單立柱巷道堆垛機(jī)說(shuō)明書(shū)剖析

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1、本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 題 目: 單立柱巷道堆垛機(jī)提升 裝置與載貨臺(tái)設(shè)計(jì) 院 （部）： 機(jī)電工程學(xué)院 專 業(yè)： 機(jī)械工程及自動(dòng)化 班 級(jí)： 機(jī)械121班 姓 名： 孫世良 學(xué) 號(hào): 20120711031 指導(dǎo)教師： 周海濤 完成日期： 2016年6月10日 目錄 摘要 1 ABSTRACT 2 1緒論 3 1.1單立柱巷道堆垛機(jī)的結(jié)構(gòu)及研究意義 3 1.2堆垛機(jī)研究情況及評(píng)述 3 1.3課題關(guān)鍵問(wèn)題及解決方法 6 1.4單立柱巷道堆垛機(jī)的設(shè)計(jì)參數(shù) 8 2單立柱巷道堆垛機(jī)提升裝置設(shè)計(jì) 9 2.1單立柱巷道堆垛機(jī)的特

2、點(diǎn) 9 2.2提升裝置部分設(shè)計(jì) 9 2.2.1 柔性件的選取 10 2.2.2 卷筒的選取 10 2.2.3 電動(dòng)機(jī)的選取 10 2.2.4 減速器的選取 11 2.2.5 制動(dòng)器的選取 12 2.3提升裝置部分的計(jì)算 13 2.3.1 鋼絲繩的計(jì)算 13 2.3.2 卷筒的相關(guān)尺寸計(jì)算 13 2.3.3 電動(dòng)機(jī)的計(jì)算 15 2.3.4減速器的計(jì)算 17 3單立柱巷道堆垛機(jī)載貨臺(tái)設(shè)計(jì) 18 3.1載貨臺(tái)貨叉方案設(shè)計(jì) 18 3.2堆垛機(jī)貨叉設(shè)計(jì)計(jì)算 20 321 伸縮貨叉的撓度與強(qiáng)度 20 3.2.2 下叉的受力分析計(jì)算 20 3.2.3 中叉的

3、受力分析計(jì)算 21 3.2.4 上叉的設(shè)計(jì)分析計(jì)算 23 3.3貨叉各參數(shù)的選擇 24 4堆垛機(jī)的控制裝置及保護(hù)措施 25 4.1堆垛機(jī)控制裝置 25 4.2堆垛機(jī)安全保護(hù)裝置 25 5結(jié)論 27 謝辭 28 29 參考文獻(xiàn) 摘要 本文詳細(xì)論述了普遍應(yīng)用在自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)中的單立柱有軌巷道式堆垛機(jī)的設(shè)計(jì) 方案。文中對(duì)堆垛機(jī)的分類，特點(diǎn)及其構(gòu)造進(jìn)行了詳細(xì)的敘述。堆垛機(jī)是自動(dòng)化立體 倉(cāng)庫(kù)中最重要的起重堆垛設(shè)備，是隨著立體倉(cāng)庫(kù)的出現(xiàn)而發(fā)展起來(lái)的專用起重機(jī)。它 能夠在自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的巷道中來(lái)回穿梭運(yùn)行，將放置在巷道口的貨物存入指定的貨 格，或者從貨格中取出貨物運(yùn)送到巷口。

4、設(shè)計(jì)重點(diǎn)主要包括：載貨臺(tái)、升降機(jī)構(gòu)、貨叉伸縮機(jī)構(gòu)以及安全機(jī)構(gòu)。文章在確 定堆垛機(jī)的部分設(shè)計(jì)方案的前提下，再對(duì)各個(gè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行受力分析和設(shè)計(jì)計(jì)算，最后進(jìn) 行必要的相關(guān)校核并最終確定各個(gè)的機(jī)構(gòu)實(shí)際取值。 關(guān)鍵詞： 堆垛機(jī)；升降機(jī)構(gòu)；載貨臺(tái)；貨叉伸縮機(jī)構(gòu)； ABSTRACT This article has discussed the design of the single-pillar type of Narrow-Aisle Stacker Crane which has bee n uni versally used in moder n most en terprises in d

5、etail. This article described the kinds of stakers, features and the structure in detail. Stacker cranes is the most importa nt part of the automati on three-dime nsional storehouse among the take heavy crane pile up equipme nt, it can in the tunnel of automatio n cube in the shuttle operati on of r

6、ound trip, will locate in tunnel the goods of mouth stock goods shelf; or opposite take out the goods tran sit in goods shelf go to tunnel mouth. The design focus mainly include: The stacker's rack, walk organization, fork telescop ing mecha nism and safe orga ni zati on. Un der the premise of over

7、all desig n scheme of stack ing crane, the n for orga ni zatio n an alyze by force con diti on calculate. Fin ally, check nu clear n ecessarily and defi nite every nu merical. Keywords: Stacker； Crane； Movement organization； Fork telescoping mechanism 1緒論 巷道堆垛起重機(jī)是自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的標(biāo)志， 對(duì)立體倉(cāng)庫(kù)的出入庫(kù)效率有重要影響。 本文

8、從堆垛機(jī)的應(yīng)用特點(diǎn)入手，著重就堆垛機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行研究。 1.1單立柱巷道堆垛機(jī)的結(jié)構(gòu)及研究意義 在立體倉(cāng)庫(kù)中，堆垛機(jī)是自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)中最主要的作業(yè)機(jī)械設(shè)備，是輸送系統(tǒng) 的核心設(shè)備，決定著整個(gè)出入庫(kù)是否能流暢運(yùn)行的關(guān)鍵，是代表立體倉(cāng)庫(kù)特征的標(biāo)志。 自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)作為現(xiàn)代物流系統(tǒng)的重要組成部分，是一種多層存放貨物的高架倉(cāng)庫(kù) 系統(tǒng)。它是在不直接進(jìn)行人工干預(yù)的情況下由巷道堆垛機(jī)實(shí)現(xiàn)貨物的存儲(chǔ)和取出，整 個(gè)過(guò)程由計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)管理和自動(dòng)控制系統(tǒng)完成。它的合理的速度控制、精確的定位設(shè) 計(jì)以及優(yōu)良的故障診斷系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)堆垛機(jī)高效率、高準(zhǔn)確度、高度安全性運(yùn)行的重要 因素。堆垛機(jī)主要用途是在高層貨架倉(cāng)庫(kù)的巷道內(nèi)

9、沿軌道運(yùn)行，將位于巷道口的貨物 存入貨格；或者取出貨格內(nèi)的貨物運(yùn)送到巷道口，完成出入庫(kù)作業(yè)。 自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)最早誕生在美國(guó)，20世紀(jì)70年代初期，我國(guó)開(kāi)始研究采用巷道式 堆垛機(jī)的立體倉(cāng)庫(kù)，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，到目前已建成三百余座。堆垛機(jī)做為立體倉(cāng)庫(kù)中 最重要的起重運(yùn)輸設(shè)備，也得到了較快的發(fā)展。進(jìn)入 20世紀(jì)80年代，在世界發(fā)展迅 速，使用范圍涉及幾乎所有行業(yè)，它的出現(xiàn)標(biāo)志著現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)步入了一個(gè)加速發(fā)展 的階段。自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)技術(shù)的研究對(duì)優(yōu)化資源配置、提高企業(yè)生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本有 著非常重要的意義。堆垛機(jī)性能的優(yōu)劣，對(duì)整個(gè)立體倉(cāng)庫(kù)的運(yùn)行起著重要的作用。自 動(dòng)化立體物流倉(cāng)庫(kù)是先進(jìn)的物流倉(cāng)儲(chǔ)設(shè)備，但就

