柔性制造系统立体仓库系统的毕业设计

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.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.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，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；或者相反取出货格内的货物运送到巷道口.本文详细论述了依据在学校实验室自动化立体仓库的设计方案，对其中的货架、堆垛机和出入平台进行设计.文章的重点放在堆垛机的三个部件：升降机构、行走机构、货叉伸缩机构的设计上.首先，提出各个机构的总体设计方案；其次，对各个机构的受力情况进行了分析并计算，然后估算初取值，再进行校核，最后确定各个实际值.本次设计的有轨堆垛机性能良好、动作灵活、操作方便、故障率低、维护简单方便，满足了生产的需要.关键词：自动化立体仓库；货架；堆垛机；出入平台ABSTRACTAutomationthree-dimensionalstorehouseisthatthingflowsimportantcompositionpart,itistostockandtakeoutvoluntarilyundernotdirectlycarryingouttheconditionofartificialinterventionthesystemthatthingflowsout.itisthehigh-techoutcomeofmodernindustrialsocialdevelopment,forraiseproductivityandreductioncosthaveimportantmeaning.Inrecentyears,alongwiththeunceasingraisingofenterpriseproductionandmanagement,moreandmoreenterprisesknowthatthingflowsoutreasonabilityandtheimprovementofsystem,isveryimportantforthedevelopmentofenterprise.Stackercranesisautomationthree-dimensionalstorehouseinmostimportanttakeheavycranepileupequipment,itcaninthetunnelofautomationcubeintheshuttleoperationofroundtrip,willlocateintunnelthegoodsofmouthstockgoodsshelf;oroppositetakeoutthegoodstransitingoodsshelfgototunnelmouth.ThispaperdescribeslaboratorybasedintheschooldesignplanRS,inthirdlyparts:elevatorGou,walkorganizationandforktelescopingmechanismdesign,designakindoftapethecranessafeorganizationofflexibleinstallationdesignscheme.first,putforwardtheoveralldesignschemeofeveryorganization;secondly,foreveryorganizationanalysebyforceconditioncalculate,thenestimationbeginningtakevalue,checknuclear,finaldefiniteeveryrealityagainworth.Thedesignofthecranerailworksoutingoodcondition,actionandflexible,convenientoperation,lowfailurerate,maintenance,simpleandconvenienttomeettheproductionneeds.Keyword:automationthree-dimensionalstorehouse；shelf；stackercranes；AccessplatformTOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"第1章绪论 1\o"CurrentDocument"1.1研究背景及内容 11.2立体仓库的基本组成 1\o"CurrentDocument"1.2立体仓库的优越性 2\o"CurrentDocument"1.3研究意义 2\o"CurrentDocument"第2章货架的设计 3\o"CurrentDocument"2.1立体仓库货架设计原则 3\o"CurrentDocument"2.3货架的确定 42.4出入平台的类型选择 5\o"CurrentDocument"2.5出入平台的确定 5\o"CurrentDocument"第3章堆垛机的相关知识和升降机构设计 7\o"CurrentDocument"3.1堆垛机的简介 7\o"CurrentDocument"3.2堆垛机的发展 7\o"CurrentDocument"3.3有轨巷道式堆垛机 73.3.1有轨巷道式堆垛机的特点 73.3.2有轨巷道式堆垛机的类型 