自動化立體倉庫系統(tǒng)設(shè)計——堆垛機以及貨架系統(tǒng)等設(shè)計含6張CAD圖

自動化立體倉庫系統(tǒng)設(shè)計堆垛機以及貨架系統(tǒng)等設(shè)計含6張CAD圖,自動化,立體倉庫,系統(tǒng),設(shè)計,堆垛,以及,貨架,CAD 自動化立體倉庫系統(tǒng)設(shè)計堆垛機，以及貨架系統(tǒng)等設(shè)計 Design of Automated Warehouse SystemStacker and racking system design摘 要隨著物流運輸行業(yè)的迅速發(fā)展，自動化立體倉庫得到了十分廣泛的使用。自動化立體倉庫是利用自動化的貨物搬運裝置堆垛機來對貨物進行入庫工作和出庫工作，它可以大大節(jié)省人力成本，實現(xiàn)自動控制。自動化立體倉庫的最大特點是使用了智能控制技術(shù)，它主要是由巷道式堆垛機、貨架系統(tǒng)、自動控制系統(tǒng)、運輸設(shè)備等組成。在整個倉庫中，貨物的周轉(zhuǎn)率大大的提升，因此，對自動化立體倉庫的研究，對我國的物流運輸行業(yè)的發(fā)展有著巨大的意義，更對我國的理論技術(shù)研究有著長遠的作用。本文主要從自動化立體倉庫中的固定貨架系統(tǒng)設(shè)計和堆垛機的整車結(jié)構(gòu)設(shè)計出發(fā)，研究的主要內(nèi)容為下面幾個部分：1）介紹了國內(nèi)外堆垛機的發(fā)展情況，分類和組成。2）收集資料，利用三維建模軟件，畫出堆垛機三維模型，對堆垛機進行了整體結(jié)構(gòu)方案設(shè)計。包含了堆垛機動力機構(gòu)、垂直升降機構(gòu)、載貨臺及其貨叉機構(gòu)、堆垛機橫向位移機構(gòu)和堆垛機的橫梁及立柱。3）對自動化立體倉庫貨架系統(tǒng)進行了設(shè)計，主要包括了確定立體倉庫貨架系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式，在確定了其結(jié)構(gòu)形式之后，并對貨架系統(tǒng)進行了強度、剛度和穩(wěn)定性校核。4）對固定貨架的貨架托盤進行了設(shè)計，使得貨物可以安全裝載在托盤上。5）對自動化立體倉庫內(nèi)部整體結(jié)構(gòu)進行了設(shè)計，確定了倉庫的尺寸，要求滿足所需要的貨位。同時，各部分裝置也應(yīng)該布置合理，能夠以高效率對貨物進行存取。6）對堆垛機的各部分零件機構(gòu)進行選型設(shè)計，保證各部分的結(jié)構(gòu)強度滿足工作要求，使得各部分在工作過程中可以合理的運行。7）對堆垛機的控制功能進行了分析， 并對其作用功能、實現(xiàn)路徑和要求做出了詳細的說明。關(guān)鍵詞：自動化立體倉庫；堆垛機；立體貨架；AbstractWith the rapid development of the logistics and the transportation industry, automated warehouses have been widely used. Automated three-dimensional warehouse uses automated cargo handling device stacker to carry out cargo in and out of the warehouse, which can greatly save labor costs and realize automatic control. The biggest feature of the automated three-dimensional warehouse is the use of intelligent control technology, which is mainly composed of lane stackers, racking systems, automatic control systems, and transportation equipment. In the entire warehouse, the turnover rate of goods has been greatly improved. Therefore, the research on automated warehouses is of great significance to the development of my countrys logistics and transportation industry, and has a long-term effect on my countrys theoretical and technical research.This article mainly starts from the design of the fixed rack system in the automated warehouse and the structure design of the stacker. The main content of the research is the following parts:1) The development, classification and composition of stackers at home and abroad are introduced.2) Collect data, use 3D modeling software to draw a 3D model of the stacker, and design the overall structure of the stacker. It includes the power mechanism of the stacker, the vertical lifting mechanism, the loading platform and its fork mechanism, the lateral displacement mechanism of the stacker, and the beams and columns of the stacker.3) The automated three-dimensional warehouse racking system is designed, which mainly includes determining the structure of the three-dimensional warehouse racking system. After determining its structure, the racking system is checked for strength, rigidity and stability.4) The shelf pallet of the fixed shelf is designed so that the goods can be safely loaded on the pallet.5) The