10、我國(guó)現(xiàn)有發(fā)展水平來(lái)看，在自動(dòng)化立 體倉(cāng)庫(kù)中設(shè)計(jì)出造價(jià)低廉、工作可靠的堆垛機(jī)替代原有倉(cāng)庫(kù)的控制和管理，能更加適 應(yīng)某些中小企業(yè)要求投資少見(jiàn)效快的目標(biāo)。 堆垛機(jī)是自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)中最主要的作業(yè)機(jī)械設(shè)備，是輸送系統(tǒng)的核心設(shè)備，決 定著整個(gè)出入庫(kù)是否能流暢運(yùn)行的關(guān)鍵，是代表立體倉(cāng)庫(kù)特征的標(biāo)志。自動(dòng)化立體倉(cāng) 庫(kù)作為現(xiàn)代物流系統(tǒng)的重要組成部分，是一種多層存放貨物的高架倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)。 1.2堆垛機(jī)研究情況及評(píng)述 20世紀(jì)60年代在美國(guó)首先產(chǎn)生了機(jī)械式立體倉(cāng)庫(kù)， 在該倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)中，操作人員可 通過(guò)一些電器按鈕和開(kāi)關(guān)來(lái)控制一些機(jī)械設(shè)備進(jìn)行入 /出庫(kù)作業(yè)，實(shí)現(xiàn)了搬運(yùn)的機(jī)械 化；至U 20世紀(jì)70年代末，隨著可編

11、程控制器 PLC自動(dòng)存取 AS/RS(Automatic Storage and Retrieval System)、自動(dòng)導(dǎo)引小車 AGVS(Automatic Guided Vehicles)、條形碼閱讀器(Bar-Code Scanner)等設(shè)備在立體倉(cāng)庫(kù)中的應(yīng)用，出現(xiàn)了 自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)(Automated High-rise Warehouse System )，實(shí)現(xiàn)了控制自動(dòng) 化；到本世紀(jì)80年代末，計(jì)算機(jī)技術(shù)的異軍突起及其在自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)中的成功應(yīng)用， 導(dǎo)致了第三代集成化立體倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)的誕生，實(shí)現(xiàn)管理微機(jī)化；進(jìn)入 90年代，出現(xiàn)了智 能型立體倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)(Intelligent

12、High-rise Warehouse System ),該倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)不僅 實(shí)現(xiàn)了對(duì)入/出庫(kù)作業(yè)和倉(cāng)庫(kù)信息的全自動(dòng)處理，而且還可根據(jù)生產(chǎn)計(jì)劃、報(bào)表分析制 定出所需材料與勞動(dòng)力，并依據(jù)物資的現(xiàn)有庫(kù)存量提出外購(gòu)建議；目前隨著電子數(shù)據(jù) 交換EDI技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用，自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)逐步向31 (I ntellige nt. In tegrated, In formati on )倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)過(guò)渡。 圖1-1立體倉(cāng)庫(kù)模型圖 在我國(guó)，立體倉(cāng)庫(kù)的發(fā)展是從70年代初期開(kāi)始的。1980年由北京機(jī)械工業(yè)自動(dòng)化 研究所等單位研制建成我國(guó)第一座自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)，并在北京汽車制造廠投產(chǎn)。從此 以后，立體倉(cāng)庫(kù)在

13、我國(guó)得到了迅速的發(fā)展。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前我國(guó)已建成的立體倉(cāng) 庫(kù)近300個(gè)，其中全自動(dòng)化的立體倉(cāng)庫(kù)有 30多個(gè)。如在我國(guó)最早研制、開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)自 動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的專業(yè)生產(chǎn)廠家之一的太原雙塔剛玉股份有限公司，就相繼推出了填補(bǔ) 行業(yè)空白的高水平240米/分高速堆垛機(jī)、防爆立體倉(cāng)庫(kù)、低溫冷凍庫(kù)、輪胎庫(kù)等一系 列高、精、尖產(chǎn)品。該公司于 2005年成功開(kāi)發(fā)“ GDX型有軌巷道堆垛機(jī)起重機(jī)”，運(yùn) 行速度達(dá)240米/分，成為目前國(guó)內(nèi)速度最快的堆垛機(jī)。該公司研制的輕鋼結(jié)構(gòu)“庫(kù)架 合一”式自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)及高性能堆垛機(jī)，因采用了激光測(cè)距定位系統(tǒng)及現(xiàn)場(chǎng)總線控 制技術(shù)，具有速度高、運(yùn)行平穩(wěn)、定位準(zhǔn)確等特點(diǎn)。 2000年北

14、京起重運(yùn)輸機(jī)械研究所 完成了我國(guó)迄今國(guó)產(chǎn)規(guī)模最大、技術(shù)水平最高的大型全自動(dòng)化立體庫(kù)侖庫(kù)一聯(lián)想電腦 公司集成化物流系統(tǒng)的研究，其中也采用了激光測(cè)距定位技術(shù)。 近年來(lái)，由有軌巷道式堆垛機(jī)組成的自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的應(yīng)用越來(lái)越普及，對(duì)堆 垛機(jī)的安全性和運(yùn)行效率也提出了越來(lái)越高的要求。堆垛機(jī)定位系統(tǒng)中的認(rèn)址技術(shù)作 為控制技術(shù)中的關(guān)鍵技術(shù)，也自然成為業(yè)內(nèi)人士關(guān)注的焦點(diǎn)。堆垛機(jī)認(rèn)址可分為絕對(duì) 認(rèn)址和相對(duì)認(rèn)址兩種形式，絕對(duì)認(rèn)址因其認(rèn)址準(zhǔn)確可靠的優(yōu)點(diǎn)而成為目前堆垛機(jī)普遍 采用的認(rèn)址方法。絕對(duì)認(rèn)址的實(shí)現(xiàn)方式主要有三種： 編碼器認(rèn)址、激光測(cè)距認(rèn)址和BPS (條形碼定位)認(rèn)址。相對(duì)應(yīng)的定位系統(tǒng)即：編碼器定位系統(tǒng)、激光

15、測(cè)距定位系統(tǒng)和 條形碼定位系統(tǒng)。 圖1-2單立柱巷道堆垛機(jī)三維模型圖 目前編碼器認(rèn)址的最大問(wèn)題是走行輪在地軌上打滑而導(dǎo)致編碼器出現(xiàn)計(jì)數(shù)錯(cuò)誤， 嚴(yán)重影響測(cè)量精度，從而降低堆垛機(jī)的可靠性。如果采用認(rèn)址片加以校驗(yàn)，會(huì)改善這 方面的情況，但堆垛機(jī)的運(yùn)行速度不能太高，一般在 120m/min以下，從而制約了堆垛 機(jī)的運(yùn)行效率。激光測(cè)距定位控制系統(tǒng)提高了堆垛機(jī)定位的可靠性，同時(shí)提高了堆垛 機(jī)的運(yùn)行效率，是目前應(yīng)用最廣泛的技術(shù)，但其對(duì)安裝和使用的要求較高，并且由于 光線直線傳播的固有特性，它只能在直線軌道中應(yīng)用。直到德國(guó)樂(lè)易電子于 2005年推 出了一項(xiàng)具有創(chuàng)新性的新技術(shù)一 BP

16、S( Barcode Positioning System)條形碼定位系 統(tǒng)。這種新型條形碼定位系統(tǒng)（BPS通過(guò)讀取行進(jìn)路線上的條形碼確定準(zhǔn)確方位?？?有效實(shí)現(xiàn)直線定位和曲線定位，并且測(cè)距范圍可達(dá)到 10000米，為用戶實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化 管理提供了必要前提。BPS定位系統(tǒng)在自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)中的應(yīng)用表明，該系統(tǒng)使用簡(jiǎn)單, 反應(yīng)速度快，重復(fù)定位精度高，抗震性強(qiáng)，是一種較好的曲線定位解決方案。 根據(jù)市場(chǎng)預(yù)測(cè)，傳統(tǒng)技術(shù)制造的 20世紀(jì)70年代水平的堆垛機(jī)逐步將被淘汰，而 高速度、高科技含量的新型堆垛機(jī)將迅速占據(jù)市場(chǎng)，所以我國(guó)堆垛機(jī)綜合性能急待改 善。根據(jù)物流設(shè)備發(fā)展趨勢(shì)，針對(duì)近幾年用戶的反映，結(jié)合國(guó)內(nèi)

