立体仓储系统穿梭车蜗轮蜗杆举升系统设计【全套CAD图纸+毕业论文答辩资料】

需要购买对应 纸  咨询 14951605 买对应的 纸  14951605 或 1304139763 本科生毕业设计 (论文 ) 题     目 : 立体仓储系统穿梭车   蜗轮蜗杆举升系统设计   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   体仓储系统穿梭车蜗轮蜗杆举升系统设计  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 穿梭车。  本次 论文是针对 穿梭车蜗轮蜗杆举升系统 进行设计； 首先 ， 对 立体仓储穿梭车 结构及现状进行了调查分析； 接着， 在上述分析的基础上提出了本次设计的 穿梭车蜗轮蜗杆举升机构 构的总体方案 ，即由直流电机驱动 蜗 轮蜗杆减速器， 蜗 轮输出轴端部连接传动螺母，把 蜗 轮的旋转运动转换为直线运动；然后，对各机构中主要零部件进行了设计与校核，包括电 机的选定、 蜗 轮蜗杆、轴及轴上零件的设计校核； 最后，采用 图软件绘制了本系统的装配图及主要零件图 ，并采用  三维设计软件进行三维 造型设计 。  关键词： 穿梭车 ， 蜗 轮蜗杆 ， 举升 ，设计   of of of in is an of of in an of be In a is is at is to of on of of is of a DC of is of in of of D  3D   录  摘  要  . 1 . 2 1 绪  论  . 5 究背景及意义  . 5  梭车概述  . 6 内外研究现状  . 9 2 总体方案设计  . 12 计要求  . 12 容要求  . 12 数要求  . 12 案设计  . 12 案确定与原理分析  . 13 3 主要零部件的设计  . 14 升电机的选择  . 14 机类型介绍  . 14 择电动机类型  . 15 动机功率的选择  . 16 动机转速的选择  . 17 动参数计算  . 17 动比的计算  . 17 轴的转速  . 17 轴的输入功率  . 17 轴的输入转矩  . 17 轮蜗杆设计  . 18 择蜗轮蜗杆的传动类型  . 18 择材料  . 18 计齿面接触疲劳强度计算进行设  . 19 杆与蜗轮的主要参数与几何尺寸  . 20 核齿根弯曲疲劳强度  . 21 算效率  . 21 度等级公差和表面粗糙度的确定  . 22 杆传动的热平衡计算  . 22 的设计与校核  . 22   输入轴  . 22 出轴  . 25 速器箱体设计  . 28 体结构设计  . 28 面位置及箱座高度的确定  . 28 体结构的工艺性  . 28 体尺寸设计  . 29 4 标准件的选用与校核  . 31 承的选用与校核  . 31 的选用与校核  . 32 轴器的选用  . 33 滑与密封  . 33 接螺栓的选用与校核  . 34 5 基于  的三维设计  . 37  软件概述  . 37 维模型设计  . 39 体  . 39 升取物平台  . 39 轮蜗杆  . 40 体  . 40 维装配设计  . 40 6 加工与制造工艺  . 42 杆加工与制造工艺  . 42 杆材料的选择  . 42 工定位基面的选择  . 42 定工艺路线  . 44 写工艺卡片  . 44 轮加工与制造工艺  . 45 定毛坯  . 45 择定位基准  . 45 定工艺路线  . 46 结  论  . 47 参  考  文  献  . 48 在  学  取  得  成  果  . 49 致   谢  . 50   绪  论  物流自动化系统是现代物流系统的重要组成部分，是现代物流装备、计算机及其网络系统、信息识别和信息管理系统、智能控制系统的有机集成。它以信息化为基础，以机电一体化为核心，其目的是扩大物流作业能力 、提高劳动生产率、减少物流作业差错、获取更大利润 10。随着全球经济的飞速发展，现代化生产观念日益受到重视，企业对生产线运行、物流系统的柔性要求也越来越高。从产品的整个加工过程来看，物料真正处于加工的时间非常短，仅占整个生产周期的 5%一 10%，大部分时间都用于物料存储、装载、运输和待加工状态 ,而存储和运输占总成本的 95%11。因此，对于现代化企业，降低产品成本的主要途径之一就是要提高物流系统的性能、缩短非加工时间。作为仓储业重要的存储方式自动化立体仓库的出现，是仓储物流业的一次技术革命。   自动化立体 仓库是物流系统中的一个重要部分，它是集物料搬运和仓储科学为一体的一门综合科学技术工程。自动化立体仓库 (S)作为现代物流系统中的主要组成部分，是一种多层次存放货物的高架仓库系统，它一般是由货架、输送系统、堆垛机上位调度管理系统组成。   自动化立体仓库与传统仓库“静态存储”的功能不同，它采用先进的自动化仓储设备，不仅能使货物在仓库内按需要自动存取，而且可以与仓库以外的物流环节进行有机的连接，并通过管理系统和自动化仓储设备使仓库成为企业生产物流中的一个重要环节。