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摘 要
本文详细论述了普遍应用在现代大中型企业中的单立柱有轨巷道式堆垛机的设计方案。文中对堆垛机的分类，特点及其构造进行了详细的叙述。堆垛机是自动化立体仓库中最重要的起重堆垛设备，是随着立体仓库的出现而发展起来的专用起重机。它能够在自动化立体仓库的巷道中来回穿梭运行，将放置在巷道口的货物存入指定的货格，或者从货格中取出货物运送到巷口。
设计重点主要包括：堆垛机的机架、升降机构、行走机构、货叉伸缩机构以及安全机构。文章在确定堆垛机的总体设计方案的前提下，再对各个机构进行受力分析和设计计算，最后进行必要的相关校核并最终确定各个的机构实际取值。
本次的毕业设计运用多种起重机的现代设计方法，特别是运用计算机辅助设计（CAD）的方法，在计算机上将堆垛机的设计图纸CAD化，大大提高了设计的效率，节省时间。
关键词：自动化立体仓库；堆垛机；升降机构；行走机构；货叉伸缩机构；安全机构
Abstract
This article has discussed the design of the single-pillar type of Narrow-Aisle Stacker Crane which has been universally used in modern most enterprises in detail. This article described the kinds of stakers, features and the structure in detail. Stacker cranes is the most important part of the automation three-dimensional storehouse among the take heavy crane pile up equipment, it can in the tunnel of automation cube in the shuttle operation of round trip, will locate in tunnel the goods of mouth stock goods shelf; or opposite take out the goods transit in goods shelf go to tunnel mouth.
The design focus mainly include: The stacker's rack, walk organization, fork telescoping mechanism and safe organization. Under the premise of overall design scheme of stacking crane, then for organization analyze by force condition calculate. Finally, check nuclear necessarily and definite every numerical.
This Graduation Design use many kinds of Modern Designs of the crane, especially to use the method of Computer-aided design(CAD),Stackers will be the design drawings of the CAD on the computer, which greatly improve the efficiency of the design and saving time.
Keywords: Automation three-dimensional storehouse Stacker Crane Movement organization Walk organization Fork telescoping mechanism Safe organization
目 录
第一章 绪论 1
1.1 研究背景及意义 1
1.2 研究的内容及设计思路 1
1.2.1 主要设计内容 1
1.2.2 设计要求 2
1.3 研究的发展趋势 2
1.4 堆垛机所受载荷的简化方法 2
第二章 堆垛机的整体结构设计方案 4
2.1 堆垛机结构的主要结构组成 4
2.2 单立柱有轨巷道式堆垛机的特点 5
2.3 堆垛机的机架结构 5
2.4 堆垛机起升机构的整体设计 6
2.4.1 柔性件的选取 6
2.4.2 卷筒的选取 6
2.4.3 电动机的选取 7
2.4.4 减速器的选取 7
2.4.5 制动器的选取 8
2.5 堆垛机行走机构的整体设计 9
2.5.1 驱动方式的选取 9
2.5.2 车轮的的设计 10
2.5.3 电动机的选取 10
2.5.4 减速器的选取 10
2.5.5 制动器的选取 10
2.6 轨道的设计与安装 10
2.7 堆垛机的控制装置 11
第三章 堆垛机机架的结构设计计算 13
