【JX391】单立柱有轨巷道式堆垛机机械系统设计[KT+RW+FY]【3A0】
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【JX391】单立柱有轨巷道式堆垛机机械系统设计[KT+RW+FY]【3A0】,jx391,立柱,有轨,巷道,堆垛,机械,系统,设计,kt,rw,fy,a0
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徐州工程学院 毕业设计（论文）任务书 机电工程 学院 机械设计制造及其自动化 专业 设计（论文）题目 单立柱有轨巷道式堆垛机机械系统设计 学 生 姓 名 田云霞 班 级 （ 4） 起 止 日 期 指 导 教 师 毛瑞卿 教研室主任 发任务书日期 2008 年 2 月 25 日 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，在世界迅速发展，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， 提高企业生产效率，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 最重要的的起重堆垛设备，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，或者从货格里驱除货物运送到巷道口。 我国于 1973 年开始研制，根据不完全统计，我国目前已经建成 300 多座立体仓 库。目前我国的自动化仓库技术已经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 会取得突破性的进展。 文）的内容和要求： 内容：堆垛机是整个自动化立体仓库的核心设备，通过手动操作，半自动操作或全自 动操作实现把货物从一处搬运到另一处。它由机架，水平行走机构，提升机构，载货 台，货叉及电气控制系统构成。 确定堆垛机形式，确定堆垛机速度，其他参数及配置。 要求： 堆垛机 总装图 1 张（ 0#） 机架、行走机构、提升机构及载货台、货叉等 零件图 5 张（ 0#） 电气原理图、接线图及 序图 2 张（ 1#） 设计说明书 1 份（ 20000 字）、译文 5000 字 1黄大巍，李风，毛文杰 . 现代起重运输机械 M2006 2郭环、禹永伟 .自动化立体仓库中堆垛机的设计 J2002： 773张质文 .起重机设计手册 M998 4王国华 .现代物流技术与装备 M2004. 5刘昌祺 .物流配送中心设施及设备设计 M 2005 6刘远伟，何民爱 .物流机械 M2006 7 孟广伟，聂琉琴 .材料力学 M8 程光蕴，杨可桢 .机械设计基础 M. 高等教育出版社 9 赵波自动化立体仓库堆垛机运行系统的研究 D2007 论文 )进度计划 (以周为单位 )： 起 止 日 期 工 作 内 容 备 注 11352 毕业实习 确定自己的设计方案，画出工作原理图。 据设计方案和设计要求进行有关的计算。 选择 堆垛机 形式、速度，确定参数和配置 。 绘制 堆垛机 总装图（机械部分）。 根据自己设计的 堆垛机 总装图，绘制零件图。 绘制电气控制系统图。 整理图纸资料，撰写设计说明书。 教研室审查意见： 室主任 年 月 日 学院审查意见： 教学院 长 年 月 日 徐州工程学院 毕业设计（论文）开题报告 课 题 名 称： 单立柱有轨巷道式堆垛机机械系统设计 学 生 姓 名： 田云霞 学号： 20040601403 指 导 教 师： 职称： 助教 所 在 学 院： 机电工程学院 专 业 名 称： 机械设计制造及其自动化 徐州工程学院 2008 年 3 月 4 日 说 明 1根据徐州工程学院 毕业设计 (论文 )管理规定 ，学生必须撰写毕业设计（论文）开题报告，由指导教师签署意见、教研室审查，学院教学院长批准后实施。 2开题报告是毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。学生应当在毕业设计（论文）工作前期内完成，开题报告不合格者不得参加答辩。 3毕业设计开题报告各项内容要实事求是，逐条认真填写。其中的文字表达要明确、严谨，语言通顺，外来语要同时用原文和中文表达。第一次出现缩写词，须注出全称。 4本报告中，由学生本人撰写的对课题和研究工作的分析及描述，没有经过整理归纳，缺乏个人见解仅仅从网上下载材料拼凑而成的开题报告按不合格论。 5. 课题类型填：工程设计类；理论研究类；应用（实验）研究类；软件设计类；其它。 