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立体仓库巷道式双立柱堆垛机设计

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立体仓库 巷道 立柱 堆垛 设计
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内容简介:
毕 业 设 计 中 文 摘 要 随着全世界经济的持续发展和科学技术的突飞猛进,现代物流作为现代经济的重要组成部分,以及在经济上,工业化进程中最为合理的综合服务模式,正在全球范围内迅速发展。自动化立体仓库作为现代物流系统的重要组成部分,是一种多层存取货物的高架仓库系统,是在不直接人工干预的情况下,自动地对货物存储和取出的系统。因此作为现代工业发展的一项高科技产物,它对提高生产率、降低成本有着非凡意义。 本文以设计了一台能在仓库中运输、堆取货物的机械设备巷道式双立柱堆垛起重机,并着重分析了其升降机构、伸叉机构、行走机构等机构的工作原理,并对各机构进行分析设计、选取与尺寸计算。内容包括:总体运动方案设计和结构分析、起升机构的设计、伸叉机构设计、行走机构设计、机体支架设计及其他装置设计等内容。各机构以电机的选取入手,通过对钢丝绳、卷筒、链轮链条、皮带轮皮带的工作性能的分析设计计算与选取,从而设计合适的双立柱式巷道堆垛机起重机的机架,进而设计一台性能完备的巷道式双立柱堆垛起重机。关键词:双立柱;自动化仓库;巷道;物流;堆垛起重机;设计毕 业 设 计 外 文 摘 要Title Two-column hay stacker AbstractAlong with continuously develop of the science technology and world economy, modern logistics which are an important part in the modern economy and a most economic reasonable comprehensive service mode in the process of industrialization, develops quickly in the global scope. Automated three-dimensional storehouse as an important composition part in logistics, is one kind of multilayered depositing cargo high structure warehouse systems. It dose not directly carries on the manual intervention in the situation automatically to save and to take out the system which the thing flows. It is the high tech product out of the development of modern industry society, which have the vital significance to enhance the productivity and reduce the cost. This paper is taking designing a machine named double pillar alley Stacking Crane of engaging in piling things or transportation in storehouse. It analyses its hoisting mechanism, stretch fork mechanism , walk mechanism, working principle, and its aimed at each mechanism to design, select , and sizes calculate of double post alley stacking crane. Overall sport schemes design and analyze of structure, the