小型立體倉庫設(shè)計(jì)

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單位代碼 6130 學(xué) 號(hào) 050105050 分 類 號(hào) TH 密 級(jí) 秘密 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書小型立體倉庫設(shè)計(jì)院 （ 系 ） 名 稱 工 學(xué) 院專 業(yè) 名 稱 機(jī) 械 設(shè) 計(jì) 制 造 及 其 自 動(dòng) 化學(xué) 生 姓 名 劉 標(biāo)指 導(dǎo) 教 師 薛 東 彬2009 年 5 月 13 日黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 1 頁 1 緒論1.1 課題的背景物流自古以來就伴隨著人類社會(huì)共同向前發(fā)展，成為人們生活中不可缺少的組成部分，是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)與工業(yè)發(fā)展相結(jié)合的產(chǎn)物。僅年來，我國(guó)為了發(fā)展經(jīng)濟(jì)，各地都在大力發(fā)展交通，海、路、空并舉，進(jìn)行大規(guī)模的基本項(xiàng)目的投資建設(shè)，成為現(xiàn)代化經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主旋律。而交通事業(yè)發(fā)展的最終目的，就是使物質(zhì)能夠迅速流通，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。在現(xiàn)代社會(huì)中，物質(zhì)流通領(lǐng)域的供應(yīng)鏈在信息、網(wǎng)絡(luò)的沖擊下發(fā)生了根本的改變，依靠傳統(tǒng)的流通方式已經(jīng)不能滿足時(shí)代的需要，而倉庫又成為各個(gè)交通樞紐上的結(jié)點(diǎn)，倉庫設(shè)備的發(fā)展必須跟時(shí)代的步伐，為了滿足現(xiàn)代社會(huì)的商品需求、管理與流通，立體倉庫營(yíng)運(yùn)而生，并在現(xiàn)代物流中起著重要作用，且隨著社會(huì)的需要，向自動(dòng)化、智能化發(fā)展。1.2 國(guó)內(nèi)外研究狀況立體倉庫的產(chǎn)生和發(fā)展是第二次世界大戰(zhàn)之后生產(chǎn)和技術(shù)發(fā)展的結(jié)果。50 年代初，美國(guó)出現(xiàn)了采用橋式堆垛起重機(jī)的立體倉庫；50 年代末 60 年代初出現(xiàn)了司機(jī)操作的巷道式堆垛起重機(jī)立體倉庫；1963 年美國(guó)率先在高架倉庫中采用計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，建立了第一座計(jì)算機(jī)控制的立體倉庫。此后，自動(dòng)化立體倉庫在美國(guó)和歐洲得到迅速發(fā)展，并形成了專門的學(xué)科。60 年代中期，日本開始興建立體倉庫，并且發(fā)展速度越來越快，成為當(dāng)今世界上擁有自動(dòng)化立體倉庫最多的國(guó)家之一。 我國(guó)對(duì)立體倉庫及其物料搬運(yùn)設(shè)備的研制開始并不晚，1963 年研制成第一臺(tái)橋式堆垛起重機(jī)（機(jī)械部北京起重運(yùn)輸機(jī)械研究所），1973 年開始研制我國(guó)第一座由計(jì)算機(jī)控制的自動(dòng)化立體倉庫（高 15 米，機(jī)械部起重所負(fù)責(zé)），該庫 1980 年投入運(yùn)行。到 2003 年為止，我國(guó)自動(dòng)化立體倉庫數(shù)量已超過 200 座。據(jù)美國(guó) ADL 公司調(diào)查，1988 年世界自動(dòng)化倉庫和運(yùn)輸設(shè)備的市場(chǎng)容量約為 20 億美元，到了 1995 年市場(chǎng)規(guī)模為 35 億美元。21 世紀(jì)自動(dòng)化倉庫和搬運(yùn)設(shè)備市場(chǎng)已達(dá) 70億，比 1995 年提高了一倍。又據(jù)日本通產(chǎn)省在 1990 年對(duì)日本國(guó)內(nèi)的自動(dòng)化立體倉庫市場(chǎng)調(diào)查結(jié)果為 549 億日元，到了 1995 年，日本自動(dòng)化立體倉庫的市場(chǎng)容量增加到752 億日元，2000 年達(dá)到 1030 億日元。依此推算，未來自動(dòng)化立體倉庫市場(chǎng)容量增長(zhǎng)黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 2 頁 可達(dá) 65%。自動(dòng)化立體倉庫在國(guó)內(nèi)大中城市發(fā)展前景看好。上海市已經(jīng)把發(fā)展立體倉庫和立體倉庫事業(yè)作為上海的五大支柱產(chǎn)業(yè)之一。倉庫物流業(yè)的發(fā)展是一個(gè)及其復(fù)雜的動(dòng)態(tài)產(chǎn)業(yè)。而流通領(lǐng)域的革命是通過物流設(shè)備完成的，并將新的的業(yè)種和技術(shù)引入了現(xiàn)代社會(huì)，成為一門新興產(chǎn)業(yè)，對(duì)提高產(chǎn)、供、銷的效率和效益起著關(guān)鍵性的作用。在這個(gè)系統(tǒng)中包含著經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。技術(shù)先進(jìn)性和科學(xué)。