3.1 机架立柱的尺寸设计 13
3.2 机架的上、下横梁设计 14
第四章 堆垛机伸缩货叉机构的设计计算 15
4.1 伸缩货叉的扰度与强度 15
4.1.1 下叉的受力分析计算 15
4.1.2 中叉的受力分析计算 16
4.1.3 上叉的设计分析计算 18
第五章 堆垛机行走机构的设计计算 19
5.1 行走机构电动机的选取 19
5.2 堆垛机行走轮的设计计算 19
5.3 行走机构减速器的选取 20
第六章 堆垛机升降机构的设计计算 21
6.1 升降机构零部件的设计计算 21
6.1.1 钢丝绳的计算 21
6.1.2 卷筒的相关尺寸计算 21
6.2 升降机构传动装置的选取 22
6.2.1 电动机的选择 22
6.2.2 减速器的选择 22
第七章 堆垛机控制系统的设计 23
7.1 堆垛机的位置检测 23
7.2 光电传感器选择 25
7.3 变频器的选择 26
7.4 本章小结 31
结论 32
致谢 33
参考文献 34
第一章 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。随着全球物流事业的快速发展，物流系统的进一步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。因此，自动化立体仓库系统也越来越受到青睐。其核心设备—巷道堆垛起重机则是代表自动化立体仓库的标志，对立体仓库的出入库效率有重要影响。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。
1.1 研究背景及意义
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由巷道堆垛机实现货物的存储和取出，整个过程由计算机网络管理和自动控制系统完成。自动化立体仓库最早诞生在美国，进入20世纪80年代，在世界发展迅速，使用范围涉及几乎所有行业，它的出现标志着现代工业技术步入了一个加速发展的阶段。自动化仓库技术的研究对优化资源配置、提高企业生产率，降低生产成本有着非常重要的意义。堆垛机是自动化立体仓库中最重要的其重堆垛设备，它能够在仓库巷道中来回穿梭运行，将位于巷道口的货物存入货格，或者从货格里取出货物运送到巷道口。
我国于1973年开始研制，据不完全统计，我国目前已建成300多座立体仓库。目前我过的自动化仓库技术已实现了与其他信息决策系统的集成，正在做智能控制和模糊控制的研究工作。但同世界主要工业发达国家相比，存在着一定的差距。总结经验，查找不足，勇于创新，不断交流改进，相信我们在该项技术的研究上一定回取得突破性的进展。
1.2 研究的内容及设计思路
1.2.1 主要设计内容
（1）堆垛机的机架的设计计算；
（2）堆垛机的货叉伸缩机构的设计计算；
（3）堆垛机的行走机构的设计计算；
（4）堆垛机的升降机构的设计计算；
（5）堆垛机的安全机构的设计计算。
1.2.2设计要求
为使堆垛机能够准确、快速、安全、自动搬运货物出入库 ，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水平运动、载货台垂直运动、货叉沿货架方向伸缩运动；
(2)满足一定的定位精度 ，重复定位精度误差不能超过10mm；
(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。
1.3 研究的发展趋势
以品种多、数量少、频率高供给方式下的物流环境为背景，对于自动化立体仓库的效能提出了越来越高的要求。早期的堆垛机，在桥式起重机的起重小车上悬挂一个门柱，利用货叉在立柱上的上下运动及立柱的旋转运动来搬运货物，通常称之为桥式堆垛机。但通常由于立柱高度的限制，桥式堆垛机的作业高度不能太高，而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。采用货叉伸缩结构，可以使巷道宽度变窄，提高自动化立体仓库的利用率，它适用于各种高度的高层货架仓库，可以实现半自动、全自动和远距离高集中控制。
日本大福公司于1999年在巷道堆垛机主体的高速化上下功夫，开发了AS21模式。AS21模式是以高效率动作为基础，在高效能化（缩短循环时间）方面引用的一个概念，使巷道堆垛机的高效能化技术得到了大幅度的提升。
1.4 堆垛机所受载荷的简化方法
堆垛机的机架有立柱、上下梁组成，整机结构高而窄。堆垛机工作时，将受到载货台、货物的铅垂作用，行走、制动和加减速的水平惯性力作用以及起吊时的冲击载荷作用；某些特殊环境下，还要受到风力的作用。堆垛机每完成一个工作循环，以上载荷将重复出现一次。因次，堆垛机所受的是交替变化的载荷。为了保证堆垛机安全可靠的工作，其钢结构部分的强度与刚度计算是必不可少的。
在此，就堆垛机所受载荷简化的基本方法作一一说明。
1）起重重量PL
实际起重重量包括货叉、附件重量和额定重量之和，用SL示。考虑到货物正常起吊时的动载冲击作用，则设计起重重量
式中，称为冲击系数，与堆垛机分类有关：(见表1-1)
I类 II类 III类 IV类
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