design of hoisting mechanism , stretch forks mechanism design , walk mechanisms design, organism frame design and other installation designs. Each mechanism with generator select to start, through calculating and selecting of the character of service of wire rope, reel, sprocket chain and the ship leather belt of leather belt to analyze and design, so to design the suitable frame of double pillar alley stacking crane, and then to design a double pillar alley stacker of complete natural capacity.Keyword: Double Pillar; Automated Three-dimensional Storehouse; Alley; Logistics; Stacking Crane; Design 本科毕业设计 第页 共 II 页目 录第1章 绪论11.1课题背景11.1.1巷道堆垛机发展现状、发展趋势与优势11.1.2双立柱巷道堆垛机的分类21.2设计参数2第2章总体运动方案设计和结构分析32.1双立柱巷道物流堆垛起重机的总体运动方案设计32.2主要装置42.2.1底架42.2.2立柱42.2.3升降载货台52.2.4 行走机构52.2.5升降机构52.2.6货叉驱动机构52.2.7堆垛机的控制装置52.3本章小结6第3章 双立柱巷道堆垛机起升装置的设计73.1电动机的选择计算73.1.1选择电动机类型73.1.2选择电动机容量73.2钢丝绳和滑轮设计83.3 起重卷筒设计93.4 涡轮蜗杆减速器的选取103.5 本章小结10第4章 堆垛机伸缩货叉机构的设计计算114.1伸缩货叉的扰度与强度114.1.1下叉的受力分析:114.1.2 中叉的受力分析124.1.3 前叉的设计分析144.2货叉各参数的选择154.3货叉内部零件的选取与校核154.4货叉伸缩装置中的电机和减速器的选取194.5本章小结19第5章 堆垛机行走机构的设计计算205.1 堆垛机行走轮的设计计算205.2 行走机构电动机的选取215.3 V带轮与V带的设计计算与选择215.4 行走机构减速器的选取235.5本章小结24第6章 双立柱巷道堆垛机机体支架设计246.1 机架设计计算的准则和要求246.2机架的设计步骤256.3其他装置设计和选择256.4 其他装置设计和选择27结论27致谢28参考文献28 本 科 毕 业 设 计 第 29 页 共 33 页1 绪论20世纪,随着世界全球经济的蓬勃快速发展和科学技术的高速发展,以及经济全球化席卷而来,世界各国面临着前所未有的机会和挑战。尤其中国自改革开放以来,全国各界人士纷纷投入自主创业的浪潮中,各地各种各样的工厂企业蜂拥而起。各种各样的产品并未满足中国人民的需要,并呈现供不应求的状况,现代物流的发展呈现出前所未有的快速发展趋势,在中国只显一角。物流系统的改善和其具备的合理性,有利于加速中国工业化进程,提升产业结构。堆垛起重机是车间立体仓库中最重要的起重运输设备,是立体仓库标志性机器人。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。1.1课题背景1.1.1巷道堆垛机发展现状、发展趋势与优势中国是人口大国,也是生产大国,自从我国跻身全球化,主动参与和世界各国竞争的浪潮中。总所周知,计算机信息技术的进步,导致现代企业生产规模进一步膨胀,以及企业相互之间竞争日益激烈,市场对企业物流系统提出了新的要求,自动化立体仓库正是实现物流系统合理化这一要求的关键。随着仓库的不断壮大,仓库已经不是想当然的认为只是杂乱无序的堆放货物的概念了,而是向着自动化,立体化方向发展,并且能够快速方便堆放和存取。这是中国乃至世界物流所必须满足的条件。而要完成这一快速存放行动,人力已远远不够,单纯的机械拉载也不可能完成。