托盤自動疊盤機設(shè)計

托盤自動疊盤機設(shè)計,托盤自動疊盤機設(shè)計,托盤,自動,疊盤機,設(shè)計 學(xué) 士 學(xué) 位 論 文 自動托盤疊盤機的設(shè)計 姓 名 學(xué) 號 學(xué) 院 專 業(yè) 指導(dǎo)教師 20XX 年6月5 日  摘 要 物流機械設(shè)備不僅是現(xiàn)代化企業(yè)的主要作業(yè)工具之一，也是合理組織批量生產(chǎn)和機械化流水作業(yè)的基礎(chǔ)。對第三方物流企業(yè)來說，物流設(shè)備還是組織物流活動的物質(zhì)技術(shù)基礎(chǔ)，它體現(xiàn)著一個企業(yè)物流能力的大小。物流設(shè)備是物流系統(tǒng)中的物質(zhì)基礎(chǔ)。伴隨著物流的發(fā)展與進步，物流設(shè)備也不斷的得到提升與發(fā)展。物流設(shè)備領(lǐng)域中許多新的設(shè)備不斷涌現(xiàn)，例如托盤疊盤機、托盤拆盤機、四向托盤、高架叉車、自動分揀機、自動引導(dǎo)搬運車(AGV)、集裝箱等等。它們的出現(xiàn)不但極大的減輕了人們的勞動強度和降低了物流成本，而且提高了物流運作效率和服務(wù)質(zhì)量。因此，它們對物流的快速發(fā)展起著重要作用。 關(guān)鍵詞： 物流機械 托盤 疊盤機 ABSTRACT Logistics equipment is not only the modernization enterprise's main operation tools, and also one of reasonable organization batch production and mechanization flow operation foundation. For the third party logistics enterprise that, logistics equipment or organization logistics activity material and technical basis, it reflects the a enterprise logistics capability of size. Logistics equipment is logistics system of material base. With the development and progress of logistics, logistics equipment also constantly get promoted and development. Logistics equipment in the field of many new equipment constantly emerging, such as tray fold plate machine, tray open offer machine, four to tray, elevated forklift, Automatic sorting machine, Automated guided transport vehicles(AGV), container and so on. These appeared not only greatly reduce the labor intensity of the people and reduces the logistics cost, but also improve the logistics operation efficiency and quality. Therefore, the rapid development of their logistics plays an important role. Key words：Logistics equipment ；Tray Stacked ；disk drive 目錄 目錄 2 摘 要 4 第一章 引 言 5 第二章 設(shè)計任務(wù)概況 6 2.1題目名稱 6 2.2設(shè)計要求 6 2.3疊盤機現(xiàn)狀 6 2.4設(shè)計構(gòu)思 9 2.5設(shè)計參數(shù) 10 第三章 總體設(shè)計方案 10 3.1垂直升降機構(gòu)的設(shè)計 10 3.1．1垂直升降機構(gòu)動力的優(yōu)化選擇 10 3.1．2垂直升降機構(gòu)動力氣缸的選擇 11 3.1．3垂直升降機構(gòu)動力氣缸的安裝選擇 12 3.1．4垂直升降機構(gòu)導(dǎo)向軸的選擇 13 3.1．5垂直升降機構(gòu)直線套筒選擇 14 3.2托叉機構(gòu)的設(shè)計 14 3.2．1托叉機構(gòu)動力的優(yōu)化選擇 14 3.2．2托叉機構(gòu)的具體設(shè)計 15 3.2．3托叉機構(gòu)中直線導(dǎo)軌的選擇 16 3.3水平輸送機構(gòu)的設(shè)計 17 3.3．1輥子輸送機構(gòu)的設(shè)計 17 3.3．