自動化立體倉庫堆垛機設計

1、中國礦業(yè)大學徐海學院畢業(yè)設計（論文） 目 錄第1章 緒論1第1.1節(jié) 研究的背景與內容11.1.1概述11.1.2有軌巷道堆垛機的發(fā)展現(xiàn)狀及特點21.1.3有軌巷道堆垛機的類型31.1.4巷道堆垛機的特點5第1.2節(jié) 設計的目的和意義6第1.3節(jié) 設計的內容及要求6第1.4節(jié) 設計參數(shù)7第2章 總體設計方案的確定8第2.1節(jié) 堆垛機三維運動速度的確定9第2.2節(jié) 堆垛機各個部分的方案選擇92.2.1堆垛機起升機構傳動方式的選擇92.2.2堆垛機行走機構傳動方式的選擇102.2.3堆垛機機架的設計思路112.2.4堆垛機貨叉的設計思路112.2.5堆垛機安全方案的確定142.2.6堆垛機電控部分

2、的設計14第2.3節(jié) 堆垛機的技術參數(shù)15第2.4節(jié) 堆垛機的技術要求16第3章 堆垛機起升機構的設計22第3.1節(jié) 起升機構的總體選型22第3.2節(jié) 卷筒的設計263.2.1卷筒部件計算263.2.2齒輪連接盤的計算31第4章 堆垛機行走機構和機架的選型設計35第4.1節(jié) 堆垛機行走機構的選型設計35第4.2節(jié) 堆垛機機架的選型設計38第5章 堆垛機貨叉的設計39第5.1節(jié) 貨叉?zhèn)鲃友b置的總體選型39第5.2節(jié) 貨叉?zhèn)鲃育X輪、齒條的計算39第5.3節(jié) 貨叉?zhèn)鲃渔溳?、鏈條的設計計算43第5.4節(jié) 制動器的制動容量的設計45第6章 堆垛機安全裝置47第6.1節(jié) 防撞保護裝置48第6.2節(jié) 鋼絲繩

3、斷繩保護裝置48第7章 堆垛機電控部分設計49第7.1節(jié) 電器控制系統(tǒng)507.1.1可編程控制器的結構及各部分的作用507.1.2可編程控制器的工作原理527.1.3可編程控制器的主要功能和特點54第7.2節(jié) 電器傳動系統(tǒng)557.2.1常用變速系統(tǒng)557.2.2變頻器的分類567.2.3變頻器的特點60第7.3節(jié) 電控原理60第8章 總 結62參考文獻63翻 譯64致 謝8385第1章 緒論第1.1節(jié) 研究的背景與內容1.1.1概述隨著生產力的發(fā)展, 生產規(guī)模的擴大和產品結構的調整, 客觀上要求作為工業(yè)企業(yè)物資供應基地的物資倉庫進行改建或擴建。但由于現(xiàn)有工業(yè)企業(yè)的用地受到限制,物資倉庫用地難以

4、擴展,所以只能充分挖掘潛力,有效利用現(xiàn)有庫區(qū)面積,并向空間發(fā)展,向空間要貨位。其主要途徑是變單層庫房為多層庫或立體庫。我國自70年代以來多層庫有了較快的發(fā)展，立體庫也有一定的發(fā)展。根據(jù)我國的實際情況,從今后的發(fā)展趨勢看,多層庫和立體庫都會繼續(xù)得到發(fā)展。并且，隨著企業(yè)生產與管理的不斷提高，越來越多的企業(yè)認識到物流系統(tǒng)的改善與合理性對企業(yè)提高生產率，降低成本非常重要。自動化立體倉庫是實現(xiàn)物流系統(tǒng)合理化的關鍵。它具有空間利用率高、便于實現(xiàn)自動化管理、實時自動結算庫存貨物種類和數(shù)量、立體倉庫信息庫可以和中央計算機系統(tǒng)聯(lián)網運行等許多優(yōu)點，對加快物流速度、提高勞動生產率、降低生產成本都有重要意義，已開始應

5、用于汽車、電子、醫(yī)藥、煙草、建材、郵電等許多行業(yè)。而堆垛機對立體倉庫的出人庫效率有重要影響，是立體倉庫能否達到設計要求和體現(xiàn)其優(yōu)點的關鍵設備之一。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，是在高層貨架的窄巷道內作業(yè)的起重機，通常簡稱為堆垛機。堆垛機是立體倉庫中最重要的起重運輸設備，可大大提高倉庫的面積和空間利用率，是自動化倉庫的主要設備，是代表立體倉庫特征的標志。堆垛機的功能是堆垛機接受計算機指令后，能在高層貨架巷道中來回穿梭，把貨物從巷道口出人庫貨臺搬運到指定的貨位中，或者把需要的貨物從倉庫中搬運到巷道口出人庫貨臺，再配以相應的轉運、輸送設備通過計算機控制實現(xiàn)貨物的自動出

6、人庫。在立體倉庫中的搬運設備有高位叉車、工業(yè)機器人、橋式堆垛機和有軌巷道式單雙立柱堆垛機。有軌巷道式雙立柱堆垛機由于效率高，高度可達30-40 m，便于實現(xiàn)無人操作，行走穩(wěn)定，載貨量大，噪聲小，在目前的立體倉庫中得到廣泛應用。1.1.2有軌巷道堆垛機的發(fā)展現(xiàn)狀及特點 隨著經濟全球化步伐的口益加快和信息技術的快速發(fā)展，傳統(tǒng)行業(yè)和消費方式正發(fā)生著深刻的變化，物流在經濟活動中的作用越來越受到企業(yè)的重視，物流人才的需求也在口益增長。目前，物流人才已經被列為我國12大類緊缺人才之一，有報道稱“物流人才的需求已超過600萬”。物流實驗室的建設正是要搭建一座理論與實踐的橋梁，目前，我國許多高校已經建立了物流