運(yùn)用自然科學(xué)中的數(shù)學(xué)邏輯推理與計(jì)算，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行模型化、模擬化、仿真分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)，使集“物流、商流、資金流和信息流”于一身的物流配送系統(tǒng)，在經(jīng)濟(jì)發(fā)展中得到延伸。目前，我國(guó)的物流產(chǎn)業(yè)與美國(guó)、日本、德國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家的差距相當(dāng)大。所以，為了提高我國(guó)整體物流業(yè)的實(shí)力，同時(shí)為國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)充分發(fā)揮強(qiáng)大的作用，通過道路交通的發(fā)展帶動(dòng)倉庫物流技術(shù)，以倉庫設(shè)備及技術(shù)的提高帶動(dòng)機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展，建立良好的物流系統(tǒng)，使其越來越多地發(fā)揮出強(qiáng)大生命力，在國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)中發(fā)揮出越來越重要的作用。相信在不久的將來，隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)步伐的加快，自動(dòng)化搬運(yùn)和倉庫設(shè)備的完善，計(jì)算機(jī)及信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的普及，人們意識(shí)的提高，集自動(dòng)化、計(jì)算機(jī)和信息化管理的物流網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)必將大大發(fā)展，以物流發(fā)展起來的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)將發(fā)揮出巨大的力量。1.3 課 題 研 究 內(nèi) 容本 次 設(shè) 計(jì) 對(duì) 象 為 一 個(gè) 五 行 六 列 ， 共 30 個(gè) 倉 位 的 小 型 立 體 倉 庫 。 要 求 倉 庫 堆 垛機(jī) 能 夠 實(shí) 現(xiàn) 3 維運(yùn)動(dòng)、自動(dòng)定位；上下運(yùn)動(dòng)采用鋼絲繩提升機(jī)構(gòu)；左右運(yùn)動(dòng)采用上下軌道導(dǎo)向支撐。且主要為機(jī) 械 部 分 設(shè) 計(jì) ， 包 括 貨 架 和 堆 垛 機(jī) 。黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 3 頁 2 設(shè)計(jì)方案對(duì)比立體倉庫組成主要為貨架、堆垛機(jī)和電氣控制部分。貨架和堆垛機(jī)根據(jù)使用場(chǎng)合和實(shí)際需要其結(jié)構(gòu)和實(shí)現(xiàn)方式而不同，我們應(yīng)根據(jù)實(shí)際需要，進(jìn)行方案對(duì)比加以選擇。2.1 貨架方案對(duì)比本次設(shè)計(jì)對(duì)象是一個(gè)配有有軌堆垛機(jī)的、能夠自動(dòng)定位的、單排的小型立體倉庫，因此可供選擇的貨架結(jié)構(gòu)大概有三種，一貫通式貨架，二懸臂式貨架，三牛腿式貨架。（1）貫通式貨架 這種貨架的優(yōu)點(diǎn)是具有高密度存儲(chǔ)能力，于一般貨架相比，其容量可加倍，高度可達(dá) 10m，不會(huì)壓損貨品。與其他高密度系統(tǒng)相比，其投資成本相對(duì)較低，能很好地適用存儲(chǔ)季節(jié)性貨物。缺點(diǎn)是無法不移動(dòng)其他托盤而揀取所需托盤，取貨時(shí)只能由外向內(nèi)順序取，且此貨位尺寸會(huì)影響有軌堆垛機(jī)的框架尺寸。由此可見此貨架不太適合本次設(shè)計(jì)。（2）懸臂式貨架 懸臂式貨是由若干塔式懸臂和縱梁構(gòu)成，根據(jù)懸臂上放置物品大小、重量、長(zhǎng)短，可以是單面懸臂，也可為雙面懸臂，懸臂一般用金屬構(gòu)件。架適合存放長(zhǎng)料貨物和不規(guī)則貨物.前伸的懸臂具有結(jié)構(gòu)輕巧，載重能力好，并且對(duì)存放不規(guī)則的或是長(zhǎng)度較為特殊的物料時(shí)，能大幅提高倉庫的利用率和工作的效率。增加了擱板后，特別適合空間小，高度低的庫房，管理方便，視野寬闊，與普通擱板式貨架相比，利用率更高。此結(jié)構(gòu)貨架適合本設(shè)計(jì)。（3）牛腿式貨架 牛腿式貨架主要用于自動(dòng)化倉庫中。此類貨架系統(tǒng)所使用的托盤承載能力強(qiáng)，剛性好，如托盤承載很小可取消橫梁，或貨格較小而不用橫梁，直接用塑料箱等置于牛腿之上，由堆垛機(jī)對(duì)貨物進(jìn)行自動(dòng)存取作業(yè)。此貨架適合本設(shè)計(jì)。懸臂式貨架與牛腿是貨架相比，前者通常用于大型、重型貨物，所用設(shè)備為側(cè)向叉車、起重機(jī)等；后者比較適合輕型貨物，通常于堆垛機(jī)配用，且我國(guó)早期的自動(dòng)化立體倉庫一般都采用牛腿式，這這方面技術(shù)較成熟。故此，本設(shè)計(jì)貨架采用牛腿式。為了減少貨架日后的為何工作量，貨架通過焊接連接。