立體倉(cāng)庫(kù)堆垛機(jī)設(shè)計(jì)

1、自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)堆垛機(jī)的設(shè)計(jì)車小賀，王勁松，楊程程遼寧工程技術(shù)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，遼寧阜新（123000）e-mail：braveheart0910摘要：結(jié)合中型物流中心貨物流通的特點(diǎn)，將自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)技術(shù)應(yīng)用到大型物流系統(tǒng)中，設(shè)計(jì)了用于自動(dòng)分揀、儲(chǔ)存的堆垛機(jī)。堆垛機(jī)由前叉、中叉、后叉和導(dǎo)向滾子組成，具有結(jié)構(gòu)緊湊，傳動(dòng)方式簡(jiǎn)單，重量輕等特點(diǎn)。本文對(duì)堆垛機(jī)的三個(gè)貨叉的受力情況進(jìn)行了詳細(xì)分析，并在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了 plc 控制程序，對(duì)堆垛機(jī)的行走進(jìn)行控制。完善了立體倉(cāng)庫(kù)中堆垛機(jī)部分的設(shè)計(jì)，為自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供了參考借鑒，適用于高速流通的倉(cāng)儲(chǔ)控制系統(tǒng)。關(guān)鍵詞：立體倉(cāng)庫(kù)；堆垛機(jī)；受力分析；plc

2、控制中圖分類號(hào)：tp273 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:a1.引言隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，現(xiàn)代物流技術(shù)在我國(guó)也得到了很大的提高，特別是作為現(xiàn)代物流技術(shù)典范的自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)技術(shù)尤其令人關(guān)注。自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)，是實(shí)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(shí)現(xiàn)自動(dòng)化管理、實(shí)時(shí)自動(dòng)結(jié)算庫(kù)存貨物種類和數(shù)量、立體倉(cāng)庫(kù)信息庫(kù)可以和中央計(jì)算機(jī)系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行等許多優(yōu)點(diǎn)。對(duì)加快物流速度、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、降低生產(chǎn)成本都有重要意義。2.自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)構(gòu)成2.1貨物流通過程貨物在倉(cāng)庫(kù)中的存儲(chǔ)過程是貨物流通的一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)，其構(gòu)成如圖 2-1 所示。據(jù)對(duì)沈陽(yáng)市物流中心的調(diào)查，貨物的分揀和出入庫(kù)基本上仍然是手工作業(yè)，貨物

3、流通的時(shí)間滯后在很大程度上是由這一環(huán)節(jié)造成的，而且由于是人工作業(yè)，工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度很大，貨物的損壞、丟失及其它管理不善也時(shí)有發(fā)生。從這個(gè)角度上說(shuō)，在物流倉(cāng)庫(kù)中引進(jìn)自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)技術(shù)是很有必要的。圖 2-1 貨物流通過程示意圖2. 2自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)的組成自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)大致由三部分組成：1.高層立體式堆貨架；2.入出庫(kù)用搬運(yùn)機(jī)(堆垛機(jī)、貨物分配車等)；3.信息處理控制設(shè)備(計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)通信裝置等)。倉(cāng)庫(kù)的平面布置一般有三- 1 -種形式：l 型、u 型和直線型，其余的形式都是這三種形式的變形，其中直線型布置簡(jiǎn)潔，易于實(shí)現(xiàn)，應(yīng)用也最為廣泛1。3.機(jī)械部分設(shè)計(jì)3.1 輸送伸縮式貨叉由于輸送車是輸送貨物的重要