7、實驗室，據(jù)不完全統(tǒng)計，已經有160多所高校建立了自己的物流實驗室。物流實驗室為學生提供實訓平臺，深化學生對現(xiàn)代物流理論的理解，提高學生的操作能力，內融機械、電氣、電子及計算機等技術于一體的綜合技術，在這種技術中，不同領域和層次的知識與能力融會在一起。另外，為了更好的模擬貨物在自動化立體倉庫各倉儲單元內存儲的物流過程，研究提高物流效率以及堆垛機性能和作業(yè)效率方法，許多物流研究中心業(yè)紛紛建立起來。山東大學現(xiàn)代物流控制實驗中心是目前我國第一個現(xiàn)代的物流控制實驗室，在物流調度、物流控制、機械手揀選控制和機器視覺的綜合研究和開發(fā)應用方面目前處于國內領先地位。圖1. 1是研究中心的小型倉儲系統(tǒng) 圖1.1

8、小型倉儲系統(tǒng)1.1.3有軌巷道堆垛機的類型 有軌巷道堆垛機可按其結構形式、支承方式和運行軌跡等進行分類，一般可分為以下幾種類型:(1)按結構形式，分為雙立柱有軌巷道堆垛機和單立柱有軌巷道堆垛機：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。立柱形式有方管和圓管兩種，方管可兼作起升導軌，圓管需要附加起升導軌。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。其結構如圖1.2所示。 圖1.2雙立

9、柱有軌巷道堆垛機單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。單立柱堆垛機的起升結構，普遍采用鋼絲繩傳動，由電機減速機驅動卷筒轉動，通過鋼絲繩牽引載貨臺沿立柱或起升導軌作升降運動。對于鋼絲繩傳動，傳動和布置相對容易，但定位準確性稍差。其結構如圖1.3所示。 圖1.3單立柱有軌巷道堆垛機(2)按支承方式分類，

10、有軌巷道堆垛機分為懸掛型和地面支承型。懸掛型有軌巷道堆垛機懸掛型有軌巷道堆垛機懸掛在巷道上方的軌道上運行，其運行機構安裝在堆垛機門架的上部。在地面鋪設導軌，使門架下部的導向輪以一定的間隙夾在導軌的兩側，從而防止堆垛機運行時產生擺動和傾剎。懸掛式堆垛機有如下優(yōu)點:在設計門架時，可以不考慮橫向的彎曲強度，鋼結構的自重可以減輕，加減速時的慣性擺動小，穩(wěn)定所需的時間短;其缺點是維修和檢查不方便。地面支承型有軌巷道堆垛機堆垛機的運行軌道鋪設在地面上，堆垛機用下部行走輪支承和驅動，上部導向輪用來防止堆垛機傾倒或擺動。和懸掛型有軌巷道堆垛機相比，這種堆垛機的立柱主要考慮軌道平面內的彎曲強度，因此，需要加大立

11、柱在行走方向截面的慣性矩。由于驅動裝置均裝在下橫梁上，容易保養(yǎng)和維修。(3)按其運行軌跡形式不同，分為直線運行型堆垛機和曲線運行型堆垛機。直線運行型堆垛機直線運行型堆垛機只能在巷道內直線軌道上運行，不能自行轉換巷道。只能通過其他輸送設備轉換巷道，直線運行型堆垛機可以實現(xiàn)高速運行，能夠滿足出入庫頻率較高的立體倉庫作業(yè)，應用最為廣泛。曲線運行型堆垛機曲線運行型堆垛機行走輪與下橫梁是通過垂直軸鉸接的，能夠在環(huán)形或其他曲線軌道上運行，不通過其他輸送設備便可以從一個巷道自行轉移到另一個巷道。曲線運行型堆垛機在使用上有局限性，只適用于出入庫頻率較低的立體倉庫。本文研究的堆垛機是結構形式為雙立柱，支承方式為

12、地面支承型，并且其運行軌跡為直線型巷道堆垛機。1.1.4巷道堆垛機的特點 由于使用場合的限制，巷道堆垛機在結構和性能方面有以下特點：(1) 整機結構高而窄，其寬度一般不超過儲料單元的寬度，因此限制了整機布置和結構選型。(2) 金屬結構件除應滿足強度和剛度要求外，還要有較高的制造和安裝精度。(3) 采用專門的取料裝置，常用多節(jié)伸縮貨叉或貨板機構。(4) 各電氣傳動機構應同時滿足快速、平穩(wěn)和準確。(5) 配備可靠的安全裝置，控制系統(tǒng)應具有一系列連鎖保護措。第1.2節(jié) 設計的目的和意義倉儲自動化建設是一項系統(tǒng)工程，物資儲運作業(yè)自動化是其重要的內容。實現(xiàn)倉庫物資儲運作業(yè)自動化，倉儲機械設備、設施及管理

13、、信息、人才系統(tǒng)配套、協(xié)調發(fā)展是重要的發(fā)展趨勢。通過引入計算機、自動控制技術和人工智能等高新技術對倉儲機械的技術該做，倉儲機械的技術性能將較大提高。載重量大、機動性強、操作方便、可維修性好的叉車、無人叉車、牽引車、托盤運輸車、堆高車、堆垛機、碼垛機、管道輸送機、帶狀輸送機、自動揀選機等先進的裝卸搬運機械設備將廣泛應用于倉儲系統(tǒng)。本設計通過設計用于倉儲貨架的堆垛機，完成堆垛機水平行走機構、起升機構、載貨臺及貨叉機構、機架和電氣設備的設計，能及時、準確地把物品自動送到指定位置，從而加深對堆垛機的認識與了解。第1.3節(jié) 設計的內容及要求有軌巷道堆垛機的內容包括:第一，分析、論述目前堆垛機堆垛的原理、

