【某仓储堆垛机的总体设计案例分析4700字】

某仓储堆垛机的总体设计案例分析目录TOC\o"1-3"\h\u13504某仓储堆垛机的总体设计案例分析 1210831.1自动化立体仓库基本条件 1238461.2堆垛机的主要参数的确定 1246051.3堆垛机的结构设计方案 2170591.3.1堆垛机的结构形式选择及组成 262711.3.2堆垛机的水平行走机构 380871.3.3堆垛机的货叉机构 4116371.3.4堆垛机的起升机构 1089181.3.5堆垛机的机架模型 1331901.4堆垛机的整体机构模型 151.1自动化立体仓库基本条件本文对同济大学浙江学院智能制造生产线自动化立体仓库模块进行分析和研究。但现有机构存在结构简单、运动不稳定、结构不稳定等问题。为此，本文对自动化立体仓库的堆垛机进行了分析，并进行了优化设计。仓库的基本技术要求如下：（1）仓库容量要求：我校该自动化立体仓库采用双层仓库设计，前货架放置已经加工好的成品，后货架放置原材料。前货架货位为4行6列的分布，后货架货位为4行7列的分布。（2）托盘要求：托盘分为平托盘、箱托盘、柱托盘、轮托盘等，与工业产品相比，我校智能制造产线线产品质量低、体积小，对托盘的要求不高。根据我校智能产线的作业要求，本文采用平托盘，优点在于结构简单、成本低、可以方便堆垛机进行货物的存取。本文采用的平托盘尺寸为28mm×30mm，共有四个原材料位，原材料深度为10mm，托盘厚度为15mm。（3）空间约束条件：该自动化立体仓库的前货架的长度应控制在3.35m，后货架的长度应控制在3.9m，两个货架中间预留的缝隙应大于0.6m，以便铺设地轨使堆垛机实现Y轴方向的运动。（4）自动化水平要求:自动化立体仓库应实现无人化和自动化操作。仓库管理系统完成订货操作后，自动化立体仓库应立即完成入库、出库等动作。1.2堆垛机的主要参数的确定根据在学校实验室的智能制造产线的实地测量，确定出仓库货架的高度、所存储货物最大质量等参数，结合文献资料和各类规范标准，确定堆垛机的主要参数如表2-1所示：表2-1堆垛机的主要参数指标参数堆垛机最大起升高度1.35m堆垛机地轨长度4.2m堆垛机货叉伸出最大长度600mm额定载荷50kg水平行走速度30m/min垂直提升速度10m/min货叉伸缩速度10m/min1.3堆垛机的结构设计方案堆垛机是自动化仓储系统中重要的组成部分，它主要是由上位机控制，主要承担货物的出入库动作的任务。为了实现货物平稳、快速、自动、准确的装卸，堆垛机需要满足以下要求：需要有三个自由度，即水平行走运动，实现货架的列定位；竖直方向的上下动作，实现定位货架的行；货叉的前后伸缩动作，实现货物存取的动作。应在满足刚度、强度的要求下尽可能去减轻部件的质量，以减小堆垛机加速和减速时带来的惯性冲击，同时可以节约成本。应该有一定的安全保护装置，包括紧急停车装置、限位装置、限速装置等。1.3.1堆垛机的结构形式选择及组成堆垛机结构型式可分为单立柱堆垛机和双立柱堆垛机。单立柱堆垛机重量轻，制造成本低，结构简单，但刚度和强度稍差。由于货物对立柱的偏心作用，单立柱堆垛机不适合高强度、重载、高速的使用场合；双立柱堆垛机结构较单柱堆垛机复杂，但定位准确，运动平稳，强度和刚度较高。我校的智能制造产线的设立目的在于教育学生，让学生在实验中学习，使用强度较高，要求速度平稳、定位准确，故本论文采用双立柱堆垛机。双立柱堆垛机主要由以下部分组成：天轨、行走机构、立柱、伸缩货叉、提升机构、载货台、上位机系统等。