自動化立體倉庫系統(tǒng)設計—堆垛機及其提升驅(qū)動裝置、貨叉裝置、載貨臺、松繩與過載保護裝置等設計含5張CAD圖

自動化立體倉庫系統(tǒng)設計堆垛機及其提升驅(qū)動裝置、貨叉裝置、載貨臺、松繩與過載保護裝置等設計含5張CAD圖,自動化,立體倉庫,系統(tǒng),設計,堆垛,及其,提升,驅(qū)動,裝置,載貨,過載,保護裝置,CAD 自動化立體倉庫系統(tǒng)設計堆垛機及其提升驅(qū)動裝置、貨叉裝置、載貨臺、松繩與過載保護裝置等設計 Design of Automatic Stereo Warehouse System摘 要隨著生產(chǎn)力的發(fā)展,生產(chǎn)規(guī)模的擴大以及現(xiàn)有土地資源是十分緊張的,故材料倉庫用地擴建難度較大,只能充分挖掘土地潛力,有效利用現(xiàn)有的庫區(qū),因此自動化立體倉庫得到飛快的發(fā)展。它的最大特點主要是因它庫存空間和資源綜合利用率相對較高、易于實時進行自動化的倉儲管理等優(yōu)點。自動化物料倉庫管理是廣泛指一種可以充分利用工業(yè)高層大型貨架等設備進行自動儲運的大型倉庫。利用計算機進行控制管理,大大的提高了倉庫的性能。而且自動化倉儲系統(tǒng)的應用,可以幫助企業(yè)實現(xiàn)快速高效地進行物流運輸和商品的大容量存放,滿足現(xiàn)代化生產(chǎn)、商品的流通。隨著立體倉庫的不斷的發(fā)展，堆垛機得到了大力發(fā)展。其主要的作用是在巷道內(nèi)沿軌道運行。接收到計算機指令后，可以在高層貨架通道內(nèi)來回穿梭，將口處的貨物存放在貨架上，也可以將貨架上的貨物取出，運到口處，完成倉儲作業(yè)。堆垛機由機架、水平行走機構、提升機構、裝載平臺、貨叉裝置、安全保護裝置和控制系統(tǒng)組成。在設計過程中，在滿足其強度、剛度和運行穩(wěn)定性要求的前提下，要綜合考慮結(jié)構的合理性和選用材料的經(jīng)濟性，從而達到質(zhì)優(yōu)價廉的目的。 關鍵詞：自動化立體倉庫；堆垛機；計算機；控制VIABSTRACTWith the development of productivity, the expansion of production scale and the existing land resources are very tight, so the material warehouse land expansion is more difficult, can only fully tap the potential of the land, effective use of the existing storage area, so the automated three-dimensional warehouse has been rapid development. Its biggest characteristic is mainly because of its relatively high comprehensive utilization rate of inventory space and resources, easy to real-time automatic storage management and other advantages.Automatic material warehouse management is widely refers to a kind of large warehouse which can make full use of industrial high-rise large shelves and other equipment for automatic storage and transportation. Using computer to control management, greatly improve the performance of the warehouse. And the application of automatic storage system, can help enterprises to achieve rapid and efficient logistics transportation and large capacity storage of goods, to meet the modern production, the circulation of goods.With the continuous development of the three-dimensional warehouse, the stacker has been vigorously developed. Its main function is to run along the track in the roadway. After receiving the computer instruction, it can shuttle back and forth in the high shelf channel, store the goods on the shelf at the mouth, or take out the goods on the shelf and transport them to the mouth to complete the storage operation. The stacker is composed of a frame, a horizontal walking mechanism, a lifting mechanism, a loading platform, a cargo fork device, a safety protection device and a control system. In the design process, on