双立柱巷道物流堆垛起重机设计【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 I 摘 要 随着世界经济的持续发展和科学技术的突飞猛进，现代物流作为现代经济的重要组成部分和工业化进程中最为经济合理的综合服务模式，正在全球范围内得以迅速发展。自动化立体仓库作为现代物流系统的重要组成部分，是一种多层存放货物的高架仓库系统，它是在不直接进行人工干预的情况下自动地存储和取出物流的系统。它是现代工业社会发展的高科技产物，对提高生产率、降低成本有着重要意义。 本文以设计了一台能在仓库中运输、堆取货物的机械设备 双立柱式巷道堆垛起重机，并着重分析了其升降机构、伸叉机构、行走机构等机构的工作原理， 并对各机构进行分析设计、选取与尺寸计算。内容包括： 总体运动方案设计和结构分析 、 起升机构的设计、伸叉机构设计、行走机构设计、机体支架设计及其他装置设计等内容 。各机构以电机的选取入手，通过对钢丝绳、卷筒、链轮链条、皮带轮皮带的工作性能的分析设计计算与选取，从而设计合适的双立柱式巷道堆垛机起重机的机架，进而设计一台性能完备的双立柱式巷道堆垛起重机。 关键词 ：双立柱；自动化仓库；巷道；物流；堆垛起重机；设计 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 of an in a in of in as an in is of It on in to to It is of of to is a of in or in It its its at to s of s of of s s to of of of of to so to of to a of 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 1 章 绪 论 随着世界经济的持续发展和科学技术的突飞猛进以及经济全球化的趋势的加强，各国面临着前所未有的机 遇和挑战。在这种大形势之下，现代物流作为工业化进程中最为经济合理的综合服务模式和管理技术已被越来越多的企业所重视。物流系统的改善和合理性对优化资源配置、提高企业生产率、降低生产成本起着至关重要的作用。堆垛起重机是自动化立体仓库中最重要的起重运输设备，是代表立体仓库的标志。本文从堆垛机的应用特点入手，着重就堆垛机的结构设计进行初步的研究 1。 题背景 道堆垛机发展现状、发展趋势与优势 随着计算机信息技术的发展，现代企业生产模的不断扩大和竞争的日益加剧 ,市场对企业物流系统提出了新的要求，自 动化立体仓库是实现物流系统合理化的关键。它具有空间利用效率高、便于实现自动化管理、适时自动结算库存货物种类和数量、立体仓库信息库可以和中央计算机系统连网运行等许多优点，对加快物流速度、提高劳动生产率、降低生产成本都有重要意义，因此自动化仓库受到越来越多的关注并已开始应用于汽车、电子、医药、烟草、裁减、邮电等许多行业。仓库最早是在二战期间被美国用来存储油料、枪支、器械等物品。在当时看来这种简单的设备已经具有占地空间小、便于我品的存放与管理等优点。到十九世纪五六十年代我国的大部分生产厂家应用仓库来存储产品，到七 八十年代仓库已经发展为自动化立体仓库并得到广泛应用。随着仓库的不断发展，仓库内的搬运设施也不断的优化 ,从最初的人力搬运转化为机械搬运。仓库内的搬运、取货设备最开始是由一辆引导车牵引一节装有起重机的车厢，由起重机来完成货物的存取与运输。这种方法与之前的人力相比具有了提高劳动生产率、降低劳动成本等优点，但行走所需空间大，这就降低了仓库的利用率。为了弥补这种不足，人们就想到了把引导车与起重机结合到一起来完成货物的存取与运输功能，巷道堆垛起重机就是随着立体仓库的出现而发展起来的专用起重机，通常简称堆剁机。堆剁机是立 体仓库中最重要的起重运输、搬运、堆垛设备，是代表立体仓库特征的标志。其主要用途是在接受计算机的指令以后，能在高层货架巷道中来回穿梭，将货物从巷道口出入库货台搬运到指定的货格中，或把需要的货物从仓库中搬运到巷道口出入库货台，再配以相应的转运、买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 送设备通过计算机控制实现货物的自动出入库作业。其对立体仓库的出入货效率有重要影响，是立体仓库能否达到设计要求和体现其优点的关键内容之一。 