畢業(yè)設(shè)計(jì)堆垛機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

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1、1. 緒論11. 緒論近年來(lái)，隨著企業(yè)生產(chǎn)與管理的不斷提高，越來(lái)越多的企業(yè)認(rèn)識(shí)到物流系統(tǒng)的改善與合理性對(duì)企業(yè)提高生產(chǎn)率、降低成本非常重要。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。本文著重就堆垛機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行初步研究。1.1 研究背景及內(nèi)容1. 1. 1 有軌巷道堆垛機(jī)的發(fā)展自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)是現(xiàn)代物流中的重要組成部分，它是在不直接進(jìn)行人工處理的情況下自動(dòng)存取物料的系統(tǒng)，是現(xiàn)代工業(yè)社會(huì)發(fā)展的高科技產(chǎn)物，對(duì)提高生產(chǎn)率、降低成本有著重要意義。在20 世紀(jì)70 年代初期，我國(guó)開始研究采用有軌巷道式堆垛機(jī)(簡(jiǎn)稱堆垛機(jī))的立體倉(cāng)庫(kù)。1980 年我國(guó)第一座自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)在北京汽車制造廠投產(chǎn)，從此自動(dòng)化立

2、體倉(cāng)庫(kù)在我國(guó)得到了迅速發(fā)展。巷道堆垛機(jī)是自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)中的核心物流設(shè)備，是隨著自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的出現(xiàn)而發(fā)展起來(lái)的專用起重機(jī)，它是倉(cāng)庫(kù)中使用最廣泛的物料搬運(yùn)設(shè)備，也是物流倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)的最重要設(shè)備，其用途是在自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的貨架巷道間來(lái)回穿梭運(yùn)行，將位于巷道口的貨物存入貨格，或者相反取出貨格內(nèi)的貨物運(yùn)送到巷道口2。早期的堆垛機(jī)是在橋式起重機(jī)的起重小車上懸掛一個(gè)門架，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)3。1960 年左右在美國(guó)出現(xiàn)了巷道堆垛機(jī)，這種堆垛機(jī)是在地面的導(dǎo)軌上行走，利用貨架上部的導(dǎo)軌防止傾倒，或者相反，在上部導(dǎo)軌上行走，利用地面導(dǎo)軌防止傾倒4隨著立體倉(cāng)庫(kù)的

3、發(fā)展，巷道堆垛機(jī)逐漸替代了橋式堆垛機(jī)。在口本從1967 年開始安裝高度為25 米高度的堆垛機(jī)。隨著計(jì)算機(jī)控制技術(shù)和自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的發(fā)展，堆垛機(jī)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，技術(shù)性能越來(lái)越好，高度也在不斷增加，到1970 年實(shí)現(xiàn)了由貨架支承的高度為40 米的堆垛機(jī)。堆垛機(jī)的運(yùn)行速度也不斷提高，目前堆垛機(jī)水平運(yùn)行速度最高達(dá)200m/min(小載重量的堆垛機(jī)己達(dá)300m/min)，起升速度高達(dá)120m/min，貨叉伸縮速度達(dá)50m/min 。1. 1. 2有軌巷道堆垛機(jī)的類型有軌巷道堆垛機(jī)可按其結(jié)構(gòu)形式、支承方式和運(yùn)行軌跡等進(jìn)行分類，一般可分為以下幾種類型:(1)按結(jié)構(gòu)形式，分為雙立柱有軌巷道堆垛機(jī)和單立柱有軌

4、巷道堆垛機(jī)：雙立柱有軌巷道堆垛機(jī)雙立柱有軌巷道堆垛機(jī)由兩根立柱、上橫梁、下橫梁和帶貨叉的載貨臺(tái)組成，立柱、上橫梁和下橫梁組成一個(gè)長(zhǎng)方形的框架，一般稱為機(jī)架。立柱形式有方管和圓管兩種，方管可兼作起升導(dǎo)軌，圓管需要附加起升導(dǎo)軌。這種堆垛機(jī)的最大優(yōu)點(diǎn)就是強(qiáng)度和剛性都比較好，能快速起、制動(dòng)，并且運(yùn)行平穩(wěn)。一般用在起升高度較高、起重量較大和水平運(yùn)行速度較高的立體倉(cāng)庫(kù)中，其缺點(diǎn)是自重較大。西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）35其結(jié)構(gòu)如圖1. 1 所示。圖1. 1 雙立柱有軌巷道堆垛機(jī)單立柱有軌巷道堆垛機(jī)單立柱有軌巷道堆垛機(jī)的機(jī)架由一根立柱、下橫梁和上橫梁組成。立柱多采用型鋼或焊接制作，立柱上附加導(dǎo)軌。整機(jī)重量較

5、輕，消耗材料少，因此制造成本相對(duì)較低，但剛性稍差。由于載貨臺(tái)和貨物對(duì)立柱有偏心作用，以及行走、制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的水平慣性力作用，使單立柱有軌巷道堆垛機(jī)在使用上有較大的局限性。不適于起重量大和水平運(yùn)行速度高的堆垛機(jī)。單立柱堆垛機(jī)的起升結(jié)構(gòu)，普遍采用鋼絲繩傳動(dòng)，由電機(jī)減速機(jī)驅(qū)動(dòng)卷筒轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)鋼絲繩牽引載貨臺(tái)沿立柱或起升導(dǎo)軌作升降運(yùn)動(dòng)。對(duì)于鋼絲繩傳動(dòng)，傳動(dòng)和布置相對(duì)容易，但定位準(zhǔn)確性稍差。其結(jié)構(gòu)如圖1. 2 所示。圖1. 2 單立柱有軌巷道堆垛機(jī)(2)按支承方式分類，有軌巷道堆垛機(jī)分為懸掛型和地面支承型。懸掛型有軌巷道堆垛機(jī)懸掛型有軌巷道堆垛機(jī)懸掛在巷道上方的軌道上運(yùn)行，其運(yùn)行機(jī)構(gòu)安裝在堆垛機(jī)門架的上部。

6、在地面鋪設(shè)導(dǎo)軌，使門架下部的導(dǎo)向輪以一定的間隙夾在導(dǎo)軌的兩側(cè)，從而防止堆垛機(jī)運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生擺動(dòng)和傾剎。懸掛式堆垛機(jī)有如下優(yōu)點(diǎn):在設(shè)計(jì)門架時(shí)，可以不考慮橫向的彎曲強(qiáng)度，鋼結(jié)構(gòu)的自重可以減輕，加減速時(shí)的慣性擺動(dòng)小，穩(wěn)定所需的時(shí)間短;其缺點(diǎn)是維修和檢查不方便。西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）3地面支承型有軌巷道堆垛機(jī)堆垛機(jī)的運(yùn)行軌道鋪設(shè)在地面上，堆垛機(jī)用下部行走輪支承和驅(qū)動(dòng)，上部導(dǎo)向輪用來(lái)防止堆垛機(jī)傾倒或擺動(dòng)。和懸掛型有軌巷道堆垛機(jī)相比，這種堆垛機(jī)的立柱主要考慮軌道平面內(nèi)的彎曲強(qiáng)度，因此，需要加大立柱在行走方向截面的慣性矩。由于驅(qū)動(dòng)裝置均裝在下橫梁上，容易保養(yǎng)和維修。(3)按其運(yùn)行軌跡形式不同，分為直線運(yùn)行

