CA6140型车床plc控制系统设计讲解

1、攀枝花学院本科课程设计（论文）堆垛机货叉伸缩机构设计学生姓名：何泽栋学生学号：201010601050院（系）：机械工程学院年级专业：2010 级机制2班指导教师：陈新德讲师2013年3月2日攀枝花学院教务处制课程设计（论文）指导教师成绩评定表题目名称堆垛机货叉伸缩机构设计评分项目分 值得 分评价内涵01学习态度6遵守各项纪律，工作刻苦努力，具有艮好的科学 工作态度。02科学实践、调研7通过实验、试验、查阅文献、深入生产实践等渠 道获取与课程设计有关的材料。工 作 表 现20%03课题工作量7按期圆满完成规定的任务，工作量饱满。04综合运用知识的能力10能运用所学知识和技能去发现与解决实际问题

2、， 能正确处理实验数据，能对课题进行理论分析， 得岀有价值的结论。05应用文献的能力5能独立查阅相关文献和从事其他调研；能提出并 较好地论述课题的实施方案；有收集、加工各种 信息及获取新知识的能力。06设计（实验）能力，方案 的设计能力5能正确设计实验方案，独立进行装置安装、调试、 操作等实验工作，数据正确、可靠；研究思路清 晰、完整。07计算及计算机应用能力5具有较强的数据运算与处理能力；能运用计算机 进行资料搜集、加工、处理和辅助设计等。能 力 水 平35%08对计算或实验结果的分析 能力（综合分析能力、技 术经济分析能力）10具有较强的数据收集、分析、处理、综合的能力。09插图（或图纸）

3、质量、篇 幅、设计（论文）规范化 程度5符合本专业相关规范或规定要求；规范化符合本 文件第五条要求。10设计说明书（论文）质量30综述简练完整，有见解；立论正确，论述充分， 结论严谨合理；实验正确，分析处理科学。成果质量45%11创新10对前人工作有改进或突破，或有独特见解。成绩指 导 教 师 评 语指导教师签名：年 月曰第一章 绪论.1第1.1节研究的背景与内容 .11.1.1 概述.11.1.2有轨巷道堆垛机的发展现状及特点 .21.1.3有轨巷道堆垛机的类型 .31.1.4巷道堆垛机的特点 .3第1.2节设计的目的和意义 .4第1.3节设计的内容及要求 .4第1.4节设计参数 .4第二章

4、堆垛机货叉的设计思路 .5第三章堆垛机货叉的设计.7第3.1节货叉传动装置的总体选型 .7第3.2节货叉传动齿轮、齿条的计算 .7第3.3节货叉传动链轮、链条的设计计算 .10第3.4节制动器的制动容量的设计 .12第四章参考文献.131第1章绪论1.1第1.1节研究的背景与内容1.1.1 1.1.1 概述随着生产力的发展，生产规模的扩大和产品结构的调整，客观上要求作为工业 企业物资供应基地的物资仓库进行改建或扩建。但由于现有工业企业的用地受到限制 物资仓库用地难以扩展，所以只能充分挖掘潜力，有效利用现有库区面积，并向空间发 展,向空间要货位。其主要途径是变单层库房为多层库或立体库。 我国自7

5、0年代以来 多层库有了较快的发展，立体库也有一定的发展。根据我国的实际情况，从今后的发展趋势看,多层库和立体库都会继续得到发展。并且，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提高生产率，降低成本非常重要。自动化立体仓库是实现物流系统合理化的关键。它具有空间利用率高、便于实现 自动化管理、实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 系统联网运行等许多优点，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，已开始应用于汽车、电子、医药、烟草、建材、邮电等许多行业。而堆垛机 对立体仓库的出人库效率有重要影响，是立体仓库能否达到设

6、计要求和体现其优点的 关键设备之一。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，是在高层货架的窄巷道内作业的起重机，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，可大大提高仓库的面积和空间利用率， 是自动化仓库的主要设备，是代 表立体仓库特征的标志。堆垛机的功能是堆垛机接受计算机指令后，能在高层货架巷 道中来回穿梭，把货物从巷道口出人库货台搬运到指定的货位中，或者把需要的货物从仓库中搬运到巷道口出人库货台，再配以相应的转运、输送设备通过计算机控制实 现货物的自动出人库。在立体仓库中的搬运设备有高位叉车、 工业机器人、桥式堆垛 机和有轨巷道式单双立柱堆垛机。有轨巷

