自动化立体仓库堆垛机设计（含全套CAD图纸）
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1 翻 译 英文原文 LC of an a LC is in is to of of in is By a it a is a is to a be in of of be of n C 2 in C of an a is to C of in of is an In 123, by of in as is be of so it is in of is a ID to of is 45 is a in is a an of is by a of is a of a be to 3 of is to be in of LC up of of LC of to n is of in is a of is in LC is in I he of 6 is a th of is by a of is is as a as a be to of to 7, is is 4 of in is a is to of t As it to a N of of it is to to a a N as of it is to by N a is a be 3. by of be in as a 3If of is is as 5 (1) is s s d,q) is of is is s J is of is s is In it 1), 2) of 2), 6 as on in ), 5) (6) 7) (8) is of is in of be to be to as an an by 2). to 7 3) be 9) is to in be as 4. of in of It is to of to of be of is 0 HZ HZ 0of a is is a on of 0 is on 1600 a of is to of in 3 in 2 8 in of is is of of of 0 of of of is 5 of he of is . 8, 7LC 7a a is 7PI of MV It LC SS is on in is a 9 in LC is so PI MV is to as a is be It to to or to 5. of of to of of is in by LC PC be l to A PC is is is to of TL to in , 10 00In to to 00ms in . In is to up of by a is 00 is in of is I in is to no 0 to 20 of I 11 2 It is of is I (I 11 (in 6. n to is A of is to is to LC in 12 中文译文 频调速的网络反馈系统的实现 摘要。 变频调速系统 ,包括一个异步电动机和通用逆变器、 且 而 ,对多变量、非线性和强耦合的异步电机的控制性能 却 不足 ,不能很好地满足客户的调速要 求 。该数学模型的变频调速系统提出了矢量控制方式 ,其可逆转性 得到证实。通过构建一种基于神经网络的逆系统 ,并结合变频调速系统 ,并且 为了得到性能优良 的系统采用了一个线性闭环调节器 。采用 经网络逆系统在实际系统可以实现。实验结果表明变频调速系统的性能 得到了很大的提高，并且神经网络反馈 控制的可行性得到了验证 。 1. 导论 近年来 ,随着电力电子技术、微电子技术和现代控制理论 ,逐渐涉及到 交流电机系统 ,这些技术 已经广泛应用于变频器调速的 达。 变频调速系统 ,包括一个异步电动机和通用逆变器，用来代替直流调速系统。由于 在工业领域中 的 糟糕的环境和严重的 干扰 ,选择控制器是一个十分重要的问题。在文献 123,介绍了利用工业控制计算机和数据采集卡 实现了 神经网络反馈控制 。工业控制计算机的优势 有较高的计算速度，庞大的 记忆能力以及与其他软件良好的兼容性等。但是工业 控制计算机 在 工业应用 上 也有一 些不足，比如运行 不稳定 ,不可靠 及 更恶劣的通信 能力。可编程序控制器 (制系统是专为工业环境中 的 应用 而设计的 ,它的稳定性和可靠性好。 制系统 ,可以很容易地集成到 现场总线控制系统并得到高性能的通信结构 ,所以它在近年来 被 广泛地使用 ,并且深受欢迎。该系统由普通 的逆变器和异步电机 组成， 是一种复 13 杂的非线性系统 ,传统的 制策略 ,并不能满足要求 和 进一步控制。因此 ,如何加强系统的控制性能 是非常迫切 的事情。 神经网络逆系统 45, 在未来几年里将 是一种新型的控制方法。其 基本的 想法是 :对于一个给定的系统 ,原系统的逆系统是由一个动态神经网络 引起的 ,对象信号和反馈信号的组合系统被转化成一种线性关系的解耦标准系统。 随后 ,一个线性闭环调节器设计可以达到较高的控制性能。该方法的优点是 在工程上 很容易实现。在线性化及其解耦控制正常的非线性系统能实现采用这种方法。 把神经网络反馈结合到 可编程序控制器 (就可以很容易地弥补不足的问题，解决 在 制系统 上的 非线性耦合 。这个组合可以促进神经网络反馈 付诸实践 ， 来实现其全部的经济效益和社会效益 。 在这篇文章中，首先对神经网络反馈 方法 进行了介 绍 ,并且描述了采用矢量控制的变频调速系统的数学模型。然后是对反馈 系统进行分析的 的介绍 ,并给出了 关于 制系统中构造 最后 ,该方法在实验中 被验证 ,并 将 传统的 制和 制进行了对比 。 2. 神经 反馈 网络控制方法 基本的反馈 控制方法 6就是 :对于一个给定的系统 、一种 反馈方法 建立的完整的反馈系统 ,并结合反馈 系统与原系统的特点 ,提出了一种解耦的线性关系 ,以标准化体系 ,并命名为伪线性系统。 随后 ,一个线性闭环调节器 运行并 将达到较高的控制性能。 当在 “几何领域” 讨论这些问题时，反馈系统控制方法并不像微分几何方法，其特点是直接，简单，易于理解。主要的问题是怎样在应用软件中获得反馈模型。由于 非线性系统是一个复杂的系统 ,所以很难要 14 求严格解析反馈信号 ,这 甚至是不可能的。 反馈系统控制在工程应用中不能达到期望值 。作为神经网络非线性逼近 能力 ,尤其是对于非线性的复杂系统 ,它会 是来解决 问题 的强大工具 。 反馈系统集成了具有非线性逼近能力的反馈系统，其中具有非线性逼近能力的反馈系统能够避免使用反馈方法带来的麻烦。这样就可能，运用反馈控制方法去控制一个复杂的非线性系统。 a N 反馈 系统的 控制方法只需要较少的系统信息，比如与系统相关的命令，并且容易获得运行网络的反馈模型。原系统的层叠式的 馈系统 ,会形成一个伪线性系统。然 后 ,一个线性闭环调节校准器将工作 。 3. 异步电机变频调速系统的数学模型和它的反馈性能 异步电机变频调速系统提供的跟踪电流正弦脉宽调制逆变器可以表示为 非线性模型在两相循环的协调 。该模型简化为一个 3果忽略逆变器的延迟 ,该模型表述如下 : （ 1） （ 表示同步角频率 ； 表示转速； 表示定子 的电流； 表示转子在（ 线上的不稳定部分； 表示点的数量； 表示互感系数； 表示惯性转矩； 表示转子的时间常数； 表示负载转矩。） 15 用矢量模式 ,得 代 进公式 (1),得 （ 2） 可逆转性分析 (2),得 （ 3）（ 4） 可供选择的状态变量如下 输入变量 由公式 (4)得出结果 ,得 （ 5） （ 6） 然后雅可比矩 阵 16 （ 7） （ 8） 作为 所以 并且系统是可逆的。 相关的系统是 当变频器运行模式的变化 ,在矢量磁链的可以忽略的磁链 (考虑到是恒定 ,等于等级 )。原系统简化为一个输入和输出系统订立的 (2)。 根据隐函数定理，公式 (3)的反馈系统可以表达为 : （ 9） 当反馈系统连续连接到原系统时，伪线性复合系统形成类型。 4. 网络反馈系统的实现步骤 入与输出的运行样本的采集 采样对网络反馈系统的建 立是极其重要的。它不仅需要获得原系统的动态数据 ,还需要获得了静态的数据。参考信号应该包括原始系统所有的工作范围 ,并确保近似。信号的欲处理的第一阶段是从每 000得到开环响应。第二阶段是混乱信号的输入，当每 10秒钟出现预处理信号时，随机信号输入 ,并得到闭环响应。基于这些输入 ,将得到 1600组得到运行样本。 络的建设 静态 神经网络和动态神经网络的 完美组合将能构建一个反馈系统 。 17 静态神经网络的结构是由 2个输入层的神经元， 3个输出层的神经元和 12个隐蔽层的神经元组成。隐藏神经元的 激励函数是单调平 滑双曲正切函数。输出层是由 线性临界激励函数的神经元组成。运行数据是这些速度的开环，闭环的相对应速度和设置的参考的速度。 50次运行之后，神经网络的运行错误达到 经网络的负荷和临界值被保存下来。并得到原系统的反馈模型。 5. 实验和结果 统硬件 硬件系统包括上层监督计算机安装，控制结构软件 门子 变频器 ， 异步电动机和光电编码器。 选择 它有一个 速采集模块 是 这个逆变器 的类型 是西门子 的 西门子 的 国 的 协议。 在这个系统上 变器 上 。 件 编程 信 介绍 点接口 )是一种简单、便宜的通讯 策略 ， 运用在 运行慢，非大型 数据转换 的场合 。 在 是很 大 ,所以 选择 为从动装置 连接 到 并 安装 到 。 供 选 择。它允许控制信号 直接 发送到 变频地址 ,或者使用 5的系统功能模块 。 力。不同类型的服务器和客 18 户机可以存取彼此 的数据来源。比较 传统的 软件模式和硬件发展 ,设备生产商只需要培养一个操作员 。这 样 可以缩短开发周期 ,节省人力资源 ,并简化了整个控制系统的结构。 矩阵实验室的神经网络运行需要系统各种各样数据的时候，这些数据不能从 所以 设置 务器 ,一个 被很好的 建立 关于 统 的 实时数据 被 然后 通常用 据采集和控制算法进行编程，速度采样程序和存储程序被编程为有规律的中断程序 A，中断周期为 100毫秒。为了阻止程序 00毫秒，减小程序的运行周期和系统错误，控制步骤和神经网络算法被编程为主程序 B。 神经网络算法标准化对运行采样来说是必要的以便加快信号收集 速度，在最终运行之前输入和输出信号乘以一个放大系数。 验结果 当速度参照是 100秒每周期的方波 信号 时 ,逆变器运行的是矢量模式 。结果表明 ,神经网络控制的跟踪性能均优于传统的常规 当速度参照 保持恒定时 ,经过 80秒时间， 负荷降低到没有负荷 ,经过120秒时 间 ,负荷增加到满负荷，所以在传统控制下的速度响应曲线和网络反馈控制下的速度响应 曲线 如下图所示。 很明显 ,在 稳定 性能上 ，网络反馈控制的负载扰动优于传统的 19 （ （网络反馈控制下的 速度响应） 6. 结论 为了改善 控制性能 ，因而神经网络反馈 系统 被使用。 并给出了 一个变频调速系统 的 数学模型 ,且其可逆转性得到 了检验。 反馈系统和原系统被组合并构建成伪线性系统，并设计了线性控制的方法进行控制。通过实验 ,统 在工业应用中具有有效性和可行性的到了验证 。 