7、型堆垛機(jī)和曲線運(yùn)行型堆垛機(jī)。直線運(yùn)行型堆垛機(jī)直線運(yùn)行型堆垛機(jī)只能在巷道內(nèi)直線軌道上運(yùn)行，不能自行轉(zhuǎn)換巷道。只能通過(guò)其他輸送設(shè)備轉(zhuǎn)換巷道，直線運(yùn)行型堆垛機(jī)可以實(shí)現(xiàn)高速運(yùn)行，能夠滿足出入庫(kù)頻率較高的立體倉(cāng)庫(kù)作業(yè)，應(yīng)用最為廣泛。曲線運(yùn)行型堆垛機(jī)曲線運(yùn)行型堆垛機(jī)行走輪與下橫梁是通過(guò)垂直軸鉸接的，能夠在環(huán)形或其他曲線軌道上運(yùn)行，不通過(guò)其他輸送設(shè)備便可以從一個(gè)巷道自行轉(zhuǎn)移到另一個(gè)巷道。曲線運(yùn)行型堆垛機(jī)在使用上有局限性，只適用于出入庫(kù)頻率較低的立體倉(cāng)庫(kù)。本文研究的堆垛機(jī)是結(jié)構(gòu)形式為雙立柱，支承方式為地面支承型，并且其運(yùn)行軌跡為直線型巷道堆垛機(jī)。1. 1. 3有軌巷道堆垛機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀及特點(diǎn)隨著經(jīng)濟(jì)全球化步伐的

8、口益加快和信息技術(shù)的快速發(fā)展，傳統(tǒng)行業(yè)和消費(fèi)方式正發(fā)生著深刻的變化，物流在經(jīng)濟(jì)活動(dòng)中的作用越來(lái)越受到企業(yè)的重視，物流人才的需求也在口益增長(zhǎng)。目前，物流人才已經(jīng)被列為我國(guó)12 大類緊缺人才之一，有報(bào)道稱“物流人才的需求已超過(guò)600 萬(wàn)”。物流實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)正是要搭建一座理論與實(shí)踐的橋梁，目前，我國(guó)許多高校已經(jīng)建立了物流實(shí)驗(yàn)室，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，已經(jīng)有160 多所高校建立了自己的物流實(shí)驗(yàn)室。物流實(shí)驗(yàn)室為學(xué)生提供實(shí)訓(xùn)平臺(tái)，深化學(xué)生對(duì)現(xiàn)代物流理論的理解，提高學(xué)生的操作能力，內(nèi)融機(jī)械、電氣、電子及計(jì)算機(jī)等技術(shù)于一體的綜合技術(shù)，在這種技術(shù)中，不同領(lǐng)域和層次的知識(shí)與能力融會(huì)在一起。另外，為了更好的模擬貨物在自動(dòng)化

9、立體倉(cāng)庫(kù)各倉(cāng)儲(chǔ)單元內(nèi)存儲(chǔ)的物流過(guò)程，研究提高物流效率以及堆垛機(jī)性能和作業(yè)效率方法，許多物流研究中心業(yè)紛紛建立起來(lái)。山東大學(xué)現(xiàn)代物流控制實(shí)驗(yàn)中心是目前我國(guó)第一個(gè)現(xiàn)代的物流控制實(shí)驗(yàn)室，在物流調(diào)度、物流控制、機(jī)械手揀選控制和機(jī)器視覺的綜合研究和開發(fā)應(yīng)用方面目前處于國(guó)內(nèi)領(lǐng)先地位。圖1. 3 是研究中心的小型倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)圖1.3 小型倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）41.2變頻調(diào)速技術(shù)簡(jiǎn)介1.2.1 變頻器概述目前，交流調(diào)速傳動(dòng)已經(jīng)上升為電氣調(diào)速傳動(dòng)的主流。中、小容量范圍內(nèi)，采用自關(guān)斷器件的全數(shù)字控制PWM 變頻器己經(jīng)實(shí)現(xiàn)了通用化。全數(shù)字控制方式的軟件功能不但考慮到通用變頻器自身的內(nèi)在性能，而且還融入了

10、大量的實(shí)用經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)、技巧，使得通用變頻器的RAS 三性(Reliability, Availability,Serviceability，可靠性、可使用性、可維修性)功能得以充實(shí)。由于通用變頻器具有調(diào)速范圍寬、調(diào)速精度高、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、運(yùn)行效率高、功率因數(shù)高、操作方便且便于同其他設(shè)備接口等一系列優(yōu)點(diǎn)，所以應(yīng)用越來(lái)越廣泛，社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。1.2.2變頻器的分類：(1)按照主電路工作方式分類。當(dāng)按照主電路工作方式進(jìn)行分類時(shí)，變頻器可以分為電壓型變頻器和電流型變頻器。電壓型變頻器的特點(diǎn)是將直流電壓源轉(zhuǎn)換為交流電源，而電流型變頻器的特點(diǎn)則是將直流電流源轉(zhuǎn)換為交流電源。電壓型變頻器。在電壓型變頻器

11、中，整流電路或者斬波電路產(chǎn)生逆變電路所需要的直流電壓，并通過(guò)中間電路的電容進(jìn)行平滑后輸出。整流電路和直流中間電路起直流電壓源的作用，而電壓源輸出的直流電壓在逆變電路中被轉(zhuǎn)換為具有所需頻率的交流電壓。在電壓型變頻器中，由于能量回饋給直流中間電路的電容，并使直流電壓上升，還需要有專用的放電電路，以防止換流器件因電壓過(guò)高而被破壞。電流型變頻器。在電流型變頻器中，整流電路給出直流電流，并通過(guò)中間電路的電抗將電流進(jìn)行平滑后輸出。整流電路和直流中間電路起電流源的作用，而電流源輸出的交流電流在逆變電路中被轉(zhuǎn)換為所需要的交流電流，并被分配給各輸出相后作為交流電流提供給電動(dòng)機(jī)。在電流型變頻器中，電動(dòng)機(jī)定子電壓的

12、控制是通過(guò)檢測(cè)電壓后對(duì)電流進(jìn)行控制的方式實(shí)現(xiàn)的。對(duì)于電流型變頻器來(lái)說(shuō)，在電動(dòng)機(jī)進(jìn)行制動(dòng)的過(guò)程中可以通過(guò)將直流中間電路的電壓反向的方式使直流電路變?yōu)槟孀冸娐?，并將?fù)載的能量回饋給電源。由于在采用電流控制方式時(shí)可以將能量回饋給電源，而且在出現(xiàn)負(fù)載短路等情況時(shí)也更容易處理，電流型控制方式更適合子大容量變頻器。(2)按照開關(guān)方式分類。按照逆變電路的開關(guān)方式對(duì)變頻器進(jìn)行分類，則變頻器可以分為PAW 控制方式，PWM 控制方式和高載頻PWM 控制方式三手中。 PAM 控制PAM 控制是Pulse Amplitude Modulation(脈沖振幅調(diào)制)控制的簡(jiǎn)稱，是一種在整流電路部分對(duì)輸出電壓(電流)的幅