2.2 堆垛機(jī)方案對(duì)比黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 4 頁 有軌巷道堆垛起重機(jī)通常稱為巷道堆垛其中機(jī)，簡(jiǎn)稱堆垛機(jī)，是自動(dòng)化立體倉庫中重要的貨物存取設(shè)備之一。堆垛機(jī)的起重量一般在 2t 以下，特殊需要的可達(dá) 10t 以上，使用高度在 10~25m 之間，高者已達(dá) 50m。本次設(shè)計(jì)的堆垛機(jī)要求：上下運(yùn)動(dòng)采用鋼絲繩提升機(jī)構(gòu)；左右運(yùn)動(dòng)采用上下軌道導(dǎo)向支撐。且其按功能分，可分為三個(gè)組成部分：起升機(jī)、存取機(jī)構(gòu)和行走機(jī)構(gòu)。（1）起升機(jī)構(gòu) 起升機(jī)構(gòu)是用于驅(qū)動(dòng)載貨臺(tái)升降運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)，通過支架用螺栓固定在立柱下端、下端或中部。通常的起升機(jī)構(gòu)的方式有：電動(dòng)葫蘆起升機(jī)構(gòu)和卷揚(yáng)機(jī)起升機(jī)構(gòu)。 電動(dòng)葫蘆起升機(jī)構(gòu)通常用于重型或中型起重，而本次設(shè)計(jì)的堆垛機(jī)的載貨重量不超過 50kg，不適合采用電動(dòng)葫蘆起重機(jī)構(gòu)。故選用卷揚(yáng)機(jī)起升機(jī)構(gòu)。卷揚(yáng)機(jī)起升機(jī)構(gòu)的可采用放置位置有兩種：一放置在中部，二放置在上端。考慮到如果把卷揚(yáng)機(jī)構(gòu)放置在中部會(huì)影響存取機(jī)構(gòu)的尺寸設(shè)計(jì)，因此決定把卷揚(yáng)機(jī)起升機(jī)構(gòu)放置在上端，通過微電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)卷筒提升載貨臺(tái)。（2）存取機(jī)構(gòu) 通過查閱相關(guān)資料并進(jìn)行篩選，得到兩種可供選擇的存取機(jī)構(gòu)。一三節(jié)伸縮式貨叉機(jī)構(gòu)（如圖 2.1） ，二鋼絲繩拉伸式貨叉結(jié)構(gòu)（如圖 2.2） 。1) 后叉也即固定叉，安裝在載貨臺(tái)上，中間叉在齒輪齒條的驅(qū)動(dòng)下，從中間叉的中點(diǎn)，向左向右移動(dòng)大約自身長(zhǎng)度的一半。前叉可從中間叉的某一固定點(diǎn)向左或向右伸出中間叉二倍的長(zhǎng)度。2)鋼絲繩拉伸式貨叉結(jié)構(gòu) 如圖 2.2 所示，通過電機(jī)的正反轉(zhuǎn)拉動(dòng)連接著貨叉的鋼絲繩，從而實(shí)現(xiàn)貨叉的向左向右運(yùn)動(dòng)。圖 2.1 三節(jié)伸縮式貨叉機(jī)構(gòu)黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 5 頁 鋼絲繩拉伸式貨叉機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，但由于鋼絲繩的彈性，貨叉動(dòng)作會(huì)有滯后性，且貨叉尺寸較大。三節(jié)伸縮式貨叉機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)緊湊，動(dòng)作迅速，實(shí)時(shí)性較好，且由于是兩節(jié)貨叉同事伸縮，這就減小了貨叉的長(zhǎng)度。相比，三節(jié)伸縮式貨叉機(jī)構(gòu)則是個(gè)較好的選擇，且從本次的設(shè)計(jì)目的角度看，設(shè)計(jì)三節(jié)伸縮式貨叉將會(huì)用到更多所學(xué)專業(yè)知識(shí)，達(dá)到溫故而知新的效果。因此三節(jié)伸縮式貨叉機(jī)構(gòu)。（3）行走機(jī)構(gòu) 行走機(jī)構(gòu)即是驅(qū)動(dòng)堆垛機(jī)在軌道上來回運(yùn)動(dòng)。根據(jù)設(shè)計(jì)要求可知微電機(jī)是本次設(shè)計(jì)的動(dòng)力源的最佳選擇。因此行走結(jié)構(gòu)有兩種方案，一通過聯(lián)軸器把電機(jī)伸出軸與滾子軸連接，直接驅(qū)動(dòng)；二通過電機(jī)伸出的齒輪軸通過齒輪嚙合驅(qū)動(dòng)滾子（被動(dòng)齒輪做在滾子邊緣上。圖 2.2 鋼絲繩拉伸式貨叉結(jié)構(gòu)黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 6 頁 3 總體設(shè)計(jì)立體倉庫的方案通過比較已經(jīng)確定后，立體倉庫的整體設(shè)計(jì)就是按照已確定的方案進(jìn)行材料的選擇、參數(shù)及尺寸的確定。根據(jù)立體倉庫方案對(duì)比的劃分，立體倉庫的整體設(shè)計(jì)同樣可以劃分為貨架設(shè)計(jì)和堆垛機(jī)設(shè)計(jì)，同時(shí)堆垛機(jī)的設(shè)計(jì)又可分為堆垛機(jī)的存取機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、堆垛機(jī)的起升機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)和堆垛機(jī)行走機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。3.1 貨架設(shè)計(jì)3.1.1 貨架材料選擇通過查閱相關(guān)資料及類似設(shè)計(jì)類比，貨架的立柱及橫梁采用 6 號(hào)結(jié)構(gòu)用冷彎方型空心剛，材料為 Q235—A。