20 附录 毕业实习报告 专 业： 姓 名： 学 号： 实习时间： 为了巩固和深化所学的理论知识，加强对本专业的认识，开拓眼界，并为日后的工作奠定实践基础，我们在老师的带领下，来到重庆市长安汽车股份有限公司进行为期 5 天的参观实习。 在出发之前，我们查阅了长安汽车集团的相关资料，对其有了初步地了解。长安汽车源自于 1862 年，成长于新中国，兴盛于改革开放，是中国近代工业的先驱。长安汽车隶属于中国兵器装备集团公司， 1996 年从原母公司独立成为汽车股份有限公司， 1997 年在深圳证券交易所上市， 是一家集汽车研发、制造、销售和服务于一体的专业汽车公司，国内拥有 2 家上市公司、 4 支股票。 20 世纪 80 年代初，公司积极响应国家军转民号召，正式进入汽车产业领域，并逐步发展壮大。目前，长安汽车已建成重庆、河北、江苏、江西 4 大产业基地，拥有 11 个整车和 2 个独立的发动机工厂，具备了年产汽车 130 万辆，发动机 100万台的能力。产品谱系覆盖微车、轿车、客车、卡车、 领域，拥有排量从 系列发动机平台。 长安汽车多年来一直位居全国工业企业 500 强、中国制造企业 100 强、中国上市公司 20 强 之列，中国汽车行业前四位，重庆市工业企业 50 强之首。 2007 年，率先成为国防工业系统、中国西部、重庆市第一家 500 亿级企业。 2008 年，长安汽车销售整车 86 万辆，实现销售收入 523 亿元，品牌价值达 212 亿元。 长安汽车是一家开放的公司，积极加强与世界优秀汽车公司的合资合作。先后与福特、铃木、沃尔沃、马自达、伟世通等跨国企业建立了战略合作伙伴关系。旗下生产的蒙迪欧 克斯、嘉年华、马自达 3、马自达 2、沃尔沃 尔沃 木天语、雨燕等多款产品，深受广大用户喜爱。 长安汽车坚持“以我为主，自 主创新”的发展模式。长安汽车工程研究院是全国首批国家级企业技术中心之一，建立了中国重庆、中国上海、意大利都灵、日本横滨三国四地、各有侧重的研发格局，推出了长安汽车产品开发流程（ 2007 年，被国务院发展研究中心称为“长安模式”，获得国家第二批创新型企业试点，自主创新能力排名行业前三。长安先后推出了长安之星 2 代、长安之星 安星光 4500、长安奔奔、长安杰勋、长安志翔、长安悦翔等多款自主品牌汽车产品。 长安汽车致力于用科技驱动产业和谐发展，为全球消费者提供节能、安全、环保、高品质的产品 。在新能源领域如氢内燃机、混合动力等方面处于行业领先水平。 2007 年，长安氢燃料发动机点火成功，长安第一辆产业化的混合动力轿车杰勋下线； 2008 年， 22 辆杰勋混合动力轿车成功服务北京奥运会，并成为国家科技部新能源汽车“十城千辆”工程首批示范运行企业；在重度混合动力技术开发方面，也取得了突破性进展。 我们于 3 月 22 日由成都出发，下午抵达重庆，安排住宿事宜，第二天开始正式入厂参观实习。 3 月 23 日上午，我们按要求来到长安发动机制造厂，接受入厂前的安全教育。厂方负责人员首先向我们介绍了长安汽车股份有限公司的概况， 然后对我们日后在参观实习中应注意的问题作了详细的说明，以保证实习能够顺利地进行。 下午，我们参观了刀具加工车间，这里加工生产中所用的各种刀具，主要包括车刀、铣刀、钻头等。 对于刀具的加工重点在其切削部分，即三面、两刃、一尖的几何尺寸与角度。以车刀为例，看似大同小异， 但由于几何角度的不同，刀具的性能会有很大的差异。如刃倾角的正负决定了排屑方向，当其为负值时，切屑流向已加工表面，但刀尖强度高，适用于粗加工；当其为正值时，切屑流向待加工表面，适宜精加工。 工人师傅说，对于我们来讲，也许不用设计刀具，但工作中对零件作工艺分析时，必要涉及到刀具的选择问题，若要想能够合理地选择刀具，光凭书本知识是远远不够的，只有经过长期积累经验，才能熟练掌握。 看来要成为一名合格的机械设计人员，并非一朝一夕之事，即使毕业了仍要不断学习。 3 月 24 日，公司安排我们休整一天， 25 日继续参观。这天主要参观了发动机汽缸的生产过程，包括缸盖、缸体、曲柄 等零件的加工和装配。这些零件虽在不同的车间中生产，但并不是完全独立的，各种零件每日的生产数量相互匹配，工人们按照订单进行加工，生产过程井然有序 ，各车间形成了一个整体的生产系统，从而节省了资金流动，提高了生产效率。 另外，整个生产过程基本实现了自动化生产，工人们只负责零件的搬运和检验工作。在缸体的加工车间里，我们看到了一条柔性制造线（ 缸体毛坯按照预先指定的加工工艺过程，依次通过各道加工工序 ，包括铣削平面、钻孔、铰孔、工螺纹等，最后成为成品。 26 日我们参观了模锻与冲压加工 工艺 。所谓模锻就是利用模具使毛坯变形而获得锻件的锻造方法。经模锻的锻件精度高、流线组织合理、力学性能好，而且生产效率高，金属消耗少，并能锻出结构复杂的锻件，因此，在现代化大 批量生产中广泛采用模锻。 而冲压则是使板料经分离或成形而得到制件的工艺的统称。冲压通常在常温下进行，故称冷冲压。经老师介绍，我们了解到冲压生产的特点有：产品有较高的精度和较低的表面粗糙度值，互换性好，一般无需再进行切削加工；冷变形强化作用显著，零件的重量轻、强度和刚度较高；能生产较复杂形状的平板类和中空类零件，工艺过程便于机械化、自动化，生产效率高、废品率低、成本低，适用于大批量生产。 最后一天我们来到了 汽车变速箱的 装配车间 。这里所装配的是 5 挡手动变速箱，主要由箱体、齿轮、轴组成 。变速箱的 作用 主要 有三点： 1 改变传动比，扩大驱动轮转矩和转速的变化范围； 2 在发动机旋转方向不变的情况下，使汽车能倒退行驶； 3 利用空挡 ，中断动力传递，实现汽车的起动、怠速。