2阻擋機構(gòu)的選擇 19 3.4機器框架的整體設(shè)計 19 3.5其他零件的設(shè)計 20 3.5．1升降梁的設(shè)計 20 3.5．2阻擋氣缸架的設(shè)計 20 3.5．3氣缸托架的設(shè)計 21 3.5．4托叉的設(shè)計 21 3.5．5氣缸法蘭的設(shè)計 22 3.6疊盤機整體設(shè)計 22 第四章 零部件的計算與校核 22 4.1．垂直升降機構(gòu)的計算與校核 22 4.1．1頂升的計算與校核 22 4.1．2直線滾珠套筒的計算與校核 24 4.1．3升降梁的計算與校核 25 4.2托叉機構(gòu)的計算與校核 27 4.2．1伸縮氣缸的計算與校核 27 4.2．2直線導(dǎo)軌的計算與校核 28 4.3水平輸送機構(gòu)的計算與校核 29 4.3．1阻擋機構(gòu)的計算與校核 29 4.3．２電動輥子的計算與校核 32 4.４機架的計算與校核 33 4.５零件的計算與校核 34 4.５．１氣缸安裝梁的計算與校核 34 4.５．2其他零件的計算與校核 36 第五章 總結(jié) 36 參考文獻 37 致謝 37 第一章 引 言 物流機械設(shè)備是現(xiàn)代化企業(yè)的主要作業(yè)工具之一，是合理組織批量生產(chǎn)和機械化流水作業(yè)的基礎(chǔ)。對第三方物流企業(yè)來說，物流設(shè)備又是組織物流活動的物質(zhì)技術(shù)基礎(chǔ)，體現(xiàn)著企業(yè)的物流能力大小。 物流設(shè)備是物流系統(tǒng)中的物質(zhì)基礎(chǔ)，伴隨著物流的發(fā)展與進步，物流設(shè)備不斷得到提升與發(fā)展。物流設(shè)備領(lǐng)域中許多新的設(shè)備不斷涌現(xiàn)，如托盤疊盤機，托盤拆盤機，四向托盤、高架叉車、自動分揀機、自動引導(dǎo)搬運車(AGV)、集裝箱等，極大的減輕了人們的勞動強度，提高了物流運作效率和服務(wù)質(zhì)量，降低了物流成本，在物流作業(yè)中起著重要作用，極大的促進了物流的快速發(fā)展。 托盤自動疊盤機是現(xiàn)代倉儲物流系統(tǒng)的重要設(shè)備之一，是空托盤回收存儲的主要工作裝置，其作用是將各個單一的托盤疊放起來，成為一個整理，便于儲存及運輸。近年來，隨著企業(yè)生產(chǎn)與管理的不斷提高，越來越多的企業(yè)認識到物流系統(tǒng)的改善與合理性對企業(yè)提高生產(chǎn)率、降低成本非常重要。而托盤自動疊盤機作為出庫部分的重要機械裝置，完善或改進疊盤機對于物流系統(tǒng)來說有百益而無一壞，這對于提高物流效率至關(guān)重要。特別是社會上建立托盤共享系統(tǒng)的呼吁越來越高 ，這極大的促進了托盤的標準化的推進，也進一步促進了托盤存儲、運輸?shù)陌l(fā)展。這就為托盤疊盤機的要求更為嚴格，同時也為托盤疊盤機的發(fā)展迎來了時機。 第二章 設(shè)計任務(wù)概況 2.1題目名稱 托盤自動疊盤機設(shè)計 2.2設(shè)計要求 自動托盤疊盤機可采用氣動系統(tǒng)或機械傳動或相結(jié)合的方式進行優(yōu)化設(shè)計。完成自動疊盤機的總體設(shè)計，繪制出總的裝配圖和部分零件圖，并完成設(shè)計論文?？傃b配圖0號圖紙一張，零件圖折合0號圖紙兩張。（該項目企業(yè)已完成論證和實驗工作，題目來源企事業(yè)單位項目） 2.3疊盤機現(xiàn)狀 目前，空托盤的收集方法大多采用落料式收集方法，即由托盤輸送裝置送來的空托盤從下至上堆放在空托盤堆積倉的堆放板上，堆放板在絲杠步進電動機的帶動下一步一步下降，每下降一步，托盤輸送帶送來的空托盤就堆放在上面一塊，當堆放的空托盤數(shù)量達到規(guī)定的數(shù)量時，由人工取出或是輥子運走。這種落料式收集疊盤的方法，其空托盤堆積裝置是用絲杠步進電動機控制的，其裝置結(jié)構(gòu)和控制程序較為復(fù)雜，而且人工從空托盤堆垛裝置中取出空托盤不太方便。并且當今，常用的輥子輸送機均采用C形折邊梁和C形折邊掌腳的框架結(jié)構(gòu)，由電動機和減速機提供動力，通過鏈條用來驅(qū)動單根鏈輥子或是雙鏈輥子來使托盤向前運動。但常用的輥子輸送方案普遍存在以下缺點：鏈條噪音大；結(jié)構(gòu)太過復(fù)雜，生產(chǎn)工藝環(huán)節(jié)多，生產(chǎn)周期較長；電機和減速器占用的空間大，整體空間利用率過低；清潔難度大，單位托盤輸送功耗大，笨重且不美觀。 總體來說，現(xiàn)在市場上已有的疊盤機自動化程度有待提高。機器的總體尺寸有待簡潔小型化輕型化。并且疊盤機的工作環(huán)境有待提高，尤其是運送食品，煙草等對衛(wèi)生等級要求較高的專業(yè)托盤，我們不希望托盤上沾滿油污和灰塵。 以下是現(xiàn)階段市場上已有的疊盤機，大體上或多或少存在上述的缺點。 圖1 此疊盤機（圖1）是傳統(tǒng)的框架式，運用氣缸作為托盤頂升動力。這相對比使用鏈輪電動機減速器和鏈條來進行提升有諸多好處。