the premise of meeting the requirements of strength, stiffness and operation stability, we should comprehensively consider the rationality of the structure and the economic selection of materials, so as to achieve the purpose of high quality and low price.Keywords: Automated three-dimensional warehouse; Stacking machine; The computer; Control 目 錄第1章 緒 論11.1概述11.2發(fā)展狀況及發(fā)展趨勢21.2.1國外發(fā)展狀況21.2.2國內(nèi)發(fā)展狀況31.2.3發(fā)展趨勢31.3設計的目的和意義41.4堆垛機的類型51.4.1有軌巷道堆垛機的類型61.4.2巷道堆垛機結(jié)構特點71.5設計的內(nèi)容71.6自動化立體倉庫系統(tǒng)設計前提要求81.7堆垛機主要技術要求8第2章 自動化立體倉庫系統(tǒng)設計之堆垛機總體設計102.1自動化立體倉庫設計原則102.2自動化立體倉庫系統(tǒng)設計之堆垛機總體方案設計102.2.1自動化立體倉庫系統(tǒng)設計之堆垛機工作原理102.2.2自動化立體倉庫系統(tǒng)設計之堆垛機提升驅(qū)動裝置設計方案102.2.3自動化立體倉庫系統(tǒng)設計之堆垛機機架的設計112.2.4自動化立體倉庫系統(tǒng)設計之堆垛機載貨臺和貨叉裝置的設計結(jié)構112.2.5自動化立體倉庫系統(tǒng)設計之堆垛機安全保護裝置112.2.6自動化立體倉庫系統(tǒng)設計之堆垛機松繩與過載保護裝置122.3自動化立體倉庫貨架系統(tǒng)122.4托盤的選擇13第3章 堆垛機起升機構的設計163.1起升機構的總體選型163.2卷筒的設計183.2.1卷筒部件計算183.2.2齒輪連接盤的計算23第4章 堆垛機貨叉的設計264.1貨叉?zhèn)鲃友b置的總體選型264.2貨叉?zhèn)鲃育X輪、齒條的計算264.3貨叉?zhèn)鲃渔溳啞㈡湕l的設計計算30第5章 控制系統(tǒng)325.1 自動化立體倉庫PLC功能控制流程325.1.1查詢貨物有無功能模塊325.1.2入庫作業(yè)功能模塊335.1.3出庫作業(yè)功能模塊33總結(jié)36參考文獻37致謝40 第1章 緒 論1.1概述自動化立體倉庫是物流系統(tǒng)的重要組成部分。它是一個非常智能的系統(tǒng)，可以自動存儲和取出材料，而不需要直接人工處理。它是隨著社會的發(fā)展而形成的高科技產(chǎn)品，它對提高生產(chǎn)力、減少成本具有很大的意義。它是20世紀60年代初的新生事物。20世紀70年代，它迅速發(fā)展了起來，現(xiàn)在逐步走向成熟。為什么自動化立體倉庫發(fā)展得這么快?這是因為它給人們來了很多好處，它在生產(chǎn)上的應用，已經(jīng)取得了比較大的效益。目前，這種倉庫在一些工業(yè)發(fā)達國家已經(jīng)是十分普及了。其中日本是自動化倉庫發(fā)展速度最快、數(shù)量最多的國家。自動化立體倉庫在我國雖然還處于發(fā)展階段，但是很多企業(yè)在這方面已取得了一些明顯的成績。那么，什么是這種自動化高的倉庫？這種倉庫包含了廣泛的內(nèi)容和含義。從字面上講，立體倉庫是指倉庫向高空發(fā)展。立體倉庫的高度一般在十幾米到幾十米之間，那么立體倉庫和普通倉庫有什么區(qū)別呢？主要區(qū)別是: 以前普通的倉庫是在平面地板上堆垛物資，而在立體倉庫里是成行成列的貨架，這些貨架跟書架一樣，它分成許多貨格，每個貨格都是存放貨物的空間單元。搬運工人往往是將貨物放在集裝箱內(nèi)或托盤上，再將整個集裝箱或托盤放入貨格中。如果不借助新型的搬運工具，就沒有辦法在立體倉庫里完成存取貨物的作業(yè)。這說明隨著自動化立體倉庫的建立，人拉肩扛的工作方法已經(jīng)不適用了，即使一般的鏟車和叉車也難以勝任存取工作。在自動化立體倉庫中必須使用一種專門的搬運堆垛機。這種堆垛機可以在貨架之間的巷道中來回上下的運行，并能把貨物放進左右貨格中。它專門負責存取貨架上的小型集裝箱和托盤。這種作業(yè)于立體倉庫中的機器器為巷道式堆垛機，簡稱為堆垛機。堆垛機可以手動操作，操作員就像火車車司機一樣，按動前進、后退、上升、下降等控制按鈕，堆垛機便會相應地運動。堆垛機也是可以自動控制運行的，操作員只需設置好堆垛機的作業(yè)功能、目標位置，堆垛機便會自動地完成存取作業(yè)，我們稱這種具備自動作業(yè)功能的堆垛機為自動堆垛機。若整個倉庫實現(xiàn)計算機管理，堆垛機的指令由管理系統(tǒng)自動下達，從而形成整個倉庫的計算機管理和控制，我們稱這種倉庫為自動化倉庫。其中，計算機管理部分稱為計算機管理系統(tǒng)。由于自動化倉庫中存儲的物料種類多、數(shù)量多、信息量大，傳統(tǒng)的手工管理方法顯然不適用，只能依靠計算機來管理。計算機在自動化倉庫管理中的主要功能是：物料的配送；所有貨物的統(tǒng)一管理和分配；負責倉庫內(nèi)所有儲運機械的監(jiān)控和管理；信息存儲和處理。1.2發(fā)展狀況及發(fā)展趨勢堆垛機是在建立立體倉庫的基礎上發(fā)展起來的一種專用于倉庫起重的機器14。堆垛機是立體倉庫中十分重要的起重運輸設備。它主要是在專用高架立體倉庫的通道內(nèi)來回運行，將起始端的貨物運至貨架內(nèi)，或?qū)⒇浖軆?nèi)的貨物取出運至起始端，完成相應的出入庫作業(yè)。 