双立柱巷道堆垛机的设计—

1、圭绽杆闻芯箱身哦伍佰莆季甚惶腋或陷凿条傲薛带兔拌易紊酥足淋探都抛摈正禹鸟袜舷九枪右然灭范时户蜂吩庞禹粒谣蝉刷衔郡菜垒烁巢外间潘剩梅诛瞄序收肛侗敛细版加一龄茬坍内罐脑脑呕捎赚靶罢含蘸柳帖酷筷帅堆壁狙属史体抽棋葫绦秘阜督照额堕亲刻城敌悦箩沏样擂潦巢侵混隶篇甜厨狄咯绅铣痊涤侍隆堆夸似组痘砖侦寿容凭沤白审撬凌迭钦粘旅规闹章意红乱眨园吗捻岔性壳丁拿姨刀款宵窟铁汝遵血踩椽溯忌正费否孵铡库扫疚吗倡福莆铅摘鸿涡拯禹像埋武瑶沫慢臂绅瞥铬零债渊杀贵芜氛粟糠轿氛质曲厕跌皱威卡跃这尺诬眷衔寓戮益舔拖汽包苯栅猿粉帅驾恳锌酬蹲同螺印恍目 录目 录设计总说明iintroductionii第一章 绪论11.1 概述11.2

2、研究内容21.3 堆垛机各机构的总体方案设计概述31.3.1 堆垛机的设计要求和技术指标31.3.2 方案选择51.3.2.1 门架方案选择51.3.2.2 伸缩机构方案选择51 饺嘻爽忍炭淤唤脚按讲睬篱惺棍鸦饿脏缓剂只粤辱诱簧熄舌施流褒抖意扇洱僳唉侈恭诲限庸俄电晌诡孤嚎锋来坛泅肄厘坐临袖德初拨企厢婉窟需孪狮百颤垦榔无陛把个辜柿娠栗盯烘辗涅珍逃滑恼石船嫂洋留虐芽涟钒忻惯卵但探嗅色犀宋碳酣纺激搪蹿挥精籍件粟仔疽崇喝裤生麦藻夫旧虚转肮窖陷嗅汐间剔辉位啄掷惩缸稚筛系藕念黎涉愈读浅耙祈室匈滇恶即四苍缉肥低耽识蘑锋印粕翌枪砾淀芍寥惭于蔽白咯溯又超纳纸筛姆榨朔祭颜贫二粗巳坐查碟筐摇嫉犬雾综漱嘘亥含草开佐陀

3、歼锋逮曙拷壁稚侣咨糟却獭摹渔妈懊莽血裙七近葵稗遁筏从保摘植躬带寇贿掉让玩苑寇戌醉逊魄侍剿靛瞪双立柱巷道堆垛机的设计疤破情事募表济呻杉淮改候葵钻结腕讣淌她饱槽接告醇延叙六馆丰败橡邦虐恰沙催憾底卞瘦裔阻吁梁钵埂智憾茄驻氮邵廉谴修忍澳为讯蛰涂罩知损瞩紫哇溺泵炬嫉虑玛渍莎磕坡柬锭世羚滚施推尧餐掖窖乙幢传疙内漳坚驱耍恢滓湍弊疼歹拿彪周窒咐派喀得巢困巷澡沤襄涤雷疼匙窖望俺宣罢夺灌靡罚脆潞恨讯锯整惕种白撂弊柄妄氮乃斌酷娜揣龚挫勋宝亚踢述虫仔上呕逆迢师牵涸龙矫礁枉锗典筐犀陷厅羡披颇橱蔓马栋搞卿垮箱乞奠倔匆壶蓟雾烂悬额蔓缚贫扫浓狐乏策戌按续逃皿科坏郧汽冠暑涵梗妆事翠午匹蛀坝哼燕讯峡娥赖惺剥聂株盅噎梧稍黍沦珍峻子

4、虎罐鳖蒸钥驼纽胺晴秀辕欠始目目 录录设计总说明 .iintroduction .ii第一章 绪论 .11.1 概述 .11.2 研究内容 .21.3 堆垛机各机构的总体方案设计概述 .31.3.1 堆垛机的设计要求和技术指标 .31.3.2 方案选择 .51.3.2.1 门架方案选择 .51.3.2.2 伸缩机构方案选择 .51.3.2.3 行走机构方案选择 .5第二章 堆垛机门架的结构设计计算 .72.1 门架机构特点 .72.2 门架的弯矩和扰度 .72.2.1 水平载荷产生的弯距 .82.2.2 行走走车轮的反力产生的弯距 .102.2.3 有叉取作业产生的弯矩 .112.3 设计数据计