6、课题来源填：教师科研；社会生产实践；教学；其它 课题 名称 单立柱有轨巷道式堆垛机机械系统设计 课题来源 社会实践 课题类型 工程设计类 选题的背景及意义 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。 研究内容拟解决的主要问题 堆垛机是整个自动化立体仓库的核心设备，通过手动操作、半自动操作或全自动操作实 现把货物从一处搬运到另一处。它由机架、水平行走机构、提升机构、载货台、货叉及电气控制系统构成。 具体确定堆垛机的形式 、 确定堆垛机的速度 、 及其他参数配置。 研究方法技术路线 搜集大量有关堆垛机的资料，确定主要参数，在满足强度要求的情况下进行相关尺寸的计算，确定堆垛机的所有尺寸。 研究的总体安排和进度计划 首先确定自己的设计方案，画出工作原理图。 再根据据设计方案和设计要求进行有关的计算。由此来选择 堆垛机 形式、速度，确定参数和配置 。根据计算中确定的各参数来绘制 堆垛机总装图（机械部分）。根据总装图来 绘制零件图，据设计方案和设计要求进行控制系统部分的设计。绘制电气控制系统图。 最后整理图纸资料，撰写设计说明书。 主要参考 文献 1 黄大巍，李风，毛文杰 .现代起重运输机械 M2006. 2 郭环、禹永伟 .自动化立体仓库中堆垛机的设计 J2002： 773 张质文 .起重机设计手册 M998. 4 王国华 .现代物流技术与装备 M2004. 5 刘昌祺 .物流配送中心设施及设备设计 M005. 6 刘远伟，何民爱 .物流机械 M2006. 7孟广伟，聂琉琴 .材料力学 M8 程光蕴，杨可桢 .机械设计基础 M. 高等教育出版社 9 赵波自动化立体仓库堆垛机运行系统的研究 D007. 指导教师 意 见 指导教师签名： 年 月 日 教研室意见 学院意见 教研室主任签名： 年 月 日 教学院长签名： 年 月 日 徐州工程学院毕业设计 (论文 ) 1 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（ 方法，在计算机上将堆垛机的设计图纸 ，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 徐州工程学院毕业设计 (论文 ) 2 of in in of in is of up it in of in of in of or in go to s of of by of to be of AD on of 州工程学院毕业设计 (论文 ) 3 目 录 1 引言 . 1 究背景及意义 . 1 究的内容及设计思路 . 1 要设计内容 . 1 计要求 . 1 究的发展趋势 . 2 垛机所受载荷的简化方法 . 2 2 堆垛机的整体结构设计方案 . 4 垛机结构的主要结构组成 . 4 立柱有轨巷道式堆垛机的特点 . 5 垛机的机架结构 . 5 垛机伸缩货叉的结构设计 . 5 垛机起升机构的整体设计 . 6 性件的选取 . 6 筒的选取 . 6 动机的选取 . 7 速器的选取 . 7 动器的选取 . 8 垛机行走机构的整体设计 . 9 动方式的选取 . 9 轮的的设计 . 9 动机的选取 . 10 速器的选取 . 10 动器的选取 . 10 道的设计与安装 . 10 垛机的控制装置 . 10 3 堆垛机机架的结构设计计算 . 13 架立柱的尺寸设计 . 13 架的上、下横梁设计 . 14 架结构的设计数据 . 14 4 堆垛机伸缩货叉机构的设计计算 . 15 缩货叉的扰度与强度 . 15 叉的受力分析计算 . 15 徐州工程学院毕业设计 (论文 ) 4 叉的受力分析计算 . 16 叉的设计分析计算 . 17 叉各参数的选择 . 18 5 堆垛机行走机构的设计计算 . 19 走机构电动机的选取 . 19 垛机行走轮的设计计算 . 19 走机构减速器的选取 . 20 走机构联轴器的选择 . 20 6 堆垛机升降机构的设计计算 . 21 降机构零部件的设计计算 . 21 丝绳的计算 . 21 筒的相关尺寸计算 . 21 降机构传动装置的选取 . 22 动机的选择 . 22 速器的选择 . 22 结论 . 23 致谢 . 24 参考文献 . 25 附录 . 26 附 录 1 . 