毕业论文终稿-立体仓储系统穿梭车导轨换向系统结构设计[下载就送全套CAD图纸 答辩通过]

需要CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763图纸预览请见文档前面的插图，原稿更清晰，可编辑本科生毕业设计论文题目立体仓储系统穿梭车导轨换向系统结构设计英文题目系专业班级学生学号指导教师1职称指导教师2职称声明本人郑重声明所呈交的论文是本人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得研究结果。论文在引用他人已经发表或撰写的研究成果时，已经作了明确的标识；除此之外，论文中不包括其他人已经发表或撰写的研究成果，均为独立完成。其它同志对本文所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表达了谢意。学生签名_年月日导师1签名_年月日导师2签名_年月日1立体仓储系统穿梭车导轨换向系统结构设计摘要自动化立体仓库具有占地小、容量大、周转率强、准确率高、自动化程度高、环境适应能力强等特点，在机械、冶金、烟草、电子、医药等行业得到广泛应用，成为现代物流业仓储与配送不可缺少的重要组成部分。此情况下，需要一种用于两条平行轨道切换的导轨换向的系统，包含换向提升机构、旋转控制机构，通过提升机完成对小车的提升以及横向和垂向的直角转弯。本次设计首先根据设计功能及参数要求提出了多种设计方案；接着，通过对比分析确定了本次设计的穿梭车导轨换向系统结构方案采用升降旋转式转弯系统；然后，对各机构中主要零部件进行了设计与校核；最后，采用AUTOCAD制图软件绘制了本系统的装配图及主要零件图。通过本次设计，巩固了大学所学专业知识，如机械原理、机械设计、材料力学、公差与互换性理论、机械制图等；掌握了普通机械产品的设计方法并能够熟练使用AUTOCAD软件，本次设计代表了普通机械设计的一般过程，对今后的设计工作有一定的参考价值。关键词穿梭车，导轨，换向系统，设计2DESIGNGUIDEREVERSINGSYSTEMSTRUCTUREOFSHUTTLECARSTEREOSTORAGESYSTEMABSTRACTAUTOMATEDWAREHOUSEISCOVERSANAREAOFSMALL,LARGECAPACITY,TURNOVERRATE,ACCURACYRATEHIGH,HIGHDEGREEOFAUTOMATION,ENVIRONMENTALADAPTATIONABILITYANDOTHERCHARACTERISTICS,INMACHINERY,METALLURGY,TOBACCO,ELECTRONICS,PHARMACEUTICALANDOTHERINDUSTRIESGETWIDELYUSED,HASBECOMEANIMPORTANTPARTOFMODERNLOGISTICSWAREHOUSINGANDDISTRIBUTIONCANNOTBEMISSINGINTHISCASE,NEEDAFORTWOPARALLELRAILSWITCHCOMMUTATINGGUIDINGRAILSYSTEM,INCLUDINGREVERSINGLIFTINGMECHANISM,AROTATIONCONTROLMECHANISM,THROUGHTHECOMPLETIONOFTHELIFTTHELIFTINGOFTHECARANDTHEHORIZONTALANDVERTICALTOTHERIGHTANGLETURNTHISDESIGNFIRSTACCORDINGTOTHEDESIGNFUNCTIONANDPARAMETERREQUIREMENTSPUTFORWARDSEVERALDESIGNSTHEN,THROUGHTHECOMPARATIVEANALYSISTODETERMINETHETHEDESIGNOFSHUTTLECARTRACKREVERSINGSYSTEMSTRUCTUREDESIGNSCHEMEADOPTSALIFTINGROTARYSTEERINGSYSTEMTHEN,ONTHEBODYINTHEMAINCOMPONENTSWEREDESIGNEDANDCHECKEDFINALLY,THEDRAWINGSOFTWAREAUTOCADTODRAWTHEASSEMBLYDRAWINGOFTHESYSTEMANDTHEMAINPARTSOFTHEMAPTHROUGHTHEDESIGN,THECONSOLIDATIONOFTHEUNIVERSITYOFTHEPROFESSIONALKNOWLEDGE,SUCHASMECHANICALPRINCIPLES,MECHANICALDESIGN,MECHANICSOFMATERIALS,TOLERANCEANDINTERCHANGEABILITYTHEORIES,MECHANICALDRAWING,ANDMASTERTHEDESIGNMETHODOFGENERALMACHINERYPRODUCTSANDBEABLETOSKILLFULLYUSEAUTOCADSOFTWARE,THISDESIGNREPRESENTSTHEGENERALPROCESSOFGENERALMECHANICALDESIGN,HAVECERTAINREFERENCEVALUEFORTHEDESIGNWORKINTHEFUTUREKEYWORDSSHUTTLE,GUIDERAIL,COMMUTATIONSYSTEM,DESIGN3目录摘要1ABSTRACT2引言51绪论711穿梭车类型712穿梭车系统的构成与结构7121穿梭车系统的构成7122穿梭车的结构813国内外研究现状10131传统自动化立体仓库10132自动小车存取系统11133穿梭车系统技术研究方向1214研究内容与意义132总体方案设计1521设计要求15211功能要求15212参数要求1522方案分析15221方案一轨道转弯15222方案二升降旋转转弯1623方案确定与原理分析163升降机构的设计1731升降电机的选择17311电机类型介绍17312选择电动机类型19313电动机容量的选择19314电动机转速的选择1932升降凸轮的设计20321凸轮机构设计概述20322凸轮结构尺寸设计2433键的选择与校核2444旋转机构设计2541选择电机的选择25411选择电动机类型25412电动机容量的选择25413电动机转速的选择2542齿轮齿圈设计26421选精度等级、材料和齿数26422按齿面接触疲劳强度设计26423按齿根弯曲强度设计28424几何尺寸计算2944键的选择与校核305电气控制系统3151穿梭车结构组成3152穿梭车电机的选择3153穿梭车电气控制系统33531电气控制系统组成33532系统通讯34533穿梭车定位与速度控制35534安全运行控制3554换向系统控制系统36541驱动芯片模块36542电源模块36543光电耦合器（TLP5214）37544电路的设计37结论39参考文献40附录41在学取得成果42致谢436118引言自动化立体仓库AUTOMATEDSTORAGEANDRETRIEVALSYSTEM，ASRS是信息技术和工业生产飞速发展的产物，是物流作业全流程中具有重要意义的节点。现阶段，大多数自动化立体仓库是由负责存储货物单元STOCKKEEPINGUNIT，SKU的几层、十几层乃至几十层高层货架系统和能在二维空间按欧式轨线高速运行的堆垛机组成。自动化立体仓库具有占地小、容量大、周转率强、准确率高、自动化程度高、环境适应能力强等特点，在机械、冶金、烟草、电子、医药等行业得到广泛应用，成为现代物流业仓储与配送不可缺少的重要组成部分。然而在传统自动化立体仓库中，这种由堆垛机负责货物存取的方式存在两方面的不足。一方面是鲁棒性不强，当堆垛机发生敌障时，其所服务的巷道随即处于瘫痪状态，无法继续进行相应的出入库作业，且一般不存在备用设备，只能停机维修造成停工。另一方面是柔性不足，当传统堆垛机式的自动化立体仓库设计建造完成后，其出入库能力随之固定。随着电子商务的发展和定制化服务的深入，产品生命周期不断缩短，小批量、多批次、多品种、高时效特点的订单不断增多，使得现代企业的生产需求原则从“可靠性第一”逐渐转变成“柔性第一”。此情况下，一种由负责水平运动的轨道导引车辆RAILGUIDEDVEHICLE，穿梭车和负责垂直运动的升降机LIFT共同组成的新型仓储系统一一自动小车存取系统AUTONOMOUSVEHICLESTORAGEANDRETRIEVALSYSTEMS，AVSRS于2000年左右在欧洲、美国等地开始陆续投入使用。该系统融合了自动导引车辆系统AUTOMATEDGUIDEDVEHICLE，穿梭车的柔性和传统堆垛机式自动化立体仓库的高速出入能力，被认为是自动化立体仓库的发展方向。在自动小车存取系统中，其每一层货架均有一辆或多辆轨道导引车辆，因此系统不会由于某辆车的故障而全线停机，使其柔性要远高于传统堆垛机式的自动化立体仓库。但是，自动存取小车系统也存在着其相应的弊端。一方面，该自动小车存取系统更适用于标准托盘化的货物仓储，即单次出入的货物单元内存货数量多，难以应对以周转箱为主要存储单元的小规格、多频次的存取需求；另一方面，每层货架上均有一辆或多辆小车，对车辆管理系统的调度、控制、防堵塞等方面要求高，存在着控制系统繁复、成本巨大等问题。因此，上述原因也9限制自动小车存取系统的大量应用。为了解决上述难题，在自动存取小车系统的基础上，另一种新兴的简化的自动化仓储系统应运而生，这就是多层穿梭车仓储系统MULTITIERSHUTTLEWAREHOUSINGSYSTEM，MSWS。该系统既很好的解决自动存取小车系统难以适应以周转箱为主的小规格货物高频次存取问题，其简洁的系统设计又能使控制调度系统易于实现，降低信息管理系统与设备控制系统的开发难度以及设备调度过程中可能的出错率。随着顾客的订单日趋呈现多批次、小批量、多频次的趋势以及电子商务环境下对高效顾客订单履行的迫切需求，物流行业对于仓储配送的柔性化要求的日渐提高，该系统得到越来越多物流厂商的重视，并在医药、烟草等领域得到应用，例如DEMATIC公司的MULTISHUTTLE2、KNAPP公司的OSRSHUTTLETM以及VANDERLANDE集团的QUICKSTOREHDSSHUTTLESYSTEM等。虽然多层穿梭车仓储系统在一些行业领域内已经得到了认可和应用，但是关于多层穿梭车仓储系统的研究尚未深入。尤其是在储位分配和任务调度方面，大多沿用传统堆垛机式的自动化立体仓库的研究成果，没有充分发挥多层穿梭车仓储系统的优势和特点。因此，有必要对多层穿梭车仓储系统进行深入的分析，对其储位分配和任务调度进行研究，将该研究成果与实际工程项目相结合，以提高物流配送中心、仓储中心的管理水平与服务质量。