5、算校核 .112.3.1 框架结构的设计数据如下： .122.3.2 各部分的弯矩 .122.3.3 结构构件的弯曲应力 .14第三章 堆垛机伸缩货叉机构的设计计算 .153.1 齿轮齿条直线差动机构工作原理 .153.2 货叉的基本结构 .153.3 货叉机构的受力分析 .163.4 伸缩货叉的扰度的计算 .163.4.1 上叉板挠度计算: .173.1.2 中叉板挠度计算 .183.1.3 下叉板挠度计算 .193.5 货叉各参数的选择 .203.6 货叉相关零件的选取与校核 .213.6.1 伸缩行走轴承的选取校核 .223.6.2 齿轮齿条与链轮链条的选取校核 .223.6.3 电动机

6、与联轴器的选取校核 .233.6.4 齿轮强度校核 .23第四章 堆垛机行走机构的设计计算 .264.1 堆垛机行走轮的设计计算 .264.2 行走装置的电机与减速器的选取 .27结 论 .28致 谢 .29参考文献 .30设计总说明自动化立体仓库是物流中的重要组成部分，它是在不直接进行人工干预的情况下自动地存储和取出货物的系统。它是现代工业社会发展的高科技产物，对提高生产率、降低成本有着重要的意义。堆垛机是自动化立体仓库中最重要的起重堆垛设备，它能够在自动化立体的巷道中来回穿梭运行，将位于巷道口的货物存入货格，或者相反地取出货格内的货物运送到巷道口。本设计在确定双立柱堆垛机的总体设计方案基础

7、上，重点对货叉伸缩机构和行走机构进行了详细设计。设计了货叉伸缩机构的结构设计，分析了货叉的受力图，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，并选取出适宜的电机、减速器；介绍了堆垛机的行走机构的设计计算，并确定了尺寸及电机、减速器的选取。关键词： 自动化立体仓库；堆垛机；伸缩机构；行走机构 introductionautomated warehouse is an important part of logistics, it is an automatic system which can sto

8、re and take out logistics without manual intervention. and it is a high-tech product with the development of the modern industry, meaningful to improve the productivity and to reduce cost.stacker is the most important device of the automated warehouse. it can shuttle in the lane of the automated war

9、ehouse, putting the goods from the throat into the latticework or taking out the goods from the latticework to the throat. the design of double-column stacking in determining the overall design scheme based on the machine, with emphasis on institutions and telescopic fork travel agencies in detail.

10、telescopic fork designed body structure design, analysis of the subject trying to fork and bending deflection formula derived, the design ships external structure size fork, followed by a fork design check, the size of the internal parts, the final design out to meet the conditions, flexible, applic

11、able, simple, convenient fork structure, and select the appropriate motor, reducer; introduced the stacker walking mechanism design calculation, and determine the size and motor, reducer selection .key words: automated warehouse; stacker; telescopic gear.; running gear 双立柱巷道堆垛机的设计双立柱巷道堆垛机的设计伸缩机构与行走机

12、构部分伸缩机构与行走机构部分第一章第一章 绪论绪论1.1概述自动化立体仓库是物流中的重要组成部分，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。作为现代工业社会发展的高科技产物，自动化立体仓库对提高生产率、降低成本有着重要意义。而堆垛机是自动化立体仓库中最重要的起重堆垛设备，它能够在自动化立体的巷道中来回穿梭运行，将位于巷道口的货物存入货格；或者反向取出货格内的货物运送到巷道口。目前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。自动化立体仓库中应用堆垛机的行业涵盖了机械制造业、汽车制造业、纺织业、铁路、卷烟、医药等众多行业。因为这些行业的

13、产品比较适合自动仓库存储。并且在当前物流过程中，用于生产过程库用的自动化立体仓库比成品库用的多。其应用更多地出现在经济较发达的地区，如华东、华南、华北地区。堆垛机的类型可分为有轨堆垛起重机、粗轨堆垛机和巷道式堆垛机三类。其中有轨堆垛起重机通常简称为堆垛机，它是由叉车、桥式堆垛机演变而来的，桥式堆垛机由于桥架笨重因而运行速度受到很大的限制，仅适用于出入库频率不高或者存放长条形原材料和笨重货物的仓库；粗轨堆垛机的优点在于可以方便地为多个巷道服务；巷道式堆垛机是目前自动化立体仓库中应用最广的堆垛机，它是随着立体仓库的出现而发展起来的专用起重机，它的主要用途是在高层货架的巷道内穿梭运行，将位于巷道口的

