双立柱巷道物流堆垛起重机设计 毕业设计

摘要随着世界经济的持续发展和科学技术的突飞猛进，现代物流作为现代经济的重要组成部分和工业化进程中最为经济合理的综合服务模式，正在全球范围内得以迅速发展。自动化立体仓库作为现代物流系统的重要组成部分，是一种多层存放货物的高架仓库系统，它是在不直接进行人工干预的情况下自动地存储和取出物流的系统。它是现代工业社会发展的高科技产物，对提高生产率、降低成本有着重要意义。本文以设计了一台能在仓库中运输、堆取货物的机械设备双立柱式巷道堆垛起重机，并着重分析了其升降机构、伸叉机构、行走机构等机构的工作原理，并对各机构进行分析设计、选取与尺寸计算。内容包括总体运动方案设计和结构分析、起升机构的设计、伸叉机构设计、行走机构设计、机体支架设计及其他装置设计等内容。各机构以电机的选取入手，通过对钢丝绳、卷筒、链轮链条、皮带轮皮带的工作性能的分析设计计算与选取，从而设计合适的双立柱式巷道堆垛机起重机的机架，进而设计一台性能完备的双立柱式巷道堆垛起重机。关键词双立柱；自动化仓库；巷道；物流；堆垛起重机；设计ABSTRACTALONGWITHCONTINUOUSLYDEVELOPOFTHESCIENCETECHNOLOGYANDWORLDECONOMY,MODERNLOGISTICSWHICHAREANIMPORTANTPARTINTHEMODERNECONOMYANDAMOSTECONOMICREASONABLECOMPREHENSIVESERVICEMODEINTHEPROCESSOFINDUSTRIALIZATION,DEVELOPSQUICKLYINTHEGLOBALSCOPEAUTOMATEDTHREEDIMENSIONALSTOREHOUSEASANIMPORTANTCOMPOSITIONPARTINLOGISTICS,ISONEKINDOFMULTILAYEREDDEPOSITINGCARGOHIGHSTRUCTUREWAREHOUSESYSTEMSITDOSENOTDIRECTLYCARRIESONTHEMANUALINTERVENTIONINTHESITUATIONAUTOMATICALLYTOSAVEANDTOTAKEOUTTHESYSTEMWHICHTHETHINGFLOWSITISTHEHIGHTECHPRODUCTOUTOFTHEDEVELOPMENTOFMODERNINDUSTRYSOCIETY,WHICHHAVETHEVITALSIGNIFICANCETOENHANCETHEPRODUCTIVITYANDREDUCETHECOSTTHISPAPERISTAKINGDESIGNINGAMACHINENAMEDDOUBLEPILLARALLEYSTACKINGCRANEOFENGAGINGINPILINGTHINGSORTRANSPORTATIONINSTOREHOUSEITANALYSESITSHOISTINGMECHANISM,STRETCHFORKMECHANISM,WALKMECHANISM,WORKINGPRINCIPLE,ANDITSAIMEDATEACHMECHANISMTODESIGN,SELECT,ANDSIZESCALCULATEOFDOUBLEPOSTALLEYSTACKINGCRANEOVERALLSPORTSCHEMESDESIGNANDANALYZEOFSTRUCTURE,THEDESIGNOFHOISTINGMECHANISM,STRETCHFORKSMECHANISMDESIGN,WALKMECHANISMSDESIGN,ORGANISMFRAMEDESIGNANDOTHERINSTALLATIONDESIGNSEACHMECHANISMWITHGENERATORSELECTTOSTART,THROUGHCALCULATINGANDSELECTINGOFTHECHARACTEROFSERVICEOFWIREROPE,REEL,SPROCKETCHAINANDTHESHIPLEATHERBELTOFLEATHERBELTTOANALYZEANDDESIGN,SOTODESIGNTHESUITABLEFRAMEOFDOUBLEPILLARALLEYSTACKINGCRANE,ANDTHENTODESIGNADOUBLEPILLARALLEYSTACKEROFCOMPLETENATURALCAPACITYKEYWORDDOUBLEPILLARAUTOMATEDTHREEDIMENSIONALSTOREHOUSEALLEYLOGISTICSSTACKINGCRANEDESIGN第1章绪论随着世界经济的持续发展和科学技术的突飞猛进以及经济全球化的趋势的加强，各国面临着前所未有的机遇和挑战。在这种大形势之下，现代物流作为工业化进程中最为经济合理的综合服务模式和管理技术已被越来越多的企业所重视。物流系统的改善和合理性对优化资源配置、提高企业生产率、降低生产成本起着至关重要的作用。堆垛起重机是自动化立体仓库中最重要的起重运输设备，是代表立体仓库的标志。本文从堆垛机的应用特点入手，着重就堆垛机的结构设计进行初步的研究1。11课题背景111巷道堆垛机发展现状、发展趋势与优势随着计算机信息技术的发展，现代企业生产模的不断扩大和竞争的日益加剧,市场对企业物流系统提出了新的要求，自动化立体仓库是实现物流系统合理化的关键。