不僅清潔衛(wèi)生，而且容易控制，噪聲小，環(huán)境條件好，占用空間小。但從圖中可以看出，此機器的托盤輸送依然使用的傳統(tǒng)的外電機驅(qū)動輥子提供動力。可以明顯看出，電機的安裝不僅占據(jù)了大量的空間，并且還影響了美觀。 圖2 此機器（圖2）具有拆盤和疊盤兩種功用，但是顯然，占用空間龐大，且結(jié)構(gòu)復(fù)雜。 下面這種設(shè)計（圖3）明顯具有優(yōu)越性。其中，空托盤倉中設(shè)有活動的單向托板，由托盤頂升板在推送氣缸的作用下頂推空托盤，并向上推動單向托板后越過單向托板進入空托盤倉內(nèi)，單向托板復(fù)位后自動拖住堆積在空托盤倉的托盤，這樣推送氣缸一塊一塊的將輸送來的空托盤輸送到空托盤倉內(nèi)，到達規(guī)定數(shù)后有人工取出。由于該裝置的空托盤設(shè)置在托盤輸送線的上部，因此便于拿取，而且結(jié)構(gòu)簡單。 圖3 2.4設(shè)計構(gòu)思 鑒于現(xiàn)有疊盤機的狀況以及市場零部件現(xiàn)有供給情況。和設(shè)計任務(wù)極其要求構(gòu)思如下： 托盤自動疊盤機是由升降機構(gòu)，伸縮托叉機構(gòu)和輸送機構(gòu)三大部分組成。 垂直輸送機構(gòu)升降機綜合考慮成本，安裝，壽命，采用兩個頂升氣壓缸來實現(xiàn)。 伸縮托叉機構(gòu)同樣使用氣缸帶動安裝在直線導(dǎo)軌的托板來實現(xiàn)。 水平輸送機構(gòu)采用電動輥子帶動無動力輥子的方法。安裝簡便，占用空間小。 這樣，當?shù)谝粋€空托盤輸送到位時，光電檢測裝置檢測到信號，傳人到控制系統(tǒng)。首先，伸縮氣缸動作，推動托叉運動，在導(dǎo)軌的引導(dǎo)下，托叉進入到托盤空隙內(nèi)。位置傳感器接收信號，同時發(fā)出信號給控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)命令頂升氣缸開始工作。于是頂升氣缸將第一個空托盤頂起。到達一定的高度，控制系統(tǒng)命令第二個空托盤進入預(yù)定位置。頂升氣缸將第一個托盤放下，堆積在第二個托盤上。伸縮氣缸將托叉拉回。頂升氣缸繼續(xù)下降，回到原位后，伸縮氣缸再次動作，將托叉推進第二個托盤空隙內(nèi)?？刂葡到y(tǒng)控制頂升氣缸頂起第二個托盤，這樣兩個托盤一起頂起。反復(fù)上述動作，托盤就堆積起來。堆積一定的數(shù)量，由檢測重量的傳感器發(fā)出命令，將疊好的托盤運走。 2.5設(shè)計參數(shù) 疊盤機疊盤數(shù)目 8 水平輸送速度 10m/min 單個托盤重量 40KG 工作制 8小時 單個托盤重量 40KG 疊盤數(shù)目 8個 托盤尺寸 1250㎜×1000㎜ 第三章 總體設(shè)計方案 3.1垂直升降機構(gòu)的設(shè)計 3.1．1垂直升降機構(gòu)動力的優(yōu)化選擇 能實現(xiàn)垂直升降的機構(gòu)和方法許多。例如鏈輪鏈條，齒輪齒條，帶輪皮帶，氣缸，液壓缸，偏心輪滾子等。考慮到食品，煙草等輕工類專用托盤對衛(wèi)生的高要求，我們希望選用的機構(gòu)對托盤的污染越少最好。顯然，使用氣缸最為清潔。并且氣壓傳動具有以下優(yōu)點： 1）以空氣為工作介質(zhì)，工作介質(zhì)獲得比較容易，用后的空氣排到大氣中，處理方便，與液壓傳動相比不必設(shè)置回收的油箱和管道。 2）因空氣的粘度很?。s為液壓油動力粘度的萬分之一），其損失也很小，所以便于集中供氣、遠距離輸送。外泄漏不會像液壓傳動那樣嚴重污染環(huán)境。 3）與液壓傳動相比，氣壓傳動動作迅速、反應(yīng)快、維護簡單、工作介質(zhì)清潔，不存在介質(zhì)變質(zhì)等問題。 4）工作環(huán)境適應(yīng)性好，特別在易燃、易爆、多塵埃、強磁、輻射、振動等惡劣工作環(huán)境中，比液壓、電子、電氣控制優(yōu)越。 5）成本低，過載能自動保護。 鑒于以上優(yōu)點，選擇氣缸作為動力 3.1．2垂直升降機構(gòu)動力氣缸的選擇 1.根據(jù)行程選擇 由于給定托盤的尺寸為1250MM×1000MM×150MM，即托盤的高度在150毫米左右。故氣缸的行程至少為150毫米?？紤]到為使下層托盤在不接觸上層托盤的情況下進行疊層，托起的托盤的高度要＞150㎜。去除誤差等因素的影響，可以選擇氣缸的行程為250㎜。 2.根據(jù)負載選擇 由于給定氣缸的重量為40㎏每個，而初步定下的疊盤數(shù)量為8個。即總的重量為320㎏。由于實際托盤疊盤機工作是托盤的數(shù)量是8－1=7個。即需要托起280㎏的重量?？紤]到頂升梁的重量，氣缸自身的重量以及其他零件的重量＜200㎏。那么，可初步設(shè)定氣缸的負載為480㎏（實際小于480㎏）。查表1知道 表1 在壓力為0.5MPA下選擇兩個缸徑為100㎜時的理論輸出力為3920×2=7840N＞480㎏×9.8N/㎏=4704N。 考慮氣缸的效率并非100％，由上表知道負載率為0.65.