26 徐州工程学院毕业设计 (论文 ) 1 附录 附录 1 英文原文 ll of of in of in in is of of be to a or is by in of or or be by to of is a of or of an of in by i. e. in of an by no i. e. in of or to if is as by a or of of a or is in or a of g. an a = F/m ) in a by as a We or be a) (b) or c) e. g. or e. do at of in of be to be 徐州工程学院毕业设计 (论文 ) 2 of or to of of of e. g. by to a to is is i. e. no of to A is of a an of as in of is a of of is of of is of of “is is of A an is a of i. e. of in an is a of he A of an or is a of e. g. in in of of is of or in is an of of of It of an or is to a of In in to to or of of in of in of is as or of a in is of in of or is at a an to a 徐州工程学院毕业设计 (论文 ) 3 is of a It is a in to or if a is to be by be an is in to or of is by of in in by or if is to to is is a in a so of to A of s to of to in a a of of a in of a is a is it a in of of on of of If a a to of a of is is If a is on in a is an of is in a of a of a a be if is is a be by a to of or be or be by or in to of In it is 州工程学院毕业设计 (论文 ) 4 to it in a of a is is on a it is to it as in is be by be a up 10or is In a a of to or be on of of or of ma be of be in of to a of a by a in of a of a as a of to of is to a of of or of of of is of by be as in or as in or of a A or 2. it 3. it a of 2 in 州工程学院毕业设计 (论文 ) 5 of of of of be in of be by to of a is by of to in at is by or is in he on an on a on by a be as or of a is to of as as a of on to on a to a of on to be by on or in of of of to is by a be by a or in a of be in a or in a to to by to be if is to in be by A is to by a on of is be in to in as 州工程学院毕业设计 (论文 ) 6 as as to of to in or in or in a be at by a a at a of in be it is to it is by by be of or on an to be as or on at by to to be as a on a a he is in of is to of is to of of is by of be or be to to of a on of on be of is by a of to be it is be of in to be of 州工程学院毕业设计 (论文 ) 7 a is to an is to to be a on a is on of to in a to of on is is on a be in in in to in to a of it to a in is in a to be on of is to s in of be on a to 徐州工程学院毕业设计 (论文 ) 8 中文翻译 振动的定义和术语 振动 所有的物质 体和气体 如，在喷气发动机尾部导管中产生的气体振动会发出令人讨厌的噪声，而且有时还会使金属产生疲劳裂缝。