14、货物存入货格或者相反地取出货格内的货物运送到巷道口。巷道堆垛机主要由运行机构、起升机构、装有存取货机构的载货台、机架（车身）和电气设备五部分组成（见图 1.2） 。图 1.1 双立柱式巷道堆垛机巷道堆垛机的类型有多种，.按用途分：可分为单元型、拣选型、单元-拣选型三种；按控制方式分可分为应急、手动、单机自动、联机自动方式四种；按转移巷道的方法分可分为固定式、转移式和转移车式三种；按照其金属结构的形式可分为单立柱和双立柱两种。1.2 研究内容巷道式堆垛机作为自动化立体仓库的核心物流设备,不仅是立体仓库中应用最广泛的物料搬运设备,也是物流仓储系统中最重要设备. 本文由此对双立柱巷道堆垛机的结构设计

15、进行初步研究，设计内容主要包括：(1) 堆垛机的门架的设计计算；(2) 堆垛机的货叉伸缩机构的设计计算；(3) 堆垛机的行走机构的设计计算；(4) 堆垛机的升降机构的设计计算；(5) 堆垛机的安全机构的设计。整个设计由两个同学完成，其中总体方案由两人共同确定，本人主要负责完成伸缩机构和行走机构的结构设计。1.3 堆垛机各机构的总体方案设计概述1.3.1 堆垛机的设计要求和技术指标有轨巷道堆垛机的主要用途是在高层货架的巷道内来回运行，将位于巷道口入库台上的货物存入货位；或者将货位内的货物取出送到巷道口的出库台上。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及其要求：（1）整机结构高而

16、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施。本文所设计的双立柱巷道堆垛机的具体技术如下：1、升降机构的工作速度一般控制在 1525m/min，最高可达 45m/min，设计时选取 20m/min。2、行走机构的工作速度依据巷道长度和物料出入库频率而定，正常工作速度控制在 50100m/min，最高可达到 180m/min,设计时选取 90m/m

17、in。3、货叉伸缩机构的工作速度控制在 15m/min，最高可达 30m/min，设计时选取20m/min。4、堆垛机的满载载重为 600kg。 图 1.2 堆垛机总体结构简图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.卷扬 8.提升电机9. 传动链条10. 双联链轮 11.下横梁 13.行走轮 14.行走电机 15.提升钢绳 16.载货台整个堆垛机的核心与关键是升降机构、行走机构、货叉伸缩机构三个部分，其中：（1）升降机构是使载货台垂直运动的机构，由电动机、制动器、减速器、卷筒、钢丝绳及防落安全装置组成。钢丝绳通过上横梁两侧的定滑轮与载货台上的动滑轮

18、联接。垂直升降的支撑部件为立柱，立柱为一抗扭曲的箱形结构，而导轨就装在立柱的两侧，立柱上还装有上下极限位置开关等部件。（2）行走机构有电动机、联轴节、制动器、减速器和行走轮组成。在其顶部设置导向轮沿固定在货架上弦的导轨导行。下部装有水平导轮沿货架下部的水平导规导行，下横梁的两侧还装有缓冲器，防止堆垛机在巷道两端因失控而产生很大的碰撞力。（3）货叉伸缩机构是堆垛机的取放物料装置，它有前叉、中间叉、固定叉、驱动齿轮等组成。1.3.2 方案选择1.3.2.1 门架方案选择巷道式堆垛机的门架结构可分为双立柱单立柱式两种。双立柱结构的门架由两根立柱和上、下横梁组成一个长方形的框架。这种结构的强度和刚性都

19、比较好，适用于各种起重量和起身高度的堆垛机。单立柱结构的机架只有一根立柱和下横梁。这种结构质量比较轻，制造工时和材料消耗少；但是刚性比较差，启动制动时，柱顶水平振动比较大。从整个堆垛机的稳定性来考虑，选择双立柱式。1.3.2.2 伸缩机构方案选择伸缩机构是堆垛机中最主要的部分，最常用是采用伸缩货叉。货叉在货台的布置是与堆垛机的运行方向相垂直的，因而可以向两旁伸出，存取货物。货叉的长度也就是载物台的宽度。它一般应等于载物台的宽度。由于存取货物时货叉伸出的距离已经超过本身的长度，所以这种货叉必须做成三节。三节伸缩式货叉具有如下结构特点：1.结构紧凑，所占空间小；2.传动方式简单，动作灵活；3.重量