overall internal structure of the automated three-dimensional warehouse was designed, the size of the warehouse was determined, and the required cargo space was required. At the same time, each part of the device should also be reasonably arranged to be able to access the goods with high efficiency.6) The selection and design of each part mechanism of the stacker ensures that the structural strength of each part meets the working requirements, so that each part can operate reasonably during the working process.7) The control function of the stacker is analyzed, and its function, realization path and requirements are explained in detail.Keywords: automated warehouse; stacker; three-dimensional rack目 錄第一章 緒論11.1課題研究背景及意義11.2自動化立體倉庫堆垛機的分類及國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀21.3課題主要內(nèi)容4第二章 自動化立體倉庫系統(tǒng)設(shè)計之堆垛機總體方案設(shè)計62.1自動化立體倉庫堆垛機的總體結(jié)構(gòu)方案設(shè)計62.1.1自動化立體倉庫系統(tǒng)設(shè)計之堆垛機工作原理62.1.2自動化立體倉庫系統(tǒng)設(shè)計之堆垛機總體設(shè)計62.1.3自動化立體倉庫系統(tǒng)設(shè)計之堆垛機動力機構(gòu)設(shè)計72.1.4自動化立體倉庫系統(tǒng)設(shè)計之堆垛機垂直升降機構(gòu)設(shè)計72.1.5自動化立體倉庫系統(tǒng)設(shè)計之堆垛機水平上料機構(gòu)設(shè)計82.1.6自動化立體倉庫系統(tǒng)設(shè)計之堆垛機橫向位移機構(gòu)設(shè)計92.1.7自動化立體倉庫系統(tǒng)設(shè)計之堆垛機機架設(shè)計102.1.8整體方案模型102.2貨架系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計122.3貨架托盤的設(shè)計132.4自動化立體倉庫內(nèi)部整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計142.5本章小結(jié)16第三章 自動化立體倉庫系統(tǒng)設(shè)計之堆垛機機構(gòu)設(shè)計173.1自動化立體倉庫系統(tǒng)設(shè)計之堆垛機技術(shù)參數(shù)173.2垂直升降機構(gòu)173.2.1電機選型計算173.2.2鏈設(shè)計計算183.2.3軸的計算193.2.4軸承分類和壽命計算203.3水平上料機構(gòu)233.3.1電機選型計算233.3.2同步輪的計算243.4貨架立柱的力學(xué)性能分析263.5自動化立體倉庫堆垛機的控制系統(tǒng)要求273.5.1堆垛機控制功能應(yīng)該滿足的條件273.5.2堆垛機位置認址方式273.6本章小結(jié)29第四章 結(jié)論與展望30參考文獻32致 謝38V 第一章 緒論1.1 課題研究背景及意義隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，我國的國民經(jīng)濟水平提高，國民日常的消費水平提升，使得現(xiàn)代商品流通速度加快，商品流通的加快使得我國物流行業(yè)的發(fā)展步步向前。物流和倉庫已經(jīng)成為現(xiàn)階段商業(yè)發(fā)展的重要組成部分，但是由于倉庫較大，物件太多，僅僅靠人工勞動根本無法滿足需求，為了提高在物流運輸過程中貨物運輸?shù)男屎唾|(zhì)量，使得企業(yè)在新時代制造業(yè)更具有競爭力，因此需要設(shè)計一款合理可靠的自動化立體倉庫系統(tǒng)，這個系統(tǒng)包含貨架、堆垛機等。設(shè)計這個系統(tǒng)目的是要能夠?qū)崿F(xiàn)高質(zhì)量批量生產(chǎn)目的。本文設(shè)計一款自動化立體倉庫系統(tǒng)，能夠改變傳統(tǒng)人工操作低效率甚至不合理的自動化立體倉庫堆垛機裝置，該裝置大大提升生產(chǎn)效率的同時還能夠提高在貨物運輸過程中的成本，隨著批量生產(chǎn)和堆垛機裝置的廣泛應(yīng)用，因此在貨物搬運環(huán)節(jié)的成本也隨之降低。本文設(shè)計自動化立體倉庫系統(tǒng)中的堆垛機裝置，其主要功能就是通過將鏈條與滑筒相固定，電機驅(qū)動鏈條在鏈輪的張緊作用下移動實現(xiàn)堆垛機載貨臺的垂直升降；通過帶輪皮帶將電機動力傳遞至傳動齒輪，傳動齒輪與齒條嚙合驅(qū)動載貨板在水平方向移動；通過電機驅(qū)動滾輪運轉(zhuǎn)使堆垛機在側(cè)輪的支承下在軌道上橫向移動。410 假設(shè)在導(dǎo)軌方向上：設(shè)坐標軸為X，在垂直方向上：設(shè)坐標軸為Z，在載貨板的運動方向上：設(shè)坐標軸為Y，本文設(shè)計的堆垛機裝置在自動化立體倉庫中可以在這三個方向上進行位移，在堆垛機搬運貨物的過程中，堆垛機可以在地軌上進行橫向的位移，堆垛機上的載貨臺可以在垂直方向上進行垂直升降運動，同時，載貨臺上的載貨板可以進行伸縮運動，以實現(xiàn)將貨架托盤上的貨物送入貨架對應(yīng)的貨格當(dāng)中。1堆垛機可以通過在三個坐標軸方向上運動將貨物送往指定貨格，也實現(xiàn)了全自動功能，進而大大提升了搬運過程中的效率，降低勞動強度，提升高端制造業(yè)的競爭力，而且能夠滿足不同場合對自動化立體倉庫堆垛機裝置的需求。傳統(tǒng)的能夠?qū)崿F(xiàn)自動分揀、抓取并能夠垂直運行將貨物送到不同高度的貨架中的貨格功能模式是人工操作，隨著時代進步，逐步引進自動控制技術(shù)手段，通過計算機系統(tǒng)控制堆垛機的運動，以實現(xiàn)在自動化立體倉庫中堆垛機自動存取搬運貨物，大大解放勞動力。但是物流系統(tǒng)建設(shè)初期，自動控制技術(shù)并不成熟，只能實現(xiàn)半自動化生產(chǎn)，這種模式雖然提高生產(chǎn)效率和質(zhì)量，但是依然不能滿足人們需求，因此需要設(shè)計一款能夠提高效率和質(zhì)量垂直式物流分揀裝置，采取先進的控制功能手段，進而提升高端運輸業(yè)的競爭力，持續(xù)創(chuàng)造社會效益。