液体中的振动总是纵向的，而且由于液体的可压缩性低，这种振动还会产生很大的力。例如，当输水管道的阀门或水龙头突然关闭时，管道会遭受很大的惯省性力的作用（或称为水击）。诸如，由于液体流动状态改变或者转动，往复运动零件推动平衡所产生的激振力，一般可以通过对各零件的精心设计和制造来使用权其得到降低。一台常见的机器中有许多运动零件，每个 零件都是潜在的振动源或冲击激振源。设计人员需要处理好振动与噪声的允许值与降低激振所需要的费用之间的关系。 所讨论的振动或者由稳态的谐振力引起的振动（也就是服从正弦或余弦定律的强迫振动），或者是在初始扰动之后，除了被称为重量的重力之外，没有其他外力引起的振动（也就是自然或自由振动的情况）。如果仅用一个频率的正弦或余弦波图形就可表示位移与时间的关系，谐振就被认为是“简单的”。 一个物体或一种材料在振动时，它相对于静平衡位置的位置变化或位移是周期性的。与振动有关的物理量是相互关联的加速度，速度和位移。例如，一个不 平衡的力在系统中造成的加速度（ a =F/m）会因为系统的抵抗而引起振动作为响应。可以看到，振动或者振荡大致可以分为三类：（ 1）瞬态的，（ 2）连续的或稳态的，（ 3）随机的。 瞬态振动是逐渐衰减的，而且通常与不规则的扰动有关，例如，滚动载荷通过桥梁，汽车通过坑洞，也就是在确定的期间内不重复的力。尽管瞬态振动是振动的暂时性成分它们能够产生大初始振幅和引起高的应力。在大多数情况下，它们持续的时间很短，因而人们可以将其忽略不计而只考虑稳态振动。 稳态振动通常和机器的连续运转在关，而且尽管这种振动是周期性的，但不一定是 谐振或正弦振动。由于需要能量才能产生振动，因此，振动消耗了能量，降低了机器和机构的效率。能量的消耗有多种方式，磨擦和随后将所产生的热传到周围，声波和噪声，以及通过机架与基础的应力波等到。因此稳态振动总是需要连续的能量输入来维持其存在。 随机振动是一个用来描述非周期性振动的术语。也就是说，这种振动不是周期性变化的，是不定期地进行重复的。 在下面段落中，对一些与振动有关的术语和定义加以明确，其中一些可能是理科学生都已经清楚了的。 周期，循环，频率和振幅 。 稳态机械振动是系统在一定时间范围内的重复运动，该时间范围 被称为周期。在任何一个周期内所完成的运动，被子称为一个循环。每个单位时徐州工程学院毕业设计 (论文 ) 9 间内的循环数目被称为频率。系统任何部分离开它的静平衡位置的最大位移就是该部分振动的振幅，总的行程是振幅的两倍。因此，“振幅”并不是“位移”的同义词，而是距离静平衡位置的位移最大值。 自由振动和强迫振动 。除了重力以外，在没有任何其他作用时产生的振动称为自由振动。通常一个弹性系统离开它的稳定平衡位置后且被松开时，这个系统就会产生振动。也就是说，自由振动是在弹性系统固有弹性恢复力的作用下产生的 图 书 分类号： 密 级： 毕业设计 (论文 ) 单立柱有轨巷道式堆垛机机械 系统 设计 F F F 学生姓名 田云霞 学院名称 机电工程学院 专业名称 机械设计制造及其自动化 指导教师 毛瑞卿 2008 年 06 月 02 日 徐州工程学院毕业设计 (论文 ) I 徐州工程学院学位论文原创性声明 本人郑重声明： 所呈 交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用或参考的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品或成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标注。 本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 论文作者签名： 日期： 年 月 日 徐州工程学院学位论文版权协议书 本人完全了解徐州工程学院关于收集、保存、使用学位论文的规定，即：本校学生在学习期间所完成的学位论文的知识产权归徐州工程学院 所拥有。徐州工程学院有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的纸本复印件和电子文档拷贝，允许论文被查阅和借阅。