垂直升降貨柜設(shè)計

目錄摘要錯誤!未定義書簽。ABSTRACT錯誤!未定義書簽。TOC\o"1-5"\h\z第1章緒論-1-自動貨柜與垂直升降式貨柜的定義與特點-1-垂直升降貨柜的主要組成部分及作用-2-垂直升降貨柜控制系統(tǒng)的組成-4-系統(tǒng)硬件-4-系統(tǒng)管理軟件-5-1.5自動化貨柜控制系統(tǒng)設(shè)計-5-1.5.1硬件設(shè)計-5-軟件設(shè)計-6-1.6自動化貨柜在國內(nèi)外的發(fā)展情況-6-第2章主體控制結(jié)構(gòu)的選定-8-第3章傳動方案的選定錯誤!未定義書簽。3.1傳動方式的選定錯誤!未定義書簽。3.2各主要部件的計算錯誤!未定義書簽。3.2.1已知條件錯誤!未定義書簽。3.2.2重要零件的選擇錯誤!未定義書簽。TOC\o"1-5"\h\z選擇電機-13-貨箱結(jié)構(gòu)的設(shè)計-13-第4章垂直升降貨柜的控制系統(tǒng)設(shè)計-14-第5章結(jié)論錯誤!未定義書簽。致謝錯誤!未定義書簽。參考文獻錯誤!未定義書簽。--#-系統(tǒng)管理軟件根據(jù)庫房實際情況開發(fā)的管理控制軟件，能較好地滿足車間庫房管理的要求。庫房的管理計算機與各車間有關(guān)的管理計算機聯(lián)網(wǎng)，便于車間隨時查詢和信息交換，這樣二級備件庫就沒有存在的必要。庫房內(nèi)的管理計算機與各貨柜控制器(PLC)之間聯(lián)網(wǎng)通訊，便于管理計算機對貨柜的控制，一臺管理計算機可以同時控制數(shù)十臺貨柜的運動。計算機可以有效地管理自動化倉儲貨柜和普通貨架中的配件，準確地記錄物品的各項信息，包括零件的編號、名稱、規(guī)格、存放位置、庫存數(shù)量、同一種零件的屬性(隨機、進口、國產(chǎn))以及零件的替代關(guān)系等。零件編號可以有24位。滿足所有國產(chǎn)和進口零件的要求。從進貨到領(lǐng)用的全過程進行管理，進貨的數(shù)量、經(jīng)辦人、供應(yīng)商、入庫和領(lǐng)用的詳細記錄，高效準確地處理出入庫事務(wù)。從而提高工作效率，保證零配件的及時供應(yīng)。實用的統(tǒng)計分析功能，可以按不同要求進行各種統(tǒng)計、給出各種報表。詳細的領(lǐng)用記錄；按時統(tǒng)計消耗，幫助更合理地確定訂貨數(shù)量；按車間、班組、機組統(tǒng)計消耗，幫助核算生產(chǎn)成本；顯示和警示功能:顯示庫存數(shù)量、最低值、低庫存和空庫的報告。事先設(shè)定的標準庫存量及庫存下限的警告；其它管理功能?？砂床煌脩舻膶嶋H需要和具體要求設(shè)計。1.5自動化貨柜控制系統(tǒng)設(shè)計1.5.1硬件設(shè)計系統(tǒng)硬件組成如圖2所示控制系統(tǒng)采用西門子S7-200(CPU226)作為控制核心?？删幊炭刂破?PLC)具有體積小、靈活通用、維護簡單、抗干擾能力強及可靠性高等優(yōu)點，而且PLC的輸入輸出模塊、特殊功能模塊都有即插即用功能，連接十分容易，很方便系統(tǒng)擴展。操作界面采用西門子公司的TP07人機操作界面，該產(chǎn)品為觸摸屏操作，可以實現(xiàn)系統(tǒng)要求的數(shù)值輸入、數(shù)值顯示、畫面變換及按鍵操作等絕大部分的人機界面功能。采用一塊EM232模擬量輸出模塊，聯(lián)接兩臺歐陸514C直流調(diào)速器。