立體倉庫巷道式堆垛機設(shè)計.doc

1 緒論1.1 本課題研究的背景及意義我國現(xiàn)在正處于工業(yè)化、城市化發(fā)展的高速期，未來一段時間內(nèi)，土地資源和勞動力資源將會成為制約企業(yè)發(fā)展的瓶頸，鑒于此，建造立體倉庫是未來企業(yè)發(fā)展趨勢，自動化立體倉庫是現(xiàn)代物流中的重要組成部分，是實現(xiàn)物流系統(tǒng)合理化的關(guān)鍵。它具有空間利用率高，便于實現(xiàn)自動化管理，實時自動結(jié)算庫存貨物種類和數(shù)量等許多優(yōu)點，對加快物流速度、提高勞動生產(chǎn)率、降低生產(chǎn)成本很重要，已開始應(yīng)用于汽車、電子、醫(yī)藥、煙草、建材、郵電等許多行業(yè)。堆垛機是自動化立體倉庫中最重要的搬運、起重、堆垛設(shè)備，對立體倉庫的出入庫效率有決定性影響，是立體倉庫能否達到設(shè)計要求的關(guān)鍵設(shè)備之一。而我國在堆垛機制造技術(shù)上和世界發(fā)達國家有很大差距，鑒于我國未來物流業(yè)發(fā)展的廣闊空間，堆垛機技術(shù)落后必將成為限制我國自動化立體倉庫發(fā)展的瓶頸，使我國在國際物流業(yè)競爭中處于不利地位。鑒于以上因素，發(fā)展堆垛機技術(shù)有積極意義。1.2 有軌巷道堆垛機的發(fā)展現(xiàn)狀有軌巷道堆垛起重機是隨著立體倉庫的出現(xiàn)而發(fā)展起來的專用起重機，通常簡稱為堆垛機。其主要用途是在高層貨架倉庫的巷道內(nèi)沿軌道運行，將位于巷道口的貨物存入貨格，或者相反，取出貨格內(nèi)的貨物運送到巷道口，完成出入庫作業(yè)。20世紀(jì)70年代初期，我國開始研究采用巷道式堆垛機的立體倉庫，1980年我國第一座自動化立體倉庫在北京汽車制造廠投產(chǎn)，從此自動化立體倉庫在我國得到了迅速發(fā)展。據(jù)不完全統(tǒng)計，到目前已建成三百余座。堆垛機做為立體倉庫中最重要的起重運輸設(shè)備，也得到了較快的發(fā)展。早期的堆垛機是在橋式起重機的起重小車上懸掛一個門架，利用貨叉在立柱上的上下運動及立柱的旋轉(zhuǎn)運動來搬運貨物，通常稱之為橋式堆垛機。1960年左右在美國出現(xiàn)了巷道堆垛機，這種堆垛機是在地面的導(dǎo)軌上行走，利用貨架上部的導(dǎo)軌防止傾倒。隨著立體倉庫的發(fā)展，巷道堆垛機逐漸替代了橋式堆垛機。隨著計算機控制技術(shù)和自動化立體倉庫的發(fā)展，堆垛機的應(yīng)用越來越廣泛，技術(shù)性能越來越好，高度也在不斷增加，到1970年實現(xiàn)了由貨架支承的高度為40米的堆垛機。堆垛機的運行速度也不斷提高，目前堆垛機水平運行速度可達200m/min，起升速度高達120m/min，貨叉伸縮速度達50m/min。2004年國際物流綜合展覽會上推出的超高效能巷道堆垛機“H-V1”，走行速度500m/min，加減速0.5G，處理能力每小時500箱，實現(xiàn)了自動化立體倉庫存取效率的飛躍。80年代初期，巷道堆垛機的運行能力主要由機械的速度模式來決定，速度控制是將子母電機或變極電機進行復(fù)合，機械式地進行速度切換來控制高速、低速運行。因此，最高行走速度不超過100m/min，最高升降速度不超過20m/min，在高速化上受到了制約。于是，在速度控制方面采用了直流電機的電壓切換控制方式，使巷道堆垛機的最高行走速度達到125m/min，最高升降速度達到30m/min。但是，伴隨高速化的另一個重要問題是停止，為了滑動停止就必須降到很低的速度。當(dāng)進行速度切換時，由于急加減速而形成的或是由于制動停止而引起的沖擊，誘發(fā)了機械的振動?，F(xiàn)代堆垛機多使用變頻調(diào)速，速度控制更加平穩(wěn)，解決了變速時的沖擊問題，但是在堆垛機制動器抱閘停止時，也會產(chǎn)生沖擊，在堆垛機機架較高的情況下，造成機架晃動，目前只能通過改善控制減小沖擊，尚無更好的解決辦法。目前，我國巷道堆垛機的性能參數(shù)和可靠性有待進一步提高。國產(chǎn)堆垛機的質(zhì)量相對國外堆垛機而言差距較大，為使國產(chǎn)堆垛機趕超國際水平，應(yīng)加強自主研究和開發(fā)。1.3 本課題設(shè)計任務(wù)及要求此堆垛機用于機械加工工廠的毛坯、零件倉庫，倉庫貨架總高度為10m，貨物單元長、寬尺寸為1200x1000mm，額定負載800kg，最高行走速度120m/min，最高升降速度30m/min，最高貨叉速度30m/min，首層貨架高度600mm，負載單元器具為托盤或貨箱，貨叉數(shù)為雙貨叉，每小時出入庫20次，平均工作周期3min。本次畢業(yè)設(shè)計對堆垛機的機械結(jié)構(gòu)進行設(shè)計，主要包括門架結(jié)構(gòu)、行走機構(gòu)、升降機構(gòu)、貨叉伸縮機構(gòu)。設(shè)計出更合理堆垛機門架結(jié)構(gòu),在保證其強度及剛度條件下盡量減輕整機重量，同時，設(shè)計出能減輕堆垛機制動時晃動的輔助天軌制動裝置和更加簡單可靠的斷繩保護裝置。2 堆垛機總體方案的確定堆垛機工作于立體倉庫貨架之間，為節(jié)省空間，加大有限空間存貨量，現(xiàn)代立體倉庫貨架間距做的很窄而高度很高。堆垛機在此環(huán)境下工作，決定其整體結(jié)構(gòu)高而窄，為防止傾倒，將堆垛機行走軌道設(shè)計成上下雙軌，下部地軌起支撐和引導(dǎo)作用，上部天軌可支持堆垛機直立行走，保證不發(fā)生傾倒事故。高而窄的結(jié)構(gòu)也造成堆垛機沿高度方向剛度不足，在起停過程中振動嚴(yán)重，會延長定位時間，影響效率，也會造成堆垛機定位不準(zhǔn)確，無法正常工作。為減輕剛度不足造成的影響，堆垛機設(shè)計中要非常注意機構(gòu)的動剛度。2.1 有軌巷道堆垛機門架結(jié)構(gòu)選型按傳統(tǒng)門架結(jié)構(gòu)形式堆垛機可分為雙立柱有軌巷道堆垛機和單立柱有軌巷道堆垛機：(1)雙立柱有軌巷道堆垛機雙立柱有軌巷道堆垛機由兩根立柱、上橫梁、下橫梁和帶貨叉的載貨臺組成，立柱、上橫梁和下橫梁組成一個長方形的框架，一般稱為機架。