6月22日6月 28日）六、参考文献1巷道式堆垛起重机形式与基本参数，JB/T2960-19992有轨巷道式堆垛起重技术条件，JB/T7016-19933有轨巷道式堆垛起重技安全规范，JB/T5319。2-19914余华，汪浩有轨巷道堆垛机水平运行机构的设计，机电产品开发与创新，2004年第17 5吴国辉，张力单立柱有轨巷道式堆垛机运行过程的仿真分析，现代制造工程，2007年 第08期6宋章领，沈敏德，张红侠小型有轨巷道堆垛机的系列化设计，工程机械，2007年第38卷 第10期7刘惟信汽车设计J清华大学出版社，2001，78秦明森,王方智.实用物流技术.北京:中国物资出版社, 19919斯麦霍夫A A.自动化仓库M.北京:机械工业出版社, 198410施康，邹春曦 工程车辆作业稳定性试验研究J机械设计与制造工程，2000 11GB3811-83起重机设计规范S12GB50017-2003钢结构设计规范S13张晓萍，等.现代生产物流及仿真M.北京:清华大学出版社，1998