單立柱巷道式堆垛機機械設計說明書.doc

攀枝花學院本科畢業(yè)設計（論文） 巷道式堆垛機機械部分設計 學生姓名： 余 威 學生學號： 201210601197 院（系）： 機械工程學院 年級專業(yè)：2012級機械設計制造及其自動化 指導教師：陳新德 講師 二一六年六月攀枝花學院畢業(yè)設計論文 摘 要摘 要本文詳細論述了普遍應用在現(xiàn)代大中型企業(yè)中的單立柱有軌巷道式堆垛機的設計方案。文中對堆垛機的分類，特點及其構造進行了詳細的敘述。堆垛機是自動化立體倉庫中最重要的起重堆垛設備，是隨著立體倉庫的出現(xiàn)而發(fā)展起來的專用起重機。它能夠在自動化立體倉庫的巷道中來回穿梭運行，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送到巷口。設計重點主要包括：堆垛機的機架、升降機構、行走機構、貨叉伸縮機構以及安全機構。文章在確定堆垛機的總體設計方案的前提下，再對各個機構進行受力分析和設計計算，最后進行必要的相關校核并最終確定各個的機構實際取值。本次的畢業(yè)設計運用多種起重機的現(xiàn)代設計方法，特別是運用計算機輔助設計（CAD）的方法，在計算機上將堆垛機的設計圖紙CAD化，大大提高了設計的效率，節(jié)省時間。關鍵詞： 自動化立體倉庫；堆垛機；升降機構；行走機構；貨叉伸縮機構；安全機構 I1攀枝花學院畢業(yè)設計論文 ABSTERCTABSTERCTThis article has discussed the design of the single-pillar type of Narrow-Aisle Stacker Crane which has been universally used in modern most enterprises in detail. This article described the kinds of stakers, features and the structure in detail. Stacker cranes is the most important part of the automation three-dimensional storehouse among the take heavy crane pile up equipment, it can in the tunnel of automation cube in the shuttle operation of round trip, will locate in tunnel the goods of mouth stock goods shelf; or opposite take out the goods transit in goods shelf go to tunnel mouth. The design focus mainly include: The stackers rack, walk organization, fork telescoping mechanism and safe organization. Under the premise of overall design scheme of stacking crane, then for organization analyze by force condition calculate. Finally, check nuclear necessarily and definite every numerical.This Graduation Design use many kinds of Modern Designs of the crane, especially to use the method of Computer-aided design(CAD),Stackers will be the design drawings of the CAD on the computer, which greatly improve the efficiency of the design