14、方法，堆垛機的設計思路，探討各種解決途徑。第二，論述本設計采用的方法、原理及可行性，進行結構設計、運動學計算和強度計算。第三，堆垛機的工作方式及貨物識別控制原理。第四，繪制堆垛機總裝圖和主要零部件圖及控制電氣原理圖。有軌巷道堆垛起重機的設計要求包括：1，結構簡單、操作方便。2，堆垛方式準確可靠。3，結構緊湊堅固，使用維護方便，外形美觀。第1.4節(jié) 設計參數(shù)立體倉庫為8巷道16排40列7層堆垛機總高度：8m 總長度：3.1m 總寬度：1m堆垛機額定起重量300kg行走最大速度130m/min(2.2m/s)升降最大速度30m/min(0.5m/s)貨叉速度9m/min(0.15m/s)加減速度：

15、升降0.6 行走0.6 伸縮0.2貨架上下7層，層高1100mm貨架每層40格，格寬900mm貨箱尺寸：長寬高600500800mm貨格尺寸：長寬高9006001100mm寬度方向為貨叉叉取方向第2章 總體設計方案的確定為使堆垛機能夠準確、快速、安全、自動搬運貨物出人庫，必須滿足以下設計要求:(1)具備三維運動功能，即堆垛機沿巷道來回運動、載貨臺垂直運動、貨叉沿貨架方向雙向伸縮; (2)滿足一定的定位精度，重復定位精度誤差不能超過10 mm; (3)具備安全保護措施;(4)在滿足強度、剛度和可靠性的前提下，盡量減小堆垛機各部分的重量，以減小提升功率和行走時的摩擦阻力;(5)保護倉庫環(huán)境，避免貨

16、物污染受損。堆垛機的組成：圖2.1 有軌巷道式雙立柱堆垛機1.天軌 2.天軌導向輪 3.上橫梁 4.立柱 5.鏈輪 6.載貨臺導向輪 7.載貨臺頂輪 8.電器柜 9.輪系 10.地軌 11.下橫梁 12.電機 13.卷筒 14.減速器 15.載貨臺 16.貨叉 17.載貨臺立板第2.1節(jié) 堆垛機三維運動速度的確定(1)行走速度的確定：40900=36000mm=36m行走加速度為最優(yōu)行走速度為，取為130m/min(2)升降速度的確定貨架高度為711007700mm=7.7m最優(yōu)升降速度為，取為30m/min,即0.5m/s(3）貨叉速度的確定：貨叉伸縮長度為0.46m=460mm 伸縮加減速

17、度為最優(yōu)伸縮速度為，取為9m/min取微升降高度為8mm第2.2節(jié) 堆垛機各個部分的方案選擇2.2.1堆垛機起升機構傳動方式的選擇巷道式堆垛起重機的起升機構是使載貨臺垂直運動的機構，主要由電動機、制動器、減速器、卷筒或鏈輪以及相應的柔性件組成。電動機通過減速器帶動柔性件使載貨臺升降。常用的柔性件有鋼絲繩和起重鏈兩種。鏈條傳動的缺點是自重量大，有可能突然斷裂，不安全，因而本傳動機構選用鋼絲繩，鋼絲繩的優(yōu)點是質量輕，使用安全，工作噪聲低，便于維護保養(yǎng)等等。在堆垛機特殊的工作環(huán)境下，為了使起升機構結構緊湊，本設計使用帶制動器的電動機。這種電動機具有錐形轉子，通電時，轉子在磁拉力作用下產生一定的軸向位

18、移，使尾部的錐形盤式制動器同時打開。斷電時，磁拉力消失，制動器在彈簧作用下又重新上閘，使電動機很快地停住。起升機構的位置布置在堆垛機的下部，位于立柱外側。聯(lián)軸器選用梅花形彈性聯(lián)軸器，此聯(lián)軸器是由帶突爪的形狀相同的兩個半聯(lián)軸器和梅花形彈性元件組成，將梅花形彈性元件置于兩個半聯(lián)軸器的突爪之間以實現(xiàn)聯(lián)結。聯(lián)軸器工作時，梅花瓣受壓。單向運轉時只有半數(shù)花瓣參與工作，半數(shù)不承載；反向運轉時，亦是如此。此聯(lián)軸器具有結構簡單，零件數(shù)少，徑向尺寸小，不需潤滑；彈性塊受壓，承載能力較高等特點。減速器選用JZQ型減速器，它是特為起重機設計制造的低硬度齒面的減速器，制造工藝較容易，有很多中小型廠均有現(xiàn)成產品供貨。卷筒

19、為與減速器配合的自制卷筒，通過齒輪連接盤與減速器的低速軸齒輪軸端相連。此卷筒的特點是卷筒軸不受轉矩，只承受彎矩，為封閉式傳動，不易受外界環(huán)境干擾。鋼絲繩的一端固定在卷筒上，另一端固定在機架的上橫梁上，鋼絲繩通過安裝在立柱上的定滑輪導向，帶動安裝在載貨臺上的兩個動滑輪使載貨臺升降。2.2.2堆垛機行走機構傳動方式的選擇堆垛機的行走機構是堆垛機水平運行的驅動裝置。一般由電動機、聯(lián)軸器、制動器、減速箱和行走車輪組成。本設計選用三合一減速器，把突緣電動機、盤式制動器和減速器做成整體，選用標準件，提高了系統(tǒng)的可靠性。采用帶平衡架及水平輪的車輪組，平衡架使兩個車輪的輪壓相等，車輪為無輪緣圓柱車輪，是為了避