13、值進(jìn)行控制，而在逆變電路部分對(duì)輸出頻率進(jìn)行控制的控制方式。因?yàn)樵赑AM 控制的變頻器中逆變電路換流器件的開關(guān)頻率即為變頻器的輸出頻率，所以這是一種同步調(diào)節(jié)方式。PWM 控制PWM 控制是Pulse Width Modulation(脈沖寬度調(diào)制)控制的簡(jiǎn)西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）5稱，是在逆變電路部分同時(shí)對(duì)輸出電壓(電流)的幅值和頻率進(jìn)行控制的控制方式。在這種控制方式中，以較高頻率對(duì)逆變電路的半導(dǎo)體開關(guān)元器件進(jìn)行開閉，并通過(guò)改變輸出脈沖的寬度來(lái)達(dá)到控制電壓(電流)的目的。高載頻PWM 控制這種控制方式原理上實(shí)際是對(duì)PWM 控制方式的改進(jìn)，是為了降低電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)噪音而采用的一種控制方式。在這種控

14、制方式中，載頻被提高到入耳可以聽到的頻率(10-20KHz)以上，從而達(dá)到降低電動(dòng)機(jī)噪音的目的。這種控制方式主要用于低噪音型的變頻器，也將是今后變頻器的發(fā)展方向。由于這種控制方式對(duì)換流器件的開關(guān)速度有較高的要求，所用換流器件只能使用具有較高開關(guān)速度的IGBT 和MOSFET 等半導(dǎo)體元器件，目前在大容量變頻器中的利用仍然受到一定限制。但是，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，具有較高開關(guān)速度的換流元器件的容量將越來(lái)越大，所以預(yù)計(jì)采用這種控制方式的變頻器也將越來(lái)越多。PWM 控制和高載頻PWM 控制都屬于異步調(diào)速方式，即變頻器的輸出頻率不等于逆變電路換流器件的開關(guān)頻率。(3)按照工作原理分類。按照工作原理對(duì)

15、變頻器進(jìn)行分類，按變頻器技術(shù)的發(fā)展過(guò)程可以分為U/f 控制方式、轉(zhuǎn)差頻率控制方式和矢量控制方式三種。U/f 控制變頻器Ulf 控制是一種比較簡(jiǎn)單的控制方式。它的基本特點(diǎn)是對(duì)變頻器輸出的電壓和頻率同時(shí)進(jìn)行控制，通過(guò)使U/f(電壓和頻率的比)的值保持一定而得到所需的轉(zhuǎn)矩特性。采用Ulf 控制方式的變頻器控制電路成本較低，多用于對(duì)精度要求不太高的通用變頻器。轉(zhuǎn)差頻率控制變頻器轉(zhuǎn)差頻率控制方式是對(duì)Ulf 控制的一種改進(jìn)。在采用這種控制方式的變頻器中，電動(dòng)機(jī)的實(shí)際速度由安裝在電動(dòng)機(jī)上的速度傳感器和變頻器控制電路得到，而變頻器的輸出頻率則由電動(dòng)機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速與所需轉(zhuǎn)差頻率的和被自動(dòng)設(shè)定。從而達(dá)到在進(jìn)行調(diào)速控

16、制的同時(shí)控制電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩的目的。轉(zhuǎn)差頻率控制是利用了速度傳感器的速度閉環(huán)控制，并可以在一定程度上對(duì)輸出轉(zhuǎn)矩進(jìn)行控制，所以和Ulf 控制方式相比，在負(fù)載發(fā)生較大變化時(shí)仍能達(dá)到較高的速度和具有較好的轉(zhuǎn)矩特性。但是，由于采用這種控制方式時(shí)需要在電動(dòng)機(jī)上安裝速度傳感器，并需要根據(jù)電動(dòng)機(jī)的特性調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)差，通常多用于廠家指定的專用電動(dòng)機(jī)，通用性較差。矢量控制變頻器矢量控制是70 年代由西德B 1 aschke 等人首先提出來(lái)的對(duì)交流電動(dòng)機(jī)的一種新的控制思想和控制技術(shù)，也是交流電動(dòng)機(jī)的一種理想的調(diào)速方法。矢量控制的基本思想是將異步電動(dòng)機(jī)的定子電流分為產(chǎn)生磁場(chǎng)的電流分量(勵(lì)磁電流)和與其相垂直的產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的電流

17、分量(轉(zhuǎn)矩電流)并分別加以控制。由于在這種控制方式中必須同時(shí)控制異步電動(dòng)機(jī)定子電流的幅值和相位，即控制定子電流矢量，這種控制方式被稱為矢量控制方式。矢量控制方式使對(duì)異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行高性能的控制成為可能。采用矢量控制方式的交流調(diào)速系統(tǒng)不僅在調(diào)速范圍上可以與直流電動(dòng)機(jī)相匹敵，而且可以直接控制異步電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩。所以已經(jīng)在許多需要進(jìn)行精密控制的領(lǐng)域得到了應(yīng)用。西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）6(4)按照用途分類。按照用途對(duì)變頻器進(jìn)行分類時(shí)變頻器可以分為以下幾種類型。通用變額器顧名思義，通用變頻器的特點(diǎn)是其通用性。這里通用性指的是通用變頻器可以對(duì)普通的異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制。高性能專用變頻器隨著控制理論，

18、交流調(diào)速理論和電力電子技術(shù)的發(fā)展，異步電動(dòng)機(jī)的矢量控制方式得到了充分地重視和發(fā)展，采用矢量控制方式高性能變頻器和變頻器專用電動(dòng)機(jī)所組成的調(diào)速系統(tǒng)在性能上己經(jīng)達(dá)到和超過(guò)了直流伺服系統(tǒng)。高頻變頻器在超精密加工和高性能機(jī)械區(qū)域中常常要用到高速電動(dòng)機(jī)。為了滿足這些高速電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的需要，出現(xiàn)了采用PAM 控制方式的高速電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)用變頻器。這類變頻器的輸出頻率可以達(dá)到3KHz，所以在驅(qū)動(dòng)兩極異步電動(dòng)機(jī)時(shí)電動(dòng)機(jī)的最高轉(zhuǎn)速可以達(dá)到180000r / min.單相交頻器和三相變頻器交流電動(dòng)機(jī)可以分為單相交流電動(dòng)機(jī)和三相交流電動(dòng)機(jī)兩種類型，與此相對(duì)應(yīng)，變頻器也分為單相變頻器和三相變頻器。二者的工作原理相同，但電路