7、道式双立柱堆垛机由于效率高，高度可达 30-40 m，便于实现无人操作，行走稳定，载货量大，噪声小，在目前的立体仓库中 得到广泛应用。1.1.2 1.1.2有轨巷道堆垛机的发展现状及特点随着经济全球化步伐的口益加快和信息技术的快速发展，传统行业和消费方式 正发生着深刻的变化，物流在经济活动中的作用越来越受到企业的重视，物流人才的 需求也在口益增长。目前，物流人才已经被列为我国12大类紧缺人才之一，有报道称“物流人才的需求已超过 600万”物流实验室的建设正是要搭建一座理论与实践 的桥梁，目前，我国许多高校已经建立了物流实验室，据不完全统计，已经有160多所高校建立了自己的物流实验室。 物流实验

8、室为学生提供实训平台，深化学生对现 代物流理论的理解，提高学生的操作能力，内融机械、电气、电子及计算机等技术于 一体的综合技术，在这种技术中，不同领域和层次的知识与能力融会在一起。1.1.3 1.1.3有轨巷道堆垛机的类型有轨巷道堆垛机可按其结构形式、支承方式和运行轨迹等进行分类，一般可分 为以下几种类型：(1)按结构形式，分为双立柱有轨巷道堆垛机和单立柱有轨巷道堆垛机：双立柱有轨巷道堆垛机双立柱有轨巷道堆垛机由两根立柱、上横梁、下横梁和带货叉的载货台组成， 立柱、上横梁和下横梁组成一个长方形的框架， 一般称为机架。立柱形式有方管和圆 管两种，方管可兼作起升导轨，圆管需要附加起升导轨。这种堆垛

9、机的最大优点就是 强度和刚性都比较好，能快速起、制动，并且运行平稳。一般用在起升高度较高、起 重量较大和水平运行速度较高的立体仓库中，其缺点是自重较大。单立柱有轨巷道堆垛机的机架由一根立柱、下横梁和上横梁组成。立柱多采用型钢或焊接制作，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 载货台和货物对立柱有偏心作用，以及行走、制动时产生的水平惯性力作用，使单立 柱有轨巷道堆垛机在使用上有较大的局限性。 不适于起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导轨作升降运动。

10、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)按支承方式分类，有轨巷道堆垛机分为悬挂型和地面支承型。悬挂型有轨巷道堆垛机悬挂型有轨巷道堆垛机悬挂在巷道上方的轨道上运行， 其运行机构安装在堆垛机门架的上部。在地面铺设导轨，使门架下部的导向轮以一定的间隙夹在导轨的两侧， 从而防止堆垛机运行时产生摆动和倾刹。悬挂式堆垛机有如下优点：在设计门架时，可以不考虑横向的弯曲强度，钢结构的自重可以减轻，加减速时的惯性摆动小，稳定 所需的时间短；其缺点是维修和检查不方便。地面支承型有轨巷道堆垛机堆垛机的运行轨道铺设在地面上， 堆垛机用下部行走轮支承和驱动，上部导向轮 用来防止堆垛机倾倒或摆动。和悬

11、挂型有轨巷道堆垛机相比，这种堆垛机的立柱主要 考虑轨道平面内的弯曲强度，因此，需要加大立柱在行走方向截面的惯性矩。 由于驱 动装置均装在下横梁上，容易保养和维修。(3)按其运行轨迹形式不同，分为直线运行型堆垛机和曲线运行型堆垛机。 直线运行型堆垛机直线运行型堆垛机只能在巷道内直线轨道上运行， 不能自行转换巷道。只能通过 其他输送设备转换巷道，直线运行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。 曲线运行型堆垛机曲线运行型堆垛机行走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，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。 曲线运

12、 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。本文研究的堆垛机是结构形式为双立柱， 支承方式为地面支承型，并且其运行轨 迹为直线型巷道堆垛机。1.1.4 1.1.4巷道堆垛机的特点由于使用场合的限制，巷道堆垛机在结构和性能方面有以下特点：(1)整机结构高而窄，其宽度一般不超过储料单元的宽度，因此限制了整机布置和结 构选型。(2)金属结构件除应满足强度和刚度要求外，还要有较高的制造和安装精度。(3)采用专门的取料装置，常用多节伸缩货叉或货板机构。(4)各电气传动机构应同时满足快速、平稳和准确。(5)配备可靠的安全装置，控制系统应具有一系列连锁保护措仓储自动化建设是一项系统工程，