貨架片用 5 號(hào)結(jié)構(gòu)用冷彎矩形空心鋼，材料 Q235—A。3.1.2 貨架材料校核已知 6 號(hào)結(jié)構(gòu)用冷彎方型空心剛寬 A=30mm，厚度 t=3mm，慣性矩 Ix=Iy=3.5×104mm4, ，取 r=4m，理論重量為m2.43.1tr???2.361kg/m，Q235—A 的彈性模量 E=2.05×105。 立柱的臨界壓應(yīng)力 Fr（貨架受力如圖 3.1）：?? N1039.23502114.3 62422 ??????????lEIFcr??立柱實(shí)際承受的壓力 F： ??N394.1270 N10358.9316.25021 3max? ?????? ??????? ?qlgF安全系數(shù) ,所以所選材料能夠滿足設(shè)計(jì)要507394.1706??ncr求。圖3.1貨架受力分析圖黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 7 頁 3.2 堆垛機(jī)存取機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)的堆垛機(jī)的存取機(jī)構(gòu)采用齒輪長(zhǎng)條式三級(jí)貨叉伸縮式，首先，固定叉上的齒輪與中間叉上的齒條嚙合，驅(qū)動(dòng)中間叉，中間叉上的齒輪同時(shí)固定叉與前叉上的齒條嚙合，驅(qū)動(dòng)前叉。它的參數(shù)設(shè)計(jì)主要是電機(jī)的選擇和齒輪齒條的參數(shù)計(jì)算。3.2.1 堆垛機(jī)存取機(jī)構(gòu)電機(jī)選擇取貨叉伸縮速度為 v=0.18m/s， N1473.0895???mgfF取安全系數(shù) n=1.2，則 W182.359.07174.6.22????wdPv故可以選擇 40W 可逆電機(jī)（精研） ，型號(hào) 90YR40DV22。其額定轉(zhuǎn)速 1200r/min.中間叉（中間齒輪）速度： s/m06.s/318.0??v中試選轉(zhuǎn)速 n=32r/min,5.72niT故選擇傳動(dòng)比為 i=36，選用標(biāo)準(zhǔn)減速箱 90GK36RT（精研） ，輸出轉(zhuǎn)速為 36r/min,輸出額定轉(zhuǎn)矩為 8.3mN*m。3.2.2 齒輪齒條設(shè)計(jì)1、選定齒輪類型、精度等級(jí)、材料及齒數(shù)1） 選用直齒圓柱齒輪傳動(dòng)。由于貨叉機(jī)構(gòu)要求的速度速度不高，故選用 7 級(jí)精度（GB 10095—88） 。2） 材料選擇。由《機(jī)械設(shè)計(jì)》 （以下類似）表 10-1 選擇齒輪材料為 40Cr（調(diào)質(zhì)） ，硬度為 280HBS，齒條材料為 45 鋼（調(diào)質(zhì)） ，硬度為 240HBS，二者材料硬度差為40HBS。黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 8 頁 3） 選擇齒輪齒數(shù)為 22。2、按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)由設(shè)計(jì)公式 進(jìn)行試算。??213*2. ????????HEdt ZuKTd??（1） 確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值1） 試選載荷系數(shù) Kt=2。2） 計(jì)算齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩 mN106.N364095041 ??????nPT3） 由表 10-7 選取齒寬系數(shù) =1。d?4） 由表 10-6 查得材料的彈性影響系數(shù) =189.8MPa。EZ5） 由圖 10-21d 按齒面硬度查得齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限 =600Mpa；齒條1limH?的接觸疲勞強(qiáng)度極限 =550MPa。2limH?6） 計(jì)算應(yīng)力循環(huán)系數(shù)取工作壽命 10 年（每年工作 300 天）： 81037.)3082(1360?????hnjLN7） 由圖 10-19 取接觸疲勞壽命系數(shù) 。9.21HNK8） 計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力取失效概率為 1%，安全系數(shù) S=1，得 MPa539098.][ 86.2lim11li ???SKHN?（2） 計(jì)算1） 計(jì)算齒輪分度圓直徑 ，代入 中較小的值。td][H?黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 9 頁 m35.40m5398.1106.2][3. 