19、的結(jié)構(gòu)不同。變頻器的特點(diǎn)：變頻器與異步電動(dòng)機(jī)相結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)機(jī)械的調(diào)速傳動(dòng)控制，簡(jiǎn)稱為變頻器傳動(dòng)。變頻器傳動(dòng)具有固有的優(yōu)勢(shì)，應(yīng)用在不同的生產(chǎn)機(jī)械或設(shè)備上體現(xiàn)不同的功能，總體來(lái)說(shuō)，變頻器傳動(dòng)具有以下幾個(gè)效能。1、節(jié)能應(yīng)用主要體現(xiàn)在提高運(yùn)行可靠性、臺(tái)數(shù)控制和調(diào)速控制并用。2、提高生產(chǎn)效率(1)保證加工工藝中的最佳運(yùn)行(2)適應(yīng)負(fù)載不同工作情況下的最佳轉(zhuǎn)速(3)使原有設(shè)備的增速運(yùn)轉(zhuǎn)3、設(shè)備的合理化4、改善和適應(yīng)環(huán)境1.2.3變頻器的國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀交流變頻調(diào)速技術(shù)是現(xiàn)代電力傳動(dòng)技術(shù)的重要發(fā)展方向。近十多年來(lái)，隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)及現(xiàn)代控制理論的發(fā)展，變頻器己經(jīng)廣泛地用于交流電動(dòng)機(jī)的速度控

20、制。同時(shí)由于電力半導(dǎo)體器件和微處理器的性能不斷提高，作為交流變頻調(diào)速系統(tǒng)核心的變頻器的性能也得到了飛躍性的提高，并幾乎應(yīng)用擴(kuò)展到了工業(yè)生產(chǎn)的所有領(lǐng)域。其重要性和發(fā)展?jié)摿Σ豢珊鲆?。第一代具有通信功能的變頻器帶有一個(gè)獨(dú)立的“速度包”(Speed Pod);第二代變頻器的通信進(jìn)入點(diǎn)對(duì)點(diǎn)模擬信號(hào)連接方式。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，帶數(shù)字接口的變頻器是當(dāng)代變頻器的通信方式，它具備網(wǎng)絡(luò)通信能力。當(dāng)代通信產(chǎn)品能提供比用戶所能使用的更多的數(shù)據(jù)和1/O 選擇，但傳統(tǒng)的接口技術(shù)使用的是RS485/422，它們的抗干擾能力和傳輸能力都不能滿足工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的需要。當(dāng)實(shí)施控制的時(shí)候，通過(guò)RS485 只能接收少量的實(shí)時(shí)信息，并且

21、通過(guò)人機(jī)接口界西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）7面編程，無(wú)法實(shí)現(xiàn)變頻器參數(shù)的在線監(jiān)控和優(yōu)化，從而影響整個(gè)控制系統(tǒng)性能和生產(chǎn)工藝水平的提高?，F(xiàn)在，由于現(xiàn)場(chǎng)總線和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，特別是美國(guó)羅克韋爾自動(dòng)化的Control Net 和Device Net 技術(shù)，可將帶數(shù)字接口的變頻器集成到網(wǎng)絡(luò)化的平臺(tái)中，通過(guò)PLC、人機(jī)界面HIM，甚至與工廠信息管理層共享實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)變頻器參數(shù)的在線監(jiān)控和優(yōu)化。對(duì)于多電動(dòng)機(jī)的同步控制、協(xié)調(diào)控制、負(fù)載均衡分配和高速設(shè)備等應(yīng)用場(chǎng)合，其關(guān)鍵參數(shù)PID 可以按具體工況條件進(jìn)行在線優(yōu)化，對(duì)于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)控制性能和水平的提高有重要意義。因而基于集成化網(wǎng)絡(luò)的變頻器控制將會(huì)成為當(dāng)前世界

22、自動(dòng)化領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。美國(guó)羅克韋爾自動(dòng)化公司的變頻器均可通過(guò)各種類型的SCAN port 通信模塊與相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)連通，包括Control Net, Device Net, DH, DH+和RIO, DH-485網(wǎng)絡(luò)，而且它們與法國(guó)IE 公司的Modbus, Modbus Plus、美國(guó)Metasys 公司，日本OMRON 公司和德國(guó)西門子公司的Profibus 均可連通。1.3本文研究的內(nèi)容已知倉(cāng)庫(kù)貨架總高度為12m，間距1.4m, 行走速度：5240/min。要求：（a）根據(jù)運(yùn)行空間設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)尺寸；（b）設(shè)計(jì)行走機(jī)構(gòu)；（c）根據(jù)運(yùn)行速度進(jìn)行整體穩(wěn)定性的計(jì)算。具體在堆垛機(jī)設(shè)計(jì)中將做以下工作：對(duì)堆垛

23、機(jī)的立柱、上下橫梁，按照自重最輕原則，完成其選型和截面參數(shù)的計(jì)算；（2） 通過(guò)功率、速度等參數(shù)的計(jì)算、完成堆垛機(jī)運(yùn)行機(jī)構(gòu)的選型和計(jì)算；（3） 對(duì)堆垛機(jī)的立柱、上下橫梁的強(qiáng)度、立柱軌道疲勞強(qiáng)度、整機(jī)靜強(qiáng)度、動(dòng)強(qiáng)度、局部穩(wěn)定性和整體穩(wěn)定性的驗(yàn)算；2. 堆垛機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)82. 堆垛機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.1堆垛機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)堆垛機(jī)主要由下橫梁、貨叉機(jī)構(gòu)、立柱、上橫梁、平運(yùn)行機(jī)構(gòu)、起升機(jī)構(gòu)、電護(hù)裝置和電氣控制系組成。堆垛機(jī)主體結(jié)構(gòu)主要由上橫梁、立柱、下橫梁和控制柜支座組成。上、下橫梁是由鋼板和型鋼焊接成箱形結(jié)構(gòu)，截面性能好，下橫梁上兩側(cè)的運(yùn)行堆垛機(jī)由行走電機(jī)通過(guò)驅(qū)動(dòng)軸輪軸孔在落地鏜銑床一次裝夾加工完成，確保了主

24、、被動(dòng)輪軸線的平行，從而提高了整機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)性；立柱是由方鋼管制作，在方鋼管兩側(cè)一次焊接兩條扃鋼導(dǎo)軌(材質(zhì)16Mn)，導(dǎo)軌表面進(jìn)行硬化處理，耐磨性好。在焊接中采用了具有特殊裝置的自動(dòng)焊接技術(shù)，有效克服了整體結(jié)構(gòu)的變形；上橫梁焊于立柱之上，立柱與下橫梁通過(guò)法蘭定位，用高強(qiáng)度螺栓連接，整個(gè)主體結(jié)構(gòu)具有重量輕、抗扭、抗彎、剛度大、強(qiáng)度高等特點(diǎn)。2.2堆垛機(jī)門架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算門架是堆垛機(jī)的主要結(jié)構(gòu)物，有單柱式和矩形框架式。按支承方式，又可分為安裝在貨架上的上部支承式和安裝在地面上的下部支承式。不論哪種型式都帶有伸縮貨叉和人工駕駛室（有時(shí)也沒有）的貨合。升降臺(tái)沿立柱升降，同時(shí)靠地上和頂上的導(dǎo)軌保持走行穩(wěn)定