101绪论11穿梭车类型近年来随着物流行业的发展，穿梭车广泛应用于立体仓库和日用百货、医药、烟草以及瓶装和盒装产品等多种行业的生产中，并以其快速、准确的特点而逐步获得广大用户的认可。目前，穿梭车的主要模式有直行穿梭车和环形穿梭车两种。直行穿梭车通常为双轨形式又称往复式穿梭车，它在一段直线轨道上进行往复运动，通过直线路径将物料从一个站点输送到另一个站点，该模式的穿梭车具有系统简单、设备少、占地面积小、输送快捷等优点；缺点是输送能力有限，同时，系统的可靠性在很大程度上取决于单台往复穿梭车的可靠性。环形穿梭车通常为单轨形式由往复式穿梭车发展而来，穿梭车轨道在平面内呈闭环布置，穿梭车沿轨道单向运行，该环形轨道可以同时运行多台穿梭车，但过多的穿梭车在一条闭环轨道上运行也将会导致交通堵塞，致使穿梭车使用效率不高，形成穿梭车运力的浪费。12穿梭车系统的构成与结构121穿梭车系统的构成穿梭车一般采用轮式驱动，具有电动车的特征。穿梭车小车能在地面控制系统的统一调度下，自动搬运货物，实现自动化的物料传送。因其具有灵活性、智能化等特点，能够方便地重组系统，达到生产过程中的柔性化运输之目的。较之传统的人工或半人工的物料输送方式，穿梭车系统大大减轻了劳动强度和危险性，提高了工作效率，在机械、电子、纺织、卷烟、医疗、食品、造纸等行业都可以发挥作用。国外的穿梭车系统设计，应用水平都比较高，应用范围也很广泛。国内的应用相对少一些，但是在各方面的共同努力下，国内的穿梭车系统的设计水平和应用水平正在接近或赶超国际先进水平。穿梭车系统由控制台、通讯系统、地面导航系统、充电系统、穿梭车和地面移载设备组成，如图11所示。11待命站充电系统路径AGV图11穿梭车系统示意图其中主控计算机负责穿梭车系统与外部系统的联系与管理，它根据现场的物料需求状况向控制台下达穿梭车的输送任务。在穿梭车电池容量降到预定值后，充电系统给穿梭车自动充电。地面移载设备一般采用滚道输送机、链式输送机等将物料从自动化仓库或工作现场自动移载到穿梭车上，反之也可以将物料从穿梭车上移载下来并输送到目的地。穿梭车、充电系统、地面移载设备等都可以根据实际需要及工作场地任意布置，这也体现了穿梭车在自动化物流中的柔性特点。122穿梭车的结构穿梭车由车载控制系统、车体系统、导航系统、行走系统、移载系统和安全与辅助系统组成。（1）车载控制系统地面移栽设备12车载控制系统是穿梭车的核心部分，一般由计算机控制系统、导航系统、通讯系统、操作面板及电机驱动器构成计算机控制系统可采用PLC、单片机及工控机等。导航系统根据导航方式不同可分为电磁导航、磁条导航、激光导航和惯性导航等不同形式通过导航系统能使穿梭车确定其自身位置，并能沿正确的路径行走。通讯系统是穿梭车和控制台之间交换信息和命令的桥梁，由于无线电通讯具有不受障碍物阻挡的特点，一般在控制台和穿梭车之间采用无线电通讯，而在穿梭车和移载设备之间为了定位精确采用光通讯操作面板的功能主要是在穿梭车调试时输入指令，并显示有关信息，通过RS232接口和计算机相连接。穿梭车上的能源为蓄电池，所以穿梭车的动作执行元件一般采用直流电动机、步进电动机和直流伺服电机等。（2）车体系统它包括底盘、车架、壳体和控制器、蓄电池安装架等，是穿梭车的躯体，具有电动车辆的结构特征。（3）行走系统它一般由驱动轮、从动轮和转向机构组成形式有三轮、四轮、六轮及多轮等，三轮结构一般采用前轮转向和驱动，四轮或六轮一般采用双轮驱动、差速转向或独立转向方式。（4）移载系统它是用来完成作业任务的执行机构，在不同的任务和场地环境下，可以选用不同的移载系统，常用的有滚道式、叉车式、机械手式等。（5）安全与辅助系统为了避免穿梭车在系统出故障或有人员经过穿梭车工作路线时出现碰撞，穿梭车一般都带有障碍物探测及避撞、警音、警视、紧急停止等装置。另外，还有自动充电等辅助装置。（6）控制台控制台可以采用普通的IBMPC机，如条件恶劣时，也可采用工业控制计算机，控制台通过计算机网络接受主控计算机下达的穿梭车输送任务，通过无线通讯系统实时采集各穿梭车的状态信息。根据需求情况和当前各穿梭车运行情况，将调度命13令传递给选定的穿梭车。穿梭车完成一次运输任务后在待命站等待下次任务。如何高效地、快速地进行多任务和多穿梭车的调度，以及复杂地形的避碰等一系列问题都需要软件来完成。由于整个系统中各种智能设备都有各自的属性，因此用面向对象设计的C语言来编程是一个很好的选择。在编程时要注意的是穿梭车系统的实时性较强，为了加快控制台和穿梭车之间的无线通讯以及在此基础上的穿梭车调度，编程中最好采用多线程的模式，使通讯和调度等各功能模块互不影响，加快系统速度。（7）通讯系统通讯系统一方面接受监控系统的命令，及时、准确地传送给其它各相应的子系统，完成监控系统所指定的动作另一方面又接收各子系统的反馈信息，回送给监控系统，作为监控系统协调、管理、控制的依据。由于穿梭车位置不固定，且整个系统中设备较多，控制台和穿梭车间的通讯最适宜用无线通讯的方式。控制台和各穿梭车就组成了一点对多点的无线局域网，在设计过程中要注意两个问题无线电的调制问题无线电通讯中，信号调制可以用调幅和调频两种方式。在系统的工作环境中，电磁干扰较严重，调幅方式的信号频率范围大，易受干扰，而调频信号频率范围很窄，很难受干扰，所以应优先考虑调频方式。