13、 物资储运作业自动化是其重要的内容。 实现仓 库物资储运作业自动化，仓储机械设备、设施及管理、信息、人才系统配套、协调发 展是重要的发展趋势。通过引入计算机、自动控制技术和人工智能等高新技术对仓储机械的技术该做， 仓储机械的技术性能将较大提高。载重量大、机动性强、操作方便、可维修性好的叉 车、无人叉车、牵引车、托盘运输车、堆高车、堆垛机、码垛机、管道输送机、带状 输送机、自动拣选机等先进的装卸搬运机械设备将广泛应用于仓储系统。1.3第1.3节设计的内容及要求有轨巷道堆垛机的内容包括：第一，分析、论述目前堆垛机堆垛的原理、方法，堆垛机的设计思路，探讨各种 解决途径。第二，论述本设计采用的方法、原

14、理及可行性，进行结构设计、运动学计算和强 度计算。第三，堆垛机的工作方式及货物识别控制原理。有轨巷道堆垛起重机的设计要求包括：1，结构简单、操作方便。2,堆垛方式准确可靠。3,结构紧凑坚固，使用维护方便，外形美观。1.4第1.4节设计参数堆垛机总高度：8m总长度：3.1m 总宽度：1m货叉速度 9m/min(0.15m/s)加减速度：伸缩0.2 m/s2货架上下7层，层高1100mm/s2货架每层40格，格宽900mm货箱尺寸：长x宽乂高=600 x 500 x 800mm货格尺寸：长x宽乂高=900 x 600 x 1100mm宽度方向为货叉叉取方向1.4.1142第二章：堆垛机货叉的设计思

15、路货叉装置是堆垛机存取货物的执行机构，装设在载货台上。本机构采用二级直线 差动式伸缩货叉，由上叉、下叉及起导向作用的滚针轴承等组成，以减少巷道的宽度, 且使之具有足够的伸缩行程。由于存取货物时货叉伸出的距离已经超过本身的长度，所以货叉为级伸缩装置， 下叉固定在载货台本体上，起支承作用，上面的上叉叉取货物。货叉的伸缩可以采用齿轮齿条传动或者链轮链条传动，本设计采用齿轮齿条传 动，齿轮齿条传动具有结构简单，传动关系清晰等优点。货叉装置采用二级直线式伸缩货叉，叉体体积小、刚性大，且具有超载保护功能。 货叉主要由电动机、联轴器、减速器、链轮链条传动装置、齿轮齿条传动装制、下叉、上叉和滚针轴承等组成。

16、1.上叉叉板 2.上叉活动导轨 3.上叉支承板 4.上叉挡板 5.上叉齿条板 6.滚针轴 承7下叉立板 8.下叉底板 9轴承支承板 10.传动轴11.链条12.减速器13. 联轴器14.传动齿轮 15.电动机 16.下叉挡板结构示意图如上图2-2所示。上叉由上叉叉板、上叉支承板、上叉齿条板组成， 上叉叉板直接承载货箱，为了防滑选用花纹钢板，上叉支承板则安装有支承上叉的四 个滚针轴承，使上叉相对于中叉运动，上叉齿条板下方焊接有齿条，由装在中叉连接 板上的双啮合齿轮传递动力。中叉由中叉活动导轨、中叉连接板、中叉齿条板组成， 中叉活动导轨支承在四个滚针轴承上，四个滚针轴承分别装在下叉立板和下叉支承板

17、 上,中叉连接板则把中叉齿条板、中叉活动导轨和双啮合齿轮连接起来， 中叉齿条板 下方焊接有齿条，通过传动轴上的齿轮传递动力。下叉由下叉支承板、下叉立板、下 叉齿条板和下叉底板组成，下叉支承板下部安装有滚针轴承， 支承起传动轴，上部安 装有支承中叉活动导轨的滚针轴承，下叉立板也安装有支承中叉活动导轨的滚针轴 承，下叉齿条板的顶部装有齿条，提供与双啮合齿轮啮合的下齿条， 下叉底板则是整 个货叉的支承板，其上固定有电动机、减速器、下叉立板、下叉齿条板、下叉支承板 和双向挡板。焊接在下叉底板上的双向挡板则限制货叉的极限伸缩位置。整个货叉的传动原理是，电动机通过联轴器、减速器减速把动力传递给减速器轴 端