S7-200(CPU226)本身帶有24個輸入點/16個輸出點，其中1010?1115同時作為PLC高速計數(shù)器的輸入。通過聯(lián)接兩個增量編碼器至兩個高速計數(shù)器，可以檢測貨柜的速度和位置。高速計數(shù)器的工作頻率可達到2kHz，有12種工作模式，而且不影響CPU的性能。為了保證系統(tǒng)正常運行，還設(shè)置有原點檢測、貨高檢測、限位保護、有無貨物檢測、貨叉狀態(tài)檢測等各種類型的傳感器［2］。軟件設(shè)計為了使貨柜在不同的情況下都能夠正常運行，貨柜的控制方式有聯(lián)機自動控制（接上位機）、自動控制（單機自動）、半自動控制和手動控制四種。控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計根據(jù)貨柜運行特點，采用模塊化設(shè)計方案。過載保護、限位保護、聯(lián)鎖及互鎖等系統(tǒng)的基本功能由主程序完成。設(shè)計有如下子程序：報警子程序、X軸運行控制子程序、Y軸運行控制子程序、高速計數(shù)器中斷程序、取貨子程序、卸貨子程序、通信子程序等。1.6自動化貨柜在國內(nèi)外的發(fā)展情況自動貨柜的發(fā)展始于20世紀50年代中葉，在歐洲，德國亨乃爾公司根據(jù)垂直旋轉(zhuǎn)原理，開始批量生產(chǎn)辦公用的文件柜，用于存放各種式樣的文件和文件夾。由于受到辦公高度的限制，辦公用的文件柜一般只有2~3米高，載重也不大，軟件功能也比較簡單。到了70年代，德國亨乃爾、瑞士卡迪斯等公司相繼開發(fā)出工業(yè)用的垂直旋轉(zhuǎn)式自動貨柜，如亨乃爾的Rotomat和卡迪斯的Industriver，使自動貨柜的應(yīng)用領(lǐng)域有了更大擴展。進入80年代，世界市場對工業(yè)用的垂直自動貨柜有了巨大的需求。為了適應(yīng)市場需求，工業(yè)用的自動貨柜比起辦公用的文檔柜有了長足的發(fā)展，體現(xiàn)在：（1）更寬：達到3~6米；（2）更高：10米以上，可以穿過多層樓板，每層樓都有出貨口，像電梯一樣；（3）載重更大，單個貨架可以載重750~1000公斤以上，總載重30噸以上。在工業(yè)用自動貨柜發(fā)展的同時也出現(xiàn)了一些問題：當需要存取一個貨物時，所有的貨物都要轉(zhuǎn)動，容易產(chǎn)生重量的不平衡。為了解決這個問題亨乃爾公司為6米以上的自動貨柜加裝了不平衡顯示裝置。在哪個貨架增加貨物在哪個貨架減少貨物，以消除不平衡。由于上述弊端限制了自動貨柜的發(fā)展，所以激發(fā)了新的開發(fā)、研究。90年代，垂直升降式的自動貨柜開發(fā)成功，其中最具代表性的是亨乃爾公司的Lean-Lift和卡迪斯公司的Shuttle。與旋轉(zhuǎn)式自動貨柜相比較，垂直升降式自動貨柜有以下優(yōu)點：（1）存取貨物時，只有相關(guān)的托盤運動。（2）可以更加有效地利用空間，高度可達20米以上。（3）完全從使用者的角度出發(fā)的軟件設(shè)計，功能更強大。在機械方面發(fā)展的同時，軟件的發(fā)展也日趨完善。軟件功能與硬件技術(shù)的完美結(jié)合，使自動貨柜成為現(xiàn)代化工廠中不可缺少的設(shè)備，也是現(xiàn)代物流系統(tǒng)中具有實時管理功能的倉儲設(shè)備。