徐州工程学院可以公布学位论文的全部或部分内容，可以将本学位论文的全部或部分内容提交至各类数据库进行发布和检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 论文作者签名： 导师签名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日 徐州工程学院毕业设计 (论文 ) 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（ 方法，在计算机上将堆垛机的设计图纸 ，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 徐州工程学院毕业设计 (论文 ) of in in of in is of up it in of in of in of or in go to s of of by of to be of AD on of 州工程学院毕业设计 (论文 ) 录 1 引言 . 1 究背景及意义 . 1 究的内容及设计思路 . 1 要设计内容 . 1 计要求 . 1 究的发展趋势 . 2 垛机所受载荷的简化方法 . 2 2 堆垛机的整体结构设计方案 . 4 垛机结构的主要结构组成 . 4 立柱有轨巷道式堆垛机的特点 . 5 垛机的机架结构 . 5 垛机伸缩货叉的结构设计 . 5 垛机起升机构的整体设计 . 6 性件的选取 . 6 筒的选取 . 6 动机的选取 . 7 速器的选取 . 7 动器的选取 . 8 垛机行走机构的整体设计 . 9 动方式的选取 . 9 轮的的设计 . 9 动机的选取 . 10 速器的选取 . 10 动器的选取 . 10 道的设计与安装 . 10 垛机的控制装置 . 10 3 堆垛机机架的结构设计计算 . 13 架立柱的尺寸设计 . 13 架的上、下横梁设计 . 14 架结构的设计数据 . 14 4 堆垛机伸缩货叉机构的设计计算 . 15 缩货叉的扰度与强度 . 15 叉的受力分析计算 . 15 徐州工程学院毕业设计 (论文 ) V 叉的受力分析计算 . 16 叉的设计分析计算 . 17 叉各参数的选择 . 18 5 堆垛机行走机构的设计计算 . 19 走机构电动机的选取 . 19 垛机行走轮的设计计算 . 19 走机构减速器的选取 . 20 走机构联轴器的选择 . 20 6 堆垛机升降机构的设计计算 . 21 降机构零部件的设计计算 . 21 丝绳的计算 . 21 筒的相关尺寸计算 . 21 降机构传动装置的选取 . 22 动机的选择 . 22 速器的选择 . 22 结论 . 23 致谢 . 24 参考文献 . 25 附录 . 26 附录 1 . 26 徐州工程学院毕业设计 (论文 ) 1 1 引言 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。 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。 究的内容及设计思路 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。 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 ； 徐州工程学院毕业设计 (论文 ) 2 (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。 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 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。 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 实际起重重量包括货叉、附件重量和额定重量之和，用 虑到货物正常起吊时的动载冲击作用，则设计起重重量 中， 称为冲击系数，与堆垛机分类有关： (见表 1类 =1. 1 类 =类 =类 = 1工作时间 载荷 长 中 短 轻 中 重 2)水平载荷 州工程学院毕业设计 (论文 ) 3 堆垛 机沿水平方向加减速行走或制动时，其自身质量及起重 质量必然会产生与其加速度有关的水平惯性力。即 式中， 称为动载荷系数，由于加速度的不确定性，一般用额定速度 水平行走时 =）风力载荷 力载荷 q 与受风面积的乘机，即 SW=q A 堆垛机工作时，风压力 q=h 非工作状态，风压力 q=h 式中， h 为吊具高度，单位取 )起升冲击载荷 正常情况下，起吊货物的加速度可能很大，这时的冲击载荷很大，设计时应另行考虑。 