本论文采用的整体结构如图2-1所示：图2-1堆垛机整体结构1.3.2堆垛机的水平行走机构堆垛机水平行走机构主要由驱动电机、驱动轮、侧轮、横梁、导轨、滑块等部件组成。主要功能是驱动电机驱动驱动轮，驱动轮架与滑块连接驱动滑块。滑块安装在滑轨上，机架和滑块相连接，从而实现水平方向的行走动作，实现货架的列定位；侧轮放置在导轨两侧，起到稳定主动轮水平运动的作用。根据实际需求，水平行走机构由两个地轨组成，其中一条地轨采用电机驱动，另一条地轨的驱动由一根轴与电机相连，从而实现同步运动，并使运动更平稳，节约成本，能耗更低。根据实际需求，本机构的长度为4.35m。本机构的下端横梁采用X型钢架，截面尺寸为50mm×50mm，即能保证强度，又能降低机构的质量，滑块两端连接齿轮架，齿轮架中间设置有轴承安装孔，以便安装主动和侧轮。用SolidWorks软件对水平行走机构进行了设计，设计后的行走轮及侧轮三维模型如图2-2；装配图如如2-3所示。图2-2行走轮及侧轮图2-3堆垛机水平行走结构1.3.3堆垛机的货叉机构堆垛机所采用的货物搬运机构为货叉式机构。通过货叉式机构的前后伸缩运动和提升机构的提升运动，实现存放和拿取货物的功能。在这个过程中，物品总是放货在叉上，所以货叉和载货台是一体的。货叉一般由叉体、滑动单元和传动机构组成。通过齿轮齿条传动或者链条传动。在设计堆垛机货叉时应考虑以下重点：（1）货叉的固定：货叉的固定非常重要。如果设备不够牢固，可能会出现货物打滑、机械断裂等意外情况。因此，在设计时应考虑或叉安装的牢固度。只有保证了坚固性，才能保证机构的正常使用。（2）货叉的灵活性：堆垛机货叉的最主要的作用是实现货物的存放和拿取，但在长时间使用过程会出现生锈、滑动不流畅等情况。因此，应使用合理的材料，在使用过程中应对机构进行合理的润滑，以保证机构的正常运动。在传动机构上，选择两对齿轮齿条驱动货叉机构移动，与链轮机构相比，齿轮齿条机构占用空间小，运动平稳。其中一对齿轮齿条为差动式齿轮齿条，齿轮安装在中叉中的孔，齿条分别安装在上叉和下叉中。另一对齿轮齿条安装在中叉的下端，通过电机驱动齿轮运动带动齿条，从而实现货叉的伸缩运动。伸缩货叉通过滑轨与上叉连接滑轨，上叉的侧面与差动齿条连接；中叉是通过滑轨连接的，中间打有孔；下叉的上端安装有差动齿条。滑轨带动上货叉运动，使货叉的伸缩运动更加平稳、流畅，是货叉机构的重要组成部分，由SolidWorks软件对其进行设计，设计后的结构如图2-4所示：图2-4货叉滑轨部分差动齿轮齿条机构如图2-5所示，它的作用是可以驱动上下叉实现差动运动。图2-5差动齿轮齿条上叉处于伸缩货叉的最上端，承担存放和拿取货物的工作，由SolidWorks软件对其进行设计，设计后的结构如图2-6所示：图2-6堆垛机货叉上叉中叉处在伸缩货叉的中间，起到支撑和动力输出的作用，结构如图2-7所示：图2-7堆垛机货叉中叉下叉是货叉的最底层，固定在载货台上起结构支撑作用，其机构如图2-8所示：图2-8堆垛机货叉下叉为保证货叉的设计能符合实际在货架上存取货物的需求，设计的货叉的最大行程应大于货物架与堆垛机的位置，货架的位置关系在上文中有所提及，两货架的空隙的尺寸为0.6m，所设计的货叉的长度为0.6m，最大行程为0.6m，故满足货物存取的实际要求。货叉的总体结构如图2-9所示：图2-9堆垛机货叉整体装配因为货叉的工作需要保证稳定性，在载荷的作用下货叉可能会产生弯矩，对存取货物的工作具有巨大影响，故需要对货叉的挠度进行分析。