這種堆垛機的最大優(yōu)點就是強度和剛性都比較好，能快速起、制動，并且運行平穩(wěn)。一般用在起升高度較高、起重量較大和水平運行速度較高的立體倉庫中，其缺點是自重較大。(2)單立柱有軌巷道堆垛機圖2.1 雙立柱有軌巷道堆垛機單立柱有軌巷道堆垛機的機架由一根立柱、下橫梁和上橫梁組成。立柱多采用型鋼或焊接制作，立柱上附加導(dǎo)軌。整機重量較輕，消耗材料少，因此制造成本相對較低，但剛性稍差。由于載貨臺和貨物對立柱有偏心作用，以及行走、制動時產(chǎn)生的水平慣性力作用，使單立柱有軌巷道堆垛機在使用上有較大的局限性。不適于起重量大和水平運行速度高的堆垛機。圖2.2 單立柱有軌巷道堆垛機通過對比分析，本設(shè)計中堆垛機應(yīng)用于機械零件及毛坯的搬運，受力較大。單立柱堆垛機結(jié)構(gòu)剛度小，設(shè)計大剛度門架較困難。且本設(shè)計針對加大倉庫存貨量的中型倉庫，庫高為10米，單立柱結(jié)構(gòu)做到10米高，會顯著提高成本，不夠經(jīng)濟。故本設(shè)計采用雙立柱有軌巷道堆垛機，這種堆垛機強度和剛性都比較好，能快速起、制動，并且運行平穩(wěn)。用在起升高度較高、起重量較大和水平運行速度較高的立體倉庫中，符合本設(shè)計的任務(wù)要求。2.2 貨叉伸縮機構(gòu)2.2.1 貨叉結(jié)構(gòu)貨叉伸縮機構(gòu)是堆垛機存取貨物的執(zhí)行機構(gòu)，置于堆垛機載貨臺上，可以橫向伸縮以便向兩側(cè)貨格送入或取出貨物。一般按叉子的數(shù)量分為單叉貨叉，雙叉貨叉和多叉貨叉，其中多叉貨叉多用在特長貨物的堆垛。由于工作需要，堆垛機貨叉在收回狀態(tài)下的長度要小于巷道的寬度，但伸展后的長度卻要大大長于巷道寬度。為了從結(jié)構(gòu)上實現(xiàn)這個要求，必須采用多級伸縮式貨叉，目前最常用的是3級直線差動式貨叉。底叉固定在載貨臺上，動力裝置安裝在底叉上，通過傳動機構(gòu)驅(qū)動中叉相對底叉運動，中叉和上叉之間裝有直線差動機構(gòu)，使中叉相對底叉運動時，上叉相對中叉以2倍速運動，從而實現(xiàn)大距離伸叉的要求。2.2.2 中叉板的驅(qū)動中叉的運動是通過安裝在底叉板或載貨臺上的電動機和傳動機構(gòu)驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)實現(xiàn)的，傳動方案有齒輪齒條傳動和鏈條傳動。1.齒輪齒條式伸縮叉如圖2.3，電動機及減速機構(gòu)安裝在載貨臺上，齒條固定在中間叉上，齒輪固定在載貨臺中部，驅(qū)動齒條從中點，向左或向右移動大約自身長度的的一半。前叉可以從中間叉的中點，在鏈條或鋼絲繩驅(qū)動下向左或向右伸出比自身稍長的長度。圖2.3 齒輪齒條式伸縮叉伸縮機構(gòu)2.鏈條鏈輪式伸縮叉如圖2.4，固定叉安裝在載貨臺上，固定貨叉、中、上叉之間由鏈輪鏈條進行連接，電動機通過驅(qū)動鏈輪由鏈條帶動中間叉運動，從固定叉中點向左或向右伸縮，在中叉向左或向右伸縮時，由另外兩條鏈帶動上叉以三倍速度伸縮。圖2.4 鏈條式貨叉伸縮機構(gòu)分析以上兩方案，鏈條式貨叉伸縮機構(gòu)采用鏈輪鏈條執(zhí)行動作，鏈輪鏈條機構(gòu)整體尺寸較大，由圖中也可以看到，鏈條數(shù)較多，空間布置不便，容易造成鏈條間的干涉，傳動中有一定的速度波動，貨叉位置控制難以做到很精確，不利于檢測。齒輪齒條式貨叉伸縮機構(gòu)采用齒輪齒條執(zhí)行動作，速度平穩(wěn)，結(jié)構(gòu)簡單緊湊，齒輪齒條耐用度高，減少維修輔助時間。鑒于以上優(yōu)點，本設(shè)計采用齒輪齒條式貨叉伸縮機。2.3 起升機構(gòu)2.3.1 起升機構(gòu)形式起升機構(gòu)通過支架用螺栓固定在立柱下端，本設(shè)計可參考方案有電動葫蘆起升機構(gòu)，卷揚機起升機構(gòu)以及鏈條起升機構(gòu)。1.電動葫蘆起升機構(gòu)圖2.6吊鏈?zhǔn)狡鹕龣C構(gòu)鋼絲繩由電動葫蘆卷筒引出，通過上橫梁的兩個固定滑輪與載貨臺上的動滑輪連接，如圖2.5.電動葫蘆作為起升機構(gòu)應(yīng)用很廣泛，但在調(diào)速方面，市場上目前暫無可調(diào)頻調(diào)速的電動葫蘆，需要專廠定制，且市場成熟度不是很好，在一定程度上增加成本。由于本設(shè)計中堆垛機對定位要求很高，電動葫蘆由于調(diào)速上的缺陷難以做到很精確定位，市場上現(xiàn)有的產(chǎn)品升降速度也不能滿足任務(wù)要求，故不采用。2.吊鏈?zhǔn)狡鹕龣C構(gòu)圖2.5 電動葫蘆起升機構(gòu)采用鏈輪與鏈條起升，該形式在結(jié)構(gòu)上由于升降電機裝置上置，使堆垛機重心上移，增加了不穩(wěn)定因素。鏈傳動本身不穩(wěn)定，工作中產(chǎn)生振動和脈動，且工作一段時間吊鏈伸長量超標(biāo)(5%)，必須更換，增加了成本和輔助時間，對于高度較高的堆垛機設(shè)備不是最合理的選擇，本設(shè)計不采用。3.卷揚機起升機構(gòu)該機構(gòu)可采用專業(yè)起重用調(diào)頻調(diào)速電機，通過直連式或聯(lián)軸器與減速器軸連接，輸出軸上安裝卷筒，卷筒是非標(biāo)件，可根據(jù)具體起升高度自行設(shè)計。根據(jù)市場上現(xiàn)有堆垛機設(shè)備調(diào)查，目前市場上巷道堆垛機多采用這種升降裝置，故本設(shè)計采用，其結(jié)構(gòu)如圖2.6。鋼絲繩3纏繞在卷筒8上，由卷筒引出后通過上橫梁的固定滑輪2與載貨臺上的動滑輪10連接，卷筒在電動機驅(qū)動下轉(zhuǎn)動，通過控制電動機輸出轉(zhuǎn)速可以準(zhǔn)確控制載貨臺位置。1-機架 2-定滑輪 3-鋼絲繩 4-電動機 5-支座 6-聯(lián)軸器 7-減速器 8-卷筒圖2.6 卷揚機起升機構(gòu)2.3.2 卷揚機構(gòu)的布置方案卷揚機典型布置方案有3種，如圖2.7。(a)圖采用的是平行軸圓柱齒輪減速器，它將電動機和卷筒布置在減速器的同側(cè)，這種布置型式結(jié)構(gòu)最緊湊，整套機構(gòu)外形尺寸最小。