20、免車輪在運行時輪緣啃軌，同時為了防止出軌在軌道兩側加水平導向輪。本傳動系統(tǒng)為地面支承式，三合一減速器和車輪組安裝在堆垛機下橫梁下方起支承和驅動作用，上部用導向輪運行在工字鋼的下翼緣上來防止堆垛機傾倒或擺動。由于驅動裝置裝在堆垛機下下部，容易維修保養(yǎng)。2.2.3堆垛機機架的設計思路上橫梁是由四塊鋼板焊接而成的箱形結構，其與立柱間通過焊接聯(lián)結在一起。立柱由角鋼和鋼板焊接而成的箱式矩形斷面，具有抗扭、抗彎剛度大，重量輕，耐磨性好等特點。下橫梁也是由四塊鋼板焊接的箱式矩形斷面，具有較大的抗扭、抗彎剛度。下橫梁與立柱間通過焊接聯(lián)結在一起。2.2.4堆垛機貨叉的設計思路貨叉裝置是堆垛機存取貨物的執(zhí)行機構，

21、裝設在載貨臺上。本機構采用二級直線差動式伸縮貨叉，由上叉、下叉及起導向作用的滾針軸承等組成，以減少巷道的寬度，且使之具有足夠的伸縮行程。由于存取貨物時貨叉伸出的距離已經超過本身的長度，所以貨叉為級伸縮裝置，下叉固定在載貨臺本體上，起支承作用，上面的上叉叉取貨物。貨叉的伸縮可以采用齒輪齒條傳動或者鏈輪鏈條傳動，本設計采用齒輪齒條傳動，齒輪齒條傳動具有結構簡單，傳動關系清晰等優(yōu)點。貨叉裝置采用二級直線式伸縮貨叉，叉體體積小、剛性大，且具有超載保護功能。貨叉主要由電動機、聯(lián)軸器、減速器、鏈輪鏈條傳動裝置、齒輪齒條傳動裝制、下叉、上叉和滾針軸承等組成。 圖2.1 貨叉結構示意圖1.上叉叉板 2.上叉活

22、動導軌 3.上叉支承板 4.上叉擋板 5.上叉齒條板 6.滾針軸承 7.下叉立板 8.下叉底板 9.軸承支承板 10.傳動軸11.鏈條 12.減速器 13.聯(lián)軸器 14.傳動齒輪 15.電動機 16.下叉擋板結構示意圖如上圖22所示。上叉由上叉叉板、上叉支承板、上叉齒條板組成，上叉叉板直接承載貨箱，為了防滑選用花紋鋼板，上叉支承板則安裝有支承上叉的四個滾針軸承，使上叉相對于中叉運動，上叉齒條板下方焊接有齒條，由裝在中叉連接板上的雙嚙合齒輪傳遞動力。中叉由中叉活動導軌、中叉連接板、中叉齒條板組成，中叉活動導軌支承在四個滾針軸承上，四個滾針軸承分別裝在下叉立板和下叉支承板上，中叉連接板則把中叉齒條

23、板、中叉活動導軌和雙嚙合齒輪連接起來，中叉齒條板下方焊接有齒條，通過傳動軸上的齒輪傳遞動力。下叉由下叉支承板、下叉立板、下叉齒條板和下叉底板組成，下叉支承板下部安裝有滾針軸承，支承起傳動軸，上部安裝有支承中叉活動導軌的滾針軸承，下叉立板也安裝有支承中叉活動導軌的滾針軸承，下叉齒條板的頂部裝有齒條，提供與雙嚙合齒輪嚙合的下齒條，下叉底板則是整個貨叉的支承板，其上固定有電動機、減速器、下叉立板、下叉齒條板、下叉支承板和雙向擋板。焊接在下叉底板上的雙向擋板則限制貨叉的極限伸縮位置。整個貨叉的傳動原理是，電動機通過聯(lián)軸器、減速器減速把動力傳遞給減速器軸端的鏈輪，軸端鏈輪通過鏈條把動力傳遞給傳動軸，傳動

24、軸上的鏈輪和減速器軸端的鏈輪一樣大，鏈輪鏈條傳動比為1。安裝在傳動軸軸端的齒輪通過中叉齒條板把動力傳遞給中叉，使中叉以一定的速度相對于下叉運動，而安裝在中叉連接板上的雙嚙合齒輪以中叉速度與中叉一起運動，雙嚙合齒輪下面與下叉齒條板上的齒條嚙合，上面與上叉齒條板上的齒條嚙合，下叉齒條板不動，那么上叉齒條板則以二倍于中叉的速度向前運動。當電動機反向時中叉與上叉則反方向運動，從而實現(xiàn)貨叉的雙向存取貨物。焊接在下叉底板上的雙向擋板與焊接在中叉連接板底部的雙向擋板配合使用，當貨叉運行到極限位置時上、下雙向擋板相碰，從而使貨叉停止運動。聯(lián)軸器為限力矩聯(lián)軸器，當力矩超過設定值時，聯(lián)軸器內部的鋼珠打滑，從而保護

25、貨叉受到破壞，提高系統(tǒng)的安全性。本貨叉?zhèn)鲃酉到y(tǒng)除了電動機、聯(lián)軸器和減速器安裝在貨叉左側以外，基本為對稱布置，左半部分相當于左貨叉，右半部分相當于右貨叉，這樣鏈輪鏈條傳動布置于貨叉中間，從而提高系統(tǒng)的平穩(wěn)性。2.2.5堆垛機安全方案的確定為了保護人身、設備和貨物的安全，堆垛機必須具有完善的安全保護措施：（1）堆垛機在行走、載貨臺升降和貨叉伸縮終端處都設有機械和電氣限位裝置。（2）貨物檢測載貨臺上設有貨物超高、超長和超寬檢測裝置。在貨物進入載貨臺時，當檢測到貨物超過設定高度、長度或寬度時，堆垛機便停止運行并報警。一般允許誤差為30一40 mm，檢測元件采用對射或反射式光電傳感器。（3）載貨臺上還設