8\o"CurrentDocument"3.4堆垛机的结构设计综述 93.4.1堆垛机结构的组成和形式 9\o"CurrentDocument"3.5堆垛机升降机构的设计计算 103.5.1升降机构零部件的设计计算 113.5.2升降机构的电机减速器的选取 123.5.3制动器的制动容量的设计 12\o"CurrentDocument"第4章堆垛机门架的结构设计计算 13\o"CurrentDocument"4.1框架的弯矩和挠度 134.1.1有叉取作业产生的弯矩 14\o"CurrentDocument"4.2设计数据计算校核 144.2.1各部分的弯矩 154.2.2结构构件的弯曲应力 16\o"CurrentDocument"第5章堆垛机伸缩货叉机构的设计 17\o"CurrentDocument"5.1伸缩货叉的扰度与强度 175.1.1下叉的受力分析 185.1.2中叉的受力分析 185.1.3上叉的设计分析 205.2货叉各参数的选择 20\o"CurrentDocument"5.3货叉内部零件的选取与校核 215.3.1轴承的选取校核 215.3.2链轮、链条的选取校核 22\o"CurrentDocument"第6章堆垛机行走机构的设计计算 23\o"CurrentDocument"6.1堆垛机走行轮的设计 246.2走行装置的电机、减速器的选取 256.2.1验算运行速度和实际所需功率 256.2.2验算起动时间 256.2.3起动工况下校核减速器功率 26\o"CurrentDocument"6.3选择制动器 27\o"CurrentDocument"6.4选择联轴器 27\o"CurrentDocument"第7章结论与展望 29\o"CurrentDocument"7.1结论 29\o"CurrentDocument"7.2不足之处与未来展望 29\o"CurrentDocument"参考文献 30\o"CurrentDocument"致谢 31第1章绪论高层货架仓库简称高架仓库.一般是指采用几层、十几层乃至几十层高的货架储存单元货物，用相应的物料搬运设备进行货物入库和出库作业的仓库.由于这类仓库能充分利用空间储存货物，故常形象地将其称为“立体仓库”.1.1研究背景及内容自动化立体仓库是现代物流系统中迅速发展的一个重要组成部分，它具有节约用地、减轻劳动强度、消除差错、提高仓储自动化水平及管理水平、提高管理和操作人员素质、降低储运损耗、有效地减少流动资金的积压、提高物流效率等诸多优点。与厂级计算机管理信息系统联网以及与生产线紧密相连的自动化立体仓库更是当今CIMS（计算机集成制造系统）及FMS（柔性制造系统）必不可少的关键环节。1.1.1自动化立体仓库的简介和发展立体仓库的产生和发展是第二次世界大战之后生产和技术发展的结果.50年代初，美国出现了采用桥式堆垛起重机的立体仓库；50年代末60年代初出现了司机操作的巷道式堆垛起重机立体仓库；1963年美国率先在高架仓库中采用计算机控制技术，建立了第一座计算机控制的立体仓库.此后，自动化立体仓库在美国和欧洲得到迅速发展，并形成了专门的学科.60年代中期，日本开始兴建立体仓库，并且发展速度越来越快，成为当今世界上拥有自动化立体仓库最多的国家之一.我国对立体仓库及其物料搬运设备的研制开始并不晚，1963年研制成第一台桥式堆垛起重机（机械部北京起重运输机械研究所），1973年开始研制我国第一座由计算机控制的自动化立体仓库（高15米，机械部起重所负责），该库1980年投入运行.到目前为止，我国自动化立体仓库数量已超过200座.立体仓库由于具有很高的空间利用率、很强的入出库能力、采用计算机进行控制管理而利于企业实施现代化管理等特点，已成为企业物流和生产管理不可缺少的仓储技术，越来越受到企业的重视.自动化高架仓库应用范围很广，几乎遍布所有行业.在我国，自动化高架仓库应用的行业主要有机械、冶金、化工、航空航天、电子、医药、食品加工、烟草、印刷、配送中心、机场、港口等.1.2立体仓库的基本组成自动化立体库基本由以下部分组成：1、货架货架的设计是立体仓库设计的一项重要内容，它直接影响到立体仓库面积和空间的利用率.货架形式：货架的形式有很多，而用在自动化立体仓库的货架一般有：横梁式货架、牛腿式货架、流动式货架等.设计时，可根据货物单元的外形尺寸、重量及其它相关因素来合理选取.②货格的尺寸：货格的尺寸取决于货物单元与货架立柱、横梁（牛腿）之间的间隙大小，同对，在一定程度上也受到货架结构型式及其它因素的影响.2、 堆垛机堆垛机是整个自动化立体仓库的核心设备，通过手动操作、半自动操作或全自动操作实现把货物从一处搬运到另一处.它由机架（上横梁、下横梁、立柱）、水平行走机构、提升机构、载货台、货叉及电气控制系统构成.堆垛机形式的确定：堆垛机形式多种多样，包括单轨巷道式堆垛机、双轨巷道式堆垛机、转巷道式堆株机、单立柱型堆垛机、双立柱型堆垛机等等.堆垛机速度的确定：根据仓库的流量要求，计算出堆垛机的水平速度、提升速度及货叉速度.其它参数及配置：据仓库现场情况及用户的要求选定堆垛机的定位方式、通讯方式等.堆垛机的配置可高可低，视具体情况而定.3、 输送系统根据物流图，合理选择输送机的类型，包括：出入平台、辊道输送机、链条输送机、皮带输送机、升降移载机、提升机等.同时，还要根据仓库的瞬时流量合理确定输送系统的速度.4、 其它辅助设备根据仓库的工艺流程及用户的一些特殊要求，可适当增加一些辅助设备，包括:手持终端、叉车、平衡吊等.5、 初步设计控制系统及仓库管理系统（WMS）的各功能模块根据仓库的工艺流程及用户的要求，合理设计控制系统及仓库管理系统（WMS）.