4、工具，一般都由前叉、中間叉、固定叉以及導(dǎo)向滾子組成。按驅(qū)動(dòng)方式貨叉可分為：1.差動(dòng)齒輪動(dòng)驅(qū)動(dòng)方式；2.齒輪齒條驅(qū)動(dòng)方式；3.鏈輪鏈條傳動(dòng)方式；4.液壓驅(qū)動(dòng)方式2。固定叉裝在載貨臺(tái)上，中間叉可在齒輪、齒條或鏈條、鏈輪的驅(qū)動(dòng)下，從中間叉的中點(diǎn)，向左或右移動(dòng)自身長(zhǎng)度的一半。前叉可從中間叉的中點(diǎn)向左或向右伸出比自身稍長(zhǎng)的長(zhǎng)度。前叉由兩根滾子鏈條或鋼絲繩驅(qū)動(dòng)，鏈條或鋼絲繩的一端固定在固定叉(或貨臺(tái)上)，另一端固定在前叉上。如圖 3-1 所示。伸縮式貨叉具有如下結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：1.結(jié)構(gòu)緊湊，所占空間??；2.傳動(dòng)方式簡(jiǎn)單，動(dòng)作靈活；3.重量輕，可以減小運(yùn)行慣性力。圖 3-1貨叉機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖3.2貨叉設(shè)計(jì)分析貨叉是

5、堆垛機(jī)存、取貨的關(guān)鍵部件，它在工作時(shí)前叉要伸入貨架中，所以在設(shè)計(jì)貨叉時(shí)，應(yīng)以前叉的厚度盡量薄，同時(shí)，叉前端的撓度應(yīng)控制在最小為設(shè)計(jì)目標(biāo)。圖 3-2貨叉載荷圖將貨叉分解為固定叉、中間叉和前叉分別進(jìn)行考慮伸縮貨叉的撓度與強(qiáng)度。如圖 3-2 貨叉的載荷圖。- 2 -3.2.1.固定叉如圖 3-3，假設(shè) l0為不變形部分的長(zhǎng)度，q 額定載荷，e 材料的縱彈性系數(shù)人為變形量； i i i1; ;23 固定叉、中間叉、前叉的在重力方向的慣性矩。ql當(dāng)p =2，a x l0時(shí)：1b=pbx()彎矩為： m1p x a= xml01= pbx3+(x a)2i1i00ei1dx i02ei i0圖 3-3固定

6、叉xxmpbx3()3= i x 2dx= i x1+ x a000ei10bei i10當(dāng) x l0時(shí)， = 0i= p1(l+ b)i1= pabei i1(i0+ a)0el l61 0061 0c 點(diǎn)的傾角 1為： 1= pabi+a l1)3.2.2.中間叉ei i61 003如圖 3-4 (a)所示，因載荷 q 的作用，在（b）間產(chǎn)生反力 p1、p2,設(shè) c 點(diǎn)的傾角為 i2,撓度為 2(假設(shè) l3 為不變形部分的長(zhǎng)度)。m = p x=ql2x1d bql x2i =dx= 2ei b223+ i0 = ql x2+ i x + ei b6200- 3 -圖 3-4 中間示意圖當(dāng)

7、 x b 時(shí)的傾斜角 i2和撓度 2為：= ql b= ql bli22ei32，所以22ei323據(jù)圖 3-4 ( ) 示，把 b 段作為剛性， c 點(diǎn)作為固定端考慮，并設(shè)由于 w 在中間產(chǎn)生的反力為 p3和 p4，而由于這些反力作用在叉子前端產(chǎn)生的撓度為 3和 4，則:()m = p x d3+ p x4p3=edqp4=(e d )dq = xxm00ei2dx2= x1()202ei2p x d3+ p x dx4= 13()3p x p x d6ei d432當(dāng) x l1時(shí)= q()3()33= ei d62qe d l1 e l1 d() (+ +) ×(2l)43.2.

8、3.前叉ei d22e x de d x3 l1由圖 3-5 所示，載荷 q 在 d 區(qū)間產(chǎn)生的反力有 p3、p4,在 e 點(diǎn)的傾斜角為 i5，撓度為 5。- 4 -i= eqx3+i0圖 3-5前叉受力分析圖el d633 = eqx+ i x + el d63i0=0eqd= eqd(l)當(dāng) x d 時(shí)：5el63，所以5el333 l1因此，在設(shè)載貨臺(tái)和立柱為剛性時(shí)，伸縮貨叉工作的總撓度為： = + 123+4+5此 值應(yīng)控制在5 10mm3。4.自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)的控制的方案現(xiàn)在以工業(yè)輸送車在對(duì) 8 個(gè)倉(cāng)庫(kù)存儲(chǔ)物品時(shí)，對(duì)堆垛機(jī)車有以下的控制要求:(1)工作開始后，車此時(shí)停在某個(gè)倉(cāng)庫(kù)。當(dāng)沒有用車