这时,物流专业人士构想并发明了立体仓库堆垛机,并不断地对其完善,使之越来越得心应手。可以这么说,堆垛机完全是社会进步的产物,其偶然中包含了更多的必然。巷道堆垛起重机不管按照支撑方式、控制方式,还是结构、用途、运行轨迹等方式分类,都主要由水平行走机构、垂直起升机构、栽货台及货叉机构、机架和电气设备等基本部分组成。常见的主要分类形式如以下几种:按照有无导轨,堆剁机可分为无轨堆垛机和有轨堆垛机。无轨堆剁机又称三向堆垛叉车,顾名思义没有固定的运行轨道,具有灵活轻便的特点;有轨堆垛机则需沿巷道特定的轨迹运行。有轨巷道堆垛机作业高度高,对仓库的利用率高,对巷道要求宽度小,可以进行手动、半自动、全自动和远距离集中控制,但必须配备出、入库设备。按照用途不同,堆垛机可分为架桥式堆垛机和巷道式堆垛机。架桥式堆垛机当前在城市中的建筑工地上多见,如起重机一样同时具有叉车和起重机的双重结构特点,具有桥架和回转小车,立柱也不像巷道式堆垛机那样,而是可伸缩的,立柱上装有像货叉一样的取物装置。桥式堆垛机取货装置在立柱上的运动可以实现任意高度的货物的堆垛和取出。但由于立柱的高度有限,桥式堆垛机只能适用于12m以下的中等仓库,且轨道宽度较大,只适用于笨重物料的搬运和堆垛。巷道堆垛机沿货架仓库巷道内的轨道运行,行走快速平稳,作业高度可达上百米。其最精妙之处是采用货叉伸缩机构,即货叉可以伸缩,这样就可以通过巷道宽度变窄来提高仓库的利用率;巷道堆垛机适用于各种高度的高层货架仓库,除以上优点之外,巷道堆垛机还要求有较高的运行速度和生产效率、配备出入仓库装置较高的制造和安装精度、多节伸缩货叉或货板、较高的电气传动调速且制动平衡、停车准确、要有安全保护装置等特点2。1.1.2双立柱巷道堆垛机的分类巷道堆垛机按结构不同可分为单立柱型巷道堆垛机和双立柱型巷道堆垛机18。单立柱型巷道堆垛机的机架结构相当简单,由一根立柱、上横梁和下横梁组成一个工字形框架。立柱多采用较大的H型钢或由生产家根据商家要求特制焊接定作的,立柱上附加凹槽导轨,立柱上段设有钢丝绳卷筒。他的提升机构正是由钢丝绳传动动力,拉动载货台沿着立柱运动。单立柱堆垛机正是凭借这种结构简单的特点被很多小型企业应用。另外单立柱堆垛机总体质量轻,制造起来消耗钢材少,成本低,价格也就相对低,再主要是维修方便。但也有一定的不足,运行速度不能太大,载重量也不能太大,提升高度在10米左右。双立柱机构的堆垛机的机架比起单立柱的要多一根立柱。立柱往往加工成方管,立柱上也可加工凹槽导轨。双立柱堆垛机强度,刚度要比单立柱大的多,载重量和运行速度都比较大,提升高度往往在20米左右,运行平稳无震动。对于大型立体仓库,双立柱堆垛机是不二之选。双立柱堆垛机的起升机构普遍采用链条(钢丝绳)传动,链条带动上横梁上的链轮或滑轮转动。由于链条传动多采用封闭链或配重装置,受空间尺寸限制,传动和布置较复杂,但定位较准确2。1.2设计参数表1.1 载重量为3吨的双立柱巷道堆垛起重机的主要性能参数序号技术项目技术指标1主体结构形式双立柱、单深位、单货台2货叉形式单副伸缩式存取货叉3适合高度12m以下4适合载荷小于3t3最大走行速度,m/min120(自动运转时)4水平加速度,m/s0.4(自动运转时)5最大升降速度,m/ min12(满载),20(空载)6升降加速度,m/s0.5(自动运转时)7最大伸叉速度20(满载),30(空载)8伸叉加速度,m/s0.4自动运转9水平走行定位精度,mm510垂直升降定位精度, mm511伸叉定位精度,mm512行走驱动下部驱动13升降驱动电机带动,钢丝绳牵引14伸叉驱动电机带动链轮和链条驱动15作业形式单一和复合循环16供电方式低部安全滑触线17控制操作方式手动/自动/在线2 总体结构分析和运动方案设计2.1双立柱巷道堆垛起重机的整体运动方案设计因为与单立柱相比,双立柱堆垛机载重量大,强度高,刚性好,运动平稳无颤动,能够准确定位,被广泛应用于自动化立体仓库中,基于这些优点,我决定对双立柱巷道堆垛起重机进行钻研和设计。作为当代通用堆垛机,安全,准确,快速性是其必须具备的特点,所以必须满足以下设计要求: (1)具备严格的三维运动功能,能在高且窄的巷道中进行快速升降作业,能够适应便于高层、低层存取货物。堆垛机能够同时进行三维运动,且不相互干扰。 (2)堆垛机的结构设计合理安全,具有良好的刚度和强度,不至于在承受载荷后,弯曲变形影响定位精度过。