变速器相对于汽车的其它部件而言，结构较为复杂，精度要求高，为保证其工作性能和使用寿命，对箱体内的清洁度也有较高要求，因而该车间的工作环境明显 优 于之前所参观的车间 。另外，车间内还建立了自动化立体仓库，并配有无轨自动导向小车，用于货物的储运。 本次实习虽只短短几天，但却让我们增长了不少 见识， 将以前所学书本知识与 实践相结合 ，对其有了进一步的认识。所谓公欲善其事，必先利其器，通过与工人师傅们的交谈，我了解到长安公司的很多生产设备与国际水平还有很大的差距，要想提高产品质量与生产率，第一步是要采用先进的生产技术 ，这一点也是我国制造业急需解决的难题。因此，我们应牢记“科学技术是第一生产力”，只有不断学习，才能跟上时代的脚步。 自动化立体仓库堆垛机设计 摘 要 有轨式巷道堆剁起重机是随着立体仓库的出现而发展起来的专用起重机，通常简称为堆剁机。堆剁机是立体仓库中最重要的起重运输设备，是代表立体仓库特征的标志。其主要用途是在高层货架仓库的巷道内沿轨道运行，将位于巷道口的货物存入货格，或是取出货格内的货物运送到巷道口，完成出入库作业。 20 世纪 70年代初期，我国开始研究采用巷道式堆剁机的立体仓库，不久便广泛应用于各行业和地区，有的已经形成系列化，据不完全统计，到目前已建成三百余座。随着现代工业生产的发展，有轨巷道堆垛起重机的技术也在 不断提高和完善。世界主要工业国家都把着眼点放在开发性能可靠的新产品和采用高新技术上，更加注重实用性和安全性。如今，自动化立体仓库及堆垛机已成为企业生产管理不可获缺的重要组成部分。 本文从实际问题出发，以现有设备为依托，先确定出堆垛机的总体结构及各部分的结构草图，然后运用理论力学、材料力学、机械设计、制造技术等专业知识，并查阅相关设计手册，对其机械部分进行了详细的设计计算，包括：机架、行走机构、提升机构、载货台和货叉伸缩机构。设计过程中，以实现堆垛机的机械性能为目的，在满足其强度、刚度、运行稳定性等要求的前提 下，综合考虑结构的合理性和所选材料的经济性，力求达到高质量、低成本。 关键词 ： 自动化 ； 立体仓库 ； 堆垛机 ； 结构设计is by a of to as is in a is of is in of be at of or to At 0s 0to be in to 00 of of is s on of of to At an of on of of of to on In of of in to of of to of 购买后包含有 纸和论文 ,咨询 动化立体仓库堆垛机设计 摘 要 有轨式巷道堆剁起重机是随着立体仓库的出现而发展起来的专用起重机，通常简称为堆剁机。堆剁机是立体仓库中最重要的起重运输设备，是代表立体仓库特征的标志。其主要用途是在高层货架仓库的巷道内沿轨道运行，将位于巷道口的货物存入货格，或是取出货格内的货物运送到巷道口，完成出入库作业。 20世纪 70年代初期，我国开始研究采用巷道式堆剁机的立体仓库，不久便广泛应用于各行业和地区，有的已经形成系列化，据不完全统计，到目前已建成三百余座。随着现代工业生产的发展，有轨巷道堆垛起重机的技术也在 不断提高和完善。世界主要工业国家都把着眼点放在开发性能可靠的新产品和采用高新技术上，更加注重实用性和安全性。如今，自动化立体仓库及堆垛机已成为企业生产管理不可获缺的重要组成部分。 本文从实际问题出发，以现有设备为依托，先确定出堆垛机的总体结构及各部分的结构草图，然后运用理论力学、材料力学、机械设计、制造技术等专业知识，并查阅相关设计手册，对其机械部分进行了详细的设计计算，包括：机架、行走机构、提升机构、载货台和货叉伸缩机构。设计过程中，以实现堆垛机的机械性能为目的，在满足其强度、刚度、运行稳定性等要求的前提 下，综合考虑结构的合理性和所选材料的经济性，力求达到高质量、低成本。 关键词： 自动化；立体仓库；堆垛机；结构设计 中国矿业大学徐海学院毕业设计（论文） 1 is by a of to as is in a is of is in of be at of or to At 0s 0to be in to 00 of of is s on of of to At an of on of of of to on 中国矿业大学徐海学院毕业设计（论文） 2 In of of in to of of to of 国矿业大学徐海学院毕业设计（论文） 3 目 录 第 1 章 绪论 . 1 第 研究的背景与内容 . 1 . 1 . 2 . 3 . 5 第 设计的目的和意义 . 6 第 设计的内容及要求 . 6 第 设计参数 . 7 第 2 章 总体设计方案的确定 . 8 第 堆垛机三维运动速度的确定 . 9 第 堆垛机各个部分的方案选择 . 9 . 9 . 10 . 11 . 11 . 14 . 14 第 堆垛机的技术参数 . 15 第 堆垛机的技术要求 . 16 第 3 章 堆垛机起升机构的设计 . 22 第 起升机构的总体选型 . 22 第 卷筒的设计 . 26 . 26 算 . 31 第 4 章 堆垛机行走机构和机架的选型设计 . 35 第 堆垛机行走机构的选型设计 . 35 中国矿业大学徐海学院毕业设计（论文） 4 第 堆垛机机 架的选型设计 . 38 第 5 章 堆垛机货叉的设计 . 39 第 货叉传动装置的总体选型 . 39 第 货叉传动齿轮、齿 条的计算 . 39 第 货叉传动链轮、链条的设计计算 . 43 第 制动器的制动容量的设计 . 