它具有空间利用效率高、便于实现自动化管理、适时自动结算库存货物种类和数量、立体仓库信息库可以和中央计算机系统连网运行等许多优点，对加快物流速度、提高劳动生产率、降低生产成本都有重要意义，因此自动化仓库受到越来越多的关注并已开始应用于汽车、电子、医药、烟草、裁减、邮电等许多行业。仓库最早是在二战期间被美国用来存储油料、枪支、器械等物品。在当时看来这种简单的设备已经具有占地空间小、便于我品的存放与管理等优点。到十九世纪五六十年代我国的大部分生产厂家应用仓库来存储产品，到七八十年代仓库已经发展为自动化立体仓库并得到广泛应用。随着仓库的不断发展，仓库内的搬运设施也不断的优化,从最初的人力搬运转化为机械搬运。仓库内的搬运、取货设备最开始是由一辆引导车牵引一节装有起重机的车厢，由起重机来完成货物的存取与运输。这种方法与之前的人力相比具有了提高劳动生产率、降低劳动成本等优点，但行走所需空间大，这就降低了仓库的利用率。为了弥补这种不足，人们就想到了把引导车与起重机结合到一起来完成货物的存取与运输功能，巷道堆垛起重机就是随着立体仓库的出现而发展起来的专用起重机，通常简称堆剁机。堆剁机是立体仓库中最重要的起重运输、搬运、堆垛设备，是代表立体仓库特征的标志。其主要用途是在接受计算机的指令以后，能在高层货架巷道中来回穿梭，将货物从巷道口出入库货台搬运到指定的货格中，或把需要的货物从仓库中搬运到巷道口出入库货台，再配以相应的转运、输送设备通过计算机控制实现货物的自动出入库作业。其对立体仓库的出入货效率有重要影响，是立体仓库能否达到设计要求和体现其优点的关键内容之一。20世纪70年代初，我国开始研究采用旱稻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。而堆垛机作为立体仓库中最重要的其中搬运设备，也得到了较快的发展。按照现行继续界行业标准，巷道堆垛起重机可以按照支撑方式、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都主要由水平行走机构、起升机构、栽货台及货叉机构、机架和电气设备等基本部分组成。堆剁机的分类方式很多，主要分类形式有以下几种按照有无导轨，堆剁机可分为有轨堆垛机和无轨堆垛机。有堆垛机需沿巷道内的轨道运行；无轨堆剁机又称为高架叉车。在立体仓库中运行的主要设备有轨道堆垛机、无轨道堆垛机和普通叉车。这三种设备相比较之下，有轨巷道堆垛机对巷到要求宽度小，对仓库的利用率高切作业高度高，可以进行手动、半自动、自动和远距离集中控制，但却必须配备出、入库设备。无轨巷道堆剁机由于无轨道限制可以服务于两个以上的巷道，并可完成高架区外的做业。按高度不同，堆剁机可分为低层型、中层型、高层形。低层行起重机一般起升高度在5M以下，主要用于分体式高层货架仓库及简易立体仓库中，中层型堆垛机的起升高度在515M之间，而高层型堆垛机的起升高度在15M以上，主要用于一体式的高层货架仓库中。按照驱动方式不同，堆垛机可分为上部驱动式、下部驱动式、和上下部相结合的驱动方式。按照用途不同，堆垛机可分为桥式堆垛机和巷道式堆垛机。桥式堆垛机具有起重机和叉车的双重结构特点，像起重机一样，具有桥架和回转小车，同时具有固定式和可伸缩式的立柱，立柱上装有货叉或者其他取物装置。桥式堆垛机的堆垛和取货是通过取货装置在立柱上的运动实现的，但由于立柱的高度限制，桥式堆垛机主要适用于12M以下中等跨度的仓库，且航道宽度较大，适用于笨重和长大物料的搬运和堆垛，并可服务于多条航道。巷道堆垛机沿货架仓库巷道内的轨道运行，使得作业高度提高；采用货叉伸缩机构，使货叉可以伸缩，这样就可以使巷道宽度变窄提高仓库的利用率；巷道堆垛机适用于各种高度的高层货架仓库，除以上优点之外，巷道堆垛机还要求有较高的运行速度和生产效率、配备出入仓库装置较高的制造和安装精度、多节伸缩货叉或货板、较高的电气传动调速且制动平衡、停车准确、要有安全保护装置等特点2。112双立柱巷道堆垛机的分类巷道堆垛机按结构不同可分为单立柱型巷道堆垛机和双立柱型巷道堆垛机。单立柱型巷道堆垛机的机架结构由一根立柱、上横梁和下横梁组成一个矩形框架。立柱多采用较大的H型钢或焊接制作，立柱上附加导轨。整车质量较轻，消耗材料少，因此制造成本相对较低，但结构刚度比双立柱差。由于载物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的作用，使单立柱堆垛机在使用上有局限性。不适用于起重量大和水平运行速度高的堆垛机，适用于重量12T以下，起升高度在16M以下的仓库。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，通过钢丝绳牵引载物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。双立柱机构的堆垛机的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。一般对于起升高度较高、起重量较大和水平运行速度较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（钢丝绳）传动，由电机减速机驱动链轮（卷筒）转动，通过链条（钢丝绳）牵引载货台沿立柱或起升导轨作升降运动。