控制系统及仓库管理系统一般采用模块化设计，便于升级和维护.1.2立体仓库的优越性自动化立体仓库其优越性是多方面的，对于企业来说，可从以下几个方面得到体现：1、 提高空间利用率2、 便于形成先进的物流系统，提高企业生产管理水平3、 加快货物的存取节奏，减轻劳动强度，提高生产效率4、 减少库存资金积压5、 现代化企业的标志1.3研究意义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.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.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，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；或者相反取出货格内的货物运送到巷道口.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发达国家的差距，总结经验，找出不足，打破传统思路，推出新的外形和更高性能的堆垛机.相信，通过我们的不断努力，必能设计出高速、安全、可靠性能高的堆垛机，为增强我国综合国力，为我国填补一分科技空白.第2章货架的设计2.1立体仓库货架设计原则现代物流的发展，是立体仓库的出现与发展的前提，是与工业、科技发展相适应的。现代化大生产，越来越促使工业生产社会化、专业化、集中化。生产的高度机械化，自动化必然要求物资的供应分发及时、迅速、准确。这就促使立体仓库技术得到迅速的发展，并已成为工厂设计中高科技的一个象征。对于空间的规划，首先必须先分类，了解各空间的使用方向，接著进行评估其在各方面的权重取舍，评估有了权重之比较后再行设计布置。倘若保管空间已受限而无法进行规划设计变更，则就要寻求以何种方法来把现成的保管空间之利用率发挥到极限。这就对货架提出了更高的要求。现代化仓库的出现，带动着货架的发展。主要设计原则好的自动化立体仓库货架系统一般都遵循以下几个原则：1、 系统高性能、低造价（高性价比）；2、 尽量使用简单合适的设备，使用设备最少，简化整个物流系统；3、 物品处理次数最少，整体运行效率最高；4、 充分考虑人员和系统的安全；5、 无人化程度高，尽量减少人工干预；6、 满足国家和行业有关标准，尽量采用标准的零部件和系统；7、 操作、维护简单、方便；8、 降低使用和维护成本；9、 系统集成商较高的服务质量；10、 灵活性高，系统易于改进、扩充和升级。此外，还有降低能耗、环保等方面的要求。在具体特定的场合下，以上原则有些可能是互相影响的，甚至互相制约的。为了做出最好的设计，设计人员必须具有扎实的理论基础、丰富的实际经验和对买方要求的深入了解，并做出取舍，对相关的原则进行修正和补充。2.2立体仓库货架设计的要点货架结构应按上列荷载效应的最不利组合设计.在设计整体式立体仓库货架的结构时，尤其注意下列两种最不利的荷载的组合：风载起作用时的全库空载状态下的受力；水平地震作用时全库满载下的受力.另外，对仓库货物分配状态要充分给予考虑，即仓库一侧满载，另一侧空载状态时，仓库基础的受力分析尽管存在着仓库的货物分配存放理论；尽管在仓库的使用说明中已规定货物在仓库中的分配存放尽可能的均匀，但在设计计算时我们必须考虑最坏的可能.货架型式的选择也是整体式自动仓库很关键的问题.货架按其结构型式分为整体式焊接货架和组装式货架.按标准规定，组装式货架的立柱最大垂直偏差不应大于全高的1/120，而库架合一整体式货架立柱的垂直偏差不得大于全高的1/1000，垂直绝对偏差值不得大于10mm，因此可以看出，整体式货架的加工和安装精度要比组合货架要高.整体式自动仓库的货架型式选择主要取决于各种荷载的计算，取决于仓库的外型尺寸.由于组装式货架在安装施工中具有较大的不确定性，所以在整体式仓库的设计上经常采用的是整体式焊接货架.整体式焊接货架的立柱选材也有方管、矩型管、槽钢等材料，根据型材本身的特性和指标，选择方管为佳.对于较高的仓库，立柱选择变截面和壁厚不一的业绩也是常见的.整体式焊接货架的焊接要在工装上进行，工装要进行验证，货架片在进入现场后，也要在工装上进行组装，以保证各种精度.整体式立体仓库货架的思路主要体现在货架的受力分析和计算，整体式立体仓库货架的设计思路主要体现在以下几个方面.整体式立体仓库货架设计体现在：1、 受力恒荷载：货架本身结构的自重与C型钢和房架、檩条、屋面板、墙板的重量的结合就叫受力恒荷载，能承受都少重量是一个货架存在的意义，这也是货架最主要的功能.2、 受力活荷载：活荷载主要是要放在货架上的货物和托盘的总重量，不包括货架的重量，受力活荷载还包括对屋面的雪或者雨水的承载.3、 竖向冲击荷载：指机器或者人在存放货物时对货架产生的冲击载荷.4、 风载：风的强度对货架是有一定影响的，同时也是整体式立体仓库货架受力计算的重点.仓库在风载作用下的安全性是一项重要的指标.5、 抗震裂度：整体式立体仓库货架的抗震烈度按《建筑抗震设计规范》严格执行，一般取抗震裂度设防等级为7级.2.3货架的确定立体仓库货架分类：1、 立体仓库货架按高度划分:低层（货架高度5M以下）冲层（货架高度5〜12M）/高层（货架高度12M以上）；2、 立体仓库货架按规模划分：小型（库容量2000个托盘以下）/中型（库容量2000〜5000个托盘）/大型（库容量5000个托盘以上）；3、 立体仓库货架按形式划分：自动化有轨仓库/无轨仓库（窄通道三向堆垛叉车）.