26、有檢測貨叉是否回位、貨叉上有無貨物和貨位中有無貨物的裝置。如貨叉沒有回位，堆垛機不能水平運行;如貨叉上已有貨物，則不能再取貨;人庫時，必須檢測貨位中有無貨物，以避免發(fā)生事故。（4）斷電保護如載貨臺升降過程中忽然斷電，則通過提升電機制動使載貨臺停在當前位置，不會掉落下來。（5）載貨臺斷鏈保護提升鏈條通過壓簧與載貨臺相連，當鏈條由于長時間使用或意外原因忽然斷裂時，彈簧彈開鏈條，檢測裝置檢測到鏈條時，便驅動相應裝置使載貨臺停在當前位置，不至于掉下來，同時整個堆垛機停止運行。2.2.6堆垛機電控部分的設計巷道式堆垛起重機電氣設備主要包括電氣傳動和控制設備。電氣傳動設備采用變頻調速，具有較好的調速性能。

27、控制設備采用可編程序控制器，具有可靠性高，抗干擾能力強等特點。第2.3節(jié) 堆垛機的技術參數(shù)堆垛機作為立體倉庫中重要的運輸設備，其各項技術參數(shù)的選用，將直接影響到整座立體倉庫的運行效率和經濟效益。合理的選擇各項參數(shù)，將大大提高整個系統(tǒng)的運行效率和經濟效益。我國現(xiàn)階段立體倉庫中，堆垛機技術參數(shù)的選用上，和世界先進水平相比，存在著較大的差別。（1）堆垛機的速度參數(shù)。與堆垛機的速度有關的參數(shù)，主要指水平運行速度、起升速度和貨叉伸縮速度。這三項參數(shù)的高低，直接關系到出入庫頻率的高低。（2）堆垛機的尺寸參數(shù)。堆垛機的尺寸參數(shù)較多，例如起升高度、下降深度、整機全長、最低貨位極限高度等。其中最低貨位極限高度，

28、即貨叉上表面從最低一層貨格的低位到地軌安裝水平面的垂直距離。該參數(shù)涉及合理利用有效空間，增加庫容量，亦是評價堆垛機設計水平的標準之一。目前，國內立體倉庫堆垛機的最低貨位極限高度普遍偏高。（3）堆垛機的貨叉下?lián)隙?。貨叉下?lián)隙?，是堆垛機的一項非常重要的性能參數(shù)，直接關系到堆垛機是否能正常工作。因結構型式、材料及加工熱處理工藝的限制，同等狀況下，目前國內立體堆垛機的貨叉下?lián)隙纫葒獯?0%30%。改進貨叉結構，合理選材，提高工藝手段，是減少貨叉下?lián)隙龋ＷC堆垛機工作性能的重要措施。（4）堆垛機的噪音。堆垛機在高速運行和升降中，特別是在同時進行時，由于車輪與軌道摩擦和提升鏈條或鋼絲繩的振動、摩擦等，

29、將產生較大的噪音。標準中規(guī)定，堆垛機在工作時，其噪聲值不高于84分貝。目前立體倉庫實際應用表明，對于行走速度不超過80米/秒的，還可以保證，超過100米/秒以上的，一般難以保證。（5）堆垛機的驅動機構。目前，國內立體倉庫堆垛機的驅動機構中，電機減速機普遍采用德國、日本、意大利的產品，也有少數(shù)采用國內的電機減速機。由于堆垛機是立體倉庫中最重要的運輸設備、各項技術參數(shù)和綜合性能要求都非常嚴格，如無故障率應大于97%，停準精度10mm，以及噪音要求等。這就要求電機減速機的可靠性非常高。因此，現(xiàn)階段在驅動機構中電機減速機的選用上，建議選用國外先進的產品，以保證堆垛機的整機性能。（6）堆垛機的起重量和載

30、荷參數(shù)。包括額定起重量、總起重量、堆垛機總重量、堆垛機設計重量和輪壓。額定起重量是堆垛機的主要性能參數(shù)、它是堆垛機允許起升的貨物和托盤（或貨箱）的質量的總和。總起重量是被起升的貨物，托盤（或貨箱）、貨叉、司機室、載貨臺、固定在載貨臺上的屬具（包括動滑輪組，起重鋼絲繩及其它零、部件）及人的質量的總和。堆垛機總重量是堆垛機各部分質量的總和（包括機上電源裝置、信號傳輸裝置、控制柜、平衡重和潤滑劑在內）。堆垛機設計重量是整機總質量中，除去潤滑劑的堆垛機質量。輪壓是一個車輪傳遞到軌道或地面上的最大垂直載荷。按工況不同，分為工作輪壓和非工作輪壓。第2.4節(jié) 堆垛機的技術要求堆垛機是自動化立體倉庫的心臟部分

31、。自動化立體倉庫的優(yōu)越性必須通過堆垛機才能充分體現(xiàn)出來。為此，堆垛機必須有嚴格的技術要求。堆垛機的正常工作條件：（1）堆垛機正常工作的環(huán)境溫度范圍為-540攝氏度，在24小時內平均溫度不超過35攝氏度。在40攝氏度的溫度條件下，相對濕度不超過50。溫度較低時相對濕度可以高一些（2）堆垛機工作環(huán)境的污染等級應在國家規(guī)定范圍之內。（3）堆垛機工作環(huán)境的污染等級應在國家規(guī)定范圍之內。（4）供電電網進線電源為頻率是50赫茲，電壓是380伏的三相交流電，電壓波動的允許偏差為。堆垛機用的金屬結構件的材質：必須按國家規(guī)定的行業(yè)標準來選擇鋼材，如上橫梁、下橫梁、立柱和載貨臺等重要構件。對車輪、齒輪、滑輪、卷筒

32、和貨叉等重要零件的材質必須保證。堆垛機結構件的焊接：首先要求焊條、焊絲和焊劑必須與被焊接的材料相適應。焊接坡口應符合國家技術標準。焊接不得有明顯缺陷，重要構件的主要受力部件的焊縫質量等級不得低于GB/T33231987中的級。對通用零部件的要求：（1）對鏈條鏈輪的要求堆垛機載貨臺頻繁地上下運動主要是靠鏈輪和鏈條來完成的。為此要求采用短節(jié)距精密滾子鏈。要求鏈輪的齒形和公差應符合GB/T12431997的規(guī)定，特別要求鏈輪的輪齒和凹槽不得有損傷鏈條的表面缺陷。此外，必須經常潤滑鏈條和鏈輪。鏈條強度許用安全系數(shù)不得低于6。（2）對鋼絲繩的要求鋼絲繩必須采用GB/T89181996中規(guī)定的圓股鋼絲繩。