1.2.1國外發(fā)展狀況二戰(zhàn)之后，隨著生產(chǎn)力的快速發(fā)展，生產(chǎn)使得對原材料，配件，半成品，成品的數(shù)量不斷增加，傳統(tǒng)的倉庫存儲在進出和作業(yè)特點上已經(jīng)日益不能適應生產(chǎn)過程對物流流通的需要，另外，人力資源成本和勞動成本的增加，使得倉儲向空間發(fā)展和自動化發(fā)展成為一種必然。城市化的快速發(fā)展和地價的上漲，倉庫高層貨架有成為了一種必然。高層倉庫的出現(xiàn)，便要求相應的專用物料裝卸搬運設備，機械工業(yè)和電子工業(yè)的發(fā)展，就為倉庫自動化提供了有利技術支持，使得堆垛機及與之相配合的控制設備相繼問世。在上個世紀50年代初，其中美國就已經(jīng)開始首先使用高層貨架了，它是采用的橋式堆垛機。由于這種堆垛機操作方式是十分受限的，但由于這種倉庫是十分實用的，則這種倉庫走上不斷優(yōu)化的道路，當?shù)搅?0年代末60年代初，美國高層貨架倉庫中就率先出現(xiàn)了堆垛機，由司機控制，提高了工作效率和空間利用率。在現(xiàn)實中只要一個事物對我們生活是十分有益的，則這個事物是會不斷發(fā)展的。到了六十年代初，計算機系統(tǒng)控制就已經(jīng)開始在倉庫中出現(xiàn)了并且使用了，引入了計算機則使倉庫的智能化更上一層樓，由此跨入了快速發(fā)展的道路，特別是在歐美一些國家發(fā)展迅猛。在20世紀末，自動化立體倉庫開始在世界范圍內(nèi)迅速發(fā)展。據(jù)統(tǒng)計，到了這個世紀的20年代，日本所有的自動化立體倉庫將達到3.8萬多個，美國將達到2萬多個，并且巨型立體倉庫高度將會超過40米的。1.2.2國內(nèi)發(fā)展狀況與其他發(fā)達國家相比相比而言，我國自動化立體倉庫發(fā)展起步是比較晚的。70年代在我國開始使用堆垛機和高層倉庫。據(jù)官方發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示，全國這種倉庫的面積由2012年的1.4億平方米增加到2017年的2.74億平方米，2017年和2018年，中國新建自動化立體倉庫超過800個。截至2018年底，我國這種倉庫的面積約為2.91億平方米，數(shù)量約為5000個。2019年，中國將有約6000個自動化立體倉庫。堆垛機隨著倉庫發(fā)展，也得到了快速的發(fā)展和十分廣泛的應用，如產(chǎn)品制造業(yè)，郵電業(yè)，交通運輸業(yè)，物流配送中心等各行各業(yè)。我國自動化立體倉庫的發(fā)展在一些特定行業(yè)的表現(xiàn)是比較突出的，主要有：1）制造業(yè)、鐵路、石油行業(yè)等對自動化立體庫的需求較大。特別是在近些年來，隨著市場對這些事物的需求越來越大，對于自動化立體倉庫的應用也是越來越大。2）我國幾個主要大都市圈的輻射式發(fā)展，決定了中心城市人口資源極度密集，流動人口和車輛交通是主要問題。越來越多的中心城市建設了越來越多的螺旋式地下車庫，可以有效緩解地面停車難的問題。3）乳業(yè)、海鮮等企業(yè)對自動化立體庫需求大，尤其一些產(chǎn)品需要冷凍保存運輸，需要建造相應符合條件的冷凍庫，自動化立體倉庫比普通老式倉庫更適用于冷凍庫。4）“工業(yè) 4.0”，“人工智能”，“萬物聯(lián)網(wǎng)”，“電子商務”等眾多概念助力自動化立體倉庫蓬勃發(fā)展。以智能制造為核心的第四次產(chǎn)業(yè)革命，大力推進物聯(lián)網(wǎng)、數(shù)字技術和自動化技術。國內(nèi)大型電子商務物流公司的服務商，主要以京東物流和菜鳥物流園為依托，紛紛建立自動化立體倉庫。所以研究自動化立體倉庫具有很大的市場經(jīng)濟意義。1.2.3發(fā)展趨勢隨著工業(yè)的快速發(fā)展，以及各種高新技術的面世和市場競爭已經(jīng)變的日益激烈，這些種種的原因，促使我們對自動化立體倉庫的要求更高了。實現(xiàn)它的系統(tǒng)柔性化，采用高效輸送設備以及簡潔的物流線路是它的發(fā)展趨勢。目前，自動化倉庫已經(jīng)進入智能儲運技術階段。貨架將會向更加穩(wěn)定和更加簡潔安全的方向發(fā)展。那么對于堆垛機來說，引用高質(zhì)量的物理外形和更高性能的設備，使堆垛機的定位精度變的更高，提高搜索能力和作業(yè)速度，獲得更高的生產(chǎn)能力，是以后的發(fā)展趨勢。隨著科技的不斷的進步，倉儲技術將進一步向更加智能化方向發(fā)展。 2014 年，“亞洲一號”智能化立體庫的出現(xiàn)，使自動化倉儲的發(fā)展邁向了一個新臺階。截至2017年9月，“亞洲一號”百分之九十以上的業(yè)務實現(xiàn)自動化。2016 年 8 月 15 日，推出了首個全自動化倉庫，標志著倉儲操作進入了全新技術水平，說明自動化立體倉庫系統(tǒng)正逐步向第五代“3I”立體倉庫系統(tǒng)發(fā)展。1.3設計的目的和意義 自動化立體倉庫系統(tǒng)是在計算機、自動化、控制工程、高精度gps等技術發(fā)展的基礎上建立起來的，其改善了倉庫物流系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)形式和管理技術。倉庫其中的設備是十分關鍵的技術設備，因為貨物大部分時間都是在倉庫中停留和周轉(zhuǎn)的，所以其設備和技術的智能化程度對自動化倉庫的高效利用尤為重要。因此，有必要對其進行研究和設計。傳統(tǒng)的倉儲設備是非常少的，它主要靠人工維護，存取貨物由人工操作，效率低下。倉庫自動化的引入將人們從倉庫中解放出來。在傳統(tǒng)的倉儲中，貨物的倉儲過程和環(huán)節(jié)比較復雜，而倉儲自動化則簡化了這些環(huán)節(jié)。通過直接引進計算機、自動控制技術、人工智能等高新技術對倉儲機械進行技術升級15，倉儲機械的技術性能將得到極大提高，通過操作機械設備完成和之前同樣的操作工作。系統(tǒng)的設計自動化倉庫，目的就是為了簡化某些環(huán)節(jié)推動自動化倉庫發(fā)展，同時為了節(jié)省資源。