45 第 6 章 堆垛机安 全装置 . 47 第 防撞保护装置 . 48 第 钢丝绳断绳保护装置 . 48 第 7 章 堆垛机电控部分设计 . 49 第 电器控制系统 . 50 . 50 . 52 . 54 第 电器传动系统 . 55 . 55 . 56 . 60 第 电控原理 . 60 第 8 章 总 结 . 62 参考文献 . 63 翻 译 . 64 致 谢 . 83 中国矿业大学徐海学院毕业设计（论文） 1 第 1 章 绪论 第 研究的背景与内容 述 随着生产力的发展 , 生产规模的扩大和产品结构的调整 , 客观上要求作为工业企业物资供应基地的物资仓库进行改建或扩建 。 但由于现有工业企业的用地受到限制 ,物资仓库用地难以扩展 ,所以只能充分挖掘潜力 ,有效利用现有库区面积 ,并向空间发展 ,向空间要货位。其主要途径是变单层库房为多层库或立体库 。 我国自 70 年代以来多层库有了较快的发展 ， 立体库也有一定的发展。根据我国的实际情况 ,从今后的发展趋势看 ,多层库和立体库都会继续得到发展 。 并且，随着企业生产与管理的不断提高 ，越来越多的企业认识到物流系统的改善 与合理性对企业提高生产率，降低成本非常重要。 自动化立体仓库是实现物流系统合理化的关键 。 它具有空间利用率高、便于实现自动化管理、实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联网运行等许多优点，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，已开始应用于汽车、电子、医药、烟草、建材、邮电等许多行业 。 而堆垛机对立体仓库的出人库效率有重要影响，是立体仓库能否达到设计要求 和体现其优点的关键设备 之一。 有轨巷道堆垛起重机是随着立体仓库的出现而发展起来的专用起重机，是在高层货架的窄巷道内作业的起重机，通常简称为堆垛机。堆垛机是立体仓库中最重要的起重运输设备，可大大提高仓库的面积和空间利用率，是自动化仓库的主要设备，是代表立体仓库特征的标志。堆中国矿业大学徐海学院毕业设计（论文） 2 垛机的功能是堆垛机接受计算机指令后，能在高层货架巷道中来回穿梭，把货物从巷道口出人库货台搬运到指定的货位中，或者把需要的货物从仓库中搬运到巷道口出人库货台，再配以相应的转运、输送设备通过计算机控制实现货物的自动出人库。在立体仓库中的搬运设备 有高位叉车、工业机器人、桥式堆垛机和有轨巷道式单双立柱堆垛机。有轨巷道式双立柱堆垛机由于效率高，高度可达 30m，便于实现无人操作，行走稳定，载货量大，噪声小，在目前的立体仓库中得到广泛应用。 轨巷道堆垛机的发展现状及特点 随着经济全球化步伐的口益加快和信息技术的快速发展，传统行业和消费方式正发生着深刻的变化，物流在经济活动中的作用越来越受到企业的重视，物流人才的需求也在口益增长。目前，物流人才已经被列为我国 12 大类紧缺人才之一，有报道称“物流人才的需求已超过 600万”。物流实验室的建设 正是要搭建一座理论与实践的桥梁，目前，我国许多高校已经建立了物流实验室，据不完全统计，已经有 160 多所高校建立了自己的物流实验室。物流实验室为学生提供实训平台，深化学生对现代物流理论的理解，提高学生的操作能力，内融机械、电气、电子及计算机等技术于一体的综合技术，在这种技术中，不同领域和层次的知识与能力融会在一起。 另外，为了更好的模拟货物在自动化立体仓库各仓储单元内存储的物流过程，研究提高物流效率以及堆垛机性能和作业效率方法，许多物流研究中心业纷纷建立起来。山东大学现代物流控制实验中心是目前我国第一个现代的 物流控制实验室，在物流调度、物流控制、机械手拣选控制和机器视觉的综合研究和开发应用方面目前处于国内领先地位。图1. 1 是研究中心的小型仓储系统 中国矿业大学徐海学院毕业设计（论文） 3 图 型仓储系统 轨巷道堆垛机的类型 有轨巷道堆垛机可按其结构形式、支承方式和运行轨迹等进行分类，一般可分为以下几种类型 : (1)按结构形式，分为双立柱有轨巷道堆垛机和单立柱有轨巷道堆垛机： 双立柱有轨巷道堆垛机 双立柱有轨巷道堆垛机由两根立柱、上横梁、下横梁和带货叉的载货台组成，立柱、 上横梁和下横梁组成一个长方形的框架，一般称为机架。立柱形式有方管和圆管两种，方管可兼作起升导轨，圆管需要附加起升导轨。这种堆垛机的最大优点就是强度和刚性都比较好，能快速起、制动，并且运行平稳。一般用在起升高度较高、起重量较大和水平运行速度较高的立体仓库中，其缺点是自重较大。其结构如图 图 单立柱有轨巷道堆垛机 单立柱有轨巷道堆垛机的机架由一根立柱、下横梁和上横梁组成。中国矿业大学徐海学院毕业设计（论文） 4 立柱多采用型钢或焊接制作，立柱上附加导轨。整机重量较轻，消耗材料少，因此制造成本相对较低，但刚性稍 差。由于载货台和货物对立柱有偏心作用，以及行走、制动时产生的水平惯性力作用，使单立柱有轨巷道堆垛机在使用上有较大的局限性。不适于起重量大和水平运行速度高的堆垛机。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，通过钢丝绳牵引载货台沿立柱或起升导轨作升降运动。对于钢丝绳传动，传动和布置相对容易，但定位准确性稍差。其结构如图 示。 图 (2)按支承方式分类，有轨巷道堆垛机分为悬挂型和地面支承型。 悬挂型有轨巷道堆垛机 悬挂型有轨巷道堆垛机悬挂在 巷道上方的轨道上运行，其运行机构安装在堆垛机门架的上部。在地面铺设导轨，使门架下部的导向轮以一定的间隙夹在导轨的两侧，从而防止堆垛机运行时产生摆动和倾刹。