33、絕對不能把鋼絲繩接長之后再用。鋼絲繩強度許用安全系數(shù)不得小于6。（3）為了防止堆垛機停止時產生沖擊和振動，必須采用緩沖器減振緩沖器采用橡膠、工程塑料或液壓方式。要求緩沖器能承受堆垛機以70的額定載荷運行速度的撞擊。（4）對螺栓和螺母的要求要求主要受力部件所用螺栓性能等級不低于8.8級，螺母性能等級不低于8級。要求高強度螺栓性能等級不低于10.9S級，高強度螺母性能不低于10H級。（5）制造和組裝要求要求下橫要求堆垛機上橫梁的水平彎曲，K為上橫梁全長。梁的水平彎曲，B是主、從動輪軸距。按照機械工程實際經驗，只允許下橫梁向上拱曲，其上拱度。在制造中必須嚴格要求按照標準制造堆垛機的每一個零部件。此外

34、，對組裝后的堆垛機框架必須嚴格檢查各種尺寸。要求導軌之間平行度誤差小于6mm。對角線和的誤差小于4mm，道軌內側C值的誤差為，兩道軌同一側面的平面度公差值在4mm以內，對角線檢測點在距立柱上、下安裝面100mm處， 和之差在3mm之內。（6）性能要求貨叉的工作性能堆垛機工作臺升降時，貨叉對各貨位存取位置和最高、最低工作位置應滿足設計要求。貨叉在承載額定載荷條件下，工作行程應滿足設計要求，并且伸至最大行程時，貨叉下?lián)隙葢∮?0mm。貨叉伸縮的額定速度誤差不大于，貨叉伸縮和復位的停準精度小于。為了安全，要求貨叉伸出過程中碰到障礙物，當阻力達到一定值時，貨叉離合器打滑，使貨叉停止伸叉運動。堆垛機的

35、運行性能堆垛機運行的額定速度應符合設計值，誤差應小于。載貨臺升降性能載貨臺的升降額定速度應符合設計要求，誤差應小于，在速度換檔時不能有強烈的振動，并有良好的制動性能，其停準精度小于。動載荷試驗在堆垛機調試過程中，必須進行動載荷試驗，試驗載荷為，時堆垛機的額定起重量。在載荷條件下，進行堆垛機運行、載貨臺的升降和貨叉伸縮試驗。要求各部分運動和功能正常。靜載荷試驗對堆垛機除了動載荷試驗外，還要進行靜載荷試驗。靜載試驗載荷計算如下： （2.1）式中K靜載試驗的載荷系數(shù) （2.2）式中提升載荷系數(shù)，按如下規(guī)定選取：理論加速度 ；理論加速度 ；理論加速度 。式中額定提升（下降）速度（m/min）靜剛度試驗

36、堆垛機的靜剛度試驗載荷是額定起重量。在載貨臺升到立柱上限位置時進行測量，當提升高度不大于10m時，其靜剛度值應小于；當提升高度大于10m時，其靜剛度值應小于。為堆垛機全高。堆垛機的無故障率S為了確保自動化立體倉庫的正常運行，要求堆垛機的無故障率大于97。無故障率S的計算公式如下： （2.3）式中商定的試驗循環(huán)作業(yè)次數(shù)；在試驗過程中發(fā)生的故障次數(shù)堆垛機的噪聲要求堆垛機噪聲必須控制在84dB(A)之內。為了設計和制造出性能優(yōu)良的堆垛機，堆垛機的設計參考要點如下：1.起吊重力起吊重力包括吊具重力。額定載荷等于起吊重力減去吊具重力。2.水平載量為求吊具急停時的慣性力，把外框作為杭架結構來分析。為了求出

37、決定鋼結構的變形，必須計算應力和應變。3.增加系數(shù)在設計貨叉時，為防止特殊載荷條件下貨物傾倒，貨叉尺寸應比相應原設計尺寸增加。4.使用循環(huán)次數(shù)（壽命）堆垛機工作時間按8h/日，300日/年，1個工作循環(huán)為100s，開動率為0.7，壽命按10年計算，則5.重復載荷次數(shù)區(qū)分重 復 次 數(shù)1級小于次2級3級4級以上第3章 堆垛機起升機構的設計第3.1節(jié) 起升機構的總體選型起重量，起升速度v=0.5m/s，接電持續(xù)率JC=25%，起升高度H=8m1.定機構的工作級別堆垛機工作級別根據(jù)堆垛機使用條件的兩個重要數(shù)據(jù)載荷狀態(tài)和利用等級來劃分，是堆垛機設計的依據(jù)，現(xiàn)由設計原始數(shù)據(jù)和堆垛機實際運行情況選定三個參

38、數(shù)如下：利用等級T4，載荷情況L2，工作級別M42.計算鋼絲繩最大靜拉力并選擇鋼絲繩采用單聯(lián)滑輪組，此時：m=nm滑輪組倍率n懸掛物品撓性件分支數(shù)起升機構以省力鋼絲繩滑輪組作為執(zhí)行構件，選取懸掛物品撓性件分支數(shù)n為2，滑輪組倍率m為2鋼絲繩最大靜拉力為: （3.1）Q起升載荷（N），起升質量，即起重量（kg）qa滑輪組分支數(shù)q滑輪組倍率a滑輪組鋼絲繩卷入卷筒根數(shù)機構總效率，取為0.98本機構中q=2,a=1依據(jù)最大靜拉力選擇型的鋼絲繩，鋼絲強度極限取選擇系數(shù)C=0.099鋼絲繩直徑為 （3.2）取 鋼絲繩的最小破斷拉力（纖維芯鋼絲繩），鋼絲繩的安全系數(shù)為，滿足要求3.確定最小的卷繞直徑取彎曲頻