故7840N×0.65=5096N＞4704N。故可取兩個缸徑為100㎜的氣缸。 3.根據(jù)氣缸的類型和特點選擇 考慮到氣缸頂升時受力，回復(fù)時雖然不用提供拉力，靠重力就可回復(fù)，但為了回復(fù)平穩(wěn)可選擇雙作用單活塞桿氣缸。 4.根據(jù)氣缸的固定方式選擇 由于氣缸收到的力相對較大，為了便于安裝方便和穩(wěn)固，可以選擇法蘭安裝。 5.根據(jù)氣缸的品牌選擇 目前國內(nèi)氣缸有氣力可，亞得客等，國外有SMC，F(xiàn)ESTO等。從性價比來考慮，氣力可比較實惠。 故初步選取氣力可氣缸DN100×250-FA-CS 。 3.1．3垂直升降機構(gòu)動力氣缸的安裝選擇 由于氣缸受到較大力的作用，因此氣缸通過法蘭安裝的部位應(yīng)具有足夠的強度。初步選取型鋼中的槽鋼作為安裝梁。由于熱軋槽鋼在抗彎方面具有冷軋槽鋼不可比擬的優(yōu)點，故選取熱軋槽鋼。 根據(jù)頂升氣缸的尺寸大小，以及安裝法蘭的尺寸由≤機械設(shè)計課程設(shè)計手冊≥的表（表2） 表2 知道，可初步選取型號為14a的槽鋼。 3.1．4垂直升降機構(gòu)導(dǎo)向軸的選擇 直線導(dǎo)向軸是具有滑動軸承的引導(dǎo)作用，可使實行直線運動的產(chǎn)品。這些直線運動系統(tǒng)要求的必需條件是：簡單的設(shè)計，最好的執(zhí)行能力，低價的維修費用，使用嚴格挑選堅固耐用的材料，高頻熱處理，準確的外徑尺寸，真圓度，真直度及表面處理等。 由于設(shè)計使用兩個氣缸作為升降動力，且行程為250㎜。為了便于升降橫梁升降，以及升降梁在垂直水平的方向上不偏移的上下滑動，因此考慮使用導(dǎo)向軸。 由于氣缸的行程初步定為250㎜。故導(dǎo)向軸的長度應(yīng)該＞250㎜。 其次，考慮到便于安裝在升降梁上，初步選擇為帶螺紋的直線導(dǎo)向軸。 再次，考慮到要減輕整個機器的重量，而直線導(dǎo)向軸只是起到導(dǎo)向作用，受到的力并不是很大，故考慮選擇空心的導(dǎo)向軸比較合理。 由下表可看出初步選取D=30㎜長度在30-1000㎜的內(nèi)螺紋空管型導(dǎo)向軸 其尺寸如左圖 其中，L=435㎜， M=20㎜ D=30㎜ d=17㎜ 3.1．5垂直升降機構(gòu)直線套筒選擇 由于選擇了使用直線導(dǎo)向軸，所以，為了便于直線導(dǎo)向軸的直線工作，勢必需要直線套筒。而直線套筒的種類繁多，綜合考慮，選擇使用直線滾珠套筒。 直線滾珠套筒是一種具有圓筒形保持架、多個滾珠、及外筒，該圓筒形保持架可插通進行直線運動或回轉(zhuǎn)運動的桿，該多個滾珠分別可自由滾動地收容在形成于該保持架的多個環(huán)狀槽內(nèi)并與上述桿滾動接觸，該外筒嵌裝在上述保持架的外面并從外側(cè)保持上述滾珠，該滾珠套筒壓入到具有上述桿的機械器具的軸承孔內(nèi)加以使用；其特征在于：上述外筒在外周面的軸向兩端部分別具有傾斜成外部細小狀的錐部，同時在這些錐部內(nèi)側(cè)的與各錐部鄰接的位置分別具有壓接固定于上述軸承孔的孔面的均勻外徑的固定部，而且在位于該2個固定部間的筒中間部的至少一部分具有外徑比上述固定部小的小徑部。 由于已經(jīng)初步選擇了導(dǎo)向軸，其外圍直徑D=30㎜。因此，為了配合直線導(dǎo)向軸的使用，也需選擇內(nèi)徑為30㎜的直線滾珠套筒。 查詢資料，選擇了LMF-30型號的滾珠直線套筒。 其具體參數(shù)如下： 鋼球列:4 L=64㎜ 外徑：45㎜，內(nèi)徑：30㎜ 法蘭直徑：74㎜ 3.2托叉機構(gòu)的設(shè)計 3.2．1托叉機構(gòu)動力的優(yōu)化選擇 現(xiàn)階段大多數(shù)廠家的托盤疊盤機的托叉機構(gòu)是采用氣缸作為動力，實現(xiàn)托叉動作。托叉是一種只能正向翻轉(zhuǎn)，反向鎖死的機構(gòu)，當托盤輸送到預(yù)定的位置，托盤停止水平運動。由頂升機構(gòu)將托盤頂起。頂?shù)揭欢ǖ奈恢茫胁嬲蚍D(zhuǎn)后靠重力回復(fù)到初始的位置，此時托叉正好落到托盤的空槽之中。這時，托叉就能將托盤頂住。周而復(fù)始，將托盤一個一個疊加起來。最后，在氣缸的作用下，將托叉拉回，便于托盤人工或叉車運走。因此選用氣缸作為動力。 由于氣缸的作用只是拖動安裝在滑軌上的托叉前進或后退，并且托叉的重量不大，故可以選擇缸徑較小的氣缸。初步選擇氣力可氣缸，型號為DB-S-25。 3.2．2托叉機構(gòu)的具體設(shè)計 下圖（圖4）是現(xiàn)階段比較流行的托叉設(shè)計。該托叉是一種只能正向翻轉(zhuǎn)，反向鎖死的機構(gòu)，當托盤輸送到預(yù)定的位置，托盤停止水平運動。由頂升機構(gòu)將托盤頂起。頂?shù)揭欢ǖ奈恢茫胁嬲蚍D(zhuǎn)后靠重力回復(fù)到初始的位置，此時托叉正好落到托盤的空槽之中。這時，托叉就能將托盤頂住。周而復(fù)始，將托盤一個一個疊加起來。最后，在氣缸的作用下，將托叉拉回，便于托盤人工或叉車運走。 圖4 這種設(shè)計很是巧妙。不過筆者不再希望用同樣的方法。