而且调幅方式的波特率比较低，一般都小于3200KBIT/S，调频的波特率可以达到9600KBIT/S以上。通讯协议问题在通讯中，通讯的协议是一个重要问题。协议的制定要遵从既简洁又可靠的原则。简洁有效的协议可以减少控制器处理信号的时间，提高系统运行速度。（8）导航系统穿梭车导航系统的功能是保证穿梭车小车沿正确路径行走，并保证一定行走精度。穿梭车的制导方式按有无导引路线分为三种一是有固定路线的方式二是半固定路线的方式，包括标记跟踪方式和磁力制导方式三是无路线方式，包括地面帮助制导方式、用地图上的路线指令制导方式和在地图上搜索最短路径制导方式。1413国内外研究现状多层穿梭车仓储系统作为一种新型自动化立体仓库，对其研究尚处于概念解释和应用介绍方面。考虑其与传统堆垛机式的自动化立体仓库和自动小车存取系统具有一定的传承性和相似性，因此借鉴这两种自动化立体仓库的相关研究成果，将对本文的研究有着极大的帮助。同时，在集装箱码头的堆场管理领域，针对基于相似原理的堆场多车仓储系统的研究也为本文研究提供了很大帮助。131传统自动化立体仓库自动化立体仓库最早于二十世纪五六十年代出现在美国。其打破了传统平面堆放的仓储管理模式，有效地减少了仓库占地面积，兼有高效率出入的特点，使其在世界各国得到了广泛的应用。在传统自动化立体仓库的作业管理领域研究，大多集中在储位分配和任务调度两个方面。（1）储位分配。仓储管理的首要任务就是要对入库货物分配相应的仓位，因此储位分配一直是自动化立体仓库研究的热点。首先，货位管理有着不同的存储策略，如共享存储、定位存储、分类存储和随机存储等。其次，为了减少堆垛机完成货物出入库的行程时间，低周转率货物应放在离IO站台远的仓位，高周转率货物应放在离IO站台近的仓位。再次，为提高货架安全性和稳定性，重量大的货物应该放在低层，重量小的货物应该放在高层。基于上述思想，常见的储位分配原则有全周转率、订单体积指数CUBEPERORDERINDEX，COI、货物重量、货物体积、温湿度要求等，其中HESKETTL41提出的订单体积指数得到了广泛的研究和应用。（2）任务调度。在传统自动化立体仓库中，堆垛机行驶在二维垂直平面内，运动线路为两点间的欧式距离，其任务调度的关键在于如何在最短的行驶距离内遍历所有的出入库货位。该思路与旅行商问题TRAVELINGSALESMANPROBLEM，TSP类似，因此传统自动化仓库的任务调度研究大多基于旅行商问题进行优化和求解。LAWLER等最早将物流仓库订单拣选作业看作旅行商问题来进行研究。进而，以遗传算法为代表的各类启发式算法被应用于求解自动化立体仓库内的任务调度问题，如田国会等提出了多种调度规则，并利用遗传算法及其改进算法对其进行对比分析。15132自动小车存取系统美国伦斯勒理工学院的MALMBORG团队最早开始自动小车存取系统的分析研究。现阶段关于自动小车存取系统的研究集中在建模分析、阻塞与死锁、任务调度与设计指导三个方面。（1）建模分析。对自动小车存取系统的建模分析始自MALMBORGT。他设计了一套概念化方法来分析货架尺寸、仓储策略和车辆配比等因素对该系统出入效率的影响对比单指令循环SINGLECOMMANDCYCLE和双指令循环DUALCOMMANDCYCLE两种作业模式下自动小车存取系统的出入库效率。在此基础上，其科研团队开始使用不同的排队网络模型来研究自动小车存取系统。KUO基于随机存储和停在任务完成处的停靠点策略POINTOFSERVICECOMPLETION，POSC，利用嵌入式排队网络模型分析平均任务作业时间，其将矿辆轨道导引车和三台升降机看做两个子系统。对于轨道导引车辆子系统而言，车辆作为服务机构，任务作为顾客，将其设计为MGV队列；对于升降机子系统而言，升降机作为服务机构，车辆作为顾客，将其设计为MGL队列。通过迭代分析来估算车辆平均等待时间和升降机服务率等。相比而言，ZHANG提出了一种将出入库任务看作顾客，自动导引车辆和升降机看作一组并行服务机构的队列，进而分析了系统效率。相较于前人所提出的开环排队网络OPENQUEUINGNETWORKS，OQN，CAI和EKREN均提出利用半开放排队网络SEMIOPENQUEUINGNETWORKS，SOQN来分析跨层作业的自动小车存取系统。（2）阻塞与死锁。自动小车存取系统由多辆自动导引车辆和升降机组成，存在着大量冲突点、阻塞点，易于出现死锁问题。在此方面，我国厦门大学罗键团队开展了广泛的研究。何善君在其博士论文中，利用双重着色动态赋时心护网分析自动小车存取系统行为，建立了作业任务进入系统、装载、卸载、输送等行为模型，并对其出入库过程进行可行性分析，最后利用有向图和心删网知识研究穿梭车环路死锁控制。与此同时，吴长庆、陈火国也基于忍们网建模和死锁控制提出了相应优化方法。（3）任务调度与设计指导。罗键引先后用遗传算法、粒子群算法、模拟退火算法和量子粒子群算法等启发式算法对自动小车存取系统的货位分配和升降机调度进16行了优化求解。齐昌盛基于旅行商模型对自动小车存取系统的任务指派以及升降机、车辆配合问题进入了深入研究。此外，FUKUNARI和MALMBORG从仓储货架形式、升降机数量、自动导引车辆数量等方面对自动小车存取系统和传统堆垛机式的自动化立体仓库进行了比较。他们考虑了15种情况，包括库存容量从10，000到30，000，任务数量从每小时100个到每小时300个假设都是按照泊松分布到达。