17、外技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展情 況等有關(guān)情報(bào)資料分析，找出我們存在的主要差距主要體現(xiàn)在運(yùn)行速度、提升速度、 貨叉速度、平穩(wěn)性及認(rèn)址精度。 如圖1-3所示，堆垛機(jī)基本結(jié)構(gòu)主要由機(jī)架、行走機(jī)構(gòu)、升降機(jī)構(gòu)、載貨臺(tái)、貨 叉（機(jī)械手）等裝置組成。此次畢業(yè)設(shè)計(jì)選擇的課題為單立柱巷道堆垛機(jī)提升裝置與 載貨臺(tái)設(shè)計(jì)，主要研究堆垛機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理，參考相關(guān)資料，研究單立柱巷道堆 垛機(jī)提提升裝置與載貨臺(tái)的設(shè)計(jì)方法，確定總體設(shè)計(jì)方案，以及完成對(duì)提升裝置的電 機(jī)、減速器的選型計(jì)算。并最終對(duì)各零部件的結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行計(jì)算、校核和確定。 天軌 圖1-3單立柱巷道堆垛機(jī)結(jié)構(gòu)圖 在現(xiàn)有資料的基礎(chǔ)上進(jìn)行結(jié)構(gòu)尺寸分析、設(shè)計(jì)、布置

18、，如有比要進(jìn)行調(diào)研，參考 相近似的同類機(jī)型。 1.3課題關(guān)鍵問(wèn)題及解決方法 ，必須滿足以下設(shè)計(jì)要 為使堆垛機(jī)能夠準(zhǔn)確、快速、安全、自動(dòng)搬運(yùn)貨物出入庫(kù) 求： (1) 具備三維運(yùn)動(dòng)功能，即堆垛機(jī)沿巷道來(lái)回水平運(yùn)動(dòng)、載貨臺(tái)垂直運(yùn)動(dòng)、貨叉沿 貨架方向伸縮運(yùn)動(dòng)； (2) 滿足一定的定位精度，重復(fù)定位精度誤差不能超過(guò) 10mm (3) 具備安全保護(hù)措施； (4) 在滿足強(qiáng)度、剛度和可靠性的前提下，盡量減小堆垛機(jī)各部的 重量，以減小 提升功率和行走時(shí)的摩擦阻力； (5) 保護(hù)倉(cāng)庫(kù)環(huán)境，避免貨物污染受損。 研究單立柱巷道堆垛機(jī)提提升裝置與載貨臺(tái)的設(shè)計(jì)方法，參考相關(guān)資料，確定總 體設(shè)計(jì)方案

19、。完成提升裝置的電機(jī)、減速器的選型計(jì)算，對(duì)立柱等主要零部件的設(shè)計(jì)、 計(jì)算、校核，確定結(jié)構(gòu)尺寸。繪制總裝配圖、提升裝置部件圖 /載貨臺(tái)部件圖、零件圖 等。 堆垛機(jī)是整個(gè)自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的核心設(shè)備，通過(guò)手動(dòng)操作、半自動(dòng)操作或全自動(dòng) 操作實(shí)現(xiàn)把貨物從一處搬運(yùn)到另一處。它由機(jī)架、水平行走機(jī)構(gòu)、提升機(jī)構(gòu)、載貨臺(tái)、 貨叉及電氣控制系統(tǒng)構(gòu)成。具體確定堆垛機(jī)的形式、確定堆垛機(jī)的速度、及其他參數(shù) 配置。搜集大量有關(guān)堆垛機(jī)的資料，確定主要參數(shù)，在滿足強(qiáng)度要求的情況下進(jìn)行相 關(guān)尺寸的計(jì)算，確定堆垛機(jī)的所有尺寸。 以品種多、數(shù)量少、頻率高供給方式下的物流環(huán)境為背景，對(duì)于自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù) 的效能提出了越來(lái)越高的要求。早

20、期的堆垛機(jī)，在橋式起重機(jī)的起重小車上懸掛一個(gè) 門柱，利用貨叉在立柱上的上下運(yùn)動(dòng)及立柱的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)來(lái)搬運(yùn)貨物，通常稱之為橋式 堆垛機(jī)。但通常由于立柱高度的限制，橋式堆垛機(jī)的作業(yè)高度不能太高，而巷道堆垛 機(jī)沿貨架倉(cāng)庫(kù)巷道內(nèi)的軌道運(yùn)行，使得作業(yè)高度提高。采用貨叉伸縮結(jié)構(gòu)，可以使巷 道寬度變窄，提高自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的利用率，它適用于各種高度的高層貨架倉(cāng)庫(kù)，可 以實(shí)現(xiàn)半自動(dòng)、全自動(dòng)和遠(yuǎn)距離高集中控制。 日本大福公司于1999年在巷道堆垛機(jī)主體的高速化上下功夫， 開(kāi)發(fā)了 AS21模式。 AS21模式是以高效率動(dòng)作為基礎(chǔ)，在高效能化(縮短循環(huán)時(shí)間)方面引用的一個(gè)概念， 使巷道堆垛機(jī)的高效能化技術(shù)得到了大幅度的

21、提升。 該設(shè)計(jì)可以基本實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化立體物流倉(cāng)庫(kù)正常運(yùn)作的需要，同時(shí)也有一定的安全 保護(hù)措施，作為大四應(yīng)屆生，在周老師的指導(dǎo)下，我們小組通力合作，共同完成了單 立柱巷道堆垛機(jī)方案設(shè)計(jì)，尺寸確定以及各零部件校核工作。在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中我們 謹(jǐn)慎嚴(yán)謹(jǐn)，盡可能的考慮到各個(gè)影響因素，過(guò)程中有可能存在不足，考慮不周，但我 們也學(xué)到了很多，一定會(huì)再接再厲。 1.4單立柱巷道堆垛機(jī)的設(shè)計(jì)參數(shù) 初始參數(shù)： 額定起重量：700kg 最大行走速度：80m/mi n 起升速度：22/5.5 m/min 貨叉伸縮速度：20.5/5.6 m/min 總高度：8.7m 貨架間距1.5m 行走速度：5~24

22、0/min 。 2單立柱巷道堆垛機(jī)提升裝置設(shè)計(jì) 2.1單立柱巷道堆垛機(jī)的特點(diǎn) 由于使用場(chǎng)合的限制，本單立柱巷道式堆垛機(jī)在結(jié)構(gòu)和性能方面具有以下幾個(gè)特 占： 八、、? (1) 由于機(jī)架采用單立柱結(jié)構(gòu)，整機(jī)重量小，結(jié)構(gòu)緊湊，作業(yè)時(shí)，駕駛員的視野 較好，但由于載貨臺(tái)和貨物對(duì)單立柱的幾何力矩作用可能會(huì)造成立柱的扭曲和變形， 使整機(jī)剛性較差。 (2) 本堆垛機(jī)沿著巷道天地軌運(yùn)行，其作業(yè)具有三個(gè)方向動(dòng)作。水平行走為 x-x方 向，能把貨物送到任意一列；垂直升降為 y-y方向，能把貨物提升到任意一層；貨叉 伸縮為z-z方向，能存取貨物； (3) 金屬結(jié)構(gòu)件除應(yīng)滿足強(qiáng)度和剛度要求外，還要有較高

23、的制造和安裝精度。 (4) 采用專門的叉取貨物的裝置，常用多節(jié)伸縮貨叉或貨板機(jī)構(gòu)。 (5) 各電氣傳動(dòng)機(jī)構(gòu)應(yīng)同時(shí)滿足快速、平穩(wěn)和準(zhǔn)確的要求。 (6) 為保證人生和設(shè)備的安全，堆垛機(jī)必須配備有硬件及軟件的安全保護(hù)裝置， 控制系統(tǒng)應(yīng)具有一系列連鎖保護(hù)措施。此外，在電氣柜上設(shè)置報(bào)警系統(tǒng)，當(dāng)堆垛機(jī)出 現(xiàn)故障或探測(cè)器發(fā)現(xiàn)異常情況發(fā)出報(bào)警。 2.2提升裝置部分設(shè)計(jì) 為了使堆垛機(jī)上貨物的存取機(jī)構(gòu)做升降運(yùn)動(dòng)，需要設(shè)計(jì)一個(gè)升降機(jī)構(gòu)，用以 滿足該功能的要求。起升機(jī)構(gòu)主要包括：電動(dòng)機(jī)、減速器、制動(dòng)器、卷筒、柔性件、 導(dǎo)軌組成。起升機(jī)構(gòu)的運(yùn)轉(zhuǎn)是通過(guò)減速裝置使卷筒轉(zhuǎn)動(dòng)，使柔性件卷入卷筒，柔性件 機(jī)通過(guò)架立柱頂