and saving time.Keywords: Automation three-dimensional storehouse Stacker Crane Movement organization Walk organization Fork telescoping mechanism Safe organizationII1攀枝花學院畢業(yè)設計論文 目 錄 目 錄摘 要IABSTRACTII1 引言11.1 研究背景及意義11.2 研究的內容及設計思路21.2.1 主要設計內容21.2.2設計要求21.3 研究的發(fā)展趨勢31.4 堆垛機所受載荷的簡化方法32 堆垛機的整體結構設計方案52.1 堆垛機結構的主要結構組成52.2 單立柱有軌巷道式堆垛機的特點62.3 堆垛機的控制裝置63堆垛機機架的結構設計計算93.1 堆垛機的機架結構93.1 機架立柱的尺寸設計93.2 機架的上、下橫梁設計104堆垛機伸縮貨叉機構的設計計算124.1 堆垛機伸縮貨叉的結構設計124.1 貨叉?zhèn)鲃友b置的總體選型124.2 貨叉?zhèn)鲃渔溳啠湕l的設計計算124.3 堆垛機貨叉靜度和擾度的計算135堆垛機行走機構的設計計算165.1 堆垛機行走機構的整體設計165.1.1 驅動方式的選取165.1.2 車輪的的設計165.1.3 電動機的選取165.1.4 減速器的選取175.1.5 制動器的選取175.2 軌道的設計175.3 行走機構電動機的選取185.4 堆垛機行走輪的設計計算185.5 行走機構減速器的選取195.6 行走機構聯(lián)軸器的選擇196 堆垛機升降機構的設計216.1 堆垛機升降機構的整體設計216.1.1 柔性件的選取216.1.2 卷筒的選取216.1.3 電動機的選取216.1.4減速器的選取226.1.5 制動器的選取246.2 升降機構零部件的設計計算256.1.1 鋼絲繩的計算256.1.2 卷筒的相關尺寸計算256.2升降機構傳動裝置的選取266.2.1 電動機的選擇266.2.2 減速器的選擇277 堆垛機維修與保養(yǎng)及其操作規(guī)程287.1 日常維護287.2 檢查內容287.3 修理287.4 適用范圍287.5管理內容287.5.1操作規(guī)程287.5.2 安全操作規(guī)程30參考文獻32結論33致謝34攀枝花學院畢業(yè)設計論文 1 引言攀枝花學院畢業(yè)設計論文 1 引言1 引言隨著世界經濟的持續(xù)發(fā)展和科學技術的突飛猛進以及經濟全球化的趨勢的加強，各國面臨著前所未有的機遇和挑戰(zhàn)。在這種大形勢之下，現(xiàn)代物流作為工業(yè)化進程中最為經濟合理的綜合服務模式和管理技術已被越來越多的企業(yè)所重視。隨著全球物流事業(yè)的快速發(fā)展，物流系統(tǒng)的進一步改善和合理性對優(yōu)化資源配置、提高企業(yè)生產率、降低生產成本起著至關重要的作用。因此，自動化立體倉庫系統(tǒng)也越來越受到青睞。其核心設備巷道堆垛起重機則是代表自動化立體倉庫的標志，對立體倉庫的出入庫效率有重要影響。自動化倉庫是現(xiàn)代物流中的重要組成部分，它是在不直接進行人工處理的情況下自動存取物料的系統(tǒng)，是現(xiàn)代工業(yè)社會發(fā)展的高科技產物，對提高生產率、降低成本有著重要的意義。在20世紀70年代初期，我國開始研究采用有軌巷道式堆垛機（簡稱堆垛機）的立體倉庫。1980年我國第一座自動化倉庫在北京汽車制造廠投產，從此自動化倉庫在我國得到了迅速發(fā)展。本文從堆垛機的應用特點入手，著重就堆垛機的結構設計進行初步的研究。巷道式堆垛機是立體倉庫的核心物流設備，是隨著自動化立體倉庫出現(xiàn)而發(fā)展起來的專用起重機，它是倉庫中使用最廣泛的物料搬運設備，也是物流倉庫系統(tǒng)中的最重要設備，其用途是在自動化立體倉庫的貨架巷道上來回穿梭運行，講位于巷道口的貨物存入貨格，或者相反取出貨格內的貨物運到巷道口。早期的堆垛機是在橋式起重機的起重小車上懸掛一個門梁，利用貨叉在立柱上的上下運動及立柱的旋轉運動來搬運貨物，通常稱之為橋式堆垛機。