1.2 自動化立體倉庫堆垛機的分類及國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀在自動化立體倉庫當(dāng)中，最主要的部分就是堆垛機，堆垛機在自動化立體倉庫中負責(zé)將貨物放置在貨架托盤上，利用貨叉或載貨板將托盤放置在對應(yīng)貨架具體的貨格當(dāng)中，以實現(xiàn)完整的貨物搬運過程。同時，堆垛機性能的好壞可以用如下幾個因素來衡量：水平運行速度、垂直運行速度、貨叉或載貨板的伸縮速度、堆垛機在工作過程中的運行穩(wěn)定性、堆垛機的控制系統(tǒng)的控制精度與穩(wěn)定性等，這些因素的好壞都直接影響著在工作過程中堆垛機的工作效率。近年來，我國物流運輸業(yè)蓬勃發(fā)展，國內(nèi)建立了不少的自動化立體倉庫。其中，堆垛機也有許多種形式，當(dāng)堆垛機按照其主要構(gòu)件形成分類，可以分為單立柱堆垛機和雙立柱堆垛機，其中單立柱堆垛機的通常用于提升高度小于或等于21m的自動化立體倉庫當(dāng)中，雙立柱堆垛機的強度、剛度和穩(wěn)定性要比單立柱堆垛機的好一點，故雙立柱堆垛機通常用于提升高度大于21m的自動化立體倉庫當(dāng)中。當(dāng)堆垛機按照導(dǎo)軌配置分類時，可以將堆垛機分為直線導(dǎo)軌式和曲線導(dǎo)軌式，其中直線導(dǎo)軌式堆垛機一般是在直線導(dǎo)軌上做往復(fù)運動，曲線導(dǎo)軌式堆垛機一般是在曲線導(dǎo)軌或者直線導(dǎo)軌上做往復(fù)運動。19當(dāng)按照堆垛機的規(guī)模大小進行分類時，可以分為低層型、中層型、高層型。低層型的高度往往在10m以下，中層型的高度一般在10m到20m之間， 20m之上的為高層型。到目前為止，自動化立體倉庫技術(shù)在全世界范圍內(nèi)已經(jīng)非常普及，不少物流、醫(yī)藥、食品、煙草等行業(yè)已經(jīng)廣泛的實用了自動化立體倉庫技術(shù)來搬運儲存貨物。美國在上個世紀的60年代首先推出了第一代自動化立體倉庫，同時，人類首次采用計算機進行控制自動化立體倉庫在上個世紀70年代的初期，隨后，經(jīng)歷了不斷地發(fā)展，自動化立體倉庫逐漸的發(fā)展到了亞洲大陸與歐洲大陸，在世界開始廣泛的傳播起來。同時，在我國國內(nèi)，自動化立體倉庫技術(shù)從國外傳播過來到我國自主研發(fā)經(jīng)歷了多個階段。在上個世紀的70年代初期，我國的鄭州紡織廠首先建立起了第一代自動化立體倉庫，這個立體倉儲系統(tǒng)許多功能還不是特別的先進，工作過程中采用人工駕駛的方式來操作作業(yè)，同時，貨物存儲也必須依靠人來手工的方式進行記憶，倉庫采用的控制系統(tǒng)時繼電器控制系統(tǒng)。在工作的過程中，由于技術(shù)不完善，這種自動化立體倉庫的工作效率低，產(chǎn)生的噪音也非常的大。在上個世紀的90年代初期，我國建立了第二代自動化立體倉庫，這種倉庫使用了可編程控制器，即PLC技術(shù)來控制自動化立體倉庫中的堆垛機，同時在工作的過程中，用計算機作為輔助裝置，用來進行監(jiān)控。但是當(dāng)時的技術(shù)水平也有不少的缺陷，系統(tǒng)的控制精度低，抗干擾能力弱，在堆垛機的運行過程中有時會發(fā)生一定的故障，甚至是癱瘓的狀況。在上個世紀末，第三代自動化立體倉庫開始新興起來，巷道式雙立柱堆垛機發(fā)展起來，采用了先進的認址方式，倉庫現(xiàn)場使用了總線的方法，但是20世紀末計算機技術(shù)并不是很先進，以至于整個系統(tǒng)的響應(yīng)時間特別長，這樣一來，自動化立體倉庫的工作效率變會大大的降低。在21世紀之初，第四代自動化立體倉庫開始新興起來，這種自動化立體倉庫的技術(shù)已經(jīng)相對成熟，無論是堆垛機的結(jié)構(gòu)或者系統(tǒng)的控制穩(wěn)定性和控制精度，都有了很大的提升。高效率、高速度、高精度、高穩(wěn)定性成為其顯著的特點。如今，自動化立體倉庫還會不斷地發(fā)展，目前自動化立體倉庫的發(fā)展方向是倉庫的自動化程度不斷地在提升，少量的人力就可以滿足對整個倉庫的控制，傳感與檢驗技術(shù)、伺服驅(qū)動技術(shù)、精密機械技術(shù)在倉庫中都廣泛使用，這些先進的技術(shù)，為自動化立體倉庫的高效穩(wěn)定工作提供了強有力的保障。1.3 課題主要內(nèi)容本課題通過給定的立體倉庫中的幾種參數(shù)，以貨物最大外形尺寸（寬mm高mm長mm）：500500400，存儲貨物每件質(zhì)量最大為300kg，并且自動化立體倉庫有5000個貨位進行設(shè)計研究。根據(jù)手冊對自動化立體倉庫進行整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計，在設(shè)計完成之后，還要設(shè)計出合理的貨架系統(tǒng)，并且選用合理規(guī)格的貨架托盤，最后設(shè)計出滿足工作條件的堆垛機。選擇和研究設(shè)計方案能夠降低生產(chǎn)成本和提高工作效率。設(shè)計自動化立體倉庫中堆垛機裝置能夠滿足實際生產(chǎn)需要進而提升國民幸福指數(shù)。通過關(guān)鍵零部件選型和重要結(jié)構(gòu)設(shè)計計算，設(shè)計一款成熟可靠的自動化立體倉庫中堆垛機裝置，其主要功能為了實現(xiàn)能夠?qū)崿F(xiàn)自動分揀、抓取并能夠垂直運行將貨物送到不同高度的貨架功能。為此要設(shè)計一個結(jié)構(gòu)緊湊，生產(chǎn)效率和質(zhì)量符合要求的堆垛機裝置。設(shè)計一款貨架托盤，以最大貨物外形尺寸為邊界，同時以貨物最大質(zhì)量為極限，通過選取合適的托盤材料和外形結(jié)構(gòu)設(shè)計出一個合理的貨架托盤，要求其能夠在工作過程中正常的承載貨物。同時設(shè)計出一個具有5000個貨位的自動化立體倉庫貨架系統(tǒng)，要求其滿足足夠貨位的同時，還要滿足一定的強度、剛度和穩(wěn)定性。最后對堆垛機的控制功能進行分析，要求其能夠正常存放貨物。設(shè)計出來這些裝置之后，利用三維建模軟件對各部分進行三維建模。本設(shè)計的研究思路：1.查閱相關(guān)文獻資料，了解自動化立體倉庫堆垛機裝置國內(nèi)外發(fā)展情況，充分認識該裝置對實際生產(chǎn)的重要意義，結(jié)合所學(xué)機械設(shè)計和機械原理知識，初步制定研究思路，確保設(shè)計堆垛機裝置能夠滿足實際需要。2.根據(jù)所學(xué)機械原理相關(guān)知識，設(shè)計和選取合理的傳動原理，并制定整個裝置的設(shè)計方案，使得堆垛機裝置能夠滿足預(yù)期的目標功能和實際工況。3.為了保證堆垛機裝置結(jié)構(gòu)緊湊，運行穩(wěn)定可靠，對關(guān)鍵零部件、重要結(jié)構(gòu)進行設(shè)計計算，盡量使用更為經(jīng)濟合理的設(shè)計方案。4.