时间: 2024-06-12 20:28:46 | 作者: 爱游戏app苹果
江苏科技大学 本 科 毕 业 设 计 学 院 机电与汽车工程学院 专 业 车辆工程 学生姓名 班级学号 指导教师 二零一四年六月 江苏科技大学本科毕业论文 巷道式单立柱型堆垛机设计 The design of roadway single-column stacker 摘 要 全套图纸，加153893706 一个合理化的物流系统对于一个现代化企业来说意味着能更地节省成本，提升产品运输效率。因此立体型仓库应运而生，并已经普遍应用于汽车，电子等行业。立体型仓库的运用不但可以使仓库可以建的更高，存取能够自动化，操作能够简便化，而且还能节约空间，提高效率，节省成本。巷道式单立柱型堆垛机作为自动化立体型仓库中最重要的起重堆垛设备，其最大的作用为：将高层货架上的商品取出转移到巷道口；或者将遗留在巷道口的商品移入货架。本文主要介绍了堆垛机的发展状况及具体特点，对堆垛机的具体组成部分进行研究并完成堆垛机的结构设计，载货装置选用齿轮-链条和齿轮-齿条相结合的传动方式，实现了货叉伸缩取货的功能，具有传送精度高的优点。行走装置选用链传动，实现了堆垛机水平行走的功能，链传动具有在承受大的载荷下稳定地进行传送的能力。提升机构选择齿轮传动方式，齿轮驱动卷筒，卷筒带动钢丝绳将载货台提升，实现了载货台在垂直方向升降的功能。最后将对所设计的各个机构进行受力分析与计算,并进行装配图和零件图的绘制。 关键词：单立柱型； 堆垛机； 结构设计； 受力校核 Abstract A rationalization of logistics system means being able to more cost savings for a modern enterprise, improve product transport efficiency. Thus came into being three-dimensional warehouse, and has been widely used in automotive, electronics and other industries. Three-dimensional warehouse can only make use of the warehouse can be built higher, access can be automated, simple technology can operate, but also can save space, improve efficiency and save costs. Roadway single column type stacker automated three-dimensional warehouse as the most important device from the carrier, its main role is: to remove the merchandise on the shelves of high-level roadway transferred to the mouth;, or left in the roadway will be moved to the mouth of the merchandise shelves. This paper describes the development of stacker and the specific characteristics of the specific components of the study stacker and complete structural design stacker, laden device selected gear - Transmission rack combines - the chain and gears achieve the