本设计是实验室立体仓库货架设计，属小型有轨仓库，本设计用的是冷轧板金折弯，牛腿式可调组合结构（冷轧板厚度不小于2mm），有双排5层x10列，单仓库净空不小于460mmx460mmx400mm,每一单元承载重量不小于35Kg，外形尺寸（6.7x1.4x2.9）.采用CO2气体保护焊接、立柱采用磨具拉伸成型，牛腿采用磨具冲压成型.经除油、酸洗、磷化、吹砂、打磨等8道预处理工序，表面环氧树脂粉末静电喷漆.货架的外观图如下所示2.4出入平台的类型选择立体仓库和外界的输送线的衔接使用带平移功能的出货台和入货台，立体仓库堆垛机从货架上取出货物后放到出货台上，由出货台交换到输送线上；同样输送线需要存放到货架的货物先要经过货台交换，才能进入仓库存储.平移货台上有专用的漫反射传感器，接入PLC通用I/O模块，作为检测信号.出入平台的运动形式主要有以下几种可行方案：方案一：辊筒式出入工作台与辊筒式输送机的结构类似，采用单链结构驱动辊子转动，并在底座安装电机驱动工作台运动.方案二：带轮式出入工作台在工作台上安装带轮，利用带轮与物件间的摩擦带动物件运动，底座上安装气动马达来驱动工作台运动.2.5出入平台的确定两种方案对比比较：方案一辊筒式主要用于长距离的物料运送，且辊筒与物件间的摩擦较小，转动时容易将物件甩出；方案二带轮式辊筒与皮带间有较大的摩擦力，在转动时不易将物件甩出，且采用气动马达驱动工作台转动，实现方便，结构简单，成本低廉.故综合各方面情况，选用方案二带轮式转动工作台根据实验室的实体形状确定，由表面氧化铝型材及不锈钢烤漆机架为机架设计制造构建成货台机架；绿色防滑皮带，城邦交流电机驱动；货台上配漫反射光电传感器；外形尺寸：700mmx520mmx750mm，承重.出入平台外观图如下所示

第3章 堆垛机的相关知识和升降机构设计3.1堆垛机的简介堆垛机是一种安装了起重设备的有轨或无轨小车.堆垛机上装有电动机，带动堆垛机移动和托盘的升降，一旦堆垛机找到需要的货位，就可以将零件或货箱自动推入或拉出货架，堆垛机上有检测横向移动和起升高度的传感器，辩认货位的位置和高度，有时还可以阅读货箱内零件的名称以及其他有关零件信息.3.2堆垛机的发展自动化立体仓库是现代物流中的重要组成部分，它是在不直接进行人工处理的情况下自动存取物料的系统，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.在20世纪70年代初期，我国开始研究采用有轨巷道式堆垛机（简称堆垛机）的立体仓库.1980年我国第一座自动化立体仓库在北京汽车制造厂投产，从此自动化立体仓库在我国得到了迅速发展.巷道堆垛机是自动化立体仓库中的核心物流设备，是随着自动化立体仓库的出现而发展起来的专用起重机，它是仓库中使用最广泛的物料搬运设备，也是物流仓储系统的最重要设备，其用途是在自动化立体仓库的货架巷道间来回穿梭运行，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.早期的堆垛机是在桥式起重机的起重小车上悬挂一个门架（立柱），利用货叉在立柱上的上下运动及立柱的旋转运动来搬运货物，通常称之为桥式堆垛机.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上的导轨行走，利用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.其后，随着计算机控制技术和自动化立体仓库的发展，堆垛机的应用越来越广泛，技术性能越来越好，高度也在不断增加，到目前为止，堆垛机的高度可达40m，事实上，如果不受仓库建筑和费用的约束，堆垛机的高度可以不受限制.堆垛机的运行速度也不断提高，目前堆垛机水平运行速度最高达200m/min（小载重量的堆垛机己达300m/min），起升速度高达120m/min，货叉伸缩速度达50m/min.3.3有轨巷道式堆垛机3.3.1有轨巷道式堆垛机的特点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.整体结构高而窄.由于采用有轨巷道堆垛机的高架仓库货架很高，而巷道很窄，堆垛机的宽度一般只与所搬运的单元货物的宽度相同.结构的刚度和精度要求高.堆垛机的金属结构设计除需满足强度要求外，结构的静刚度，动刚度是一项非常重要的指标制动时，机架顶端水平位移一般要求不超过20mm，结构振动衰减时间要短.载货台在立柱上的升降导轨的不垂直度一般要求不超过3-5mm.取物装置复杂.堆垛机配备有特殊的取物装置，常用的有伸缩货叉，伸缩平板和可对物料箱或特殊形状货物作业的机器手，工作时，能对两侧货架作业，存取货物.堆垛机的电力拖动系统要同时满足快速，平稳和准确三个方面的要求.即要求堆垛机的工作速度高，启，制动快，尽量缩短作业周期；还要求平稳性好，启，制动要平稳，以防货物单元在载货台上发生滑移或使装在托盘上的货物发生倒塌，并减少结构的动载荷；同时要求具有较高的停车准确性，能保证载货台停在指定的货位，停车的精度在5〜10mm.安全要求高.特别是有升降司机室的堆垛机.有轨巷道式堆垛机替代桥式堆垛机主力地位的原因如下：与巷道堆垛机相比，自重很大，必须用比较坚固的建筑结构支持.为使堆垛机的大梁通过，在仓库顶部与货架之间要有很大的空间.堆垛机的通道宽度大，作业范围要受大梁的跨度的限制.与巷道无轨堆垛机相比，有轨巷道堆垛机在结构上有很大的不同.它采用钢轮在钢轨上运行，而巷倒无轨堆垛机则采用轮胎，因此在轮压不同时会产生不同的变形量；有轨堆垛机采用立柱，无轨堆垛机采用多级门架，当门架伸出时，由于门架间的间隙，货叉尖的水平和垂直位移会随门架升降高度的变化而变化.