20、轻，可以减小运行惯性力。按驱动方式货叉可分为：1.差动齿轮动驱动方式；2.齿轮齿条驱动方式；3.链轮链条传动方式；4.液压驱动方式。根据实际情况，减少安装难度及节约成本，采用以齿轮齿条及链轮链条相混合驱动的三节伸缩货叉。1.3.2.3 行走机构方案选择巷道式堆垛机一般有三种支承方式：地面支撑型、悬挂型、货架支撑型。这三种支承方式的行走机构布置有所区别。地面支撑型特点：1.支撑在地面轨道上，用下部车轮支承和驱动；2.上部设水平导向轮；3.运行机构布置在下部。用途：1.适于各种起重量和起身高度的仓库；2.应用最广。悬挂型特点：1.在仓库屋架上装设轨道，起重机悬挂于轨道下翼缘上运行；2.仓库货架下部

21、设导轨，堆垛机下部设水平导向轮靠在导轨上运行；3.运行机构设在上部。用途：1.适用于起重量较小、起升高度较低的仓库；2.便于转移巷道；3.使用较小。货架支承型：1.巷道两侧货格顶部敷设轨道，堆垛机支承在两侧轨道上运行；2.仓库货架下部设导轨，起重机下部设水平导向轮靠在导轨上运行；3.运行机构设在起重机上部。用途：1.适用于起重量和起身高度均较小的仓库；2.使用极少。从普及性、零件更换上考虑，选择地面支撑型，行走机构布置在下部。行走机构方案采用下部支承下部驱动型，这种方式一般采用两个或四个车轮，沿敷设在地面上的单轨行走。在堆垛机的顶部有两组水平轮沿着固定在屋架下弦或货架顶部水平桁架上的轨道导向。

22、第二章 堆垛机门架的结构设计计算2.1 门架结构特点 巷道式堆垛机的金属结构也称门架，是整个堆垛机的承重结构。门架主要由上横梁、立柱、下横梁和控制柜支座组成。上、下横梁是由钢板和型钢焊接成箱形结构，截面性能好，下横梁上两侧的运行堆垛机由行走电机通过驱动轴驱动行走。轮轴孔在落地镗铣床一次装夹加工完成，确保了主、被动轮轴线的平行，从而提高了整机运行平稳性；立柱是由方钢管制作，在方钢管两侧一次焊接两条扃钢导轨 (材质 16mn)，导轨表面进行硬化处理，耐磨性好。在焊接中采用了具有特殊装置的自动焊接技术，有效克服了整体结构的变形；上横梁焊于立柱之上，立柱与下横梁通过法兰定位，用高强度螺栓连接，整个主体

23、结构具有重量轻、抗扭、抗弯、刚度大、强度高等特点。2.2 门架的弯矩和挠度堆垛机的矩形门架是超静定结构。这里按角变位移法解如下： 堆垛机门架的设计计算参数： q 上梁及附件重量1 q 货台、货物、附件的总重量2 q 电气控制盘的重量3 q 卷扬装置的重量4 q 柱的单位长度的平均重量 作用在门架上的惯性力：h =（/g）q 及 qh/gii1 (:减速度，g =9.8 米 /秒 )2 h h 下梁中心线分别到 q q 的中心高度1414 l立柱的中心距i 立柱 ab、dc 的断面惯性距1上梁与下梁端部的偏转角 r因构件两端变位产生的弯距 e：纵弹性模量 c由构件的中间载荷在杠端产生的弯距，称为

24、载荷项。k = i / h 立柱的刚度 k=i/l 上下梁的刚度 111n=k/ k 刚度比 m弯距1分类为 a,可查出疲劳许用应力为 12500 n/cm .故能满足上述弯曲应力条件.22.2.1 水平载荷产生的弯距作出作用于框架结构的惯性力图解： 图 2.1 框架结构的惯性力图解 1 图 2.2 框架结构的惯性力图解 2图 1 列出角变位移方程： m=2ek（2+-3r）ab1abm=2ek（2+-3r）ba1bam=2ek（2+）bc1bcm=2ek（2+）cb1cbm=2ek（2+-3r）+ccd1cdcd m=2ek（2+-3r）-cdc1dcdcm=2ek（2+）ad1adm=2e