希望另辟新徑。本托盤自動疊盤機的設(shè)計初步定為這樣：運用氣缸作為動力，推動和拉回安裝在直線導(dǎo)軌上的托叉機構(gòu)。這樣當托盤輸送到預(yù)定的位置后停止。氣缸開始動作，推動安裝在直線導(dǎo)軌上的托叉向前伸進。此時托叉進入托盤的空槽之中。在頂升氣缸的推力下，托叉托起托盤向上升起。待到下一個托盤進入預(yù)定位置停下后，頂升氣缸下降。將上面的托盤壓在下面的托盤上。氣缸在拉回托叉，以便為托起下一個托盤做準備。 初步設(shè)計如下圖（圖5）所示: 圖5 其中，1是起到伸縮作用的氣缸，2是直線滑軌的軌道，3是托叉，4是一個空托盤。未工作時的狀態(tài)如下圖（圖6）： 圖6 3.2．3托叉機構(gòu)中直線導(dǎo)軌的選擇 直線導(dǎo)軌又稱線軌、滑軌、線性導(dǎo)軌、線性滑軌，用于直線往復(fù)運動場合，擁有比直線軸承更高的額定負載， 同時可以承擔一定的扭矩，可在高負載的情況下實現(xiàn)高精度的直線運動. 直線運動導(dǎo)軌的作用是用來支撐和引導(dǎo)運動部件，按給定的方向做往復(fù)直線運動。依按摩擦性質(zhì)而定，直線運動導(dǎo)軌可以分為滑動摩擦導(dǎo)軌、滾動摩擦導(dǎo)軌、彈性摩擦導(dǎo)軌、流體摩擦導(dǎo)軌等種類。 本設(shè)計需要直線滑軌引導(dǎo)托叉前進和回縮。 由于滑軌要承受載荷。根據(jù)總體構(gòu)思，可用四個托叉，也就是用四個直線導(dǎo)軌。四個直線導(dǎo)軌所承受的總壓力為280㎏。即七個托盤的總重量?？紤]到滑軌的自身重量以及托叉的重量?？蓪設(shè)為300㎏。 由以上討論，可初步選用THK-SHS-C型直線滑軌。 3.3水平輸送機構(gòu)的設(shè)計 初步設(shè)計水平輸送機構(gòu)有輥子輸送機機構(gòu)，和定位阻擋氣缸機構(gòu)兩部分組成。 3.3．1輥子輸送機構(gòu)的設(shè)計 現(xiàn)階段輸送托盤的輸送機機構(gòu)種類繁多，輸送機是在一定的線路上連續(xù)輸送物料的物料搬運機械，又稱連續(xù)輸送機。輸送機可進行水平、傾斜和垂直輸送，也可組成空間輸送線路，輸送線路一般是固定的。輸送機輸送能力大，運距長，還可在輸送過程中同時完成若干工藝操作，所以應(yīng)用十分廣泛。 具有牽引件的輸送機一般包括牽引件、承載構(gòu)件、驅(qū)動裝置、張緊裝置、改向裝置和支承件等。牽引件用以傳遞牽引力，可采用輸送帶、牽引鏈或鋼絲繩；承載構(gòu)件用以承放物料，有料斗、托架或吊具等；驅(qū)動裝置給輸送機以動力，一般由電動機、減速器和制動器(停止器)等組成；張緊裝置一般有螺桿式和重錘式兩種，可使牽引件保持一定的張力和垂度，以保證輸送機正常運轉(zhuǎn)；支承件用以承托牽引件或承載構(gòu)件，可采用托輥、滾輪等。 沒有牽引件的輸送機的結(jié)構(gòu)組成各不相同，用來輸送物料的工作構(gòu)件亦不相同。它們的結(jié)構(gòu)特點是：利用工作構(gòu)件的旋轉(zhuǎn)運動或往復(fù)運動，或利用介質(zhì)在管道中的流動使物料向前輸送。例如，輥子輸送機的工作構(gòu)件為一系列輥子，輥子作旋轉(zhuǎn)運動以輸送物料；螺旋輸送機的工作構(gòu)件為螺旋，螺旋在料槽中作旋轉(zhuǎn)運動以沿料槽推送物料；振動輸送機的工作構(gòu)件為料槽，料槽作往復(fù)運動以輸送置于其中的物料等。 由于本設(shè)計要求的托盤的規(guī)格為1250㎜×1000㎜，并且整個疊盤機的預(yù)想設(shè)計也在1500㎜×1800㎜之內(nèi)。因此，水平輸送的長度≤1200㎜。故沒有必要使用占地龐大的常規(guī)輸送機設(shè)計。并且，疊盤后，托盤是用叉車拖走，并不需要輸送機輸送。輸送機只是用來輸送沒有進行疊層的單一托盤。而每一個單一托盤的總量在32-40㎏左右。按最大的40㎏計算，輸送機的輸送最大重量為40㎏。這個重量在常規(guī)的輸送機機構(gòu)中屬于大材小用。因此，選擇使用輕巧美觀的輥子輸送機構(gòu)。 常規(guī)的輥子輸送機利用按一定間距架設(shè)在固定支架上的若干個輥子來輸送成件物品的輸送機。固定支架一般由若干個直線或曲線的分段按需要拼成。輥子輸送機可以單獨使用，也可在流水線上與其他輸送機或工作機械配合使用，具有結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、安裝拆卸方便、易于維修、線路布置靈活等優(yōu)點。這種輸送機按輥子是否具有驅(qū)動裝置，可分為無動力式和動力式兩類。 無動力式輥子輸送機 又稱輥道。有長輥道和短輥道兩種。長輥道的輥子表面形狀有圓柱形、圓錐形和曲面形幾種，以圓柱形長輥道應(yīng)用最廣。輥道的曲線段采用圓錐形輥子或雙排圓柱形輥子，可使物品轉(zhuǎn)彎。短輥道可以縮短輥子的間距，自重較輕。輥道一般稍下傾，當物品較重、線路較長時，為了推動物品時省力，斜度可取1～1.5％。如要使物品自滑，斜度可增大到2～3％。影響自滑斜度大小的因素很多，大多用實驗確定合適的角度。