5）载荷状态 堆垛机工作时，其承载能力是上述各种载荷与自重 不同组合： A 正常工作状态： M （ B 特殊工作状态： M （ + 起升工作状态： 停止： 上各式中， 堆垛机的 分类有关： 类 M= 类 M= 类 M=类 M=州工程学院毕业设计 (论文 ) 4 2 堆垛机的整体结构设计方案 参考国内外有关堆垛机厂家的分类和型号，结合堆垛机的具体工作环境，本次设计的单立柱有轨巷道式堆垛机主要用于起重量在 1t 之间，起升高度不大于 9 米的自动化立体仓库里，采用此设备便于实现仓库的综合机械化、自动化。 垛机结构的主要结构组成 堆垛机结构主要有三个机构组成，整体结构如图 (2示： 图 2单立柱堆垛机结构图 （ 1） 升降机 构有电动机、制动器、减速器、卷筒、钢丝绳及防落安全装置组成。升降机构的工作速度一般控制在 1525m/高可达 45m/计时选取 20m/(2)行走机构有电动机、联轴器、制动器、减速器和行走轮组成。在其顶部设置导向轮沿固定在货架上弦的上轨道导行。下轨道设置两个行走轮沿敷设在地面上的单轨运行。为防止堆垛机出现脱轨或侧翻现象，在其车轮两侧装有侧面导向轮。行走机构的工作速度依据巷道长度和物料出入库频率而定，正常工作速度控制在 50100m/高可达到180m/计时选取 80m/堆垛机将采用交流变频调速方式。 (在交流异步电动机的诸多调速方法中 ,变频调速的性能最好 ,调速范围大 ,稳定性好 ,运行效率高。 （ 3）货叉伸缩机构是堆垛机的取放物料装置，它有上叉、中间叉、固定叉、滚动齿轮等组成。货叉伸缩机构的工作速度控制在 15m/高可达 30m/计时选取徐州工程学院毕业设计 (论文 ) 5 10m/ 立柱有轨巷道式堆垛机的特点 由于使用场合的限制，本单立柱巷道式堆垛机在结构和性能方面具有以下几个特点： （ 1）由于机架采用单立柱结构，整机重量小，结构紧凑，作业时，驾驶员 的视野较好，但由于载货台和货物对单立柱的几何力矩作用可能会造成立柱的扭曲和变形，使整机刚性较差。 （ 2）本堆垛机沿着巷道天地轨运行 ,其作业具有三个方向动作。水平行走为 把货物送到任意一列；垂直升降为 把货物提升到任意一层；货叉伸缩为 存取货物； （ 3）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。 （ 4）采用专门的叉取货物的装置，常用多节伸缩货叉或货板机构。 （ 5）各电气传动机构应同时满足快速、平稳和准确的要求。 （ 6）为保 证人生和设备的安全，堆垛机必须 配备有硬件及软件的安全保护装置， 控制系统应具有一系列连锁保护措施。此外，在电气柜上设置报警系统，当堆垛机出现故障或探测器发现异常情况发出报警 。 垛机的机架结构 机架是堆垛机的主要承载构件，主要由立柱和上、下横梁联接而成。通常有单柱式和矩形框架式。按支承方式，又可分为安装在货架上的上部支承式和安装在地面上的下部支承式。不论哪种型式都带有伸缩货叉和人工驾驶室（有时也没有）。立柱上附加导轨，使载货台沿导轨上下升降，同时还能够靠地上和顶上的导轨保持走行稳定和支持货叉 伸出进行装卸作业时的翻转弯矩。 在机架上安装有升降、走行等机械装置，以及配置有电气控制开关、安全保护装置等。下部支承式的集中放在机架的下部。 由于载货台与货物对单立柱的力矩作用，以及走行时起动、制动及加减速产生的水平惯性力的作用，对立柱会产生动、静方面的影响。机架在通道的纵向发生挠曲，整个机架成为振动体，其柱端的振动较大。同样，在通道的直角方向，立柱由于货叉作业时的弯矩作用而发生弯曲，使伸长的伸缩叉的前端的挠度增大。当柱端振动和货叉前端的挠度一超过极限，就成为堆垛机自动定位的障碍，所以机架应满足足够的强度和 刚度要求 本次设计中采取立柱下部支承式，采用优质钢材焊接而成牢固结构。当拼装成型后必须调整立柱的垂直度，以补偿在货架顶部载货时造成立柱的弹性变形。 1 垛机伸缩货叉的结构设计 伸缩货叉是堆垛机存取货物的执行机构，本设计中采用了 3层伸缩式直线差动机构。主要由固定叉、中间叉、上叉、链条、链轮等组成。 徐州工程学院毕业设计 (论文 ) 6 1 2 5. 固定叉 6. 链轮 图 2 货叉结构图 固定叉 5 侧面装轴承固定在载货台的台架上，其上安装有固定链轮和原驱动 4，在电机的驱动下，带动电机 上的驱动链轮 4 使得中间叉在链条传动下向前伸出，在中间货叉 2两端设置有 2个可转动的链轮。与左端链轮啮合的链条分别固定在上下货叉的右端，与右端链轮啮合的链条分别固定在上下货叉的左端。当中间货叉 2水平运动时，通过链轮链条传动，上叉 1就以中间货叉 2倍的速度与行程沿滚轮中心运动方向平移。