(3)具备安全保护措施;(4)在满足以上优良性能的前提下,尽可能地减少多余的零件设计,减轻堆垛机各部位的重量,来提升电机功率和减小行走时不必要的摩擦阻力;根据以上设计要求制定双立柱巷道物流堆垛起重机的总体运动方案19。在这个课题中由于堆垛机上下横梁均采用轨道作为堆垛机滑轨,在保证堆垛机沿货叉方向的平稳性已经足够了,所以上下轨道我均采用单轨道作为滑轨。这样即可以节约占地空间,又可以降低轨道与机器的生产制造成本。堆垛机的起升机构多数采用链传动或钢丝绳传动,为了减小体积在这里我采用钢丝绳卷筒传动;在货叉结构中目的保证伸缩平稳性的高精度,可以采用链轮链条传动;在水平行走的部分为了达到行走平稳的要求采用皮带轮传动3。堆垛机结构如图2.1、2.2所示 图2.1单立柱堆垛机结构简图 图2.2双立柱堆垛机结构简图2.2主要装置2.2.1底架由两端的行走轮支架及钢板焊接成的矩形梁构成,起支撑整体重量的作用。2.2.2立柱立柱截面为空心矩形,具有良好的强度,节省材料,还有减震的作用。 货叉沿立柱上下运动,承受载荷后,会对立柱与货叉结合处产生极大的力矩,所以在立柱两侧加工有垂直导向槽,可以通过导向轮对载货台起到一定的支撑作用。也能防止货叉前后移动。2.2.3升降载货台 为U型结构,其竖支架内侧面有导向轮可以在立柱内的导向槽内沿着立柱升降,升降运动采用钢丝绳牵引。 升降载货台水平支架上设有货叉,可沿货叉方向前后滑动,叉取货架仓位上的货物或将货物放置到货架上,货叉为链轮链条式驱动。2.2.4 行走机构 堆垛机底架装有的四个行走轮,支撑整个堆垛机的全部载荷 ,带动堆垛机沿天地轨方向运动。堆垛机的行走是由装在装有皮带轮,带制动的减速电机驱动的皮带轮转动实现水平运动。减速电机靠自身减速实现水平平稳可靠的行走。2.2.5升降机构 载货台以立柱外侧的导向槽为导向,依靠夹在导向槽内的导向轮起导向作用以保证上下运行,且不会发生偏移。由减速电机驱动绕有钢丝绳的卷筒转动,钢丝绳牵引升降台上下运动。所选用电机通过减速器来调节卷筒速度,让升降更加平稳可靠,并且可以将载货台稳定准确的保持在某一高度。垂直升降部分包括滑轮、卷筒。2.2.6货叉驱动机构减速电机驱动货叉上的链轮,链轮带动齿轮轴转动,齿轮与装在中叉上的齿条啮合,带动中叉运动,使得货叉可以伸缩取货。所选用电机通过自身减速让货叉伸缩更加平稳可靠。 货叉的伸缩速度可按载重的不同自动调节,且速度变化平滑,让承载货物保持稳定4。2.2.7堆垛机的控制装置堆垛机自动运行的控制系统包括以下功能。1、位置功能自动立体仓库一般采用高层抽屉式货架结构,货架的行、列、段的方向分别用X、Y、Z坐标表示。机器自动确定位置,首先是在某一位置发出减速指令让堆垛机减速,而后在规定位置发出停机信号。这就要求堆垛机必须能够时刻检测出现在的位置。可以在各个坐标轴上安装有传感器,可以在任意位置对堆垛机进行定位。2、速度控制 速度控制是指在提高作业效率的高速度的前提下,不至于使货物由于惯性倒塌,以及防止堆垛机在高速冲撞引起的破坏,同时也为了便于最终稳定微速达到高精度定位的目的。3、货叉控制伸缩货叉向前或向后进行顺序叉取操作的控制功能,来完成堆垛机出库和入库作业. 4、安全保护装置 确保操作人员的人身和货物的安全必不可少,其上必须配备完善的安全保护装置。此论文中设计了以下几种安全保护装置:(1)堆垛机货叉在立柱上的上、下端自动停止保护 货叉在进行垂直升降运动时,不能超过立柱导轨的上下部分。因此在导轨上下端各设置一个限位传感开关来实现该功能。(2) 载货台负荷限制当在载货台超载时,应立即切断起升机构动力,并及时报告给工作人员。当载货台卡主引起钢丝绳不紧张,堆垛机也会产生同样反应。 (3)速度过渡装置当堆垛机走到轨道的某一位置时,速度应由高变低。本论文中可以设置安装一个传感接近反馈开关。(4)货叉保护装置 堆垛机在工作过程中,往往需要让货叉准确伸缩停留在某一位置,等待下一步作业指令,可安装一个传感制动器来解决该问题。(5)载货台断绳保护装置 当钢丝发生紧急状况例如断裂时,堆垛机必须能够立即将载货台停止,避免坠车事故的发生.这要求安全保护装置必须非常高的灵敏度、结构比较简单,作用可靠。本论文中使用最常见简单的机构凸轮连杆机构,来实现这一功能要求。一旦钢丝绳断裂,弹簧力作用在连杆上,使凸轮快速卡在立柱导轨里阻止载货台坠落。正常工作时,弹簧作用于连杆来平衡载货台及其上货物的质量,弹簧处于压缩状态,凸轮与升降机构的导轨分离4。2.3本章小结 本章对堆垛机的构成进行了详细的介绍以及安全保护装置做了认真分析,通过查阅资料对堆垛机整体总结构思和设计计算,才对其重要部件进行了选取。