2421?????????????HEdtt ZuTKd??2） 計(jì)算圓周速度 v s/076.s/10635.4.106???ndvt?3） 計(jì)算齒寬 b m35.435.4?tdb?4） 計(jì)算齒寬與齒高比模數(shù) 8.12.0?zmtt齒高 7.43.5??h791.43b5） 計(jì)算載荷系數(shù)根據(jù) v=0.076m/s,7 級(jí)精度，由圖 10-8 查得 ：0.1?vK直齒輪， ；1??FHK由表 10-2 查得使用系數(shù) ；A由表 10-4 用插值法查得 7 級(jí)精度、齒輪懸臂布置時(shí)， 198.??HK由 ， 查圖 10-13 得 ；故載荷系數(shù)78.9?hb198.??HK184.??F90??VA6） 按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所得的分度圓直徑 m016.342198.35.43 ??ttKd7） 計(jì)算模數(shù) m黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 10 頁 m546.120.34??zdm3、按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)公式為 ?????????FSadYzKT??23（1） 確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值1） 由圖 10-20c 查得齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限 ；齒條的彎曲強(qiáng)度MPa501?FE?極限 ；MPa3802?FE?2） 由圖 10-18 取彎曲疲勞壽命系數(shù) ;98.,98.21FNFNK3） 計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力取彎曲疲勞安全系數(shù) S=1.4，得?? MPa17.268Pa4.13098.5.52211 ???SKFENF?4） 計(jì)算載荷系數(shù) K 40.???FVA5） 查取齒形系數(shù)由表 10-5 查得 27.;.21?FaFaY6） 查取應(yīng)力校正系數(shù)由表 10-5 查得 64.1;57.21SaSa7） 計(jì)算齒輪齒條的 并加以比較??FY???01592.7.268435121??FSaFY?黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 11 頁 齒條的數(shù)值大。設(shè)計(jì)計(jì)算 ??m938.0251.064431213?????????FSadYZKT??對(duì)比計(jì)算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)的模數(shù) m 大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)，由于齒輪模數(shù) m 的大小取決于彎曲強(qiáng)度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強(qiáng)度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑有關(guān)，可取由彎曲強(qiáng)度算的的模數(shù) 0.983 并就近圓整為標(biāo)準(zhǔn)值 m=1mm，按接觸強(qiáng)度算得的分度圓直徑 d=34.016 mm，算出齒輪齒數(shù)3401634???dz4、幾何尺寸計(jì)算 m5.31).234(61 ?????ffaahdmz3.3 堆垛機(jī)起升機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)（1）起升驅(qū)動(dòng)力起升的物體主要為：提升籠框架框架、存取驅(qū)動(dòng)電機(jī)、貨叉機(jī)構(gòu)及貨物。貨臺(tái)框架：長(zhǎng)×寬×高=340×340×500=（ 340+340+500）× 4×103×2.361kg=11.144kg架m存取驅(qū)動(dòng)電機(jī)（包含安裝架）：=（ 5.3+0.27）kg=5.57kg機(jī)貨叉機(jī)構(gòu)：=8kg叉m黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 12 頁 N63.872.19.73, N197.328.)57.014.()(???? ????Gngmmg取 安 全 系 數(shù) 叉機(jī)架（2）鋼絲繩的選用選用鋼絲繩公稱直徑 ，6×7 類天然纖維芯鋼絲繩，最小破壞拉力d4.39KN（GB/T 8918—1996） 。（3）卷筒公稱直徑 m6032min???dhD取 D=60 。（4）選擇起升電機(jī)取起升速度 ，則轉(zhuǎn)速：s/15.0?v。min/r746.inr6.33???Dvn?電機(jī)功率 W795.1308???vGFPW選用 200W 電磁制動(dòng)電機(jī)，型號(hào) 10YB200DV22（精研） 。選用速比為 25 的標(biāo)準(zhǔn)減速箱，型號(hào) 100GF25H，其輸出轉(zhuǎn)速： 25r/min；額定轉(zhuǎn)矩：27.7N·m。3.4 堆垛機(jī)行走機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)3.4.1 堆垛機(jī)行走機(jī)構(gòu)動(dòng)力部分設(shè)計(jì)（1） 行走機(jī)構(gòu)所受的壓力行走機(jī)構(gòu)所受的壓力可以看為起升總重量加上堆垛機(jī)外框架重、起升電機(jī)及卷筒重。起升總重量： N197.32?G堆垛機(jī)外框架重：堆垛機(jī)外框架采用 5 號(hào)熱軋槽鋼，其理論重量為 5.438kg/m?？蚣荛L(zhǎng)×高=450mm×2210mm。 N815.23.9438.5102)40(- ?????gmG堆 架堆 架黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 13 頁 起升電機(jī)及卷筒重： N98.)50.9(????gmG起 重起 重則 。N71.3)15.23173( ??