通過上述設(shè)計可得出更優(yōu)設(shè)計方案、傳動原理以及關(guān)鍵零部件和重要結(jié)構(gòu)，通過三維軟件對自動化立體倉庫堆垛機裝置進行建模不斷優(yōu)化設(shè)計方案，確保所設(shè)計的機構(gòu)能夠符合工況和實際需求。 5.根據(jù)自動化立體倉庫手冊設(shè)計出合理的貨架托盤，要求其的尺寸大小比貨物的最大外形尺寸大，同時滿足強度要求。6.根據(jù)所學(xué)材料力學(xué)相關(guān)知識，設(shè)計出合理的自動化立體倉庫貨架系統(tǒng)，要求貨架滿足一定的貨位，并且在確定好貨架系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式后，對貨架進行強度校核、剛度校核和穩(wěn)定性校核。確保貨架可以正常承載貨物。第二章 自動化立體倉庫系統(tǒng)設(shè)計之堆垛機總體方案設(shè)計2.1自動化立體倉庫堆垛機的總體結(jié)構(gòu)方案設(shè)計2.1.1 自動化立體倉庫系統(tǒng)設(shè)計之堆垛機工作原理通過分析了自動化立體倉庫中堆垛機的機械原理及其工作原理，設(shè)計了自動化立體倉庫系統(tǒng)中的堆垛機，其由電機、鏈和鏈輪、導(dǎo)輪、軸和軸承、帶輪皮帶、齒輪齒條、滾輪、減速器、驅(qū)動滾輪、側(cè)輪和軌道等零部件組成，通過一部機器就能完成對物料的水平運輸、垂直升降和上料下料功能，滿足了在空間中堆垛機的三個直線運動方向的自由度。本文選擇電動機作為動力裝置，通過將鏈條與滑筒相固定，電機驅(qū)動鏈條在鏈輪的張緊作用下移動實現(xiàn)堆垛機載貨臺的垂直升降；通過帶輪皮帶將電機動力傳遞至傳動齒輪，傳動齒輪與齒條嚙合驅(qū)動載貨板在水平方向移動；通過電機驅(qū)動滾輪運轉(zhuǎn)使堆垛機在側(cè)輪的支承下在軌道上橫向移動。假設(shè)在導(dǎo)軌方向上：設(shè)坐標軸為X，在垂直方向上：設(shè)坐標軸為Z，在載貨板的運動方向上：設(shè)坐標軸為Y，通過分析所設(shè)計出的堆垛機，此堆垛機在三個坐標軸方向上都可以進行位移運動，即滿足了設(shè)計目的。在立體倉庫中堆垛機通過貨架托盤可以將貨物送往貨架指定的貨格當(dāng)中，在上述機構(gòu)的相互配合下實現(xiàn)自動化立體倉庫中堆垛機的各項功能。2.1.2 自動化立體倉庫系統(tǒng)設(shè)計之堆垛機總體設(shè)計為了能夠?qū)崿F(xiàn)自動化立體倉庫中堆垛機的各項功能，將其組成機構(gòu)主要分為三個部分，動力產(chǎn)生部分、動力傳遞及執(zhí)行部分和支撐結(jié)構(gòu)部分，各部分相互配合以實現(xiàn)裝置的各項功能。上述結(jié)構(gòu)方案包括四部分，第一部分為堆垛機動力機構(gòu)、第二部分為堆垛機垂直升降機構(gòu)，即堆垛機載貨臺部分，此部分包含了載貨板，貨架托盤放置在載貨板上，堆垛機通過載貨板來裝卸貨物，實現(xiàn)自動存取功能。第三部分為堆垛機橫向位移機構(gòu)，最后一部分為堆垛機的機架。同時，在堆垛機的動力裝置選擇上，選用電機作為動力裝置。堆垛機的垂直升降機構(gòu)，通過將鏈條與滑筒相固定，電機驅(qū)動鏈條在鏈輪的張緊作用下移動實現(xiàn)載貨臺機構(gòu)的垂直升降。堆垛機載貨臺上載貨板機構(gòu)，通過帶輪皮帶將電機動力傳遞至傳動齒輪，傳動齒輪與齒條嚙合驅(qū)動載貨板在水平方向移動。堆垛機的橫向位移機構(gòu)，通過電機驅(qū)動滾輪運轉(zhuǎn)使堆垛機在側(cè)輪的支承下在軌道上橫向移動。堆垛機的機架，通過型鋼和鋼板焊接在一起提供了一個穩(wěn)定的運行平臺，兼顧了操作方便，設(shè)計機架裝置，保證整體設(shè)計平穩(wěn)高效。在工作運行過程中，通過立柱與橫梁的支撐，堆垛機可以平穩(wěn)高效的運行。2.1.3 自動化立體倉庫系統(tǒng)設(shè)計之堆垛機動力機構(gòu)設(shè)計動力機構(gòu)的作用是為整套機械裝置提供生產(chǎn)運行的動力，因此動力機構(gòu)設(shè)計選型是否合理決定著機械裝置能否按計劃完成設(shè)計目標。目前在機械系統(tǒng)中常用的動力主要有柴油機、汽油機、電動機、液壓馬達和一些新能源動力機等。根據(jù)自動化立體倉庫堆垛機的設(shè)計方案和結(jié)構(gòu)特性，綜合考慮設(shè)備的后期維護和使用成本等因素，堆垛機的動力源采用電機較為合適。即在堆垛機的工作過程中，通過電動機來傳輸動力，使堆垛機可以在X、Y、Z三個方向上進行位移，從而將貨架托盤上的貨物送到預(yù)定的貨位當(dāng)中，完成貨物運輸?shù)娜蝿?wù)。2.1.4 自動化立體倉庫系統(tǒng)設(shè)計之堆垛機垂直升降機構(gòu)設(shè)計本次設(shè)計的堆垛機垂直升降機構(gòu)主要由電機、鏈和鏈輪、導(dǎo)輪、軸和軸承等組成，其作用是通過將鏈條與滑筒相固定，電機驅(qū)動鏈條在鏈輪的張緊作用下移動實現(xiàn)堆垛機載貨臺的垂直升降。以實現(xiàn)堆垛機在垂直方向上的位移運動，設(shè)計的自動化立體倉庫堆垛機垂直升降機構(gòu)如圖2.1所示。圖2.1 自動化立體倉庫堆垛機垂直升降機構(gòu)2.1.5 自動化立體倉庫系統(tǒng)設(shè)計之堆垛機水平上料機構(gòu)設(shè)計堆垛機水平上料機構(gòu)又稱為堆垛機的載貨臺，載貨臺上又包含了載貨板，其作用是通過電機驅(qū)動堆垛機的垂直升降機構(gòu)，使載貨臺運動到確定的位置，利用載貨板將托盤上的貨物送到貨架中對應(yīng)的貨位當(dāng)中。自動化立體倉庫堆垛機水平上料機構(gòu)主要由電機、帶輪皮帶、齒輪齒條、滾輪和導(dǎo)軌等組成，其作用是通過帶輪皮帶將電機動力傳遞至傳動齒輪，傳動齒輪與齒條嚙合驅(qū)動載貨板在水平方向移動。設(shè)計的自動化立體倉庫系統(tǒng)設(shè)計之堆垛機水平上料機構(gòu)如圖2.2所示。圖2.2 自動化立體倉庫堆垛機水平上料機構(gòu)2.1.6 自動化立體倉庫系統(tǒng)設(shè)計之堆垛機橫向位移機構(gòu)設(shè)計自動化立體倉庫堆垛機橫向位移機構(gòu)主要由電機、減速器、驅(qū)動滾輪、側(cè)輪和軌道等組成，其作用是通過電機驅(qū)動滾輪運轉(zhuǎn)使堆垛機在側(cè)輪的支承下在軌道上橫向移動。以實現(xiàn)堆垛機的向前向后運動。在運行的過程中，可以通過減速器將電機的輸出轉(zhuǎn)矩減小，以實現(xiàn)堆垛機在行進過程中的平穩(wěn)，保證堆垛機工作安全，可靠性強。設(shè)計的自動化立體倉庫堆垛機橫向位移機構(gòu)如圖2.3所示。圖2.3 自動化立體倉庫堆垛機橫向位移機構(gòu)2.1.7 自動化立體倉庫系統(tǒng)設(shè)計之堆垛機機架設(shè)計堆垛機的機架部分包含了橫梁和堆垛機的立柱。它形成了堆垛機的整體結(jié)構(gòu)，使堆垛機上的各部分裝置連接在一塊，成為一個整體部分，在運輸貨物的過程中，承載大部分的外力，因此，堆垛機的橫梁和立柱確保了運輸過程中的平穩(wěn)性和安全性，它是本設(shè)計的一個重要板塊。