自动化立体仓库堆垛机设计

1、燕 山 大 学本科毕业设计（论文）开题报告课题名称：自动化立体仓库堆垛机设计学院（系）：里仁学院 年级专业：08级机电2班 学生姓名：张仕进 指导教师：边辉 完成日期：2011年3月22日 一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义随着科技的进步，社会的发展，物流技术的应用日益广泛，以自动化立体仓库为代表的现代物流技术得到了长足的发展。 自动化立体仓库是指在不直接进行人工处理的情况下，自动地完成物品仓储和取出的系统，它以高层立体货架为主题，以堆垛机为首的搬运设备为基础，是集自动控制技术、通信技术、机电技术于一体的高效率，大容量储存机构。堆垛机则是随着立体仓库出现并发展起来的专用起重机，

2、是立体仓库最重要的起重运输设备，可大大提高空间面积和空间利用率，是自动化仓库的主要设备，是代表立体仓库的特征标志。早起的堆垛机是在桥式起重机基础上发展起来，通过在起重车上悬挂一门架，利用货叉在立柱上运动旋转运输货物，称为桥式堆垛机。1960年左右在美国出现了巷道式堆垛机，这种堆垛机是在地面的导轨上行走，利用货架上部的导轨防止倾倒，或者相反，在上部导轨上行走，利用地面导轨防止倾倒随着立体仓库的发展，巷道式堆垛机逐渐替代了桥式堆垛机。随着现代社会计算机技术和微电子技术的日益发展，堆垛机的结构性能也有了较大的改变，承载能力大幅度加强，自动化性能更加提高，应用更为广泛。自动化立体仓库的使用能够产生巨大

3、的经济效益和社会效益。通过高层化货架储存，合理的使用了存储空间，提高了空间利用率，使存储空间向高空发展；通过自动化技术，加速了了存储的处理和运行速度，提高了劳动生产率，降低了工作人员的劳动强度，减少了劳动力；自动化立体仓库结合计算机的管理，能够充分保证先进先出的合理作业，防止物品的腐蚀，老化，使作业效率明显提高；结合通过计算机联网和控制，能够准确的对各种存储物品信息进行管理，有效地提高了仓库的管理能力和存储能力，便于清点和盘库，合理安排库存，节约资金；由于自动化的应用，使各种危害人体的有毒，易爆，低温，黑暗，污染等特殊物品能够在保证人员安全的情况下得到合理安全的存储。美国学者J.A.White

4、将自动化立体仓库的发展分为五个阶段，人工仓储阶段。机械化仓储阶段、自动化仓储阶段、集成化仓储阶段和智能化仓储阶段。目前随着现代工业生产的发展，柔性制造系统（Flexible Manufacturing System）、计算机集成制造系统（Computer Integrated Manufacturing System）和工厂自动化（Factory Automation）在自动化仓库领域中广泛的应用，系统柔性化和灵活的传输设备是仓储自动化的趋势，智能化仓储虽然还处于初级发展阶段，但它将是未来自动化立体仓库主要的发展方向。现今国内外研究的主要现状是：1， 自动化程度不断提高，PLC技术在立体仓库中

5、运用的比重不断增加。普遍性的使用扫描技术，使信息的传递速度和准确性得到提高。2， 大型自动化仓库不再是发展方向，为了适应发展趋势，规模小，反应快，用途广的中小型自动化仓库得到了发展，它结合先进的控制技术，应用到分段输送和按预定路线输送，保证了高度的柔性和生产率，满足现代工业实用性和安全性的要求3， 堆垛机方面，不断改进并推出外形优化，性能更高的新型设备，通过不断提高的电子技术，机械技术和控制技术，使堆垛机具有更好的探索能力，更快的速度和更精准的定位。4， 货架采用了装配式结构，高层化，有利于批量生产，降低生产成本，提高精度，便于现场安装和调试。在高度较大的立体仓库中，分上下两层，分别使用巷道式

6、堆垛机进行搬运作业的方法提高出入库能力。5， 通过计算机联网技术，实现仓库与堆垛机等搬运设备，仓库与仓库之间的联网，有效地对了解堆垛机等的状态，合理性的进行物流管理。6， 随着计算机技术的不断提高，人工智能技术专家系统（Expert System）在自动化仓库的应用日益增多，使自动化立体仓库更加智能化。二、研究的基本内容，拟解决的主要问题 本课题的主要任务是在已有研究成果的基础上对自动化立体仓库堆垛机进行机械结构的设计和基本电控线路的设计。根据现今的研究成果，巷道式堆垛机按照结构，支撑方式和运行方式进行划分，因此，选择设计的堆垛机应从这三方面进行考虑。按照运行方式可分为直线型有轨巷道式堆垛机和

7、曲线型有轨巷道式堆垛机，按支撑方式可以分为悬挂型有轨巷道式堆垛机和地面支撑型有轨巷道式堆垛机。按机械结构划分可分为双立柱有轨巷道式堆垛机和单立柱有轨巷道式堆垛机。由于直线型相对于曲线形可以实现高速运行，能够满足高频率出入库的立体仓库作业，结构设计较为简单，因此在运行方式上选择直线型；在支撑方式上地面支撑型与悬挂型相比较，需要考虑立柱主要轨道平面内的弯曲强度，但是由于驱动装置均在下横梁上，容易保养和维护，因此支撑方式上选择地面轨道式支撑。在机械结构上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机架。这种堆垛机的最大优点就是强度和刚性都比较好，能快速

