自动化立体仓库系统设计—堆垛机及其提升驱动装置、货叉装置、载货台、松绳与过载保护装置等设计含5张CAD图
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自动化立体仓库系统设计—堆垛机及其提升驱动装置、货叉装置、载货台、松绳与过载保护装置等设计含5张CAD图,自动化,立体仓库,系统,设计,堆垛,及其,提升,驱动,装置,载货,过载,保护装置,CAD
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目 录摘要11.自动化立体仓库的定义及发展状况22.设计的目的和意义33.堆垛机工作原理34.提升驱动装置45.堆垛机载货台56.堆垛机货叉的结构57.过载松绳保护装置68.控制和管理系统6总结8参考文献9摘要自动化立体仓库利用立体仓库设备可实现仓库高层合理化、存取自动化、操作简便化,完全区别于耗费大量人力、物力、精力的传统搬运货物方式,大大提高了空间利用率、生产效率和管理成本,是当前仓储技术水平较高的表现形式。 其中,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。因此,它的设计研究和创新变革直接影响了物流行业的发展趋势、企业生产效率和经济效益。关键词:自动化立体仓库;堆垛机。1.自动化立体仓库的定义及发展状况自动化立体仓库实质上是集合了仓储、输送、管理的一门科学应用工程,自动化强调了控制在自动化立体仓库中的核心地位。自动化立体仓库通过先进的搬运设备、实现整个入库、输送、存储、出库过程的高度机械化、自动化、信息化。自动化立体仓库具备占地面积小、仓储速度快、可靠性高、储存量大等特征14。立体仓库的产生和发展是第二次世界大战之后生产力和技术发展的结果。50年代初,美国出现了采用桥式堆垛起重机的立体仓库;50年代末60年代初,出现了由司机操作的巷道式堆垛起重机立体仓库;1963年美国率先在高架仓库中采用计算机控制技术,建立了第一座计算机控制的立体仓库。此后,自动化立体仓库在美国和欧洲得到迅速发展,并形成了专门的学科。60年代中期,日本开始兴建立体仓库,并且发展速度越来越快,目前已成为当今世界上拥有自动化立体仓库最多的国家之一。据不完全统计,2020年,美国拥有各种类型的自动化立体仓库20000多座,日本拥有38000多座,德国拥有10000多座,英国有4000多座,且向高度40米以上的巨型立体仓库发展。 我国对立体仓库及其物料搬运设备的研制开始并不晚,于1963年研制成功第一台桥式堆垛起重机(北京起重运输机械研究所机械部),1973年开始研制我国第一座由计算机控制的自动化立体仓库,该仓库1980年投入运行。到2003年为止,我国自动化立体仓库数量已超过200座。根据商务部流通业发展司数据显示,全国立体库面积从2012年底的1.40亿平方米增长至2017年的2.74亿平方米,2017、2018年我国新建自动化立体库均超过800座,截至2018年底,全国立体库面积约2.91亿平方米,保有量在5000座左右。2019年中国自动化立体仓库保有量6000座左右。立体仓库由于具有很高的空间利用率、很强的出入库能力、采用计算机进行控制管理而利于企业实施现代化管理等特点,现今已成为企业物流和生产管理不可缺少的仓储技术,越来越受到企业的重视。自动化立体仓库在人工的基础上、逐渐加入了机械作业设备、AGV 运输小车,融合了 RFID 射频技术,集成了自动化控制系统,再加入人工智能,在实现仓储运输的高度自动化基础上,减少对于人工的依赖,并有一定的预测能力,自动对仓库路径进行分析检测,完成优化,在存储速度和存储效率上实现进一步提升14。自动化立体仓库应用范围很广,几乎遍布所有行业。在我国自动化立体仓库应用的行业主要有机械、冶金、化工、航空航天、电子、医药、食品加工、烟草、印刷、配送中心、机场、港口等8。