悬挂式堆垛机有如下优点 :在设计门架时，可以不考虑横向的弯曲强度，钢结构的自重可以减轻，加减速时的惯性摆动小，稳定所需的时间短 ;其缺点是维修和检查不方便。 地面支承型有轨巷道堆垛机 堆垛机的运行轨道铺设在地面上，堆垛机用下部行走轮支承和驱中国矿业大学徐海学院毕业设计（论文） 5 动，上部导向轮用来防止堆垛机倾倒或摆动。和悬挂型有轨巷道堆垛机相比，这种堆垛机的立柱主要考虑轨道平面内的弯曲强度，因此， 需要加大立柱在行走方向截面的惯性矩。由于驱动装置均装在下横梁上，容易保养和维修。 (3)按其运行轨迹形式不同，分为直线运行型堆垛机和曲线运行型堆垛机。 直线运行型堆垛机 直线运行型堆垛机只能在巷道内直线轨道上运行，不能自行转换巷道。只能通过其他输送设备转换巷道，直线运行型堆垛机可以实现高速运行，能够满足出入库频率较高的立体仓库作业，应用最为广泛。 曲线运行型堆垛机 曲线运行型堆垛机行走轮与下横梁是通过垂直轴铰接的，能够在环形或其他曲线轨道上运行，不通过其他输送设备便可以从一个巷道自行转移到另一个巷道。曲 线运行型堆垛机在使用上有局限性，只适用于出入库频率较低的立体仓库。 本文研究的堆垛机是结构形式为双立柱，支承方式为地面支承型，并且其运行轨迹为直线型巷道堆垛机。 道堆垛机的特点 由于使用场合的限制，巷道堆垛机在结构和性能方面有以下特点： (1) 整机结构高而窄，其宽度一般不超过储料单元的宽度，因此限制了整机布置和结构选型。 (2) 金属结构件除应满足强度和刚度要求外，还要有较高的制造和安装精度。 (3) 采用专门的取料装置，常用多节伸缩货叉或货板机构。 中国矿业大学徐海学院毕业设计（论文） 6 (4) 各电气传动机构应同时满 足快速、平稳和准确。 (5) 配备可靠的安全装置，控制系统应具有一系列连锁保护措 。 第 设计的目的和意义 仓储自动化建设是一项系统工程，物资储运作业自动化是其重要的内容。实现仓库物资储运作业自动化，仓储机械设备、设施及管理、信息、人才系统配套、协调发展是重要的发展趋势。 通过引入计算机、自动控制技术和人工智能等高新技术对仓储机械的技术该做，仓储机械的技术性能将较大提高。载重量大、机动性强、操作方便、可维修性好的叉车、无人叉车、牵引车、托盘运输车、堆高车、堆垛机、码垛机、管道输送机、带状输送机、自动 拣选机等先进的装卸搬运机械设备将广泛应用于仓储系统。 本设计通过设计用于仓储货架的堆垛机，完成堆垛机 水平行走机构、起升机构、载货台及货叉机构、机架和电气设备 的设计，能及时、准确地把物品自动送到指定位置，从而加深对堆垛机的认识与了解。 第 设计的内容及要求 有轨巷道堆垛机的内容包括 : 第一，分析、论述目前堆垛机堆垛的原理、方法，堆垛机的设计思路，探讨各种解决途径。 第二，论述本设计采用的方法、原理及可行性，进行结构设计、运动学计算和强度计算。 第三，堆垛机的工作方式及货物识别控制原理。 第四，绘制堆 垛机总装图和主要零部件图及控制电气原理图。 有轨巷道堆垛起重机的设计要求包括： 中国矿业大学徐海学院毕业设计（论文） 7 1，结构简单、操作方便。 2，堆垛方式准确可靠。 3，结构紧凑坚固，使用维护方便，外形美观 。 第 设计参数 立体仓库为 8巷道 16排 40 列 7层 堆垛机总高度： 8m 总长度： 总宽度： 1m 堆垛机额定起重量 300走最大速度 130m/s) 升降最大速度 30m/s) 货叉速度 9m/s) 加减速度：升降 ，层高 1100，格宽 900箱尺寸：长宽高 600 500 800格尺寸：长宽高 900 600 1100度方向为货叉叉取方向 中国矿业大学徐海学院毕业设计（论文） 8 第 2 章 总体设计方案的确定 为使堆垛机能够准确、快速、安全、自动搬运货物出人库，必须满足以下设计要求 :(1)具 备三维运动功能，即堆垛机沿巷道来回运动、载货台垂直运动、货叉沿货架方向双向伸缩 ; (2)满足一定的定位精度，重复定位精度误差不能超过 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)保护仓库环境，避免货物污染受损。 堆垛机的组成： 中国矿业大学徐海学院毕业设计（论文） 9 图 有轨巷道式双立柱堆垛机 第 堆垛机三维运动速度的确定 (1)行走速度的确定： 40 900=360006m 行走加速度为 最优行走速度为 0 . 5 3 6 0 . 6 2 . 3 2 4 / 1 3 9 . 4 3 / m i nm s m ，取为 130m/2)升降速度的确定货 架高度为 7 1100 7700优升降速度为 7 . 7 1 3 9 2 9 . 7 / m i m，取为 30m/ s (3）货叉速度的确定： 货叉伸缩长度为 60伸缩加减速度为 最优伸缩速度为 0 . 5 0 . 4 6 0 . 2 0 . 1 5 / 9 . 1 / m i nm s m ，取为 9m/微升降高度为 8 堆垛机各个部分的方案选择 垛机起升机构传动方式的选择 巷道式堆垛起重机的起升机构是使载货台垂直运动的机构，主要由电动机、制动器、减速器、卷筒或链轮以及相应的柔性件组成。电动机通过减速器带动柔性件使载货台升降。常用的柔性 件有钢丝绳和起重链两种。链条传动的缺点是自重量大，有可能突然断裂，不安全，因而本传动机构选用钢丝绳，钢丝绳的优点是质量轻，使用安全，工作噪声低，中国矿业大学徐海学院毕业设计（论文） 10 便于维护保养等等。 在堆垛机特殊的工作环境下，为了使起升机构结构紧凑，本设计使用带制动器的电动机。