當線路長度小于10米、物品輕于 200千克時，可以布置成水平線路。自滑式輥道不易控制物品下滑速度，所以長度一般不大。輥道的寬度比物品寬度大100～150毫米。曲線段最小曲率半徑為輥道寬度的3～4倍。輥子間距為輸送物品長度的1/3～1/4，當物品輸送的平穩(wěn)性要求較高時。間距可取輸送物品長度的1/4～1/5。輥子直徑按載荷大小決定。 動力式輥子輸送機 常用于水平的或向上微斜的輸送線路。驅(qū)動裝置將動力傳給輥子，使其旋轉(zhuǎn)，通過輥子表面與輸送物品表面間的摩擦力輸送物品。按驅(qū)動方式有單獨驅(qū)動與成組驅(qū)動之分。前者的每個輥子都配有單獨的驅(qū)動裝置，以便于拆卸。后者是若干輥子作為一組，由一個驅(qū)動裝置驅(qū)動，以降低設(shè)備造價。成組驅(qū)動的傳動方式有齒輪傳動、鏈傳動和帶傳動。動力式輥子輸送機一般用交流電動機驅(qū)動，根據(jù)需要亦可用雙速電動機和液壓馬達驅(qū)動。 根據(jù)上述描述，為了降低成本，又能實現(xiàn)功能，還能造型精巧便于安裝，通過資料和專利搜尋，筆者找到專利號為CN201520526 U，即≤一種電動輥子輸送機≥，認為可以借鑒。 該專利提供了一種噪音小、結(jié)構(gòu)簡單、生產(chǎn)工期短、整體空間利用率高、單位物料輸送功耗低、小巧美觀的電動輥子輸送機。其具體方法是：使用電動輥子，每根電動輥子同若干個無動力輥子通過V帶傳動，并且電動輥子連接外置的PLC系統(tǒng)。 其中，1為動力電動輥子； 2為無動力輥子； 他們通過V帶相連（如右圖）。 個人認為這種方法簡便易行，相比現(xiàn)階段大多數(shù)的鏈傳動，皮帶傳動通過外接電動機和減速器的方法傳動有諸多優(yōu)點。首先，電動輥子將電動機和減速器內(nèi)置于滾筒內(nèi)，所以結(jié)構(gòu)更加緊湊，安裝空間自然變小。其次，通過PLC電氣控制，會更加方便。最后，使用這種辦法，電動輥子易于購買，并且外觀精美，工作環(huán)境大大提高。 3.3．2阻擋機構(gòu)的選擇 注意到，現(xiàn)階段大多數(shù)的疊盤機都沒有阻擋機構(gòu)。這樣，當空托盤輸送到預(yù)定的位置，輸送機停止輸送，空托盤由于慣性會繼續(xù)前行。這樣的話，空托盤只能通過與接觸面的摩擦力來減小動能，從而停止。這樣，由于托盤的摩擦力各不相同，并且每時每刻的空氣阻力也不一樣，再加上其他的誤差因素，相疊加的托盤很難做到整齊疊加，就會出現(xiàn)傾斜，甚至歪倒，這樣就會影響叉車運走托盤的效率。 因此，有必要在水平輸送線上安裝阻擋機構(gòu)。參考流水線上常用專業(yè)的阻擋氣缸作為阻擋器件，并且簡單方便。按輸送速度10M/MIN，托盤重量40㎏，摩擦系數(shù)為0.1算，根據(jù)氣立可公司給出的數(shù)據(jù)樣本，可初步選取缸徑為32㎜的專用阻擋氣缸。型號為STB-32。 3.4機器框架的整體設(shè)計 根據(jù)前面垂直輸送機構(gòu)，托叉機構(gòu)的初步設(shè)計，水平輸送機構(gòu)的初步設(shè)計，此疊盤機的機架采用方管鋼及其鋼板相互焊接而成。這種設(shè)計雖然外表不華麗，卻十分簡約耐用。具體設(shè)計草圖如下（圖6）： 圖6 3.5其他零件的設(shè)計 由于從安裝尺寸，大小，以及安裝的難易程度考慮，還需要許多零部件。例如頂升氣缸安裝架，頂升梁，氣缸法蘭等等。 根據(jù)與他們匹配的構(gòu)件，可以確定他們的尺寸大小。 3.5．1升降梁的設(shè)計 升降梁的作用是在頂升氣缸的作用下，帶動托叉上升或是下降，從而使托叉帶動托盤上下運動。其初步設(shè)計用的是6.3號的槽鋼，見圖如下（圖7）： 圖7 3.5．2阻擋氣缸架的設(shè)計 由于機架結(jié)構(gòu)尺寸的限制，阻擋氣缸需要氣缸架的支撐才能在行程范圍內(nèi)進行阻擋功能的實現(xiàn)。其見圖如下（圖8）： 圖8 3.5．3氣缸托架的設(shè)計 3.5．4托叉的設(shè)計 托叉是用來托起托盤進行升降的。其設(shè)計草圖如下： 3.5．5氣缸法蘭的設(shè)計 為了便于頂升氣缸的安裝及其穩(wěn)定，設(shè)計了法蘭。草圖如下： 3.6疊盤機整體設(shè)計 整體設(shè)計的三視圖見0號圖紙。 第四章 零部件的計算與校核 4.1．垂直升降機構(gòu)的計算與校核 4.1．1頂升的計算與校核 已知道疊盤機的托盤數(shù)目為8個，實際托起最大托盤數(shù)目為7個，每個托盤的重量為40㎏。 升降橫梁采用的是型號6.3的槽鋼。查詢≤機械設(shè)計課程手冊≥知道，6.3號槽鋼的理論重量為而設(shè)計的升降梁的長度L=1465㎜。因此， 而七個托盤的重量 每個托叉的重量為，4個托叉的重量為 四個導(dǎo)向軸的重量（以上均按最大值估算） 于是，氣缸的總負載重量 由前面初步選取的氣立可氣缸DN100×250-FA-CS知道，該氣缸的缸徑為100㎜。因此，由公式知道： 其中， 而 考慮到氣缸的效率問題， 其中， 又上訴知道，，即氣立可氣缸DN100×250-FA-CS滿足設(shè)計要求。 