倉庫中通過對電腦的應用,避免了人工操作貨物進行信息處理的過程中因為人工操作,而出現(xiàn)有可能導致的錯誤。同時,計算機的管理也更加地十分便捷了倉儲,最大限度地利用了整個倉庫的內(nèi)部存儲空間,從而改善了倉儲管理的效率。這樣,貨物的儲運以及管理能夠做到非常及時、精細化,使得企業(yè)對生產(chǎn)的適應性以及決策能力都可以得到較為重要程度的發(fā)展。與以往的倉儲方式相比,這種類型的倉庫主要具有以下的優(yōu)點19:大大提高了在倉儲過程中的空間和利用率;十分重要有利于建立和形成先進的生產(chǎn)和管理體系,提高企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營和管理水平;加快了貨物的運輸和進出,降低了人員的工作勞動強度,提高了生產(chǎn)的效率;當使用托盤或集裝箱等設備來貯藏貨物時,貨品的損耗會明顯降低;減少了庫存和積壓,提高了資金周轉(zhuǎn)的速度。 這種倉庫單位面積的存儲容量是普通倉庫的5-8倍28。目前，世界上最高的立體倉庫可達到40米以上，庫容達到了10萬以上28，單位面積的存儲量可達到6.5噸/平方米，自動化倉庫在節(jié)約土地資源方面有很好的效果，因此，它的應用將使未來的存儲發(fā)展產(chǎn)生很大的改變。通過自動化立體倉庫堆垛機的設計，完成堆垛機及其升降驅(qū)動裝置、貨叉裝置、裝卸平臺、松繩及過載保護裝置的設計，實現(xiàn)能及時、準確地將貨物自動送到指定位置，而加深對自動化立體倉庫的認識。1.4堆垛機的類型 堆垛機作為自動化立體倉庫一個十分關鍵部件，它擔負著貨物運輸?shù)拇蟛糠秩蝿?。根?jù)是否有導軌和移動方式，將堆垛機分為，橋式堆垛機和巷道式堆垛機。橋式堆垛機依靠吊在上部的軌道架來承擔其全部的重量，并且利用吊在上部的軌道架來實現(xiàn)貨物的運輸。而巷道堆垛機的主要是依靠位于地面上地軌和行走機構來運動，它的穩(wěn)定性是非常高的。因此，巷道堆垛機在現(xiàn)實生活中的占比是越來越大。與橋式起重機相比，巷道式堆垛機具有以下特點：這個堆垛機的通道寬度較小，沒有橋式堆垛機的一些相應的限制；橋式堆垛機不易采用自動控制，但更傾向于手動控制或半自動控制，自動化程度不高；這種道式堆垛機在不給頂部橋式堆垛機留大空間的情況下，可節(jié)省空間，方便倉庫建設，提高空間利用率。圖1-1 巷道式堆垛機三維圖及實物圖 1.4.1有軌巷道堆垛機的類型 （1）按其結(jié)構可分為：雙立柱堆垛機由兩根獨立的柱子、上部橫梁、下部縱向橫梁、攜帶貨物叉車的運輸載荷平臺及提升設備組成。立柱,上橫梁和下縱向橫梁共同構成一個矩形結(jié)構的框架。立柱有兩類:方管和圓管。方管本身是可以用作升降引擎導軌的,但是圓管是不能。這種堆垛機最大的主要優(yōu)點之一就是它具有較高的強度和剛性,在啟動和剎車時速度都是十分迅猛的,運行也是十分平穩(wěn)的。 單立柱堆垛機該機架主要由一根立柱,下橫梁及上橫梁共同組成。整機的重量也是非常輕的,材料在工業(yè)中的使用量也是比較小的,制造費用和成本也是相對較低,但它的強度和剛性略有不足,穩(wěn)定性也是不好的。由于載貨臺對立柱有偏心位置作用,以及水平慣性力的影響,故它在具體應用上存在著較大的局限性。不適合應用于技術提升量大、水平操作速度快等復雜條件下的一些場景。（2）根據(jù)支撐形式的不同，可分為： 懸掛式堆垛機 它是掛在巷道上方的軌道上，在門架下部的導向輪是夾在導軌兩側(cè)的。并且應該保留有一定的空隙,以便于有效防止物料堆垛機在正常工作時的正常運行中可能發(fā)生過大擺動和出現(xiàn)傾斜的制動。地面支撐式堆垛機堆垛機的運行軌道是鋪設在地面上的，堆垛機是由下行走輪來支撐和驅(qū)動的，上導輪用于防止堆料機傾倒或擺動。需要增加立柱截面在行走方向上的轉(zhuǎn)動慣量。（3）根據(jù)其運行軌跡的不同形式，可分為：直線運行堆垛機直線式的堆垛機就是一種只能做到的是在某一個巷內(nèi)的直線式運行,它是不能自行直接改變巷道的。它在倉庫中作業(yè)的運動速度也是很快,滿足了倉庫中作業(yè)的高頻率,它的應用在目前來說是最為廣泛的。曲線運行堆垛機它的兩個行走輪和下面的橫梁都一樣是可以通過兩個縱梁橫軸互相進行鉸接的,可以在一條曲線運行軌道上直接進行移動運行,它也就是縱軸可以從一條曲線巷道上直接進行轉(zhuǎn)移移動到其他一條曲線巷道。曲線式堆垛機的使用由于使用的局部性問題比較嚴重,靈活性不高，所以是比較低的。綜上所述，本文所研究的堆垛機為雙立柱結(jié)構，地面支撐，軌道呈直線運動。1.4.2巷道堆垛機結(jié)構特點（1） 整機結(jié)構是比較高的并且是十分窄的；（2） 金屬結(jié)構除了滿足強度要求外，還必須一定要有滿足的剛度，以保證安全；（3） 它有一個非常自動的放取裝置，向外延伸；（4） 要求在快速運行條件下穩(wěn)定、準確；（5） 安全性能要求高，需要有防護裝置；（6） 室內(nèi)設備，要求振動小，噪聲低1.5設計的內(nèi)容首先，對現(xiàn)有堆垛機的工作原理和設計方法進行分析和探討，了解堆垛機的設計思想，探索各種解決方案。其次，討論了設計方法、原理和可行性，并進行對提升機構與貨叉的結(jié)構設計和運動學計算。再次，研究堆垛機的各種模式下的工作狀態(tài)和對貨物是如何識別控制的。對貨架的結(jié)構和托盤的種類進行選擇。再次，繪制相關圖紙。最后，堆垛機的研究應注意：（1）三維運動功能（2）能滿足一定的定位精度（3）在滿足其他條件的前提下，各部分應盡量輕，以減少摩擦阻力，并提高壽命。1.6自動化立體倉庫系統(tǒng)設計前提要求為了設計一套符合市場需求的自動化立體倉庫，必須做以下工作： 1) 首先，我們需要了解自動化立體倉庫市場的具體需求，并設計一套滿足市場需求的系統(tǒng)。