这种电动机具有锥形转子，通电时，转子在磁拉力作用下产生一定的轴向位移，使尾部的锥形盘式制动器同时打开。断电时，磁拉力消失，制动器在弹簧作用下又重新上闸，使电动机很快地停住。起升机构的位置布置在堆垛机的下部，位于立柱外侧。 联轴器选用梅花形弹性联轴器，此联轴器是由带突爪的 形状相同的两个半联轴器和梅花形弹性元件组成，将梅花形弹性元件置于两个半联轴器的突爪之间以实现联结。联轴器工作时，梅花瓣受压。单向运转时只有半数花瓣参与工作，半数不承载；反向运转时，亦是如此。此联轴器具有结构简单，零件数少，径向尺寸小，不需润滑；弹性块受压，承载能力较高等特点。 减速器选用 是特为起重机设计制造的低硬度齿面的减速器，制造工艺较容易，有很多中小型厂均有现成产品供货。卷筒为与减速器配合的自制卷筒，通过齿轮连接盘与减速器的低速轴齿轮轴端相连。此卷筒的特点是卷筒轴不受转矩，只承受弯矩， 为封闭式传动，不易受外界环境干扰。 钢丝绳的一端固定在卷筒上，另一端固定在机架的上横梁上，钢丝绳通过安装在立柱上的定滑轮导向，带动安装在载货台上的两个动滑轮使载货台升降。 垛机行走机构传动方式的选择 堆垛机的行走机构是堆垛机水平运行的驱动装置。一般由电动机、联轴器、制动器、减速箱和行走车轮组成。本设计选用三合一减速器，把突缘电动机、盘式制动器和减速器做成整体，选用标准件，提高了系统的可靠性。 采用带平衡架及水平轮的车轮组， 平衡架使两个车轮的轮中国矿业大学徐海学院毕业设计（论文） 11 压相等， 车轮 为 无轮缘圆柱车轮 ，是 为了避免车轮在运行时轮缘 啃轨，同时 为了防止出轨在轨道两侧加水平导向轮 。 本传动系统为地面支承式，三合一减速器和车轮组安装在堆垛机下横梁下方起支承和驱动作用，上部用导向轮运行在工字钢的下翼缘上来防止堆垛机倾倒或摆动。由于驱动装置装在堆垛机下下部，容易维修保养。 垛机机架的设计思路 上横梁是由 四块钢板焊接而成的箱形结构 ，其与立柱间通过 焊接 联结 在一起。 立柱由 角 钢和钢板焊接而成的箱式矩形断面， 具有 抗扭、抗弯刚度大，重量轻，耐磨性好 等特点 。 下横梁 也 是由 四块 钢板焊接的箱式矩形断面，具有较大的抗扭、抗弯刚度。下横梁与立柱间通过 焊 接 联结 在一起。 垛机货叉的设计思路 货叉装置是堆垛机存取货物的执行机构，装 设在载货台上。本机构采用二级直线差动式伸缩货叉，由上叉、 下叉及起导向作用的滚针轴承等组成，以减少巷道的宽度，且使之具有足够的伸缩行程 。 由于存取货物时货叉伸出的距离已经超过本身的长度，所以货叉为级伸缩装置，下叉固定在载货台本体上，起支承作用，上面的上叉叉取货物。 货叉的伸缩可以采用齿轮齿条传动或者链轮链条传动，本设计采用齿轮齿条传动，齿轮齿条传动具有结构简单，传动关系清晰等优点。 货叉装置采用二级直线 式伸缩货叉，叉体体积小 、刚性大，且具有超载保护功能 。 货叉 主要由电 动机、联轴器、减速器、链轮链条传动装置、齿轮齿中国矿业大学徐海学院毕业设计（论文） 12 条传动装 制 、下叉、上叉和滚针轴承等组成。 图 货叉结构 示意图 活动导轨 齿条板 结构示意图如上图 2 2 所示。上叉由上叉叉板、上叉支承板、上叉齿条板组成，上叉 叉板直接承载货箱，为了防滑选用花纹钢板，上叉支承板则安装有支承上叉的四个滚针轴承，使上叉相对于中叉运动，上叉齿条板下方焊接有齿条，由装在中叉连接板上的双啮合齿轮传递动力。中叉由中叉活动导轨、中叉连接板、中叉齿条板组成，中叉活动导轨支承在四个滚针轴承上，四个滚针轴承分别装在下叉立板和下叉支承板上，中叉连接板则把中叉齿条板、中叉活动导轨和双啮合齿轮连接起中国矿业大学徐海学院毕业设计（论文） 13 来，中叉齿条板下方焊接有齿条，通过传动轴上的齿轮传递动力。下叉由下叉支承板、下叉立板、下叉齿条板和下叉底板组成，下叉支承板下部安装有滚针轴承，支承起传动轴，上部 安装有支承中叉活动导轨的滚针轴承，下叉立板也安装有支承中叉活动导轨的滚针轴承，下叉齿条板的顶部装有齿条，提供与双啮合齿轮啮合的下齿条，下叉底板则是整个货叉的支承板，其上固定有电动机、减速器、下叉立板、下叉齿条板、下叉支承板和双向挡板。焊接在下叉底板上的双向挡板则限制货叉的极限伸缩位置。 整个货叉的传动原理是，电动机通过联轴器、减速器减速把动力传递给减速器轴端的链轮，轴端链轮通过链条把动力传递给传动轴，传动轴上的链轮和减速器轴端的链轮一样大，链轮链条传动比为 1。安装在传动轴轴端的齿轮通过中叉齿条板把动力传递给 中叉，使中叉以一定的速度相对于下叉运动，而安装在中叉连接板上的双啮合齿轮以中叉速度与中叉一起运动，双啮合齿轮下面与下叉齿条板上的齿条啮合，上面与上叉齿条板上的齿条啮合，下叉齿条板不动，那么上叉齿条板则以二倍于中叉的速度向前运动。 当电动机反向时中叉与上叉则反方向运动，从而实现货叉的双向存取货物。焊接在下叉底板上的双向挡板与焊接在中叉连接板底部的双向挡板配合使用，当货叉运行到极限位置时上、下双向挡板相碰，从而使货叉停止运动。联轴器为限力矩联轴器，当力矩超过设定值时，联轴器内部的钢珠打滑，从而保护货叉受到破坏， 提高系统的安全性。 本货叉传动系统除了电动机、联轴器和减速器安装在货叉左侧以外，基本为对称布置，左半部分相当于左货叉，右半部分相当于右货叉，这样链轮链条传动布置于货叉中间，从而提高系统的平稳性。 中国矿业大学徐海学院毕业设计（论文） 14 垛机安全方案的确定 为了保护人身、设备和货物的安全，堆垛机必须具有完善的安全保护措施 ： （ 1） 堆垛机在行走、载货台升降和货叉伸缩终端处都设有机械和电气限位装置。 （ 2） 货物检测载货台上设有货物超高、超长和超宽检测装置。