EKREN和HERAGU利用物流仿真软件分析不同货架组合形式并对不同系统设计方案进行计算机模拟，从而确定最优解决方案。133穿梭车系统技术研究方向（1）导引技术八十、九十年代，正当国内的一些院校厂所致力基于埋线电磁导引技术并刚开始应用，基于CCD的光学磁带识别、周边图像识别导引技术停滞不前之时，美国则以汽车行业为代表，应用推广了基于陀螺导航的定位技术；瑞典的NDC公司则推出了基于激光反射测角定位技术。近年来，出现了激光测角与测距相结合的导引技术，其导引头已经商品化。导引技术的进步，提高了行程路径的柔性化，同时提高了停位精度，由10毫米，缩小至5毫米，乃致3毫米。GPS定位导航技术则在大型（最大可达40T）穿梭车上得到应用。（2）移载技术针对不同应用需求，出现了背辊式，背链式，推挽式，牵引式，龙门式，侧叉式、前叉式、后叉式、三向叉式、升降伸缩叉式等。由于移载技术，驱动技术、电池技术的进步，促进了载重/自重比的大幅提高，由14提高到112，即同样载重量，先进车型自重下降为落后车型的1/4。使车辆移动的能耗成倍降低，因而可以少装电池，使穿梭车的自重、功耗形成良性循环。（3）电池技术由采用酸性电池，进步到高能酸性电池，近年来，又开始采用高能碱性电池，提高环保性能，大幅提高了充、放电比，由充电时间/放电时间为11提高到112，大幅缩短了待机充电的时间。（4）智能化在企业物流自动化技术中，现代穿梭车技术最具有智能化的特征，车载计算机的硬软件功能日益强大不断升级，使穿梭车及穿梭车系统具有从网络、无线或红外接收上位及客户指令，自动导引，自动行驶，优化路线，自动作业，交通管理，车辆调度，安全避碰，自动充电，自动诊断，实现了穿梭车的智能化，信17息化，数字化、网络化、柔性化、敏捷化、节能化、绿色化。现代穿梭车是24小时不知疲倦的聪明小车（仅在任务间隙时随机进行短时充电），能主动、自序、有节拍按最安全、快捷的路线执行作业。智能化的结果加上动力强劲，行驶速度可达160米/分，反映在选用车辆台数上成倍减少。14研究内容与意义综合国内外研究文献可以发现，虽然多层穿梭车仓储系统己经开始投入实际生产与应用，但是相应理论研究尚未及时跟上。而传统堆垛机式的自动化立体仓库的研究成果并不完全适应于该新型仓储系统，无法为自动化立体仓库设计与管理人员提供更多的研究成果以参考借鉴。本文以出库任务完成为背景，分析单层作业的多层穿梭车仓储系统TCMSWS任务作业完成时序特点，建立以并行流水线作业为基础的作业时序模型，分析影响该系统出库作业完成效率的关键因素。一方面，利用开环排队网络模型，分析多层穿梭车仓储系统的设备问等待时间和空闲状态，利用蚁群聚类算法确定储区划分，再将储区并按照一定原则在二维平面内排列组合，最后在实例分析中验证结果。另一方面，建立起多层穿梭车仓储系统任务调度优化的多目标优化函数，利用基于PARETO最优解的带精英策略的非支配排序遗传算法NSGAII确定一个固定时间窗内的任务排序。本文研究能够丰富多层穿梭车仓储系统的理论研究，为仓储管理人员和设计人员在进行储位分配和任务调度时提供理论依据，从而有效的提高多层穿梭车仓储系统的牢间利用率和出入库效率。182总体方案设计21设计要求211功能要求完成立体仓储系统穿梭车导轨换向系统设计，该系统通过升降机完成对小车的升降以及横向和垂向的直角转弯，主要用于两条平行轨道的切换。212参数要求穿梭车参数（托盘12001000）技术指标数值温度范围（C）升降高度（MM）自由高度（车身高）（MM）小车长度（含防撞块）（MM）小车宽度（含车轮导向）（MM）小车自重（KG）额定负荷（KG）空载速度（M/MIN）满载速度M/MIN有效工作时间H10C45C；0C35C（冷库）451761100950240KG1500KG4560M/MIN3550M/MIN8H（冷库6H）22方案分析221方案一轨道转弯如下图所示采用两直行轨道间增设弧线转弯轨道进行转弯。图21方案一轨道转弯19222方案二升降旋转转弯如下图所示采用由升降机构加旋转机构组成的升降旋转转弯系统。图22方案而升降旋转转弯23方案确定与原理分析方案一优缺点采用两直行轨道间增设弧线转弯轨道进行转弯的方式结构简单、成本低，但是局限性较强，当载货较重、堆货较高或者转弯角度过大、转弯速度过大时都容易引起穿梭车侧翻，损坏货物。方案二优缺点采用由升降机构加旋转机构组成的升降旋转转弯系统，结构复杂成本高，但是适用范围广，不受货物重量、堆货高度、转弯角度和速度影响，并且只需修改程序就可实现任意角度的转弯。经过对比分析，此次我们选定方案二，即采用由升降机构加旋转机构组成的升降旋式转转弯系统，其原理为穿梭车进入到升降选择平台后，首先升降机构受到指令，在升降电机带动下，升降齿轮沿安装于门架上的两侧齿条上升；接着，旋转机构收到指令，在旋转电机带动下，蜗杆带动涡轮旋转，而涡轮与升降旋转平台连接于一体，因此升降旋转平台会随涡轮一同旋转到与相应轨道对齐；随后，升降机构再次收到指令，在升降电机带动下，升降齿轮沿安装于门架上的两侧齿条下降；然后，穿梭车收到指令驶向下一直行轨道；最后，旋转机构再次收到指令，在旋转电机带动下，蜗杆带动涡轮旋转，升降旋转平台也随涡轮一同旋转到初始位置。就这样，一个工作循环完成。203升降机构的设计31升降电机的选择311电机类型介绍电气传动系统由电动机、电源装置和电气传动控制系统三部分组成。