在進行方案設計前，一定要學習相關知識，進行實地調(diào)查和調(diào)研，了解設計的具體需求； 2) 根據(jù)實際的狀狀，制定合理的規(guī)劃，我們要盡可能節(jié)約空間，減少成本，提高倉儲率； 3) 應要注意儲存區(qū)的溫濕度，并且要保持良好的通風；4) 倉庫需要制定相關的安全措施，并注意防水、防火，加強安全保衛(wèi)，確保倉庫貨物的安全28； 5) 我們需要考慮“貨物”、“流動”和“數(shù)量”，“貨物”是指保存什么貨物，有關的尺寸和規(guī)格是什么，重量是多少?！傲鲃印笔侵缚紤]貨物的運輸路線，“數(shù)量”是指在業(yè)務中確定貨物進出倉庫的流量，因為它涉及到設備的設計； 6) 各種設備的移動線路應盡可能短，以此能有效的提高作業(yè)效率。要考慮系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性，系統(tǒng)的運行是保證立體倉庫順利運行的核心；7) 在實現(xiàn)功能的前提下，我們應降低成本，盡量簡化流程，實現(xiàn)價值最大化； 8) 我們應要滿足經(jīng)濟環(huán)保的要求。1.7堆垛機主要技術要求(一)金屬結(jié)構件要求1.上橫梁的水平彎曲值f1應不大于K1000，K為上橫梁全長。2.下橫梁的水平彎曲值f2 應不大于B1000，B為主、被動輪軸距。3.下橫梁是只允許上拱的，其上拱度F值應不大于B1000。 (二)貨叉工作性能要求1.在設計時，堆垛機的載貨臺在升降時，貨叉到達各層貨格的進出位置，及最高、最低工作位置應符合相應的設計與實際要求。2.在承載額定質(zhì)量貨物的時侯，貨叉的工作行程是一定要符合設計要求的，當貨叉向外伸出為最大行程的時侯，貨叉最外側(cè)的端部下?lián)蠎刂圃?0mm之內(nèi)，以防止貨叉造成嚴重的彎曲變形。3.速度的選擇應符合要求，并且誤差應嚴格控制在5毫米之內(nèi)。4.當貨叉取貨時，如有障礙，貨叉應及時停止伸出。(三)控制部分要求巷道堆垛機是實現(xiàn)自動化立體倉庫無人化作業(yè)的主要部件，它直接關系到整個倉庫物料人/出庫作業(yè)的成敗。堆垛機上通常設置一個控制柜，實現(xiàn)整個堆垛機系統(tǒng)的自動運行?？刂茊卧x用可靠性高、抗電磁干擾能力強的PLC和變頻器。表1-1 標準雙立柱巷道堆垛機主要技術性能與參數(shù)額定起升重量（t）0.8；1.0；1.5；1.8；2.0托盤規(guī)格尺寸（mm）800*1000；800*1200；1000*1200或任意貨叉類型單貨叉；雙貨叉；三貨叉；四貨叉貨叉伸縮速度（m/min）15（變頻調(diào)速）水平運行速度（m/min）5180（變頻調(diào)速）垂直起升速度（m/min）2/12；4/16；5/20（雙速）或者變頻調(diào)速30停位精廢（mm）水平510；垂直25總功率（KW）10最低貨位標高（m）0.56最高貨位標高（m）43整機全高（m）45導電方式滑導線；電纜小車通信方式載波通信；遠紅外通信控制方式手動；半自動；單機自動；聯(lián)機自動出入庫作業(yè)方式揀選式；單元式；混言式第2章 自動化立體倉庫系統(tǒng)設計之堆垛機總體設計2.1自動化立體倉庫設計原則為了使自動化立體倉庫更加智能、操作更流利、造價更低，在設計時應遵循一些原則：（1）考慮系統(tǒng)的安全原則；（2）簡化原則；（3）最少的人工處理；（4）倉庫空間要有效利用；（5）使用合適的設備；（6）具有較高的利用率原則；（7）移動距離最短原則；（8）要易于管理和操作。2.2自動化立體倉庫系統(tǒng)設計之堆垛機總體方案設計2.2.1自動化立體倉庫系統(tǒng)設計之堆垛機工作原理 在地軌上的水平行走機構的電機通過驅(qū)動聯(lián)軸器，帶動與地軌相接觸的車輪在下導軌上做水平往復運動27。提升裝置的電機通過正反轉(zhuǎn)，來帶動載貨臺做垂直方向上的升降運動。位于載貨臺上的貨叉則通過有效的傳動，來做伸與縮的運動，從而實現(xiàn)貨物到達與離開的操作。通過上述這些立體的操作運行，可以將位于指定地點的貨物取出或著運送到指定的地點。通過尋址、識別技術和光電轉(zhuǎn)換技術，來實現(xiàn)操作者對倉庫的智能控制。2.2.2自動化立體倉庫系統(tǒng)設計之堆垛機提升驅(qū)動裝置設計方案 提升驅(qū)動裝置的作用，是讓裝載平臺能夠在垂直方向上移動。它主要由電機、減速機、卷筒或鏈輪及相應的柔性部件組成。它的運行過程是，由電機產(chǎn)生周向的力，來帶動卷筒轉(zhuǎn)動，由卷筒卷住柔性件，以此來提升裝載平臺。鋼絲繩和提升鏈是我們現(xiàn)實生活中兩種常用的柔性部件。但是鏈條的缺點是它本身的重量是比較大的大，也是非常容易突然斷裂的，所以這個方案是非常不安全的。因此，本設計中是選用鋼絲繩的。鋼絲繩具有重量輕、工作噪音低、維護方便、使用安全等一系列的優(yōu)點。繩的一端是固定在機架的上橫梁上的。通過驅(qū)動安裝在載貨臺上的兩個動滑輪，來與貨臺連接。另一端則是固定在滾筒上，形成傳力閉環(huán)，構成堆垛機的提升驅(qū)動裝置。2.2.3自動化立體倉庫系統(tǒng)設計之堆垛機機架的設計機架的立柱是一種箱式矩形結(jié)構，而該矩形結(jié)構截面是由角鋼和鋼板相焊接行成的，它是具有抗扭、抗彎剛度高 、耐磨性好等一些良好的特點。上下橫梁是由四塊鋼板焊接而成的，具有較大的抗扭彎的鋼度。并且是與立柱焊接相連接的，這樣保證了它們之間的連接是十分穩(wěn)定的，防止了對其它設備的損壞。2.2.4自動化立體倉庫系統(tǒng)設計之堆垛機載貨臺和貨叉裝置的設計結(jié)構載貨臺主要是由槽鋼、方管和鋼板焊接而成。它的結(jié)構是相對簡潔明了的，它的每側(cè)都是配有四個導向輪的，在它的最高處還是有兩個頂輪的，來與鋼絲繩接觸，達到使載貨臺上升與下降，通過這幾個輪的應用確保裝載平臺能十分穩(wěn)定正常的運行。載貨臺的立板，則是選用厚度為20mm的鋼板。貨叉裝置是堆垛機存取貨物的執(zhí)行機構，它是堆垛機上一個十分重要的機構，是關系到貨物能否準確到達和離開貨架。在本設計中是采用兩級線性差動伸縮叉。它是由上叉、下叉和滾針軸承組成，下叉固定在載貨臺本體上，起支承作用，上面的上叉叉取貨物。