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目录摘要错误!未定义书签。ABSTRACT错误!未定义书签。TOC\o"1-5"\h\z第1章绪论-1-自动货柜与垂直升降式货柜的定义与特点-1-垂直升降货柜的主要组成部分及作用-2-垂直升降货柜控制系统的组成-4-系统硬件-4-系统管理软件-5-1.5自动化货柜控制系统设计-5-1.5.1硬件设计-5-软件设计-6-1.6自动化货柜在国内外的发展情况-6-第2章主体控制结构的选定-8-第3章传动方案的选定错误!未定义书签。3.1传动方式的选定错误!未定义书签。3.2各主要部件的计算错误!未定义书签。3.2.1已知条件错误!未定义书签。3.2.2重要零件的选择错误!未定义书签。TOC\o"1-5"\h\z选择电机-13-货箱结构的设计-13-第4章垂直升降货柜的控制系统设计-14-第5章结论错误!未定义书签。致谢错误!未定义书签。参考文献错误!未定义书签。--#-系统管理软件根据库房实际情况开发的管理控制软件,能较好地满足车间库房管理的要求。库房的管理计算机与各车间有关的管理计算机联网,便于车间随时查询和信息交换,这样二级备件库就没有存在的必要。库房内的管理计算机与各货柜控制器(PLC)之间联网通讯,便于管理计算机对货柜的控制,一台管理计算机可以同时控制数十台货柜的运动。计算机可以有效地管理自动化仓储货柜和普通货架中的配件,准确地记录物品的各项信息,包括零件的编号、名称、规格、存放位置、库存数量、同一种零件的属性(随机、进口、国产)以及零件的替代关系等。零件编号可以有24位。满足所有国产和进口零件的要求。从进货到领用的全过程进行管理,进货的数量、经办人、供应商、入库和领用的详细记录,高效准确地处理出入库事务。从而提高工作效率,保证零配件的及时供应。实用的统计分析功能,可以按不同要求进行各种统计、给出各种报表。详细的领用记录;按时统计消耗,帮助更合理地确定订货数量;按车间、班组、机组统计消耗,帮助核算生产成本;显示和警示功能:显示库存数量、最低值、低库存和空库的报告。事先设定的标准库存量及库存下限的警告;其它管理功能。可按不同用户的实际需要和具体要求设计。1.5自动化货柜控制系统设计1.5.1硬件设计系统硬件组成如图2所示控制系统采用西门子S7-200(CPU226)作为控制核心。可编程控制器(PLC)具有体积小、灵活通用、维护简单、抗干扰能力强及可靠性高等优点,而且PLC的输入输出模块、特殊功能模块都有即插即用功能,连接十分容易,很方便系统扩展。操作界面采用西门子公司的TP07人机操作界面,该产品为触摸屏操作,可以实现系统要求的数值输入、数值显示、画面变换及按键操作等绝大部分的人机界面功能。采用一块EM232模拟量输出模块,联接两台欧陆514C直流调速器。S7-200(CPU226)本身带有24个输入点/16个输出点,其中1010〜1115同时作为PLC高速计数器的输入。通过联接两个增量编码器至两个高速计数器,可以检测货柜的速度和位置。高速计数器的工作频率可达到2kHz,有12种工作模式,而且不影响CPU的性能。为了保证系统正常运行,还设置有原点检测、货高检测、限位保护、有无货物检测、货叉状态检测等各种类型的传感器[2]。软件设计为了使货柜在不同的情况下都能够正常运行,货柜的控制方式有联机自动控制(接上位机)、自动控制(单机自动)、半自动控制和手动控制四种。控制系统的软件设计根据货柜运行特点,采用模块化设计方案。过载保护、限位保护、联锁及互锁等系统的基本功能由主程序完成。设计有如下子程序:报警子程序、X轴运行控制子程序、Y轴运行控制子程序、高速计数器中断程序、取货子程序、卸货子程序、通信子程序等。1.6自动化货柜在国内外的发展情况自动货柜的发展始于20世纪50年代中叶,在欧洲,德国亨乃尔公司根据垂直旋转原理,开始批量生产办公用的文件柜,用于存放各种式样的文件和文件夹。由于受到办公高度的限制,办公用的文件柜一般只有2~3米高,载重也不大,软件功能也比较简单。到了70年代,德国亨乃尔、瑞士卡迪斯等公司相继开发出工业用的垂直旋转式自动货柜,如亨乃尔的Rotomat和卡迪斯的Industriver,使自动货柜的应用领域有了更大扩展。进入80年代,世界市场对工业用的垂直自动货柜有了巨大的需求。为了适应市场需求,工业用的自动货柜比起办公用的文档柜有了长足的发展,体现在:(1)更宽:达到3~6米;(2)更高:10米以上,可以穿过多层楼板,每层楼都有出货口,像电梯一样;(3)载重更大,单个货架可以载重750~1000公斤以上,总载重30吨以上。在工业用自动货柜发展的同时也出现了一些问题:当需要存取一个货物时,所有的货物都要转动,容易产生重量的不平衡。