在工業(yè)發(fā)達的歐美國家，自動貨柜已得到廣泛應(yīng)用，幾乎沒有嚴格的行業(yè)和領(lǐng)域的差別，各種行業(yè)都可以用。如：辦公用文檔柜，可以用于機關(guān)事業(yè)單位的人員檔案管理，也可以用于銀行、保險公司的資料和客戶檔案以及醫(yī)院的病歷管理等。工業(yè)用的范圍更廣，包括電子行業(yè)的生產(chǎn)線，汽車生產(chǎn)線，加工中心的刀具管理，工具、量具管理，零備件庫我國的特點與歐洲、美國等發(fā)達國家有很大的不同。首要的問題是觀念，大部分企業(yè)不知道有這樣一種產(chǎn)品可以存儲物品，可以提高效率，降低成本。其次是經(jīng)濟條件的制約，只用自動貨柜一次性投資較大，而且，我國勞動力和低價相對便宜，這些都限制了自動貨柜的發(fā)展和使用。國內(nèi)使用自動貨柜的單位，目前大部分是合資、獨資公司，或者是國內(nèi)規(guī)模大、效益好的企業(yè)。它們具有相同的特點：企業(yè)管理水平高，要求貨物的管理精確度高，實時性也高。今后，隨著我國國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，我國企業(yè)與國外企業(yè)的差距桌布縮小。自動貨柜會很快進入國內(nèi)經(jīng)營、管理較好的企業(yè)，得到更廣泛的應(yīng)用。目前，國內(nèi)著名的自動貨柜生產(chǎn)廠家有：德國的亨乃爾、瑞士的Kardex,美國的KFI等一些公司，他們的產(chǎn)品都已經(jīng)來到中國。國內(nèi)供應(yīng)商主要有沈飛、昆船和太原剛玉等。憑借50年的生產(chǎn)歷史和長期積累的豐富經(jīng)驗，進口產(chǎn)品無論在質(zhì)量上、性能還是工藝上都有很大優(yōu)勢，特別值得一提的是，在軟件的功能方面、計算機網(wǎng)絡(luò)管理方面更勝一籌。但是，國產(chǎn)產(chǎn)品在價格上具有非常明顯的優(yōu)勢。因此，目前國內(nèi)與國外進口產(chǎn)品各有各的用戶群體：進口產(chǎn)品主要滿足獨資、合資企業(yè)的需求，而國產(chǎn)產(chǎn)品主要應(yīng)用在國內(nèi)企業(yè)。自動貨柜的應(yīng)用范圍相當廣泛。既有簡單的應(yīng)用，如辦公室文檔管理或者小規(guī)模的工業(yè)品倉儲，一臺或幾臺自動貨柜自成系統(tǒng)或者獨立操作；也有復(fù)雜的應(yīng)用，十幾臺甚至幾十臺自動貨柜連接成網(wǎng)絡(luò)，再與企業(yè)的物流系統(tǒng)相連接，還可以實現(xiàn)物流系統(tǒng)的實時管理與網(wǎng)絡(luò)化管理。用戶的需求是不同的，自動貨柜的功能也是不同的。不同的產(chǎn)品可以滿足不同層次用戶的需求。目前，自動貨柜在國內(nèi)尚處于起步階段，很多企業(yè)并不了解自動貨柜的特點與使用自動貨柜所能帶來的效益。但是，隨著經(jīng)濟水平的提高和企業(yè)管理水平的不斷提升，中國市場對自動貨柜的潛在需求很大?，F(xiàn)階段，生產(chǎn)廠家應(yīng)當共同培育和開發(fā)市場，引導(dǎo)用戶認識到采用自動貨柜所帶來的巨大收益。相信在3~5年后，自動化物流倉儲設(shè)備與系統(tǒng)在我國將得到越來越廣泛的應(yīng)用，是我國企業(yè)的物流管理水平躍上新的臺階。