1960年左右在美國出現(xiàn)了巷道式堆垛機，這種堆垛機在地面的導軌上行走，利用貨架上部的導軌防止傾斜，或者相反，在上部導軌上行走，利用地面導軌防止傾斜。隨著計算機控制技術和自動化立體倉庫的發(fā)展，堆垛機的應用越來越廣，技術性能越來越好，高度也越來越高，到1970年代實現(xiàn)了有貨架支撐的高度為40米的堆垛機。堆垛機的運行速度也不斷提高，目前堆垛機水平運行速度也不斷提高，最高達到200m/min（小載重量的堆垛機已經達到300m/min），起升速度達到50m/min。1.1 研究背景及意義自動化立體倉庫作為現(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庫系統(tǒng)。它是在不直接進行人工干預的情況下由巷道堆垛機實現(xiàn)貨物的存儲和取出，整個過程由計算機網絡管理和自動控制系統(tǒng)完成。自動化立體倉庫最早誕生在美國，進入20世紀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)標志著現(xiàn)代工業(yè)技術步入了一個加速發(fā)展的階段。50年代，出現(xiàn)了司機操作的巷道式起重機立體倉庫。此后，自動化立體倉庫在美國和歐洲得到迅速發(fā)展，并形成專門學科。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，成為當今世界上擁有自動化倉庫最多的國家。自動化倉庫技術的研究對優(yōu)化資源配置、提高企業(yè)生產率，降低生產成本有著非常重要的意義。堆垛機是自動化立體倉庫中最重要的其重堆垛設備，它能夠在倉庫巷道中來回穿梭運行，將位于巷道口的貨物存入貨格，或者從貨格里取出貨物運送到巷道口。我國于1973年開始研制，據不完全統(tǒng)計，我國目前已建成300多座立體倉庫。目前我過的自動化倉庫技術已實現(xiàn)了與其他信息決策系統(tǒng)的集成，正在做智能控制和模糊控制的研究工作。但同世界主要工業(yè)發(fā)達國家相比，存在著一定的差距?？偨Y經驗，查找不足，勇于創(chuàng)新，不斷交流改進，相信我們在該項技術的研究上一定回取得突破性的進展。1980年，我國在汽車、化工、電子、煙草等行業(yè)的應用逐年增長。其中，最具代表性的是我國龍頭企業(yè)海爾集團國際物流的立體倉庫，該倉庫高22米，擁有18056個標準托盤位，包括原材料和產品兩大自動化物流系統(tǒng)，全部實現(xiàn)了現(xiàn)代物流的自動化和智能化。近幾年，我國計算機自控技術的飛速發(fā)展，為我國自動化立體倉庫發(fā)展提供了重要的技術支持。自動化立體倉庫不僅具有節(jié)約和減輕勞動強度、提高物流效率、降低儲運損耗、減少流動資金等優(yōu)勢，而且在溝通物流信息、銜接產需、保證生產均勻、合理利用資源、進行科學儲備與生產經營決策方面發(fā)揮著獨特的作用，使人們可以真正享受到現(xiàn)代計算機技術應用與企業(yè)物流管理的益處。 1.2 研究的內容及設計思路1.2.1 主要設計內容（1）堆垛機的機架的設計計算；（2）堆垛機的貨叉伸縮機構的設計計算；（3）堆垛機的行走機構的設計計算；（4）堆垛機的升降機構的設計計算；（5）堆垛機的安全機構的設計計算。1.2.2設計要求為使堆垛機能夠準確、快速、安全、自動搬運貨物出入庫 ，必須滿足以下設計要求：(1)具備三維運動功能，即堆垛機沿巷道來回水平運動、載貨臺垂直運動、貨叉沿貨架方向伸縮運動；(2)滿足一定的定位精度 ，重復定位精度誤差不能超過10mm；(3)具備安全保護措施；(4)在滿足強度、剛度和可靠性的前提下，盡量減小堆垛機各部的重量，以減小提升功率和行走時的摩擦阻力;(5)保護倉庫環(huán)境，避免貨物污染受損。1.3 研究的發(fā)展趨勢以品種多、數量少、頻率高供給方式下的物流環(huán)境為背景，對于自動化立體倉庫的效能提出了越來越高的要求。早期的堆垛機，在橋式起重機的起重小車上懸掛一個門柱，利用貨叉在立柱上的上下運動及立柱的旋轉運動來搬運貨物，通常稱之為橋式堆垛機。