20 世纪70 年代初，我国开始研究采用旱稻式堆垛机的立体仓库，据不完全统计，到目前已建成三百余座。而堆垛机作为立体仓库中最重要的其中搬运 设备，也得到了较快的发展。 按照现行继续界行业标准，巷道堆垛起重机可以按照支撑方式、用途、控制方式、结构、运行轨迹等分类，但无论何种类型的堆垛机都主要由水平行走机构、起升机构、栽货台及货叉机构、机架和电气设备等基本部分组成。堆剁机的分类方式很多，主要分类形式有以下几种： 按照有无导轨，堆剁机可分为有轨堆垛机和无轨堆垛机。有堆垛机需沿巷道内的轨道运行；无轨堆剁机又称为高架叉车。在立体仓库中运行的主要设备有轨道堆垛机、无轨道堆垛机和普通叉车。这三种设备相比较之下，有轨巷道堆垛机对巷到要求宽度小，对仓库的利用率 高切作业高度高，可以进行手动、半自动、自动和远距离集中控制，但却必须配备出、入库设备。无轨巷道堆剁机由于无轨道限制可以服务于两个以上的巷道，并可完成高架区外的做业。 按高度不同，堆剁机可分为低层型、中层型、高层形。低层行起重机一般起升高度在 5m 以下，主要用于分体式高层货架仓库及简易立体仓库中，中层型堆垛机的起升高度在 5间，而高层型堆垛机的起升高度在 15m 以上，主要用于一体式的高层货架仓库中。 按照驱动方式不同，堆垛机可分为上部驱动式、下部驱动式、和上下部相结合的驱动方式。 按照用途不同，堆垛 机可分为桥式堆垛机和巷道式堆垛机。桥式堆垛机具有起重机和叉车的双重结构特点，像起重机一样，具有桥架和回转小车，同时具有固定式和可伸缩式的立柱，立柱上装有货叉或者其他取物装置。桥式堆垛机的堆垛和取货是通过取货装置在立柱上的运动实现的，但由于立柱的高度限制，桥式堆垛机主要适用于 12m 以下中等跨度的仓库，且航道宽度较大，适用于笨重和长大物料的搬运和堆垛，并可服务于多条航道。 巷道堆垛机沿货架仓库巷道内的轨道运行，使得作业高度提高；采用货叉伸缩机构，使货叉可以伸缩，这样就可以使巷道宽度变窄提高仓库的利用率；巷道堆垛机适用于各种高度的高层货架仓库，除以上优点之外，巷道堆垛机还要求有较高的运行速度和生产效率、配备出入仓库装置较高的制造和安装精度、多节伸缩货叉或货板、较高的电气传动调速且制动平衡、停车准确、要有安全保护装置等特点 2。买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 V 立柱巷道堆垛机的分类 巷道堆垛机按结构不同可分为单立柱型巷道堆垛机和双立柱型巷道堆垛机。 单立柱型巷道堆垛机的机架结构由一根立柱、上横梁和下横梁组成一个矩形框架。立柱多采用较大的 H 型钢或焊接制作，立柱上附加导轨。整车质量较轻，消耗材料少，因此制造成本相对较低，但结构刚度比双立柱差 。由于载物台及货物对立柱的偏心作用，以及行走、制动时产生的水平惯性力的作用，使单立柱堆垛机在使用上有局限性。不适用于起重量大和水平运行速度高的堆垛机，适用于重量 12t 以下，起升高度在 16m 以下的仓库。单立柱堆垛机的起升结构普遍采用钢丝绳传动，由电机减速机驱动卷筒转动，通过钢丝绳牵引载物台沿立柱或起升钢轨作升降运动。对于钢丝绳传动，传动和布置相对容易，但定位准确性稍差。 双立柱机构的堆垛机的机架由两根立柱和上横梁、下横梁组成一个长方形框架。立柱形式有方管和圆管。方管兼作起升导轨，圆管附加起升导轨。双立柱堆垛机 的最大优点就是强度和刚性都比较好，并且运行平稳。一般对于起升高度较高、起重量较大和水平运行速度较高的立体仓库堆垛机，多采用双立柱结构。双立柱堆垛机的起升机构普遍采用链条（钢丝绳）传动，由电机减速机驱动链轮（卷筒）转动，通过链条（钢丝绳）牵引载货台沿立柱或起升导轨作升降运动。由于链条传动多采用封闭链或配重装置，受空间尺寸限制，传动和布置较复杂，但定位较准确 2。 