4.1．2直線滾珠套筒的計算與校核 初步選取了LMF-30型號的滾珠直線套筒。由THK產(chǎn)品樣本查詢到，LMF-30型號的滾珠直線套筒的基本額定負荷為。 由于在此直線滾珠套筒只是起導(dǎo)向作用，并不直接受力，故只需進行壽命校核。 由樣本知道，額定壽命公式為： 其中， 從給定樣本可查出上述參數(shù)，帶入公式得 壽命計算公式為： 其中， 帶入數(shù)據(jù)得 這顯然符合要求。 4.1．3升降梁的計算與校核 1）根據(jù)強度計算 根據(jù)設(shè)計圖，可將升降梁的受力簡化如下圖（圖9）： 圖9 根據(jù)上面的受力簡圖，可作出剪力圖和彎矩圖如下： 顯然， 考慮自重時，把自重化為均布荷載，查型鋼表中理論重量 由自重引起的最大彎矩 自重引起的的最大正應(yīng)力 自重和荷載P共同作用下的最大正應(yīng)力 同樣， 2）根據(jù)撓度計算 可簡化受力圖如下： 由≤材料力學(xué)≥提供的公式知道 由≤材料力學(xué)≥知道， 帶入數(shù)據(jù)得，即基本不彎曲。 綜上，升降梁滿足要求。 4.2托叉機構(gòu)的計算與校核 4.2．1伸縮氣缸的計算與校核 前面已經(jīng)初步選取氣立可氣缸型號為DB-S-25作為伸縮動力。 由公式： 得 考慮到氣缸的效率問題， 而氣缸的負載是安裝在直線滑軌上的托叉。由于，并且直線滑軌的摩擦因數(shù)很小（《0.1），故，該型號的氣缸可以推動或是來回托叉進行伸縮運動。 4.2．2直線導(dǎo)軌的計算與校核 前面已經(jīng)初步選用THK-SHS-C型直線滑軌。由THK提供的樣本參數(shù) 1）驗證基本靜額定負荷 分析滑軌的受力情況知道，每個滑軌的平均最大受力為７００Ｎ，這比THK-SHS-C型直線滑軌基本靜額定負荷１５７０Ｎ小的多，因此滿足要求。 2）驗證容許靜力矩 當托起７個托盤時，滑軌受到最大的力矩，為 因此，滿足要求。 驗證靜安全系數(shù) 由樣本知道： ， 其中， 帶入數(shù)據(jù)得: 表5 由上表（表5）知道，滿足要求。 3） 壽命的計算 不考慮環(huán)境因數(shù)影響下。計算公式為： 其中， 帶入數(shù)據(jù)得 換算成時間，有公式 其中， 帶入數(shù)據(jù)得 滿足設(shè)計要求。 4.3水平輸送機構(gòu)的計算與校核 4.3．1阻擋機構(gòu)的計算與校核 阻擋氣缸工作簡圖 由上圖可看到氣立可專用阻擋直接型氣缸STB-32的工作原理。 每個空托盤的重量在40kg,即，沖擊物體的重量為40 kg。由于空托盤的初始速度為15m/min,即沖擊初始速度為5m/min。電動輥子的推進力為0N。因為可通過PLC控制在托盤到達預(yù)定位置，將電動輥子停止工作。 1）動能驗證 由公式 滿足小于最大動能要求。 2）容許阻擋能力驗證 每個空托盤的重量為40 kg，共計兩個阻擋氣缸，因此每個氣缸的阻擋力為20 kg.查看有氣力可給出的表格，最大可阻擋35KGF.因此滿足。 容許阻擋能力表 3）容許阻擋最大速度驗證 由上表知道，最大阻擋速度為20m/min。這比5m/min遠大。故滿足要求。 4)根據(jù)橫向載荷驗證 由公式 其中， 帶入數(shù)據(jù)得 由上表可知道在0.5MPA下，缸徑為32最大可阻擋運輸物體的重量為150kgf。 綜上，氣立可專用阻擋直接型氣缸STB-32滿足要求。 4.3．２電動輥子的計算與校核 電動輥子結(jié)構(gòu)如下圖 選取的電動輥子的部分參數(shù)如下圖 已經(jīng)知道，托盤重量為40KG，并且水平輸送。 由公式 其中， 查表帶入數(shù)據(jù)得 即需要21.76N的力才能驅(qū)動托盤。 而單個電動輥子的功率為60瓦，線速度為5.53m/min 由公式 其中， 帶入數(shù)據(jù)得 即電動輥子的驅(qū)動力》阻力，故滿足要求。 4.４機架的計算與校核 本疊盤機的機架采用簡單的框架設(shè)計，其中，大部分采用方管鋼。相互焊接而成。由于整個疊盤機的載荷不大于４００ＫＧ，對于５５×５５×８的方管鋼以及４０×４０×５的方管鋼相互焊接，根據(jù)經(jīng)驗，能夠承載。并且，機架結(jié)構(gòu)有肋板，且沒有受力過于集中的地方，所以無需校核。 4.５零件的計算與校核 4.５．１氣缸安裝梁的計算與校核 前面已經(jīng)初選型號為14a的槽鋼作為氣缸安裝梁。為了保險起見，按照氣缸的理論輸出最大力計算，安裝梁在氣缸安裝處，即中點處受到最大的力３９２５N。其受力圖可簡化如下圖（圖10） 圖10 作出剪力圖和彎矩圖如下（圖11）： 圖11 由《材料力學(xué)》附錄查的，型號為14a的槽鋼 1)按正應(yīng)力強度計算和校核 由公式 得， 顯然 ，滿足要求 2)按切應(yīng)力強度計算和校核 由剪力圖可以看出，最大剪力在梁的中點處。即 由12.6號槽鋼的尺寸可計算 由公式 顯然， 滿足要求 3)按剛度計算和校核 由受力簡圖可以看出，最大撓度在中點處。由《材料力學(xué)》附錄提供的公式 帶入數(shù)據(jù)得 而 由于 綜上，型號為14a的槽鋼滿足條件。 