企业采用控制技术先进的自动化立体仓库可实现如 下目的：   （ 1） 科学存储、提高物料调节水平；  （ 2） 节省定量货物入出库时间，节省能源；  （ 3） 有效衔接生产和销售，加快物资周转，降低成本；  （ 4） 方便、快捷显示库存信息，为企业生产决策提供依据；  （ 5） 有效应对突发事件；  （ 6） 提高订单的响应速度。  作为自动化立体仓库的重要输送系统 自动导引穿梭车（ 下简称  在随着工厂自动化 (算机集成制造系统 (术的逐步发展和柔性制造系统 (1泛应用越来越受到重视并不断的改进。穿梭车系统是联系和调节离散型物流系统，使其作业连续化的必要的自动化搬运装卸手段，同时  有能满足物料搬运作业的自动化、柔性 (即可调整性 )和准时的要求等特点，所以在我国某些汽车、烟草等行业得到越来越广泛的应用 12。但是，由于不同的立体库对  应用要求不同，由此需产生设计出多种不同结构的小车来满足实际业务需要，同时由于产品的特性不同，要求与之相适应的设备，所以对不同立体库设计出不同结构和不同功用的  其控制方法的研究是很有必要的。  此 外，先进的自动化立体仓库的对于促进传统观念的转变、提高现代化物流意识形成和新型的商品流通产业等方面均产生了强劲的推动作用。自动化立体仓库的智能化管理在提高企业的竞争力和满足客户的服务方面己经越来越成为一个重要的因素。自动化仓库系统一般由管理层、监控层、执行层三部分组成，为了保证整个仓库的性能指标最优，能够更加有效的工作，就要对它的各个子系统进行调度，使其能够协调运转 12。调度实际上是一类特殊的优化问题，是对现有的作业任务进行排序、并对路径选择进行优化的问题，通过优化的手段来达到减少入出库的时间和提高效率 的目的。一个设计合理的、理念先进的系统对推广和应用自动化立体仓库技术具有重要的促进作用。自动化立体仓库的调度优化对提高出入库效率、降低物流成本具有重要的现实意义。  由于自动化立体仓库发展的过程中应用行业不同，导致仓库类型的多样化。同时同类型仓库因为应用需求不同，也使得物流规划的不同。应用表明针对不同产品的特性要求和设备功能特性需要设计出与之相适应的实用、高效和稳定的控制方法和调度系统具有重要意义和实用价值。因此对自动化仓库穿梭车设计优化和调度算法的研究成为一个重要的课题。  梭车 概述  穿梭车作为新型 的智能的搬运设备，有着一套完整的电气与机械系统，对于单工位的穿梭车的主要组成部分包括：箱形车体、两对行走车轮、 24V 充电铁离电池组、 气控制箱、链条传动机构、 举升 杠杆运动机构、行走电机和 举升 电机、传感器以及防撞防滑装置等。电气控制箱内配有  制器及输入输出扩展模块、电机驱动模块、电源稳压模块、无线发射接收模块以及直流接触器、继电器、断路器、保险丝等低压电气控制设备。并根据实际需要，穿梭车还可以配有条码识别器，以太网的模块与网桥、条码扫描仪等。  穿梭车上的传感器包括在轨检测开关 (只要小车在轨道中才能 工作 )前、后工位分别配有激光测距传感器用来识别货物距离以及实现准确、平稳的定位；安全防撞光电传感器用来识别巷道是否存在障碍物；托盘识别光电传感器用来实现对托盘的寻找与计数等功能应用。图  示了穿梭车上传感器的安装位置与结构布局 4。  图  梭车 结构示意图  （ 1）车载控制系统  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 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 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 梭车 调试时输入指令，并显示有关信息，通过 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   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 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 ，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。   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3200s，调频的波特率可以达到 9600K 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。  穿梭车是伴随着自动化物流系统和自动化仓库而产生的设备，穿梭车又称为轨道式自动导引车  可以按照监控系统下达的指令和预先设计的程序，依照车载传感器确定的位置信息，沿着固定的行驶路线和停靠 位置自动驾驶， 般装备有光学式自动导引装置。能够沿固定的导引轨道行驶，并具有小车编程与停车选择装置、安全保护以及移载功能的运输小车。装有激光测距传感器，可以独立寻址的无人驾驶自动运输小车，是现代物流系统的重要设备。它是集光、电、计算机为一体的简易机器人 6。  据功能的不同，可分为装配型  统和运输型  统两大类型，主要用于物料输送、车间装配等；根据运动方式的不同，可分为环形轨道式和直线往复式。