第2章主體控制結(jié)構(gòu)的選定在參考的資料中，垂直升降貨柜可分為以下幾個部分（如圖2-1所示）：實現(xiàn)垂直升降運動的小車裝置、實現(xiàn)水平運動（即:將貨物由貨架移到小車或?qū)⒇浳镉尚≤囈频截浖苌希┑膿懿嫜b置、承載貨物托盤的貨架、控制裝置、操作面板（如圖2-2所示）以及由電機輸出的動力傳動裝置。其中，作垂直升降運動的小車由一臺電動機帶動，做水平運動的撥叉是由另外一臺安裝在小車上的電機帶動。小車和撥叉的運動都是由傳感器來發(fā)布信號指令，經(jīng)由PLC來進行控制的。圖2-1垂直升降貨柜結(jié)構(gòu)圖

圖2-2垂直升降貨柜操作面板為了簡化設(shè)計，便于PLC編程，現(xiàn)將兩側(cè)的相應(yīng)位置托盤支架設(shè)為在同一高度（如圖2-3所示）。在此圖上可以了解垂直升降貨柜的兩個主要動作，小車的垂直升降和撥叉的水平轉(zhuǎn)動運動。根據(jù)貨物的所在位置和存、取的不同，水平電機要選擇不同的旋轉(zhuǎn)方式。由于本次設(shè)計主要設(shè)計機械部分，所以對控制部分不多做介紹。貨位貨位貨位貨位（2）鏈輪，鏈條的選定貨箱的寬度為500mm，為了防止貨箱升降臺在升降的過程中碰撞，升降臺四角各安裝一個導(dǎo)輪。初定鏈輪分度園直徑為350，鏈條帶有延伸片的那個型號。查《機械師設(shè)計手冊》為了保證鏈輪的強度和旋轉(zhuǎn)的平穩(wěn)性。鏈輪的齒數(shù)定為20.由公式d=T^80得sinZ350=P350=.180sin20P=53.55查《機械設(shè)計師手冊》P525選取分度園節(jié)距為50.8的鏈輪；鏈條的選?。翰椤稒C械設(shè)計基礎(chǔ)》P212表13-9選12A型號的鏈條;節(jié)距P=19.05；滾子外徑D1=22.78；極限載荷Q=31100N；鏈條每米質(zhì)量m=1.5kg；內(nèi)鏈節(jié)寬b1=31.55；銷軸直徑d2=14.27；套筒內(nèi)徑b1=14.32；內(nèi)鏈節(jié)外寬b2=45.27；外鏈節(jié)內(nèi)寬b3=45.26；銷軸長度L=65.5；銷軸止鎖端加長量b7=7.9；鏈條通道高度h1=48.47；內(nèi)鏈條通道高度h2=48.26；外鏈板與鏈板高度h3=41.66；鏈條強度的校核：主動軸與從動軸的中心距a=320；鏈條的總長L=nD+2a；L=3.14x0.343+2x1.2；L=2.93m；貨物的質(zhì)量為60kg總質(zhì)量M=80kg；

受力F=80xl0=800N；因為800<31100；所以鏈條符合要求。（3）主軸的計算主軸材料為45#許用最大切應(yīng)力為6=70MPa；按需用彎曲應(yīng)力驗算傳動軸危險界面的強度條件為：由彎矩所產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力應(yīng)不超過許用彎曲應(yīng)力。因為次軸是對稱的所以計算一側(cè)即可。M=PxO.25+Px1.25；M=800x0.25+800x1.25M=l200Nm主軸的轉(zhuǎn)動扭矩M9=FxR=800x0.2=160組合扭矩Mz=1210Nm；受力處的橫截面積S=nx20x20S=1256mm；應(yīng)力T=—Z1200應(yīng)力T=—Z1256t=1MPA；因為1<70；所以主軸強度符合要求。