18、的链轮，轴端链轮通过链条把动力传递给传动轴，传动轴上的链轮和减速器轴端的 链轮一样大，链轮链条传动比为1。安装在传动轴轴端的齿轮通过中叉齿条板把动力 传递给中叉，使中叉以一定的速度相对于下叉运动， 而安装在中叉连接板上的双啮合 齿轮以中叉速度与中叉一起运动， 双啮合齿轮下面与下叉齿条板上的齿条啮合，上面与上叉齿条板上的齿条啮合，下叉齿条板不动，那么上叉齿条板则以二倍于中叉的速 i-a 门_ _ , _1 -1图2.1货叉结构示意图度向前运动。当电动机反向时中叉与上叉则反方向运动， 从而实现货叉的双向存取货物。焊接 在下叉底板上的双向挡板与焊接在中叉连接板底部的双向挡板配合使用，当货叉运行到极限

19、位置时上、下双向挡板相碰，从而使货叉停止运动。联轴器为限力矩联轴器， 当力矩超过设定值时，联轴器内部的钢珠打滑，从而保护货叉受到破坏，提高系统的 安全性。本货叉传动系统除了电动机、联轴器和减速器安装在货叉左侧以外， 基本为对称 布置，左半部分相当于左货叉，右半部分相当于右货叉，这样链轮链条传动布置于货 叉中间，从而提高系统的平稳性。Fstv1000 02502 0.151000 0.9= 0.42KW(5.2)安装在中叉上的中间轴是不转动的,其上的双啮合齿轮同时与上下两个齿条啮合,9000188.4=47.7r /min1.51.6第三章：货叉传动齿轮、齿条的计算1.7第3.1节货叉传动装置的

20、总体选型取运行阻力系数，=0.85，于是Ff 二 G=0.85 300 9.8仁 2502N（ 5.1）式中G运行质量的重力（N）取机构的总效率0 =0.9，则运行静功率为电动机选择型号为YEJ801-4的电磁制动三相异步电动机，额定功率为 0.55KW，转速 为1390r/min，满足要求联轴器选用型号为AC 01的钢球离心式软起动安全联轴器，传递功率为 0.6KW具有 过载保护功能，满足要求减速器选用减速比为29的W系列摆线针轮减速器，机座号为 W 3,允许功率为0.75KW满足要求第3.2节 货叉传动齿轮、齿条的计算设计要求货叉的伸缩速度v为9m/min，即9000mm/min齿轮齿条分

21、度圆直径为60mm则圆周长度为C =3.14 60 = 188.4mm齿轮转速为.选择齿轮、齿条材料齿轮选用45号钢调质HBS1 = 245-275HBS齿条选用45号钢正火HBS2 = 210-240HBS.按齿面接触疲劳强度计算vt 二(0.013 0.022)n3 P/ n 二(0.013 0.022)483 0.42/ 48(5.3 )计算出v在0.13和0.22之间，取v 0.2m/ s(5.5 )(5.6 )(5.7 )(5.8 )(5.9 )(5.10)确定齿轮齿条传动精度等级为第u公差组8级齿轮的分度圆直径齿宽系数按齿轮相对轴承为悬臂布置取为-：d =0.4 齿轮齿数乙=20齿

22、条长度为1000mm 货叉传动系统中的链轮链条传动的传动比为 1由电动机的转速和减速器的传动比计算出传动轴上的齿轮的转速双啮合齿轮的转速也为13r/min 则齿轮转矩T1=9.55 X 106P/n=9.55 X 106x 0.42/48=83560Nmm载荷系数K=KA KV Ka K :使用系数K=1动载荷系数K/=1.18齿向载荷分布系数K 1=1.22齿间载荷分布系数心由3=0及& r =；：.= 1.88-3.2 (1/Z1 +1/Z1 )CO$ =1.68查得 Ka = 1.21则载荷系数k的初值k=1X 1.18 X 1.22 X 1.21 = 1.74弹性系数 ZE =189.