凡此种种因素都对巷道无轨堆垛机的货叉在垂直和水平方向上的定位精度产生影响.3.3.2有轨巷道式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：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.图3.1双立柱有轨巷道堆垛机单立柱有轨巷道堆垛机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.对于钢丝绳传动，传动和布置相对容易，但定位准确性稍差.其结构如图1.2所示.图3.2单立柱有轨巷道堆垛机按支承方式分类，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.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单立柱，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.3.4堆垛机的结构设计综述3.4.1堆垛机结构的组成和形式堆垛机一般由升降机构，运行机构，载货台及取货装置组成.下面对本设计的堆垛机各机构做出介绍.运行机构运行机构是堆垛机水平运动的驱动机构.一般由电动机，联轴器，制动器，减速器和行走车轮组成.按运行机构所在位置的不同分为地面运行式，上部运行式，中间运行式等，本处采用地面运行式.这种方式用四个车轮，沿设在地面的单轨运行.堆垛机的顶部有两组水平轮沿固定在上横梁的工字钢导向，上横梁用螺栓和立柱连在一起.下横梁用槽钢和钢板拼焊，行走驱动机构，主从动车轮，电器柜等都装在它的上面，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.如果堆垛机要走弯道，还可对导向轨道做一些改进，本设计简化这方面的要求不考虑.升降机构升降机构是使载货台垂直运动的机构.一般由电动机，制动器，减速器，滚筒或轮以及柔性件组成.常用的柔性件有钢丝绳和起重链两种.除一般的齿轮减速机外，由于需要比较大的速比，因而采用蜗轮蜗杆减速机和行星减速机.起重链传动装置多数装在上部，常配有平衡重块，以减小提升功率.为使起重机构结构紧凑，常使用带制动器的电机.链条通过立柱上的齿轮与载货台上的固定联接.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.货叉机构货叉机构是堆垛机存取货物的执行机构，装在堆垛机载货台上，可以横向伸缩以便向两侧货格送入或取出货物.一般按叉子的数量分为单叉货叉，双叉货叉和多叉货叉.其中多叉货叉多用在特长货物的堆垛.货叉多采用三级直线差动式伸缩货叉，由上叉，中叉，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.货叉按结构形式分有两种：齿轮-齿条方式和链轮-链条方式.货叉的伸缩原理是下叉安装在载货台上，中叉在齿轮齿条或链轮链条的驱动下，从下叉的重点向左或向右移动约自身长度的一半，上叉从中叉的中点，向左或向右伸出比自身长度一半稍长的长度.上叉由两根滚子链或钢丝绳驱动，链条或钢丝绳的一端固定在下叉或载货台上，而另一端固定在上叉上.3.5堆垛机升降机构的设计计算堆垛机的升降机构一般有卷扬式和链条牵引式，卷扬式采用钢丝绳卷筒装置结构，用钢丝绳作柔性件，质量轻，工作安全，噪声小，其传动装置一般装在下部。但由于起升高度低，不采用卷扬式起升机构，而是使用链条牵引式起升机构.行走轮和驱动轮减速电机之间多采用绕性传动，方便驱动电机布置，减少机身宽度，以适应在狭窄巷道内作业.升降机构的设计传动链：电机-联轴器-减速器-链条-货台.其运动简图如下所示3.5.1升降机构零部件的设计计算(1)确定链轮齿数z1,z2.传动比假定链速v=3〜8m/s,并参考i=3，由表7-12,表7-11选取小链轮齿数z1=23;大链轮齿数z2=iz1=3X23=69.确定链条节距p.由式式中:小链轮齿数系数Kz得,Kz=1.23;多排链系数Kp(按双排链考虑)，得,Kp=1.7;工作情况系数KA,得,KA=1.0.根据PC=4.66kW,n1=970r/min选定链号为10A,节距p=15.875mm.验算链速v.由式知，链速合适;传动采用油浴润滑.确定中心距a和链条节数Lp.初选中心距a0:取a0=40p=635mm.确定链条节数Lp:取链节数Lp=126.计算实际中心距a:考虑安装垂度，取a=625mm.计算压轴力FQ.并考虑链的工作情况系数KA=1.3,得链的实际拉力F得压轴力FQFQ=1.3F=1.3X1669.5=2170.4N链轮的材料及热处理.链轮材料选用45钢，经热处理后硬度为40〜50HRC3.5.2升降机构的电机减速器的选取将载荷W+货台的自重G以速度v米/分提升时的功率为：L=W+G)u=(350+1°°°)x18=405KWg 6120n 6120x0.98 ^由此，选取电机型号为Y132S-4，额定功率为5.5KW，效率为85%，转速为1440r/min,选取安装型式为B3，国际标准机座号为132M38.则减速器的传动比为i=25减速器的型号为WUD30DD-B14.1ZBA90B4B020.3.5.3制动器的制动容量的设计在堆垛机上使用的制动器，在走行装置上作走行减速与停止之用.在升降方面用来使运动中的载荷减速并在停止后保持安全，必须有足够的制动转矩.一般规定，提升装置的制动器的制动转矩应为相当于额定载重量的货物被吊起时的最大转矩值的1.5倍以上，但一般在走行方面的制动转矩值为电机额定转矩的100%即可.第4章堆垛机门架的结构设计计算门架是堆垛机的主要结构物，有单柱式和矩形框架式.