但通常由于立柱高度的限制，橋式堆垛機的作業(yè)高度不能太高，而巷道堆垛機沿貨架倉庫巷道內的軌道運行，使得作業(yè)高度提高。采用貨叉伸縮結構，可以使巷道寬度變窄，提高自動化立體倉庫的利用率，它適用于各種高度的高層貨架倉庫，可以實現(xiàn)半自動、全自動和遠距離高集中控制。日本大福公司于1999年在巷道堆垛機主體的高速化上下功夫，開發(fā)了AS21模式。AS21模式是以高效率動作為基礎，在高效能化（縮短循環(huán)時間）方面引用的一個概念，使巷道堆垛機的高效能化技術得到了大幅度的提升。1.4 堆垛機所受載荷的簡化方法堆垛機的機架有立柱、上下梁組成，整機結構高而窄。堆垛機工作時，將受到載貨臺、貨物的鉛垂作用，行走、制動和加減速的水平慣性力作用以及起吊時的沖擊載荷作用；某些特殊環(huán)境下，還要受到風力的作用。堆垛機每完成一個工作循環(huán)，以上載荷將重復出現(xiàn)一次。因次，堆垛機所受的是交替變化的載荷。為了保證堆垛機安全可靠的工作，其鋼結構部分的強度與剛度計算是必不可少的。在此，就堆垛機所受載荷簡化的基本方法作一一說明。1)起重重量PL 實際起重重量包括貨叉、附件重量和額定重量之和，用示?？紤]到貨物正常起吊時的動載沖擊作用，則設計起重重量= 式中，稱為沖擊系數，與堆垛機分類有關：(見表1-1)類 =1. 1 類 =1.25 類 =1.4 類 =1.6表1-1堆垛機分類 工作時間載荷 長中短輕中重2)水平載荷堆垛機沿水平方向加減速行走或制動時，其自身質量及起重質量必然會產生與其加速度有關的水平慣性力。即= 式中，稱為動載荷系數，由于加速度的不確定性，一般用額定速度v來確定。水平行走時 =0.0005v3）風力載荷風力載荷SW為風壓力q與受風面積的乘機，即=qA堆垛機工作時，風壓力 q=1742.7非工作狀態(tài)，風壓力 q=148.1 式中，h為吊具高度，單位取mm4)起升沖擊載荷在正常情況下，起吊貨物的加速度可能很大，這時的沖擊載荷很大，設計時應另行考慮。5）載荷狀態(tài)堆垛機工作時，其承載能力是上述各種載荷與自重的不同組合：A 正常工作狀態(tài)：M（+ +）B 特殊工作狀態(tài)：M（+ +）+ C 起升工作狀態(tài)： + + D 停止： + 以上各式中，M稱為作業(yè)系數，與堆垛機的分類有關：類M=1.0； 類M=1.05； 類M=1.1；類M=1.204 攀枝花學院畢業(yè)設計論文 2 堆垛機的整體結構設計方案2 堆垛機的整體結構設計方案參考國內外有關堆垛機廠家的分類和型號，結合堆垛機的具體工作環(huán)境，本次設計的單立柱有軌巷道式堆垛機主要用于起重量在0.5t1t之間，起升高度不大于9米的自動化立體倉庫里，采用此設備便于實現(xiàn)倉庫的綜合機械化、自動化。2.1 堆垛機結構的主要結構組成堆垛機結構主要有三個機構組成，整體結構如圖(2-1)所示： 1.水平行走機構 2,.下橫梁 3.伸縮機構 4.立柱 5.拉升機構 6.上橫梁圖2.1 單立柱堆垛機結構圖（1） 升降機構有電動機、制動器、減速器、卷筒、鋼絲繩及防落安全裝置組成。升降機構的工作速度一般控制在1525m/min，最高可達45m/min，設計時選取20m/min.(2)水平行走機構有電動機、聯(lián)軸器、制動器、減速器和行走輪組成。在其頂部設置導向輪沿固定在貨架上弦的上軌道導行。下軌道設置兩個行走輪沿敷設在地面上的單軌運行。為防止堆垛機出現(xiàn)脫軌或側翻現(xiàn)象，在其車輪兩側裝有側面導向輪。行走機構的工作速度依據巷道長度和物料出入庫頻率而定，正常工作速度控制在50100m/min，最高可達到180m/min,設計時選取80m/min。本堆垛機將采用交流變頻調速方式。(在交流異步電動機的諸多調速方法中,變頻調速的性能最好,調速范圍大,穩(wěn)定性好,運行效率高。貨叉伸縮機構是堆垛機的取放物料裝置，它有上叉、下叉、鏈條等組成。貨叉伸縮機構的工作速度控制在15m/min，最高可達30m/min，設計時選取10m/min。2.2 單立柱有軌巷道式堆垛機的特點由于使用場合的限制，本單立柱巷道式堆垛機在結構和性能方面具有以下幾個特點：（1）由于機架采用單立柱結構，整機重量小，結構緊湊，作業(yè)時，駕駛員的視野較好，但由于載貨臺和貨物對單立柱的幾何力矩作用可能會造成立柱的扭曲和變形，使整機剛性較差。