機架作為本裝置重要的組成部分，其主要作用是為了承載本裝置的各零部件以及提供合理的安裝接口。因此在設(shè)計機架的時候要考慮自動化立體倉庫堆垛機在完成貨物的水平和垂直運輸過程中需要關(guān)注的重點和難點問題，保證裝置平穩(wěn)運行，因此機架對于本裝置而言也較為重要。機架材質(zhì)考慮到自動化立體倉庫堆垛機的使用場景，通常采用型鋼和鋼板鋼焊接成骨架，該材質(zhì)符合經(jīng)濟成本要求，而且其強度和剛度都能夠滿足設(shè)計要求，最重要是便于安裝、固定和后期維護。各機構(gòu)通過螺栓安裝在機架上，這樣設(shè)計方案可以有助于調(diào)整各機構(gòu)的間距，只需要通過調(diào)整螺栓位置就可以保證各機構(gòu)連接的質(zhì)量，這樣既安全可靠，又經(jīng)濟實惠，還符合設(shè)計要求。2.1.8 整體方案模型完成各機構(gòu)的設(shè)計后，并結(jié)合整體裝置的設(shè)計方案，利用三維軟件將各機構(gòu)進行裝配，最終完成自動化立體倉庫堆垛機的三維模型建立。在整體裝配建模過程中，必然會出現(xiàn)局部設(shè)計不合理造成無法裝配的情況，要及時對不合理部分進行修改，優(yōu)化整體設(shè)計方案，更好的完成裝置三維模型的裝配，如圖2.4所示。此圖為堆垛機設(shè)計完成之后的總裝圖。圖2.4 整機三維模型2.2貨架系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計在自動化立體倉庫中，除了堆垛機以外，立體倉庫中貨架是其重要的組成部分。立體貨架系統(tǒng)在倉庫中承擔(dān)著重要的作用，它被用來存儲貨物，當(dāng)堆垛機用貨架托盤裝載完成貨物之后，通過運輸將貨架托盤及貨物運送到貨架中的貨格當(dāng)中。貨架系統(tǒng)的設(shè)計是否合理直接影響到整個立體倉庫的工作效率，在確定貨架系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式之后，還要對貨架系統(tǒng)的強度、剛度、和穩(wěn)定性進行校核，以確保固定貨架在滿載的狀態(tài)下可以正常的工作。因此，設(shè)計出的貨架系統(tǒng)應(yīng)該能保證自動化立體倉庫的工作效率與貨架系統(tǒng)本身的安全性。自動化立體倉庫中貨架系統(tǒng)主要由如下幾部分組成：立柱、橫架、縱架、地腳組成，如下圖所示為立體貨架中其中一個貨格的示意圖：1-貨架立柱 2-橫架 3-貨箱 4-貨架托盤 5-地腳圖2.5 貨架示意圖在上圖所示的貨架示意圖中，貨架立柱承擔(dān)了主要的重量，由于立體倉庫可能出現(xiàn)地面不平整的情況，因此，將貨架立柱底部裝上了地腳，以獲得平穩(wěn)。其中，一個貨格由4根貨架立柱組成，貨格中的橫架和縱架又將貨架立柱連接起來，縱架在貨架系統(tǒng)中不僅僅起到了提升貨架整體的強度與穩(wěn)定性，也作為貨架托盤的載體，具有重要的作用。同時，本設(shè)計要求具有5000個貨位，在此貨架系統(tǒng)中，每一組貨架有500個貨位，自動化立體倉庫將布置10組貨架，每組貨架一豎列有5個貨格，一組貨架將有100豎列，故倉庫貨架系統(tǒng)的容量設(shè)計符合了設(shè)計要求（510010）。貨架系統(tǒng)中立柱部分的材料選用Q235冷彎方形空心型鋼材，其規(guī)格為1006。每個貨格的尺寸為750750825（長mm寬mm高mm）,縱架的形狀為長方體形狀，它的尺寸為5060750（長mm寬mm高mm），在設(shè)計時，根據(jù)自動化立體倉庫設(shè)計規(guī)范JBT 9018-2011，將貨架托盤與貨架立柱之間留有一定的間隙，以便于在工作過程中方便裝卸貨物。貨架的整體高度為3.5m，每一組貨架的長度為62m。2.3貨架托盤的設(shè)計在自動化立體倉庫中，入庫的貨物外形尺寸可能會各不相同，若分別用不同的貨架托盤來裝載貨物會造成成本的大量浪費，而且極其不合理。因此，為了保證運輸成本，本自動化立體倉庫采用的貨架托盤采用統(tǒng)一的型號。由于托盤的材料各式各樣，在本設(shè)計中，統(tǒng)一選擇鋁合金來作為本倉庫中貨架托盤的材料，以便于保證其在工作過程中安全可靠。設(shè)計貨架托盤主要由面板、底部支撐、通孔組成，如下圖所示為本設(shè)計中貨架托盤的示意圖：1-面板 2-底部支撐 3-通孔圖2.6 貨架托盤上圖所示為本自動化立體倉庫中使用的貨架托盤。本貨架托盤采用單面型，即只有一個面用來承重，就是貨架托盤的面板。面板上用來裝載貨物，面板具有一定的厚度，它的厚度為10mm。在面板上挖了8個通孔，通孔主要是用來減輕面板的質(zhì)量，以便減輕貨架系統(tǒng)的壓力，同時，通孔也減少了貨架托盤的材料，節(jié)約了材料成本。在面板的底部是貨架托盤的底部支撐，底部支撐用來支撐托盤上的貨物。此貨架托盤面板為一個正方形，它的尺寸為700700（長mm寬mm）。貨架托盤質(zhì)量為60kg。貨架托盤的底部支撐為長方體形狀，它的尺寸為7004080（長mm寬mm高mm），故在貨架托盤裝上固定貨架中的貨格中時，在貨架托盤的左右兩側(cè)分別與貨架立柱之間會留有25mm的間隙，當(dāng)貨架托盤裝上了最大外形尺寸的貨物時，貨架托盤與貨物在固定貨架中的貨格中總共會占據(jù)580mm的高度，與貨格頂部會空出來245mm的高度。在自動化立體倉庫中，堆垛機從初始位置開始，將貨物裝載在貨架托盤上然后堆垛機利用其上的貨叉載貨板機構(gòu)將貨架托盤提升起來，在貨架之外貨叉進行伸縮，當(dāng)堆垛機運行到了目標貨位時，貨叉載貨板開始伸向固定貨架對應(yīng)的貨格當(dāng)中，將貨架托盤放置在貨格當(dāng)中，最終貨物和貨架托盤一同被堆垛機上的貨叉載貨板機構(gòu)送上目標貨位，載貨板又伸縮回堆垛機原本的位置，回到了最初的起點位置，這樣下來，堆垛機的一個工作循環(huán)完成，以此往復(fù)，通過堆垛機的運行，貨物隨著貨架托盤不斷地被運往固定貨架中的貨格當(dāng)中，重復(fù)工作，大大的節(jié)省了人力與物力。2.4自動化立體倉庫內(nèi)部整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計在上述過程中，設(shè)計出了完整的堆垛機整車結(jié)構(gòu)，因為雙立柱堆垛機在結(jié)構(gòu)強度和穩(wěn)定性方面性能比單立柱堆垛機要更好，因此，在本立體倉庫中采用了雙立柱巷道式堆垛機，因為在本設(shè)計中固定貨架的高度不高，為5.25m，堆垛機的高度與固定貨架的高度相接近。因此，在本設(shè)計中，不用安裝天軌裝置以增加堆垛機的穩(wěn)定性，只采用地軌即可滿足貨物運輸?shù)囊螅讯鈾C的兩根立柱用45號鋼材橫梁連接起來即可。同時，在自動化立體倉庫中安裝了滾筒輸送線，其目的是在貨物裝上堆垛機之前，貨物裝在了貨架托盤上之后，可以利用滾筒輸送線將貨架托盤及貨物送往每條堆垛機地軌的初始位置，這樣一來可以大大減少人力物力，提高了倉庫貨物的入庫與出庫的效率。