自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)—堆垛機(jī)及其提升驅(qū)動(dòng)裝置、貨叉裝置、載貨臺(tái)、松繩與過(guò)載保護(hù)裝置等設(shè)計(jì)含5張CAD圖

自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)堆垛機(jī)及其提升驅(qū)動(dòng)裝置、貨叉裝置、載貨臺(tái)、松繩與過(guò)載保護(hù)裝置等設(shè)計(jì)含5張CAD圖,自動(dòng)化,立體倉(cāng)庫(kù),系統(tǒng),設(shè)計(jì),堆垛,及其,提升,驅(qū)動(dòng),裝置,載貨,過(guò)載,保護(hù)裝置,CAD 目 錄摘要11.自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的定義及發(fā)展?fàn)顩r22.設(shè)計(jì)的目的和意義33.堆垛機(jī)工作原理34.提升驅(qū)動(dòng)裝置45.堆垛機(jī)載貨臺(tái)56.堆垛機(jī)貨叉的結(jié)構(gòu)57.過(guò)載松繩保護(hù)裝置68.控制和管理系統(tǒng)6總結(jié)8參考文獻(xiàn)9摘要自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)利用立體倉(cāng)庫(kù)設(shè)備可實(shí)現(xiàn)倉(cāng)庫(kù)高層合理化、存取自動(dòng)化、操作簡(jiǎn)便化，完全區(qū)別于耗費(fèi)大量人力、物力、精力的傳統(tǒng)搬運(yùn)貨物方式，大大提高了空間利用率、生產(chǎn)效率和管理成本，是當(dāng)前倉(cāng)儲(chǔ)技術(shù)水平較高的表現(xiàn)形式。 其中，堆垛機(jī)是整個(gè)自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的核心設(shè)備，通過(guò)手動(dòng)操作、半自動(dòng)操作或全自動(dòng)操作實(shí)現(xiàn)把貨物從一處搬運(yùn)到另一處。因此，它的設(shè)計(jì)研究和創(chuàng)新變革直接影響了物流行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)、企業(yè)生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益。關(guān)鍵詞：自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)；堆垛機(jī)。1.自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的定義及發(fā)展?fàn)顩r自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)實(shí)質(zhì)上是集合了倉(cāng)儲(chǔ)、輸送、管理的一門科學(xué)應(yīng)用工程，自動(dòng)化強(qiáng)調(diào)了控制在自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)中的核心地位。自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)通過(guò)先進(jìn)的搬運(yùn)設(shè)備、實(shí)現(xiàn)整個(gè)入庫(kù)、輸送、存儲(chǔ)、出庫(kù)過(guò)程的高度機(jī)械化、自動(dòng)化、信息化。自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)具備占地面積小、倉(cāng)儲(chǔ)速度快、可靠性高、儲(chǔ)存量大等特征14。立體倉(cāng)庫(kù)的產(chǎn)生和發(fā)展是第二次世界大戰(zhàn)之后生產(chǎn)力和技術(shù)發(fā)展的結(jié)果。50年代初，美國(guó)出現(xiàn)了采用橋式堆垛起重機(jī)的立體倉(cāng)庫(kù)；50年代末60年代初，出現(xiàn)了由司機(jī)操作的巷道式堆垛起重機(jī)立體倉(cāng)庫(kù)；1963年美國(guó)率先在高架倉(cāng)庫(kù)中采用計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，建立了第一座計(jì)算機(jī)控制的立體倉(cāng)庫(kù)。此后，自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)在美國(guó)和歐洲得到迅速發(fā)展，并形成了專門的學(xué)科。