25、和支持貨叉伸出進(jìn)行裝卸作業(yè)時(shí)的翻轉(zhuǎn)彎矩。在門架上安裝有卷?yè)P(yáng)、走行等機(jī)械裝置，以及配置有電氣控制開關(guān)、控制裝置、配線等。下部支承式的集中放在門架下部。由于走行起動(dòng)、停止及加減速時(shí)產(chǎn)生的慣性力，門架在通道的縱向發(fā)生撓曲，整個(gè)門架成為振動(dòng)體，其柱端的振動(dòng)較大。同樣，在通道的直角方向，立柱由于貨叉作業(yè)時(shí)的彎矩作用而發(fā)生彎曲，使伸長(zhǎng)著的伸縮叉的前端的撓度增大。柱端振動(dòng)：和貨叉前端的撓度一超過(guò)極限，就成為堆垛機(jī)自動(dòng)定位的障礙，所以門架應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和撓度小的適當(dāng)剛度。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)選取雙立柱下部支承式門架進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算。堆垛機(jī)門架設(shè)計(jì)分三個(gè)模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)：(1) 立柱模塊主要有立柱、導(dǎo)軌和法蘭盤組成，立柱通過(guò)

26、法蘭盤與上橫梁和下橫梁聯(lián)結(jié)，導(dǎo)軌是載貨臺(tái)沿立柱上下運(yùn)行的軌道，有時(shí)候堆垛機(jī)可以沒有軌道，載貨臺(tái)直接在立柱上運(yùn)行。立柱一般采用了端面為矩形、中空的結(jié)構(gòu)，在滿足剛度和強(qiáng)度的情況下使得重量減輕，節(jié)省了材料，而且外形美觀。立柱模塊結(jié)構(gòu)如圖西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）9圖2.1 立柱模塊結(jié)構(gòu)圖(2)上橫梁模塊上橫梁模塊主要有上橫梁、上橫梁導(dǎo)向輪組、上橫梁法蘭盤和緩沖器等零部件組成，上橫梁模塊結(jié)構(gòu)圖如圖2. 9 所示。圖2.2 上橫梁模塊圖上橫梁一般很短，是模塊零件的支撐部件。上橫梁上總共有兩對(duì)導(dǎo)向輪組，通過(guò)支架固定在上橫梁上，導(dǎo)向輪組夾在天軌兩端，防止小型有軌巷道堆垛機(jī)傾倒，在每組導(dǎo)向輪中有一個(gè)偏心軸，

27、用來(lái)微調(diào)導(dǎo)向輪之間的間距夾緊天軌。上橫梁法蘭盤焊接在上橫梁的下端，通過(guò)法蘭盤與立柱模塊聯(lián)結(jié)，主要用高強(qiáng)度螺栓來(lái)固定。緩沖器固定在上橫梁兩端，當(dāng)小型有軌巷道堆垛機(jī)運(yùn)動(dòng)到巷道兩端時(shí),緩沖器用來(lái)吸收小型有軌巷道堆垛機(jī)運(yùn)行能量，防止事故的發(fā)生。(3) 下橫梁模塊下橫梁是模塊零部件的支撐機(jī)構(gòu)，又是堆垛機(jī)的承載構(gòu)件，因此它要有足夠的強(qiáng)度和剛度。法蘭盤.固定在下橫梁的上部，用來(lái)固定減速電機(jī)，也是與立柱模塊聯(lián)結(jié)的接口。下橫梁導(dǎo)向輪組通過(guò)支架固定在下橫梁上，兩組導(dǎo)向輪組夾在地軌兩端，使小型有軌巷道堆垛機(jī)水平運(yùn)行時(shí)，能夠沿著地軌行走不至于跑偏，起到導(dǎo)向的作用。緩沖器同上橫梁的一樣，主要用來(lái)吸收堆垛機(jī)運(yùn)行到巷道兩端

28、時(shí)發(fā)生碰撞產(chǎn)生的能量。西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）10圖2.3 下橫梁模塊圖2.3 堆垛機(jī)門架的彎矩和撓度堆垛機(jī)的矩形門架是超靜定結(jié)構(gòu)。這里按角變位移法解如下：堆垛機(jī)門架的設(shè)計(jì)計(jì)算參數(shù)：Q1上梁及附件重量Q 2 貨臺(tái)、貨物、附件及搭乘人員的總重量Q 3 電氣控制盤的重量Q 4 卷?yè)P(yáng)裝置的重量q 柱的單位長(zhǎng)度的平均重量作用在門架上的慣性力：H i =（ /g）Q i 及qh1 /g( :減速度，g =9.8 米/秒2 )h1h 4 下梁中心線分別到Q1 Q 4 的中心高度l立柱的中心距I 1立柱AB、DC 的斷面慣性距 上梁與下梁端部的偏轉(zhuǎn)角R因構(gòu)件兩端變位產(chǎn)生的彎距E：縱彈性模量C由構(gòu)件的中間

29、載荷在杠端產(chǎn)生的彎距，稱為載荷項(xiàng)。K 1= I 1/ h 1立柱的剛度K=I/l 上下梁的剛度n=K/ K 1剛度比M彎距2.3.1 由于水平載荷產(chǎn)生的彎距作出作用于框架結(jié)構(gòu)的慣性力圖解：西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）11h3h2h1l2B 1 CDBlD1 C4h4h1圖2.4 作用于框架結(jié)構(gòu)的慣性力圖解圖2.4 列出角變位移方程：M AB =2EK 1（2 A + B -3R ）M BA =2EK 1（2 B + A -3R ）M BC =2EK 1（2 B + C ）M CB =2EK 1（2 C + B ）M CD =2EK 1（2 C + D -3R ）+C CDM DC =2EK 1

30、（2 D + C -3R ）-C DCM AD =2EK 1（2 A + D ）M DA=2EK 1（2 D + A ）其中載荷項(xiàng)：C CD =（1/h 21）H 2 h 22 (h 1-h 2 ) 2 +H 3 h 3 ( h 1- h 3) 2 +q h 21 /12gC DC =（1/h 21）H 2 h 22 (h 1-h 2 ) 2 +H 3 h 32 ( h 1- h 3 )+q h 21 /12g有節(jié)點(diǎn)的彎距平衡方程式：M BA + M BC =0 M AB +M AD =0M CB + M CD =0 M DA+ M DC =0由隔離體靜力平衡方程式：西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文

31、）12M AB +M BA + M CD +M DC +H 1 h 1 +H 2 h 2 + H 3 h 3 + q h 21 /2g=0 A + B + C + D =4 R +（n/6EK ）(C DC - C CD -H 1 h 1 -H 2 h 2 -H 3 h 3 -q h 21 /2g)由上面各式，可先求出 A 、 B 、 C 、 D 、R 再帶入可求出上下梁內(nèi)力M AD M AD 、M BC 、M CB ； 、立柱內(nèi)力M AB = -M AD 、M BA = - M BCM CD = - M CB 、M DC = - M DA圖2 列出角變位移方程式：M AB =2EK 1（2

32、A + B -3R ）-C ABM BA =2EK 1（2 B + A -3R ）+C BAM BC =2EK(2 B + C )M CB =2EK(2 C + B )M CD =2EK 1（2 C + D -3R ）M DC =2EK 1（2 D + C -3R ）M AD =2EK(2 A + D )M DA =2EK(2 D + A )固端彎距（載荷項(xiàng)）C AB =（1/h 21）H 4 h 4 (h 1-h 4 ) 2 + q h 21 /12gC BA =（1/h 21）H 4 h 42 (h 1-h 4 )+ q h 21 /12gC CD =C DC =C BC =C CB =C