但它要求減速器的中心距具有一定的數(shù)值。 (b)圖采用的也是平行軸圓柱齒輪減速器，它將電動機和卷筒布置在減速器的兩側(cè)，這種布置型式適用于減速器的中心距不夠大，整套機構(gòu)的寬度尺寸不受限制的情況。 (c)圖采用的是直交軸的減速器，它是在整套機構(gòu)的長度尺寸不受限制的情況下采用的一種布置型式。圖2.7 卷揚機布置形式鑒于巷道堆垛機的工作環(huán)境限制，選擇圖(a)的布置形式，其結(jié)構(gòu)緊湊，也便于安裝。2.3.3 安全機構(gòu)為了保證堆垛機正常工作，確保載貨臺上人員、貨物的安全，當(dāng)載貨臺工作中發(fā)生斷繩事故時，必須自動可靠地將載貨臺及時停止，避免發(fā)生溜車或墜車事故 因此，載貨臺必須裝有安全機構(gòu)。這種安全機構(gòu)的設(shè)計要求是敏度高、作用可靠、沖擊小、結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便等。2.4 行走機構(gòu)行走機構(gòu)是堆垛機水平運動的驅(qū)動機構(gòu)，一般由電動機，聯(lián)軸器，制動器，減速器和行走車輪組成。按運行機構(gòu)所在位置的不同分為地面運行式和上部運行式，由于上部運行式堆垛機的天軌設(shè)計強度要求高，制造難度大，增加了倉庫頂棚成本，行走驅(qū)動在頂部使堆垛機重心上移，增加不穩(wěn)定因素，維修不便。行走驅(qū)動機構(gòu)地面布置利用地軌支撐驅(qū)動輪，很容易保證剛度，成本較低，維修方便，結(jié)構(gòu)合理。本設(shè)計采用地面驅(qū)動形式，主動輪和從動輪沿設(shè)在地面上的單軌運行，結(jié)構(gòu)圖如2.8所示。圖2.8 行走機構(gòu)堆垛機的頂部用兩組水平輪固定在上橫梁的工字鋼導(dǎo)上，如圖2.9。上橫梁和立柱焊接在一起，下橫梁用槽鋼和鋼板拼焊，行走驅(qū)動機構(gòu)，主從動車輪，電器柜等都裝在它的上面。圖2.9 天軌機構(gòu)行走機構(gòu)驅(qū)動形式如圖2.10，圖a采用一般臥式減速器，減速器輸出軸通過聯(lián)軸器連接驅(qū)動輪，整體尺寸較大。圖b采用套裝式減速器，減速器提供空心軸孔，驅(qū)動輪軸直接插入減速器空心軸孔中，車輪組安裝時較簡便，并能使運行機構(gòu)整體布置緊湊。主動車輪通過鍵與軸連接，減速器底座用螺栓固定在下橫梁一側(cè)的底座上，輸入側(cè)通過電機連接盤與電機殼相連。同時可將車輪軸通過帶偏心法蘭依靠螺栓固定在下橫梁端頭兩側(cè)板上，利用帶孔偏法蘭心可調(diào)整被動車輪輪心與軌面距離，從而達到調(diào)整立柱對軌道的垂直度。行走車輪在鋪設(shè)于地面的單軌上行走，為防止走行輪行走中產(chǎn)生脫軌現(xiàn)象，本設(shè)計安裝側(cè)面導(dǎo)輪機構(gòu)。在下橫梁兩端頭部設(shè)置清軌器和聚氨脂緩沖器，減少碰撞時的沖擊力。圖2.10 行走機構(gòu)驅(qū)動形式(a) (b)由于堆垛機的高窄結(jié)構(gòu)，當(dāng)堆垛機下部行走機構(gòu)制動時，慣性力的作用會導(dǎo)致運動方向出現(xiàn)點頭擺動。由于車體的擺動，在停車過程中會產(chǎn)生定位誤差，既影響準(zhǔn)確尋址定位，又會產(chǎn)生震動，增加噪音，造成機體的損傷。隨著堆垛機運行速度的提高，制動帶來的擺動幅度會越來越大，因此消除慣性、減小擺動顯得尤為重要。此外，由于天軌與導(dǎo)輪之間存在間隙，又無夾緊定位，停車存取作業(yè)時，由上導(dǎo)輪間隙產(chǎn)生的角傾斜，加大了貨叉作業(yè)時產(chǎn)生的下?lián)稀Ｒ朔陨喜蛔?，堆垛機停車過程必須即制即停，并且保持足夠的剛度，從而減小作業(yè)時產(chǎn)生振動，克服上部導(dǎo)輪間隙造成的傾斜，減小貨叉的下?lián)?，提高定位精度。根?jù)堆垛機運行停車制動產(chǎn)生點頭擺動的機理分析，要有效避免點頭擺動，必須實現(xiàn)堆垛機下部與上部同步制動。目前國內(nèi)制造的有軌巷道堆垛機尚無同步制動裝置。為解決堆垛機制動時的沖擊問題，需要設(shè)計同步夾緊制動裝置。3 貨叉伸縮機構(gòu)設(shè)計計算3.1 直線差動機構(gòu)設(shè)計3.1.1 伸縮叉尺寸確定根據(jù)使用要求，確定貨叉長度為1000mm，貨叉伸出量為1100mm，由結(jié)構(gòu)特點初步設(shè)計貨叉各段尺寸如下圖3.1所示。圖3.1 貨叉尺寸參數(shù)a=650mm b=350mm c=200mm d=350mm e=100mml=900mm l=550mm l=650mm l=1150mm3.1.2 中叉速度確定由圖2.3可知，當(dāng)中叉相對于底叉運動時，動滑輪和定滑輪構(gòu)成動滑輪組。根據(jù)動滑輪的特點，當(dāng)動滑輪以速度V相對于定滑輪運動時，也就是中叉板相對于底叉板運動速度為V時，動滑輪與上叉板之間的鋼繩就會以近似于2V的速度相對于動滑輪運動，從而帶動上叉板以近似于2V的速度相對于中叉板運動，實現(xiàn)了速度和行程的倍增，最終上叉板相對于底板實現(xiàn)3倍速的運動。貨叉的伸叉速度為V，則中叉的運行速度3.2 各叉導(dǎo)向軸承徑向載荷計算各叉板在相互運動時，應(yīng)保持穩(wěn)定的導(dǎo)向支撐連接關(guān)系，本設(shè)計采用滾動軸承和凹槽組成的滾動副。貨叉在長度方向有2個支撐點，能形成懸臂支撐關(guān)系，可以承受載荷。圖3.2給出了貨叉最大伸展?fàn)顟B(tài)時各叉板之間的連接支撐關(guān)系，此時各支撐點處的徑向載荷為最大。1.固定叉 2.中叉 3.上叉 4.滑輪1 5.滾輪 6.繩索 7.滑輪2圖3.2 貨叉支撐結(jié)構(gòu)如圖3.2所示，貨物和活動叉板部分的當(dāng)量載荷為Q，為最大載荷的1.25倍，根據(jù)靜力平衡關(guān)系可以求得導(dǎo)向軸承B、C、D、E處的徑向載荷分別為 對于支撐點數(shù)大于2的情況，考慮到凹槽加工誤差的因素，可以仍按靠近貨物端的2個點來計算，結(jié)果偏安全。