39、率系數(shù)，卷筒的工作級別系數(shù)，滑輪的工作級別系數(shù)，卷筒最小直徑， （3.3） 滑輪最小直徑 （3.4）設計采用齒輪連接盤式的單層卷繞單聯(lián)卷筒取以繩槽底測量的卷筒直徑（即卷筒名義直徑），則以鋼絲繩圈中心測量的卷筒直徑為146mm卷筒為標準槽形的卷筒，槽距t=7mm，則總長 （3.5）取L=300mm，滿足要求卷筒槽形的槽底半徑R3.3mm卷筒壁厚 （3.6）取卷筒強度計算： （3.7）其中，P=7mm材料為鑄造碳鋼ZG270500，則，滿足要求鑄鋼卷筒應進行退火處理，不得有裂紋，表面上不得有影響使用性能和有損外觀的顯著缺陷（如氣孔、疏松、夾渣等）。選擇以繩槽底測量的直徑為220mm的標準滑輪。4.

40、選擇電動機并驗算制動力矩選擇的是繞線式交流感應電動機電動機的靜功率為 （3.8）v額定起升速度（m/s）機構效率，初算時近似取m機構電動機個數(shù)選用Y100L1-4型電動機，功率為2.2KW，額定力矩為2.3Nm 同步轉速為1430r/min取，對繞線電動機，H=2.1，因此，滿足要求制動安全系數(shù)取k=1.75（重要起升機構），效率取，于是，滿足要求，其中最小制動轉矩R卷筒半徑，5.決定機構的傳動比并選擇減速器傳動系統(tǒng)的總速比為電動機額定轉速與卷筒轉速之比卷筒轉速根據(jù)起升速度v計算： （3.9）傳動總速比，選用JZQ標準減速器的第IV檔速比i=23.34，額定功率為3.1KW,額定轉速為1500

41、r/min.JZQ250型減速器，質量為100kg6.聯(lián)軸器的選擇此聯(lián)軸器為減速器高速軸使用的聯(lián)軸器，而減速器低速軸通過卷筒上的齒輪連接盤直接與卷筒連接聯(lián)軸器采用調節(jié)性能較好的梅花形彈性聯(lián)軸器選用LM3型梅花形彈性聯(lián)軸器即可，轉動慣量為，能長期傳遞的最大轉矩為200Nm，滿足要求第3.2節(jié) 卷筒的設計3.2.1卷筒部件計算卷筒名義直徑D=140mm，螺旋節(jié)距t=7mm，卷筒長度L=200mm，壁厚，鋼絲繩最大靜拉力（1）卷筒心軸計算軸的材料為45號鋼，調質處理。通過做草圖得到卷筒心軸的支點位置如下圖3.1所示，圖3.2為卷筒心軸的力學計算簡圖。圖3.1 卷筒心軸的支點位置圖3.2 卷筒心軸的計

42、算簡圖.支座反力軸右輪轂支承處最大彎矩軸左輪轂支承處最大彎矩計算選用右輪轂支承處最大彎矩.疲勞計算對于疲勞計算采用等效彎矩，選等效系數(shù)，等效彎矩 （3.10）彎曲應力 （3.11） 軸的載荷變化為對稱循環(huán)軸的材料為45號鋼許用彎曲應力 （3.12）式中n=1.6安全系數(shù)K應力集中系數(shù)，與零件幾何形狀有關的應力集中系數(shù)與零件表面加工光潔度有關的應力集中系數(shù)故，通過.靜強度計算卷筒軸屬于起升機構低速軸零件，其動力系數(shù)取為 （3.13） （3.14）許用應力 （3.15），通過故卷筒軸的疲勞和靜強度計算通過（2）選擇軸承由于卷筒軸上的左軸承的內、外圈以同樣轉速轉動，故無相對運動，可按照額定靜載荷來選

43、擇。右軸承的外座圈固定，內座圈與軸一同旋轉，應按照額定動負荷來選擇.左端軸承軸承的額定靜負荷 （3.16）式中額定靜負荷當量靜負荷安全系數(shù)，取選用調心球軸承，型號為1205，軸承的額定靜負荷，左軸承的當量靜負荷 （3.17）式中動負荷系數(shù)選取，安全.右端軸承令右端軸承也采用1205，其額定動載荷動負荷右軸承的徑向負荷 （3.18）軸向負荷設軸承工作時數(shù)，查得1205軸承的e=0.27，令，故x=1，y=2.4，當量動載荷 （3.19） （3.20）式中軸承的壽命，單位為h n軸承內外圈的相對轉速，r/min。C軸承的額定動載荷，單位N所以 （3.21）故動負荷，安全（3）繩端固定裝置計算根據(jù)鋼

44、絲繩直徑為6mm，選擇壓板固定裝置并將壓板的繩槽改用梯形槽。雙頭螺柱的直徑M6已知卷筒長度計算中采用的附加圈數(shù)，繩索與卷筒繩槽間的摩擦系數(shù)。則在繩端固定處的作用力 （3.22）壓板螺柱所受之拉力 （3.23）式中壓板梯形槽與鋼絲繩的換算摩擦系數(shù)。當時 （3.24）螺柱由拉力和彎矩作用的合成應力 （3.25）式中Z2（螺柱數(shù)）（螺紋內徑） （3.26）螺柱材料為Q235，屈服極限，則許用拉伸應力為 （3.27）式中取安全系數(shù)因為所以通過3.2.2齒輪連接盤的計算（1）選擇齒輪連接盤材料齒輪連接盤選用45號鋼，調質處理 HBS245-275HBS（2）按齒面接觸疲勞強度計算 （3.28） 確定齒輪