24、部的定滑輪與載貨臺(tái)相連，因此柔性件牽引載貨臺(tái)上升，當(dāng)達(dá)到指定 貨格位置時(shí)，制動(dòng)器動(dòng)作，使載貨臺(tái)平穩(wěn)準(zhǔn)確的停住。 起升機(jī)構(gòu)，也就是傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，常見(jiàn)的傳動(dòng)形式有螺旋傳動(dòng)、帶傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)、齒 輪傳動(dòng)、蝸輪蝸桿傳動(dòng)等，根據(jù)單立柱式堆垛機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在只有一根立柱的情況下， 使用齒輪傳動(dòng)會(huì)增加機(jī)架重量，提高加工難度，難以保持起升機(jī)構(gòu)的穩(wěn)定性，所以不 適于齒輪傳動(dòng)；而蝸輪蝸桿傳動(dòng)比太大，只適合用于減速器，不適合在這里使用，所 以其起升機(jī)構(gòu)多采用鋼絲繩傳動(dòng)或者鏈傳動(dòng)。一般牽引設(shè)備做機(jī)械往復(fù)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中， 經(jīng)常使用鏈條用來(lái)傳遞動(dòng)力。鏈條傳動(dòng)可承受足夠大的沖擊力而不至于斷裂，但鋼絲 繩重量會(huì)比鏈條輕一半。而鏈條在

25、運(yùn)行沖擊下會(huì)伸長(zhǎng)變形甚至脫齒，影響升降運(yùn)行的 準(zhǔn)確性，使用頻繁時(shí)更易斷裂，降低了設(shè)備的安全性和可靠性；此外鋼絲繩受損時(shí)鋼 絲繩逐根斷裂而不會(huì)突然失控，留出安全控制余地。而鏈條在運(yùn)行過(guò)程中常因拉力超 差、節(jié)距改變等原因?qū)е骆湕l失效，無(wú)法挽回，并且鏈條在提升過(guò)程中會(huì)發(fā)出較大的 聲響，尤其是長(zhǎng)度較長(zhǎng)，高度較高時(shí)噪聲巨大，本巷道堆垛機(jī)高度在 8M以上，所以綜 合考慮下來(lái)更適合鋼絲繩傳動(dòng)。出于與行走機(jī)構(gòu)相同的精度要求，這里也會(huì)采用伺服 電機(jī)，其由電機(jī)驅(qū)動(dòng)卷筒轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)鋼絲繩牽引載貨臺(tái)沿立柱或起升鋼軌作升降運(yùn)動(dòng)。 2.2.1柔性件的選取 在堆垛機(jī)的起升機(jī)構(gòu)里需要靠柔性件來(lái)來(lái)起吊貨物。目前，起重機(jī)常用

26、的柔性件主 要有鋼絲繩和鏈條。鋼絲繩與鏈條相比，其優(yōu)點(diǎn)在于：強(qiáng)度高、承載能力大，彈性好， 能承受較大的沖擊；自重較輕；工作可靠，在破斷以前，外面的鋼絲先斷裂和松散。 因此容易發(fā)現(xiàn)和更換，安全可靠，及少驟然折斷；成本較低；高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)工作平穩(wěn)、 無(wú)噪音等。綜上所述，通過(guò)分析比較，設(shè)計(jì)中確定選用鋼絲繩作為起升機(jī)構(gòu)的柔性件。 222卷筒的選取 為了卷繞和容納鋼絲繩，通過(guò)對(duì)鋼絲繩的收放，需要設(shè)置卷筒裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)該功能。 在起重機(jī)械中，主要采用圓柱形的鋼絲繩卷筒。按鋼絲繩在卷筒卷繞層數(shù)的不同可有 以下兩種備選方案。 方案一：?jiǎn)螌泳砝@卷筒 方案二：多層卷繞卷筒 方案對(duì)比：?jiǎn)螌泳砝@卷筒表面通常切有螺旋形

27、繩槽，鋼絲繩依次排列其內(nèi)，繩槽 節(jié)距比鋼絲繩直徑稍大，繩槽半徑比鋼絲繩半徑梢大，這樣增了鋼絲繩與卷筒的接觸 面積，防止卷繞過(guò)程中相鄰鋼絲繩間的相互摩擦。從而可以延長(zhǎng)鋼絲繩的使用壽命。 但當(dāng)起升重物量增加，需要較長(zhǎng)的鋼絲繩時(shí)，卷筒的長(zhǎng)度和直徑都將有所增加。多層 卷繞卷筒雖可以減少卷筒的長(zhǎng)度，但由于鋼絲繩所受的擠壓力大，相互摩擦力大，使 鋼絲繩的壽命降低。此外，如果卷筒卷速不變，由于鋼絲繩每層卷繞半徑不等，鋼絲 繩的卷繞速度或作用卷筒上的外力矩就隨卷繞層數(shù)變化，運(yùn)轉(zhuǎn)起來(lái)不平穩(wěn)。 綜上所述，結(jié)合堆垛機(jī)具體使用場(chǎng)合和性能要求，本設(shè)計(jì)中選擇單層卷繞圓柱形 卷繞卷筒。 2.2.3電動(dòng)機(jī)的選取 一般工

28、廠里都有交流電網(wǎng)提供三相交流電，其成本低，啟動(dòng)、制動(dòng)、調(diào)速方便， 機(jī)械活動(dòng)范圍廣，故選取電動(dòng)機(jī)作為起升機(jī)構(gòu)的原動(dòng)機(jī)。按電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子繞組結(jié)構(gòu)不同 可有以下兩種備選方案。[2] 方案一：繞線式異步電機(jī) 方案二：鼠籠式異步電機(jī) 方案對(duì)比：繞線式異步電機(jī)的轉(zhuǎn)子電阻可以調(diào)節(jié)，因此起動(dòng)電流不是很大，通常 不會(huì)超過(guò)額定電流的2—2.5倍，而且也便于調(diào)速。鼠籠式異步電機(jī)的構(gòu)造簡(jiǎn)單，操縱 方便，價(jià)格也較便宜，但起動(dòng)電流較大，達(dá)到額定電流的 4—6倍，調(diào)速性能差，不能 承受較頻繁的起動(dòng)，通常只用在起動(dòng)不頻繁、功率較小的工作機(jī)構(gòu)中。根據(jù)具體工作 環(huán)境，堆垛機(jī)的啟動(dòng)負(fù)載大，啟動(dòng)、制動(dòng)、換向頻繁，要求有較高的工作

29、穩(wěn)定性。 綜合以上兩種方案的對(duì)比，本設(shè)計(jì)中選用允許有較大振動(dòng)和沖擊，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小， 過(guò)載能力大的YZR系列繞線型起重用三相異步電動(dòng)機(jī)。 2.2.4 減速器的選取 在電動(dòng)機(jī)和卷筒之間需要設(shè)計(jì)一個(gè)傳動(dòng)裝置用以傳遞運(yùn)動(dòng)和作用，并藉以改變運(yùn) 動(dòng)的形式、速度大小和轉(zhuǎn)矩的大小。本設(shè)計(jì)中采用減速器作為起升機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)裝置。 （1）傳動(dòng)方式的選擇 起重機(jī)械中常有以下四種備選方案。 方案一：二級(jí)圓柱齒輪減速器 方案二：蝸輪減速器 方案三：行星齒輪減速器 方案對(duì)比：二級(jí)圓柱齒輪減速器效率高，功率范圍大，現(xiàn)已標(biāo)準(zhǔn)化，因而使用范 圍普遍；蝸輪減速器雖然結(jié)構(gòu)尺寸小，傳動(dòng)比較大，重量輕，但效率低，壽命較短，