實際結(jié)構(gòu)中，導(dǎo)向軸承為沿叉兩側(cè)對稱布置，因此導(dǎo)向軸承的徑向載荷7式中K為載荷均衡系數(shù)，與加工和裝配精度有關(guān)，一般取K=1.51.7。使中叉運動的驅(qū)動力式中f為滾動軸承摩擦阻力系數(shù)，f=0.023.3 中叉驅(qū)動機構(gòu)的設(shè)計機構(gòu)形式見圖2.3，采用漸開線直齒圓柱齒輪和齒條傳動，小齒輪直接安裝在減速電機的輸出軸上，根據(jù)結(jié)構(gòu)布置和強度分析確定小齒輪分度圓直徑為d1 =63mm則(1)小齒輪轉(zhuǎn)速(2)小齒輪(減速電機輸出軸)轉(zhuǎn)矩確定減速電機的輸出扭矩T和輸出轉(zhuǎn)速n。減速電機輸出轉(zhuǎn)速為，輸出扭矩電機功率式中，為總傳動效率。減速器采用型號R17，輸出轉(zhuǎn)速54r/min，輸入功率0.18kw，最大扭矩30N.m電動機選擇Y801-4，額定功率0.55kw，額定轉(zhuǎn)速1390r/min。3.4 伸縮貨叉的撓度與強度3.4.1 前叉的受力分析載荷在區(qū)間產(chǎn)生的反力有、，在E點的傾斜角為，擾度為,受力分析如圖3.3所示。圖3.3 前叉受力變形圖由，當(dāng)時，有 其中為單個貨叉受力，按載重增加25%作為試驗載荷。由得：設(shè)計貨叉的抗彎截面系數(shù)應(yīng)大于上叉設(shè)計如下：材料為Q235圖3.4 上叉截面尺寸由于上叉跨度短，在支撐附近有很大載荷，故進行彎曲切應(yīng)力強度校核。中性軸以上部分截面對中性軸靜矩滿足彎曲切應(yīng)力強度。 , ,有當(dāng)時3.4.2 中間叉受力分析圖3.5 中間叉總體受力變形圖因載荷的作用，在間產(chǎn)生反力、，設(shè)點的傾角為,擾度為當(dāng)時，設(shè)計選擇矩形空心型鋼，由得由此選擇型鋼尺寸如圖3.6。 圖3.6 中間叉截面尺寸 因時，, 則求時的傾斜角 根據(jù)圖3.7圖3.7 中間叉前端受力變形圖把段作為剛性，點作為固定端考慮，并設(shè)由于在中叉產(chǎn)生的反力為和，而由這些反力作用在叉子前端產(chǎn)生的擾度為和，則 在時其次當(dāng)時， 所以因此，設(shè)載貨臺和立柱為剛性時，伸縮貨叉工作的總擾度為4 堆垛機升降機構(gòu)的設(shè)計計算4.1 升降機構(gòu)零部件的設(shè)計計算（1）起重鋼絲繩（以最大靜載荷計算）鋼絲繩最大拉力堆垛機最大起升載荷 起升滑輪組倍率 滑輪組總效率鋼絲繩破段拉力n安全系數(shù)，取5根據(jù)破段拉力選擇鋼絲繩：鋼繩6x19 B類同向 d=8mm4（2）滑輪選擇根據(jù)起升鋼絲繩直徑確定滑輪尺寸，滑輪為標(biāo)準(zhǔn)件，滑輪輪徑D與鋼繩直徑d比：選取滑輪的軸徑d=50mm，輪徑D=200mm（3）卷筒選擇采用單層繞線卷筒，卷筒直徑鋼繩中心計算的卷筒最小直徑 鋼繩直徑 h起升系數(shù)（中級）為縮短卷筒長度，選取卷筒的直徑為D=250mm，鋼繩中心計算的卷筒直徑為=263mm卷筒繞線長度H堆垛機最大起升高度 t繩槽節(jié)距 附加安全圈數(shù)卷筒總長度固定繩頭長度，取25mm 工藝長度，取80mm。（4）制動器制動器的制動力矩制動安全系數(shù)，取1.6卷筒至制動器軸傳動比 傳動效率制動器選擇制動力矩4.2 升降機構(gòu)的電機減速器的選取考慮電機在一個工作周期內(nèi)工作時間最長的情況，即載貨臺由低端將貨物送到最高層然后返回，速度圖簡化如下：有速度圖和負載情況求出的電機負載圖為負載持續(xù)率等效功率Ca起動惡化系數(shù)，查得0.75 把等效功率轉(zhuǎn)化為=25%的功率電動機選擇：電動機YZR160M1-6型，額定功率6.3KW，額定轉(zhuǎn)數(shù)921r/min卷筒轉(zhuǎn)速電動機至卷筒傳動比為5 堆垛機行走機構(gòu)的設(shè)計計算5.1 主動行走輪直徑的確定行走輪用球墨鑄鐵，鋼軌選用30Kg/m型輕軌由最大接觸應(yīng)力公式 式中， 最大輪壓，17500N； b輪與軌道接觸線長，60mm； 分別為行走輪與鋼軌彈性模量，=162GPa ,=210GPa； 分別為行走輪與鋼軌泊松比，=0.29 =0.3； 行走輪半徑，選擇150mm鑄鐵的抗壓強度<合格取車輪直徑為5.2 運行阻力計算(1)有軌巷道堆垛機的運行時的靜阻力有軌巷道堆垛機沿軌道直線運行時，行走輪與軌道之間以及行走輪與軸承之間，都存在著摩擦阻力。為了簡化計算，假定全部載荷作用在一個行走輪上，其受力情況如圖5.1所示。由彎矩平衡條件得：及 考慮其它阻力的附加阻力，乘以一個系數(shù)即圖5.1 行走輪受力式中 驅(qū)動力矩(MPa)；堆垛機的額定起重量和自重之和(N)；行走輪滾動摩阻系數(shù)；、分別為車輪直徑和軸徑(mm)；軸承摩擦系數(shù)。由2P119查得：滾動阻力系數(shù) ，軸承摩擦系數(shù)，附加阻力系數(shù)，代入上式中：當(dāng)有軌巷道堆垛機在室內(nèi)運行時，風(fēng)阻力和軌道斜坡阻力較小，經(jīng)常忽略不計；所以有軌巷道堆垛機的靜阻力等于其摩擦阻力。于是計算得到滿載時的運行阻力為350N。5.3 行走電動機功率的計算有軌巷道堆垛機的運行機構(gòu)的電動機的功率，是根據(jù)堆垛機滿載穩(wěn)定運行時的靜阻力進行計算。按照運行靜阻力、運行速度計算機構(gòu)的靜功率。靜功率(kw)的計算公式為運行機構(gòu)穩(wěn)定運行時的靜阻(N)；堆垛機的運行速度(m/min)取120m/min計算；查14表31-27選用電動機Y100L2-4,轉(zhuǎn)速1430r/min,質(zhì)量38kg5.4 減速器的選擇車輪的轉(zhuǎn)數(shù)：機構(gòu)傳動比：根據(jù)傳動比初選擇減速器型號為：FA37，輸出轉(zhuǎn)速128r/min，傳動比11.08，輸入功率3kw。F系列斜齒輪硬齒面減速機具有體積小、傳遞扭矩大的特點；傳動效率高，耗能低，性能優(yōu)越。 5.5 驗算起動時間電動機起動時間，是根據(jù)電動機的平均起動力矩，減去電動機軸上靜阻力矩后，將剩余力矩克服堆垛機起動過程中的慣性阻力矩計算，所以起動時間由下式確定：（2P123式4-78）式中-許用起動時間，對堆垛機取；-電動機軸上的靜阻力矩；-電動機的平均起動力矩；-驅(qū)動電機數(shù)，?。