通过对堆垛机的整体考虑,选取了适合自己当前水平的最好方案。3 双立柱堆垛机垂直起升装置的设计3.1电动机的选择计算3.1.1选择电动机类型异步电动机结构简单、运行可靠、容易制造、坚固耐用、价格低廉、运行效率较高7。 变频调速,根据电机转速与工作电源输入频率成正比的关系,能满足堆垛机出入库操作稳定和高速运行的要求,变频调速具有启动性能好、调速范围宽、速度变化平稳和完善的过电压过电流保护功能5。 按本文设计计算,选用YVF2系列变频可调速三相异步交流电动机。3.1.2选择电动机容量工作机所需功率P为P= (2.1)式中:P发动机功率(kw) F作用力(N) V运行速度 电机的输出功率P为P=KW (2.2)式中,为异步电机到卷筒轴的传动总效率。取凸缘联轴器效率=0.99;滚动轴承效率;蜗杆传动效;卷筒的传动效率,则,由 故 因载荷平稳无波动,电机额定功率稍大于即可,查Y2系列三相异步电动机技术手册,所选提升电动机型号为YVF2-180L-8,电机额定功率为=11KW3.2钢丝绳和滑轮设计(1)钢丝绳的选择本设计必须计算严谨精确,全面。计算公式如下: (2.3)式中:d钢丝绳最小允许直径mm; F钢丝绳最大静拉力N; C选择系数mm/。选择系数C由下式计算: (2.4) 式中:n安全系数; k钢丝绳捻制系数; w钢丝绳充满系数。 对于大多数起升机构n值为6;选取钢丝绳,则;钢丝绳填充系数,。则 钢丝绳的拉力 (2.5)已知m=31000kg,g=9.8N/kg;因为卷筒左右两根钢丝绳同时作用 可求得单根钢丝绳上;由此可求得 参照GB8918-88 选取d=12mm。即所选钢丝绳为: 根据钢丝绳与滑轮配合关系表,查得的滑轮外径,轴径;选用A型滑轮;则所选滑轮为: 滑轮A123.3 起重卷筒设计卷筒上螺旋槽部分长为P (2.6)双联卷绕卷筒长度为 (2.7)式中: D卷筒名义直径,钢丝绳直径最大卷起高度a滑轮组倍率卷筒计算直径固定钢丝绳的安全圈数 L1无绳槽的卷筒端部尺寸 L2固定端尾端所需长度,已知:,查GB/T3811-1983,h常取6则 查机械设计手册表取P绳槽槽距查表卷筒槽形得知,槽底半径。取Z=2,则即所选卷筒为:卷筒3.4 蜗轮涡杆减速器的选择电机将动力传递给凸缘联轴器,再传递至蜗杆。升降机构中的减速器可根据机构的传动比从标准中选用。堆垛机升降机构的传动比例由下式计算: (2.8)式中:电动机额定转速; 卷筒的转速 代入式中算得:查变速器和减速器设计手册,选取减速器型号为:3.5 本章小结本章对堆垛机的垂直升降机构进行了选择和计算,并对其中的主要元件的强度刚度进行了严谨全面校核计算,符合自己的设计要求。4 堆垛机伸缩货叉机构的设计计算4.1伸缩货叉的扰度与强度 货叉在存取货物时插入货架中的部分,厚度设计的应尽量薄,同时货叉前端的扰度控制在最小,.货叉各参数如下:W: 负载 E: 材料的弹性系数I ,I, I: 分别为下叉,中叉,上叉的重力方向的矩4.1.1下叉的受力分析:如图4.1所示 图4.1下叉的受力分析对下叉进行受力分析,设距离A段为x,则在x处截面上产生的相反力时的弯矩方程为: (4.1)积分求得BC端截面转角为: i = i-dx= i- +(x-a) (4.2)BC端截面挠度为:= ix-dx= ix-+(x-a) (4.3) 当x= 0时,A端的截面转角 i= -( +b) (4.4)当x=l时,将式4.3 代入式 4.2 和式 4.1 中,分别算出在支撑点c点处的转角和挠度。 (4.5)= - (4.6)4.1.2 中叉的受力分析如图4.2所示:因载荷W的作用,在间产生反力P,P, 图4.2 中叉的受力分析计算进行受力分析时,在BF段内,取距F左端距离为x的截面为研究对象当时,可算得其转矩方程为: M= Px=x (4.7)积分得出其转角 i= -+i (4.8)挠度为: = -+ ix+ (4.9)当 x=b时,B端的截面转角 i= (4.10)当x=b时,将式4.6代入式4.4和式4.5中,分别得出BF段的转角和挠度 i= - (4.11) = - (4.12)如图4.3所示:将d段作为研究对象,c点作为固定端,由于载荷W在中叉产生的反力为P和P,而由这些反力作用在货叉前端 图4.3 受力分析弯矩方程为: (4.13)以固定端E视为坐标原点,算得:P=W 