经常使用的电动机类型可以分为常用的电动机类型及各类电动机的比较如下（1）笼型电动机结构简单、耐用、可靠、易维护、价格低、特性硬，但起动和调速性能差，起动时的功率因数低（025左右），一般无调速要求的机械应广泛采用。在变频电源供电的情况下可变频调速。变极多速电动机，可分级调速，但体积大，价格较贵。（2）绕线型电动机因有滑环，结构复杂，维修麻烦，价格比较贵。但由于它的起动力矩大，起动时的功率因数高，且可进行小范围的速度调节，控制设备也简单，故适用于电网容量小，起动次数多的机械，如起重机上的机械设备。此外，绕线型电动机也用于需要软化特性的机械，如带飞轮的剪断机等。绕线型电动机的自然机械特性和表达式与笼型机相同。（3）同步电动机恒转速输出，功率因数可调，价格贵，一般只在不需要调速的高电压、大容量的机械上采用，以改善并提高电网的功率因数，如鼓风机、空压机及水泵等设备。但是，近年来，随着变频技术的发展，高电压、大容量的同步机已广泛用于冷、热轧机的主传动上，其优点是21功率因数高，效率高，因此需要的变频装置的容量小。能有效的抑制电枢反应，承受冲击的能力强和运行稳定性高。由于转子侧为直流励磁，有可能使定子和转子间的气隙做大，利于电机制造。此外，大功率异步机还必须面对转子挠度、轴承精度而引起的定子和转子间的相擦问题，较小的气隙对制造或维修都带来较大困难。同步电动机的转动惯量小，具有较高的动态响应和静态精度。大容量同步机的定子重量和转子重量比异步机轻。以同步机的定子重量和转子重量为100，则异步机的定子重量和转子重量则为116和109，因此，同步机外形尺寸小。但是，同步机多一套励磁系统，控制系统复杂，需增设转子位置检测环节，结构也比异步机复杂。（4）直流电动机他激电动机的调速性能好、范围宽，适用于各种负载特性的需要，但比交流电动机的价格贵、维护复杂，且需要直流电源，因此，只在技术经济合理的条件下方可使用。串激电动机的的特点是起动力矩大、过载能力强、特性软，适用于牵引机械上。复激电动机的起动转矩和过载能力均比并励电动机大，但调速范围小。接成积复激时，适用于起动转矩大，负载具有强烈变化的设备。因此，电动机的类型选择，应符合下列规定（GB5005593第222条）（1）机械对起动、调速及制动无特殊要求时，应采用笼型电动机，但功率较大且连续工作的机械，当技术经济上合理时，宜采用同步电动机；（2）符合下列情况之一时，宜采用绕线式电动机重载起动的机械，选用笼型电动机不能满足起动要求或加大功率不合理时；调速范围不大的机械，且低速运行时间较短时。（3）机械对起动、调速及制动有特殊要求时，电动机的类型及其调速方式应根据技术经济比较确定。在交流电动机不能满足机械要求的特性时，宜采用直流电动机。交流电源消失后必须工作的应急机组，亦可采用直流电动机。变负载运行的风机和泵类机械，当技术经济上合理时，应采用调速装置，并应22选用相应类型的电动机。312选择电动机类型电动机是标准部件。因为室内工作，运动载荷平稳，所以选择Y系列一般用途的全封闭自扇冷鼠笼型三相异步电动机。313电动机容量的选择1）运输机所需要的功率为P0KWVFP其中由于小车自重240KG，额定负荷1500KG故取F17400N；升降高度45MM，设定所需升降时间15S，故有V30MM/S003M/S得520137401KWVFP2）电动机的输出功率为0P0KWP电动机至偏心轮的传动效率，取803）电动机所需功率为KPW6530820因有轻微震动，电动机额定功率只需略大于即可，查机械设计手册MP0表191选取电动机额定功率为075KW。314电动机转速的选择偏心轮工作转速由于偏心轮只需转180（半圈）即可，MIN/45RNW电磁调速电机传动比为301I所以电动机实际转速的推荐值为23MIN/13504RINW符合这一范围的同步转速为750、1000、1500R/MIN。综合考虑传动装置机构紧凑性和经济性，选用同步转速1000R/MIN的电机。型号为Y80M4，满载转速，功率075。IN/910RNMKW32升降凸轮的设计321凸轮机构设计概述凸轮是一种具有曲线轮廓或凹槽的构件，它通过与从动件的高副接触，在运动时可以使从动件获得连续或不连续的任意预期运动。在第4章介绍中，我们已经看到。凸轮机构在各种机械中有大量的应用。即使在现代化程度很高的自动机械中，凸轮机构的作用也是不可替代的。凸轮机构由凸轮、从动件和机架三部分组成，结构简单、紧凑，只要设计出适当的凸轮轮廓曲线，就可以使从动件实现任意的运动规律。在自动机械中，凸轮机构常与其它机构组合使用，充分发挥各自的优势，扬长避短。由于凸轮机构是高副机构，易于磨损；磨损后会影响运动规律的准确性，因此只适用于传递动力不大的场合。凸轮机构设计的主要任务是保证从动件按照设计要求实现预期的运动规律，因此确定从动件的运动规律是凸轮设计的前提。（1）平面凸轮机构的工作过程和运动参数图128A为一对心直动尖顶从动件盘形凸轮机构，从动件移动导路至凸轮旋转中心的偏距为E。以凸轮轮廓的最小向径RB为半径所作的圆称为基圆，RB为基圆半径，凸轮以等角速度逆时针转动。在图示位置，尖顶与A点接触，A点是基圆与开始上升的轮廓曲线的交点，此时，从动件的尖顶离凸轮轴最近。凸轮转动时，向径增大，从动件被凸轮轮廓推向上，到达向径最大的B点时，从动件距凸轮轴心最远，这一过程称为推程。与之对应的凸轮转角0称为推程运动角，从动件上升的最大位移H称为行程。