60年代中期，日本開(kāi)始興建立體倉(cāng)庫(kù)，并且發(fā)展速度越來(lái)越快，目前已成為當(dāng)今世界上擁有自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)最多的國(guó)家之一。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2020年，美國(guó)擁有各種類型的自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)20000多座，日本擁有38000多座，德國(guó)擁有10000多座，英國(guó)有4000多座，且向高度40米以上的巨型立體倉(cāng)庫(kù)發(fā)展。 我國(guó)對(duì)立體倉(cāng)庫(kù)及其物料搬運(yùn)設(shè)備的研制開(kāi)始并不晚，于1963年研制成功第一臺(tái)橋式堆垛起重機(jī)（北京起重運(yùn)輸機(jī)械研究所機(jī)械部），1973年開(kāi)始研制我國(guó)第一座由計(jì)算機(jī)控制的自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)，該倉(cāng)庫(kù)1980年投入運(yùn)行。到2003年為止，我國(guó)自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)數(shù)量已超過(guò)200座。根據(jù)商務(wù)部流通業(yè)發(fā)展司數(shù)據(jù)顯示，全國(guó)立體庫(kù)面積從2012年底的1.40億平方米增長(zhǎng)至2017年的2.74億平方米，2017、2018年我國(guó)新建自動(dòng)化立體庫(kù)均超過(guò)800座，截至2018年底，全國(guó)立體庫(kù)面積約2.91億平方米，保有量在5000座左右。2019年中國(guó)自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)保有量6000座左右。立體倉(cāng)庫(kù)由于具有很高的空間利用率、很強(qiáng)的出入庫(kù)能力、采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制管理而利于企業(yè)實(shí)施現(xiàn)代化管理等特點(diǎn)，現(xiàn)今已成為企業(yè)物流和生產(chǎn)管理不可缺少的倉(cāng)儲(chǔ)技術(shù)，越來(lái)越受到企業(yè)的重視。自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)在人工的基礎(chǔ)上、逐漸加入了機(jī)械作業(yè)設(shè)備、AGV 運(yùn)輸小車，融合了 RFID 射頻技術(shù)，集成了自動(dòng)化控制系統(tǒng)，再加入人工智能，在實(shí)現(xiàn)倉(cāng)儲(chǔ)運(yùn)輸?shù)母叨茸詣?dòng)化基礎(chǔ)上，減少對(duì)于人工的依賴，并有一定的預(yù)測(cè)能力，自動(dòng)對(duì)倉(cāng)庫(kù)路徑進(jìn)行分析檢測(cè)，完成優(yōu)化，在存儲(chǔ)速度和存儲(chǔ)效率上實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步提升14。自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)應(yīng)用范圍很廣，幾乎遍布所有行業(yè)。在我國(guó)自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)應(yīng)用的行業(yè)主要有機(jī)械、冶金、化工、航空航天、電子、醫(yī)藥、食品加工、煙草、印刷、配送中心、機(jī)場(chǎng)、港口等8。2.設(shè)計(jì)的目的和意義傳統(tǒng)的倉(cāng)儲(chǔ)設(shè)備簡(jiǎn)單，主要借助人力維護(hù)，存取貨靠人力去操作，效率低下。而倉(cāng)儲(chǔ)自動(dòng)化的引入，把人從倉(cāng)庫(kù)中解放出去。傳統(tǒng)的倉(cāng)儲(chǔ)，存取貨的手續(xù)、環(huán)節(jié)較繁瑣，而倉(cāng)儲(chǔ)自動(dòng)化則簡(jiǎn)化了這些環(huán)節(jié)，直接通過(guò)引入計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制技術(shù)和人工智能等高新技術(shù)對(duì)倉(cāng)儲(chǔ)機(jī)械的技術(shù)進(jìn)行升級(jí)6，倉(cāng)儲(chǔ)機(jī)械的技術(shù)性能將較大提高，操作機(jī)械設(shè)備完成同樣的操作。