计参数 表 重量为 3 吨的双立柱巷道堆垛起重机的主要性能参数 序号 技术项目 技术指标 1 主体结构形式 双立柱、单深位、单货台 2 货叉形式 单副伸缩式存取货叉 3 适合高度 12m 以下 4 适合载荷 小于 3t 3 最大走行速度 ,m/20(自动运转时 ) 4 水平加速度 ,m/动运转时 ) 5 最大升降速度 ,m/ 2（满载） ,20（空载） 6 升降加速度 ,m/动运转时） 7 最大伸叉速度 20（满载） ,30（空载） 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 伸叉加速 度 ,m/表 重量为 3 吨的双立柱巷道堆垛起重机的主要性能参数 续表 9 水平走行定位精度 , 5 10 垂直升降定位精度 , 5 11 伸叉定位精度 , 5 12 行走驱动 下部驱动 13 升降驱动 电机带动，钢丝绳牵引 14 伸叉驱动 电机带动链轮和链条驱动 15 作业形式 单一和复合循环 16 供电方式 低部安全滑触线 17 控制操作方式 手动 /自动 /在线 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 2 章 总体运动方案设计和结构分析 立柱巷道物流堆垛起重机的总体运动方案设计 因为与单立柱相比，双立柱巷道堆垛机具有强度和刚性都比较好，运行平稳且定位准确等优点，被广泛应用于自动化立体仓库中，结合这一现状，我决定对双立柱巷道堆垛起重机 进行研究和设计。 为使堆垛机能够准确、快速、安全、自动搬运货物出库，必须满足以下设计要求： （ 1）具备三维运动功能，能在高窄巷道中进行高升降行程作业 ,可以有效利用仓库空间 ,能适应最高层、 最低层、其他层货位及站台货位的存、取货物。货叉长度及伸叉行程适应托盘深度及货架宽度方向尺寸（包括巷道宽度），使单元负载得以正确平稳地方入货位中。在存取货时，堆垛机的行走及升降运动能同时动作，且行走及升降速度匹配，缩短了作业时间，即沿巷道来回运动、载货台垂直运动、货叉沿货架方向伸缩运动能同时进行； （ 2）堆垛机的结构设计成熟 可靠，结构具有足够的强度及刚性要求，运行稳定可靠，满足一定的定位精度，重复定位精度不能超过 10 （ 3）具备安全保护措施； （ 4）在满足强度、刚度和可靠性的前提下，尽量减小堆垛机各部分的重量，以减小提升功率和行走时的摩擦阻力； （ 5）所有零部件按标准要求采用优质材料制造，以提高堆垛机整机性能；堆垛机需调整的零部件以尽量减少，以简化维护工作并延长使用寿命； （ 6）堆垛机起升导轨光滑，保证堆垛机运行平稳； （ 7）保护仓库环境，避免货物污染受损。根据以上设计要求制定双立柱巷道物流堆垛起重机的总体运动方案。 无 轨堆垛机在使用过程中虽然因为没有轨道而节约了仓库的地面利用率，但却存在在存取货物时不便于控制的缺点，所以我决定针对有轨巷道堆垛机进行研和设计。在这个课题中由于采用上下两条轨道作为堆垛机滑轨已经可以保证堆垛机沿伸叉方向的平稳性，所以上下轨道我均采用单轨道作为滑轨，这样即可以节轨道占地空间又可以节约轨道与机器的制造成本。 堆垛机的起升机构多数采用链传动或钢丝绳传动，为了减小体积在这里我采用钢丝绳 卷筒传动；在伸叉结构中为了保证伸平稳性的高精度采用链轮 链条传动；在买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 制行走的部分为了达到体积与平稳性的要求采用皮带 轮传动 3。 堆垛机结构如图 示 图 立柱堆垛机结构简图 图 立柱堆垛机结构简图 要装置 架 是堆垛机整体支承座，由两端的行走轮支架及钢板组焊成的矩形梁构成。堆垛机运行时产生的动负荷及静负荷均由底架传至行走轮，底架具有很好的刚性。 柱 矩形截面，减小行走运动时的立柱震 动，维持走行运行平稳。 在立柱上加工升降导向槽，支撑升降台上下运动，行走时立柱上的导向轮沿着天轨做直线运动，防止立柱左右偏摆，有足够的稳定性。 降载货台 为 竖支架侧面有深沟球轴承可以在立柱内的导向槽内沿着立柱升降，升降牵引机构采用钢丝绳方式。 升降载货台水平支架上设有货叉，可左右滑动叉取货架上的货物或将货物放置到买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 架上，货叉为链轮链条式驱动。 走机构 堆垛机底部装有的四个行走轮支撑整机重量运行 ,使堆垛机沿天地轨方向运动。堆垛机的行走是由 装在后行走轮轴上的带制动的减速电机带动的皮带轮所驱动的。所选用减速电机通过自身减速使行走更加平稳可靠。 降机构 以立柱内侧的导向槽为导向，升降载货台依靠夹在导向槽内的深沟球轴承起导向作用以保证上下运行。由减速电机 驱动的升降钢丝绳拉动升降台上下运动。所选用电机通过减速器实现速度降低，让升降更加平稳可靠。此电机能将载货台稳定的保持在一定的高度。 升降部分包括卷筒、滑轮。 叉驱动机构 由减速电机驱动一个链轮链条机构，使得货叉可以伸缩取货。