2.2.5自動化立體倉庫系統(tǒng)設計之堆垛機安全保護裝置堆垛機是一種用來起重的機器，并且是在巷道中運行的，而且速度還是比較快的。因此，則一定要有保護措施。主要是有：聯(lián)鎖保護。如果當堆垛機在行走提升和貨叉伸縮其中有一個運行的時侯，另一個則會被切斷。斷電保護。正位虛實檢測控制。堆垛機存放貨物時，需要先檢測要存放貨物的位置是否有貨物，以防重復存放，造成事故。限速器和安全裝置保護。為了防止因鋼絲繩斷裂或裝載平臺過載而引起的裝載平臺墜落事故，在堆料機的設計中必須考慮限速器和安全裝置。2.2.6自動化立體倉庫系統(tǒng)設計之堆垛機松繩與過載保護裝置這個保護裝置我是采用彈簧滑塊機構的，它的原理是：通過鋼絲繩的張力變化，從而引起彈簧膨脹的一些變化，來控制電機的斷電，從而起到保護的作用。這個保護裝置是控制堆垛機平臺裝載狀態(tài)的一種保護裝置。如果當平臺上的重量超過最大允許值的時侯，由于松繩張力和裝置中的張力彈簧會產(chǎn)生不同的行程，從而切斷相應的電源，非常及時的使起升機構停止運行，來保護設備；如果當裝載平臺上的重量小于最小允許值時，松繩過載保護裝置中的彈簧可通過提升鋼絲繩的張力縮回產(chǎn)生不同的行程，從而切斷提升電機回路的電源或總電源，并及時停止起升機構，保護設備。 2.3自動化立體倉庫貨架系統(tǒng)貨架是一種承載貨物的部件，則他的強度和穩(wěn)定性一定要滿足要求。來保證它在各種工況下不被損壞。貨架的使用為了能更好，貨架還一定，要對它的精度和變形能力具有一定要求。因此，如何設計出精度和剛度滿足工藝要求的立體貨架是立體貨架設計中的一個重要問題。貨架基礎是保證貨架結(jié)構高精度的關鍵。施工后的不均勻沉降，對貨板的應力和變形是有很大的影響。因此，貨架一般是采整體式的結(jié)構，從而來降低不均勻沉降帶來的危害。為了提高貨架的一定的精度，保證貨架在所有的情況只有輕微的變形，所以是一定要用水平和垂直支撐部件。每排的貨架面向行道的一側(cè)應用于貨物進出，因此只能設置在貨架的背面。在每個架子片中，前后立柱通過斜桿和水平弦桿連接成一個桁架，這樣整個架子也連接成一個桁架。而水平面上的支撐系統(tǒng)，在貨架的頂部和底部可以使用水平桁架將整個貨架連接成一個整體。通過在垂直面和水平面上的支撐系統(tǒng)，貨架更加穩(wěn)定，貨架的整體剛度大大增強。貨架投資是很大的，并且它的建造時間是很成長的，同時它對鋼的用量是最大，由于它的一些特性，它對倉庫的運行是有很大的影響。由于它對倉庫十分重要，所以我們合理選擇和設計經(jīng)濟型貨架是十分重要的，要盡可能的要選用一些質(zhì)量輕的鋼，來減輕貨架重量，降低對倉庫地面的承壓力，以滿足儲存的需要。貨格的大小決定了倉庫面積和對空間的使用率。貨格尺寸的大小是與單位貨物周圍的凈空和貨架尺寸是有關的。 它的貨架主要是有兩種的。對于牛腿式貨架，考慮到它的特點，每個貨格我們是通常只放一個貨物的。橫梁式貨架而是，每個貨格通常設計成可以放兩個單元貨物的形式。由于需要考慮到貨架的強度、剛度以及整體穩(wěn)定性，且要結(jié)合實際的情況保證貨架可以長時間使用以延長倉庫的使用年限等因素的作用下，可考慮貨架使用橫梁式貨架，并且每個貨放且僅放一個單元貨物。2.4托盤的選擇貨盤的選擇應首先考慮貨物的包裝規(guī)格和在貨盤上的擺放方式，然后考慮貨盤的防滑系數(shù)、貨盤底部與鏈傳動設備的協(xié)調(diào)性、貨叉的高度，貨架的承載能力、永久變形、平面撓度等。一、托盤材質(zhì)托盤的種類是有好幾種的，而不同材質(zhì)托盤的使用和成本是不太相同的。托盤的選用應考慮材料的形狀、性質(zhì)、承載能力和經(jīng)濟性等因素，同時我們也要考慮其他的一些顯示因素，如，也要根據(jù)實際情況做出選擇。故，我們要綜合各個方面做出最合理的選擇。表2-1 托盤種類托盤種類托盤介紹木托盤托盤是由原木制成的。在生產(chǎn)過程中，我們?yōu)榱艘档推鋬?nèi)的含水量，同時要把一些內(nèi)應力去了，故，我們要對它干燥成型的操作，然后經(jīng)過一系列的加工，從而把它達到型材板塊的形式。在經(jīng)過裝訂形成半成品托盤，最后在經(jīng)過一些表面的處理，形成成品。材質(zhì)不同則它的性能會不同。要嚴格控制托盤原木的含水率，因為含水率是導致托盤變形，甚至開裂，影響其使用壽命的重要因素。塑料托盤塑料托盤分為注塑托盤和中空吹塑托盤，其中注塑托盤應用廣泛。通常，塑料托盤是指注塑托盤，即在高壓下加熱塑料顆粒并將其注射到金屬模具中。塑料托盤生產(chǎn)工藝少，生產(chǎn)效率高，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。塑料托盤大多以PP（聚丙烯）或HDPE（低壓高密度聚乙烯）為主要原料，抗沖擊性非常好。金屬托盤金屬托盤包括重載鋼制托盤、鍍鋅鋼板托盤和金屬箱式托盤等，由鋼板焊接成型。由于鋼材本身的剛性好、加工簡易，托盤制作中可以選取不同牌號、不同厚度、不同外型尺寸的鋼板，根據(jù)實際的使用要求來定制。鋸木托盤鋸木托盤由鋸木在模具中高溫高壓條件下成型，可套疊堆垛，節(jié)省空間，成本低，自重輕，但承重能力小。紙托盤此托盤價格低，重量輕、承載能力差、防潮性差、性價比低。 塑木托盤塑木托盤由鋸材和塑料按一定比例壓制成塑木板材，用螺栓固定而成托盤。塑木托盤綜合了部分木質(zhì)托盤和塑料托盤的特點，具有良好的防潮、防腐、耐酸堿性能，但其重量比較大。二、托盤的單面與雙面單面托盤只能一面使用，其表面有網(wǎng)格狀和平板狀兩種。雙面托盤的兩面結(jié)構是相同的，兩面可互換使用。對于自動化立體倉庫來說，選擇單面貨架系列托盤和雙面貨架系列托盤都是可以。綜上所述，考慮到各種托盤性能，以及自動化立體倉庫的承重和運行等實際情況，所以選擇單面的塑料托盤。第3章 堆垛機起升機構的設計3.1起升機構的總體選型提升的質(zhì)量300Kg，速度為v=0.5m/s，起升高度H=8m1.