按支承方式，又可分为安装在货架上的上部支承式和安装在地面上的下部支承式.不论哪种型式都带有伸缩货叉和人工驾驶室（有时也没有）的货合.升降台沿立柱升降，同时靠地上和顶上的导轨保持走行稳定和支持货叉伸出进行装卸作业时的翻转弯矩.在门架上安装有升降、走行等机械装置，以及配置有电气控制开关、控制装置、配线等.下部支承式的集中放在门架下部.由于走行起动、停止及加减速时产生的惯性力，门架在通道的纵向发生挠曲，整个门架成为振动体，其柱端的振动较大.同样，在通道的直角方向，立柱由于货叉作业时的弯矩作用而发生弯曲，使伸长着的伸缩叉的前端的挠度增大.柱端振动：和货叉前端的挠度一超过极限，就成为堆垛机自动定位的障碍，所以门架应具有足够的强度和挠度小的适当刚度.本次毕业设计选取单柱下部支承式门架进行结构计算.4.1框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：Q1一上梁及附件重量Q2一货台、货物、附件及搭乘人员的总重量Q3一电气控制盘的重量Q4—链传动装置的重量q一柱的单位长度的平均重量作用在门架上的惯性力：Hi=（P/g）Qi及qhiP/g（P:减速度，g=9.8米/秒2）h1〜h4一下梁中心线分别到Qi-Q4的中心高度l一立柱的中心距11—立柱AB、DC的断面惯性距0—上梁与下梁端部的偏转角R一因构件两端变位产生的弯距 E:纵弹性模量C一由构件的中间载荷在杠端产生的弯距，称为载荷项.Ki=11/h一立柱的刚度K=I/l—上下梁的刚度n=K/K一刚度比 M一弯距作出作用于框架结构的惯性力图解：

图2-14.1.1有叉取作业产生的弯矩由于货叉作业，在门架上及与走行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走行，所以可以认为最大弯矩为Mi和M2合成的弯矩.4.2设计数据计算校核

图2-2上下梁（槽钢360*320*16,1=8360厘米4）柱（400*13矩形钢管44角钢，1=19014厘米4）l=3mhi=20mh2=18mh3=2mh4=1m a=0.5mQ1=350kgQ2=2300kgQ3=400kgQ4=400kgq=0.85kg/cm °/g=0.1 H/=0.1Q/堆垛机总重量（自重+载重）=8000kg载重增加25%作为试验载荷，为1500*（1+25%）=1875kg1，关于载荷的补加系数，查阅资料对堆垛机的冲击系数*=1.4,作业系数M*=1.校核合格.1，4.2.1各部分的弯矩n=K/K1=Ih1/111=2.73固端弯矩：Cab=24.9Nm CBA=28.6NmCCD=57.4Nm Cdc=34.5NmR=R'+R"=0.0018+0.00075=0.00255走行停止时产生振动的立柱上端的线变位：5=1780x0.00255=4.54cm（注：5值容许范围一般在2.5—5cm,符合要求）由水平载荷产生的各部分的弯矩：MAQ1二M*(M'AD+M"AD)=1.1x(186.5+76.5)=289.4NmMbci=M*(M'bc+M"bc)=1.1x(170.7+73.4)=266.1NmMcbi=M*(M'cb+M”cb)=1.1x(178.2+73.4)=276.8NmMDA1=M*(M'DA+M"DA)=1.1x(176.2+75)=276.3Nm由走行轮的反力产生的各部分的弯矩：V=M*(8000-2300-W乂2300)/2=4906kg固端弯矩：C=4906x45=220.8Nm因此：Mab2=87.4Nm MBA2=28.2Nm MDA2=133.4Nm最大弯矩:Mab=-289.4+87.4=-201NmMBA=-266.1+28.2=-237.9NmMbc=266.1-28.2=237.9NmMcb=276.8+28.2=305.0NmMcd=-276.8-28.2=-305.0NmMdc=-276.3-87.4=-363.7NmMDA=276.3+133.4=409.7NmMAD=289.4-133.4=156.0Nm4.2.2结构构件的弯曲应力上下梁的断面系数Z=498cm3，柱的断面系数Z1=789cm3则：°AB=-2560N/cm2°BA=-3010N/cm2°bc=4780N/cm2°CB=613N/cm2°cd=-3870N/cm2°dc=-4610N/cm2°DA=8230N/cm2°ac=2870N/cm2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12500N/cm2.故能满足上述弯曲应力条件.第5章堆垛机伸缩货叉机构的设计货叉是堆垛机中最主要的部分，主要体现在：1、为了尽可能的合理利用立体仓库货架.自动化伸缩机构在满足刚度要求前提下，应尽可能降低自身高度，机构也不宜复杂庞大；2、为使货物在立体货位上摆放整齐，稳定可靠，货叉伸出行程应大于物品周转货箱的长度；3、为使堆垛机存物取货动作灵活可靠，货叉伸缩机构应尽可能减小摩擦阻力和机构运动间隙；4、根据巷道堆垛机的工作空间限制，为使货叉结构紧凑，尽可能降低造价，伸缩货叉的原动机应重量轻、体积小，行程短，满足货叉双向伸缩工作行程的要求.根据上述要求，堆垛机的伸缩货叉必须采用一种能使原动机动作行程倍增的双向驱动直线运动机构，为此，在本方案中选择了齿轮齿条组成的直线差动机构，所设计的货叉,是三节伸缩式货叉，即由上叉、中叉、下叉以及导向滚子等构成的货叉.它主要由电机、减速器、链轮、链条、下叉、中叉、上叉、等组成.运动简图如下所示5・1伸缩货叉的扰度与强度图5-1所设计的货叉是指货叉插入货架中的部分，应以厚度尽量薄，同时叉前端的扰度控制在最小，作为设计的目标.，货叉各参数如下：W：载荷、I1,1,2I3:分别为下叉中叉上叉的重力方向的惯性矩、E:材料的纵弹性系数5.1.1下叉的受力分析如图a,假设L为不变形部分的长度.AB-V1r一 a一b-l_J 1x- l —11"■ 2图5-2Pi=Wl2/b,a<x<lo时的弯矩为Pbx—i——M='o-P1(x-a)5.1.2中叉的受力分析因载荷W的作用，在b间产生反力Pi,P2,设点的设点的倾角为i2,扰度为52一 !F—F?1Fa.b7~-l_2x- lJ -Wl2 d25MWl2xM=P1x=~bx dx2=*"=-E【2bd5i=dx=Wlx2——2——-2EI2b+i0 (4)Wlx3——2——5=—6EI2b+