电机功率很小，在接触障碍时，电机堵转不会影响堆垛机和叉体的安全。所选用电机通过自身减速让升降更加平稳可靠。 货叉的伸叉速度可按空载的不同自动调整，且速度曲线柔顺平滑，让承载货物保持稳定 4。 垛机的控制装置 自动运行的堆垛机控制系统必须具有行走控制、升降 控制、位置控制、速度控制、货叉控制、安全保护功能、自我诊断故障的功能等多种控制功能。 1、 位置功能 位置控制就是确定堆垛机停止在作业位置的功能。 自动化立体仓库一般都采用高层货架结构，以 X、 Y、 Z 坐标表示货架的行、列、段的方向，用三维坐标表示货物的位置。为了自动确定位置，也就是为了在某一位置发出减速指令使堆垛机减速，在规定位置发出停机信号，就必须检测现在的位置。本设计中位置的检测可由在个坐标轴上按一定的间隔装设的传感器来进行检测。 2、 速度控制 速度控制包括对提高作业效率有关的高速度，防止货物倒塌以 及不至于使堆垛机发生冲击的加速度和减速度，以及为便于高精度定位的最终稳定微速度等的速度控买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 X 制。 3、 货叉控制 根据堆垛机出库和入库作业，伸缩货叉向左侧或右侧进行叉取操作的顺序控制功能 . 4、 安全保护装置 堆垛机的立柱高度达 10 米，载货台的升降速度也达到 20m/载货台是沿堆垛机立柱的导轨上下运行的承载结构，上有货叉机构、驾驶室等。为了保证堆垛机正常工作，确保操作人员的人身和货物的安全，其上必须配备完善的安全保护装置。本设计中设置以下几种保护装置： （ 1） 堆垛机货叉上、下限自动停止保护 在堆垛 机货叉在进行升降运动时，不能超过导轨的上端和下端极限。因此可 以在上下端各设置一个限位开关来实现该功能。 （ 2） 载货台负荷限制 在载货台超载时，发出报警信号并切断起升机构动力。当载货台被托住，钢丝绳松弛时，也会发出停止运动的报警信号并切断动力。因此可设置热继电器来作为检测装置，再安装一个蜂鸣器作为警报提示。 （ 3） 驾驶室的安全保护 为确保驾驶室里操作人员的人身安全，驾驶室门安全与否非常重要。可设置一个限位开关来检测其功能，若发现不安全则堆垛机就会完全停止工作。 （ 4） 速度转换装置 当 堆垛机走到轨道的某一位置时应以高、中、低速 的某一速度行进时，就需要通过速度装换装置来实现这一功能。本设计中可以设置一个接近开关。 （ 5） 货叉保护装置 堆垛机在进行工作过程中，为了确保当货叉伸缩到一定位置时就回自动停止，可设置一个机械制动器来实现该功能。 （ 6） 载货台断绳保护装置 当钢丝发生断裂时 ,能够自动可靠的将载货台停止，避免溜车或坠车事故的发生 用可靠、冲击小、结构简单。本设计中采取连杆凸轮机构来实现这一功能要求。一旦钢丝绳断裂，弹簧通过连 杆机构使凸轮卡在升降机构的导轨里阻止载货台坠落。正常工作时，提杆平衡载货台及其上货物的质量，弹簧处于压缩状态，凸轮与升降机构的导轨分离 4。 章小结 本章对堆垛机的组成进行了详细的介绍，通过设计构思和计算对其重要部件进买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 了选取。通过综合考虑对整体方案进行了对比，选取了适合自己的最佳方案。 第 3 章 双立柱巷道堆垛机起升装置的设计 动机的选择计算 择电动机类型 异步电动机结构简单、容易制造、价格低廉、运行可靠、坚固耐用、运行效率较高。 变频调速，可满足堆垛机出入库稳定操作和 高速运行的要求。变频调速具有启动性能好、调速范围宽、速度变化平稳和完善的过电压过电流保护功能 5。 按已知工作要求和条件选用 择电动机容量 工作机所需功率 PW=1000.(式中： 发动机功率（ F 作用力（ N） V 运行速度 电机的输出功率 W (式中， 为电动机至滚筒轴的传动装置总效率。 取凸缘联轴器效率联=动轴承效率滚=杆传动效；卷筒的传动效率，则 = 由 故 因载荷平稳，电动机额定功率只 需稍大于即可，查 取电动机额定功率 =11所选电动机型号为 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 丝绳和滑轮设计 （ 1）钢丝绳的选择 83计算考虑全面，计算精确，计算方法如下： （ 式中： d 钢丝绳最小直径 钢丝绳最大静拉力 N； C 选择系数 N 。 