23、8 . N/mm2节点影响系数ZH =2.5重合度系数Z ；=0.87许用接触应力I- H I -厂H lim NN ZW / SH接触疲劳极限应力匚H Hm1，二H Hm22-Hlim1 =570N/mm2-H|im2 =460 N/mm2Ku 1(ZE 之H N ydi _ 3二IS u(5.4 )1390n =29=48r / min应力循环次数为N仁60nj Lh =60X 48X 1 X( 8X 300X 8) =5.5 X 107N2=N1/y = 4.6 X 107气片严罟(ZEFH冬冬)2 =327483560 1.2189.8250.87)2=4。伽0.41.2418接触强度

24、得寿命系数ZN二ZN =1硬化系数ZW=1 接触强度安全系数SH -1.1： H1 = 570X 1 X 1/1.1=518 N/ mm2+ 1= 460X 1 X 1/1.1=418 N/ mm2故d1t的设计初值(5.11 )齿轮模数 m=d1t / 乙=40/20=2mm所以取m=3im齿轮分度圆直径的参数圆整值为d1 =乙m=20X 3=60伽圆周速度 v=二 d1 n/ 60000 =0.18m/s(5.12)与估取vt =0.2m/s相近，满足要求因为齿宽系数= 0.4所以齿轮齿宽b-a =0.4 60 =24mm对于正常齿，h、1 , c、0.25齿顶高此=ham = 1 3 =

25、 3mm齿根高 hf =(h； c*)m=(1 0.25)3= 3.75mm齿顶圆直径 d d 2ha = 60 2 3 = 66mm齿根圆直径 df 二d -2hf =60-2 3.75 = 52.5mm取齿条齿根高hf =3mm齿条齿顶高d = 3.5mm齿条宽度b =25mm齿条总高度 H 二 ha hf h, =3.5 3 4 =10.5mm式中h为轮齿底部到齿条底部的高度 齿距 p = ：m =3.14 3 =9.42齿厚 sh愿m/2=3.14 3“ 2 =4.71齿槽宽 e= 5/2=3.14 3-：-2=4.71.齿根弯曲疲劳强度校核计算齿形系数YFa应力修正系数YSa重合度系

26、数齿轮 YF =2.55al齿条 YF =2.45a2齿轮 YS =1.63al齿条 YS =1.65a2Y . =0.25 0.75/ ；a =0.25 0.75/1.68 = 0.7(5.14 )许用弯曲应力(T F=bFimYNYx/SF(5.15 )弯曲疲劳极限-Flim1 =460 N/ mm22-Flim2 =390 N/ mm弯曲寿命系数YN二YN =11 2尺寸系数Yx=1安全系数SF =1.25则 L-_F F lim1YNiYXi / SF 二460X 1X 1/1.25=368 N/ mm2(5.16)&F2 = 1筒2丫2丫X2/SF=390X 1 X 1/1.25=3

27、12 N/ mm2故r F1 = 2X 1.46 X 83560X 2.55 X 1.63 X 0.70/(60 X 180X 6)=11.78下=2X 1.46 X 83560X 2.45 X 1.65 X 0.7/(50 X 180X 6)=13.74N/mm2 珥 rF21.8第3.3节货叉传动链轮、链条的设计计算.选择链轮的齿数Z2 小链轮齿数乙，取为21大链轮齿数乙Z2 二iZ1 =1 21 =21在货叉传动系统中，链轮链条传动不需要增速或减速，所以上式中传动比i取为1。链轮选用40Cr合金调质钢为材料进行制造，淬火温度850 C，因40Cr为合金钢，采用 cF2KT,bdgYFaY

28、sakF(5.13)油淬，硬度达到HRC40-50回火温度500 C，以降低脆性。链轮结构采用整体式，链轮的齿形按 3RGB1244-8规定制造。=12.71(100一心(5. 19 ).确定链节数Lp 初定中心距a0 =40p，则链节数为取Lp =100节.确定链节距p 工作情况系数KA =1 链轮齿数系数Kz =0.92 多排链系数Km =1 所选链条的额定功率O92 0.42 =0.39KW( 5.18)Km1选择链条型号为08A的单排链,抗拉载荷13.8KN链节距 p =12.7mm，中心距=4040 12.7 = 500mm.确定中心距a理论中心距=501.65mm 中心距减少量a2

29、p=2 12.7 =25.4mm取为91mm实际中心距a，二 a - a = 501.65 - 91 二 410mm.验算链速v电动机转速为1390r/min，减速器减速比为107,所以链轮转速为Lp2aZ1 Z222 40 p=80 21 =101(5.17 )1390 n48r / min29vZ160 1000式中p链条链节距二红竺竺心佃/s60 1000(5.20)乙 -小链轮齿数满足要求.作用在轴上的压力FR 链条有效拉力1000 0.42 = 2000N0.21L 1000PFe = -:v式中P货叉运行静功率，P=0.42KW(5.21 )倾斜布置链传动，取压轴力系数 KR=1.1FR=KRFe=1.1 2000=2200N链轮主要尺寸计算如下：(5.22 )分度圆直径d .180 sinz12 785.