为了解决这个问题亨乃尔公司为6米以上的自动货柜加装了不平衡显示装置。在哪个货架增加货物在哪个货架减少货物,以消除不平衡。由于上述弊端限制了自动货柜的发展,所以激发了新的开发、研究。90年代,垂直升降式的自动货柜开发成功,其中最具代表性的是亨乃尔公司的Lean-Lift和卡迪斯公司的Shuttle。与旋转式自动货柜相比较,垂直升降式自动货柜有以下优点:(1)存取货物时,只有相关的托盘运动。(2)可以更加有效地利用空间,高度可达20米以上。(3)完全从使用者的角度出发的软件设计,功能更强大。在机械方面发展的同时,软件的发展也日趋完善。软件功能与硬件技术的完美结合,使自动货柜成为现代化工厂中不可缺少的设备,也是现代物流系统中具有实时管理功能的仓储设备。在工业发达的欧美国家,自动货柜已得到广泛应用,几乎没有严格的行业和领域的差别,各种行业都可以用。如:办公用文档柜,可以用于机关事业单位的人员档案管理,也可以用于银行、保险公司的资料和客户档案以及医院的病历管理等。工业用的范围更广,包括电子行业的生产线,汽车生产线,加工中心的刀具管理,工具、量具管理,零备件库我国的特点与欧洲、美国等发达国家有很大的不同。首要的问题是观念,大部分企业不知道有这样一种产品可以存储物品,可以提高效率,降低成本。其次是经济条件的制约,只用自动货柜一次性投资较大,而且,我国劳动力和低价相对便宜,这些都限制了自动货柜的发展和使用。国内使用自动货柜的单位,目前大部分是合资、独资公司,或者是国内规模大、效益好的企业。它们具有相同的特点:企业管理水平高,要求货物的管理精确度高,实时性也高。今后,随着我国国民经济的快速发展,我国企业与国外企业的差距桌布缩小。自动货柜会很快进入国内经营、管理较好的企业,得到更广泛的应用。目前,国内著名的自动货柜生产厂家有:德国的亨乃尔、瑞士的Kardex,美国的KFI等一些公司,他们的产品都已经来到中国。国内供应商主要有沈飞、昆船和太原刚玉等。凭借50年的生产历史和长期积累的丰富经验,进口产品无论在质量上、性能还是工艺上都有很大优势,特别值得一提的是,在软件的功能方面、计算机网络管理方面更胜一筹。但是,国产产品在价格上具有非常明显的优势。因此,目前国内与国外进口产品各有各的用户群体:进口产品主要满足独资、合资企业的需求,而国产产品主要应用在国内企业。自动货柜的应用范围相当广泛。既有简单的应用,如办公室文档管理或者小规模的工业品仓储,一台或几台自动货柜自成系统或者独立操作;也有复杂的应用,十几台甚至几十台自动货柜连接成网络,再与企业的物流系统相连接,还可以实现物流系统的实时管理与网络化管理。用户的需求是不同的,自动货柜的功能也是不同的。不同的产品可以满足不同层次用户的需求。目前,自动货柜在国内尚处于起步阶段,很多企业并不了解自动货柜的特点与使用自动货柜所能带来的效益。但是,随着经济水平的提高和企业管理水平的不断提升,中国市场对自动货柜的潜在需求很大。现阶段,生产厂家应当共同培育和开发市场,引导用户认识到采用自动货柜所带来的巨大收益。相信在3~5年后,自动化物流仓储设备与系统在我国将得到越来越广泛的应用,是我国企业的物流管理水平跃上新的台阶。第2章主体控制结构的选定在参考的资料中,垂直升降货柜可分为以下几个部分(如图2-1所示):实现垂直升降运动的小车装置、实现水平运动(即:将货物由货架移到小车或将货物由小车移到货架上)的拨叉装置、承载货物托盘的货架、控制装置、操作面板(如图2-2所示)以及由电机输出的动力传动装置。其中,作垂直升降运动的小车由一台电动机带动,做水平运动的拨叉是由另外一台安装在小车上的电机带动。小车和拨叉的运动都是由传感器来发布信号指令,经由PLC来进行控制的。图2-1垂直升降货柜结构图

图2-2垂直升降货柜操作面板为了简化设计,便于PLC编程,现将两侧的相应位置托盘支架设为在同一高度(如图2-3所示)。在此图上可以了解垂直升降货柜的两个主要动作,小车的垂直升降和拨叉的水平转动运动。根据货物的所在位置和存、取的不同,水平电机要选择不同的旋转方式。由于本次设计主要设计机械部分,所以对控制部分不多做介绍。货位货位货位货位(2)链轮,链条的选定货箱的宽度为500mm,为了防止货箱升降台在升降的过程中碰撞,升降台四角各安装一个导轮。初定链轮分度园直径为350,链条带有延伸片的那个型号。查《机械师设计手册》为了保证链轮的强度和旋转的平稳性。链轮的齿数定为20.由公式d=T^80得sinZ350=P350=.180sin20P=53.55查《机械设计师手册》P525选取分度园节距为50.8的链轮;链条的选取:查《机械设计基础》P212表13-9选12A型号的链条;节距P=19.05;滚子外径D1=22.78;极限载荷Q=31100N;链条每米质量m=1.5kg;内链节宽b1=31.55;销轴直径d2=14.27;套筒内径b1=14.32;内链节外宽b2=45.27;外链节内宽b3=45.26;销轴长度L=65.5;销轴止锁端加长量b7=7.9;链条通道高度h1=48.47;内链条通道高度h2=48.26;外链板与链板高度h3=41.66;链条强度的校核:主动轴与从动轴的中心距a=320;链条的总长L=nD+2a;L=3.14x0.343+2x1.2;L=2.93m;货物的质量为60kg总质量M=80kg;