粚τ赮型電機，計算得啟動時間超出許用起動時間0.2s，考慮到起動時間過短產(chǎn)生過大晃動影響，可以認(rèn)為此起動時間合格。5.6 制動時間計算堆垛機制動時，制動時間的取決于制動器選擇是否合理，由下式計算制動時間式中-制動器制動力矩；-制動器數(shù)，??；-制動軸上的靜阻力矩；-電動機軸與制動器軸之間的傳動比；-制動器軸與行走輪軸之間的傳動比；-傳動總效率，取0.96；-車輪直徑；-對于堆垛機的許用制動時間與行走距離及停車精度有關(guān)，取由得，制動器選擇規(guī)格制動力矩，制動時間5.9s6 堆垛機金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計雙立柱機架由兩根立柱和上下橫梁組成一個平面框架，具有良好的整體剛度，在門架上安裝卷揚，走行等機械裝置，由于走行起動，停止及加速減數(shù)時產(chǎn)生的慣性力，門架在通道的縱向發(fā)生撓曲，整個門架成為振動體，其柱端振動較大。同樣，在通道的垂直方向，立柱由于貨叉作業(yè)時的彎矩作用而發(fā)生彎曲，使伸長的伸縮叉的前端撓度增大，影響正常定位。為防止柱端振動和撓度超限而影響定位，需對門架結(jié)構(gòu)進行分析計算。堆垛機門架的設(shè)計計算參數(shù)：上下梁（槽鋼22a，上、下各兩根）立柱（槽鋼22a，兩根組焊成立柱）上梁及附件質(zhì)量貨臺、貨物、附件總質(zhì)量卷揚裝置的質(zhì)量立柱的單位長度的平均質(zhì)量作用在門架上的慣性力：上梁及附件貨臺、貨物、附件圖6.1 作用于框架結(jié)構(gòu)的慣性力卷揚裝置 (為加速減速時的加速度, )下梁中心線到-的重心高度立柱的中心距立柱AB、DC的斷面慣性矩上下梁BC、AD的斷面慣性矩立柱的剛度上下梁的剛度剛度比縱彈性模量上梁與下梁端部的偏轉(zhuǎn)角 因構(gòu)件兩端變位產(chǎn)生的節(jié)點位移 由構(gòu)件的中間載荷在桿端產(chǎn)生的彎矩，稱為載荷項。堆垛機作業(yè)類型:按起重機作業(yè)性質(zhì)定為型(經(jīng)常起吊額定重量貨物,使用不很頻繁工作有規(guī)則)載荷系數(shù):固定載荷系數(shù)=1.2（軌道無接縫，V>90m/min），移動載荷系數(shù)=1.4。6.1 水平載荷產(chǎn)生的彎矩計算將圖6.1中作用于框架結(jié)構(gòu)的慣性力，分解為如圖6.2所示(a)、(b）,用角變位移進行計算。作出作用于框架結(jié)構(gòu)的慣性力圖解圖6.2 門架受力變形分析圖（a）中各項的角變位移方程式：其中載荷項：=由節(jié)點的彎距平衡方程列a圖平衡方程組： (1) (2) (3) (4) (5) 由上面(1)、(2)、(3)、(4)、(5)組成方程組，利用高斯消元法求解增廣矩陣如下表6-1表6-1 a圖方程組增廣矩陣值式(1)11250-30式(2)12105-30式(3)05121-3式(4)50112-3式(5)1111-4求解程序見附錄?？汕蟪?再帶入前列各角變位移方程式，可求出上下梁內(nèi)力 立柱彎矩，圖b 分析計算固端彎距（載荷項） 列出角變位移方程式：由節(jié)點的彎距平衡方程列b圖平衡方程組：（1） （2）（3）（4）有隔離體靜力平衡方程式：（5）由上面(1)、(2)、(3)、(4)、(5)組成方程組，利用高斯消元法求解方程組增廣矩陣矩陣如下表6-2。表6-2 b圖方程組增廣矩陣值式(1)12105-3式(2)11250-3式(3)05121-30式(4)50112-30式(5)1111-4解上面各式，可求出 代人角變位移方程得上下梁彎矩：立柱彎矩 由水平載荷產(chǎn)生的彎距，可由圖（a）、圖（b）疊加得出：走行停止時發(fā)生振動門架立柱上端的線變位 ：（值容許范圍一般在2.55cm，符合要求)6.3 行走車輪的反力產(chǎn)生彎矩計算受力分析圖如6.3示，其中V為車輪反力。列出角變位移方程式：圖6.3 行走輪受力分析圖行走車輪反力：固定端彎矩： = - = -則 且由由水平載荷產(chǎn)生的彎矩與行走車輪反力產(chǎn)生的彎矩的和彎矩為：由于立柱和上下梁采用同種材料，只需校核最大彎矩所在截面的強度，其抗彎截面系數(shù)門架結(jié)構(gòu)滿足強度要求。6.4 計算叉取作業(yè)產(chǎn)生的彎矩由于貨叉作業(yè)，在門架上及與走行方向成直角的方向增加了彎矩，產(chǎn)生了擾度。該變形造成貨叉在伸出時變形，應(yīng)考慮其大小。貨叉完全伸出產(chǎn)生彎矩：門架傾斜角：由于立柱變形產(chǎn)生的貨叉尖端下沉：則貨叉伸出后尖端總下沉量為貨叉自身變形量與立柱變形產(chǎn)生的貨叉尖端下沉之和，即當(dāng)托盤貨架進深為110時，值應(yīng)控制在10-15以內(nèi)，滿足。(3P129)由貨叉外伸產(chǎn)生的彎矩相比前兩類彎矩影響較小，而且堆垛機不會在貨叉伸出的情況下走行，所以可以認(rèn)為最大彎矩為水平載荷產(chǎn)生的彎矩與行走車輪的反力產(chǎn)生的彎矩的合成彎矩，門架強度可由此最大彎矩校核。7 制動機構(gòu)和安全機構(gòu)設(shè)計7.1 制動機構(gòu)設(shè)計該裝置由鉗口、支架、底座、連桿、推桿、電磁鐵、磨擦片組成，結(jié)構(gòu)如圖7.1所示。1-上導(dǎo)軌 2-鉗口 3-支板 4-連桿 5-推桿 6-電磁鐵 7-支座圖7.1 天軌制動裝置該裝置通過支座7固定在堆垛機上橫梁，當(dāng)堆垛機下部行走輪系執(zhí)行制動時，電磁鐵6通電，推動推桿5，將連桿4推到死點，制動鉗2夾緊上導(dǎo)軌1，將堆垛機位置固定。連桿機構(gòu)傳動可靠，可保證隨機夾持導(dǎo)軌，穩(wěn)固機身。當(dāng)行走機構(gòu)釋放制動時，電磁鐵同時斷電，同步制動裝置在彈簧力拉動下，使連桿脫離死點，夾緊鉗松開。鉗口會提前張開不會影響正常運行，該制動裝置采用常開式，即通電后制動工作，斷電后保持常開，可減小能耗?？