從動軸強度的校核從動軸的材料為45#;最大拉應(yīng)力為10；經(jīng)分析得:從動軸上受的載荷小于主動軸上的載荷,所以，從動軸的強度，滿足條件即可。鏈條的質(zhì)量：查教材《機械設(shè)計基礎(chǔ)》P212表13-9得型號12A鏈條：極限載荷Q=31100N；每米長質(zhì)量Q=1.5kg；鏈條的總長度L=10m；鏈條的質(zhì)量M=LxQ2M=15kg；42貨箱軸的質(zhì)量M=20kg；3貨箱的質(zhì)量M=30kg；4在一根軸上的所受的最大力Fmax=(50+15+20)x10Fmax=850N；軸的橫截面積S=n10x10S=314mm；應(yīng)力t=—S850T=-314t=2.7因為2.7<10所以從動軸符合要求（4）選擇傳動件運動速度V=0.2m/s，鏈輪的軸心到貨箱的軸心的距離為250mm。鏈輪的角速度V0.22W=V==0.8rad/s；電動機的角速度W=1360X=142rad/s；降速比為64R0.25601，鏈輪的確定初定主鏈輪的分度圓直徑為120,由公式d=—P得180smZ120=P120=.180sin20p=18.73查《機械設(shè)計基礎(chǔ)》P212表13-9應(yīng)選型號為12A的鏈條。節(jié)距P=19.05mm質(zhì)量為1.5kg。滾子外經(jīng)d1=11.91mm極限載荷Q9（單排）-31100N；每米長主動鏈輪的節(jié)距P=19.05,齒數(shù)Z=20。分度圓直徑d=—180sm20d=124齒頂圓直徑damin=d+1.25p-d1damin=145齒根圓直徑df=d-d1df=113寬度定為20mm2，鏈條的較核計算鏈條的拉力F1已知力矩M=175Nm，鏈輪分度圓直徑為0.248m.半徑=0.124m,由公式M=FL400=0.124XFF=3225N兩個鏈輪的中心距為A=520；粗略計算鏈條長度L二Rx兀+Rx兀+2A12L=1.6m；鏈條自重G=mgG=16N；拉力F=3241N因為3241<32110；所以鏈條符合要求。3，升降臺傳動部件的設(shè)計因為貨箱從貨柜箱體到升降臺的運動是滑動，滑動系數(shù)為0.02，貨箱滿載時質(zhì)量為55kg；所以把貨物從貨柜拖到升降臺上所用的力很小。升降臺上傳動軸直徑為15mm,所以升降臺上傳動軸不用校核。3.3選擇電機當貨柜升降臺上貨物滿載時,所需電機功率最大。G=(M+m)xg=700N；P=FV=700x0.3=210W；M=FL=700x0.25=175Nm；P由公式M=9550—；N得P=13W；總功率p1=223W；經(jīng)查手冊得知：深溝球軸承的傳動效率為0.99,鏈條的傳動效率為0.7,渦輪蝸桿的傳動效率為0.5。223電機的計算功率：Plt=一=950W；0.994x0.5x0.72為了使貨架能輕松起動，所以選擇功率為1.5KW的電機。查《機械設(shè)計師手冊》P1199選用型號為ZD22-4的電機(如圖)，額定功率為1.5KW，轉(zhuǎn)速為1360r/min,額定電壓為380V,額定頻率為50HZ，負載持續(xù)率為25%質(zhì)量為38kg,機身總長L=375mm，主軸的外身量E=30mm,固定肋的外周直徑為290mm,機身直徑為210mm。3.4貨箱結(jié)構(gòu)的設(shè)計貨箱主要用來盛放貨物。貨物在存取時需要由貨箱在貨柜箱體支撐軌道上滑動,所以貨箱與箱體支撐軌道的接觸面比較光滑。箱體貨箱厚度為20毫米的鋼板,貨箱結(jié)構(gòu)科學加之每個