系統(tǒng)的設(shè)計(jì)自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)，目的也就是為了簡(jiǎn)化某些環(huán)節(jié)，還為了節(jié)省人力。自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)相對(duì)于以往的倉(cāng)儲(chǔ)設(shè)備，具有以下幾個(gè)方面的優(yōu)勢(shì)6：提高空間利用率；便于形成先進(jìn)的物流系統(tǒng)，提高企業(yè)生產(chǎn)管理水平；加快貨物的存取節(jié)奏，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，提高生產(chǎn)效率；減少庫(kù)存資金積壓；貨物磨損小8。本設(shè)計(jì)通過(guò)設(shè)計(jì)用于自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的堆垛機(jī)，完成堆垛機(jī)及其提升驅(qū)動(dòng)裝置、貨叉裝置、載貨臺(tái)、松繩與過(guò)載保護(hù)裝置等設(shè)計(jì)，能及時(shí)、準(zhǔn)確地把物品自動(dòng)送到指定位置，從而加深對(duì)堆垛機(jī)的認(rèn)識(shí)與了解。3.堆垛機(jī)工作原理堆垛機(jī)的工作原理是由行走電機(jī)通過(guò)驅(qū)動(dòng)軸帶動(dòng)車輪在下導(dǎo)軌上做水平運(yùn)動(dòng)，由提升電機(jī)帶動(dòng)載貨臺(tái)做垂直升降運(yùn)動(dòng)，載貨臺(tái)上的貨叉做伸縮運(yùn)動(dòng)。通過(guò)上述三維運(yùn)動(dòng)可將指定貨位上的貨物取出或?qū)⒇浳锼偷街付ǖ呢浳?。通過(guò)認(rèn)址器、光電識(shí)別，以及光通訊信號(hào)的轉(zhuǎn)化，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制，也可實(shí)現(xiàn)觸摸屏的手動(dòng)和半自動(dòng)控制。堆垛機(jī)通過(guò)認(rèn)址器獲取實(shí)際運(yùn)行位置，貨叉下面的行程開(kāi)關(guān)控制貨叉伸出的距離，貨叉下面的接近開(kāi)關(guān)控制貨叉的回中定位24。 圖1 有軌巷道式雙立柱堆垛機(jī)1.天軌 2.天軌導(dǎo)向輪 3.上橫梁 4.立柱 5.鏈輪 6.載貨臺(tái)導(dǎo)向輪 7.載貨臺(tái)頂輪 8.電器柜 9.輪系 10.地軌 11.下橫梁 12.電機(jī) 13.卷筒 14.減速器 15.載貨臺(tái) 16.貨叉 17.載貨臺(tái)立板4.提升驅(qū)動(dòng)裝置鏈條提升機(jī)構(gòu)主要由提升電機(jī)（包括減速器）、傳動(dòng)鏈輪、傳動(dòng)鏈條、雙聯(lián)鏈輪、提升鏈條和改向鏈輪組成。提升鏈條選用雙排滾子鏈，安全系數(shù)大于 5 ，它與載貨臺(tái)和上下橫梁上的改向鏈輪組成一個(gè)封閉結(jié)構(gòu)。當(dāng)提升電機(jī)通過(guò)傳動(dòng)鏈條驅(qū)動(dòng)雙聯(lián)鏈輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，使提升鏈條運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)載貨臺(tái)（包括貨叉、貨物）升降。提升電機(jī)通過(guò) PLC變頻控制，避免在開(kāi)始升降和停止時(shí)提升鏈條所受拉力過(guò)大。載貨臺(tái)主要由型鋼、鋼板焊接而成，主要用于安裝貨叉和一些安全保護(hù)裝置。為了保證載貨臺(tái)平穩(wěn)上下運(yùn)行，在它的每個(gè)側(cè)面裝有沿立柱的 4 個(gè)導(dǎo)向輪和 2 個(gè)頂輪27。曳引式提升機(jī)構(gòu)是當(dāng)今電梯業(yè)廣泛采用的提升方式，主要由曳引力裝置、曳引輪、鋼絲繩、導(dǎo)向輪和反繩輪等構(gòu)件組成。曳引鋼絲繩一端連接載貨臺(tái)，另一端連接配重裝置，載貨臺(tái)、配重裝置和荷載的重力使鋼絲繩壓緊在曳引輪繩槽內(nèi)產(chǎn)生足夠的摩擦力驅(qū)動(dòng)重物沿導(dǎo)軌做上下運(yùn)動(dòng)。