4.５．2其他零件的計算與校核 其他零件的受力不大，故可不用校核。 第五章 總結(jié) 疊盤機是現(xiàn)代物流機械裝備的重要機器之一。在觀看和了解了現(xiàn)階段的疊盤機，再加上自己的理解和改造，這畢業(yè)設(shè)計中，本著取長補短的思想，以及將機器的動作簡單化的理念，設(shè)計了這個自動托盤疊盤機。由于在以前的課程設(shè)計和課堂中廣泛接觸了齒輪傳動、鏈傳動、渦輪蝸桿傳動、帶傳動等，因此，在這次設(shè)計中為了能接觸跟多的知識，故意避免了使用上訴機構(gòu)，而是大量使用了在學(xué)校沒有深入學(xué)習的氣動元件，尤其是氣缸的使用。 這次畢業(yè)設(shè)計是我大學(xué)幾年來所學(xué)知識的綜合運用。通過畢業(yè)設(shè)計，我不僅掌握了機械設(shè)計的方法、步驟和技巧，同時也學(xué)會了查閱工具書和相關(guān)的參考文獻，以及如何編寫產(chǎn)品說明書。在與指導(dǎo)老師和同學(xué)們的交流中，我學(xué)到了書本上學(xué)不到的知識，那就是作為一名工程技術(shù)人員踏入社會，專業(yè)知識固然重要，而嚴謹、仔細、精益求精的工作態(tài)度更重要。還有一點更深的體會就是無論做任何事情都要有一種精神——團隊精神，只靠自己的力量是遠遠不夠的，只有合作才能達到互補的效果，才能真正創(chuàng)造出成果來。要注意和老師和同學(xué)們進行交流討論。但是，通過畢業(yè)設(shè)計，我也發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，那就是生產(chǎn)實踐經(jīng)驗太少，調(diào)研考慮不夠仔細，這就要求我在以后走上工作崗位時，應(yīng)虛心向工人師傅請教，多進行生產(chǎn)實習，以便在進行產(chǎn)品設(shè)計時能理論聯(lián)系實際，做到有根有據(jù)。 最后，特別要感謝范老師、沈老師為我們提供了難得的參觀機會，并在參觀過程中耐心的給我們專業(yè)的講解。有了這些老師的幫助，我們設(shè)計起來得心應(yīng)手。 參考文獻 1. 濮良貴, 紀名剛主編. 機械設(shè)計[M]. 第八版. 北京：高等教育出版社. 1996 2. 周開勤主編. 機械零件手冊[M]. 北京：高等教育出版社. 1994 3. 吳宗澤主編. 機械設(shè)計實用手冊[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社. 1999 4. 劉昌祺主編. 物流配送中心揀貨系統(tǒng)選擇與設(shè)計[M].北京：機械工業(yè)出版社.2004.9 5. 劉鴻文主編. 材料力學(xué)[M]. 北京：高等教育出版社. 2004 6. 張茂方. 液壓氣動知識入門300問[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010-1-1 7. 熊良山主編. 機械制造基礎(chǔ)[M]. 武漢：華中科技大學(xué)出版社. 2007 8. 王一田. 一種主動裝盤卸盤機. 授權(quán)公告號:CN 201785048U　 9. 孫晉軍等. 空托盤堆垛機. 專利號:200720035347.5 10. 林宜龍等. 一種IC全自動托盤式檢測編帶機的空托盤堆積裝置. 專利號 ZL 200720050588.7 致 謝 轉(zhuǎn)眼間，兩個月的設(shè)計已接近尾聲，經(jīng)過這兩個月的努力，我終于完成了自己的設(shè)計任務(wù)！ 本次設(shè)計是在范維華老師的精心指導(dǎo)和親切關(guān)懷下完成的。范老師嚴謹?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、淵博的知識、敏銳的視角和求實的工作作風以及對生產(chǎn)實踐了然于胸的經(jīng)驗，使我受益匪淺。此外，本次設(shè)計還得到了沈敏德老師的幫助。他同范老師為我們爭取到了難得的參觀機會，并且同步為我們獻上了精彩的講解，使我們在知識上廣泛接觸，設(shè)計思路上豁然開朗。導(dǎo)師們在學(xué)習、設(shè)計研究上精心指導(dǎo)，才使我得以順利完成本次設(shè)計工作。從導(dǎo)師們那里我不僅僅學(xué)到的是做學(xué)問的道理，更學(xué)到了做人的道理，使我終身難忘。值此論文完成之際，謹向?qū)煴硎咀钫\摯的謝意。 感謝機械工程學(xué)院老師們的熱情幫助，感謝評審老師對本文認真細致的審閱，及時針對論文不規(guī)范和不足之處提出中肯的意見，使我受益頗多。同時在設(shè)計過程中，雖然每個人的設(shè)計任務(wù)不同，但是當遇到困難時，同學(xué)們?nèi)阅芑ハ嘟涣?、共同探討，找尋解決的辦法，這使我充分感受到做畢業(yè)設(shè)計的樂趣。所以在此我還要感謝在設(shè)計中幫助我的同學(xué)們。 最后，再次衷心感謝所有給過我教誨、鼓勵、關(guān)心和幫助的人們! 41