定機構的工作級別載荷狀態(tài)和利用等級是設計的依據(jù)，現(xiàn)在利用設計原始數(shù)據(jù)和實際的運行情況，來選定如下如下的參數(shù)：利用等級T4，載荷情況L2，工作級別M4 2.計算鋼絲繩最大靜拉力并選擇鋼絲繩 根據(jù)實際情況，用單聯(lián)形式的滑輪組，此時：m與n是相等的 m滑輪組倍率n懸掛物品撓性件分支數(shù) 提升機構是選用的是，十分省力的鋼絲繩和滑輪， n為2，m也是為2鋼絲繩最大靜拉力為: Smax=Qqa0=3009.81210.98=1502N （3-1）Q起升載荷（N），Q=Cpg ,g=9.81m/s2 Cp提升質(zhì)量（kg）qa滑輪組分支數(shù)q滑輪組倍率a滑輪組鋼絲繩根數(shù)0機構的總效率，取為0.98本機構中q=2,a=1依據(jù)最大靜拉力選擇67型的鋼絲繩，鋼絲強度極限i=1570MPa取選擇系數(shù)C=0.099鋼絲繩直徑為d=CSmax=0.0991502=3.84mm （3-2）取d=6mm 鋼絲繩的最小破斷拉力F0=8.34KN（纖維芯鋼絲繩），鋼絲繩的安全系數(shù)為n=1000F0Smax=10008.3415025.554.5，滿足要求3.確定最小的卷繞直徑取彎曲頻率系數(shù)h2=1，卷筒的工作級別系數(shù)h1=16，滑輪的工作級別系數(shù)h1=18，卷筒最小直徑Ddmin=h1h2d=1616=96mm， （3-3） 滑輪最小直徑Dcmin=h1h2d=1816=108mm （3-4）設計采用，齒輪連接盤式的，單層式的卷筒 取卷筒直徑（即卷筒名義直徑）Dd=140mm，則以鋼絲繩圈中心測量的卷筒直徑為146mm卷筒為標準槽形的卷筒，槽距t=7mm，則總長L=qHDd+6t=2810003.14146+67=287mm （3-5）取L=300mm，滿足要求卷筒槽形的槽底半徑R3.3mm卷筒壁厚=0.02D+610=0.02140+610=8.812.8 （3-6）取=10mm卷筒強度計算：1=A1FmaxPcp （3-7） 其中Fmax=1502N，A1=0.75，=10mm，P=7mm材料為鑄造碳鋼ZG270500，則cp=s2=2702=135MPa1=0.751502107=13.4MPacp，是符合要求的鑄鋼滾筒，應該進行退火處理，并且其表面不能有損壞選用繩槽底部，測得直徑220mm的標準滑輪。4.選擇電動機并驗算制動力矩選擇的是繞線式的交流感應電動機 靜功率為Pst=Qv1000m=3009.810.510000.851=1.73KW （3-8）v額定起升速度（m/s）機構效率，初算時近似取=0.85m電動機的數(shù)量電機選用的是Y100L1-4型的，它的功率是2.2KW，它的額定力矩是2.3Nm ，它的同步轉(zhuǎn)速是1430r/min取M=2.3，對繞線電動機，H=2.1，因此HmMQv1000=2.112.33009.810.510000.85=1.58KWPn=202KW，滿足要求制動安全系數(shù)取k=1.75（重要起升機構），效率取0=1，于是Tb=kQRqi0=1.753009.8173223.3410001=8.05Nm，滿足要求，其中 Tb最小制動轉(zhuǎn)矩R卷筒半徑，R=1462=73mm3.2卷筒的設計3.2.1卷筒部件計算卷筒名義直徑D是140mm，螺旋節(jié)距t是7mm，卷筒長度L是300mm。壁厚=10mm，繩的最大靜拉力Smax=1502N（1）卷筒心軸的計算材料是45號鋼，并且要經(jīng)過調(diào)質(zhì)的處理。心軸力的支點位置草圖，如下圖3-1所示。 圖3-1 卷筒心軸的支點位置圖3-2 卷筒心軸的計算簡圖.支座反力RA=1502316-25.5+150246.5316=1602NRB=1502316-46.5+150225.5316=1402N軸右輪轂支承處最大彎矩M=RB46.5=140246.5=65190Nmm軸左輪轂支承處最大彎矩M=RA25.5=16.0225.5=40850Nmm經(jīng)計算故選用右輪的最大彎矩值.疲勞計算采用的是等效彎矩，取=1.1，故等效彎矩Md=KdM=1.165190=71710Nmm (3-9)彎曲應力=Md0.1d3=717100.1313=24.1MPa (3-10)軸的載荷變化為對稱循環(huán)軸的材料為45號鋼b=600MPa;s=300MPa;-1=0.43b=258MPa許用彎曲應力-1=-1K1n (3-11)式中n=1.6安全系數(shù)K應力集中系數(shù)，K=KxKm=1.41.15=1.61 Kx=1.4與零件幾何形狀有關的應力集中系數(shù) Km=1.15與零件表面加工光潔度有關的應力集中系數(shù)故-1=2581.6111.6=100MPa-1，通過.靜強度計算卷筒軸屬于起升機構低速軸零件，其動力系數(shù)取為c2=1.2Mmax=c2M=1.265190=78230Nmm (3-12)max=Mmax0.1d3=782300.1313=26.3MPa (3-13)許用應力=sn=3001.6=187.5MPa (3-14)max，通過故卷筒軸的疲勞和靜強度計算通過（2）選擇軸承左側(cè)的軸承內(nèi)外的兩個圈轉(zhuǎn)速是相同，故兩者之間是沒有運動的。右側(cè)的軸承外圈是固定的，內(nèi)圈是隨軸轉(zhuǎn)動的，所以應按動載荷來選用的。.左端軸承額定靜負荷是C0n0P0 (3-15)式中C0額定靜負荷 P0當量靜負荷 n0安全系數(shù)，取n0=1.04選用調(diào)心球軸承，型號為1205，軸承的額定靜負荷C0=3300N，左軸承的當量靜負荷P0=fdRA=1.11602=1762N (3-16) 式中fd=1.1動負荷系數(shù)選取n0P0=1.041762=1832NC0，安全.