由于链条传动多采用封闭链或配重装置，受空间尺寸限制，传动和布置较复杂，但定位较准确2。12设计参数表11载重量为3吨的双立柱巷道堆垛起重机的主要性能参数序号技术项目技术指标1主体结构形式双立柱、单深位、单货台2货叉形式单副伸缩式存取货叉3适合高度12M以下4适合载荷小于3T3最大走行速度,M/MIN120自动运转时4水平加速度,M/S204自动运转时5最大升降速度,M/MIN12（满载）,20（空载）6升降加速度,M/S205（自动运转时）7最大伸叉速度20（满载）,30（空载）8伸叉加速度,M/S204自动运转表11载重量为3吨的双立柱巷道堆垛起重机的主要性能参数续表9水平走行定位精度,MM510垂直升降定位精度,MM511伸叉定位精度,MM512行走驱动下部驱动13升降驱动电机带动，钢丝绳牵引14伸叉驱动电机带动链轮和链条驱动15作业形式单一和复合循环16供电方式低部安全滑触线17控制操作方式手动/自动/在线第2章总体运动方案设计和结构分析21双立柱巷道物流堆垛起重机的总体运动方案设计因为与单立柱相比，双立柱巷道堆垛机具有强度和刚性都比较好，运行平稳且定位准确等优点，被广泛应用于自动化立体仓库中，结合这一现状，我决定对双立柱巷道堆垛起重机进行研究和设计。为使堆垛机能够准确、快速、安全、自动搬运货物出库，必须满足以下设计要求（1）具备三维运动功能，能在高窄巷道中进行高升降行程作业,可以有效利用仓库空间,能适应最高层、最低层、其他层货位及站台货位的存、取货物。货叉长度及伸叉行程适应托盘深度及货架宽度方向尺寸（包括巷道宽度），使单元负载得以正确平稳地方入货位中。在存取货时，堆垛机的行走及升降运动能同时动作，且行走及升降速度匹配，缩短了作业时间，即沿巷道来回运动、载货台垂直运动、货叉沿货架方向伸缩运动能同时进行；（2）堆垛机的结构设计成熟可靠，结构具有足够的强度及刚性要求，运行稳定可靠，满足一定的定位精度，重复定位精度不能超过10MM；（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）所有零部件按标准要求采用优质材料制造，以提高堆垛机整机性能；堆垛机需调整的零部件以尽量减少，以简化维护工作并延长使用寿命；（6）堆垛机起升导轨光滑，保证堆垛机运行平稳；（7）保护仓库环境，避免货物污染受损。根据以上设计要求制定双立柱巷道物流堆垛起重机的总体运动方案。无轨堆垛机在使用过程中虽然因为没有轨道而节约了仓库的地面利用率，但却存在在存取货物时不便于控制的缺点，所以我决定针对有轨巷道堆垛机进行研和设计。在这个课题中由于采用上下两条轨道作为堆垛机滑轨已经可以保证堆垛机沿伸叉方向的平稳性，所以上下轨道我均采用单轨道作为滑轨，这样即可以节轨道占地空间又可以节约轨道与机器的制造成本。堆垛机的起升机构多数采用链传动或钢丝绳传动，为了减小体积在这里我采用钢丝绳卷筒传动；在伸叉结构中为了保证伸平稳性的高精度采用链轮链条传动；在控制行走的部分为了达到体积与平稳性的要求采用皮带轮传动3。堆垛机结构如图21、22所示图21单立柱堆垛机结构简图图22双立柱堆垛机结构简图22主要装置221底架是堆垛机整体支承座，由两端的行走轮支架及钢板组焊成的矩形梁构成。堆垛机运行时产生的动负荷及静负荷均由底架传至行走轮，底架具有很好的刚性。222立柱矩形截面，减小行走运动时的立柱震动，维持走行运行平稳。在立柱上加工升降导向槽，支撑升降台上下运动，行走时立柱上的导向轮沿着天轨做直线运动，防止立柱左右偏摆，有足够的稳定性。223升降载货台为U型结构，其竖支架侧面有深沟球轴承可以在立柱内的导向槽内沿着立柱升降，升降牵引机构采用钢丝绳方式。升降载货台水平支架上设有货叉，可左右滑动叉取货架上的货物或将货物放置到货架上，货叉为链轮链条式驱动。224行走机构堆垛机底部装有的四个行走轮支撑整机重量运行,使堆垛机沿天地轨方向运动。堆垛机的行走是由装在后行走轮轴上的带制动的减速电机带动的皮带轮所驱动的。所选用减速电机通过自身减速使行走更加平稳可靠。225升降机构以立柱内侧的导向槽为导向，升降载货台依靠夹在导向槽内的深沟球轴承起导向作用以保证上下运行。由减速电机驱动的升降钢丝绳拉动升降台上下运动。所选用电机通过减速器实现速度降低，让升降更加平稳可靠。此电机能将载货台稳定的保持在一定的高度。升降部分包括卷筒、滑轮。226货叉驱动机构由减速电机驱动一个链轮链条机构，使得货叉可以伸缩取货。电机功率很小，在接触障碍时，电机堵转不会影响堆垛机和叉体的安全。所选用电机通过自身减速让升降更加平稳可靠。货叉的伸叉速度可按空载的不同自动调整，且速度曲线柔顺平滑，让承载货物保持稳定4。227堆垛机的控制装置自动运行的堆垛机控制系统必须具有行走控制、升降控制、位置控制、速度控制、货叉控制、安全保护功能、自我诊断故障的功能等多种控制功能。1、位置功能位置控制就是确定堆垛机停止在作业位置的功能。自动化立体仓库一般都采用高层货架结构，以X、Y、Z坐标表示货架的行、列、段的方向，用三维坐标表示货物的位置。为了自动确定位置，也就是为了在某一位置发出减速指令使堆垛机减速，在规定位置发出停机信号，就必须检测现在的位置。