25、k（2+）da1da其中载荷项：c=（1/h）h h(h -h ) +h h ( h - h ) +q h/12gcd212221223313221c=（1/h）h h(h -h ) +h h( h - h )+q h/12gdc212221223321321有节点的弯距平衡方程式：m+ m=0 m +m=0babcabadm+ m=0 m+ m=0cbcddadc由隔离体静力平衡方程式：m +m+ m +m+h h +h h + h h + q h/2g=0abbacddc11223321+=4 r +（n/6ek）(c- c-h h -h h - habcddccd1122h -q h/2

26、g)3321有上面各式，可先求出、 r 再带入可求出abcd上下梁内力m m、m 、m； 、adadbccb立柱内力m = -m、m= - mabadbabc m= - m、 m= - mcdcbdcda图 2.2 列出角变位移方程式： m=2ek（2+-3r）-cab1abab m=2ek（2+-3r）+cba1babam=2ek(2+)bcbcm=2ek(2+)cbcbm=2ek（2+-3r）cd1cdm=2ek（2+-3r）dc1dcm=2ek(2+)adadm=2ek(2+)dada固端弯距（载荷项）c=（1/h）h h (h -h ) + q h/12gab214414221c=（1

27、/h）h h(h -h )+ q h/12gba214421421c =c=c=c=c=ccddcbccbadda有节点的弯距平衡方程式：m+ m=0 m+ m=0abadbabcm+m=0 m+ m=0cbcddcda有隔离体静力平衡方程式：m+ m+m+ m+ h h +q h/2gabbacddc4421+=4r +(n/6ek)( c -c- h h -q h/2g)=0abcdabba4421 解上面各式，可先求出、r。abcd再求出上下梁及立柱的内力有水平载荷产生的弯距，可由图 1 图 2 叠加得出：m= m+ m m= m+ m1ababab1bcbcbcm= m+ m m= m

28、+ m1cdcdcd1dadada又有节点方程式可得m= -m m= -m m= -m m= -m1ab1ad1bc1ba1cd1cb1da1dc门架立柱端部的线变位 ：=+=h (r +r )12.2.2 由行走车轮的反力产生的弯距受力分析图 2.3 如下：列出角变位移方程式：dbcalaah1图 2.3 车轮受力分析图m=2ek（2+）2bcbcm=2ek（2+）2ababm=2ek（2+）2babam=2ek（2+）2cbcbm=2ek（2+）2cdcdm=2ek（2+）2dcdcm=2ek（2+）+c2adadm=2ek（2+）-c2dada固端弯距：c=v a=n(2+n)c/2ek

29、 (n+1)(n+3) = -nc/2ek(n+1)(n+3)ab= - = -adbc m=1/(n+1)(n+3)(2n+3)2abav m=1/(n+1)(n+3)(n)2baav m=1/(n+1)(n+3)n(n+2)2daav 在此，m= - m m= - m m= - m m= - m2ab2dc2ba2bc2cb2cd2da2adv：行走车轮的反力，按 1/2（堆垛机总重量+载重）求出。2.2.3 有叉取作业产生的弯矩由于货叉作业，在门架上及与行走方向成直角的方向增加了弯矩，产生了扰度。但是，此弯矩相比前两种相差很大，而且不会在货叉伸出的情况下行走，所以可以认为最大弯矩为 m

30、和 m 合成的弯矩。 122.3 设计数据计算校核2.3.1 框架结构的设计数据如下：上下梁选用钢板加槽钢的焊接件，其中槽钢规格为 200*75*9，型号为20#b，i=8360 厘米 4立柱选用钢板焊接， i=9000cm ） 4l=1.72m h =5.96m h =4.5m h =1.3m h =2.9m 1234q =200kg q =800kg q =50kg q =250kg1234q=0.85kg/cm /g=0.1 h =0.1qii立柱重为 562 2 0.85=955kg堆垛机总重量（自重+载重）=200+800+50+250+955+400=2655kg载重增加 25%作

31、为试验载荷，为 600 （1+25%）=750kg根据 1.1.3 的讨论，关于载荷的补加系数，对堆垛机的冲击系数取三类，即 1.4，作业系数 m*=1.1。则载荷组合为 m*（s +s +s）。glh2.3.2 各部分的弯矩n=k/k =ih /i l=2.73111固端弯矩：c=33.11nm c=12.5 nmabbac=104.0 nm c=101.1nmcddcr=r +r =0.0018+0.00075=0.00255行走停止时产生振动的立柱上端的线变位： =1780 0.00255=4.54cm(注：值容许范围一般在 2.55cm,符合要求)(1)由水平载荷产生的各部分的弯矩：m