8、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。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。因此在结构上选择通用性较好的双立柱堆垛机。因此，要设计的堆垛机基本结构为双立柱地面支撑型有轨巷道式直线型堆垛机。为使堆垛机能够准确、快速、安全、自动搬运货物出入库，设计的基本要求为：（1） 具有三维运动功能，堆垛机能够

9、沿着轨道来回运动，载货台垂直升降，货叉可以沿着货架方向双向收缩；（2） 满足一定的定位精度，重复定位精度误差不超过10mm；（3） 对堆垛机立柱、上下横梁，要按照自重的最轻原则，结构要简单，减轻堆垛机整体重量，以减小提升功率和行走的摩擦阻力；（4） 所设计的堆垛机要具有保护措施，保证堆垛机安全；（5） 保护仓库环境，避免货物受损。因此在堆垛机机械设计过程中要解决的问题有：（1） 分析堆垛机堆垛的原理和方法，确定堆垛机的设计基本思路；（2） 进行堆垛机各结构的设计和计算；（3） 设计堆垛机的基本电气系统，识别控制系统；（4） 绘制堆垛机的总装图、零件图和控制电气原理图。三、研究步骤、方法及措施

10、对于第二节中提到的问题，在整个毕业设计过程中进行分析规划：1，收集资料。通过对现今国内外对自动化立体仓库堆垛机研究入手，收集各种关于堆垛机的资料，重点对同类研究双立柱有轨巷道式堆垛机的资料论文进行收集、汇总。以研究各类堆垛机的机械结构为主，进行参考。2，结合所收集的各种资料，对堆垛机进行机械结构的设计和计算，需要考虑具体的堆垛机各部件的刚度、强度、自重等。需要考虑快速启动、制动还有运行过程中的惯性等。其中需要考虑的结构设计和计算包括：双立柱的设计计算，行走机构的设计计算，升降机的设计计算，货叉的设计计算，安全机构的设计计算，轨道的强度计算。设计要满足堆垛机快速定位快速移动的要求。3，堆垛机机构

11、设计好后，运用Solidworks2010进行3D实体造型设计。其中包括机立柱、上横梁、下横梁、电机减速器、行走车轮，导向轮、驱动链轮链条、升降链轮链条、配重块。保护机构等。并进行运动仿真，修改问题因素。4，运用Solidworks2010绘制工程图，零件图，徒手绘制零件图，用CAD绘制电气原理图，写设计说明书。四、研究工作进度 第一周：了解课题，收集资料和参考文献第二周：整理资料，完成文献综述第三周：初步确定设计方案，撰写开题报告第四周：进行堆垛机初步模拟、仿真，制作PPT第五周：按结构分解堆垛机，计算各结构设计参数第六周：通过参数确定步进电动机、轴承等标准件参数第七周：用solidwork

12、s设计并绘制结构的三维图（机架机构，行走机构）第八周：用solidworks设计并绘制结构的三维图（升降机构，货叉机构，安全机构）第九周：校核各机构参数，检测方案第十周：用solidworks对结构三维图进行装配，制作PPT第十一周：用solidworks对堆垛机进行运动仿真，绘制堆垛机装配图（电脑绘制）第十二周：绘制堆垛机零件图（电脑绘制）第十三周：绘制堆垛机零件图（手绘）第十四周：设计并绘制堆垛机电气原理图，了解有限元分析第十五周：对升降机构，行走机构等重要机构进行有限元分析第十六周：编写毕业设计说明书第十七周：制作PPT，准备毕业答辩五、主要参考文献 1 李坚.单立柱有轨巷道式堆垛机结构

13、及多体系统动态仿真分析.重庆.重庆大学.20062 徐灏，邱宣怀等编。机械设计手册，第五卷。机械工业出版社，1992机器人设计图册。机械工业出版社，19923 陈涤.新堆垛机控制系统设计.北京.北京起重机械研究所.20024 陈娟 钟永彦.堆垛机控制系统关键技术的研究与实现.广西.梧州学院学报，2008.12 185 刘丹.基于自动化立体仓库堆垛机的运动仿真研究.西安.西安科技大学.2011 6 周耀辉.立体仓库电控系统研究.哈尔滨.哈尔滨工程大学.20067 陈月婷.自动化立体仓库控制系统的优化设计与研究.济南.济南大学.20088 冯占营.基于PLC的自动化立体仓库运行系统设计.山东.山东

14、大学.20089 尹国明.自动化立体仓库实验台堆垛机结构及控制系统设计研究.山东.山东大学.200610刘昌祺 董良.自动化立体仓库的设计.北京.机械工业出版社.200411 Goetschalckx, M,/Ratliff,H.D.(1990) ,shared storage policies based on the Duration stay of unit loads ,in management science 36.9.s.1120-113212 Kyung Joon Sohn, Hyun Yong Lee ,joonyeob song .development of operating protocol,Vo 1.8,no.1 pp45-52,199513 Lee, M .-k .(1992), A Storage Assignment policy in a Man-on-board automated storage/retrieval system ,journal of production research ,30,10,S.2281-2292.14 Product gu ides o fM SC R . ADAMS docum en