因本文所采用的货叉为三段式结构，在计算时三段都应分别考虑。简图如图2-10所示，其中W为货物重力；I1、I2、I3为三个叉沿竖直方向的惯性矩，E为纵弹性系数，与材料属性相关。图2-10货叉载荷分析简图（1）下叉：如图2-11所示，假设l3P1当a≤M=Pi1δ=i图2-11货叉下叉载荷当x=l0i0将式（2-5）代入式（2-3），x=l0时，倾角与i1δ1中叉：如图2-12所示，货叉被施加载荷W，在b的距离内生成反力P1、P2，此时倾角为i2，挠度为δ图2-12货叉中叉端点的反力M=Pd2i=dδδ=−W当x=b时，δ=0，δ0i0将（2-12）代入式（2-10）中，此时倾斜角为：i2δ2如图2-13所示，将b段作为刚性，并将左端作为固定端，以此条件进行分析，假设施加载荷W后，在中叉产生的反力为P3、P4，在P3、P4的作用下，货叉伸出端产生的挠度为图2-13左端点为刚性M=PP3=eδ=−0当x=lδ=−其次计算i4i=−0当x=li4δ4（3）上叉：如图2-14所示，施加载荷W后在上叉中d的距离内产生的反力为P3、P4，在P3、P4的作用下，此时倾斜角为图2-14上叉的载荷M=eWd2i=dδδ=−eW当x=d时，δ=0，δ0i0将式（2-25）代入式（2-23）中，当x=d时有：i5=−eWd因此在不考虑其他部件的变形的情况下，货叉在伸缩动作时沿重力方向的形变量为：Δ=当仓库中存储货物的深度为600mm时，总变形量的标准范围为6~8mm。1.3.4堆垛机的起升机构升降机构是一种堆垛机通过电机来驱动载货台做升降运动的装置，是堆垛机实现Y定位的重要部分。常见的堆垛机的提升方式有：链条提升、钢丝绳卷筒提升以及钢丝绳曳引轮提升方式三种[5]。链条传动相对其余两种提升方式来说运动过程更加平稳，但成本较其他两种较高。钢丝绳卷筒式机构使用空间较小，但在牵引载货台运动时会产生噪音，且运动不平稳，会产生晃动，维修更换安装都更麻烦。考虑到使用方便，本文选用链传动来提升机构。堆垛机采用的升降机构由以下几个部分组成：运动部分、链条传动部分、下端固定板。其中活动部件是连接安装货叉机构的部件，由滑轨、滑块、载货台、传动轴等组成。在载货台中打有方孔和圆孔，打方孔的目的在于方便链条机构的一端通过；打圆孔的目的是方便安装链条连接件，使链条可以带动活动部件运动。设计的结构图如图2-15所示：图2-15堆垛机起升机构活动部件链条传动机构相对传统的链条机构有所改变：本文将链条机构的其中两段链节更换为滑筒连接件，滑筒连接件安装在载货台的圆孔中，使链条运动时可牵引载货台进行上下的垂直运动。链条的两个链轮分别安装在上下传动轴上。设计的结构图如图2-16所示：.图2-16堆垛机起升机构链轮链条下固定板上设有传动电机和传动轴，传动电机通过锥齿轮与传动轴连接。轴的两端分别连接两个链轮。固定板上钻有方孔，便于锥齿轮的运动和链轮链条的通过。设计的结构图如2-17所示：图2-17堆垛机起升机构下端固定板整个传动机构的设计和装配图如图2-18所示：图2-18堆垛机起升机构1.3.5堆垛机的机架模型 本文所采用的机架全部采用4080钢，在保证强度和刚度的同时，减轻了重量，降低了成本。机架连接部分设有三角支架，保证机架的稳定性。机架各部分以连接件形式连接，保证了一定的可动性，便于安装、拆卸和维护。为保证机架的尺寸满足实际需求，所设计的钢材尺寸分别为390mm、420mm、580mm、2350mm、2600mm，分别安装在堆垛机的各个部分，所设计的机架部分机构如图2-19和图