function to pick up the telescopic fork, with the advantages of high transmission accuracy. Walking device selection chain drive to achieve a level of ambulatory function stacker, chain drive has the capacity to carry out large stable load transfer. Lifting mechanism to select gear transmission, gear-driven reel, reel drive rope cargo units will enhance the realization of the cargo units vertically lifting function. Finally, stress analysis and calculation will be designed by the various agencies, and assembly drawing and parts diagrams. Key words: single column type，stacker，structural design, stress check 目 录 第一章 绪论 1 1.1巷道式单立柱型堆垛机的研究背景及发展状况 1 1.1.1研究背景 1 1.1.2研究发展状况 1 1.2堆垛机的分类 2 1.3单立柱型堆垛机的特点 2 1.4本章小结 3 第二章 堆垛机的结构设计及布置 4 2.1单立柱型堆垛机的结构组成部分 4 2.2单立柱型堆垛机的工作方式 4 2.3堆垛机各部分的速度计算及选择 5 2.3.1走路的速度的选择 5 2.3.2升降速度的选择 5 2.3.3货叉的伸缩速度的选择` 6 2.4 载货装置工作原理及结构设计 6 2.5提升机构的工作原理及结构设计 8 2.6行路机构的工作原理及结构设计 9 2.7本章小结 10 第三章 安全保护设施的设计 11 3.1断绳保护设施设计 11 3.2断电紧急停车装置设计 11 3.3其他安全保护设施设计 12 3.4本章小结 13 第四章 堆垛机各机构减速电机的选用 14 4.1载货装置电机选择使用 14 4.2提升机构电机选择 14 4.3行走电机选择使用 15 4.4本章小结 15 第五章 堆垛机各部分的力学分析及计算 16 5.1堆垛机载荷分析与计算 16 5.1.1 沿巷道纵向平面（YOZ平面）受力分析 19 5.2单立柱堆垛机静刚度分析与计算 21 5.2.1 f0的计算 21 5.2.2 f1的计算 22 5.2.3f2的计算 22 5.3弯矩放大系数及临界载荷分析与计算 23 5.4单立柱堆垛机强度计算 25 5.4.1立柱强度计算 25 5.4.2下横梁强度计算 26 5.5本章小结 26 结 论 28 致 谢 29 参考文献 30 第一章 绪论 随着现代社会的发展，企业对物流系统的需求慢慢的升高，现代物流系统应该要具有将产品快速出入仓库的能力，从而立体型仓库应运而生。堆垛机作为立体型仓库中最重要的运输设备，其能否满足产品出入库的要求对于现代企业的物流系统能否建立具有重大影响。 1.1 巷道式单立柱型堆垛机的研究背景及发展状况 1.1.1 研究背景 现代社会的发展使得慢慢的变多的企业发现物流系统的效率的提高对公司成本的降低，利润的提高具备极其重大意义，使用立体式仓库就是提升物流系统效率的方法的其中一种，堆垛机作为现代化的起重堆垛工具，其能否可靠作业对于立体型仓库能否发挥作用具有特别大的影响。巷道式单立柱型堆垛机相对于其他种类堆垛机有着非常明显优势，在现代企业立体仓库中很受欢迎，因此研究巷道式单立柱型堆垛机已成为近年来的一大热点，其特点将于下文中详细讲述。 