30、 在長(zhǎng)期連續(xù)使用時(shí)就顯得不經(jīng)濟(jì)，一般只用于小型起重機(jī)； 行星齒輪減速器的結(jié)構(gòu)緊湊，傳動(dòng)比也較大，但價(jià)格比較昂貴。 綜上所述，從產(chǎn)品的成本、性能和具體使用場(chǎng)合考慮，本設(shè)計(jì)中選取二級(jí)圓柱齒 輪減速器。 ⑵輸出（入）軸的配置 根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)輸出（入）軸有以下四種備選方案。 方案一：展開(kāi)式。 特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但齒輪相對(duì)與軸承的位置不對(duì)稱，因此要求軸有較大的剛度， 高速級(jí)齒輪布置在遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)矩輸入端，這樣，軸在轉(zhuǎn)矩作用下產(chǎn)生的扭矩變形和軸在彎 矩作用下產(chǎn)生的彎曲變形可部分的相互抵消，以減緩沿齒寬分布不均勻的現(xiàn)象。用于 載荷比較平穩(wěn)的場(chǎng)合，高速級(jí)一般做成斜齒，低速級(jí)一般做成直齒。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，應(yīng)用 廣

31、泛。 ^方案——：刀流式 特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，但由于齒輪相對(duì)于軸承對(duì)稱布置，與展開(kāi)式相比載荷沿齒寬分 布均勻，軸承受載較均勻。適用于變載荷的場(chǎng)合。高速級(jí)一般用斜齒，低速級(jí)可用直 齒或人字齒。 方案三：同軸式 特點(diǎn)：減速器橫向尺寸較小，兩對(duì)齒輪浸入油中深度大致相同，但軸向尺寸和重 量都較大，且中間軸較長(zhǎng)，剛度差，沿齒寬載荷分布不均勻，高速軸的承載能力難于 充分利用。 方案四：同軸分流式 特點(diǎn)：每對(duì)嚙合齒輪僅傳遞全部載荷的一半，輸入軸和輸出軸只承受轉(zhuǎn)矩，中間 軸只承受全部載荷的一半，故與傳遞同樣功率的其他減速器相比，軸頸尺寸可以縮小＜ 綜上所述，對(duì)比四種方案的特點(diǎn)，從堆垛機(jī)本身的工作場(chǎng)合

32、考慮，本設(shè)計(jì)最終確 定選用展開(kāi)式二級(jí)圓柱齒輪減速器。 (3) 輸入、輸出端的形式 輸入端采用帶專用聯(lián)軸器的輸入軸，輸出軸為空心軸，用聯(lián)軸器與卷筒相連。 (4) 潤(rùn)滑方式的選擇 因?yàn)榻蜐?rùn)滑具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，潤(rùn)滑可靠，成本較低的優(yōu)點(diǎn)，因此本設(shè)計(jì)中采用浸 油潤(rùn)滑的潤(rùn)滑方式。 225制動(dòng)器的選取 堆垛機(jī)在工作過(guò)程中，為了使存取的重物的升降運(yùn)動(dòng)能夠停止或者支持重物并使 其保持在空中，需要在起升機(jī)構(gòu)中設(shè)置一個(gè)制動(dòng)器來(lái)保證堆垛機(jī)工作的安全性和可靠 性以及實(shí)際工作特點(diǎn)的要求。一般規(guī)定，提升裝置的制動(dòng)器的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩應(yīng)為相當(dāng)于額 定載重量的貨物被吊起時(shí)的最大轉(zhuǎn)矩值的 1.5倍以上。同 通常情況，制動(dòng)器按

33、其構(gòu)造形式可有以下三種備選方案。 方案一：帶式制動(dòng)器 方案二：塊式制動(dòng)器 方案三：盤式制動(dòng)器 方案對(duì)比：帶式制動(dòng)器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，制動(dòng)力矩較大，但是制動(dòng)時(shí)軸上產(chǎn)生較 大的彎曲載荷，制動(dòng)帶磨損不均勻；塊式制動(dòng)器工作可靠，兩個(gè)對(duì)稱的瓦塊磨損均勻， 制動(dòng)力矩大小與旋轉(zhuǎn)方向無(wú)關(guān)，制動(dòng)輪軸不受彎曲作用。但缺點(diǎn)是制動(dòng)力矩較小，與 帶式制動(dòng)器相比其結(jié)構(gòu)尺寸較大；盤式制動(dòng)器制動(dòng)平穩(wěn)，制動(dòng)輪軸不受彎曲作用，可 用較小的軸向壓力產(chǎn)生較大的制動(dòng)力矩，使堆垛機(jī)的機(jī)構(gòu)布置很緊湊，目前應(yīng)用也比 較廣泛。 綜上所述，也同時(shí)為了滿足升降機(jī)構(gòu)必須要有足夠的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩的要求，本設(shè)計(jì)中 選用常閉盤式制動(dòng)器。 2.3提升裝

34、置部分的計(jì)算 2.3.1鋼絲繩的計(jì)算 起升機(jī)構(gòu)中鋼絲繩的直徑按最大靜載荷來(lái)確定。 鋼絲繩中最大靜拉力可根據(jù)式（2.1 ）來(lái)確定： Fq ,、 S max （ N） 式（2.1 ） a% 式中，F(xiàn)q —最大起升載荷（其中包括貨叉和附件重量）； a —滑輪組倍率，根據(jù)公式算得 a為2； B—滑輪組總效率； 代入相關(guān)數(shù)據(jù)到式（2.1 ）中估算得鋼絲繩中最大靜拉力 Smax=7653N 可根據(jù)式（2.2 ）確定鋼絲繩的直徑： dmin =C』Smax （ mr）l 式（2.2） 式中， dmin —鋼絲繩最小直徑； C —與工作級(jí)別有關(guān)的選擇系數(shù)，本設(shè)計(jì)中選取 0.093

35、 代入相關(guān)數(shù)據(jù)到式（2.2 ）中算得dmin =8.14mm 貝U根據(jù)鋼絲繩的最小直徑在其產(chǎn)品性能中選取型號(hào)為： 6W—（ 19）— 9.2 —155—光一右交 GB1102-74 的鋼絲繩。 其公稱直徑為9.2mm公稱抗拉強(qiáng)度為1550MPa 2.3.2卷筒的相關(guān)尺寸計(jì)算 卷筒的類型按JB/T9006.2-1999選擇A型卷筒，根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》［7］表8.1-47進(jìn)行 卷筒的幾何尺寸計(jì)算： 最大起升高度Hmax =8.3m 卷筒的直徑可根據(jù)式（2.3）進(jìn)行計(jì)算: Di min _ hd 式（2.3） 式中，D1 min —卷筒的最小卷繞直徑； h —與工作級(jí)別有關(guān)的選擇系

36、數(shù)，本設(shè)計(jì)中選取 14； d —鋼絲繩的直徑； 代入相關(guān)數(shù)據(jù)到式（2.2 ）中算得： D1 min ￡28.8mm 設(shè)計(jì)中取D 1 min =130mm 卷筒的壁厚可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式（2.4 ）進(jìn)行計(jì)算： :.二 0.02D 8 式（2.4） =0.02 130+8 :11mm 卷筒的轉(zhuǎn)速可根據(jù)式（2.5）進(jìn)行計(jì)算： 60 1000v n = nD 式中v —起升速度；D —卷筒卷繞直徑，D= D1 min +d； 帶入相關(guān)數(shù)據(jù)到式（2.5 ）中算得：卷筒的轉(zhuǎn)速n=45r/min. 式（2.5） 繩槽槽距 P = 1.2d = 19.2mm卷筒槽底直徑 D = 180

37、.8mm 卷筒計(jì)算直徑（由鋼絲繩中心算起的卷筒直徑） D°=200mm 固定鋼絲繩的安全圈數(shù) Z 1 =1.5 卷筒上有螺旋部分長(zhǎng)L0: L0 二 H max 無(wú)繩槽卷筒端部尺寸 57mm, 固定鋼絲繩所需L2 ”3P=57.6mm 中間光滑部分長(zhǎng)度 m = 43mm 5400 1.5 19.2 = 63.9mm -200 卷筒長(zhǎng)度 L^ 2 L0 L1 L2 m = 400 mm 由0.1 2 二 R n 2 60 1000 得， n2 0.15 60 1000 2 二 100 =14 .33 r / min 鏈輪的傳動(dòng)比i二 n1 21 二 1