这样，当链条驱动水平行走 1/6固定货叉长度的行程时，中间货叉 2相对于固定货叉 1 水平移动 1/3固定货叉长度行程；而上叉 1相对中间货叉 2水平移动了 2/3固定货叉长度行程；相对固定货叉 5水平移动了 1个固定货叉长度行程。 垛机起升机 构的整体设计 为了使堆垛机上货物的存取机构做升降运动，需要设计一个升降机构，用以满足该功能要求。起升机构主要包括：电动机、减速器、制动器、卷筒、柔性件、导轨组成。起升机构的运转是通过减速装置使卷筒转动，使柔性件卷入卷筒，柔性件机通过架立柱顶部的定滑轮与载货台相连，因此柔性件牵引载货台上升，当到达指定的货格位置时，制动器动作，使载货台平稳、准确地停住。 性件的选取 在堆垛机的起升机构里需要靠柔性件来来起吊货物。目前，起重机常用的柔性件主要有钢丝绳和链条。钢丝绳与链条相比，其优点在于：强度 高、承载能力大，弹性好，能承受较大的冲击；自重较轻；工作可靠，在破断以前，外面的钢丝先断裂和松散。因此容易发现和更换，安全可靠，及少骤然折断；成本较低；高速运转时工作平稳、无噪音等。综上所述，通过分析比较，设计中确定选用钢丝绳作为起升机构的柔性件。 筒的选取 为了卷绕和容纳钢丝绳，通过对钢丝绳的收放，需要设置卷筒装置来实现该功能。在起重机械中，主要采用圆柱形的钢丝绳卷筒。按钢丝绳在卷筒卷绕层数的不同可有以下两种备选方案。 方案一：单层卷绕卷筒 徐州工程学院毕业设计 (论文 ) 7 方案二：多层卷绕卷筒 方案对比：单层卷绕卷筒表面通常切有螺旋形绳槽，钢丝绳依次排列其内，绳槽节距比钢丝绳直径稍大，绳槽半径比钢丝绳半径梢大，这样增了钢丝绳与卷筒的接触面积，防止卷绕过程中相邻钢丝绳间的相互摩擦。从而可以延长钢丝绳的使用寿命。但当起升重物量增加，需要较长的钢丝绳时，卷筒的长度和直径都将有所增加。多层卷绕卷筒虽可以减少卷筒的长度，但由于钢丝绳所受的挤压力大，相互摩擦力大，使钢丝绳的寿命降低。此外，如果卷筒卷速不变，由于钢丝绳每层卷绕半径不等，钢丝绳的卷绕速度或作用卷筒上的外力矩就随卷绕层数变化，运转起来不平 稳。 综上所述，结合堆垛机具体使用场合和性能要求，本设计中选择单层卷绕圆柱形卷绕卷筒。 动机的选取 一般工厂里都有交流电网提供三相交流电，其成本低，启动、制动、调速方便，机械活动范围广，故选取电动机作为起升机构的原动机。按电动机转子绕组结构不同可有以下两种备选方案。 2 方案一：绕线式异步电机 方案二：鼠笼式异步电机 方案对比 ：绕线式异步电机的转子电阻可以调节，因此起动电流不是很大，通常不会超过额定电流的 2 且也便于调速。鼠笼式异步电机 的构造简单，操纵方便，价格也较便宜，但起动电流较大，达到额定电流的 4 6 倍，调速性能差，不能承受较频繁的起动，通常只用在起动不频繁、功率较小的工作机构中。根据具体工作环境，堆垛机的启动负载大，启动、制动、换向频繁，要求有较高的工作稳定性。 综合以上两种方案的对比，本设计中选用允许有较大振动和冲击，转动惯量小，过载能力大的 速器的选取 在电动机和卷筒之间需要设计一个传动装置用以传递运动和作用，并藉以改变运动的形式、速度大小和转矩的大小。本设计中采用减 速器作为起升机构的传动装置。 (1)传动方式的选择 起重机械中常有以下四种备选方案。 方案一：二级圆柱齿轮减速器 方案二：蜗轮减速器 方案三：行星齿轮减速器 方案对比：二级圆柱齿轮减速器效率高，功率范围大，现已标准化，因而使用范围普遍；蜗轮减速器虽然结构尺寸小，传动比较大，重量轻，但效率低，寿命较短，在长期连徐州工程学院毕业设计 (论文 ) 8 续使用时就显得不经济，一般只用于小型起重机； 行星齿轮减速器的结构紧凑，传动比也较大，但价格比较昂贵。 综上所述，从产品的成本、性能和具体使用场合考虑，本设计中选取二级圆柱齿轮减速器。 (2)输出（ 入）轴的配置 根据机械设计手册输出（入）轴有以下四种备选方案。 方案一：展开式。 特点：结构简单，但齿轮相对与轴承的位置不对称，因此要求轴有较大的刚度，高速级齿轮布置在远离转矩输入端，这样，轴在转矩作用下产生的扭矩变形和轴在弯矩作用下产生的弯曲变形可部分的相互抵消，以减缓沿齿宽分布不均匀的现象。用于载荷比较平稳的场合，高速级一般做成斜齿，低速级一般做成直齿。结构简单，应用广泛。 方案二：分流式 特点：结构复杂，但由于齿轮相对于轴承对称布置，与展开式相比载荷沿齿宽分布均匀，轴承受载较均匀。适 用于变载荷的场合。高速级一般用斜齿，低速级可用直齿或人字齿。 方案三：同轴式 特点：减速器横向尺寸较小，两对齿轮浸入油中深度大致相同，但轴向尺寸和重量都较大，且中间轴较长，刚度差，沿齿宽载荷分布不均匀，高速轴的承载能力难于充分利用。 