自動化立體倉庫的內(nèi)部包含了滾筒輸送線、貨架系統(tǒng)、堆垛機、地軌等，各個部分只有合理的布置，才能達到最高的工作效率。如下圖所示為本設(shè)計中的自動化立體倉庫的俯視圖：1-滾筒輸送線 2-貨物待轉(zhuǎn)區(qū) 3-堆垛機 4-固定貨架 5-地軌圖2.7自動化立體倉庫內(nèi)部整體結(jié)構(gòu)圖在如圖所示的自動化立體倉庫中，倉庫的尺寸為120309（長m寬m高m），共有10排貨架，每一排貨架的容量是500個貨位。在每一條軌道上放置了一臺堆垛機，本倉庫中共配置了5輛堆垛機，堆垛機通過其上的貨叉載貨板機構(gòu)的伸縮運動將貨物送到它左右兩邊的固定貨架當(dāng)中，將貨物送到貨格中，貨叉縮回，堆垛機又回到了滾筒輸送線進行取貨。該自動化立體倉庫的工作流程是：貨物進入到自動化立體倉庫，首先會存放在貨物待轉(zhuǎn)區(qū)，入庫時貨物會被裝在貨架托盤上，在貨物裝好之后便會放在滾筒輸送線上，由滾動輸送線運送到倉庫區(qū)域，到達倉庫區(qū)域之后，堆垛機利用貨叉載貨板將貨物隨貨架托盤取下，通過地軌送往到固定貨架中對應(yīng)的貨格當(dāng)中，這便是完整的一個入庫工作過程，在貨物出庫時，其工作方式與貨物入庫時的工作方式正好相反，這兩個工作過程是自動化立體倉庫主要進行的作業(yè)。2.5本章小結(jié)在本章中，首先對本自動化立體倉庫中的搬運裝置堆垛機進行了結(jié)構(gòu)設(shè)計，包含了堆垛機動力機構(gòu)部分設(shè)計、堆垛機載貨臺部分的設(shè)計、堆垛機水平運行機構(gòu)的設(shè)計、堆垛機垂直升降機構(gòu)的設(shè)計和堆垛機機架的設(shè)計。在設(shè)計完成了堆垛機的整車結(jié)構(gòu)之后，確定了貨架系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式，設(shè)計出的貨架滿足了預(yù)定的貨位，同時設(shè)計出了與固定貨架配套的貨架托盤，用以承載貨物。在最后，設(shè)計了本自動化立體倉庫的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，合理的布置貨架系統(tǒng)與堆垛機，使得整體可以按照預(yù)定的工作模式進行正常工作。第三章 自動化立體倉庫系統(tǒng)設(shè)計之堆垛機機構(gòu)設(shè)計3.1自動化立體倉庫系統(tǒng)設(shè)計之堆垛機技術(shù)參數(shù)立體倉庫容量：5000個貨位；存儲貨物每件質(zhì)量：不大于300kg/件；貨物最大外形尺寸（寬mm高mm長mm）：500500400；貨物外包裝材料：瓦楞紙箱、木板箱；出入庫能力：4件/ min。3.2垂直升降機構(gòu)垂直升降機構(gòu)是堆垛機傳遞動力的部分，此部分需要選用合理的原動機（如內(nèi)燃機、電動機、液壓馬達、氣壓馬達等）與傳動機構(gòu)，比較上述四種原動機的類型，電動機的構(gòu)造簡單，并且它的種類和型號廣泛，便于選型，同時電機滿足不同類型機械的工作要求，液壓馬達對環(huán)境的影響大，會產(chǎn)生漏油現(xiàn)象影響工作效率的同時還會影響機械運動精度，氣壓馬達工作的穩(wěn)定性差，在工作過程中會產(chǎn)生噪聲。內(nèi)燃機使用汽油或柴油作為燃料，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對零件的加工精度要求高，驅(qū)動效率低，因此，選用電動機作為垂直升降機構(gòu)的原動機。在傳動機構(gòu)類型的選擇上，由于鏈傳動適用于低速重載的工作環(huán)境，同時在傳動過程中，無整體打滑現(xiàn)象，并且鏈傳動無彈性滑動，因此，鏈傳動的傳動效率高，所以選用鏈傳動作為傳動機構(gòu)。3.2.1電機選型計算本文選用電機作為整個裝置動力源，因此電機性能直接決定整個裝置的運行情況。選用電機既要價格合理，降低整個裝置成本，也要能夠提高足夠的動力，保證整個裝置穩(wěn)定運行；也不能選用動力遠大于所需的電機，這樣會造成性能過剩，而且價格昂貴，不符合設(shè)計理念。因此選擇電機時，不能考慮單一指標，要考慮多種因素，也要考慮工作環(huán)境，找一個性價比最高的電機。計算電機功率：考慮本裝置的整體結(jié)構(gòu)，本裝置需要承受重量為350KG，需要載荷為3500N，其運行速度v=0.6m/s,因此該機構(gòu)的傳動效率是本裝置連接鏈傳動，鏈輪的直徑為65mm，則轉(zhuǎn)速為：根據(jù)上述計算和論述，考慮到工作環(huán)境和實際需求，考慮設(shè)計余量，本裝置選取功率為3KW電機，其轉(zhuǎn)速為2880r/min，型號為Y100L-2。3.2.2鏈設(shè)計計算鏈傳動原理和皮帶類似，通過鏈輪帶動鏈條實現(xiàn)動力傳動，因此鏈傳動也適合較大中心距工作環(huán)境，但是鏈傳動屬于撓性傳動。鏈傳動適用于環(huán)境較為惡劣的工作環(huán)境。和帶傳動相比，鏈傳動工作平穩(wěn)可靠，因為鏈沒有彈性，因此沒有打滑現(xiàn)象；鏈傳動傳動效率較高，通常為，鏈輪也不會因為張緊承載額外載荷。和齒輪相比，鏈傳動合適較大中心距的工作環(huán)境，但是缺點也較為明顯，一是鏈條容易磨損，這樣就會出現(xiàn)振動和噪聲的情況，導(dǎo)致工作時，裝置聲音過大，嚴重情況易產(chǎn)出跳齒現(xiàn)象；二是鏈傳動的傳動比不穩(wěn)定，因此鏈傳動通常計算瞬時傳動比和瞬時鏈速。而且本裝置結(jié)構(gòu)和工作環(huán)境，采用鏈傳動更為合適。1.本裝置根據(jù)設(shè)計需要和實際工況，選用滾子鏈，選擇鏈輪的材料為40Cr，其熱處理方式為淬火、回火，熱處理后的硬度為40到50HRC。13同時，在使用優(yōu)質(zhì)鏈條中，40Cr是一種重要的鏈輪。設(shè)計鏈條鏈輪減速比為1，鏈輪齒數(shù)為19（Z=Z1=Z2）,其轉(zhuǎn)速為176r/min，查相關(guān)機械知識手冊和圖表可知，選用鏈條型號05B，節(jié)距P=8mm，符合相關(guān)要求。計算鏈輪的功率，其計算公式如下：P=30.95KW=2.85KW， 計算功率 =13=3KW2.鏈節(jié)數(shù)中心距,根據(jù)設(shè)計要求計算鏈節(jié)數(shù)：為了避免使用過渡鏈節(jié)，將鏈節(jié)數(shù)LP=93節(jié)圓整為100節(jié)鏈長L：平均鏈速：式中： Z1小鏈輪的齒數(shù)n1小鏈輪的轉(zhuǎn)速P節(jié)距根據(jù)平均鏈速查閱手冊潤滑范圍選擇圖選擇潤滑方式為人工定期潤滑3.2.3 軸的計算選取軸的材料為經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理的45鋼，設(shè)定最小軸徑尺寸。n，為60r/min。本裝置軸的強度會因為采用聯(lián)軸器和鍵連接而大大降低，為了保證軸的強度，在設(shè)計的時候考慮設(shè)計余量，即軸的直徑要略大于計算直徑，這樣在裝置在特殊環(huán)境和工況下，也能保證軸的使用壽命，進而保證裝置的穩(wěn)定運行，因此軸的直徑要比計算出的數(shù)值略大，取整得52mm，且最小軸徑段的長度為75mm，其余軸段的軸徑為150mm，長度為225mm。