当凸轮继续转过S时，由于轮廓BC段为一向径不变的圆弧，从动件停留在最远处不动，此过程称为远停程，对应的凸轮转角S称为远停程角。当凸轮又继续转过0角时，凸轮向径由24最大减至RB，从动件从最远处回到基圆上的D点，此过程称为回程，对应的凸轮转角0称为回程运动角。当凸轮继续转过S角时，由于轮廓DA段为向径不变的基圆圆弧，从动件继续停在距轴心最近处不动，此过程称为近停程，对应的凸轮转角S称为近停程角。此时，0S0S2，凸轮刚好转过一圈，机构完成一个工作循环，从动件则完成一个“升停降停”的运动循环。25上述过程可以用从动件的位移曲线来描述。以从动件的位移S为纵坐标，对应的凸轮转角为横坐标，将凸轮转角或达出来的图形称为从动件的位移线图，如图128B所示。26从动件在运动过程中，其位移S、速度V、加速度A随时间T（或凸轮转角）的变化规律，称为从动件的运动规律。由此可见，从动件的运动规律完全取决于凸轮的轮廓形状。工程中，从动件的运动规律通常是由凸轮的使用要求确定的。因此，根据实际要求的从动件运动规律所设计凸轮的轮廓曲线，完全能实现预期的生产要求。（2）从动件常用的运动规律常用的从动件运动规律有等速运动规律，等加速等减速运动规律、余弦加速度运动规律以及正弦运动规律等。等速运动规律度有突变，其加速度和惯性力在理论上为无穷大，致使凸轮机构产生强烈的冲击、噪声和磨损，这种冲击为刚性冲击。因此，等速运动规律只适用于低速、轻载的场合。等加速等减速运动规律从动件在一个行程H中，前半行程作等加速运动，后半行程作等减速运动，这种运动规律称为等加速等减速运动规律。通常加速度和减速度的绝对值相等，其运动线图如图31所示。图3127图33图32由运动线图可知，这种运动规律的加速度在A、B、C三处存在有限的突变，因而会在机构中产生有限的冲击，这种冲击称为柔性冲击。与等速运动规律相比，其冲击程度大为减小。因此，等加速等减速运动规律适用于中速、中载的场合。简谐运动规律（余弦加速度运动规律）当一质点在圆周上作匀速运动时，它在该圆直径上投影的运动规律称为简谐运动。因其加速度运动曲线为余弦曲线故也称余弦运动规律，其运动规律运动线图如图33所示。由加速度线图可知，此运动规律在行程的始末两点加速度存在有限突变，故也存在柔性冲击，只适用于中速场合。但当从动件作无停歇的升降升连续往复运动时，则得到连续的余弦曲线，柔性冲击被消除，这种情况下可用于高速场合。摆线运动规律（正弦加速度运动规律）当一圆沿纵轴作匀速纯滚动时，圆周上某定点A的运动轨迹为一摆线，而定点A运动时在纵轴上投影的运动规律即为摆线运动规律。因其加速度按正弦曲线变化，故又称正弦加速度运动规律，其运动规律运动线图。从动件按正弦加速度规律运动时，在全行程中无速度和加速度的突变，因此不产生冲击，适用于高速场合。了解从动件的运动规律，便于我们在凸轮机构设计时，根据机器的工作要求进行合理选择。322凸轮结构尺寸设计采用AUTOCAD匹配设计得到凸轮结构尺寸如下图示28图34凸轮结构尺寸33键的选择与校核电机轴轴径为24MM此处选用平键联接，尺寸为，键长为28MM108BHM键的工作长度2810LLBM键的工作高度4K可得键联接许用比压21250/PN237048TPDKL故该平键合适294旋转机构设计41选择电机的选择411选择电动机类型电动机是标准部件。因为室内工作，运动载荷平稳，所以选择Y系列一般用途的全封闭自扇冷鼠笼型三相异步电动机。412电动机容量的选择1）运输机所需要的功率为P950KWTNP其中设定转弯转矩T290NM，转速N45M/S得852592KW2）电动机的输出功率为0P0KWPP电动机至鼓轮轴的传动装置总效率。取V带传动效率，圆柱齿轮传动效率，轴承效率，960198029803联轴器的传动效率，电动机至鼓轮轴的传动装置总效率为45908323213）电动机所需功率为KWPW358900因有轻微震动，电动机额定功率只需略大于即可，查机械设计手册MP0表191选取电动机额定功率为4KW。413电动机转速的选择旋转转弯转速30由于转弯只需转90（1/4圈）即可，则MIN/45RNW减速齿圈推荐的传动比为301I所以电动机实际转速的推荐值为MIN/13504RINW符合这一范围的同步转速为750、1000R/MIN。综合考虑传动装置机构紧凑性和经济性，选用同步转速1000R/MIN的电机。型号为Y112M4，满载转速，功率4。IN/960RNMKW42齿轮齿圈设计421选精度等级、材料和齿数采用7级精度由表61选择小齿轮材料为40CR（调质），硬度为280HBS，大齿轮材料为45钢（调质），硬度为240HBS。