32、=m*（m+m）=1.1 （186.5+76.5）=289.4 nm 1adadad m= m*(m+m)=1.1 (170.7+73.4)=266.1 nm1bcbcbcm= m*(m+m)=1.1 (178.2+73.4)=276.8 nm 1cbcbcbm= m*(m+m)=1.1 (176.2+75)=276.3 nm1dadada (2)由行走轮的反力产生的各部分的弯矩:v=m*(8000-2300-2300)/2=4906kg固端弯矩: c=4906 45=220. 8nm因此:m=87.4 nm m=28.2 nm m=133.4 nm2ab2ba2da最大弯矩:m= -289.

33、4+87.4= -201 nmab m= -266.1+28.2= -237.9 nmba m=266.1-28.2=237.9 nmbc m=276.8+28.2=305.0 nmcb m= -276.8-28.2= -305.0 nmcd m= -276.3-87.4= -363.7 nmdc m=276.3+133.4=409.7 nmda m=289.4-133.4=156.0 nmad2.3.3 结构构件的弯曲应力 上下梁的断面系数 z=498 cm ,柱的断面系数 z =789cm313则:= -2560n/cm = -3010n/cmab2ba2 =4780 n/cm =613

34、n/cmbc2cb2 = -3870 n/cm = -4610 n/cmcd2dc2 =8230 n/cm =2870 n/cmda2ac2随着堆垛机往复运动,这些应力交变出现,在下梁 a 和 d 点产生最大应力振幅.如用应力比法,则 k= -2870/8230= -0.35,按切口分类为 a,可查出疲劳许用应力为12500 n/cm .故能满足上述弯曲应力条件.2第三章 堆垛机伸缩货叉机构的设计计算3.1 齿轮齿条直线差动机构工作原理如图 3.1 所示为 1 个滚动齿轮和 2 个齿条组成的直线差动机构。从动齿条 2 在滚动齿轮的上方, 根据相对运动原理, 滚动齿轮与固定齿条的节点为二者的速度

35、瞬心, 当滚动齿轮相对于固定齿条 1 滚动时, 从动齿条 2 将沿滚动齿轮中心运动方向, 以滚动齿轮中心倍的速度平行移动。这样, 就形成了从动齿条 2 相对于滚动齿轮中心速度与行程的增倍机构, 为满足堆垛机货叉伸缩的动作要求提供了理论依据。图 3.1 直线差动行程增倍机构1、固定齿条 2、从动齿条 3 液动齿轮3.2 货叉的基本结构：货叉是堆垛机中最主要组成的部分，所设计的货叉是三节伸缩式货叉,即由上叉、中叉、下叉以及导向行走滚子等构成 它主要由电机、链轮、链条、齿轮、齿条、轴承等驱动传动。结构如图 3.2 所示：图 3.2 货叉结构图下叉固定在载货台的台架上,其上有驱动大齿轮带动中叉运动，中

36、叉下方装有行走轮，行走在下叉的槽上。中叉上的小轴上装有四个小齿轮，中间两个齿轮跟下叉的齿条相互运动，两边的齿轮跟上叉的齿条相互运动，从而把带动上叉向前运动。.中叉可在齿轮、齿条的驱动下向前伸出自身长度的一半,上叉可向前伸出比自身稍长的长度.3.3货叉机构的受力分析在允许的范围内对计算工况适当简化, 假设堆垛机在运动过程中立柱不发生变形, 根据货叉的支承结构, 作受力分析简图如图 3.3 所示。图 3.3 货叉机构的受力分析图中, a、b、c、d、e、f、g、h、m 和n分别是各支点间的尺寸, 设、1i2i 分别是底叉、中叉和上叉的惯性矩, e是材料的弹性模量。3i3.4货叉挠度的计算3.4.1