方案四：同轴分流式 特点：每对啮合齿轮仅传递全部载荷的一半，输入轴和输出轴只承受转矩，中间轴只承受全部载荷的一半，故与传递同样功率的其他减速器相比，轴颈尺寸可以缩小。 综上所述，对比四种方案的特点，从堆垛机本身的工作场合考虑，本设计最终确定选用展开式二级圆柱齿轮 减速器。 (3) 输入、输出端的形式 输入端采用带专用联轴器的输入轴，输出轴为空心轴，用联轴器与卷筒相连。 (4)润滑方式的选择 因为浸油润滑具有结构简单，润滑可靠，成本较低的优点，因此本设计中采用浸油润滑的润滑方式。 动器的选取 堆垛机在工作过程中，为了使存取的重物的升降运动能够停止或者支持重物并使其保持在空中，需要在起升机构中设置一个制动器来保证堆垛机工作的安全性和可靠性以及实际工作特点的要求。一般规定，提升装置的制动器的制动转矩应为相当于额定载重量的货物被吊起时的最大转矩值的 3 通常情况，制动器按其构造形式可有以下三种备选方案。 方案一：带式制动器 徐州工程学院毕业设计 (论文 ) 9 方案二：块式制动器 方案三：盘式制动器 方案对比：带式制动器结构简单、紧凑，制动力矩较大，但是 制动时轴上产生较大的弯曲载荷，制动带磨损不均匀；块式制动器工作可靠，两个对称的瓦块磨损均匀，制动力矩大小与旋转方向无关，制动轮轴不受弯曲作用。但缺点是制动力矩较小，与带式制动器相比其结构尺寸较大；盘式制动器制动平稳，制动轮轴不受弯曲作用，可用较小的轴向压力产生较大的制动力矩，使堆垛机的机构布置很紧凑，目前应用也比较广泛。 综上所 述，也同时为了满足升降机构必须要有足够的制动转矩的要求，本设计中选用常闭盘式制动器。 垛机行走机构的整体设计 要满足堆垛机能够在自动化立体仓库的货架巷道里来回穿梭运行，实现货物的存取要求，需要设计行走机构。主要包括：电动机、减速器、制动器、行走车轮。 动方式的选取 方案一：地面驱动式 行走机构安装在下横梁上，行走轨道铺设在地面上，堆垛机靠下部的车轮支承和驱动，上部的导向轮用以防止堆垛机的倾倒或摆动。这种驱动方式的优点在于：驱动装置由于装在下横梁上，容易保养维护，使用方便。起重范围大 ，应用比较广泛，适合于各种高度的立体仓库。 方案二：上部驱动式 该驱动方式又可分为悬挂式和支承式两种结构形式。行走机构安装在堆垛机门架的上部，在地面上也没有导轨，使门架下部的导轨以一定的间隙夹持在导轨的两侧，从而防止堆垛机运行时产生的摆动和倾斜，其升降装置也安装在门架的上部。这种驱动方式的优点在于：在设计机架（即：金属结构）时，可不考虑横向的弯曲强度，钢结构的自重可以减轻，加减速时的惯性和摆动小，稳定静止所需的时间就短。但是由于行走、升降等驱动装置都安装在堆垛机上部，保养、检查与维修必须在高空作业，既不方便 也不安全，而且立体仓库的屋顶要承担堆垛机的全部移动载荷重，从而增加了屋顶结构和货架的重量。 综合以上两种方案的对比，结合设计题目的要求，本设计中的驱动型式采用“下部支承地面驱动型”。 4 轮的的设计 为使堆垛机能够在轨道上平稳运行，因此必须依靠车轮来实现这一运动。 通常，车轮的形式有带轮缘和无轮缘两种。因为本设计中将采用货叉作业，这样将会产生啃轨现象。严重时使车轮与轨道剧烈磨损，并且大大增加附加载荷，使堆垛机运行扭摆。发出响声，影响其正常工作，甚至出现开不动和脱轨现象。因此，在设计中，在下轨徐州工程学院毕业设计 (论文 ) 10 道上设置圆柱形（无轮缘）车轮（设计 2 个行走轮），并在下轨道侧面安装 2 个侧面导向轮。上轨道设置 2个有轮缘车轮作为导向轮，从而保证堆垛机的安全稳定运行。 动机的选取 本设计中，行走机构的电动机确定选用允许有较大振动和冲击，转动惯量小，过载能力大的 体内容见 速器的选取 从堆垛机本身的工作场合考虑，本设计最终确定选用展开式一级圆柱齿轮减速器（具体内容见 动器的选取 堆垛机在运行过程中，为了满足能够减速停车 的要求，需要在运行机构中设置一个制动器以便控制制动力矩的大小，从而实现其功能。同时考虑堆垛机能平稳工作，本设计中确定选用盘式常开式制动器。在走行方面的制动转矩值的大小一般为电机额定转矩的100%即可 。 道的设计与安装 本设计采用地面驱动式（前面已作介绍，具体内容见 需要设计上、下轨道来支承起堆垛机的全部自重，并能使堆垛机在其上顺利运行。目前，常用的轨道主要有以下三种：起重机钢轨、铁路钢轨和方钢。综合堆垛机的具体工作场合和性能要求（刚度强度的要求），并进行市场调查进行成本考虑，上轨道可 采用工字钢，其具有良好的抗弯强度，常选用含 C、 型型材 下轨道可采用铁
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