以固定端D视为坐标原点,算得:P=W积分得出其挠度为:= -dx= - Px- P(x-d) (4.14)当x=l时,代入式(4.7)算得: (4.15)i= -dx= - (4.16)当x=l时,代入式(4.8)算得:i= -e(l-d)+(e+d)l (4.17)所以 = i(l-l) 4.1.3 前叉的设计分析载荷W在d区间产生的反作用力有P, P,在E点的向下倾斜角为i,挠度为,受力分析如图4.4所示:图4.4 前叉的受力分析转矩方程为:M=x 积分求得其转角为:i= -+i (4.18)挠度为:= - (4.19)当x=d时,D端的截面转角i= (4.20)当x=d时,将式代进式 和式 中,分别算得E点的转角和挠度:= - = -(l-l)因此,总扰度为: 注:当货叉进入货架为1100mm时,值应控制在。4.2货叉各参数的选择 l=1000mm l=600mm l=750mm l=120mm故可取上叉、下叉、中叉长为:L= l=25=1100mm L=b+c+d+25=1100mm L= l-c+ 25=1100mm上叉为平板状,并取其宽为1100mm,板厚取100mm,其余设计参数标注于装配图上。并且因各数据取值都偏大,不用予以校核,能满足条件。 4.3货叉内部零件的选取与校核4.3.1 轴承的选取校核由本设计选取货叉伸缩机构的伸缩速度为,所以各轴承所承受的压力为转速为n=10000r/d (r/min) 则 d=C=110,取C=110 d=16.2mm取d=20mm, 则n=10000/20=159.2r/min 查表,选择深沟球轴承,代号为其基本参数为: B=19mm c=31000N c=15200N 径向载荷F=150010/4=3750N轴向载荷F=0N F/ F=0e=0.26查表得x=1 y=0P=x F+y F= F=3750N又查表得:f=1.1 f=1 f=0.485 f=2.29 f=1C= P=3750=19.4kN31.0kN= c轴承的额定静载荷P=0.6 F+0.5 F=22503750N因P F 故取 P= F=3.75kNh=6000h 故轴承寿命满足条件。则轴承选取合适。4.3.2 齿轮的选取校核1、选取齿轮为45钢,调质处理,齿面硬度HB=217255,平均硬度为2366。2、初步计算传动尺寸为软齿面开式传动d= (1)转矩T=9.55P/n=162.43d Nmm(2)设计时,因V值未知,K不能确定,故可初选K=1.4(3)取齿宽系数=1.1(4)取弹性系数Z=189.8(5)初选螺旋角=12,取节点区域系数Z=2.46(6)初选Z=23,齿条=则得重合度=1.88-3.2(1/ Z+1/ )cos=1.7取轴面重合度=0.318Ztg=1.77取重合度系数Z=0.765(7) 取螺旋角系数Z=0.99(8) 许用接触应力由式=取接触疲劳极限应力为=595MPa齿轮的应力循环次数分别为N=60naL=1.08取寿命系数Z=1.06 取安全系数S=1.0则=630.7 MPa(9)齿轮的分度圆直径d,初算为u=Z/Z= 故则d=130mm3、确定传动尺寸(1)计算载荷系数取使用系数K=1.0因V=m/s取动载系数K=1.15取齿向载荷分布系数K=1.11取齿间载荷分配系数K=1.2故K= K K K K=1.53(2)对修正d=133.9mm(3)确定模数m=dcos/Z=5.69 取m=6(4)故d=141mm 并取b=50mm4、校核齿根弯曲疲劳强度=式中各参数:(1) 各值同前(2) 因当量系数Z=Z/cos12=23.5故取齿形系数Y=2.64,应力修正系数Y=1.58(3) 取重合度系数Y(4) 取螺旋角系数Y(5)许用弯曲应力取弯曲疲劳极限应力MPa取寿命系数Y, 取安全系数S 故 =1.0 MPa则 =4.29MPa176MPa=故能满足齿根弯曲疲劳极限。 设计合理。4.3.3 链轮链条的选取校核设轴径d=80mm,链传动比i=1链速n=V=79.6r/minP=0.11、选择链轮齿数:初步确定Z=212、定链的节距取K,齿数系数K,多排链系数K所需传递功率为kW由此,可选取满足条件的08A链,P=12.7mm 3、定链长、中心距初定中心距a=40p,则链节数L=101节链长L=LP/1000=10112.7/1000=1.28m中心距a=508mm中心距调整量mm实际中心距mm4、求作用在轴上的力工作拉力F=1000P/V=1500N作用在轴上的压力F=1.2F=1800N轴径mm取d=16mm 取轮径D=80mm计算结果及所有参数确定:链条规格:08A单排链,101节,长1280毫米,大小轮齿数都为21,中心距mm,压轴力,轴径d=16mm,轮径D=80 mm【10】。