33、 AD =C DA有節(jié)點(diǎn)的彎距平衡方程式：M AB + M AD =0 M BA + M BC =0M CB +M CD =0 M DC + M DA =0有隔離體靜力平衡方程式：西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）13M AB + M BA +M CD + M DC + H 4 h 4 +q h 21 /2g A + B + C + D =4R +(n/6EK)( C AB -C BA - H 4 h 4 -qh 21 /2g)=0解上面各式，可先求出 A 、 B 、 C 、 D 、R 。再求出上下梁及立柱的內(nèi)力有水平載荷產(chǎn)生的彎距，可由圖1 圖2 疊加得出：M AB1 = M AB + M AB

34、M BC1= M BC + M BCM CD1= M CD + M CD M DA1 = M DA+ M DA又有節(jié)點(diǎn)方程式可得M AB1 = -M AD1 M BC1= -M BA1 M CD1= -M CB1 M DA1 = -M DC1門架立柱端部的線變位 ： = + =h 1(R +R )2.3.2 由行走車輪的反力產(chǎn)生的彎距受力分析圖如下：列出角變位移方程式：DB Ca l aAh1圖2.5 行走輪受力分析圖M BC 2 =2EK（2 B + C ）M AB 2 =2EK（2 A + B ）西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）14M BA2 =2EK（2 B + A ）M CB2 =2EK（

35、2 C + B ）M CD 2 =2EK（2 C + D ）M DC 2 =2EK（2 D + C ）M AD 2 =2EK（2 A + D ）+CM DA2 =2EK（2 D + A ）-C固端彎距：C=V aA =n(2+n)C/2EK (n+1)(n+3) B = -nc/ 2EK(n+1)(n+3)A = - D B = - C M AB 2 =1/(n+1)(n+3)(2n+3) V a M BA2 =1/(n+1)(n+3)(n V a )M DA2=1/(n+1)(n+3)n(n+2) V a 在此，M AB 2= - M DC 2 M BA2 = - M BC 2 M CB 2

36、 = - M CD 2 M DA 2= - M AD 2V：走行車輪的反力，按1/2（堆垛機(jī)總重量+載重）求出。2.3.3 有叉取作業(yè)產(chǎn)生的彎矩由于貨叉作業(yè)，在門架上及與走行方向成直角的方向增加了彎矩，產(chǎn)生了擾度。但是，此彎矩相比前兩種相差很大，而且不會(huì)在貨叉伸出的情況下走行，所以可以認(rèn)為最大彎矩為M1和M 2 合成的彎矩。2.4 設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)計(jì)算校核2.4.1 框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)如下：上下梁（槽鋼200*90*8，I=8360 厘米4）柱（290*7.9 矩形鋼管44 角鋼，I=19014 厘米4）l=3m h 1 =20m h 2 =18m h 3 =2m h 4 =1m a=0.5mQ 1

37、=350kg Q 2 =2300kg Q 3 =400kg Q 4 =400kgq=0.85kg/cm /g=0.1 H i =0.1Q i堆垛機(jī)總重量（自重+載重）=2000kg西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）15載重增加25%作為試驗(yàn)載荷，為500*（1+25%）=625kg根據(jù)1.1.3 的討論，關(guān)于載荷的補(bǔ)加系數(shù)，對(duì)堆垛機(jī)的沖擊系數(shù) =1.4，作業(yè)系數(shù)M*=1.1。則載荷組合為M*（S G +S L +S H ）。2.4.2 各部分的彎矩n=K/K 1=Ih 1/I 1l=2.73固端彎矩：C AB =24.9Nm C BA =28.6 NmC CD =57.4 Nm C DC =34.5

38、 NmR=R +R =0.0018+0.00075=0.00255走行停止時(shí)產(chǎn)生振動(dòng)的立柱上端的線變位： =1780 0.00255=4.54cm(注： 值容許范圍一般在2.55cm,符合要求)由水平載荷產(chǎn)生的各部分的彎矩：M AD1 =M*（M AD +M AD ）=1.1 （186.5+76.5）=289.4 NmM BC1= M*(M BC +M BC )=1.1 (170.7+73.4)=266.1 NmM CB1 = M*(M CB +M CB )=1.1 (178.2+73.4)=276.8 NmM DA1 = M*(MDA +M DA )=1.1 (176.2+75)=276.3

39、 Nm由走行輪的反力產(chǎn)生的各部分的彎矩:V=M*(8000-2300- 2300)/2=4906kg固端彎矩: C=4906 45=220. 8Nm因此:M AB 2 =87.4 Nm M BA2 =28.2 Nm M DA2 =133.4 Nm最大彎矩:M AB = -289.4+87.4= -201 NmM BA = -266.1+28.2= -237.9 NmM BC =266.1-28.2=237.9 NmM CB =276.8+28.2=305.0 NmM CD = -276.8-28.2= -305.0 NmM DC = -276.3-87.4= -363.7 NmM DA =27

40、6.3+133.4=409.7 Nm西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）16M AD =289.4-133.4=156.0 Nm2.4.3 結(jié)構(gòu)構(gòu)件的彎曲應(yīng)力上下梁的斷面系數(shù)Z=498 cm 3 ,柱的斷面系數(shù)Z 1 =789cm 3則: AB = -2560N/cm 2BA = -3010N/cm 2BC =4780 N/cm 2CB =613 N/cm 2CD = -3870 N/cm 2DC = -4610 N/cm 2DA =8230 N/cm 2AC =2870 N/cm 2隨著堆垛機(jī)往復(fù)運(yùn)動(dòng),這些應(yīng)力交變出現(xiàn),在下梁A 和D 點(diǎn)產(chǎn)生最大應(yīng)力振幅.如用應(yīng)力比法,則K= -2870/8230=

41、 -0.35,按切口分類為a,可查出疲勞許用應(yīng)力為12500 N/cm 2 .故能滿足上述彎曲應(yīng)力條件。3 堆垛機(jī)行走機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算163. 堆垛機(jī)行走機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算3.1堆垛機(jī)行走機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本原則和要求首先，堆垛機(jī)的驅(qū)動(dòng)型式設(shè)計(jì)成“下部支承下部驅(qū)動(dòng)型”，該型式的走行裝置安裝在下梁上，通過(guò)減速裝置驅(qū)動(dòng)走行輪，走行輪支承堆垛機(jī)的全部重量，在單軌上走行。水平運(yùn)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)的一般設(shè)計(jì)步驟：1. 確定機(jī)架結(jié)構(gòu)的形式和水平行走機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)方式；2. 計(jì)算各傳動(dòng)件的結(jié)構(gòu)尺寸；3. 確定運(yùn)行機(jī)構(gòu)的具體安裝位置。對(duì)運(yùn)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本要求是：1. 機(jī)構(gòu)要緊湊，重量要輕，且能滿足要求；2. 維修檢修方便，機(jī)構(gòu)布置