本设计中位置的检测可由在个坐标轴上按一定的间隔装设的传感器来进行检测。2、速度控制速度控制包括对提高作业效率有关的高速度，防止货物倒塌以及不至于使堆垛机发生冲击的加速度和减速度，以及为便于高精度定位的最终稳定微速度等的速度控制。3、货叉控制根据堆垛机出库和入库作业，伸缩货叉向左侧或右侧进行叉取操作的顺序控制功能4、安全保护装置堆垛机的立柱高度达10米，载货台的升降速度也达到20M/MIN,而载货台是沿堆垛机立柱的导轨上下运行的承载结构，上有货叉机构、驾驶室等。为了保证堆垛机正常工作，确保操作人员的人身和货物的安全，其上必须配备完善的安全保护装置。本设计中设置以下几种保护装置（1）堆垛机货叉上、下限自动停止保护在堆垛机货叉在进行升降运动时，不能超过导轨的上端和下端极限。因此可以在上下端各设置一个限位开关来实现该功能。（2）载货台负荷限制在载货台超载时，发出报警信号并切断起升机构动力。当载货台被托住，钢丝绳松弛时，也会发出停止运动的报警信号并切断动力。因此可设置热继电器来作为检测装置，再安装一个蜂鸣器作为警报提示。（3）驾驶室的安全保护为确保驾驶室里操作人员的人身安全，驾驶室门安全与否非常重要。可设置一个限位开关来检测其功能，若发现不安全则堆垛机就会完全停止工作。（4）速度转换装置当堆垛机走到轨道的某一位置时应以高、中、低速的某一速度行进时，就需要通过速度装换装置来实现这一功能。本设计中可以设置一个接近开关。（5）货叉保护装置堆垛机在进行工作过程中，为了确保当货叉伸缩到一定位置时就回自动停止，可设置一个机械制动器来实现该功能。（6）载货台断绳保护装置当钢丝发生断裂时,能够自动可靠的将载货台停止，避免溜车或坠车事故的发生因此对这种安全保护装置的设计要求是灵敏度高、作用可靠、冲击小、结构简单。本设计中采取连杆凸轮机构来实现这一功能要求。一旦钢丝绳断裂，弹簧通过连杆机构使凸轮卡在升降机构的导轨里阻止载货台坠落。正常工作时，提杆平衡载货台及其上货物的质量，弹簧处于压缩状态，凸轮与升降机构的导轨分离4。23本章小结本章对堆垛机的组成进行了详细的介绍，通过设计构思和计算对其重要部件进行了选取。通过综合考虑对整体方案进行了对比，选取了适合自己的最佳方案。第3章双立柱巷道堆垛机起升装置的设计31电动机的选择计算311选择电动机类型异步电动机结构简单、容易制造、价格低廉、运行可靠、坚固耐用、运行效率较高。变频调速，可满足堆垛机出入库稳定操作和高速运行的要求。变频调速具有启动性能好、调速范围宽、速度变化平稳和完善的过电压过电流保护功能5。按已知工作要求和条件选用YVF2系列变频可调速三相异步交流电动机。312选择电动机容量工作机所需功率P为WP21WWVF10式中P发动机功率（KW）WF作用力（N）V运行速度电机的输出功率P为0PKW220W式中，为电动机至滚筒轴的传动装置总效率。取凸缘联轴器效率099；滚动轴承效率0995；蜗杆传动效；联滚蜗082卷筒的传动效率，则099，卷095099520820950764由100030009812/6010008768故068076489因载荷平稳，电动机额定功率只需稍大于即可，查Y2系列三相异步电动机技术0手册，选取电动机额定功率11KW，即所选电动机型号为YVF2180L832钢丝绳和滑轮设计（1）钢丝绳的选择GB381183计算考虑全面，计算精确，计算方法如下（23）MAXFCD式中D钢丝绳最小直径MM；F钢丝绳最大静拉力N；MAXC选择系数MM/。选择系数C按下式计算（24）BKWNC4式中N安全系数；K钢丝绳捻制系数；W钢丝绳充满系数。对于一般的起升机构N值为6；选取钢丝绳，则K098；钢丝绳充WRS19满系数W046，1850MPA。B则09618546098C钢丝绳的拉力MGFMAX（25）已知M31000KG,G98N/KG因为是左右两根钢丝绳同时作用可求得单根钢丝绳上1510009814700N；MAXF此处删减NNNNNNNNNNNNNNNN字需要整套设计请联系Q99872184。图44前叉的受力分析转矩方程为MXDEW用积分法算出其转角为IIXDEIEWX320（418）挠度为IXDEIEX360（419）当XD时，D端的截面转角I036EIEWD（420）当XD时，将式（411）代入式（49）和式（410）中，分别算得此段的转角和挠度LL5I3EIEWD53EIEWD1因此，设载货台和立柱为刚性时，伸缩货叉工作的总扰度为总12345注当托盘货架进深为1100MM时，值应控制在1015MM8。42货叉各参数的选择A650MMB400MMC200MMD400MME150MML1000MML600MML750MML120MM0123故可取上叉、下叉、中叉长为LL251100MM10LBCD251100MMLLC251100MM3上叉为板状，并取其宽也为1100MM，厚度取100MM，其余数据见装配图上标注。因各数据取值都较大，故能满足条件。43货叉内部零件的选取与校核431轴承的选取校核设计选取货叉伸缩机构的工作速度为10M/MIN,则每各轴承所承受的压力为F150010/43750N转速为N10000R/DR/MIN,取C110则DC110MIN3P36010475DD162MMMIN取D20MM,则N10000/201592R/MIN查表，选择深沟球轴承，代号为6404其基本参数为D20MMD72MMB19MMC31000NC15200NROR径向载荷F150010/43750NR轴向载荷F0NAF/F0H6000H故轴承寿命满足条件。