（2）本堆垛機沿著巷道天地軌運行,其作業(yè)具有三個方向動作。水平行走為x-x方向，能把貨物送到任意一列；垂直升降為z-z方向，能把貨物提升到任意一層；貨叉伸縮為y-y方向，能存取貨物；（3）金屬結構件除應滿足強度和剛度要求外，還要有較高的制造和安裝精度。（4）采用專門的叉取貨物的裝置，常用多節(jié)伸縮貨叉或貨板機構。（5）各電氣傳動機構應同時滿足快速、平穩(wěn)和準確的要求。（6）為保證人生和設備的安全，堆垛機必須配備有硬件及軟件的安全保護裝置， 控制系統(tǒng)應具有一系列連鎖保護措施。此外，在電氣柜上設置報警系統(tǒng)，當堆垛機出現(xiàn)故障或探測器發(fā)現(xiàn)異常情況發(fā)出報警。2.3 堆垛機的控制裝置自動運行的堆垛機控制系統(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、安全保護功能、自我診斷故障的功能等多種控制功能。(1)位置功能位置控制就是確定堆垛機停止在作業(yè)位置的功能。自動化立體倉庫一般都采用高層貨架結構，以X、Y、Z坐標表示貨架的行、列、段的方向，用三維坐標表示貨物的位置。為了自動確定位置，也就是為了在某一位置發(fā)出減速指令使堆垛機減速，在規(guī)定位置發(fā)出停機信號，就必須檢測現(xiàn)在的位置。本設計中位置的檢測可由在個坐標軸上按一定的間隔裝設的傳感器來進行檢測。(2 )速度控制速度控制包括對提高作業(yè)效率有關的高速度,防止貨物倒塌以及不致于使堆垛機發(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) 貨叉控制根據堆垛機出庫和入庫作業(yè),伸縮貨叉向左側或右側進行叉取操作的順序控制功能。 (4)全保護裝置堆垛機的立柱高度達10米,載貨臺的升降速度也達到20m/min,而載貨臺是沿堆垛機立柱的導軌上下運行的承載結構,上有貨叉機構、駕駛室等。為了保證堆垛機正常工作,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裝置。本設計中設置以下幾種保護裝置:1)貨叉上、下限自動停止保護在堆垛機貨叉在進行升降運動時,不能超過導軌的上端和下端極限。因此可以在上下端各設置一個限位開關來實現(xiàn)該功能。2)載貨臺負荷限制在載貨臺超載時,發(fā)出報警信號并切斷起升機構動力.當載貨臺被托住,鋼絲繩松弛時,也會發(fā)出停止運動的報警信號并切斷動力。因此可設置熱繼電器來作為檢測裝置,再安裝一個蜂鳴器作為警報提示。3)駕駛室的安全保護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。可設置一個限位開關來檢測為使堆垛機能夠在軌道上平穩(wěn)運行，因此必須依靠車輪來實現(xiàn)這一運動。4)速度轉換裝置當堆垛機走到軌道的某一位置時應以高、中、低速 的某一速度行進時,就需要通過速度裝換裝置來實現(xiàn)這一功能.本設計中可以設置一個接近開關。5)貨叉保護裝置堆垛機在進行工作過程中,為了確保當貨叉伸縮到一定位置時就回自動停止,可設置一個機械制動器來實現(xiàn)該功能。6)載貨臺斷繩保護裝置當鋼絲發(fā)生繩斷裂時,能夠自動可靠的將載貨臺停止,避免溜車或墜車事故的發(fā)生.因此對這種安全保護裝置的設計要求是靈敏度高、作用可靠、沖擊小、結構簡單.本設計中采取連桿凸輪機構來實現(xiàn)這一功能要求。一旦鋼絲繩斷裂,彈簧通過連桿機構使凸輪卡在升降機構的導軌里阻止載貨臺墜落.正常工作時,提桿平衡載貨臺及其上貨物的質量,彈簧處于壓縮狀態(tài),凸輪與升降機構的導軌分離。該裝置原理如圖2.2所示.圖2.2 斷繩保護裝置34 攀枝花學院畢業(yè)設計論文 3 堆垛機機架的結構設計計算3 堆垛機機架的結構設計計算3.1 堆垛機的機架結構機架是堆垛機的主要承載構件，主要由立柱和上、下橫梁聯(lián)接而成。通常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（有時也沒有）。