曳引式提升機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是傳動(dòng)機(jī)構(gòu)體積小巧，傳動(dòng)電機(jī)相比卷筒式要小許多，而且提升高度不受限制，但是堆垛機(jī)與電梯不同的是要水平行走，所以配重裝置勢(shì)必會(huì)晃動(dòng)產(chǎn)生噪音，而且配重裝置需要設(shè)到立柱里面沿著立柱內(nèi)壁上下行走，維修和安裝比較麻煩。卷筒式提升機(jī)構(gòu)是驅(qū)動(dòng)載貨臺(tái)上下運(yùn)動(dòng)的常用機(jī)構(gòu)，一般由卷筒、減速電機(jī)、鋼絲繩及滑輪組組成，其工作原理是：減速電機(jī)驅(qū)動(dòng)卷筒旋轉(zhuǎn)27。5.堆垛機(jī)載貨臺(tái)主要由上導(dǎo)輪架、下導(dǎo)輪架、垂直框架、水平框架等部分組成， 其上裝有貨叉伸縮機(jī)構(gòu)、 滑輪裝置、起升導(dǎo)向輪裝置、升降認(rèn)址裝置、貨物位置異常檢測(cè)裝置以及雙重入庫(kù)檢測(cè)裝置等。 它由提升機(jī)構(gòu)通過(guò)臺(tái)上安裝的滑輪裝置帶動(dòng)，依靠起升導(dǎo)向輪裝置沿著立柱起升導(dǎo)軌升降，并與貨叉伸縮機(jī)構(gòu)配合進(jìn)行存取貨物作業(yè)24。6.堆垛機(jī)貨叉的結(jié)構(gòu)現(xiàn)在國(guó)內(nèi)外自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)堆垛機(jī)所用的存取貨裝置主要有:電磁或真空吸盤(pán)存取裝置；機(jī)械抓取式存取裝置；旋轉(zhuǎn)抓取裝置；伸縮貨叉存取裝置。其中, 伸縮貨叉式應(yīng)用最為普遍29。堆垛機(jī)伸縮貨叉一般采用 3 級(jí)直線差動(dòng)機(jī)構(gòu), 這種結(jié)構(gòu)形式的貨叉由動(dòng)力驅(qū)動(dòng)和上、中底 3 叉以及導(dǎo)向部分構(gòu)成, 底叉固定在載貨臺(tái)上, 中叉可在齒輪齒條的驅(qū)動(dòng)下, 相對(duì)于底叉向兩側(cè)伸出一定距離, 上叉在安裝于中叉上的增速機(jī)構(gòu)的帶動(dòng)下相對(duì)中叉向外伸出更長(zhǎng)的距離, 實(shí)現(xiàn)向貨位內(nèi)存取貨物。這種機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)是上叉相對(duì)于中叉伸出的距離為伸出行程的 2/3, 而中叉相對(duì)于下叉伸出的距離為伸出行程的 1/3, 上叉與中叉之間 、中叉與下叉之間均有合適的導(dǎo)向接觸長(zhǎng)度,保證 3層貨叉伸出時(shí)的相對(duì)剛度要求。其中底叉固定在載貨臺(tái)上, 中叉運(yùn)行到貨叉行程的 1/3 距離, 此時(shí)有 2 個(gè)導(dǎo)向輪支承, 上叉相對(duì)于中叉運(yùn)行貨叉行程的 2/3, 也有 2 個(gè)導(dǎo)向輪支承, 與中叉相連。7.過(guò)載松繩保護(hù)裝置過(guò)載松繩保護(hù)裝置是用來(lái)控制載貨臺(tái)的承載，它的作用是當(dāng)載物貨臺(tái)承受超過(guò)最大允許值時(shí)，為防止裝置與貨物的損壞，通過(guò)過(guò)載松繩保護(hù)裝置切斷起升電機(jī)回路電源或總電源，來(lái)使起升機(jī)構(gòu)及時(shí)停止運(yùn)轉(zhuǎn)24。斷繩保護(hù)裝置由螺桿、壓縮彈簧、左右安全鉗及連桿機(jī)構(gòu)等組成，其主要工作原理是在載貨臺(tái)滑輪組的聯(lián)結(jié)座下安裝螺桿和壓縮彈簧，當(dāng)起升鋼絲繩受載貨臺(tái)和貨物的重力作用，使壓縮彈簧處于壓縮狀態(tài)，一旦鋼絲繩斷裂，即滑輪組失去載貨臺(tái)和貨物重量的作用力作用，同時(shí)壓縮彈簧釋放，使連桿機(jī)構(gòu)動(dòng)作，把安全鉗中的楔塊向上運(yùn)動(dòng)，由于楔塊的斜面作用使斷繩保護(hù)裝置夾緊在起升導(dǎo)軌上，從而保證載貨臺(tái)在斷繩時(shí)不致墜落。為了防止發(fā)生事故，確保設(shè)備和人身安全，必須特別重視安全措施。自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)時(shí)最基本的是當(dāng)自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)操作庫(kù)內(nèi)絕對(duì)不許有人。在維修自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)時(shí)，維修者不得不進(jìn)入庫(kù)內(nèi)時(shí)，這時(shí)必須切斷電源，并有數(shù)人嚴(yán)格監(jiān)視。