则轴承选取合适。H432齿轮的选取校核1、选取齿轮为45钢，调质处理，齿面硬度HB217255，平均硬度为2362、初步计算传动尺寸为软齿面开式传动DMIN3212HEZUKT（1）转矩T955P/N16243DNMM1601（2）设计时，因V值未知，K不能确定，故可初选K14VT（3）取齿宽系数11D（4）取弹性系数Z1898E（5）初选螺旋角12，取节点区域系数Z246OH（6）初选Z23，齿条Z12则得重合度18832（1/Z1/Z）COS1712取轴面重合度0318ZTG177D取重合度系数Z07657取螺旋角系数Z0998许用接触应力由式HNSLIM取接触疲劳极限应力为595MPALI齿轮的应力循环次数分别为N60NAL108H810取寿命系数Z106取安全系数S10NH则6307MPAHNSZLIM01596（9）齿轮的分度圆直径D,初算为UZ/Z故T211U则D130MMMIN312HEZUKT3、确定传动尺寸（1）计算载荷系数取使用系数K10A因VM/S10/MIN1/66TDN取动载系数K115V取齿向载荷分布系数K111取齿间载荷分配系数K12故KKKKK153AV（2）对修正D1339MMT11T31/TK（3）确定模数MDCOS/Z569取M6（4）故D141MM并取B50MM1COSZ012364、校核齿根弯曲疲劳强度FYBMDKTSF1F式中各参数1各值同前MDBTK12因当量系数ZZ/COS12235V0故取齿形系数Y264，应力修正系数Y158FS3取重合度系数Y6904取螺旋角系数Y5许用弯曲应力FNSYLIM取弯曲疲劳极限应力MPALI20取寿命系数Y，取安全系数S1N251F故10MPAFSLIM20/76则429MPA176MPAFYBDKTS12F故能满足齿根弯曲疲劳极限。设计合理。433链轮链条的选取校核设轴径D80MM，链传动比I1链速NV796R/MIND/106P01W2551、选择链轮齿数初步确定Z212、定链的节距取K，齿数系数K，多排链系数K0A870Z01P所需传递功率为KW/125/AP由此，可选取满足条件的08A链，P127MM3、定链长、中心距初定中心距A40P，则链节数L101节210210ZZP链长LLP/1000101127/1000128M中心距A508MM21212184ZZLZLPPP中心距调整量MM754实际中心距MM0823A4、求作用在轴上的力工作拉力F1000P/V1500N作用在轴上的压力F12F1800NQ轴径MM33MIN/1025/913DCP取D16MM取轮径D80MM计算结果总汇链条规格08A单排链，101节，长128米，大小轮齿数都为21，中心距MM，压轴力F，轴径D16MM，轮径D80MM【10】。483ANQ18044货叉伸缩装置中的电机和减速器的选取齿轮5的转速为MIN/174514360/260160RDVN电机功率P/055KW9555103选取电机功率为11KW，电机型号为YVF290S6转速为980R/MIN,安装型式选取B3为此，减速器的传动比为I980/4517217则选取减速器型号为TZSD112【12】。45本章小结本章对堆垛机的货叉机构进行了设计，分别对上叉、中叉、下叉等进行了结构计算和力的分析。最后确定了货叉的各部分参数。第5章堆垛机行走机构的设计计算51堆垛机行走轮的设计计算行走轮有主动轮和从动轮1个，采用轮轴直接连接的驱动方式。行走轮的允许载重量等各参数间有下列关系式PKD（B2R）（KG）51K（KG/CM）52VK2402式中P允许载重量（KG）D车轮的踏面直径（CM）B钢轨宽（CM）R钢轨头部的圆角半径（CM）K许用应力系数（KG/CM）2V走行速度（M/MIN）K许用应力（球墨铸铁的许用应力为50）（KG/CM）2首先确定B64CM，R02CM,K50KG/CM,V80M/MIN2则K333（KG/CM）V2401052行走轮的轮压主要根据疲劳计算轮压选取，其计算公式为0P3MINAX2P（53）式中疲劳计算轮压（N）；0P工作时最大允许载重量（N）；MAX正常工作时最小轮压（N）IN又根据车轮直径的计算公式120LKCPD（54）式中转速系数；1C工作级别系数；2接触应力常数1K首先确定60，082，125,L30MM，代入式（53），式（54）中算11C2得D135MM车轮的转速为2831R/MINDN0车轮的轴径为D14MM，为满足选择合适的轴承，取D15MM3MIN/PC轴上的轴承选取型号为6202，基本尺寸为D15MM，D35MM，B11MM【13】。52行走机构电动机的选取行走机构的电动机所需的功率为可按下式计算（KW）（55）10VFPJ式中行走阻力；JFV行走机构的运行速度行走机构的总效率，一般可取085095由上式可知，现须确定行走阻力的大小，可按下式计算GJF（56）式中G堆垛机总重，约为5000KG滚动摩擦系数，查表取005将（56）代入（55）即可得KWVFPJ9410取为P55KW,选取电机型号为YVF2132M26M。