紤]導(dǎo)向與運行的平穩(wěn)，同步制動裝置也可同時安裝導(dǎo)輪機構(gòu)。為緩解制動產(chǎn)生的過高剛度，避免制動扭矩對堆垛機機身以及磨擦片的損傷，在磨擦片前后設(shè)置彈性橡膠，以緩沖制動沖擊。7.2 安全機構(gòu)設(shè)計本設(shè)計在參考其他設(shè)計基礎(chǔ)上提出一種彈性裝置的堆垛機安全機構(gòu)設(shè)計方案。其結(jié)構(gòu)簡圖如圖7.2所示。圖7.2 安全機構(gòu)如圖示，載貨臺在自重作用下使彈簧壓產(chǎn)生一定形變，彈簧組件下端接觸制動爪，當(dāng)鋼絲繩斷裂時，載貨臺失重下滑，滑輪失去鋼繩拉力使彈簧恢復(fù)原型，向下壓制動爪，通過合理選擇彈簧剛度，將對制動爪產(chǎn)生足夠的壓力，通過杠桿作用將制動片緊壓立柱，在摩擦力作用下制動片相對立柱上移，產(chǎn)生楔塊效應(yīng)，將載貨臺制動。在更換鋼繩后只要鋼繩上拉，制動力自行消失，恢復(fù)正常工作。在正常工作過程中，制動爪在自重作用下遠離立柱，不會對運動產(chǎn)生干擾。彈簧選擇：（參考6彈簧設(shè)計P608.表4.1-6）最小工作載荷最大工作載荷彈簧工作行程（根據(jù)結(jié)構(gòu)自定）彈簧端部結(jié)構(gòu)形式及支承圈數(shù)（選擇兩端并緊磨平式）實驗載荷或，計算 查表取近似值彈簧中頸簧絲直徑節(jié)距實驗載荷下的變形量工作圈數(shù)查標(biāo)準(zhǔn)系列剛度總?cè)?shù)彈簧內(nèi)徑彈簧外徑彈簧自由高度壓并高度最小工作載荷作用下彈簧高度最大工作載荷作用下彈簧高度實際工作行程銷軸的抗剪強度校核銷軸受剪力銷軸橫截面上切應(yīng)力為滿足強度要求（軸銷材料為20鋼）式中-軸銷的橫截面積。8 總結(jié)與展望針對立體倉庫貨物搬運不便的問題，本設(shè)計對立體倉庫專用堆垛機進行研究，分析了堆垛機的特點，設(shè)計了能夠適應(yīng)自動化生產(chǎn)中物料搬運的雙立柱巷道堆垛機，重點對其機架、升降機構(gòu)、貨叉伸縮機構(gòu)、水平行走機構(gòu)四部分進行分析設(shè)計，本次畢業(yè)設(shè)計主要做了以下工作：(1)對門架結(jié)構(gòu)受力變形情況利用角變位移法進行詳細分析計算，為選材及焊接方式提供依據(jù)，計算過程中采用了C語言編程求解多元方程組，編寫了高斯消元法的程序，簡化計算過程，提高求解精度；(2)水平行走機構(gòu)設(shè)計中增加天軌制動機構(gòu)，可以提高制動穩(wěn)定性，減少制動停車時間；(3)升降機構(gòu)設(shè)計中設(shè)計了斷繩保護機構(gòu)，可以保證堆垛機在工作中發(fā)生斷繩事故后載貨臺可靠制動；(4)對升降機構(gòu)、貨叉伸縮機構(gòu)和水平行走機構(gòu)的工作載荷分析計算，選擇動力源，設(shè)計各執(zhí)行機構(gòu)。由于時間和條件限制，本設(shè)計中還有不足，可以從以下兩方面完善：(1)門架結(jié)構(gòu)設(shè)計時采用先選材料后計算受力的方法，由于堆垛機自重載荷影響，很難做到精確計算，精確選材。在設(shè)計方法可以嘗試開發(fā)出設(shè)計軟件，用已有的產(chǎn)品作為數(shù)據(jù)庫資料調(diào)用，能有效減少設(shè)計時間，避免手動多次試算的弊病。同時，可以利用有限元分析，設(shè)計出更可靠、更合理的門架結(jié)構(gòu)。(2)在控制上考慮較少，利用現(xiàn)代成熟的自動控制技術(shù)，可以大幅度提高堆垛機工作的性能。參考文獻1邱宣懷主編.機械設(shè)計M.北京:機械工業(yè)出版社,19972田奇主編.倉儲物流機械設(shè)與設(shè)備M.北京:機械工業(yè)出版社,2008.43(日)吉國宏.自動化立體倉庫堆垛機設(shè)計M.第一機械工業(yè)部第四設(shè)計院堆垛機設(shè)計翻譯組譯.北京:人民鐵道出版社,19794(日)本田早苗主編.裝卸機械設(shè)計M.周耀坤譯.北京:中國鐵道出版社，19825劉鴻文主編.材料力學(xué)M.第四版.北京:高等教育出版社,2004.16機械設(shè)計實用手冊編委會.機械設(shè)計實用手冊M.北京:機械工業(yè)出版社,2008.47沈敏德 陳照強 范維華 宋章領(lǐng).有軌巷道堆垛機3級直線差動式貨叉機構(gòu)設(shè)計J.山東輕工業(yè)學(xué)院起重運輸機械.2009(7)：22-248劉昌祺，董良.自動化立體倉庫的設(shè)計M.北京：機械工業(yè)出版社,20049劉遠偉,何民愛.物流機械M.北京:機械工業(yè)出版社,2006.810趙波.吉林大學(xué).碩士學(xué)位論文D.自動化立體倉庫堆垛機運行系統(tǒng)的研究11陳建業(yè),張莉,王茂,包繼德,張希恒.起重機行走機構(gòu)車輪軸斷裂原因分析J.甘肅: 甘肅科學(xué)學(xué)報,18卷第1期:117-11912楊宏,江進國.自動化立體倉庫堆垛機的設(shè)計J.中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)機電學(xué)院.起重運輸機械 2OO4(6)13周奇才,黃孝民.巷道堆垛機安全機構(gòu)的設(shè)計J.上海鐵道學(xué)院學(xué)報,第36卷第3期,1995.914吳宗澤,羅圣國編.機械設(shè)計課程設(shè)計手冊M.北京：高等教育出版社，200215杜白石,楊福增,張增林著.機械設(shè)計習(xí)題例題設(shè)計作業(yè)結(jié)構(gòu)設(shè)計M.楊凌：西北農(nóng)林科技大學(xué)機械與電子工程學(xué)院，200116朱龍根著.機械系統(tǒng)設(shè)計M.第二版.北京：機械工業(yè)出版社，200117劉品.機械精度設(shè)計與檢測基礎(chǔ)M.哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2006.118王功勇，欒有均.卷揚機構(gòu)減速器選型方案的探討J. 港口裝卸. 2000年第4期19郝隆譽.