4.4货叉伸缩装置中的电机和减速器的选取齿轮5的转速为电机功率:P=/=0.55kw选取电机功率为1.1kw,电机型号为:YVF2-90S-6转速为980r/min,安装型式选取B3为此,减速器的传动比为i=980/45.17=21.7则选取减速器型号为TZSD112【12】。4.5本章小结本章对堆垛机的货叉机构进行了细致仔细的分析,分别对货叉机构的上叉、中叉、下叉等进行了结构计算和受力的分析,尤其对挠度转角进行了详细计算。5 堆垛机行走机构的设计计算5.1 堆垛机行走轮的设计计算行走轮的允许载重量等各参数间有下列关系式: P=KD(B-2r)(kg) (5.1)K=(kg/cm) (5.2)式中:P容许载荷重量(kg) D车轮的最大直径(cm) B钢轨宽(cm) r钢轨端部的圆角半径(cm) K许用压力系数(kg/cm) v走行速度(m/min) k许用应力(球墨铸铁的许用应力为50)(kg/cm)首先确定B=6.4cm,r=0.2cm, k=50 kg/cm, v=80m/min则 K=33.3(kg/cm)行走轮所受压力主要根据疲劳计算轮压选取,其计算公式由下:= (5.3)式中:疲劳计算的轮压(N); 工作时最大允许载荷量(N); 正常工作时最小轮压(N)又根据车轮直径的计算公式: (5.4)式中:转速系数; 工作级别系数; 接触应力常数首先确定 =6.0,=0.82,=1.25,l=30mm,代入式(5.3),式(5.4)中算得:D=135mm车轮的转速为: 车轮的轴径为d,为满足选择合适的轴承,取d=15mm轴上的轴承选取型号为6202,基本尺寸为:d=15mm,D=35mm,B=11mm【13】。5.2 行走机构电动机的选取行走机构的电动机所需的功率为可按下式计算: (kW) (5.5)式中:行走阻力; v行走机构的运行速度 行走机构的总效率,一般可取0.85-0.95由上式可知,只需求出行走阻力即可,行走阻力的大小由下式计算: (5.6)式中: G堆垛机总重,约为5000kg 滚动摩擦系数,查表取0.05将(5.6)代入(5.5)即可得: 取为P=5.5kw,选取电机型号为YVF2-132M2-6m。5.3 V带轮与V带的设计计算与选择1、设计功率为 (5.7)式中 工况系数;由于是起重机行走机构,查表得=1.2,则2、选定带型根据和,查表确定为P-I型。3、传动比为 (5.8)由行走速度初步确定小带轮的转速为则4、确定小带轮基准直径大带轮直径则小带轮的基准直径为 (5.9)则5、带速为 (5.10)则此处6、初定轴间距按要求取7、所需基准长度为 (5.11)则 :选取基准长度为609mm。8.实际轴间距为 (5.12)则(1)安装时所需最小轴间距为 (5.13)查表得,则(1) 张紧或补偿身长所需最大轴间距为 (5.14)则9.小带轮包角为 (5.15)则10.皮带轮的结构简图如图5.1所示: 图5.1皮带轮结构简图5.4 行走机构减速器的选取行走机构中的减速器是根据皮带轮传动传动比从标准中选用。行走机构由下式确定传动比: (5.16)式中, 电动机转速;行走车轮的转速代入相关数据到式(5.7)中算得:可选取减速器的标准型号为SEW型R65.5本章小结本章主要对堆垛机的行走机构进行了计算设计,对其中的重要部件进行校核计算。6 双立柱巷道堆垛机机体支架设计6.1 机架设计计算的准则和要求6.1.1机架设计的准则1、刚度要求在保证一定外形的前提下,刚度是对机架的主要要求。例如,在齿轮减速器中,齿轮的啮合性及运转性能是否良好一定程度上是有箱体的刚度决定的。机床的大部分零部件中,床身的刚度往往决定了机床的作业效率和加工产品精度。2、强度要求对于大部分的设备机架,往往刚度达到一定要求,就能满足一定强度要求。但对于重载大型设备,强度要求必须上升的一定的高度。其要求是在机器运转中,最大载荷处的应力都不大于允许应力。3、稳定性要求对于细长零件或薄壁零件,在受压情况下会存在失稳问题。失稳一定时间内会对机器整体产生巨大的破坏,这是设计必须注意的。4、其他如热散发的要求;易受腐蚀及特定环境,如易被化学物质侵蚀等的要求;高精密的小机械、仪表等注意热变形的要求等。