i0x+50 (5)因x=b时，5=0,5o=0则Wlbi0=夜 —⑹将⑹代入(4),求x=b时的倾斜角Wlb Wlbi=_3EI2 5=_3EI2x12把b段作为刚性,C点作为固定端考虑，并设由于W在中叉产生的反力为P3和P4而由这些反力作用在叉子前端产生的扰度为53和54，则M=-P3(x-d)+P4xe (e+d)P3=dWP4=dWL"M 1JJ 5=-00EI2dx2=-6EI2:P4x3-P3(x-d)3]W在x=11W在x=11时53=-叩jx—0EI2dx=_2EI2dx[-e(x-d)2+(e+d)x2]Wi4=-2EI2dx[-e(11-d)2+(e+d)12][(e+d)113-e(l1-d)2]W其次i4=当x=l1时,所以54=i4X(13-11)5.1.3上叉的设计分析载荷W在d区间产生的反力有P3,P4，在E点的倾斜角为i5，扰度为55，受力分析如下：图5-3eW d25 MeWx则M=节x 次=-El3=-EI3dd5i=dx=eWx2可+io 5二eWx3-6EI3d+i0x+5o 当x=d时，5=0,5o=0eWd•_~6EI3（9）代入（7），当x=d时eWd阿3（9）代入（7），当x=d时eWd阿(l3-l1)eWdi6=-回 55=因此，设载货台和立柱为刚性时，伸缩货叉工作的总扰度为N=51+52+53+54+55（注）当托盘货架进深为120厘米时，V值应控制在10~15毫米.5.2货叉各参数的选择a=65cmb=40cmc=20cmd=40cme=15cmlo=660cm li=420cm l2=500cm l3=700cm结合上节导出的公式故可取上叉、下叉、中叉长为：L1=10=2x5=700cm L2=b+c+d+2X5=700cm L3=13-c+2x5=700cm上叉为板状，厚度取10cm,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.5.3货叉内部零件的选取与校核5.3.1轴承的选取校核设计选取货叉伸缩机构的工作速度为15m/min则每个轴承所承受的压力为F=1500x15/4=5625N转速为n=10000r/丸d(r/min),取C=110P：5625x10x3.14xd则 dmin=C食=11031000x10000x60dmin=16.2mm取d=20mm,则n=10000/20兀=159.2r/min查表7-2-52，选择深沟球轴承，代号为6404其基本参数为：d=20mmD=72mmB=19mmcr=31.0KNc。「=15.2KN径向载荷 Fr=1500x10/4=3750N轴向载荷F「=0N F「/Fr=0<e=0.26查表得x=1 y=0• Pr=xFr+yFa=F,=3750N又查表得：fd=1.1fT=1fn=0.485fh=2.29fm=1fjJd 2.29x1x1.1•C=fJT Pr=0-486x1x3750=19.4KN<31.0KN=cr轴承的额定静载荷Por=0.6Fr+0.5Fa=2250<3750N因Por<Fr故取Por=Fr=3.75KN<15.2KN满足106f•C106 1x2.02轴承的寿命Lh=60n(fp•P)3=60n(L5x0.225)3=22446h因Lh>>h=6000h故轴承寿命满足条件.则轴承选取合适.5.3.2链轮、链条的选取校核设轴径d=80mm，链传动比i=1,链速n=Vx6。乂1000/兀d=159.2r/minP=0.1x1500x10x10/60=250w选择链轮齿数：初步确定Z=24定链的节距取K广1.0，齿数系数Kz=0.87，多排链系数K广1.0所需传递功率为KEP/七=1x0.87xOZE.0=0.22KW由此，可选取满足条件的10A链，P=12.7mm定链长、中心距初定中心距a=40p，则链节数二也+ +A（W）2LPp2 a02兀=101节链长L=LPP/1000=101x12.7/1000=1.28m中心距pz+z z+zQ,z za=云％一亍）+吃一亍8（十"=508mm中心距调整量Aa^2P=2x12.7=25.4mm实际中心距a'=a-Aa=508一25.4=483mm求作用在轴上的力工作拉力F=1000P/V=1500N作用在轴上的压力Fq=1.2F=1800N...轴径d.=CP/n=110^2.5/159.2=13mm取d=16mm取轮径D=80mm计算结果总汇：中叉与下叉之间用链条10A-1*200〈节〉，中叉与上叉之间的传动用板式链LH0823*200＜节〉第6章堆垛机行走机构的设计计算首先，堆垛机的驱动型式设计成“下部支承下部驱动型”，该型式的走行装置安装在下梁上，通过减速装置驱动走行轮，走行轮支承堆垛机的全部重量，在单轨上走行水平运行机构的设计的一般设计步骤：确定机架结构的形式和水平行走机构的传动方式；计算各传动件的结构尺寸；确定运行机构的具体安装位置.