右端軸承令右端軸承也采用1205，其額定動載荷動負荷C=12000右軸承的徑向負荷Fr=fdRB=1.11402=1542N (3-17)軸向負荷Fa=0設軸承工作時數(shù)Lh=4000h，查得1205軸承的e=0.27，令FaFr=0e，故x=1，y=2.4，當量動載荷P=xFR+yFa=11542+2.40=1542N (3-18)Lh=10660nCP3 (3-19)式中Lh軸承的壽命，（h）n軸承內(nèi)外圈的相對轉(zhuǎn)速，(r/min)。c軸承的額定動載荷，單位N所以CP=360nLh106=36063.64000106=2.481 (3-20)故動負荷CC，安全（3）繩端固定裝置計算根據(jù)繩的直徑是為6mm，選擇的是=400的梯形槽壓板。已知卷筒長度計算中采用的附加圈數(shù)Z0=2，繩索與卷筒繩槽間的摩擦系數(shù)f=0.15。則在繩端固定處的作用力S=Smaxefa=1502e0.154=633N (3-21)壓板螺柱所受之拉力P=Sf+f1=6330.15+0.198=1819N (3-22)式中f1壓板梯形槽與鋼絲繩的換算摩擦系數(shù)。當=400時f1=fsin+fcos=0.150.643+0.150.766=0.198 （3-23）螺柱由拉力和彎矩作用的合成應力=1.3PZd124+MZ0.1d13 （3-24）式中Z2（螺柱數(shù)） d1=4.8mm（螺紋內(nèi)徑）M=Sl=63311.5=7279Nmm （3-25）=1.3181923.144.834+72790.14.832=102.6MPa螺柱材料為Q235，屈服極限s=240MPa，則許用拉伸應力為l=sn2=2401.6=150PMPa （3-26） 式中取安全系數(shù)n2=1.6因為l所以通過3.2.2齒輪連接盤的計算（1）選擇齒輪連接盤材料齒輪連接盤選用的材質(zhì)是45號鋼，并且要經(jīng)過調(diào)質(zhì)操作。（2）按齒面接觸疲勞強度計算vt=(0.0130.022)n3Pn （3-27）確定齒輪連接盤內(nèi)齒輪傳動精度等級，第公差組7級齒輪連接盤內(nèi)齒輪的分度圓直徑d132KT1du+1uZEZHZH2 （3-28）齒寬系數(shù)按齒輪相對軸承為懸臂布置取為d=0.14內(nèi)齒輪齒數(shù)Z40內(nèi)齒輪轉(zhuǎn)速與卷筒轉(zhuǎn)速相同n=65.44r/min內(nèi)齒輪轉(zhuǎn)矩T1=9.55106P/n9.551062.2/65.44=3.211105Nmm （3-29）載荷系數(shù) K=KAKVKaK （3-30）使用系數(shù)KA=1動載荷系數(shù)KV=1.2齒向載荷分布系數(shù)K=1齒間載荷分布系數(shù)Ka=1.1則載荷系數(shù)k的初值k=11.21.11.11.452彈性系數(shù)ZE=189.8N/mm2節(jié)點影響系數(shù)ZH=2.5重合度系數(shù)Z=0.87許用接觸應力H=HlimZNZW/SH （3-31）接觸疲勞極限應力Hlim Hlim=570N/mm2應力循環(huán)次數(shù)得N=60nj=6076.71（83008）8.8 （3-32）則接觸強度得壽命系數(shù)硬化系數(shù)ZW=1接觸強度安全系數(shù)SH=1.1H57011/1.1=518 N/故的設計初值d1t32KT1du+1uZEZHZH2=79.6mm （3-33）齒輪模數(shù)m=79.6/40=1.99所以取m=2內(nèi)齒輪分度圓直徑的參數(shù)圓整值為d1=Zm=402=80因為齒寬系數(shù)d0.14所以齒輪齒寬b=dd1=11.2mm對于正常齒，ha*=1，c*=0.25齒頂高ha=ha*m=12=2mm齒根高hf=ha*+c*m=1+0.252=2.5mm齒頂圓直徑da=d-2ha=80-22=76mm齒根圓直徑df=d+2hf=80+22.5=85mm要選取與其相適配的減速器，并且它的的模數(shù)是為2mm，齒數(shù)是是40的。（3）齒根彎曲疲勞強度校核計算F=2KT1bd1YFaYsaYF （3-34）齒形系數(shù)YFa 內(nèi)齒輪YFa=2.60應力修正系數(shù)Ysa 內(nèi)齒輪Ysa=1.60重合度系數(shù)Y=0.25+0.75a=0.25+0.751.72=0.69 (3-35)許用彎曲應力 F=FlimYNYx/SF (3-36)彎曲疲勞極限Flim=460 N/ 彎曲壽命系數(shù)YN=1尺寸系數(shù)Yx=1安全系數(shù)SF=1.3則F=46011/1.3=353.85N/mm2 故F=21.463211002.551.630.70/(601806) =32.18 N/mm2F第4章 堆垛機貨叉的設計4.1貨叉?zhèn)鲃友b置的總體選型取運行阻力系數(shù)=0.85，于是Ff=G=0.853009.81=2502N (4-1)式中G運行質(zhì)量的重力（N）取機構的總效率0=0.9，則運行靜功率為Pst=Fstv10000=25020.1510000.9=0.42KW (4-2)電動機選擇的型號，是YEJ8014的三相異步電動機。其額定功率為0.55KW，轉(zhuǎn)速是為1390r/min的，是符合要求的。聯(lián)軸器是選用型號，是AQ01的鋼球離心式軟起動的。其傳遞功率為0.6KW。是符合要求的。減速器是選用減速比為29的，WD系列擺線針輪式的。允許功率是0.75KW，是符合要求的。4.2貨叉?zhèn)鲃育X輪、齒條的計算 設計要求貨叉的伸縮速度v為9m/min，即9000mm/min齒輪齒條分度圓直徑為60mm，則圓周長度為C=d=3.1460=188.4mm (4-3)齒輪轉(zhuǎn)速為n=vC=9000188.4=47.7r/min (4-4)1 .選擇齒輪、齒條材料輪選用的是45號鋼，并且要經(jīng)過調(diào)質(zhì)的操作輪選用的是45號鋼，并且要經(jīng)過正火的操作 .按齒面接觸疲勞強度計算vt=0.0130.022n3Pn=0.0130.0224830.42/48