42、合理。3.2 水平運(yùn)行機(jī)構(gòu)具體布置的主要問(wèn)題：1. 因?yàn)橄聶M梁時(shí)主要的承載部件，機(jī)架的運(yùn)行速度很高，而且在受載之后向下?lián)锨瑱C(jī)構(gòu)零部件的安裝可能不十分準(zhǔn)確，所以如果單從保持機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)性能和補(bǔ)償安裝的不準(zhǔn)確性著眼，凡是靠近電動(dòng)機(jī)、減速器和車輪的軸，最好都用浮動(dòng)軸。2. 為了減少立柱的扭轉(zhuǎn)載荷，應(yīng)該使機(jī)構(gòu)零件盡量靠近立柱；盡量靠近端梁，使端梁能直接支撐一部分零部件的重量。3. 對(duì)于行走機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)應(yīng)該參考現(xiàn)有的資料，使安裝運(yùn)行機(jī)構(gòu)的平臺(tái)減小，占用巷道的空間最小，總之考慮到堆垛機(jī)的設(shè)計(jì)和制造方便。3.3 機(jī)構(gòu)的布置形式水平運(yùn)行機(jī)構(gòu)由電機(jī)、減速機(jī)、車輪組、緩沖器等組成。它的布置形式多種多樣，但比較合理的

43、驅(qū)動(dòng)形式如圖1 和圖2 所示的兩種。圖1 采用的是一般臥式減速器。圖2 采用套裝式減速器，與車輪組安裝時(shí)較簡(jiǎn)便，并能使運(yùn)行機(jī)構(gòu)的總體布置緊湊。綜合考慮后，本次設(shè)計(jì)選用圖2 驅(qū)動(dòng)形式。圖3.1 采用一般的臥式減速器圖3.2 采用套裝立式減速器3.4堆垛機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算3.4.1主動(dòng)行走輪直徑的確定走行輪有主動(dòng)輪與從動(dòng)輪各1 個(gè)，由于堆垛機(jī)在操作貨叉時(shí)的反作用力會(huì)對(duì)走行輪產(chǎn)生側(cè)壓，為了防止走行輪由于側(cè)壓脫軌與走行中的爬行現(xiàn)象，需安西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）17裝側(cè)面導(dǎo)輪驅(qū)動(dòng)輪的末端齒輪采用輪軸直接連接的驅(qū)動(dòng)方式。走行輪的允許載重量等各參數(shù)間有下列關(guān)系式：P =KD （B-2r）（kg） 且K=vk24

44、0 +240 （kg/cm 2 ）式中，P 允許載重量（kg） D 車輪的踏面直徑（cm）B鋼軌寬（cm） r鋼軌頭部的圓角半徑（cm）K許用應(yīng)力系數(shù)（kg/cm 2 ） v走行速度（m/min）k許用應(yīng)力（球墨鑄鐵的許用應(yīng)力為50）（kg/cm 2 ）首先確定B=6.4cm，r=0.2cm, k=50 kg/cm 2 , v=240m/min則K=vk240 +240 =240 240240 50+=25（kg/cm 2 ）P =2000/2=1000kg則代入上式可得：D =6.7cm，則車輪的軸徑為d 3min =C P /n =11.2mm取d =50mm,車輪直徑可適當(dāng)取大為D=10

45、0mm軸上的軸承選取代號(hào)為1310，基本尺寸為：d=50mm, D=100mm, B=27mm.3.4.2運(yùn)行阻力計(jì)算(1)小型有軌巷道堆垛機(jī)的運(yùn)行時(shí)的靜阻力小型有軌巷道堆垛機(jī)沿軌道直線運(yùn)行時(shí)，行走輪與軌道之間以及行走輪與軸承之間，都存在著摩擦阻力，另外軸與輪轂之間也存在著滑動(dòng)摩擦阻力、因此，為了簡(jiǎn)化討論，假定全部載荷作用在一個(gè)行走輪上。當(dāng)行走輪沿著軌道滾動(dòng)時(shí)，其受力情況如圖3.2 所示。圖3.3 摩擦阻力計(jì)算由彎矩平衡條件得：即有考慮其它阻力的附加阻力，乘以一個(gè)系數(shù)K 即西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）18式中M-驅(qū)動(dòng)力矩(MPa)；P+G-堆垛機(jī)的額定起重量和自重之和(N)；f-行走輪滾動(dòng)摩擦

46、系數(shù)；D、d-分別為車輪直徑和軸徑(mm)；-軸承摩擦系數(shù)。由表4-10、表4-11、表4-12 分別查得：滾動(dòng)阻力系數(shù)f=0.04cm，軸承摩擦系數(shù)=0.02，附加阻力系數(shù)k=2，代入上式中：當(dāng)滿載時(shí)的運(yùn)行摩擦阻力：W =20000（0.020.05/0.1+20.0410-2/0.1）2=720N當(dāng)小型有軌巷道堆垛機(jī)在室內(nèi)運(yùn)行時(shí)，風(fēng)阻力和軌道斜坡阻力較小，經(jīng)常忽略不計(jì)；所以小型有軌巷道堆垛機(jī)的靜阻力等于其摩擦阻力。于是計(jì)算得到滿載時(shí)的運(yùn)行阻力為720N.3.4.3.行走電動(dòng)機(jī)功率的計(jì)算有軌巷道堆垛機(jī)的運(yùn)行機(jī)構(gòu)的電動(dòng)機(jī)的功率，是根據(jù)堆垛機(jī)滿載穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)的靜阻力進(jìn)行計(jì)算。按照運(yùn)行靜阻力、運(yùn)行速

47、度計(jì)算機(jī)構(gòu)的靜功率。靜功率(kw)的計(jì)算公式為式中W-運(yùn)行機(jī)構(gòu)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)的靜阻(N)；V-堆垛機(jī)的運(yùn)行速度(m/min)取240m/min 計(jì)算；Z-堆垛機(jī)運(yùn)行機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)數(shù)，一般取Z=1；-運(yùn)行機(jī)構(gòu)傳動(dòng)的總效率,一般取0.8。代入有N= 3.2KW60000 0.9720 240 =查2表31-27 選用電動(dòng)機(jī)Y112-M-2；Ne=4KW，n1=2890r/min，電動(dòng)機(jī)的重量Gd=45kg，電機(jī)軸D=28mm，長(zhǎng)L=400，效率85.5%。3.4.4電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱校驗(yàn)等效功率：Nx=K25rNj=0.751.33.2=3.12KW式中K25工作類型系數(shù)，由1表8-16 查得當(dāng)JC%=25

48、 時(shí)，K25=0.75r由1按照起重機(jī)工作場(chǎng)所得tq/tg=0.25，由1圖8-37 估得r=1.3由此可知：NxNe,故初選電動(dòng)機(jī)發(fā)熱條件通過(guò)。西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）19選擇電動(dòng)機(jī)：YR160M-83.4.5 減速器的選擇車輪的轉(zhuǎn)數(shù)：nc=Vdc/（Dc）=2401000/ 100=764r/min機(jī)構(gòu)傳動(dòng)比：i。=n1/nc=2890/764=3.78根據(jù)傳動(dòng)比初選擇減速器型號(hào)為：ZDH103.4.6 驗(yàn)算運(yùn)行速度和實(shí)際所需功率實(shí)際運(yùn)行的速度：Vdc=2403.929/3.78=249m/min誤差：=（Vdc- Vdc）/ Vdc=（249-240）/240100%=3.75%15