受力F=80xl0=800N;因为800<31100;所以链条符合要求。(3)主轴的计算主轴材料为45#许用最大切应力为6=70MPa;按需用弯曲应力验算传动轴危险界面的强度条件为:由弯矩所产生的弯曲应力应不超过许用弯曲应力。因为次轴是对称的所以计算一侧即可。M=PxO.25+Px1.25;M=800x0.25+800x1.25M=l200Nm主轴的转动扭矩M9=FxR=800x0.2=160组合扭矩Mz=1210Nm;受力处的横截面积S=nx20x20S=1256mm;应力T=—Z1200应力T=—Z1256t=1MPA;因为1<70;所以主轴强度符合要求。从动轴强度的校核从动轴的材料为45#;最大拉应力为10;经分析得:从动轴上受的载荷小于主动轴上的载荷,所以,从动轴的强度,满足条件即可。链条的质量:查教材《机械设计基础》P212表13-9得型号12A链条:极限载荷Q=31100N;每米长质量Q=1.5kg;链条的总长度L=10m;链条的质量M=LxQ2M=15kg;42货箱轴的质量M=20kg;3货箱的质量M=30kg;4在一根轴上的所受的最大力Fmax=(50+15+20)x10Fmax=850N;轴的横截面积S=n10x10S=314mm;应力t=—S850T=-314t=2.7因为2.7<10所以从动轴符合要求(4)选择传动件运动速度V=0.2m/s,链轮的轴心到货箱的轴心的距离为250mm。链轮的角速度V0.22W=V==0.8rad/s;电动机的角速度W=1360X=142rad/s;降速比为64R0.25601,链轮的确定初定主链轮的分度圆直径为120,由公式d=—P得180smZ120=P120=.180sin20p=18.73查《机械设计基础》P212表13-9应选型号为12A的链条。节距P=19.05mm质量为1.5kg。滚子外经d1=11.91mm极限载荷Q9(单排)-31100N;每米长主动链轮的节距P=19.05,齿数Z=20。分度圆直径d=—180sm20d=124齿顶圆直径damin=d+1.25p-d1damin=145齿根圆直径df=d-d1df=113宽度定为20mm2,链条的较核计算链条的拉力F1已知力矩M=175Nm,链轮分度圆直径为0.248m.半径=0.124m,由公式M=FL400=0.124XFF=3225N两个链轮的中心距为A=520;粗略计算链条长度L二Rx兀+Rx兀+2A12L=1.6m;链条自重G=mgG=16N;拉力F=3241N因为3241<32110;所以链条符合要求。3,升降台传动部件的设计因为货箱从货柜箱体到升降台的运动是滑动,滑动系数为0.02,货箱满载时质量为55kg;所以把货物从货柜拖到升降台上所用的力很小。升降台上传动轴直径为15mm,所以升降台上传动轴不用校核。3.3选择电机当货柜升降台上货物满载时,所需电机功率最大。G=(M+m)xg=700N;P=FV=700x0.3=210W;M=FL=700x0.25=175Nm;P由公式M=9550—;N得P=13W;总功率p1=223W;经查手册得知:深沟球轴承的传动效率为0.99,链条的传动效率为0.7,涡轮蜗杆的传动效率为0.5。223电机的计算功率:Plt=一=950W;0.994x0.5x0.72为了使货架能轻松起动,所以选择功率为1.5KW的电机。查《机械设计师手册》P1199选用型号为ZD22-4的电机(如图),额定功率为1.5KW,转速为1360r/min,额定电压为380V,额定频率为50HZ,负载持续率为25%质量为38kg,机身总长L=375mm,主轴的外身量E=30mm,固定肋的外周直径为290mm,机身直径为210mm。3.4货箱结构的设计货箱主要用来盛放货物。货物在存取时需要由货箱在货柜箱体支撑轨道上滑动,所以货箱与箱体支撑轨道的接触面比较光滑。箱体货箱厚度为20毫米的钢板,货箱结构科学加之每个

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