45、連接盤內齒輪傳動精度等級，第公差組7級齒輪連接盤內齒輪的分度圓直徑 （3.29）齒寬系數(shù)按齒輪相對軸承為懸臂布置取為內齒輪齒數(shù)Z40內齒輪轉速與卷筒轉速相同內齒輪轉矩=9.55106P/n9.551062.2/65.44=3.211Nmm （3.30）載荷系數(shù) K= （3.31）使用系數(shù)KA=1動載荷系數(shù)KV=1.2齒向載荷分布系數(shù)=1.齒間載荷分布系數(shù)1.1則載荷系數(shù)k的初值k=11.21.11.11.452彈性系數(shù)=189.8節(jié)點影響系數(shù)=2.5重合度系數(shù)=0.87許用接觸應力 （3.32）接觸疲勞極限應力=570N/應力循環(huán)次數(shù)得N=60nj=6076.71（83008）8.8 （3.3

46、3）則接觸強度得壽命系數(shù)硬化系數(shù)=1接觸強度安全系數(shù)57011/1.1=518 N/故的設計初值=79.6 齒輪模數(shù)m=79.6/40=1.99所以取m=2內齒輪分度圓直徑的參數(shù)圓整值為=Zm=402=80因為齒寬系數(shù)0.14所以齒輪齒寬對于正常齒，齒頂高齒根高齒頂圓直徑齒根圓直徑選取與齒輪連接盤相配的減速器，其低速軸齒輪軸端的模數(shù)為2mm，齒數(shù)為40（3）齒根彎曲疲勞強度校核計算 （3.34）齒形系數(shù) 內齒輪=2.60應力修正系數(shù) 內齒輪=1.60重合度系數(shù) （3.35）許用彎曲應力 F= （3.36）彎曲疲勞極限=460 N/彎曲壽命系數(shù)尺寸系數(shù)Yx=1安全系數(shù)=1.3則46011/1.3

47、=353.85 N/ （3.37）故=21.463211002.551.630.70/(601806) =32.18 N/第4章 堆垛機行走機構和機架的選型設計第4.1節(jié) 堆垛機行走機構的選型設計起重量，Q=2943N，運行速度v=2.3m/s，JC=25%,堆垛機自重m=5000kg，機構工作級別為M4，比值.確定車輪直徑根據(jù)經驗，由于機構布置上的原因，堆垛機自重在四個車輪上的分布是不均勻的，假設不均勻系數(shù)為1.2，則最大一個車輪由堆垛機自重引起的輪壓為：起升載荷在四個車輪上的分布可以認為是均勻的，于是每一只車輪由起升載荷產生的輪壓為：從而可得車輪的最小輪壓（就是空載輪壓）：最大輪壓為滿載輪

48、壓，即：車輪的等效疲勞計算載荷為： （4.1）采用帶平衡架及水平輪的車輪組，為了避免車輪在運行時輪緣啃軌，車輪采用無輪緣圓柱車輪，為了防止出軌在軌道兩側加水平導向輪，車輪直徑D=250mm，車輪允許輪壓為25.8KN，滿足要求.選擇電動機取運行阻力系數(shù)（滾動軸承），于是： （4.2）G運行質量的重力（N）取機構的總效率，則運行靜功率為： （4.3）選用機座號為QS08的三合一減速器，其內含電動機是機座號為112M的YZR型繞線型電動機，在JC=25%時，額定功率為1.831KW，同步轉速為1000r/min，轉動慣量.電動機發(fā)熱驗算穩(wěn)態(tài)功率 （4.4）G穩(wěn)態(tài)載荷平均系數(shù)對巷道堆垛機的運行機構，

49、CZ=600，對于YZR112型電動機，CZ=600時的允許功率為1.62KW，大于穩(wěn)態(tài)功率，因此發(fā)熱驗算通過.驗算減速器車輪的轉速 （4.5）傳動機構的速比為選用機座號為QS08的三合一減速器的IX檔，速比i=8.23，滿足要求.驗算制動器減速度取為,則減速時間于是制動轉矩為： （4.6）機座號為QS08的三合一減速器內含的盤式制動器制動力矩為200Nm，滿足要求.主動輪打滑驗算堆垛機運行機構采用單個車輪為主動輪，這樣主動輪的輪壓可取為總輪壓的四分之一 （4.7）取粘著系數(shù)，則粘著力為：不打滑的條件為： （4.8）上式右端，滿足要求D,d車輪及其軸徑（mm）M運行的總質量(kg)v額定運行速

50、度(m/s)起動時間（s）.鋼軌的選擇選用型號為P15的輕軌，頭寬42.86mm, 理論質量15.2kg/m, 與車輪相匹配第4.2節(jié) 堆垛機機架的選型設計天軌選用型號為30a的熱軋工字鋼，高度為300mm，與堆垛機上部的導向輪相匹配。地軌選用型號為15kg/m的輕軌，軌高為79.37mm，底寬為79.37mm，頭寬為41.86mm，與行走車輪組相匹配。機架的立柱是由角鋼和鋼板焊接而成的箱式矩形斷面結構，此結構具有抗扭、抗彎剛度大，耐磨性好等特點。立柱分段制造，每段3米，安裝時通過各段頭部的法蘭盤連接，再由高強度螺栓連接，立柱與下橫梁、上橫梁焊接在一起。立柱角鋼選用6.3號熱軋等邊角鋼，邊寬度為63mm，邊厚度為10mm，內圓弧半徑為7mm。立柱鋼板選用公稱厚度為25mm的熱軋鋼板，法蘭盤鋼板也選用公稱厚度為25mm的熱軋鋼板，螺栓選用M30高強度螺栓。下橫梁由四塊鋼板焊接而成，鋼板選用公稱厚度為50mm的熱軋鋼板。上橫梁也由四塊鋼板焊接而成，鋼板選用公稱厚