1.1.2 研究发展状况 50年代初，美国立体型仓库中慢慢的出现桥式堆垛机进行作业的情况，之后带有司机室的巷道式堆垛机慢慢的出现在立体仓库中，到了60年代，机械式立体仓库（Mechanical?High-rise?Warehouse?System）自存 中国第一台堆垛起重机于1963年研制成功，是一台桥式堆垛机，70年代开始在立体仓库中使用堆垛机作为起重堆垛设备，第一座自动化立体仓库由北京机械工业自动化研究所等单位研发成功并成功在北京汽车厂投用。上世纪由国内独立设计和制造的综合自动化程度最高的立体仓库则是由仪征化纤工业联合公司于1995年建成的涤纶自动化立体仓库[2]。到了2010年，全国已经有大约2000座立体型仓 库[3] 。与此同时由于堆垛机立体仓库中最重要的起重设备， 1.2 堆垛机的分类 堆垛机分类方式很多，不过在立体仓库应用中，按结构及形式和运行轨迹分类是堆垛机最常见的分类方式 [4]。 堆垛机按用途分为：单元型，拣选型，单元-拣选三类。 按控制方式分为：手动，半自动和全自动三种。 按应用巷道数量分为：直道型，转弯型和转轨型三种。 按金属结构的形式分为：单立柱型堆垛机和双立柱型堆垛机两种。 1.3 单立柱型堆垛机的特点 单立柱型堆垛机特点有以下几点： (1)具有高可靠性的特点。单立柱型堆垛机所选电控器件均能够达到2万小时之后安全运行无故障的标准。 (2)具有高安全性的特点。单立柱堆垛机的三大机构都设有机械保护和电控保护设施。 (3)具有高智能化的特点。用户都能够通过触摸屏输入指令，其控制结构能够自动接收，分析和执行指令，并能自动记录并保存所有的状态信息和故障数据，并能够在运行过程中发生异常时，瞬间自动停止运行并进行报警。 (4)具有结构简单，灵活性高的特点。单立柱型堆垛机其起升结构是通过单根钢丝绳拉动的，相比双立柱型堆垛机不用考虑运动同步性的问题，结构简单许多，而且双立柱型堆垛机的结构多采用链条传动，而链条传动多是封闭链或者配重装置。在狭窄型的巷道内受尺寸影响很大，很难布置。桥式堆垛机的一切运动均需通过立柱上的取货装置实现，因此桥式堆垛机的作业高度不够高，一般只能在h12m,r20m的仓库中使用。而单立柱堆垛机作业高度可达45米左右，与桥式相比单立柱型空间利用率更高，另外单立柱堆垛机不需要设置操作驾驶室，灵活性也比桥式堆垛机好很多。 (5)具有操作简单的特点。采用触控屏的操作方式，省去了一系列不必要的按钮，一切操作均能够最终靠触屏完成 1.4本章小结 本章介绍了本课题的研究背景和国内外关于本课题的现状，分析了我国堆垛机与国外的差距，提到了堆垛机的分类方式主要为轨迹和金属结构两种方式，同时主要讨论了单立柱堆垛机相比其他种类堆垛机具有高可靠性，高安全性，高智能化，操作简单等特点。 第二章 堆垛机的结构设计及布置 2.1 单立柱型堆垛机的结构组成部分 单立柱堆垛机主要由以下几部分组成：上横梁，行走机构，立柱，提升机构，载货台，和电气控制设备等[5]。本文所设计的单立柱型堆垛机的设计方案如图2-1所示： 图2-1堆垛机整体结构布置方案 1-天轨 2-定滑轮 3-钢丝绳 4-卷筒 5-电磁制动器 6-立柱 7-提升机构 8-载货台 9-行走机构，10-地轨 2.2单立柱型堆垛机的工作方式 巷道式单立柱型堆垛机一般通过安全滑触线进行供电，从而实现在巷道内水平移动，垂直移动，货叉伸缩叉取货物等动作。其工作方式分为三个方面，在地面导轨上的水平移动，可以将其视为Y方向移动，载物台在钢丝绳的作用下在竖直方向上升或下降，可以视为在Z方向移动，载物台上面的伸缩货叉运动与行走运动的方向垂直，伸缩货叉进行货物的运输与传送，与货架的方向延伸垂直，可以视为X方向，从而可以建立三维坐标系从而将这三种运动添加进去。 2.3堆垛机各部分的速度计算及选择 启动时由于惯性的原因容易使货物倒塌。因此带有司机室的堆垛机的加速度一般设置在0.3~0.5m/s2。使用箱式托盘的堆垛机的加速度应设置在1m/s2以下，走行停止前微动速率度宜为4~6m/s，微动行程约为0.3~0.6m。