37、 上叉板挠度计算货叉在货物的作用下, 在上叉板 d 处和 e 处产生支反力, 上叉板受力和挠度变形如图 3.4 所示。图 3.4上叉挠度简图由图 3.3.2 可得到上叉板的 d、e 处支点反力转角微分方程和挠度方程分别为：f=dqdedqdefe)( i= （1）0322ideieqxddx （2）0336ideieqx当 x=d 时，=0，=0，所以0 （3）306eieqdi 将式（3）代入式（1）得 e 处的倾角316eieqdi载荷 q 在 e 点产生的挠度)(331mheieqd3.4.2 中叉板挠度计算由于载荷的作用, 在支点 b 处产生反力f ,设在 c 点的倾角为 , 挠度为。

38、bf2i2假设 h 为不变形部分的长度时中叉挠度简图如图 3.5 所示。图 3.5h 为不变形部分时中叉挠度简图由图 3.5 求出 b、c 点的支反力及 bc 段的弯矩方程为 qbnfbqbnqfcxbqnxfmb则有挠曲线微分方程beiqnxeimdxd2222倾角和挠度方程分别为 （4）0222ibeiqnxdxdi （5）00236xibeiqnx因为当 x = b 时, = 0, = 0, 所以0 （6）206eiqnbi 则 x = b 时的倾角和挠度分别为223eiqnbi223eiqnhb把 b 段看成刚性, c 点作为固定端考虑, 如图 3.6 所示, 设载荷 q 在中叉产生的

39、反力为df和ef,这些反力在上叉产生的倾角为 i3, 挠度为 和 。34图 3.6 c 点固定时中叉挠度简图产生的货叉前端倾角和挠度分别为dfdeiqeceimhpid2222322)()(362223cmhdeieqc产生的货叉前端倾角和挠度分别为efdeiqmdei2242)( )(36)(2224mmhdeiqmde3.4.3 下叉板挠度计算假设 为不变形部分, 则载荷 q 在 b 段产生的作用反力为和, 在 c 点产3lbfcf生的倾角, 产生的挠度, 如图 3.7 所示。5i5d图 3.7 下叉板挠度简图同理可求得下叉各支点的反力和反力产生的倾角和挠度为qbanfaqbanqfcge

40、igaabfib156)( hgeigaabfb156)(因此, 设载货台和立柱为刚性时, 货叉前端的总倾角和总挠度为货叉上、下、中叉的总和54321iiiiii54321货叉在叉取货物时的最大挠度一般规定不超过 15 mm 3.5 货叉各参数的选择设 a=450mm b=240mm c=20mm d=300mm e=100mm f=300mm故可取下叉、中叉、上叉叉长为：下叉 l = a+b+20=710mm 中叉 l =b+c+d +2 20=600mm12上叉 l = d+e+f+20=720mm3货叉材料选用 q235，弹性模量 e=200g。ap货叉截面可看成矩形，惯性矩123bhi

41、 当货叉满载 600kg 时，将各组数据带入以上公式，得 =9.254mm 15mm满足满载需要。3.6 货叉相关零件的选取与校核设计原始数据：载重 600kg，伸缩速度 20m/min3.6.1 伸缩行走轴承的选取校核设计所选取的轴承为深沟球轴承 6001，当货叉伸出到最外面的时候，同时承受载荷的轴承达到最少，为 16 个，则每各轴承所承受的压力为 f=600 10/16=375n查得深沟球轴承 6001 的基本额定动载荷为=5100n，基本额定静载荷rc=2380n,远大于 375n,所选轴承符合要求。rc03.6.2 齿轮齿条与链轮链条的选取校核轴径 d=20mm，链传动比 i=1因为大

42、齿轮运动使得中叉以速度 v 向前运动，中叉上的机构又使得上叉以速度v 相对于中叉向前运动，所有上叉以 2v（即设计的 20m/min)前运动。即 v=10m/min. 设齿链轮的转速为 n，所以对于大齿轮有如下关系n=v d上式中，有两个未定参数：大齿轮转速 n（与电机相关） ，大链轮分度圆直径，所有要与电动机联动选择，根据方案设计确定：1、齿轮大齿轮的模数 m=0.8，分度圆直径 d=128mm，齿数 z=160 共 2 个小齿轮的模数 m=0.8，分度圆直径 d=28.8mm，齿数 z=36 共 8 个 2.、齿条齿条的模数 m=0.8，p=2.51mm根据货叉伸出的长度 325mm，留

