双立柱式巷道堆垛机机械部分的设计(含全套CAD图纸).doc

摘 要 自动化立体仓库是物流中的重要组成部分，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。 近年来，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的发展非常重要。堆垛机是自动化立体仓库中最重要的起重堆垛设备，它能够在自动化立体的巷道中来回穿梭运行，将位于巷道口的货物存入货格；或者相反取出货格内的货物运送到巷道口。 本文详细论述了在现代大多数企业中普遍使用的双立柱堆垛机的设计方案，文章的重点放在其三个部件：升降机构、行走机构、货叉伸缩机构的设计上，并设计一种带柔性装置的堆垛机安全机构的设计方案。首先，提出各个机构的总体设计方案；其次，对各个机构的受力情况进行了分析并计算，然后估算初取值，再进行校核，最后确定各个实际值。关键词 自动化立体仓库；堆垛机；安全机构；设计 Abstract Automation three-dimensional storehouse is that thing flows important composition partit is to stock and take out voluntarily under not directly carrying out the condition of artificialintervention the system that thing flows out it is the high-tech outcome of modern industrialsocial development for raise productivity and reduction cost have important meaning. In recent years along with the unceasing raising of enterprise production andmanagement more and more enterprises know that thing flows out reasonability and theimprovement of system is very important for the development of enterprise. Stacker cranes isautomation three-dimensional storehouse in most important take heavy crane pile up equipmentit can in the tunnel of automation cube in the shuttle operation of round trip will locate in tunnelthe goods of mouth stock goods shelf or opposite take out the goods transit in goods shelf go totunnel mouth. This paper has discussed the focal point of design scheme and article of the two pillarstacker crane of universal use in modern most enterprises in detail put in thirdly parts: elevatorGou walk organization and fork telescoping mechanism design design a kind of tape the cranessafe organization of flexible installation design scheme. first put forward the overall designscheme of every organization secondly for every organization analyze by force conditioncalculate then estimation beginning take value check nuclear final definite every reality againworth.Keywords automation three-dimensional storehouse stacker cranes safe organization design 目 录1 绪论 . 1 1.1 研究背景及内容 . 1 1.1.1 研究背景及意义 . 1 1.1.2 研究的内容 . 2 1.2 堆垛机的结构设计概述 . 2 1.2.1 堆垛机结构的组成和形式 . 2 1.2.2 巷道堆垛机的特点 . 2 1.3 堆垛机所受载荷的简化方法 . 32 堆垛机门架的结构设计计算 . 5 2.1 框架的弯矩和挠度 . 5 2.1.1 由于水平载荷产生的弯距 . 6 2.1.2 由行走车轮的反力产生的弯距 . 7 2.1.3 有叉取作业产生的弯矩 . 8 2.2 设计数据计算校核 . 9 2.2.1 框架结构的设计数据如下 . 9 2.2.2 各部分的弯矩 . 9 2.2.3 结构构件的弯曲应力 . 103 堆垛机伸缩货叉机构的设计计算.11 3.1 伸缩货叉的扰度与强度 .11 3.1.1 下叉的受力分析计算 . 12 3.1.2 中叉的受力分析计算 . 12 3.1.3 前叉的设计分析计算 . 14 3.2 货叉各参数的选择 . 15 3.3 货叉内部零件的选取与校核 . 15 3.3.1 轴承 4 的选取校核 . 15 3.3.2 齿轮 5 的选取校核 . 16 3.3.3 链轮、链条的选取校核 . 17 3.4 货叉伸缩装置中的电机、减速器的选取 . 184 堆垛机行走机构的设计计算 . 20 4.1 堆垛机走行轮的设计计算 . 20 4.2 走行装置的电机、减速器的选取 . 205 堆垛机升降机构的设计计算 . 22 5.1 升降机构零部件的设计计算 . 22 5.2 升降机构的电机减速器的选取. 22 5.3 制动器的制动容量的设计 . 236 堆垛机的安全机构的设计 . 24结论. 25致谢. 26参考文献 . 27附录. 错误！未定义书签。 1 绪论 作为自动化立体仓库的核心部件，堆垛机负担着全部出库、进库、盘库等任务。自动化立体仓库的发展就是以堆垛机的发展为主要标志。1 初期的立体仓库使用的堆垛机以桥式起重机为基础，这种堆垛机是从起重机的大梁上悬挂一个门架立柱，利用门架的上下和旋转运动来搬运货物。