另一方面，为确保载货台的能够准确地停住，因此停止前的升降微动速率设置在5m/min以下。 2.3.1行走速度的选择 （2-1） =1.732m/s =103.92m/min 参考表2-1[4]选择行走速度为100m/min。 式中Vx—堆垛机的行走速度（m/min）；bx—堆垛机的行走加速度（m/s2）； L—最大行走距离（m）。 2.3.2升降速度的选择 （2-2） =0.288m/s =17.32m/min 参考表2-1【4】可得，选择堆垛机的升降速度为20m/min。 式中Vw—堆垛机的升降速度（m/min) H—最大升降距离（m） 表2-1 JBT_9018-1999有轨巷道式高层货架仓库各部分速度表 名称 速度值 m/min 水平运动速度VK 25,31.5,40,50，63,80,100,125,160 Vn 6.3,8,10,12.5,16,20,25,31.5 货叉伸缩速度Vt 5,6.3,8,10,12.5,16,20 2.3.3货叉的伸缩速度的选择` 根据任务书要求，选择货叉伸缩速度为15m/min。 根据以上堆垛机计算结果，可得堆垛机各部分运动数据，见下表2-2 表2-2堆垛机各机构运动速度与加速度表 行走速度(m/min) 行走 升降速度 升降加速度 (m/s2) 货叉伸缩速度(m/min) 货叉伸缩加速度(m/s2) 加速度 (m/min) (m/s2) 100 0.4 20 0.3 15 0.2 2.4 载货装置工作原理及结构设计 载货装置主要有载物台和伸缩货叉组成，载货台的主要作用为承接货物，钢丝绳是将载货台与起升结构相连接的载体，载货台沿着立柱上的导轨通过滑轮上下移动，达到垂直运动的目的。伸缩货叉即为存取货装置，一般有两种传动形式，齿轮-齿条传动，齿轮—链条传动。齿轮-齿条传动可以将齿轮的旋转运动转换为直线运动，具有承载力大，传动精度较高，无限长度对接，能达到很高传动速度等优点，缺点是如果加工安装精度不够，将会引起齿轮-齿条传动时噪声较大，且容易发生磨损。齿轮—链条传动，即使两根轴的中心距很远，一样可以传递运动和动力。可以在载荷很大，灰尘大，温度高，传动速度很低等恶劣情况下进行作业。并可以确保传动比不会发生改变，可以传递较大的功率，链轮在轴向受力很小，链传动的传动效率高。缺点是：当铰链磨损后，会导致节距变大甚至脱节，对于链轮的维护和保养要求很高。根据本文需求，选择齿轮-齿条传动和齿轮-链条传动相结合的传动形式。如图2-2所示和图2-3所示，其工作原理为：动力源从减速电机传出，经联轴器和行走轮箱，将动力传送到主动轴，主动轴通过链轮带动从动轴转动 ，一轮和二轮上的齿轮与齿条啮合，齿条与货叉相连，齿轮与齿条运动时带动货叉向左右伸缩，达到伸缩取物的目的 图2-2载货装置简图 1-减速电机2-行走轮组3-链轮 4-下盖板5-齿轮6-从动轴2轴7-主动轴1轴8-齿轮 图2-3齿轮齿条传动图 2.5提升机构的工作原理及结构设计 提升机构主要作用是实现堆垛机载货装置在竖直方向的升降，一般组成部分有：减速电机，柔性件和卷筒。钢丝绳和起重链作为最常见的两种柔性件，钢丝绳相比起重链，其布置和安排较容易，本文选择钢丝绳作为柔性件。其好处在于：用钢丝绳传动，受力均匀，传动速度稳定，另外钢丝绳断裂时是先从外面开始有破损，因此容易被发现并进行更换，能够显著降低事故发生概率。卷筒组驱动钢丝绳转动，钢丝绳通过上横梁的定滑轮进行力的方向的转移，钢丝绳和载货装置相连，带动载货装置沿导轨上升或下降。提升电机可以通过PLC变频进行控制，提升机构上升或者下降的瞬间加速度不会很大，钢丝绳受力不会过大，从而能够减少钢丝绳的磨损或者断裂的情况发生。其基本设计思路如图2-4所示： 图2-4行走机构简图 1-基座 2-齿轮3-电机 4-卷筒轴 5-输入轴 其工作原理为：动力由减速电机传出，经由小齿轮带动大齿轮转动，卷筒轴通过左右端盖固定在支承座上，卷筒和卷筒轴通过键连接，大齿轮通过轴肩固定在卷筒轴上，当大齿轮转动时带动卷筒和卷筒轴进行转动，钢丝绳缠绕在卷筒上，钢丝绳带动载货装置以一定的速度上升，达到垂直升降的目的。 