49、%合適實(shí)際所需的電動(dòng)機(jī)功率：Nj=NjVdc/ Vdc=3.2249/240=3.3KW由于NjN,故所選減速器功率合適。3.5 選擇制動(dòng)器由1中所述,取制動(dòng)時(shí)間tz=5s按空載計(jì)算動(dòng)力矩,令Q=0,得:Mz= + 2021/ 1 ( 2 )3751iGDmc GDtnMmCzj式中/0/ min2( )ip p DM p m cj =( )2 12.5336 1344 0.5 0.95 =-19.2NmPp=0.002G=200000.002=40NPmin=G2) 12(c D + d=20.5)220000 (0.0006 + 0.02 0.14=720NM=2-制動(dòng)器臺(tái)數(shù).兩套驅(qū)動(dòng)裝置

50、工作Mz= + + 0.953.22 1.15 0.645 2890 0.5375 519.2 28902122=41.2 Nm現(xiàn)選用YWZ-200/25 的制動(dòng)器，查1表18-10 其制動(dòng)力矩M=50 Nm，為避免打滑，使用時(shí)將其制動(dòng)力矩調(diào)制3.5 Nm 以下。3.6 選擇聯(lián)軸器根據(jù)傳動(dòng)方案,每套機(jī)構(gòu)的高速軸和低速軸都采用浮動(dòng)軸.1.機(jī)構(gòu)高速軸上的計(jì)算扭矩：/ js M=IIMn=110.61.4=154.8 Nm式中MI連軸器的等效力矩.MI= el M 1 =255.3=110.6 Nm西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）221 等效系數(shù)取1 =2 查2表2-7Mel=9.75*7054000=

51、55.3 Nm由2表33-20 查的:電動(dòng)機(jī)Y160M1-8,軸端為圓柱形,d1=48mm,L=110mm;由219-5 查得ZLZ-160-12.5-iv 的減速器,高速軸端為d=32mm,l=58mm,故在靠電機(jī)端從由表2選聯(lián)器ZLL2 （浮動(dòng)軸端d=40mm;MI=630Nm,(GD2)ZL=0.063Kgm,重量G=12.6Kg） ；在靠近減速器端，由2選用兩個(gè)聯(lián)軸器ZLD，在靠近減速器端浮動(dòng)軸端直徑為d=32mm;MI=630 Nm, (GD2)L=0.015Kgm, 重量G=8.6Kg.高速軸上轉(zhuǎn)動(dòng)零件的飛輪矩之和為：(GD2)ZL+(GD2)L=0.063+0.015=0.078

52、 Kgm與原估算的基本相符，故不需要再算。2.低速軸的計(jì)算扭矩： = 0 M M i js js=154.815.750.95=2316.2 Nm3.7 緩沖器的選擇小型有軌巷道堆垛機(jī)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中控制系統(tǒng)失控時(shí)，就會(huì)和巷道口的機(jī)械裝置發(fā)生碰撞，為了減小碰撞時(shí)對(duì)堆垛機(jī)造成的危害，在小型有軌巷道堆垛機(jī)上的下橫梁上分別安裝了緩沖器。緩沖器主要用來(lái)吸收發(fā)生碰撞時(shí)所產(chǎn)生的能量，緩沖器的緩沖容量T 按式(3.14)計(jì)算：T=gGv220G帶載起重機(jī)的重量G=20000NV0碰撞時(shí)的瞬時(shí)速度，V0=（0.30.7）Vdxg重力加速度取10m/s2則W 動(dòng)=( )2 1020000 0.5 422 20 =g

53、Gv=4000 N m所選緩沖器的緩沖的容量Tn 應(yīng)滿足T nT 的計(jì)算公式，查表選擇緩沖器型號(hào)為：DPZ-160（860 822 46）4 堆垛機(jī)穩(wěn)定性計(jì)算234. 堆垛機(jī)穩(wěn)定性計(jì)算4.1堆垛機(jī)的穩(wěn)定性分析由于堆垛機(jī)在啟動(dòng)、加速、制動(dòng)過(guò)程中慣性力的作用，使堆垛機(jī)的立柱在巷道縱向方向發(fā)生彎曲振動(dòng)，并由材料力學(xué)知識(shí)可知，發(fā)生在立柱頂端的彎曲撓度最大，這樣導(dǎo)致了堆垛機(jī)在對(duì)高層貨架進(jìn)行存取作業(yè)時(shí)定位精度不高，影響工作的穩(wěn)定性，而且，這種振動(dòng)是影響精度的主要原因之一，特別是在堆垛機(jī)速度提高以后，這種振動(dòng)的振幅越大。由實(shí)驗(yàn)可知，運(yùn)行速度及加速度越大，振幅越大。柱端振幅一旦超過(guò)極限值將發(fā)生存取故障。為此研

54、究堆垛機(jī)高速運(yùn)行時(shí)立柱在慣性力及其他載荷作用下沿巷道縱向撓度問(wèn)題及振動(dòng)問(wèn)題對(duì)于解決提升運(yùn)行速度帶來(lái)的問(wèn)題有一定的幫助。4.2運(yùn)行中立柱撓度的計(jì)算4.2.1數(shù)學(xué)模型的建立堆垛機(jī)在靜止、運(yùn)行、制動(dòng)過(guò)程中，其立柱不同程度的受到外力的作用，導(dǎo)致立柱產(chǎn)生撓度和振動(dòng)。通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)表明，靜止時(shí)的靜撓度是一定的，但是在運(yùn)行過(guò)程中隨著加速度的不同，立柱的撓度也逐漸發(fā)生變化，立柱的變形與加速度很很大的關(guān)系。此時(shí)定位裝置若安裝在立柱及上、下橫梁上，誤差將會(huì)增大，定位精度很難得到保證，容易引起事故。所以，堆垛機(jī)在提升速度時(shí)要充分考慮加速度與撓度的變化關(guān)系。本課題選取的堆垛機(jī)是按照半閉環(huán)進(jìn)行速度的調(diào)速控制，每條運(yùn)行曲線是根據(jù)實(shí)際情況通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)得出的，因此每條運(yùn)行曲線的速度變化是不同，這樣加速度的變化對(duì)堆垛機(jī)立柱的影響也不一樣。本小節(jié)通過(guò)對(duì)立柱撓度的分析，得出立柱頂端的變形量，并確定隨著加速度的提高，對(duì)立柱的影響。根據(jù)各零件的布置，將堆垛機(jī)簡(jiǎn)化為三維與二維模型，并對(duì)模型進(jìn)行撓度計(jì)算和振動(dòng)分析。圖4-1、4-2 分別為堆垛機(jī)的三維與二維模型。圖4-1 堆垛機(jī)三維簡(jiǎn)化圖圖4-2 堆垛機(jī)二維簡(jiǎn)化圖西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）35由二維簡(jiǎn)化圖可知，下橫梁為剛性體，