堆 架起 重行 G取安全系數(shù) n=1.2。 k6.4.62.7.1????行行 N9304536fF行（1） 電機(jī)選擇主動(dòng)滾輪的直徑設(shè)計(jì)為 65mm，行走速度為 0.2m/s；min/r765.8in/r10652. W1.934?????DvnPW故選擇功率為 90W 的可逆電機(jī)（精研） ，型號(hào) 90YR90DV22。選擇速比為 25 的標(biāo)準(zhǔn)減速箱（帶耳型） ，型號(hào) 90GF30HE。3.4.2 堆垛機(jī)行走機(jī)構(gòu)齒輪設(shè)計(jì)1、選定齒輪類型、精度等級(jí)、材料及齒數(shù)1） 選用直齒圓柱齒輪傳動(dòng)。由于行走機(jī)構(gòu)要求的速度速度不高，故選用 7 級(jí)精度（GB 10095—88） 。2） 材料選擇。由《機(jī)械設(shè)計(jì)》 （以下類似）表 10-1 選擇小齒輪材料為 40Cr（調(diào)質(zhì)） ，硬度為 280HBS，大齒輪材料為 45 鋼（調(diào)質(zhì)） ，硬度為 240HBS，二者材料硬度差為 40HBS。3） 選擇齒輪齒數(shù)為 35。2、按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)由設(shè)計(jì)公式 進(jìn)行試算。??213*2. ????????HEdt ZuKTd??（1） 確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值1） 試選載荷系數(shù) Kt=1.3。黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 14 頁 2） 計(jì)算齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩 mN109.mN43095041 ??????nPT3） 由表 10-7 選取齒寬系數(shù) =0.5。d?4） 由表 10-6 查得材料的彈性影響系數(shù) =189.8MPa。EZ5） 由圖 10-21d 按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限 =600Mpa；大1limH?齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限 =550MPa。2limH?6） 計(jì)算應(yīng)力循環(huán)系數(shù)取工作壽命 10 年（每年工作 300 天）： 81023.)3082(14360?????hnjLN7） 由圖 10-19 取接觸疲勞壽命系數(shù) 。。9.,621?HNHNK8） 計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力取失效概率為 1%，安全系數(shù) S=1，得 MPa53908.][ 769.2lim11li ???SKHN?（2） 計(jì)算1） 計(jì)算齒輪分度圓直徑 ，代入 中較小的值。td][H?m396.54m5398.15.012][3. 24211?????????????HEdtt ZuTKd?2） 計(jì)算圓周速度 v s/12.0s/106439.5.106???ndvt?3） 計(jì)算齒寬 b黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 15 頁 m198.27396.5401???tdb?4） 計(jì)算齒寬與齒高比模數(shù) 54.3.1zmtt齒高 9725??h7849.3?b5） 計(jì)算載荷系數(shù)根據(jù) v=0.122m/s,7 級(jí)精度，由圖 10-8 查得 ：0.1?vK直齒輪， ；1??FHK由表 10-2 查得使用系數(shù) ；A由表 10-4 用插值法查得 7 級(jí)精度、齒輪懸臂布置時(shí)， 1.192??HK由 ， 1.192 查圖 10-13 得 1.172；故載荷系數(shù)98.5?hb??HK??F1920.1??VA6） 按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所得的分度圓直徑 m846.53.1926.543 ??ttKd7） 計(jì)算模數(shù) m 0.358.2z3、按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)公式為 ?????????FSadYzKTm??23（1） 確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值1） 由圖 10-20c 查得齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限 ；大齒輪的彎曲強(qiáng)MPa501?FE?度極限 ；MPa3802?FE?黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 16 頁 2） 由圖 10-18 取彎曲疲勞壽命系數(shù) ;97.0,5.21?FNFNK3） 計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力取彎曲疲勞安全系數(shù) S=1.4，得?? MPa286.3Pa4.138097.9.52211 ???SKFENF?4） 計(jì)算載荷系數(shù) K 170.???FVA5） 查取齒形系數(shù)由表 10-5 查得 ；； 45.245.21?FaFaY6） 查取應(yīng)力校正系數(shù)由表 10-5 查得 ；； 6.1.21?SaSa7） 計(jì)算小齒輪大齒輪的 并加以比較??FY???01534.286.3459921??FSaFY?