53V带轮与V带的设计计算与选择1、设计功率为DP（57）PKAD式中工况系数；AK由于是起重机行走机构，查表得12，则AKWPKAD65212、选定带型根据66KW和,查表确定为PI型。DPMIN/9801RN3、传动比为I（58）21NI由行走速度初步确定小带轮的转速为1MIN83R则6875043I4、确定小带轮基准直径由大带轮与电机同轴确定大带轮基准直径为电机的输出轴直径，即则小带轮的基准直径为MD3212D（59）12DI则MD01326875025、带速为V（510）106NDVP则SMSV/05/10632此处DP6、初定轴间距按要求取A2607、所需基准长度为0DL（511）02121042ADDAD则MMAALDDD92608243232602110选取基准长度为609MM。8实际轴间距为A（512）200DLA则MMA2696082（1）安装时所需最小轴间距为IN（513）DDLBA09MI查表得，则BD35MM2516093526IN（1）张紧或补偿身长所需最大轴间距为AX（514）DLA0MX则MMA27460926X9小带轮包角为1（515）3578211AD则8126305718021AD10带轮的结构简图如图51所示图51皮带轮结构简图54行走机构减速器的选取行走机构中的减速器可根据机构的传动比从标准中选用。行走机构的传动比由下式确定（516）NIM式中，电动机额定转速；车轮的转速MN代入相关数据到式（57）中算得346128390I可选取减速器的标准型号为SEW型R69755行走机构联轴器的选择联轴器的具体规格根据载荷情况、计算转矩、轴直径和工作转速来选择。计算转矩有下式确定（517）TKACNPT9509804487NM由设计手册选取弹性柱销联轴器HL2。它的许用转矩为215NM，半联轴器材料为钢时，许用转速为5600R/MIN6。56本章小结本章主要对堆垛机的行走机构进行了设计，对其中的重要部件进行设计计算。第6章双立柱巷道堆垛机机体支架设计61机架设计计算的准则和要求611机架设计的准则1、工况要求任何机架的设计首先必须保证机器的特定工作要求。例如，保证机架上安装的零部件能顺利运转，机架的外形或内部结构不至有阻碍运动件通过的突起；设置执行某一工况所必须的平台；保证上下料的要求、人工操作的方便及安全等。2、刚度要求在必须保证特定外姓条件下，对机架的主要要求是刚度。例如，机床的零部件中，床身的刚度则决定了机床的生产率和加工产品的精度；在齿轮减速器中，箱体的刚度决定了齿轮的啮合性及运转性能。3、强度要求对于一般设备的机架，刚度达到要求，同时也能满足强度要求。但对于重载设备的强度要求必须引起足够的重视。其准则是在机器运转中可能发生的最大载荷情况下，机架上任何点的应力都不大于允许应力。此外，还要满足疲劳强度的要求。4、稳定性要求对于细长的或薄壁的受压结构及手弯压结构存在失稳问题，某些板壳结构也存在失稳问题或局部失稳问题。失稳对结构回产生很大的破坏，设计是必须注意。5、美观目前对机器要求不仅要能完成特定的工作，还要使外形美观。6、其他如散热的要求；防腐蚀及特定环境的要求；对于精密机械、仪表等散热变形小的要求等。612机架设计的一般要求在满足机架设计准则的前提下，必须根据机架的不同用途和处所环境，考虑下列各项要求，并有所偏重。1、机架的重量轻，材料选择合适，成本低。2、结构合理，便于制造。3、结构应使机架上的零部件安装、调整、修理和更换都方便。4、结构设计合理，工艺性好，还应使机架本身的内应力小，由温度变化引起的变形小。（1）抗震性能好。（2）耐腐蚀，使机架结构在服务期限内尽量少修理。（3）有导轨的机架要求导轨面受力合理，耐磨性好14。62机架的设计步骤1、初步确定机架的形状和尺寸。根据设计准则和一般要求，初步确定机架结构的形状和尺寸，以保证其内外部零部件能正常运转。并要求机架能够在巷道内无阻碍的运行。图61机架结构简图2、根据机架的制造数量、结构形状及尺寸大小，初定制造工艺。3、分析载荷情况，载荷包括机架上的设备重量、机架本身重量、设备运转的动载荷等。对于高架结构，还要考虑风载、雪载和地震载荷。确定结构的形式，采用有双槽的立柱，以保证货叉在升降过程中不侧翻。4、针对以上所述的各项要求与准则，结合双立柱巷道堆垛起重机在自动化立体仓库中的工作状况，并考虑到双立柱巷道堆垛起重机自身各个装置与机构间的配合情况，确定机架的基本尺寸机架高为12M，两个立柱之间的距离为1800MM，每个立柱的长为360MM，宽为240MM，立柱中中设有双槽，以保证货叉在运动过程中的平稳性；上横梁为360300中间空心的方钢；下横梁是厚度为300MM、宽为1200MM中空的钢板，用以保证双立柱巷道堆垛起重机的承载能力15。63其他装置设计和选择1、供电系统堆垛机的移动供电装置，一般采用滑触供电装置和电缆供电方法。根据自动化仓库的特点，应满足高速度、无需检修、耐用、无脱线现象等。堆垛机采用底（顶）部滑触线供电方式，滑触线设置符合使用安全及易于保养的要求。2、电气设备主要包括电力拖动、控制、检测和安全保护。在电力拖动方面，目前国内多用的是交流变频调速，交流変极调速和可控硅直流调速。对堆垛机的控制一般采用可编程序控制器、单片机、单板机、计算机等。