对运行机构设计的基本要求是：机构要紧凑，重量要轻，且能满足要求；维修检修方便，机构布置合理.水平运行机构具体布置的主要问题：因为下横梁时主要的承载部件，机架的运行速度很高，而且在受载之后向下挠曲，机构零部件的安装可能不十分准确，所以如果单从保持机构的运动性能和补偿安装的不准确性着眼，凡是靠近电动机、减速器和车轮的轴，最好都用浮动轴.为了减少立柱的扭转载荷，应该使机构零件尽量靠近立柱；尽量靠近端梁，使端梁能直接支撑一部分零部件的重量.对于行走机构的设计应该参考现有的资料，使安装运行机构的平台减小，占用巷道的空间最小，总之考虑到堆垛机的设计和制造方便.机构的布置形式水平运行机构由电机、减速机、车轮组、缓冲器等组成.它的布置形式多种多样，但比较合理的驱动形式如图1和图2所示的两种.图1采用的是一般卧式减速器.图2采用套装式减速器，与车轮组安装时较简便，并能使运行机构的总体布置紧凑.综合考虑后，本次设计选用图2驱动形式.CETZHflHHH6.1采用一般的卧式减速器 图6.2采用套装立式减速其运动简图如下所示6.1堆垛机走行轮的设计走行轮有主动轮与从动轮各1个，由于堆垛机在操作货叉时的反作用力会对走行轮产生侧压，为了防止走行轮由于侧压脱轨与走行中的爬行现象，需安装侧面导轮驱动轮的末端齿轮采用轮轴直接连接的驱动方式.走行轮的允许载重量等各参数间有下列关系式：240kP'=KD'（B-2r）（kg）且K=240+v（kg/cm2）式中，P'-允许载重量（kg） D'一车轮的踏面直径（cm）B一钢轨宽（cm） r一钢轨头部的圆角半径（cm）K一许用应力系数（kg/cm2）v—走行速度（m/min）k一许用应力（球墨铸铁的许用应力为50）（kg/cm2）首先确定B=6.4cm，r=0.2cm,k=50kg/cm2,v=18m/min240k 240x50贝。 K=240+v=240+18=46.5（kg/cm2）P'=（Qi+Q2+Q3+Q4+2ql+Qi）/4=（350+2300+400+400+0.85x2000x2+350）/4=7200/4=1800kg则代入上式可得：D'=8.2cm，则车轮的轴径为dmin=CP/n=11.2mm取d=30mm,车轮直径可适当取大为D=160mm则走行轮的转速为n=18x1000/兀100=55r/min轴上的轴承选取型号为61804，基本尺寸为：d=20mm,D=32mm,B=7mm.

6.2走行装置的电机、减速器的选取走行装置在额定速度下必需的功率为:^^ W=如-+f)x-P=612011(KW)其中，r2r式中，Wr一走行阻力d一走行轮轴的直径H一摩擦系数f一滚动摩擦系数Q一堆垛机的总重量由此7200x(0.3x50/2+0.1)x18/50 =3.58KW由此求得p= 6120x0.9则可选取电机型号为Y160M2-8，转速为720r/min，额定功率为5.5KW，效率为85%，且5.5x85%=4.67>3.58KW，可选安装型式选取B3，国际标准机座号为160M42.车轮的转数：nc=Vdc/(n・Dc)=18x1000/兀160=36r/min机构传动比：i.=n1/nc=720/36=20根据传动比初选择减速器型号为：ZDH106.2.1验算运行速度和实际所需功率实际运行的速度：Vdc=18X3.929/3.78=18.7m/min误差：e=(Vdc-Vdc)/Vdc=(18.7-18)/18X100%=3.89%<15%合适实际所需的电动机功率：Nj=Nj-Vdc/Vdc=3.58X18.7/18=3.7KW由于N‘j<Ne，故所选的电动机和减速器都合.6.2.2验算起动时间起动时间:n1 「—「(Q+G)DTp=375(m-Mq-Mj)i /《2.1°式中n1=2890rpm满载时运行静阻力矩：M m(Q=Q)Mj(Q=Q)=加

720=3.9xO.9=205N・m空载运行时静阻力矩：Mm(Q=0)Mj(Q=0)=0504=3.78x0.95=178N•m初步估算高速轴上联轴器的飞轮矩:(GD2)ZL+(GD2)L=0.78N-m机构总飞轮矩：(GD2)1=(GD2)ZL+(GD2)L+(GD2)d=5.67+0.78=6.45N-m满载起动时间：n1n1tq(Q=Q)=375(m•Mq-Mj)(Q+G)D2mc(GD2)+ c/ i/2•门0289037民2x289037民2x829-67.7)=8.91s空载启动时间:2x1.15x6.45+20000x0.253.9x3.9x0.9tq(Q=0)=n1375(m•Mq一tq(Q=0)=n1375(m•Mq一Mj)_(Q+G)D2mc(GD2)+ c/ i/2•门020000x0.252x1.15x6.45+ 375(2x82.9一67.7)_ 3.9x3.9x0.952890=5.7s起动时间在允许范围内.6.2.3起动工况下校核减速器功率起动工况下减速器传递的功率:七HcN=60n•m/Q+G v/ dc 式中Pd=Pj+Pg=Pj+g q(Q=Q)20000 249 x =720+1060x8.91=7746.2Nm/--运行机构中，同一级传动减速器的个数,m/=1.720x249因此N=60x0.95x1=3.89KW所以减速器的［N］中级=4KW>N,故所选减速器功率合适.6.3选择制动器由［1］中所述，取制动时间tz=5s按空载计算动力矩，令Q=0,得：1—<mMz=1—<mMz=nM/+ 1—j375•tzmc(GD2)iGD2

+—厂j门0式中M/)(P「Pm.mijDJj 2i/0(336—1344)x0.5x0.95= 2x12.5=-19