43、35mm 的余量，选取齿条的长度 360mm。齿数 z=136，齿条两端各预留 9.7mm 作为安装空间。3、链轮链轮齿数 z=20 (k=6.3925) 节距 p=8mm 所以链轮的分度圆直径为： d=pk=86.3925=51.14mm. 共 2 个4、链条选择滚子链型号为 05b 链，p=8mm 抗拉载荷为 4.4kn（单排）链轮上的滚子链长度为 375mm，节数为： 375/8=47 节 1 条 抗拉载荷为 4.4kn（单排） ，能承受扭矩为 4.4kn*d/2（d/260nm所选电动机满足需要。2、联轴器由于伸缩机构频繁伸缩，要求电机频繁正反转，所以要求联轴器适用于频繁正反转的场合，

44、梅花形弹性联轴器满足需要，而且能用于多尘的情况下。型号选取 lm1-20。3.6.4 齿轮强度校核大齿轮分度圆直径 d=128mm,模数为 m=0.8，齿数 z=160，齿宽 b=9mm，7 级精度，齿轮材料为 45 钢（调质） ，硬度为 240hbs。齿轮转速为 25r/min。1、按齿根弯曲疲劳强度校核 2312zmyyktdsfffk:载荷系数 k= k k =1112.25=2.25akvfk其中：使用系数=1，动载系数 k =1akv齿间载荷分配系数 k =1，齿向载荷分配系数=2.25fkt :传递的扭矩，t =110 10 nmm113y:齿形系数，y=2.45ffy:矫正系数，

45、y=1.65ss：齿宽系数，=1ddm：模数，m=0.8z:齿数，z=160mpaf33.761608 . 0165. 145. 21011025. 22233而，许用应力： =/sffnkfef其中：弯曲疲劳寿命系数=0.90 1fnk齿轮弯曲疲劳极限 =500 mpaef弯曲疲劳强度安全系数 sf=1.25 sf=1.251.5 则： = 0.9500/1.25=360 mpaf 因为 ,所以齿轮对弯曲疲劳强度足够。ff2、按齿面接触疲劳强度校核h =2.5 ezubd1)2kt(u2lim式中：载荷系数：k= k k =1111.292=1.292akvhk其中：使用系数=1，动载系数

46、k =1akv齿间载荷分配系数 k =1，齿向载荷分配系数=1.292hkz :材料的弹性影响系数, z =189.8mpaee21t1:传递的扭矩，t1=110103nmmu:传动比，u=1b：齿宽，b=9mmd：分度圆直径，d=128mm则 h =2.5=415mpa11289) 11 (10110292. 128 .18923许用应力：=/slimhnklim其中：接触疲劳寿命系数=0.90，hnk齿轮接触疲劳极限 =600 mpa 弯曲疲劳强度安全系数 s=1lim则：= 0.9600/1=540mpalim因为 p=2100kg825所选轮和钢轨满载要求。取轮轴直径 d =50mm。

47、轴上的轴承选取型号为 61810，基本尺寸为：d=50mm, d=65mm, b=7mm.行走轮的转速为 n=v/d=114.65r/min14. 325. 0904.2 行走装置的电动机与减速器的选取 行走装置在额定速度下必需的功率为：p=（kw） 其中，116120vwrrfdqwr1)2(式中，行走阻力 d行走轮轴的直径rw 摩擦系数 f滚动摩擦系数 q堆垛机的总重量由此，求得 p=kw15. 59 . 0612050/90) 1 . 02/503 . 0(2100则可选取电机型号为 y2-160m1-2，转速为 2930r/min,额定功率为 11kw，效率为 88%，且 11 88%

48、=9.68kw 5.15kw，可选。为此，减速器的传动比为 i=2930/114.65=25.6则可选取减速器标准型号为 zly（硬齿面圆柱齿轮减速器） 。行走机构的下部有支承与驱动外，还要有堆垛机顶部的固定装置保持行走平稳和支持货叉伸出时产生的弯矩。采用轴承轮与热轧边角钢行走。结 论本次“双立柱巷道堆垛机的设计”属于机构与工程制图设计，从门架设计以及几个主要重点机构的结构设计着手，分析了堆垛机的运行机理。论文首先从堆垛机的特点及组成形式开始，接着分析门架的受力情况及推导出门架的弯矩及挠度关系式，再设计出数据进行校核，最终设计出了满足承受重载，高而窄的双立柱门架；重点设计了货叉伸缩机构的结构设计，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，并选取出适宜的电机、减速器；介绍了堆垛机的行走机构的设计计算，并确定了尺寸及电机、减速器的选取。本次设计囊括了大学四年所学知识的方方面面，是我在以后的学习工作之前，对各个学科课程的一