由于平鍵連接對中性好，裝卸方便并且結(jié)構(gòu)簡單，因此軸與鏈輪之間通過平鍵連接。通過查表取軸端倒角為C2.如下圖3-1所示的本文設(shè)計制造軸部件的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3-1 軸3.2.4 軸承分類和壽命計算1）.軸承分類軸承作為一個標準件，廣泛應(yīng)用在機械制造業(yè)中作為一個連接件，根據(jù)設(shè)計特點和實際工況，不同裝置采用不同類型和型號的軸承，滑動軸承和滾動軸承是在現(xiàn)代機械產(chǎn)品中最為常見的兩種軸承類型，比如減速器、航空發(fā)動機、雷達、液壓支架等領(lǐng)域都較為廣泛的使用，同時軸承在其中占有十分重要的地位。滑動軸承本身要求對軸的支撐位置特別精確，同時用于工作轉(zhuǎn)速高的場合，也滿足受巨大的沖擊與振動載荷，它也在腐蝕性介質(zhì)等一些十分惡劣的工作環(huán)境當(dāng)中占有著重要的地位。它也有如下幾種失效形式：磨料磨損失效、疲勞剝落失效、刮傷、腐蝕等，在材料的選擇上，通常要求軸承的材料應(yīng)該具備較高的耐磨性、良好的磨合性、摩擦順應(yīng)性和足夠的抗腐蝕能力。滾動軸承的使用也較為廣泛，它具有旋轉(zhuǎn)精度高，選用方便特點。除此之外，在啟動時，滾動軸承所需力矩小，絕大多數(shù)的滾動軸承已經(jīng)標準化，其由滾動體、內(nèi)圈、外圈和保持架組成基本結(jié)構(gòu)。6內(nèi)圈是與軸頸進行裝配，外圈是與軸承座孔進行修配，保持架是用來將滾動體均勻的隔開。2) .軸承壽命計算軸承作為自動化立體倉庫堆垛機裝置的主要連接件，其使用壽命直接決定了裝置的使用壽命，有的軸承不便更換，一旦壽命不符合設(shè)計要求，裝置也可能因為選用不當(dāng)軸承而報廢；有的軸承可以更換，但是更換軸承需要停機操作，一旦停機對整個裝置甚至企業(yè)利潤都有影響，因此選用可靠、適合、經(jīng)濟的軸承對整個裝置而言至關(guān)重要。選用軸承需要注意以下幾點：1.對于選用軸承而言，最重要的一點就是考慮軸承所承受載荷情況，既要能夠承受裝置的最大載荷也要經(jīng)濟適合，由于不同軸承適用不同的載荷方向，因此在選用軸承時，載荷的大小和方向必須同時考慮。2.除了載荷大小和方向之外，轉(zhuǎn)速也是選擇軸承的一個關(guān)鍵指標，所選用的軸承必須能能夠承受裝置最大轉(zhuǎn)速，保證裝置平穩(wěn)運行。3.有的軸承能夠?qū)崿F(xiàn)調(diào)心功能，因此在特殊工況，考慮是否需要采用調(diào)心軸承，進而滿足設(shè)計要求。4.上述分析了軸承一旦報廢對整個裝置的影響很大，因此在設(shè)計裝置時，盡可能設(shè)計軸承方便安裝和拆卸，這樣一旦軸承出現(xiàn)問題，方便及時更換，對裝置的影響最低。選擇合適的軸承對本裝置至關(guān)重要，所選用的軸承既不能承載過大，造成性能過剩，成本浪費，也不能承載能力不足，導(dǎo)致降低整個裝置的壽命，因此軸承的使用壽命也是裝置的一項重要指標。本裝置的軸承主要用在軸的連接，其轉(zhuǎn)速較低，因此不需要考慮受力而發(fā)生彎曲的情況，它主要承載徑向載荷，因此選用徑向接觸軸承。綜合考慮各方面因素，設(shè)計自動化立體倉庫堆垛機的垂直升降機構(gòu)采用深溝球軸承。通過上述分析和計算得出其承載情況，因為承受徑向載荷，因此選用軸承代號為6308的深溝球軸承，其額定動載荷Cr=40.5kN，靜載荷Cor=24kN，由于轉(zhuǎn)速較低，采用的潤滑形式為脂潤滑，可以承受極限轉(zhuǎn)速為7000r/min。1.計算滾動軸承的當(dāng)量動載荷P通過受力分析可知，軸承承受徑向力為1750N，其承受的軸向力相對徑向力很小，因此可以忽略不計，則軸承承載的徑向力為。軸承的當(dāng)量動載荷計算公式:式中： fd載荷系數(shù)，其數(shù)值根據(jù)經(jīng)驗而定X徑向動載荷系數(shù)Y軸向動載荷系數(shù)Fr純徑向載荷Fa純軸向載荷通過查閱機械設(shè)計手冊可知，當(dāng)承受較大徑向力和可忽略的軸向力時，其系數(shù)X=1，Y=0,所以有查閱機械設(shè)計手冊，fd =1.1，則則計算該軸承的最短壽命為通過計算可知軸承最短壽命為小時，符合裝置設(shè)計要求。3.3水平上料機構(gòu)3.3.1電機選型計算自動化立體倉庫堆垛機水平上料機構(gòu)又為堆垛機的載貨臺機構(gòu)，載貨臺是堆垛機的核心部分，它的性能優(yōu)劣可以直接決定存儲貨物的效率，載貨臺部分由電機、減速器、皮帶、貨叉齒輪、齒條等組成，此部分的作用就是將托盤上的貨物通過貨叉伸縮來存放貨物。載貨臺部分選用電機作為此部分裝置動力源，因此電機性能直接決定整個裝置的運行情況。選用電機既要降低整個裝置成本，也要能夠提高足夠的動力，保證整個裝置穩(wěn)定運行。計算電機功率：考慮本裝置的整體結(jié)構(gòu)，本裝置需要承受重量為300KG，需要載荷為3000N，其運行速度v=0.6m/s,因此該機構(gòu)的傳動效率是本裝置連接同步帶傳動，帶的直徑為56mm，則轉(zhuǎn)速為：根據(jù)上述計算和論述，考慮到工作環(huán)境和實際需求，考慮設(shè)計余量，本裝置選取功率為3KW電機，其轉(zhuǎn)速為2830r/min，型號為Y100L-2。3.3.2同步輪的計算 載貨臺裝置的傳動機構(gòu)選用同步帶實現(xiàn)傳遞。同步帶工作原理相對簡單，帶和帶輪有能夠互相配合的齒，可以通過齒形嚙合實現(xiàn)傳遞動力，其傳動特點如下：1）同步帶結(jié)構(gòu)簡單，結(jié)構(gòu)緊湊，因此其傳動效率相對其他傳動機構(gòu)較高也比較穩(wěn)定，而且不會出現(xiàn)滑動現(xiàn)象；2）由于同步帶有彈性，同步帶在工作過程中能夠通過彈性輔助減震，因此同步帶工作時噪聲相對較小；3）同步帶因為工作穩(wěn)定性高，傳動效率高達98%，因此具有節(jié)能功能；4）同步帶由于結(jié)構(gòu)簡單、節(jié)湊，因此便于安裝和維護，因此性價比較高；5）同步帶和鏈傳動相似，都可以應(yīng)用在大中心距的工作場合，甚至可以應(yīng)用在中心距達到數(shù)十米以上的工作環(huán)境；6）同步帶傳動比相對較大，可以應(yīng)用在10:1的工作環(huán)境，其線速度最大能夠?qū)崿F(xiàn)50m/s，對傳動功率要求也較低，可以應(yīng)用在幾瓦到幾百千瓦工作環(huán)境。由于本設(shè)計的裝置所需的功率和轉(zhuǎn)速均較低，因此選用同步帶為本設(shè)計的傳動設(shè)計。下面對設(shè)計中出現(xiàn)的同步帶輪進行計算。19-241）確定計算功率式中： Pca計算功率，KWKA工作情況系數(shù)P所需傳遞的額定功率2）小帶輪轉(zhuǎn)速計算同步帶的轉(zhuǎn)速3）選定同步帶帶型和節(jié)距由同步帶選型圖3-1可以看出，由以上計算結(jié)果得知功率是3KW，所以選取8M型帶，節(jié)距。