大齒輪的數(shù)值大。（2） 設(shè)計(jì)計(jì)算 ?? m837.0154.0359.172.43213 ???????????FSadYzKTm??對(duì)比計(jì)算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)的模數(shù) m 大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)，由于齒輪模數(shù) m 的大小取決于彎曲強(qiáng)度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強(qiáng)度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑有關(guān)，可取由彎曲強(qiáng)度算的的模數(shù) 并就近圓整為標(biāo)準(zhǔn)值 m= 0.837mm，按接觸強(qiáng)度算得的分度圓直徑 d= 1mm，算出齒輪齒數(shù)黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 17 頁 53648.219.5???mdz4、幾何尺寸計(jì)算 m3?z由于齒輪的尺寸不能滿足設(shè)計(jì)需求，因此對(duì)齒輪參數(shù)進(jìn)行修正。取模數(shù) ,8,5.1?z。72??25.867.152m7.13).(.m. 25.75260)3(.121?????????dahzdhzffaaffaa修正減速箱速比：06.38712zi 340.126.??i?故選擇減速箱的速比為 12.5，型號(hào) 90GF12.5HE。3.5 軸承的設(shè)計(jì)由總裝圖可知，行走機(jī)構(gòu)從動(dòng)輪的軸承負(fù)載大，尺寸小。因此只須校核從動(dòng)輪軸承即可，軸承受力如圖 3.2 所示。（1） 設(shè)計(jì)參數(shù)徑向力： N567.107.1351???行GPN9.69.34221Fr軸向力： 0?a軸頸：d 1=15mm圖 3.2 軸承受力分析黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 18 頁 轉(zhuǎn)速：n=58.765r/min要求壽命： h4801382????Lh溫度系數(shù)：f t=1潤(rùn)滑方式：脂潤(rùn)滑（2） 被選軸承信息軸承類型：深溝球軸承軸承型號(hào)：6002軸承內(nèi)徑 ：d=152mm軸承外徑 ：D=32mm軸承寬度 ：B=9 mm基本額定動(dòng)載荷：C=5580N基本額定靜載荷 ：Co=2850N極限轉(zhuǎn)速(脂) ：nlimz=19000 r/min（3）當(dāng)量動(dòng)載荷負(fù)荷系數(shù) fp=1.2，判斷系數(shù) e=0.16，徑向載荷系數(shù) X=1，軸向載荷系數(shù) Y=0當(dāng)量動(dòng)載荷： N75.916)07.631(2.)( ??????arPYFXf軸承所需基本額定動(dòng)載荷：C'=5071.073 N（4）校核軸承壽命軸承壽命： h48063951h7.915806.0601 ?????????????????? hth LPCfnL?所以所選軸承滿足使用要求。主動(dòng)輪軸承選用型號(hào)為 6304 的深溝球軸承。黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 19 頁 4 電氣部分電氣設(shè)備主要包括電力拖動(dòng)、控制、檢測(cè)和安全保護(hù)堆垛機(jī)的控制一般采用可編程序控制器(PIJ3) 及計(jì)算機(jī)等 堆垛機(jī)必須有自動(dòng)認(rèn)址、貨位虛實(shí)等檢測(cè)以及其他檢測(cè)。電力拖動(dòng)要同時(shí)滿足快速、平穩(wěn)和準(zhǔn)確三方面的要求。在安全方面，堆垛機(jī)是一種起重機(jī)械，它要在又高又窄的巷道內(nèi)高速運(yùn)行。主要的安全保護(hù)措施有：終端極限限位保護(hù)；堆垛機(jī)在行走、升降和伸縮貨叉的終端都設(shè)有限位保護(hù)裝置；聯(lián)鎖保護(hù) 堆垛機(jī)在行走與升降時(shí)，貨叉伸縮電路切斷；相反貨叉伸縮時(shí)，行走與升降電路切斷； 正位虛實(shí)檢測(cè)控，只有堆垛機(jī)在垂直和水平方向停準(zhǔn)時(shí)，貨叉才能伸縮。堆垛機(jī)到某貨格入庫，在伸叉存入貨物前，需要先探測(cè)貨格內(nèi)有無貨物，以防止雙重入庫，造成事故。探測(cè)器可以是反射式光電開關(guān)，當(dāng)貨格內(nèi)有貨物時(shí)則停止送貨，同時(shí)發(fā)出“雙重入庫”報(bào)警信號(hào)； 載貨臺(tái)斷鏈保護(hù) 堆垛機(jī)正常工作時(shí)，起升導(dǎo)軌兩側(cè)的偏心輪與導(dǎo)軌脫開．使載貨臺(tái)能夠沿著起升導(dǎo)軌上下運(yùn)動(dòng)。當(dāng)由于意外及長(zhǎng)期使用等原因造成提升鏈條突然斷裂時(shí)，偏心輪通過連稈機(jī)構(gòu)及彈簧作用卡在起升導(dǎo)軌的兩側(cè)，使載貨臺(tái)不致突然下落；斷電保護(hù)。如果載貨臺(tái)升降過程中突然斷電，則通過升降電機(jī)制動(dòng)使載貨臺(tái)不致于降落下來。4.1 控制系統(tǒng)自動(dòng)化立體倉庫的控制系統(tǒng)主要是指托盤搬運(yùn)控制系統(tǒng)，包括堆垛機(jī)的控制和外圍輸送設(shè)備的控制。