9、呼叫（既呼車）時(shí)，各倉(cāng)庫(kù)的指示燈亮，表示各倉(cāng)庫(kù)可以呼車。(2)如果某倉(cāng)庫(kù)遇有呼車時(shí)，按下本倉(cāng)的呼車按鈕，則其它各倉(cāng)位的指示燈均滅，表示此后再呼車無(wú)效。(3)在停車位呼車則車不動(dòng)，當(dāng)呼車位號(hào)大于停車位號(hào)時(shí)，車自動(dòng)向高位行駛；當(dāng)車位號(hào)小于停車位號(hào)時(shí)，車自動(dòng)向低位行駛，當(dāng)車到達(dá)呼車位時(shí)自動(dòng)停車4。(4)車到達(dá)呼車位時(shí)要求停留 30s 供該倉(cāng)庫(kù)使用，不應(yīng)立即被其他倉(cāng)庫(kù)呼走。(5)臨時(shí)停電后再?gòu)?fù)電，車不會(huì)自行起動(dòng)。4.1 plc 程序設(shè)計(jì)每個(gè)倉(cāng)庫(kù)均設(shè)置一個(gè)滾輪式限位開關(guān) st 和一個(gè)呼車鍵按鈕 sb，st 可自動(dòng)復(fù)位；系統(tǒng)設(shè)有用于起動(dòng)和停機(jī)的按鈕，這些均為 plc 的輸入元件。車要用一臺(tái)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，電動(dòng)

10、機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)車駛向高位，反轉(zhuǎn)時(shí)小駛向低位，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)各需要一個(gè)接觸器，是 plc 的輸出執(zhí)行元件。另外各倉(cāng)庫(kù)還要指示燈作為呼車顯示。電動(dòng)機(jī)和指示燈是 plc 的控制對(duì)象。各自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)的限位開關(guān)和呼車按鈕的布置如圖 4-1 所示，圖 4-1 中 st 和 sb 編號(hào)也是各倉(cāng)庫(kù)編號(hào)。- 5 -圖 4-1 自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)布置圖4 號(hào)倉(cāng) st4 i1.3 系統(tǒng)起鈕 i0.0 4 號(hào)倉(cāng) sb4 i2.3 5 號(hào)倉(cāng) st5 i1.4 系統(tǒng)停鈕 i0.1 5 號(hào)倉(cāng) sb5 i2.4 為了分析問題方便，先做出系統(tǒng)動(dòng)作過程的流程圖，之后依據(jù)工業(yè)輸送車的工藝要求，設(shè)計(jì)出相應(yīng)的控制程序梯形圖，流程圖和梯形圖分別如圖

11、4-2、圖 4-3 所示。圖 4-2 工業(yè)運(yùn)輸車控制系統(tǒng)流程圖在程序中，用到了傳輸指令和比較指令，即先把車所在的倉(cāng)庫(kù)號(hào)傳輸?shù)揭粋€(gè)內(nèi)存單元中，再把呼車的倉(cāng)庫(kù)號(hào)傳輸?shù)搅硪粌?nèi)存單元中，然后將這兩個(gè)內(nèi)存單元的內(nèi)容進(jìn)行比較5。若呼車的位號(hào)大于停車的位號(hào)，則車向高位行駛;若呼車的位號(hào)小于停車的位號(hào)，則車向低位行駛。對(duì)車的這種控制，是程序設(shè)計(jì)的主線。程序控制的其他要求(1)若有某倉(cāng)庫(kù)呼車則應(yīng)立即封鎖其他倉(cāng)庫(kù)的呼車信號(hào)。(2)車行駛到位后應(yīng)在該倉(cāng)庫(kù)停留一段時(shí)間，即延遲一定時(shí)間再解除對(duì)呼車信號(hào)的封鎖。(3)失壓保護(hù)程序。(4)呼車顯示程序。由于自動(dòng)化控制系統(tǒng)采用可編程控制器為核心，提高了控制的靈活性及通用性，以