堆垛机必须具有自动认址、货物虚实等检测以及其他检测，电力拖动系统同时满足快速、平稳和准确三个方面的要求3、天地轨天地轨是整个堆垛机的承载部件，因而天地轨必须有足够的刚度。天地轨分别固定在货架及地面上。天地轨的全长除能涵盖堆垛机最大作业范围外，两端头还保留有适当缓冲长度。每段地轨结合面以45度对接，对接处有一定高度差限制要求。（1）天地轨安装后直线度公差如下地轨安装后直线度公差在200MM测量长度应不大于05MM地轨全长测量长度内应不大于3MM天轨安装后直线度公差在200MM测量长度应不大于05MM天轨全长测量长度内应不大于4MM（2）安装后天地轨间相互位置公差天轨上表面于地轨下表面之间距离误差应不大与8MM天轨与地轨之间的水平错位不大于5MM4、安全装置堆垛机是一种起重机械，它要求在又高又窄的巷道内高速运行。为了保证人身及设备的安全。堆垛机必须配备有完善的硬件及软件的安全保护装置，并在电气控制上采用一系列连锁和保护措施。除了一般起重机常备的安全保护措施（如各机构的终端限位和缓冲、电机过热和过电流保护、控制电路的零位保护等）外，还应根据实际需要，增设各种保护。主要有如下安全保护装置。（1）水平极限保护在巷道两端点均设置强制减速检测装置及紧急停止极限开关，堆垛机在接近巷道两端时，先减速缓行而后定位停止，避免超程行走。如在正常范围内仍未停止，则紧急停止极限开关将迫使堆垛机停止运行。（2）缓冲器正常状态下堆垛机不触及缓冲器，万一电器线路故障，发生超程行走时，设置于巷道两端的缓冲器能将堆垛机制动住。缓冲器为聚氨脂橡胶，可以吸收堆垛机意外超程行走时的冲力。（3）垂直极限开关在立柱两端点均设置强制减速检测装置及紧急停止极限开关，堆垛机升降载货台在接近立柱两端时，先减速缓行而后定位停止，避免超程升降。如在正常范围内仍未停止，则紧急停止极限开关将立即迫使堆垛机升降载货台停止。（4）断绳保护装置当载货台的牵引钢丝绳断裂时，断绳保护装置将抱死载货台，使堆垛机立即停止运行并报警。（5）动作连锁装置堆垛机处于行走及升降动作时，货叉不能伸出。货叉处于伸出状态时，堆垛机不能行走，而载货台只能低速适量升降。（6）货叉保护装置货叉伸出途中触及障碍物时，电机堵转变频器报警，或者出现任务超时报警，提示堆垛机故障。货叉没有完全缩回到中位，则堆垛机不能行走。（7）过载保护装置堆垛机上所有驱动电机线路上，由变频控制过流，以免电机因过载而受损。（8）载荷外形检测当货叉所叉取得货物外形超差时，载荷外形检测装置能输出信号，并自动停止货叉运行，以保护货物及机器。（9）货位虚实检测假如堆垛机要存货位上有货物时，想要存入一个货物，或者堆垛机载物台上已有货物时，要想取一个货物，则货位机的虚实检测能检测到已有货物，并不会使货叉伸出，以免发生意外。（10）声光报警装置堆垛机在故障发生后，能同时声光报警，以引起操作人员注意，及时排除故障。（11）紧急停止开关在堆垛的机载电控柜面板上与堆垛机站台附近均设有紧急停止开关。（12）超速检测保护功能在立柱上安装超速检测器，当升降台下行速度超过额定速度一定范围时先触发超速保护装置，电控系统报警，堆垛机立即停止工作，避免发生机器伤害事故。（13）系统接口保护要求堆垛机与出入库输送站台间采用四位光通讯实现信号互锁,以保证站台存取货物时的安全堆垛机采用红外通讯器与上位机计算机的通讯连接采用RS422接口。（14）其他保护其他保护包括控制电路得失压保护、操作开关的零位保护、电机正反转连锁、短路和过流保护等各种安全保护16。5、操作设备采用机载控制柜方式，控制柜随堆垛机运动，具有与上位计算机进行通讯的功能。出入口区域的地面上对应有急停按钮，当堆垛机出现异常时，可以紧急停车。一般操作时，人员不进入堆垛机内作业，当异常发生并需进入堆垛机巷道内排除故障时，可以从堆垛机上手动操作。机载控制柜的操作面板上，有分别设置各项动作位置的操作键与显示灯，动作限制指示灯操作模式选钮、紧急停车按钮以及其他必要的按钮与指示。操作设备只有手动、自动、在线等主功能外，还有具有帮助功能，也即异常发生时，能自我检测异常发生点，将异常显示在夜晶显示屏上，并指导使用者依其指示动作作业，以便尽快排除异常。此外，堆垛机能将异常发生的代号实时传递给上位计算机，作为将来问题跟踪的记录，以便彻底排除隐患，使以后不再发生类似的故障。6、操作模式（1）在线操作通过红外线数据传输器接收由地面发出的存、取货命令，机载柜根据这些命令自动完成存、取货的操作，并将堆垛机的状况和货位状况发上位系统。（2）自动操作通过操作面板输入目标地址，堆垛机自动完成一个存取货的操作。（3）手动操作使用操作按钮控制水平垂直货叉各方向的动作，主要用于简单的调试工作。在运行无安全隐患状况下，堆垛机在巷道内任何位置，均能方便地转换操作方。7、堆垛机走行区土建要求（1）根据机械行业标准JB/T90181999,仓库建筑应满足以下要求地面长度公差M50M10512（2）平整度仓库地面平整度允许偏差仓库长度100M时,允许偏差15MM。（3）2米范围偏差2米内地面高度差不超过3MM。（4）地面沉降变形最大载荷长期作用下，整个立库货架区基础不均匀沉降不大于1/1000，也不会有渗水、积水。（5）地面承重要求堆垛机走行区地面承载要求根据堆垛机具体结够和物料状态确定13。64本章小结本章主要对堆垛机的机架进行了设计计算。