两种类型的穿梭车都可多车同轨道工作。环形穿梭车一般采用铝合金轨道， 本比较高，效 率高；直线往复式通常采用钢轨作为轨道，成本较低，可满足中型仓库使用要求。  我国在穿梭车应用方面走的是自主研发设计的道路。自主研发在实践应用中较成功的案例有昆明船舶公司在  2001 年研发设计的双轨直线型穿梭车，它的主要参数：行走速度  (100 180)m/加速度 (0.5)m/2s ，输送速度 (12 15)m/走定位精度 57。接着在  2002 年设计出单轨环行穿梭车，这种穿梭车是单工位单轨环形的铝合金轨道，在一定程度上提高了效率。后来根据需要在  2003 年设计出轨道式 直线型双工位穿梭车，这穿梭车是由车体、横向输送装置、纵向输送装置、旋转机构、 举升机构 构、车体行走机构等组成，它的特点是有两个工位可以同时来输送，提高了输送效率。为解决直线双轨上输送装置存在的设备数量多、控制复杂、故障率高、投资大、使用成本高和效率低等技术难点，太原刚玉物流工程有限公司在  2004 年自主研发设计出多功能穿梭车，在原有直线型穿梭车的功能上，增加了货物和托盘的外形检测装置，并且还增加了拆盘功能，设计出的拆盘装置由 举升 托板和 举升机构 构组成 8。  人 15设计出一种新型的 四轮 对其进行系统仿真研究；人 16对立体仓库中堆躲机和穿梭车的使用进行了优化设计； 人 17在对堆躲机和穿梭车进行优化的基础上研究了仓储系统的最优控制；  8对单穿梭车和双穿梭车的自动存取系统进行了性能分析。  意人利的欧德公司生产的穿梭车 19是一种由锂电池驱动的半自动设备，它允许将放置货物的托盘存储到驶入式货架中。将其放置在巷道内，它可以 非常精确地对托盘进行存储 ,重新理货操作。  德国的德马泰克公司 20设计了一款多层穿梭车。这种多层穿梭车的存储理念高度活，用于于对货柜、吸塑盘和料箱的自动化存储。多层穿梭车可以增强商品拣选和生产订单之间的联系，以显著提高物流系统的速率、生产量和准确率。德马泰克专注于简单的穿梭车系统的设计，提供标准的模块化组件，使系统能够灵活的升级和更新，满足用户对产品的需求。该多层穿梭车采用先进的控制系统 ,能与其他的存储和搬运 备相互配合使用。  大多数穿梭车是根据应用环境和功能要求设计出的。本文研究的多功能穿梭车就是依据物 流系统规划方案、业务要求和穿梭车输送能力（小车的载重量）等因素，在满足仓库需要的前提下，设计出以托盘为输送单元的多功能穿梭车作为仓库的输送设备，应用表明可以节约大量的成本和提高仓库的效率。  穿梭车在某些应用方面有很大的优势，如可以十分方便地与其他物流系统实现自动接入 /输出，如出 /入库站台、各种缓冲站、输送 举升机构 和机器人等，按照计划进行物料输送。另外，穿梭车无需人员操作，因速度快、定位精度高而显著降低了仓库管理人员的工作量，提高了劳动生产率，同时穿梭车的应用大大提高企业的生产自动化和智能化，大幅度缩短生产 周期使物流系统变得非常简捷。    总体方案设计  容 要求  本课题基于对立体仓储系统中穿梭车的了解，从而完成 立体仓储系统穿梭车蜗轮蜗杆举升系统设计 ，具体内容有穿梭车整体机械结构设计，举升单元机械结构设计，并根据提出的技术参数，给出穿梭车的整体设计方案。从而达到穿梭车的控制要求和技术参数。  数 要求  穿梭车参数  托盘（  1200*1000 温度范围（ C） C +45 C；  0 C C（冷库）  提升高度（  45 自由高度（车身高）（   176 小车长度（含防撞块）（   1100 小车宽度（含车轮导向）（   950 小车自重（   < 240定负荷（   1500载速度（ m/ 45载速度 (m/： 35效工作时间 (h)：  8h（冷库 6h）  计  穿梭车 举升机构 构 总体方案如下 ：    2梭车 举升机构 构方案简图  其原理为：穿梭车 内部装有 举升机构 构，当穿梭车由运行机构运行到货物下方时，直流电机带动蜗杆旋转，蜗杆带动 蜗 轮旋转， 蜗 轮旋转带动 蜗 轮轴旋转，二 蜗 轮轴端部连接有举升螺母，通过螺旋传动把 蜗 轮轴的旋转运动转换为直线运动，而举升螺母通过螺栓固定于取物举升平台，由此实现举升取物平台带动货物升降取货，把货物举起来后再降下随后随穿梭车移动送到所需位置。   主要零部件 的设计  机的选择  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（ 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。  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 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（  ）：  （ 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，并应选用相应类型的电动机。  电动机是标准部件。因为 穿梭车采用蓄电池供电，因此选用直流电机 。   流电动