38、 .46 n? 14 .33 初取傳動(dòng)比i = 1.5 1. 選擇鏈輪齒數(shù)Z1、Z2 根據(jù)傳動(dòng)比i=1.5，查《機(jī)械設(shè)計(jì)》⑺表6-6取小鏈輪齒數(shù)Z,=17則大鏈輪齒數(shù)Z2=27 2. 確定鏈條鏈節(jié)數(shù)Lp . 、2 匚 勺 =42.25 2 - 初定中心距取a=10p,則節(jié)距 2a 0 Z 1 Z 2 P Lp - - - p 2 ao 取 Lp = 44 3. 計(jì)算單排鏈所能傳遞的功率Po及鏈節(jié)距P 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》⑺表6-3查得工作情況系數(shù)K a = 1 Pea = KaP =3.7 kw 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》⑺表6-5查得小鏈輪齒數(shù)系數(shù)Kz=0.887,鏈長(zhǎng)

39、系數(shù)KL二0.7 選擇雙排鏈，由《機(jī)械設(shè)計(jì)》［7］表6-4查得多排鏈系數(shù)Kp=1.7 計(jì)算額定功率 1.75 Pc K z K1 K p 1.75 3.7 0.887 1.7 0.7 = 6.13 kw 根據(jù)額定功率P0和轉(zhuǎn)速m查《機(jī)械設(shè)計(jì)》⑺圖6.13選擇滾子鏈型號(hào)為24A，鏈節(jié) 距 P=38.1mm 鏈號(hào)標(biāo)記為 24A—2844GB1243-1997 4. 確定鏈實(shí)際長(zhǎng)度L及中心距a L=LpXP/1000=44 88.1/1000=1.68 m 5. 7 lp lp -8* =381mm 計(jì)算鏈速 =片 Z1 60 100

40、0 21 19 38._0.25m/s 60 1000 2.3.3電動(dòng)機(jī)的計(jì)算 要將載貨臺(tái)、貨物、附件及搭乘人員以 20m/min的速度提升時(shí)，所選取的電動(dòng)機(jī) 的功率可根據(jù)式（2.6 ）進(jìn)行計(jì)算： 式（2.6） FqV 60 1000 式中 Fq —最大起升載荷（其中包括貨叉和附件重量）； V —起升速度，設(shè)計(jì)中選取20m/mi n； —機(jī)構(gòu)總效率，設(shè)計(jì)中取0.9 ； 代入相關(guān)數(shù)據(jù)到式（2.6 ）中算得：P=5.6KW 愆=FV =」mgv = 0.2 2000 9.8 0.15 = 0.588kw 由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)知電動(dòng)機(jī)輸出功率： P0 =

41、 Pw / w 式中 Pw 工作機(jī)所需功率 jw 減速機(jī)與工作機(jī)之間的總效率 鏈傳動(dòng)總效率： —J化他 式中 ! ——鏈傳動(dòng)效率，查得=0.96 2 ——滾動(dòng)軸承效率，查得=0.99,兩對(duì)， 代入數(shù)據(jù)得： w =0.96 0.992 = 0.94 則電動(dòng)機(jī)的輸出功率為： P3=Pw/ w=0.594kw 再根據(jù)機(jī)構(gòu)的工作級(jí)別、作業(yè)特點(diǎn)以及電動(dòng)機(jī)的工作特性，所選擇的電動(dòng)機(jī)的額 定功率應(yīng)滿足式（2.7）： UP （KW 式（2.7） 式中 PJ —電動(dòng)機(jī)的額定功率； Kj —穩(wěn)態(tài)負(fù)載平均系數(shù)，查表選取該值為 0.80 ； 代入相關(guān)數(shù)據(jù)算得：電動(dòng)機(jī)的額定功率 PJ =4.48K

42、W P =Mgv = 2000 9.8 0.15w =2.94kw 由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)知電動(dòng)機(jī)輸出功率： Fq = Pw / w 式中 Pw——工作機(jī)所需功率 Jw 減速機(jī)與工作機(jī)之間的總效率 鏈傳動(dòng)總效率： 式（2.8） 式中 i ——鏈傳動(dòng)效率，查得=0.96 2 ——滾動(dòng)軸承效率，查得=0.99,兩對(duì), 代入數(shù)據(jù)得： w =0.96 0.992 = 0.94 則電動(dòng)機(jī)的輸出功率為：P0 = Pw / w=3.12kw 由此，選擇型號(hào)為YZR280—10,額定功率為27KV，轉(zhuǎn)速為582r/min ，效率為92% 且27x92%=24.84>4.48KW可選。安裝代號(hào)選

43、取1M1003國(guó)際基準(zhǔn)機(jī)座號(hào)為280S。 2.3.4減速器的計(jì)算 升降機(jī)構(gòu)中的減速器可根據(jù)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比從標(biāo)準(zhǔn)中選用 升降機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比由下式確定： nm i n 式中nm —電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速；n —卷筒的轉(zhuǎn)速 代入相關(guān)數(shù)據(jù)到式（2.9 ）中算得：心竺=12.93 45 可選取減速器的標(biāo)準(zhǔn)型號(hào)為 ZLY180 （低速級(jí)中心距為180） 3單立柱巷道堆垛機(jī)載貨臺(tái)設(shè)計(jì) 3.1載貨臺(tái)貨叉方案設(shè)計(jì) 伸縮貨叉是堆垛機(jī)存取貨物的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，本設(shè)計(jì)中采用了 3層伸縮式直線差動(dòng)機(jī) 構(gòu)。主要由固定叉、中間叉、上叉、鏈條、鏈輪等組成。 固定叉5側(cè)面裝軸承固定在載貨臺(tái)的臺(tái)架上，其上安裝有固定鏈

44、輪和原驅(qū)動(dòng)4,在 電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下，帶動(dòng)電機(jī)上的驅(qū)動(dòng)鏈輪 4使得中間叉在鏈條傳動(dòng)下向前伸出，在中間 貨叉2兩端設(shè)置有2個(gè)可轉(zhuǎn)動(dòng)的鏈輪。與左端鏈輪嚙合的鏈條分別固定在上下貨叉的 右端，與右端鏈輪嚙合的鏈條分別固定在上下貨叉的左端。當(dāng)中間貨叉 2水平運(yùn)動(dòng)時(shí)， 通過(guò)鏈輪鏈條傳動(dòng)，上叉1就以中間貨叉2倍的速度與行程沿滾輪中心運(yùn)動(dòng)方向平移。 這樣，當(dāng)鏈條驅(qū)動(dòng)水平行走1/6固定貨叉長(zhǎng)度的行程時(shí)，中間貨叉2相對(duì)于固定貨叉1 水平移動(dòng)1/3固定貨叉長(zhǎng)度行程；而上叉1相對(duì)中間貨叉2水平移動(dòng)了 2/3固定貨叉 長(zhǎng)度行程；相對(duì)固定貨叉5水平移動(dòng)了 1個(gè)固定貨叉長(zhǎng)度行程。 載貨臺(tái)的設(shè)計(jì)如圖3-2所示，有三種，第一種

45、如上圖，采用直線差動(dòng)式齒輪齒條 結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)共有7個(gè)主要部件構(gòu)成，各個(gè)齒輪在橫向移動(dòng)時(shí)，豎直方向是固定不動(dòng) 的，其中，齒輪5/6做成一體，作為聯(lián)動(dòng)齒輪，7與4為外嚙合齒輪組，齒輪齒條中6 與2、5與3、4與3、1與7分別嚙合，當(dāng)齒輪6由液壓缸8帶動(dòng)向左移動(dòng)，齒條3在 齒輪5的帶動(dòng)下向右移動(dòng)，齒條1在齒輪7的帶動(dòng)下向右移動(dòng)實(shí)現(xiàn)載貨臺(tái)貨叉運(yùn)行動(dòng) 作。但是這種設(shè)計(jì)方案復(fù)雜，不易實(shí)現(xiàn)。 1 —上齒條2 —固定齒條 3 —下齒條4、7—齒輪5、6—聯(lián)動(dòng)齒輪 8 —液壓油缸 圖3-2載貨臺(tái)貨叉設(shè)計(jì)草圖 第二種則相對(duì)簡(jiǎn)單的多，如圖3-3，直接由液壓缸驅(qū)動(dòng)齒輪在兩根齒條之間滾動(dòng), 下齒條固定，