堆垛機運行同步制動與變速緩沖J.物流技術(shù)與應(yīng)用.2009.6:100-10120黃根生.用角變位移法計算彈性支座上的拱J.云南水力發(fā)電.第26期.1992年第1期:21-2721安曉鋼，史勝楠，徐正林.自動化倉庫堆垛機貨叉強度的分析與計算J.陜西科技大學(xué)學(xué)報，2007，25(3)：23-12522任德平.26t門式起重機大車走行電機的計算與校核J.鐵道貨運.2002年第3期:38-3923孫軍,宋軍,馮武田,張曉磊. 高速高加速巷道堆垛機結(jié)構(gòu)強度研究分析J.設(shè)計與研究.2008年第12期:12-1624孫軍,宋軍,等.高速高加速巷道堆垛機水平行走機構(gòu)設(shè)計研究J.沈陽建筑大學(xué)學(xué)報,2008附錄附錄1高斯消元法解矩陣方程用程序#include "stdio.h"#include "conio.h"#include "math.h"#define N 50main() int h,i,j,m,n,w,k,b,f; double max,aNN+1,t;Z1:printf("矩陣行數(shù)應(yīng)小于50"); printf("請輸入矩陣行數(shù) N;n"); scanf("%d",&h); printf("請輸入增廣矩陣n"); for(i=0;i<h;i+) for(j=0;j<h+1;j+) scanf("%lf",&t);aij=t; for(i=0;i<h;i+) for(j=0;j<h+1;j+)printf("%ft",aij); printf("n"); for(j=0;j<h-1;j+) max=ajj; for(b=j+1;b<h;b+) if(fabs(abj)>fabs(max) max=abj;w=b; for(k=j;k<h+1;k+)t=ajk;ajk=awk;awk=t; for(i=j+1;i<h;i+) for(n=h;n>=0;n-) if(max=0)ain=ain; else ain=ain-ajn*aij/max; printf("輸出高斯消去后矩陣n"); for(i=0;i<h;i+) for(j=0;j<h+1;j+) printf("%lft",aij); printf("n"); for(i=h-1;i>=0;i-) if(aii=0&&aih!=0)printf("方程無根");goto Z2; else if(aii=0&&aih=0)aii=0;printf("X%d為任意數(shù)",i+1); else if(aii!=0)aii=aih/aii; for(m=i-1;m>=0;m-)amh=amh-ami*aii; printf("方程矩陣的解:n"); for(i=0;i<h;i+) printf("x%d=%20.12fn",i+1,aii); Z2: printf("是否繼續(xù):ntYES-input1,NO-input0n"); scanf("%d",&f); if(f=0)goto Z1; getch();該程序運行環(huán)境是Wintc191，按提示將方程組系數(shù)矩陣輸入，輸出結(jié)果按順序為各未知數(shù)的解。附錄2英文資料：Modern LogisticsAlong with societys development, the profession competition is day by day intense, how enhances the working efficiency, reduces the management cost, the enhancement service level and enterprises competitive ability, is each enterprise superintendent most matter of concern. More and more superintendents thought the implementation computer scientific style management solves this question key. The thing flows the transportation enterprise as a result of the profession characteristic, the tradition operating process complex, document many, the competition is day by day intense. The more and more many information question emerges, for example: On the one hand, must develop the customer market unceasingly, to the customer basic document, the cargo distribution situation, the contact person likes and the contact method has a more comprehensive understanding, on the other hand, must finish financial the receipts and disbursements work, guarantees the transport expense to be able on time receipts and disbursements, the debt to be clear, prompt press for payment. Formerly consulted the thick document material the procedure, obviously was cannot be taken. Must adopt more effective solution. At the same time collects the process information the speed, the