通过计算和校核该堆垛机的机架的结构符合要求。结论近年来，随着企业生产与管理的不断提高，越来越多的企业认识到物流系统的改善与合理性对企业的发展非常重要。堆垛机是自动化立体仓库中最重要的起重堆垛设备，是随着立体仓库的出现而发展起来的专用起重机。它能够在自动化立体仓库的巷道中来回穿梭运行，将放置在巷道口的货物存入指定的货格，或者从货格中取出货物运送到巷道口本次“双立柱巷道物流堆垛起重机设计”属于工程设计，从机架设计以及堆垛机的几个主要组成机构的结构设计着手，分析了堆垛机的运行机理。通过本设计得出以下结论1分析堆垛机举升机构的工作原理设计选取了电机、钢丝绳、卷筒等；2在货叉伸缩机构的结构设计中，首先分析货叉的受力图，并推导出弯矩挠度公式，设计出货叉的外部结构尺寸，接着又设计校核了货叉内部零件的尺寸，最终设计出了满足条件、灵活、适用、简捷、方便的货叉结构。3通过堆垛机的行走机构的设计计算，确定了主要零部件的尺寸及电动机、减速器的选取；最后，设计出了一种体积紧凑、灵敏度高、动作可靠、带有安全保护装置的双立柱巷道式堆垛机。参考文献1委国辰物流机械设备的运用于管理中国物资出版社，200232姜大力，张剑芳现代物流设备首都经济贸易大学出版社，200443秦同瞬，杨承新物流机械技术人民交通出版社，200354常红，孟初阳物流机械人民交通出版社，200355王耀斌，简晓春物流装卸机械人民交通出版社，200346成大先机械设计手册第四版第五卷化学工业出版社，200267程乃士,减速器和变速器设计与选用手册机械工业出版社，200728孔令中现代物流设备与选用北京工业出版社，200619徐颍新编机械设计师手册下册机械工业出版社，1996510中国机械工程协会中国机械设计大典江西科学技术出版社，2002111中国机械设计大典编委会机械设计图册江西科学技术出版社，2002112大连理工大学工程画教研室机械制图高等教育出版社，2001613成大先机械设计第七版化学工业出版社，2001614龚桂义机械设计课程设计图册第三版高等教育出版社，2002615有轨巷道式高层货架仓库设计规范，JB/T9018199916巷道式堆垛起重机形式与基本参数，JB/T2960199917有轨巷道式堆垛起重技术条件，JB/T7016199318有轨巷道式堆垛起重术语，JB/T53191199119有轨巷道式堆垛起重技安全规范，JB/T53192199120SOLIDWORKSSOLIDWORKS2001AOIHELPEB/OL200121OMRONCORPORATIONCPM2A可编程控制器程序设计手Z199922YONGHUANGANDSEIJIYANSUNOBUAPRACTICALDESIGNMETHODOFFUZZYCONTROLBASEDONCONTROLSURFACEJJOURNALOFJAPANSOCIETYFORFUZZYTHEORYANDSYSTEM，1999,11致谢能顺利完成本次毕业论文设计，首先与我的指导老师王慧文老师的悉心教导分不开的，在此，我先向王老师致以我深深的谢意本次论文设计从论文的选题、撰写、修改直到打印完成自始自终都是在王老师的悉心指导和不断勉励下完成的王老师渊博的学识、严谨的思维使我受益非浅；王老师一丝不苟的钻研精神，严谨求实的治学态度，执着忘我的工作作风，独树一帜的思维方式，无时无刻不在影响着我，一定让我终身难忘。他的言传身教，将会永远指导着我今后的学习和工作中勇往直前。在此，还要感谢车辆工程专业的各位老师，在大学四年里给我专业知识上的教导以及进行毕业论文工作中所给予的帮助，他们的不倦教诲和点拨定将成为我今日点滴知识的来源。感谢图书馆、电子阅览室的各位老师予以我的关心和帮助。还要感谢我的学友和朋友对我的关心和帮助，他们的启发和友爱互助的精神给予我论文写作极大的帮助。最后，再次向在这次毕业设计中所有帮助过我的人表示忠心的感谢附录AGENETICALGORITHMOPTIMIZATIONONCRANETRANSMISSIONINNEURALNETWORKABSTRACTTHEFUZZYOPTIMIZATIONMATHEMATICMODELISESTABLISHEDTODESIGNCRANETRANSMISSIONTHEMETHODOFSECONDCLASSCOMPREHENSIVEEVALUATIONWASUSEDBYTHEOPTIMALLEVELCUTSET,THUSTHEOPTIMALLEVELVALUEOFEVERYFUZZYCONSTRAINTCANBEATTAINED,ANDTHEFUZZYOPTIMIZATIONISTRANSFORMEDINTOTHEUSUALOPTIMIZATIONTHEFASTBACKPROPAGATIONOFNEURALNETWORKALGORITHMISADOPTEDTOTRAINFEEDFORWARDNETWORKSSOASTOFITRELATIVECOEFFICIENTTHENTHEFITNESSFUNCTIONWITHPENALTYTERMSISBUILTBYPENALTYSTRATEGY,NEURALNETWORKSPROGRAMISRECALLED,SOLVERFUNCTIONSOFGENETICALGORITHMTOOLBOXOFMATLABS