2.设计的目的和意义传统的仓储设备简单,主要借助人力维护,存取货靠人力去操作,效率低下。而仓储自动化的引入,把人从仓库中解放出去。传统的仓储,存取货的手续、环节较繁琐,而仓储自动化则简化了这些环节,直接通过引入计算机、自动控制技术和人工智能等高新技术对仓储机械的技术进行升级6,仓储机械的技术性能将较大提高,操作机械设备完成同样的操作。系统的设计自动化仓库,目的也就是为了简化某些环节,还为了节省人力。自动化立体仓库相对于以往的仓储设备,具有以下几个方面的优势6:提高空间利用率;便于形成先进的物流系统,提高企业生产管理水平;加快货物的存取节奏,减轻劳动强度,提高生产效率;减少库存资金积压;货物磨损小8。本设计通过设计用于自动化立体仓库的堆垛机,完成堆垛机及其提升驱动装置、货叉装置、载货台、松绳与过载保护装置等设计,能及时、准确地把物品自动送到指定位置,从而加深对堆垛机的认识与了解。3.堆垛机工作原理堆垛机的工作原理是由行走电机通过驱动轴带动车轮在下导轨上做水平运动,由提升电机带动载货台做垂直升降运动,载货台上的货叉做伸缩运动。通过上述三维运动可将指定货位上的货物取出或将货物送到指定的货位。通过认址器、光电识别,以及光通讯信号的转化,实现计算机控制,也可实现触摸屏的手动和半自动控制。堆垛机通过认址器获取实际运行位置,货叉下面的行程开关控制货叉伸出的距离,货叉下面的接近开关控制货叉的回中定位24。 图1 有轨巷道式双立柱堆垛机1.天轨 2.天轨导向轮 3.上横梁 4.立柱 5.链轮 6.载货台导向轮 7.载货台顶轮 8.电器柜 9.轮系 10.地轨 11.下横梁 12.电机 13.卷筒 14.减速器 15.载货台 16.货叉 17.载货台立板4.提升驱动装置链条提升机构主要由提升电机(包括减速器)、传动链轮、传动链条、双联链轮、提升链条和改向链轮组成。提升链条选用双排滚子链,安全系数大于 5 ,它与载货台和上下横梁上的改向链轮组成一个封闭结构。当提升电机通过传动链条驱动双联链轮旋转时,使提升链条运动,从而带动载货台(包括货叉、货物)升降。提升电机通过 PLC变频控制,避免在开始升降和停止时提升链条所受拉力过大。载货台主要由型钢、钢板焊接而成,主要用于安装货叉和一些安全保护装置。为了保证载货台平稳上下运行,在它的每个侧面装有沿立柱的 4 个导向轮和 2 个顶轮27。曳引式提升机构是当今电梯业广泛采用的提升方式,主要由曳引力装置、曳引轮、钢丝绳、导向轮和反绳轮等构件组成。曳引钢丝绳一端连接载货台,另一端连接配重装置,载货台、配重装置和荷载的重力使钢丝绳压紧在曳引轮绳槽内产生足够的摩擦力驱动重物沿导轨做上下运动。曳引式提升机构的优点是传动机构体积小巧,传动电机相比卷筒式要小许多,而且提升高度不受限制,但是堆垛机与电梯不同的是要水平行走,所以配重装置势必会晃动产生噪音,而且配重装置需要设到立柱里面沿着立柱内壁上下行走,维修和安装比较麻烦。卷筒式提升机构是驱动载货台上下运动的常用机构,一般由卷筒、减速电机、钢丝绳及滑轮组组成,其工作原理是:减速电机驱动卷筒旋转27。5.堆垛机载货台主要由上导轮架、下导轮架、垂直框架、水平框架等部分组成, 其上装有货叉伸缩机构、 滑轮装置、起升导向轮装置、升降认址装置、货物位置异常检测装置以及双重入库检测装置等。 它由提升机构通过台上安装的滑轮装置带动,依靠起升导向轮装置沿着立柱起升导轨升降,并与货叉伸缩机构配合进行存取货物作业24。6.堆垛机货叉的结构现在国内外自动化立体仓库堆垛机所用的存取货装置主要有:电磁或真空吸盘存取装置;机械抓取式存取装置;旋转抓取装置;伸缩货叉存取装置。其中, 伸缩货叉式应用最为普遍29。堆垛机伸缩货叉一般采用 3 级直线差动机构, 这种结构形式的货叉由动力驱动和上、中底 3 叉以及导向部分构成, 底叉固定在载货台上, 中叉可在齿轮齿条的驱动下, 相对于底叉向两侧伸出一定距离, 上叉在安装于中叉上的增速机构的带动下相对中叉向外伸出更长的距离, 实现向货位内存取货物。