information accuracy, the security, but also affects the company whole management level and the decision-making strata to the overall service control and the coordination. Uses the computer software management information is solution above question effective means. The thing class manages the software, is flows the transportation enterprise service flow according to the thing, according to relates the enterprise service various class numbers, composes an organic system, causes aspect the and so on service, finance, market information to be able to be convenient, to transmit quickly, and produces each kind of report form after synthesis processing to deliver for each function department and the decision-making strata. The appliance flows the management software system not only to be possible to save the massive manpower, reduces in the work the fault, may be rapid to the customer inquiry inquires the information answer customer from the computer, moreover may help the policy-maker promptly to adjust the company to manage the strategy, enhances companys in same profession well-knowingness, the enhancement companys competitive power. In the past flowed the management emphatically in the enterprise interior work and organizations conformity, to the downriver customers correspondence, was take serves and the quality as the main center of gravity. Therefore, the appraisal flows the management achievement and the effect criterion, is mostly by processes the order form period the speed, supplying goods rate and completes the quality to measure. Along with the thing flowing industry development, increased the new content in the supply chain management pattern, thing flowing industry had the new ten major tendencies. (1) Thing flows the management from thing processing, promotes to in the thing Canadian value plan design, the solution and the management. May provides for the customer like, and has the personalization the service, the enterprise gradually changes emphasized the cross enterprise boundary the conformity, causes the maintenance and the management which the customer relates changes more and more importantly. (2) Changes the union by the opposition. In the traditional commercial channel, the enterprise mostly take as the center, pursues the self- benefit, therefore often makes the aspect which the enterprise opposes. However in under the pursue bigger competitive power actuation, many enterprises starts in each commercial circulation function the conformity, through the union plan and the work, forms highly the conformity supply chain channel relations, causes the channel overall result and the effect large promotion. (3) Changes the fina