6圖3-1同步帶選型圖4）選取主動輪齒數(shù)已知5M小帶輪最小齒數(shù)為10，現(xiàn)在選取小帶輪齒數(shù)為22。5）小帶輪節(jié)圓直徑確定 6）大帶輪相關(guān)數(shù)據(jù)確定設(shè)計的傳動比為1，可以計算出大帶輪齒數(shù)，節(jié)距7）帶速v的確定 8）初定軸間間距選取軸間間距。9）同步帶帶長及其齒數(shù)確定=() = =477mm 3.4貨架立柱的力學(xué)性能分析在上述2.2貨架系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計當(dāng)中，所設(shè)計出的貨架系統(tǒng)共有5層，即貨架系統(tǒng)可以存放5層的貨物，它代表著在貨架系統(tǒng)當(dāng)中每個貨架立柱要承擔(dān)著其左右兩邊貨物及其貨架托盤的重力。通過分析可知，在貨架系統(tǒng)當(dāng)中，中間的貨架立柱受力最大，它要承擔(dān)左右兩邊的貨物重力和貨架托盤的重力，它是一個壓桿穩(wěn)定問題，受力的形式為上端自由、下端固定。貨架系統(tǒng)的總高度是3.5m，同時為了使得分析簡便，本節(jié)分析在極端的情況之下，貨架立柱受力情況。即假設(shè)5個貨物與貨架托盤的總重量施加在第5層貨架處，此處的高度為2.8m。由鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范GB 50017-2003可知，冷彎方形空心型鋼（規(guī)格為1006）的最小慣性半徑為imin=0.03794m,截面面積為A=2.16310-3m2。則貨架系統(tǒng)中中間立柱的受力為8-18：貨架立柱的柔度為：由鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范GB 50017-2003可知，柔度為74的Q235鋼的折減系數(shù)為=0.476，查表取安全系數(shù)s=1.8，則材料的許用應(yīng)力為=130.5Mpa,則貨架立柱的實際工作壓力為：由此可知，貨架的立柱實際工作壓力：則貨架立柱的穩(wěn)定性滿足了設(shè)計要求。3.5自動化立體倉庫堆垛機的控制系統(tǒng)要求3.5.1堆垛機控制功能應(yīng)該滿足的條件堆垛機作為自動化立體倉庫中的主要動力，承擔(dān)著貨物的出入庫作業(yè)，堆垛機的控制功能可以直接影響著立體倉庫的工作效率，因此，對堆垛機的控制功能也有高的要求，有如下三方面的主要要求：1）：高的工作穩(wěn)定性。在工作過程中堆垛機控制系統(tǒng)的抗干擾能力強，控制回路穩(wěn)定可靠。2）：在工作過程中可以保持高的準確率，可以將倉庫貨物隨著貨架托盤準確的停放在立體貨架中的貨格當(dāng)中，不會因為系統(tǒng)誤差而使得貨架托盤不能正常的放入預(yù)定的位置。3）：快速性。在工作過程中堆垛機控制系統(tǒng)反應(yīng)迅速，效率可以得到很好的保證。堆垛機的控制方式一般有常規(guī)控制、參數(shù)設(shè)置控制和故障處理控制，常規(guī)控制模式之下又包含了手動控制模式和聯(lián)機自動控制模式。同時，堆垛機的控制系統(tǒng)應(yīng)該具有如下幾個控制功能：動作控制、位置控制、保護功能。在上述堆垛機的設(shè)計當(dāng)中，X方向是橫向位移機構(gòu)沿軌道運行，Y方向是載貨臺貨叉載貨板的伸縮運動，Z方向是載貨臺沿著堆垛機立柱進行運動，這三個方向上的運動便是堆垛機控制系統(tǒng)中動作控制所應(yīng)該實現(xiàn)的控制功能。位置控制主要是實現(xiàn)三個位置方向上定位精度，要求堆垛機在停車時，各個構(gòu)件運動到達合理的位置，以便與存取貨物。保護功能主要指的是自動化立體倉庫中各部分工作單位應(yīng)該安全可靠，比如在裝卸貨物的過程中應(yīng)該檢測貨物的外形和貨物的位置，如果堆垛機載貨臺上的貨物在裝上之后發(fā)現(xiàn)與實際位置發(fā)生了很大的偏差，或者貨箱發(fā)生了擠壓導(dǎo)致變形，那么此時堆垛機上的檢測裝置會發(fā)出警報，堆垛機便停止了工作。同時對固定貨架中的貨格進行虛實檢測，在貨物即將被送往貨格中前，可以用光電探測裝置探測貨格中是否有貨物，有貨物時則停止工作，無貨物時貨叉正常存放貨物。3.5.2堆垛機位置認址方式在自動化立體倉庫當(dāng)中，為了使貨物可以自動尋址，需要給入庫貨物進行編碼，使用條碼定位認址，此定位系統(tǒng)由兩個部分組成：條碼帶及條碼讀取頭。在立體倉庫的工作過程中，會將條碼帶安裝在固定立體貨架之上，同時，條碼讀取頭會安裝在堆垛機上的載貨臺上，堆垛機運行到貨位前時，條碼讀取頭便會識別并讀取安裝在固定貨架上的條碼信息，讀取完信息之后，條碼讀取頭內(nèi)部的解碼器便會將讀取的條碼信息轉(zhuǎn)變?yōu)榫嚯x信息，最終距離信息會傳輸?shù)絇LC當(dāng)中，這樣便會實現(xiàn)精確定位。如下圖所示為條碼識別系統(tǒng)的工作流程：圖3-2條碼識別系統(tǒng)的工作流程激光條碼識別系統(tǒng)的作用是將圖形化的條碼信息（即編碼信息）轉(zhuǎn)換成計算機系統(tǒng)可以識別的數(shù)字信息。激光條碼識別系統(tǒng)又有3部分子系統(tǒng)組成，12如下圖所示：圖3-3激光條碼識別系統(tǒng)組成在上述激光條碼掃描系統(tǒng)中，其主要組成部分為光學(xué)系統(tǒng)和光電轉(zhuǎn)換器件（探測器）組成。28-40同時，光學(xué)結(jié)構(gòu)是條碼掃描系統(tǒng)的主體，它具有一個掃描光路并且具有一個接受條碼符號反射光的系統(tǒng)。信號整形系統(tǒng)的首要任務(wù)是將條碼掃描系統(tǒng)掃描出來的光信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，在光信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娮有盘栔?，系統(tǒng)會將信號放大在進行濾波，最后將電信號進行整形，本系統(tǒng)的功能是將光信號處理成為所需要的標準電位矩形波信號。在譯碼系統(tǒng)當(dāng)中，其主要功能是按照標準數(shù)字信號的大小，量化將上一階段信號整形系統(tǒng)中輸出的信息。計算機系統(tǒng)主要是儲存從譯碼器中得到的信息，根據(jù)命令對信息來處理并且管理。通過條碼帶和條碼讀取頭的作用，堆垛機實現(xiàn)了智能存放作用，它具備了識別的功能，達到了自動化立體倉庫對堆垛機的要求。3.6本章小結(jié)在本章節(jié)中，主要對堆垛機的零件部分進行了系統(tǒng)性的設(shè)計，對電動機進行了選型，設(shè)計了軸和鏈，并對軸承壽命進行了計算，對載貨臺部分零件進行了設(shè)計計算。并對貨架系統(tǒng)進行力學(xué)分析校核，結(jié)果是滿足條件。在最后對堆垛機的控制系統(tǒng)提