这种机构的特点是上叉相对于中叉伸出的距离为伸出行程的 2/3, 而中叉相对于下叉伸出的距离为伸出行程的 1/3, 上叉与中叉之间 、中叉与下叉之间均有合适的导向接触长度,保证 3层货叉伸出时的相对刚度要求。其中底叉固定在载货台上, 中叉运行到货叉行程的 1/3 距离, 此时有 2 个导向轮支承, 上叉相对于中叉运行货叉行程的 2/3, 也有 2 个导向轮支承, 与中叉相连。7.过载松绳保护装置过载松绳保护装置是用来控制载货台的承载,它的作用是当载物货台承受超过最大允许值时,为防止装置与货物的损坏,通过过载松绳保护装置切断起升电机回路电源或总电源,来使起升机构及时停止运转24。断绳保护装置由螺杆、压缩弹簧、左右安全钳及连杆机构等组成,其主要工作原理是在载货台滑轮组的联结座下安装螺杆和压缩弹簧,当起升钢丝绳受载货台和货物的重力作用,使压缩弹簧处于压缩状态,一旦钢丝绳断裂,即滑轮组失去载货台和货物重量的作用力作用,同时压缩弹簧释放,使连杆机构动作,把安全钳中的楔块向上运动,由于楔块的斜面作用使断绳保护装置夹紧在起升导轨上,从而保证载货台在断绳时不致坠落。为了防止发生事故,确保设备和人身安全,必须特别重视安全措施。自动化立体仓库时最基本的是当自动化仓库运转时操作库内绝对不许有人。在维修自动化立体仓库时,维修者不得不进入库内时,这时必须切断电源,并有数人严格监视。8.控制和管理系统控制和管理系统是立体化仓库的中央调控系统,它是信息化与物流相结合的产物,其实现了现代物流的智能化和动态化。控制与管理系统对于立体仓库而言的作用类似于中枢神经对于人体而言的作用,它结合了全套的摄像监控装置和计算机电子设备,对立体仓库的具体情况进行实时监控和记录,同时还能够根据具体订单要求来对出、入库任务进行一致协调。其依靠着计算机实现对立体仓库中的各种物品和设备的统一管理和调度40。常见的堆垛机控制方式按照采用电气化的程度分为:手动控制方式、半自动控制方式、单机控制方式和计算机控制方式。手动控制方式是依靠手工方式对堆垛机动作进行单独操作,动作包括走行部的行走、立柱的升降、货叉的伸缩。半自动控制方式是在控制柜中进行人工操作,堆垛机在巷道内的动作由机器电动完成,能自动到达指定位置。单机控制方式是对单一堆垛机进行自动控制,堆垛机的动作和作业均是由计算机完成的,只需发送指令就能选择作业模式。计算机控制方式是通过上位机软件控制,对大型立体仓库的多堆垛机系统进行协调控制12。(1)半自动工作模式能够顺利实现堆垛机的自动存取货功能,即在控制柜操作下自动完成堆垛机的水平行走、垂直提升和货叉伸缩功能。并且能够高效准确的定位,即采取上述的任一认址方式来达到寻址定位的能力,具体定位包括水平方向的行走定位、竖直方向的升降定位和纵向的货叉伸缩定位。(2)全自动工作模式具有人机界面和通讯功能,在计算机上能显示对话界面,提供操作者堆垛机当前状态信息和操作指令,具体的操作包括进取货动作、库内搬移、拣选出库、添加入库等。全自动模式下,无需控制柜人工操作,通过以太网通讯方式,将计算机指令输送给堆垛机平台进行作业。总结:伴随着科技的进步和市场需求的扩张,自动化立体仓库也在不断融合新兴技术,加大仓储运输能力的提升。为了更好地满足物流需求,现代化立体仓库在不断融合物联网技术,在自动化的基础上强调智能化,从而在更短的操作周期内提供更高的运输能力,同时对仓储物流工作可以实现一定程度的预测、智能管理功能。随着现代信息科技的发展,现代物流对仓库的要求越来越高。对仓库的空间布局利用也产生的质的变化,这些都得益于堆垛机的发展。本课题就针对堆垛机进行设计计算。参考文献:1 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