在货物进入载货台时，当检测到货物超过设定高度、长度或宽度时，堆垛机便停止运行并报警。一 般允许误差为 30 一 40 测元件采用对射或反射式光电传感器。 （ 3） 载货台上还设有检测货叉是否回位、货叉上有无货物和货位中有无货物的装置。如货叉没有回位，堆垛机不能水平运行 ;如货叉上已有货物，则不能再取货 ;人库时，必须检测货位中有无货物，以避免发生事故。 （ 4） 断电保护如载货台升降过程中忽然断电，则通过提升电机制动使载货台停在当前位置，不会掉落下来。 （ 5） 载货台断链保护提升链条通过压簧与载货台相连，当链条由于长时间使用或意外原因忽然断裂时，弹簧弹开链条，检测装置检测到链条时，便驱动相应装置使载货台停 在当前位置，不至于掉下来，同时整个堆垛机停止运行。 垛机电控部分的设计 巷道式堆垛起重机电气设备主要包括电气传动和控制设备。 电气传动设备 采用变频调速， 具 有较好的调速性能 。 控制设备采用可编程序控制器，具有可靠性高 ，抗干扰能力强 等特点。 中国矿业大学徐海学院毕业设计（论文） 15 第 堆垛机的技术参数 堆垛机作为立体仓库中重要的运输设备，其各项技术参数的选用，将直接影响到整座立体仓库的运行效率和经济效益。合理的选择各项参数，将大大提高整个系统的运行效率和经济效益。我国现阶段立体仓库中，堆垛机技术参数的选用上，和世界先进水平相比， 存在着较大的差别。 （ 1）堆垛机的速度参数。与堆垛机的速度有关的参数，主要指水平运行速度、起升速度和货叉伸缩速度。这三项参数的高低，直接关系到出入库频率的高低。 （ 2）堆垛机的尺寸参数。堆垛机的尺寸参数较多，例如起升高度、下降深度、整机全长、最低货位极限高度等。其中最低货位极限高度，即货叉上表面从最低一层货格的低位到地轨安装水平面的垂直距离。该参数涉及合理利用有效空间，增加库容量，亦是评价堆垛机设计水平的标准之一。目前，国内立体仓库堆垛机的最低货位极限高度普遍偏高。 （ 3）堆垛机的货叉下挠度。货叉下挠度，是 堆垛机的一项非常重要的性能参数，直接关系到堆垛机是否能正常工作。因结构型式、材料及加工热处理工艺的限制，同等状况下，目前国内立体堆垛机的货叉下挠度要比国外大 20%30%。改进货叉结构，合理选材，提高工艺手段，是减少货叉下挠度，保证堆垛机工作性能的重要措施。 （ 4）堆垛机的噪音。堆垛机在高速运行和升降中，特别是在同时进行时，由于车轮与轨道摩擦和提升链条或钢丝绳的振动、摩擦等，将产生较大的噪音。标准中规定，堆垛机在工作时，其噪声值不高于 84分贝。目前立体仓库实际应用表明，对于行走速度不超过 80米 /秒的，还可以 保证，超过 100米 /秒以上的，一般难以保证。 中国矿业大学徐海学院毕业设计（论文） 16 （ 5）堆垛机的驱动机构。目前，国内立体仓库堆垛机的驱动机构中，电机减速机普遍采用德国、日本、意大利的产品，也有少数采用国内的电机减速机。由于堆垛机是立体仓库中最重要的运输设备、各项技术参数和综合性能要求都非常严格，如无故障率应大于 97%，停准精度 10及噪音要求等。这就要求电机减速机的可靠性非常高。因此，现阶段在驱动机构中电机减速机的选用上，建议选用国外先进的产品，以保证堆垛机的整机性能。 （ 6）堆垛机的起重量和载荷参数。包括额定起重量、总起重量、堆垛机 总重量、堆垛机设计重量和轮压。额定起重量是堆垛机的主要性能参数、它是堆垛机允许起升的货物和托盘（或货箱）的质量的总和。总起重量是被起升的货物，托盘（或货箱）、货叉、司机室、载货台、固定在载货台上的属具（包括动滑轮组，起重钢丝绳及其它零、部件）及人的质量的总和。堆垛机总重量是堆垛机各部分质量的总和（包括机上电源装置、信号传输装置、控制柜、平衡重和润滑剂在内）。堆垛机设计重量是整机总质量中，除去润滑剂的堆垛机质量。轮压是一个车轮传递到轨道或地面上的最大垂直载荷。按工况不同，分为工作轮压和非工作轮压。 第 堆垛机的技术要求 堆垛机是自动化立体仓库的心脏部分。自动化立体仓库的优越性必须通过堆垛机才能充分体现出来。为此，堆垛机必须有严格的技术要求。 堆垛机的正常工作条件： （ 1）堆垛机正常工作的环境温度范围为 40 摄氏度，在 24 小时内平均温度不超过 35摄氏度。在 40摄氏度的温度条件下，相对 湿度不超过 50。温度较低时相对湿度可以高一些 （ 2）堆垛机工作环境的污染等级应在国家规定范围之内。 中国矿业大学徐海学院毕业设计（论文） 17 （ 3）堆垛机工作环境的污染等级应在国家规定范围之内。 （ 4）供电电网进线电源为频率是 50赫兹，电压是 380伏的三相交流电，电压波动的允许偏差为 10 。 堆垛机用的金属结构件的材质： 必须按国家规定的行业标准来选择钢材，如上横梁、下横梁、立柱和载货台等重要构件。对车轮、齿轮、滑轮、卷筒和货叉等重要零件的材质必须保证。 堆垛机结构件的焊接： 首先要求焊条、焊丝和焊剂必须与被焊接的材料相适应。焊接坡口应符合国家技术标准。焊接不得有明显缺陷，重要构件的主要受力部件的焊缝质量等级不得低于 3323 1987中的 级。 对通用 零部件的要求： （ 1）对链条链轮的要求 堆垛机载货台频繁地上下运动主要是靠链轮和链条来完成的。为此要求采用短节距精密滚子链。要求链轮的齿形和公差应符合 1243 1997 的规定，特别要求链轮的轮齿和凹槽不得有损伤链条的表面缺陷。此外，必须经常润滑链条和链轮。链条强度许用安全系数不得低于 6。 （ 2）对钢丝绳的要求 钢丝绳必须采用 8918 1
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