选择系数 4（ 式中： n 安全系数； k 钢丝绳捻制系数； w 钢丝绳充满系数。 对于一般的起升机构 n 值为 6；选取 196 钢丝绳，则 k=钢丝绳充满系数 w=b=1850 则 5 （ 已知 m=3 1000kg,g=因为是左右两根钢丝绳同时作用 可求得单根钢丝绳上 1000 4700N； 由此可求得 =4700 =照 取 d=12 即所选钢丝绳为： 1219S+1据钢丝绳与滑轮匹配关系表查得与 d=12滑轮外径 D=315径0D =45用 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 所选滑轮型号为： 滑轮 315B/ 重卷筒设计 卷筒上有螺旋槽部分长0)( 11m a D P （ 双联卷绕卷筒长度 L 为 =2(+)+ （ 式中： 卷筒名义直径 ,=hd d 钢丝绳直径 最大卷起高度 a 滑轮组倍率 10 卷筒计算直径 Z 固定钢丝绳的安全圈数 无绳槽的卷筒端部尺寸 固定端尾端所需长度， 已知： d=12，2000m a x 查 3811h 常取 6 =2*6=192 则 =+d=192+12=204机械设计手册表 8 =315 绳槽槽距 查表 8=14底半径 R= 取 2，则 1 8 9 m 15 112000(L 0 =2（ 198+60+20） +44=600卷筒的标记为：卷筒 4B/ 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 轮蜗杆减速器的选取 因为蜗杆与电机轴通过凸缘联轴器相连，所有蜗杆转速与电机轴转速相等， 升降机构中的减速器可根据机构的传动比从标准中选用。 升降机构的传动比由下式确定 ： m（ 式中 ： 电动机额定转速； n 卷筒的转速 ,n=入相关数据到式（ 算得： i=减速器和变速器设计与选用手册，选取减速器型号为： 5063878 章小结 本章主要对堆垛机的升降机构进行了设计和计算，并对其中的重 要部件进行了校核计算。符合自己的设计。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 4 章 堆垛机伸缩货叉机构的设计计算 缩货叉的扰度与强度 所设计的货叉是指货叉插入货架中的部分 ,应以厚度尽量薄 ,同时货叉前端的扰度控制在最小，作为设计的目标 . 货叉各参数如下 : W: 载荷 ,I,2 分别为下叉 中叉 上叉的重力方向的惯性矩 E: 材料的纵弹性系数 叉的受力分析 : 如图 示 l 1l 2图 叉的受力分析 进行受力分析时，在 内取距 A 端为 x 的任意截面为研究对象，则该截面上产生的反力 W b a x M= 01 1 ( （ 用积分法求得 截面 转角为： i 1 = 123(2 （ 截面 挠度为： 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 = i 0 x 13(3 （ 当 x= 0 时 ,A 端的截面转角 0l +b) （ 当 x=式（ 入式（ 式（ ，分别算得在 c 点处的转角和挠度。 1i = )( （ 1 = )( （ 中叉的受力分析 如图 示：因载荷 W 的作用，在 b 间产生反力 图 叉的受力分析计算 进行受力分析时，在 内取距左端为 x 的任意截面为研究对象 当 0 时，可算得其转矩方程为 : M= P1 x= （ 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 积分法算出其转角 i= 挠度为： = （ 当 x=b 时， B 端的截面转角 26 当 x=b 时，将式（ 入式（ 式（ ，分别算得此段的转角和挠度 i 2 = 2 = l （ 如图 示：将 b 段作为刚性 ,c 点作为固定端（即视为悬臂梁）考虑 ,并设由于W 在中叉产生的反力为 4 ,而由这些反力作用在货叉前端产生的 图 力分析 转矩方程为： M= - P3( P 4 x （ 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 固定端 E 视为坐标原点，算得： P3= 以固定端 D 视为坐标原点，算得： ( W 用积分法算出其挠度为： = - x 2 P4 （ 当 x=，代入式（ 得： 3= e+d) -e(d)2 （ -()( （