目前自動(dòng)化立體倉庫中應(yīng)用的控制系統(tǒng)是樹形結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)，如圖 4.1所示。圖 4.1 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 20 頁 上位機(jī)通信模塊的作用是把控制命令傳送給設(shè)備控制 PLC，同時(shí)獲取 PLC 檢測(cè)到的各設(shè)備狀態(tài)信號(hào)及命令執(zhí)行情況等信息，以保證存取作業(yè)的順利進(jìn)行。上位機(jī)發(fā)送給 PIE 的命令有功能設(shè)定、貨物狀態(tài)、存取位置等類型，PLC 根據(jù)這些命令自主地完成對(duì)設(shè)備的控制動(dòng)作。堆垛機(jī)及外圍托盤輸送設(shè)備的控制 PIE 要完成的功能見表 4.1。表 4.1 堆垛機(jī)及外圍托盤輸送設(shè)備 PLC 功能4.2 計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)自動(dòng)化立體倉庫的計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)包括出入庫管理(出入庫的原則和優(yōu)化調(diào)度)以及對(duì)庫存等信息及其與其他系統(tǒng)的接口管理。自動(dòng)化倉庫是計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)的一部分，目前企業(yè)級(jí)的信息系統(tǒng)都是基于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)，自動(dòng)化立體倉庫的庫存數(shù)據(jù)庫將成為企業(yè)信息系統(tǒng)中分布式數(shù)據(jù)庫的一部分，解決立體倉庫信息在網(wǎng)絡(luò)上與其他系統(tǒng)共享數(shù)據(jù)的問題是自動(dòng)化立體倉庫的庫存管理的基本內(nèi)容和需要著重解決的問題計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)是自動(dòng)化立體倉庫中一個(gè)重要的組成部分，是充分發(fā)揮自動(dòng)化立體倉庫與信息系統(tǒng)緊密結(jié)合優(yōu)勢(shì)的保證。它體現(xiàn)了自動(dòng)化立體倉庫可以與企業(yè)信息系統(tǒng)天然結(jié)合的特點(diǎn)。黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 21 頁 結(jié)論在倉庫領(lǐng)域中，物資的輸送、存儲(chǔ)、管理和控制的規(guī)模越來越大，靠人工實(shí)現(xiàn)已經(jīng)遠(yuǎn)不能夠需要。自動(dòng)化倉庫技術(shù)在物資存儲(chǔ)行業(yè)中受到人們的重視，其控制重點(diǎn)轉(zhuǎn)向物資的控和管理要求實(shí)時(shí)、協(xié)調(diào)和一體化，計(jì)算機(jī)之間、數(shù)據(jù)采集點(diǎn)之間、機(jī)械設(shè)備的控制器之間及它們與主計(jì)算機(jī)之間的通信可以及時(shí)地匯總信息，倉庫計(jì)算機(jī)及時(shí)地記錄訂貨和到貨間，顯示庫存量，計(jì)劃人員可以方便地作出供貨決策，管理人員隨時(shí)掌握貨源及需求 。息技術(shù)的應(yīng)用已成為倉庫技術(shù)的重要支柱。滿足了人們速度、精度、高度、重量、重復(fù)存和搬運(yùn)等要求，使總體效益和生產(chǎn)的應(yīng)變能力大大超過各部分獨(dú)立效益的總和，自動(dòng)化技逐漸成為倉庫自動(dòng)化技術(shù)的核心。而作為現(xiàn)代物流新發(fā)展階段的產(chǎn)物的自動(dòng)化立體倉庫的出現(xiàn)將使勞動(dòng)密集、效率低下的倉儲(chǔ)業(yè)發(fā)生了實(shí)質(zhì)性的改變，在節(jié)約勞動(dòng)、節(jié)省空間的基礎(chǔ)之上大大拓展了倉庫的功能，使之從單純的保管型向綜合的流通型方向發(fā)展。黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 22 頁 致謝本畢業(yè)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)論文是在我的指導(dǎo)老師薛東彬老師的精心指導(dǎo)和大力支持下完成的。他嚴(yán)肅的科學(xué)態(tài)度，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神，孜孜以求的工作作風(fēng)，深深地感染和鼓勵(lì)著我。在整個(gè)論文創(chuàng)作過程中，薛老師都始終給予我細(xì)心的指導(dǎo)和不懈的支持，在此向薛老師致以誠(chéng)摯的謝意和崇高的敬意。 論文的完成過程中，多少可敬的師長(zhǎng)、同學(xué)、朋友給了我無言的幫助，在這里請(qǐng)接受我誠(chéng)摯的謝意!最后我還要感謝培養(yǎng)我長(zhǎng)大含辛茹苦的父母，謝謝你們! 黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 23 頁 參考文獻(xiàn)[1] 田奇.倉庫物流機(jī)械與設(shè)備.機(jī)械技術(shù).北京：機(jī)械工業(yè)出版社.2008.(1). 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