1960 年左右，美国出现了没有大梁的巷道式堆垛机，这种堆垛机是在地面上的导轨上行走，利用货架上边的导轨防止倾倒，或者相反，在上边的导轨上行走，利用地面的导轨防止倾倒。随着立体仓库的发展，巷道式堆垛机逐渐代替了桥式堆垛机。2 桥式堆垛机被淘汰的原因如下： （1） 与巷道式堆垛机相比，自重很大，必须用比较坚固的建筑结构。 （2） 为使堆垛机的大梁通过，在仓库的天栩与货架之间要有很大的空间。 （3） 堆垛机的通道宽度大，而且也受大梁的跨度的限制约为 13-23 米。 （4） 更为重要的是它难以实现自动化控制等问题。 但是，桥式堆垛机对重、长物料的高堆垛可以发挥其特长。如当前在人工控制的钢铁仓库盘料、钢带、钢板、棒材、型钢、管材等还使用这种堆垛机，它可以搬运长达 20 米，重达 20 吨的货物。 随着微电子技术的发展，出现了计算机控制的堆垛机，而且，堆垛机的结构也有了较大的改变。首先，由货架支撑式改变为地面支撑式；其次，大、中、小型立体仓库都有了发展，双立柱堆垛机也随之诞生，而且逐渐体现出其优越性。 巷道式堆垛机是在所谓高层、高速、高密度储藏的概念下的产物，它的历史较短，目前正在发展之中。但现在差不多己经定型?芨鞒腋饔卸来矗峁剐问接行钜欤梢运荡笸欤械亩讯饣疾煌夂跤苫堋鼗跆焖趸醪妗斓篮涂刂葡低车炔糠肿槌伞?机架，除轻载荷、低层货架用单立柱型堆垛机外，一般都是矩形框架结构。它们的支撑与驱动方式有：上部支撑上部驱动型，下部支撑下部驱动型，下部支撑上下同时驱动型。另外，还有一种适用于小型立体仓库的用丝杠螺母驱动的小型堆垛机。 近年来，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。堆垛机是自动化立体仓库中最重要的起重堆垛设备。本文着重就堆垛机的结构设计进行初步研究。1.1 研究背景及内容1.1.1 研究背景及意义 自动化立体仓库是物流中的重要组成部分，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。近年来，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的发展非常重要。堆垛机是自动化立体仓库中最重要的起重堆垛设备，它能够在自动化立体的巷道中来回穿梭运行，将位于巷道口的货物存入货格；或者相反取出货格内的货物运送到巷道口。 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。在堆垛机方面，我们应当看到和世界发达国家的差距，总结经验，找出不足，打破传统思路，推出新的外形和更高性能的堆垛机。 相信，通过我们的不断努力，必能设计出高速、安全、可靠性能高的堆垛机，为增强我国综合国力，为我国填补一分科技空白。1.1.2 研究的内容 在堆垛机设计中将做以下工作： （1） 堆垛机的门架的设计计算； （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 堆垛机的结构设计概述1.2.1 堆垛机结构的组成和形式 堆垛机结构主要有三个机构组成： （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/min，最高可达 45m/min，设计时选取 20m/min。 （2） 行走机构有电动机、联轴节、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导轨导行。下部装有水平导轮沿货架下部的水平导规 导行。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/min，最高可达到 180m/min设计时选取 90m/min。 （3） 货叉伸缩机构是堆垛机的取放物料装置，它有前叉、中间叉、固定叉、驱动齿 轮等组成。货叉伸缩机构的工作速度控制在 15m/min，最高可达 30m/min，设 计时选取 20m/min。1.2.2 巷道堆垛机的特点 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 （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。 （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施。1.3 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，其刚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说明。1 （1）起重重量 P L 用 实际起重重量包括吊具重量和额定重量之和， S L 表示。考虑到货物正常起吊时的动载冲击作用，则设计起重重量 P L S L 式中， 称为冲击系数，与堆垛机分类有关： 1 类 1. 1 2 类 1.25 3 类 1.4 4 类 1.6 （2）水平载荷 S H 堆垛机沿水平方向加减速行走或旋转时，必然存在与其加速度有关的水平惯性力。即SH SL 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 v 来确定。 水平行走时 0.0005v； 旋转时 0.0004v. （3）风力载荷 S W 风力载荷 S W 为风压力 q 与受风面积的乘机，即 S W q A 堆垛机工作时，风压力 q1742.7 4 h 非工作状态，风压力 q148.1 4 h 式中，h 为吊具高度，单位取 mm （4起吊冲击载荷 S R 在正常情况下，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 S G 的不同组合： A 正常工作状态：M （S G S L S H ） B 特殊工作状态：M （S G S L S H ） S W C 起吊工作状态：S G S L S H D 停止：S G S W 以上各式中，M 称为作业系数，与堆垛机的分类有关：1类 M1.0； 2 类 M1.05； 3 类 M1.1；4 类 M1.20 2 堆垛机门架的结构设计计算 门架是堆垛机的主要结构物，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）的货合。升降台沿立柱升降，同时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。 在门架上安装有卷扬、走行等机械装置，以及配置有电气控制开关、控制装置、配线等。下部支承式的集中放在门架下部。 由于行走起动、停止及加减速时产生的惯性力，门架在通道的纵向发生挠曲，整个门架成为振动体，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，