46、上齒條則可以完成貨叉的動(dòng)作，包括向前或者向后。 圖3-3載貨臺(tái)貨叉設(shè)計(jì)草圖 第三種則是采用繩索拉伸出齒輪齒條運(yùn)動(dòng)，三層貨叉設(shè)計(jì)。齒輪驅(qū)動(dòng)齒條運(yùn)動(dòng)， 固定叉與前叉通過(guò)繩索繞在中間叉上當(dāng)齒條所在中間叉運(yùn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)輪帶動(dòng)繩索拉緊后 驅(qū)動(dòng)前叉沿固定軌道向前運(yùn)動(dòng)，反之亦然，且可向前向后雙向伸縮。 圖3-4載貨臺(tái)貨叉設(shè)計(jì)草圖 3.2堆垛機(jī)貨叉設(shè)計(jì)計(jì)算 321伸縮貨叉的撓度與強(qiáng)度 所設(shè)計(jì)的貨叉是指貨叉插入貨架中的部分，應(yīng)以厚度盡量薄，同時(shí)貨叉前端的擾度 控制在最小，作為設(shè)計(jì)的目標(biāo)。 貨叉各參數(shù)如下： W:載荷 I , ,1, 2 I 3：分別為固定叉 中間叉 上叉的重力方向的慣性

47、矩 E:材料的彈性模量 伸縮貨叉各尺寸表示如圖3-5所示： 圖3-5 伸縮貨叉的結(jié)構(gòu)尺寸 3.2.2下叉的受力分析計(jì)算 如圖3-6所示 進(jìn)行受力分析時(shí)，在AC段內(nèi)取距A端為x的任意截面為研究對(duì)象，則該截面上產(chǎn) 生的反力P,=W l2/b a乞x < l 0時(shí)的彎矩方程為： 用積分法求得起其轉(zhuǎn)角為: 撓度為: ■ - = 71 0x- 0 M= Rbx I0 -P i (x-a) xJMdx= 0 EI1 Pl 2EI^ [―] 式（3.1） x x^dx= Eli bx‘ / 、 3i [ +(x-a)] l 0 式(3.2)

48、 當(dāng)x= 0時(shí),A端的截面轉(zhuǎn)角 式(3.3) 込(l0+b) 6EI1I0 當(dāng)x=l 0時(shí)，將式（3.3 ）代入式（3.2 ）和式（3.1 ）中，分別算得在c點(diǎn)處的轉(zhuǎn)角 和撓度。 Piab(a I。) 6EM0 P2b(a I。) 6EIJ0 3.2.3中叉的受力分析計(jì)算 如圖3-7所示：因載荷W的作用，在b間產(chǎn)生反力P1,P 2， J 1： 1 \、 1 F a b J x 1 L I 1 - I 2 圖3-7中叉受力分析圖 進(jìn)行受力分析時(shí)，在BF段內(nèi)取

49、距左端為x的任意截面為研究對(duì)象 當(dāng)a豈x乞I。時(shí)，可算得其轉(zhuǎn)矩方程為： WI2 M= Rx= - x b 用積分法算出其轉(zhuǎn)角為： 2 十土 =-叱+丁 dx 2EI 2b 式(3.4) 撓度為: 3 WI2X + . 6E4b oX+y 式(3.5) 當(dāng)x=b時(shí)，B端的截面轉(zhuǎn)角 Wl2b 0 6EI2 式(3.6) 當(dāng)x=b時(shí)，將式（3.6 ）代入式（3.4 ）和式（3.5 ）中，分別算得此段的轉(zhuǎn)角和撓 度 ^2 =- Wl2b 3e77 Wl2b 3El7 如圖3-8所示：將b段作為剛性,c點(diǎn)作為固定端（即視為懸臂梁）考慮,并設(shè)由于 W在中叉產(chǎn)

50、生的反力為P3和P4,而由這些反力作用在貨叉前端產(chǎn)生的擾度為分別為 '3 和■ '4, x 1 1 -~5 1 1 1 \ 1 1 _ c 一 '—'—"—? —- ; _ _ 一 一 d 一 I 一 e 二 1 1 1 1 - l . l 2 . 圖3-8中叉受力分析圖 轉(zhuǎn)矩方程為： M= - P 3 （x-d）+ P 4 x 以固定端E視為坐標(biāo)原點(diǎn)，算得：P3=-W d 以固定端D視為坐標(biāo)原點(diǎn)，算得： P4 = d^W d 用積分法算出其撓度為: 當(dāng)x=l 1時(shí)，代入式（3.7 ）算得: W

51、 6EJd [(e+d) l i3-e(l i-d) 2] x M」 W dx=- 0 EI2 [-e(x-d)2 (e d)x2] 2EI 2d 式（3.8） 當(dāng)x=l J時(shí)，代入式（3.8 ）算得: W 2EI2d [-e(l i-d) 2+(e+d)l 2] 所以■ ■ 4 = 71 4 （l 3 -l 1） 3.2.4上叉的設(shè)計(jì)分析計(jì)算 載荷W在 d區(qū)間產(chǎn)生的反力有 P3, P4，在E點(diǎn)的傾斜角為5，撓度為 分析如圖3-9所示: 轉(zhuǎn)矩方程為: M罟x 圖3-9上叉受力分析圖 用積分法算出其轉(zhuǎn)角為: dx e

52、Wx2 2E4d 式(3.9) 撓度為: eWx3 6EI3d 0 x+ ■ 式(3.10) 當(dāng)x=d時(shí)，D端的截面轉(zhuǎn)角 式(3.11) eWd 0 6EH 當(dāng)x=d時(shí)，將式（3.11 ）代入式（3.9 ）和式（3.10 ）中，分別算得此段的轉(zhuǎn)角和撓度: eWd 3EH eWd (l 3ElI( 3-1 1) 因此，設(shè)載貨臺(tái)和立柱為剛性時(shí)，伸縮貨叉工作的總擾度為 ?■總=■ 1 + ■ 2 + ■ 3+ ■ 4 + - 5 注：當(dāng)托盤貨架進(jìn)深為110厘米時(shí)，'值應(yīng)控制在10~15毫米。 3.3貨叉各參數(shù)的選擇 a=50cm

53、 b=34cm c=18cm d=38cm e=13cm l 0 =84cm l 1 =56cm l 2 =69cm l 3=118cm 見(jiàn)圖3-5伸縮貨叉的結(jié)構(gòu)尺寸 故可取固定叉、中間叉、上叉長(zhǎng)為： L1= l 0+2 8=100cm L2=b+c+d+2 5=100cm L 3 = l 3-c=100cm 上叉為板狀，并取其寬為40cm厚度取8cm,其余數(shù)據(jù)見(jiàn)裝配圖上標(biāo)注。 因各數(shù)據(jù)取值都較大，故能滿足條件。 4堆垛機(jī)的控制裝置及保護(hù)措施 自動(dòng)運(yùn)行的堆垛機(jī)控制系統(tǒng)必須具有行走控制、升降控制、位置控制、速度控制、貨 叉控制、安全保護(hù)功能、自我診斷故障的功能等多種控制功能。 4.1

54、堆垛機(jī)控制裝置 (1) 位置功能 位置控制就是確定堆垛機(jī)停止在作業(yè)位置的功能。 自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)一般都采用高層貨架結(jié)構(gòu)，以 X、Y、Z坐標(biāo)表示貨架的行、列、 段的方向，用三維坐標(biāo)表示貨物的位置。為了自動(dòng)確定位置，也就是為了在某一位置 發(fā)出減速指令使堆垛機(jī)減速，在規(guī)定位置發(fā)出停機(jī)信號(hào)，就必須檢測(cè)現(xiàn)在的位置。本 設(shè)計(jì)中位置的檢測(cè)可由在個(gè)坐標(biāo)軸上按一定的間隔裝設(shè)的傳感器來(lái)進(jìn)行檢測(cè)。 (2) 速度控制 速度控制包括對(duì)提高作業(yè)效率有關(guān)的高速度，防止貨物倒塌以及不致于使堆垛機(jī) 發(fā)生沖擊的加速度和減速度，以及為便于高精度定位的最終穩(wěn)定微速度等的速度控制。 (3) 貨叉控制 根據(jù)堆垛機(jī)出庫(kù)和入庫(kù)