2.6行走机构的工作原理及结构设计 行走机构是有轨巷道式堆垛机能够实现水平方向移动的重要部分，其主要的组成部分有：减速电机，下横梁，行走轮组。其基本设计思路如图2-5所示。 由于行走机构承受堆垛机所有的Z方向的载荷，出于安全和精度考虑，行走机构选择链条传动，可以在承受重载的情况下安全地行走，动力由减速电机经行走轮箱传出，带动电机传动轴转动，链轮和电动机传动轴相连，同时另外一个链轮和主动轴相连，当电动机传动轴转动时，通过链轮，主动轴随之运动，由于在地轨上行走，通过摩擦力，主动轴的运动的同时，从动轴也跟着转动。水平运行的目的即可达到。 图2-5 行走机构简图 1-电动机 2-行走轮箱 3-电机支架 4-从动轴 5-电机传动轴 6-链 7-主动轴 2.7本章小结 本章主要介绍了堆垛机三大机构-载货装置，提升机构，行走机构的设计思路。载货装置选择齿轮-链轮和齿轮-齿条相结合的传动方式，提升机构选择齿轮传动，将电动机的动力通过齿轮传至卷筒，卷筒将钢丝绳卷入。行走机构因为承受重载的原因选择链传动，电动机的动力通过电动机传动轴传入主动轴带动行走机构进行运动。 第三章 安全保护设施的设计 由于堆垛机需要在狭窄的巷道中进行高速，高频率的运动，为了保护人身，设备和货物的安全，一系列的安全保护设施的设计是必须加入的。 3.1断绳保护装置设计 要使得载货台运行稳定可靠，必须要保证载货台在钢丝绳断裂之后能够迅速制动，防止载物台掉落。目前常用的装置有销式制动器，滑楔式制动器和偏心轮式制动器，本文选择销式制动器，制动原理为：当钢丝绳断裂或松动时，弹簧控制机构将销弹出，根部卡在载货台提升架上，端部卡在堆垛机立柱上，从而起到制动作用。其结构相对比较简单，制动时间很短，能够在断绳的瞬间制动，防止载物台下坠。其结构如图3-1所示 图3-1销式制动器简图 1-堆垛机立柱 2-卡销 3-防坠器支架 4-弹簧 5-滑轮 6-承重钢丝绳7-承重轴8-拉紧钢丝绳 3.2断电紧急停车装置设计 本文选用电磁制动器装置达到断电紧急停车目的，其工作原理为，当通电时，由于电磁作用，衔铁将电磁铁吸到一起，制动盘与卷筒分开，卷筒可以顺畅地将钢丝绳卷入卷筒，当断电时，由于失去了电磁作用，衔铁与电磁铁分开，在弹簧的作用下，制动盘压紧卷筒，使得卷筒不会产生转动，保证钢丝绳不会晃动，从而实现断电紧急停车的目的。 图3-2断电保护装置 1-衔铁2- 电磁铁3-支柱4-弹簧5-调整柱 3.3其他安全保护装置设计 （1）各部分限位保护装置：堆垛机的三大结构在运行路径的末端都设有机械和电气两种限位装置，从而保证堆垛机不会冲出轨道。 （2）联锁保护装置：货叉运动时其他电路是关闭的，其他运动进行时货叉伸缩电路是关闭的，从而保证堆垛机运行时不会发生多种运动重叠在一起的情况。 （3）货物正位探测装置：只有在堆垛机在Y方向和Z方向停准到达指定位置时，才可以进行货叉伸缩运动，因此能否精确定位是用来判断堆垛机的电气器件是否合格的一个标准，一般选择绝对认址的方式进行定位，其方法是采用激光测距仪计算货叉与基点之间的距离，根据计算出的距离与存储在PLC中的堆垛机货叉与基点的距离进行比较，确定堆垛机当前位置，进而判断是否进行货叉叉取货物动作。虽然成本较高，但由于其精确性很高，已经成为当前主流控制方式。 （4）货架货物探测装置：堆垛机在给货物进行入库时，首先要检测货架内是否已经有货物存放在里面，防止在货架上已经有货物的情况还进行入库业务，造成重复操作，引发事故。一般可以采用反射式光电传感器作为检测元件，当发现货架内有货物时，会发出报警并停止送货动作。 （5）货物外形检测；堆垛机的载物台上设置货物超高，超宽，超长检测装置，当货物超高，超宽或者超长时，堆垛机将会停止运动并通过蜂鸣器发出报警声音，其检测设施也为反射式光电传感器。 本章小结 本章主要介绍单立柱型堆垛机主要的安全防护装置的设计的具体方案，主要有限位
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