6.1.2 机架设计的一般要求从机械专业和经济角度看,在满足机架设计要求的大前提下,根据机架的不同用途和所处环境,应着重考虑以下要求。1、 重量要轻,材料合适,成本较低2、 结构合理,便于制造,便于安装、调整、修理和更换 3、工艺性好,本身的内应力小,受环境温度变化引起的变形小。(1)具有一定的抗震性。(2)抗腐蚀性强,机架结构尽量在使用期限内最少次数修理。(3)导轨面受力均匀,耐磨性好14。6.2机架的设计步骤1、首先确定堆垛机框架形状和尺寸。根据设计准则和一般要求,初步确定堆垛机框架结构的形状和尺寸,以确保堆垛机内外零部件能正常工作。并要求机架能够在立体仓库巷道内最小阻力的运行。图6.1机架结构简图2、分析堆垛机整体载荷情况。载荷包括动载荷和静载荷,机架上的设备重量、机架本身重量是静载荷;设备运转产生的额外载荷为动载荷。立柱上开有导向槽,来确保货叉在升降过程中不会侧翻。3、本设计针对以上所要求的标准,主要是在符合载荷和运行速度的前提下,再结合双立柱巷道堆垛机在实际仓库中的工作状况,确定机架的基本尺寸:机架整体高为12m,两个立柱之间的距离为1.8m,每个立柱的长为360mm,宽为240mm,立柱两侧设有导向凹槽,以保证货叉在运动过程中的平稳性;上横梁为360*300中间空心的方钢;下横梁是厚度为300mm、宽为1200mm中空的钢板,用以保证双立柱巷道堆垛起重机的承载能力15。6.3 其他装置设计和选择6.3.1供电系统由于堆垛机自身整体移动的特点,所以移动供电装置一般采用滑触供电装置和电缆供电方法。堆垛机底部必须采用滑触线供电方式,安全易于保养。这样才能满足高速度、无需检修、耐用、无脱线的要求等。6.3.2电气设备 由于时间有限,本设计主要对堆垛机机械方面进行系列研究,电器方面只能粗略介绍。主要包括电力拖动、中央控制、局部检测反馈和安全保护。在电力拖动方面,当前国内用的最多的是交流变频调速。堆垛机的中央控制一般采用可编程序控制器,计算机等。局部检测反馈要求堆垛机必须具有自动认址、货物检测以及其他检测等功能。6.3.3天地轨天地轨几乎承载了整个堆垛机的全部重量,所以天地轨必须具备有足够的强度和刚度。天轨可以固定在货架或房顶上,地轨则固定在地面上。堆垛机最大作业范围应包含在天地轨的长度内,天地轨两端头应安装缓冲器。(1)天地轨安装后直线度公差如下:地轨安装后直线度公差在200mm测量长度应不大于0.5mm地轨全长测量长度内应不大于3mm天轨安装后直线度公差在200mm测量长度应不大于0.5mm天轨全长测量长度内应不大于4mm(2)安装后天地轨间相互位置公差天轨上表面于地轨下表面之间距离误差应不大与8mm天轨与地轨之间的水平错位不大于5mm 6.3.4操作设备采用机载控制柜方式,控制柜安装在堆垛机上,随堆垛机运动,具有与中央计算机进行通讯和交换数据的功能。出入口区域的地面上设有急停按钮,当堆垛机出现异常状况时,没有按计划停车,则可以按下急停按钮紧急停车。正常状况下,工作人员是不会进入堆垛机内作业,只有当异常发生并需排除故障时,才可以从堆垛机上进行手动操作。此外,堆垛机每个部位都有自己相应的代号,当某一处发生故障时,堆垛机能将相应的代号快速传递给中央计算机,并进行跟踪。直至彻底将隐患排除。6.3.5操作模式(1)在线操作通过数据接受器接收由地面发出的存、取货命令的红外线,机载控制柜将这些命令传达给各个电机,从而自动完成存、取货的操作,各个部位也会将堆垛机位置状信息反馈给中央系统。(2)自动操作通过在操作面板上输入仓位三维坐标,堆垛机就会自动完成一次存取货的操作。(3)手动操作使用手动操作按钮,人为的控制堆垛机在xyz各方向的动作,这主要用于作业前简单的调试热身工作。 6.4本章小结本章主要结合车间,载荷大小,运行速度对堆垛机的框架进行了规划设计。通过计算,发现机架结构合理,安全便宜,符合要求。结 论在物流发达的今天,距离已不再阻碍产品的交换,这就意味着全世界至少在中国,商品交易越来越公正化,透视化。又因为在中国这一最大的社会主义国家,实现共同富裕这一中国梦也小有成效。近些年,人们消费水平普遍增长,同时对各种各样的产品需求越来越大。新鲜多样的产品已不再是商家竞逐的目标,相反生产厂家更愿意着力于更快更多的生产,然后快速销售出去。那么谁能够更好的加速货物流动,谁将是这个时代的佼佼者。而巷道式双立柱堆垛机将
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