选小齿轮齿数201Z大齿轮齿数取40I2Z422按齿面接触疲劳强度设计由设计计算公式进行试算，即3211HEDTTZUTKD1）确定公式各计算数值（1）试选载荷系数6TK（2）计算小齿轮传递的转矩MNT5812（3）小齿轮相对两支承非对称分布，选取齿宽系数80D（4）由表63查得材料的弹性影响系数2/189MPAZE（5）由图614按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限H601LIM31大齿轮的接触疲劳强度极限MPAH502LIM（6）由式611计算应力循环次数8110798319460HJLNN782357（7）由图616查得接触疲劳强度寿命系数901NZ9802NZ（8）计算接触疲劳强度许用应力取失效概率为1，安全系数为S1，由式1012得MPASZHN5706950LIM13982LI2（9）计算试算小齿轮分度圆直径，代入中的较小值TD1HMDT5783920658132231计算圆周速度VSNVT/174106计算齿宽BMDT3581计算齿宽与齿高之比B/H模数ZMTNT92071齿高653/4/2HBNT计算载荷系数K32根据，7级精度，查得动载荷系数SMV/051051VK假设，由表查得NBFKTA/H由于载荷中等振动，由表52查得使用系数251A由表查得31查得28FK故载荷系数706130512HVAK（10）按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径，由式可得MDTT896/758/331（11）计算模数ZM920/1423按齿根弯曲强度设计弯曲强度的设计公式为321FSDNYZKT（1）确定公式内的计算数值由图615查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限MPAFE501大齿轮的弯曲疲劳强度极限382由图616查得弯曲疲劳寿命系数901NZ2N计算弯曲疲劳许用应力取失效概率为1，安全系数为S13，由式1012得MPASZFENF2346509133MPASZFENF9268310922计算载荷系数6815FVAK（2）查取齿形系数由表64查得821FAY27FA（3）查取应力校正系数由表64查得51SA742SA（4）计算大小齿轮的，并比较FSAY01468992687533421FSAFY大齿轮的数据大（5）设计计算MM620148926058133对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数M大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，可取有弯曲强度算得的模数262MM，圆整取标准值M30MM并按接触强度算得的分度圆直径D82591算出小齿轮齿数取403/1MZ201Z大齿轮齿数取202I2424几何尺寸计算（1）计算分度圆直径MZDM1203462（2）计算中心距MDA5702/6102/1234（3）计算齿宽宽度取MDB3601MB40512序号名称符号计算公式及参数选择1齿数Z20，4002模数M3MM3分度圆直径21D120,64齿顶高AHM35齿根高F756全齿高67顶隙C08齿顶圆直径21DM194,9齿根圆直径43F5710中心距A044键的选择与校核电机轴轴径为24MM此处选用平键联接，尺寸为，键长为28MM108BHM键的工作长度2810LLBM键的工作高度4K可得键联接许用比压21250/PN237048TPDKL故该平键合适355电气控制系统轨道式导引车（RAILGUIDEVEHICLE，穿梭车）具有动态移载、运行稳定可靠、成本低等特点，在自动化仓库系统中得到了广泛应用。目前穿梭车按运动方式不同可分为环形轨道式和直线往复式。一般地，环形轨道式穿梭车系统效率高且可多车同时工作，轨道多采用铝合金，相对成本较高；直线轨道式穿梭车系统通常为单车单轨，通常采用钢轨为轨道，成本较低。随着PLC控制、分布式现场总线、矢量变频调速、激光测距定位等技术的引入，使得穿梭车能够实现精确绝对认址与平滑调速，从而提升了穿梭车的起动、运行与制动性能，确保了整个物流系统的可靠、平稳与高效。51穿梭车结构组成直线轨道式穿梭车系统通常为单车单轨，穿梭车的硬件组成主要包括行走机构、升降机构、叉取机构，总体结构如图1所示。行走电机通过驱动轴带动车轮，使穿梭车在下导轨上做水平行走；提升电机通过凸轮带动载货台做垂直升降；载货台上的货叉电机驱动货叉左右伸缩。图51穿梭车结构组成52穿梭车电机的选择自动引导车是电动车的一种，而电机是电动车的驱动源，提供给整车提供动力。目前常用的电动车辆驱动系统有三种36第一种是直流电机驱动系统，20世纪90年代前的电动汽车几乎全是直流电机驱动的。直流电机木身效率低，体积和质量大，换向器和电刷限制了它转速的提高，其最高转速为60008000R/MIN。但出于其缺点目前除了小型车外，电动车很少采用直流电机驱动系统。第二种是感应电机交流驱动系统。该系统是20世纪90年代发展起来的新技术，目前尚处于发展完善阶段。电机一般采用转子鼠笼结构的三相交流感应电动机。电机控制器采用矢量控制的变频调速方式。其具有效率高、体积小、质量小、结构简单，免维护、易于冷却和寿命长等优点，该系统调速范围宽，而且能实现低速恒转矩，高速恒功率运转，但交流电机控制器成本较高。目前，世界上众多著名的电动汽车中，多数采用感应电机交流驱动系统。第三种是永磁同步电机交流驱动系统，其中永磁同步电机包括无刷直流电机和三相永磁同步电机，而永磁同步电机和无刷直流电机相比，永磁同步电机交流驱动系统的效率较高，体积最小，质量最小，也无直流电机的换向器和电刷等缺点。但该类驱动系统永磁材料成本较高，只在小功率的电动汽车中得到一定的应用。但永磁同步电机是最有希望的高性能电机，是电动汽车电机的发展方向。出于直流电机本身具有控制系统简单，调速方便，不需逆变装置等优点，并且本课题设计的穿梭车不需要工作在高速大功率之上，因此，在本文仍采