8.控制和管理系統(tǒng)控制和管理系統(tǒng)是立體化倉(cāng)庫(kù)的中央調(diào)控系統(tǒng),它是信息化與物流相結(jié)合的產(chǎn)物,其實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)代物流的智能化和動(dòng)態(tài)化?？刂婆c管理系統(tǒng)對(duì)于立體倉(cāng)庫(kù)而言的作用類似于中樞神經(jīng)對(duì)于人體而言的作用,它結(jié)合了全套的攝像監(jiān)控裝置和計(jì)算機(jī)電子設(shè)備,對(duì)立體倉(cāng)庫(kù)的具體情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和記錄,同時(shí)還能夠根據(jù)具體訂單要求來(lái)對(duì)出、入庫(kù)任務(wù)進(jìn)行一致協(xié)調(diào)。其依靠著計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)立體倉(cāng)庫(kù)中的各種物品和設(shè)備的統(tǒng)一管理和調(diào)度40。常見(jiàn)的堆垛機(jī)控制方式按照采用電氣化的程度分為：手動(dòng)控制方式、半自動(dòng)控制方式、單機(jī)控制方式和計(jì)算機(jī)控制方式。手動(dòng)控制方式是依靠手工方式對(duì)堆垛機(jī)動(dòng)作進(jìn)行單獨(dú)操作，動(dòng)作包括走行部的行走、立柱的升降、貨叉的伸縮。半自動(dòng)控制方式是在控制柜中進(jìn)行人工操作，堆垛機(jī)在巷道內(nèi)的動(dòng)作由機(jī)器電動(dòng)完成，能自動(dòng)到達(dá)指定位置。單機(jī)控制方式是對(duì)單一堆垛機(jī)進(jìn)行自動(dòng)控制，堆垛機(jī)的動(dòng)作和作業(yè)均是由計(jì)算機(jī)完成的，只需發(fā)送指令就能選擇作業(yè)模式。計(jì)算機(jī)控制方式是通過(guò)上位機(jī)軟件控制，對(duì)大型立體倉(cāng)庫(kù)的多堆垛機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行協(xié)調(diào)控制12。（1）半自動(dòng)工作模式能夠順利實(shí)現(xiàn)堆垛機(jī)的自動(dòng)存取貨功能，即在控制柜操作下自動(dòng)完成堆垛機(jī)的水平行走、垂直提升和貨叉伸縮功能。并且能夠高效準(zhǔn)確的定位，即采取上述的任一認(rèn)址方式來(lái)達(dá)到尋址定位的能力，具體定位包括水平方向的行走定位、豎直方向的升降定位和縱向的貨叉伸縮定位。（2）全自動(dòng)工作模式具有人機(jī)界面和通訊功能，在計(jì)算機(jī)上能顯示對(duì)話界面，提供操作者堆垛機(jī)當(dāng)前狀態(tài)信息和操作指令，具體的操作包括進(jìn)取貨動(dòng)作、庫(kù)內(nèi)搬移、揀選出庫(kù)、添加入庫(kù)等。全自動(dòng)模式下，無(wú)需控制柜人工操作，通過(guò)以太網(wǎng)通訊方式，將計(jì)算機(jī)指令輸送給堆垛機(jī)平臺(tái)進(jìn)行作業(yè)?？偨Y(jié)：伴隨著科技的進(jìn)步和市場(chǎng)需求的擴(kuò)張，自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)也在不斷融合新興技術(shù)，加大倉(cāng)儲(chǔ)運(yùn)輸能力的提升。為了更好地滿足物流需求，現(xiàn)代化立體倉(cāng)庫(kù)在不斷融合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，在自動(dòng)化的基礎(chǔ)上強(qiáng)調(diào)智能化，從而在更短的操作周期內(nèi)提供更高的運(yùn)輸能力，同時(shí)對(duì)倉(cāng)儲(chǔ)物流工作可以實(shí)現(xiàn)一定程度的預(yù)測(cè)、智能管理功能。隨著現(xiàn)代信息科技的發(fā)展，現(xiàn)代物流對(duì)倉(cāng)庫(kù)的要求越來(lái)越高。對(duì)倉(cāng)庫(kù)的空間布局利用也產(chǎn)生的質(zhì)的變化，這些都得益于堆垛機(jī)的發(fā)展。本課題就針對(duì)堆垛機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。參考文獻(xiàn)：1 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