12、適應(yīng)各種工藝要求的變化，使倉(cāng)庫(kù)技術(shù)進(jìn)一步向智能自動(dòng)化方向發(fā)展。- 6 -5.結(jié)論和展望圖 4-3工業(yè)輸送車控制程序梯形圖在倉(cāng)庫(kù)領(lǐng)域中，物資的輸送、存儲(chǔ)、管理和控制的規(guī)模越來(lái)越大，靠人工實(shí)現(xiàn)已經(jīng)遠(yuǎn)不能夠需要。自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)技術(shù)在物資存儲(chǔ)行業(yè)中受到人們的重視，其控制重點(diǎn)轉(zhuǎn)向物資的控制和管理要求實(shí)時(shí)、協(xié)調(diào)和一體化，計(jì)算機(jī)之間、數(shù)據(jù)采集點(diǎn)之間、機(jī)械設(shè)備的控制器之間以及它們與主計(jì)算機(jī)之間的通信可以及時(shí)地匯總信息，倉(cāng)庫(kù)計(jì)算機(jī)及時(shí)地記錄訂貨和到貨時(shí)間，顯示庫(kù)存量，計(jì)劃人員可以方便地作出供貨決策，管理人員隨時(shí)掌握貨源及需求6。信息技術(shù)的應(yīng)用已成為倉(cāng)庫(kù)技術(shù)的重要支柱。滿足了人們速度、精度、高度、重量、重復(fù)存取和搬運(yùn)

13、等要求，使總體效益和生產(chǎn)的應(yīng)變能力大大超過各部分獨(dú)立效益的總和，自動(dòng)化技術(shù)逐漸成為倉(cāng)庫(kù)自動(dòng)化技術(shù)的核心。致謝本課程設(shè)計(jì)論文是在我的輔導(dǎo)老師王勁松老師的精心指導(dǎo)和大力支持下完成的。他嚴(yán)肅的科學(xué)態(tài)度，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神，孜孜以求的工作作風(fēng)，深深地感染和鼓勵(lì)著我。在整個(gè)論文創(chuàng)作過程中，王老師都始終給予我細(xì)心的指導(dǎo)和不懈的支持。從大三開始接觸王老師開始，老師不僅在學(xué)業(yè)上給我以精心指導(dǎo)，同時(shí)還在思想、工作中給我以無(wú)微不至的關(guān)懷，在此謹(jǐn)向王老師致以誠(chéng)摯的謝意和崇高的敬意。論文的完成過程中，多少可敬的師長(zhǎng)、同學(xué)、朋友給了我無(wú)言的幫助，在這里請(qǐng)接受我誠(chéng)摯的謝意!最后我還要感謝培養(yǎng)我長(zhǎng)大含辛茹苦的父母，謝謝你們!-

14、 7 -參考文獻(xiàn)1蘇a.a.斯麥霍夫.自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)m.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，20012虞和謙.高層貨架倉(cāng)庫(kù)講座j.物流技術(shù).1997 3蔡傳杰.自動(dòng)倉(cāng)儲(chǔ)控制系統(tǒng)m.機(jī)械技術(shù)(臺(tái)灣). 2001.(3). 4丁曉紅.自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)m.起重運(yùn)輸機(jī)械.1996 (12)5常發(fā)亮，李幕蘭，林連序.自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù) plc 控制系統(tǒng)j.電器自動(dòng)化.1995 (4), 45-476范祖堯，胡宗武，徐服冰.現(xiàn)代機(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì)手冊(cè).第三卷.非標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械設(shè)計(jì)m.機(jī)械工業(yè)出版社.rs part of the designche xiao he,wang jin song,yang cheng chengli

15、aoning technology university，mechanical engineering college, fuxin liaoning (123000)abstractin this paper, medium-sized logistics center combining the characteristics of the flow of goods,warehouse automation technology to large-scale logistics system, designed for automatic sorting,storage stacker.

16、 stacker by the front fork, in the forks, fork and after the roller-oriented component, with compact structure, transmission is simple, light weight and so on. this paper stacker fork of thethree forces conducted a detailed analysis on the basis of plc control program designed for walkingstacker control. perfected the three-dimensional warehouse stacker part of the design, for theautomated warehouse system designed to provide a reference from, suitable for high-speed flow of the warehouse