55、作業(yè)，伸縮貨叉向左側(cè)或右側(cè)進(jìn)行叉取操作的順序控制功 能。 4.2堆垛機(jī)安全保護(hù)裝置 堆垛機(jī)的立柱高度達(dá)10米,載貨臺(tái)的升降速度也達(dá)到20m/min,而載貨臺(tái)是沿堆垛 機(jī)立柱的導(dǎo)軌上下運(yùn)行的承載結(jié)構(gòu)，上有貨叉機(jī)構(gòu)、駕駛室等。為了保證堆垛機(jī)正常工 作,確保操作人員的人身和貨物的安全，其上必須配備完善的安全保護(hù)裝置。本設(shè)計(jì)中 設(shè)置以下幾種保護(hù)裝置： 1) 機(jī)貨叉上、下限自動(dòng)停止保護(hù) 在堆垛機(jī)貨叉在進(jìn)行升降運(yùn)動(dòng)時(shí)，不能超過(guò)導(dǎo)軌的上端和下端極限。因此可以在上 下端各設(shè)置一個(gè)限位開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)該功能。 2） 載貨臺(tái)負(fù)荷限制 在載貨臺(tái)超載時(shí)，發(fā)出報(bào)警信號(hào)并切斷起升機(jī)構(gòu)動(dòng)力.當(dāng)載貨臺(tái)被托住，鋼絲繩松

56、弛時(shí),也會(huì)發(fā)出停止運(yùn)動(dòng)的報(bào)警信號(hào)并切斷動(dòng)力。 因此可設(shè)置熱繼電器來(lái)作為檢測(cè)裝置 再安裝一個(gè)蜂鳴器作為警報(bào)提示。 3） 駕駛室的安全保護(hù) 為確保駕駛室里操作人員的人身安全，駕駛室門安全與否非常重要?？稍O(shè)置一個(gè)限 位開(kāi)關(guān)來(lái)檢測(cè)為使堆垛機(jī)能夠在軌道上平穩(wěn)運(yùn)行， 因此必須依靠車輪來(lái)實(shí)現(xiàn)這一運(yùn)動(dòng)。 4） 速度轉(zhuǎn)換裝置 當(dāng)堆垛機(jī)走到軌道的某一位置時(shí)應(yīng)以高、中、低速 的某一速度行進(jìn)時(shí)，就需要通 過(guò)速度裝換裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)這一功能.本設(shè)計(jì)中可以設(shè)置一個(gè)接近開(kāi)關(guān). 5） 貨叉保護(hù)裝置 其功能,若發(fā)現(xiàn)不安全則堆垛機(jī)就會(huì)完全停止工作. 6） 貨叉保護(hù)裝置 堆垛機(jī)在進(jìn)行工作過(guò)程中，為了確保當(dāng)貨叉伸縮到一

57、定位置時(shí)就回自動(dòng)停止 ，可設(shè) 置一個(gè)機(jī)械制動(dòng)器來(lái)實(shí)現(xiàn)該功能. 7）載貨臺(tái)斷繩保護(hù)裝置 當(dāng)鋼絲發(fā)生繩斷裂時(shí)，能夠自動(dòng)可靠的將載貨臺(tái)停止，避免溜車或墜車事故的發(fā)生.因 此對(duì)這種安全保護(hù)裝置的設(shè)計(jì)要求是靈敏度高、作用可靠、沖擊小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 .本設(shè)計(jì) 中采取連桿凸輪機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)這一功能要求。一旦鋼絲繩斷裂，彈簧通過(guò)連桿機(jī)構(gòu)使凸輪 卡在升降機(jī)構(gòu)的導(dǎo)軌里阻止載貨臺(tái)墜落.正常工作時(shí),,提桿平衡載貨臺(tái)及其上貨物的 質(zhì)量,彈簧處于壓縮狀態(tài)，凸輪與升降機(jī)構(gòu)的導(dǎo)軌分離。該裝置原理如圖 4-1所示。 圖4-1斷繩保護(hù)裝置 5結(jié)論 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，完成了此次“單立柱巷道堆垛機(jī)提升裝置與載貨臺(tái)的設(shè)計(jì)”的工

58、 作。本說(shuō)明書(shū)首先從堆垛機(jī)的發(fā)展歷史開(kāi)始論述堆垛機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，結(jié)合選題背景， 分析目前堆垛機(jī)主要功用，存在的有優(yōu)缺點(diǎn)以及此課題設(shè)計(jì)的意義。 在貨叉伸縮機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，首先分析貨叉的受力圖，并推導(dǎo)出彎矩?fù)隙裙? 設(shè)計(jì)出貨叉的外部結(jié)構(gòu)尺寸，接著又設(shè)計(jì)校核了貨叉內(nèi)部零件的尺寸，最終設(shè)計(jì)出了 滿足條件、靈活、適用、簡(jiǎn)捷、方便的貨叉結(jié)構(gòu)。 提升裝置設(shè)計(jì)過(guò)程中，進(jìn)行方案論證，優(yōu)中選優(yōu)。其中包括電動(dòng)機(jī)、減速器、制 動(dòng)器、卷筒、柔性件等零部件的選擇、計(jì)算、校核，滿足原始設(shè)計(jì)參數(shù)要求的，達(dá)到 堆垛機(jī)能正常運(yùn)行的目的。 該單立柱巷道堆垛機(jī)具有靈敏度高，體積小，動(dòng)作可靠的優(yōu)點(diǎn)，而且有具有安全 保護(hù)裝置。

59、 謝辭 四年的風(fēng)風(fēng)雨雨轉(zhuǎn)瞬即逝，不知不覺(jué)中，我們即將離開(kāi)母校，踏上工作崗位。大 學(xué)生活是我人生中很重要的四年，我不僅能夠接觸到傳道授業(yè)解惑的良師，還結(jié)識(shí)了 很多優(yōu)秀的同學(xué)、朋友。這里我留下了自己的足跡，見(jiàn)證了我成長(zhǎng)的點(diǎn)滴。在畢業(yè)設(shè) 計(jì)完成之際，我衷心的感謝曾經(jīng)給我?guī)椭?、支持、鼓?lì)的所有老師和同學(xué)。 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)在周海濤老師的悉心指導(dǎo)下完成的，從最初對(duì)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的不了 解到能夠整體把握再到比較順利的完成畢業(yè)設(shè)計(jì)，這一步步走來(lái)，都包含了周老師的 耐心指導(dǎo)。在做畢業(yè)設(shè)計(jì)的這段日子里，老師嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)的態(tài)度，博學(xué)的知識(shí)體系，精 益求精的工作作風(fēng)以及誨人不倦的高尚師德給我留下了深刻的印象， 并使我受益

60、匪淺 在此，我向周老師致以最衷心的感謝。 其次要感謝我們小組其他兩個(gè)成員各司其職，各負(fù)其責(zé)。我們團(tuán)結(jié)合作，相互討 論也解決了一些問(wèn)題，最終完成了此次單立柱巷道堆垛機(jī)的總體設(shè)計(jì)。從你們身上我 看到了認(rèn)真二字，也促使我更加用心完成此次畢業(yè)設(shè)計(jì)。 最后還要感謝我的父母，二十多年的養(yǎng)育之恩，支持我完成學(xué)業(yè)，今后我一定會(huì) 好好報(bào)答你們。 最后感謝百忙之中為我們?cè)u(píng)審和答辯的老師，祝老師們身體健康，工作順利。 參考文獻(xiàn) 1. 成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)?北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008 2. 機(jī)械工程手冊(cè)委員會(huì)?機(jī)械工程手冊(cè)?北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 1997 3. 盧耀祖.機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（第2版）.上

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