立柱上附加導軌，使載貨臺沿導軌上下升降，同時還能夠靠地上和頂上的導軌保持走行穩(wěn)定和支持貨叉伸出進行裝卸作業(yè)時的翻轉彎矩。在機架上安裝有升降、走行等機械裝置，以及配置有電氣控制開關、安全保護裝置等。下部支承式的集中放在機架的下部。由于載貨臺與貨物對單立柱的力矩作用，以及走行時起動、制動及加減速產生的水平慣性力的作用，對立柱會產生動、靜方面的影響。機架在通道的縱向發(fā)生撓曲，整個機架成為振動體，其柱端的振動較大。同樣，在通道的直角方向，立柱由于貨叉作業(yè)時的彎矩作用而發(fā)生彎曲，使伸長的伸縮叉的前端的撓度增大。當柱端振動和貨叉前端的撓度一超過極限，就成為堆垛機自動定位的障礙，所以機架應滿足足夠的強度和剛度要求。本次設計中采取立柱下部支承式，采用優(yōu)質鋼材焊接而成牢固結構。當拼裝成型后必須調整立柱的垂直度，以補償在貨架頂部載貨時造成立柱的彈性變形。3.2 機架立柱的尺寸設計堆垛機機架的設計計算參數如下：Q載貨臺及其貨物質量(1500kg)；q柱的單位長度的平均重量(60.6kg/m)；L立柱的高度(12m)；h載荷的離立柱的距離(1m)；E彈性模量，（依材料而定）；許用應力；b截面長；h截面寬；堆垛機的立柱應具有足夠的強度和適當的剛度，因此，為解決該類問題，本設計中按強度設計準則來設計截面尺寸。設計時，初取橫截面的長、寬之比為b：h=1：2，初選截面為2907.9矩形鋼管(I=19014cm)作為立柱材料.堆垛機的受力分析如圖（3.1）所示。圖3.1 立柱受力分析圖如圖3.1所示，立柱可以簡化為簡支梁來計算，立柱的設計應滿足強度設計準則：= 式（3.1）自重引起的彎矩 Mq=q=60.061099=5.96KN.m載荷Q引起的彎矩 =50KN.M因此立柱中央截面的總彎矩 M總= Mq+=5.95+50=55.95 KN.m抗彎截面系數 W= = 式（3.2）將（3.2）式帶入（3.1）式得：=109mmh=2b218mm3.3 機架的上、下橫梁設計設計時初選槽鋼(高*腿長*腰厚)，截面面積=28.83,單位長度重量=22.63kg/m, I=8360，q=22.637kg/m對其進行剛度校核，上、下橫梁應滿足剛度設計準則許用轉角；將上、下橫梁簡化為簡支梁進行計算滿足剛度要求，因此最終確定選用槽鋼。攀枝花學院畢業(yè)設計論文 4 堆垛機伸縮貨叉機構的設計計算4 堆垛機伸縮貨叉機構的設計計算4.1 堆垛機伸縮貨叉的結構設計伸縮貨叉是堆垛機存取貨物的執(zhí)行機構，本設計中采用了2層伸縮式機構。主要由固定叉、上叉、鏈條、鏈輪等組成。1.下叉 2 .固定輪 3.張緊輪 4.驅動輪 5.固定輪 6.鏈條圖4.1 貨叉結構圖固定叉1側面裝軸承固定在載貨臺的臺架上，其上安裝有固定鏈輪2和原驅動4，在電機的驅動下，帶動電機上的驅動鏈輪5使得上叉在鏈條傳動下向前伸出，其中鏈條固定在上叉，行成閉合鏈條，帶動上叉的伸縮運動。4.2 貨叉?zhèn)鲃友b置的總體選型取運行阻力系數W=0.85,于是 =WG=0.855000=8500N式中 G為運作貨物重力取機構的總效率=0.9.則剛運行靜功率為=故選電機型號為EI801-4的電磁制動三項異步電機，額定功率為0.55kw。轉速為390r/min。4.3 貨叉?zhèn)鲃渔溳?，鏈條的設計計算（1）選擇鏈輪的齒數小鏈輪齒數，取21；大鏈輪齒數,=121=21；在貨叉?zhèn)鲃酉到y(tǒng)中，增速或減速，所以上式中傳動比為1 鏈輪選用40cr合金調質剛為材料進行制造，淬火溫度為850，以降低脆性。鏈輪結構采用整體式，鏈輪齒型按GB1244-8規(guī)定制造。（2）選定鏈節(jié)數初選中心距=40p，則鏈節(jié)數為=80+21=101取=100節(jié)（3）確定鏈節(jié)距p工況系數=1,鏈輪齒數=0.92，多排鏈系數=1，所以鏈條的額定功率選擇鏈條型號為08A的單排鏈，抗拉載荷13.8KN，鏈節(jié)距p=12.7mm。中心距=40p=4012.7=500mm（4）確定中心距理論中心距a=（5）中心距減少量，取為91mm實際中心距=a-=501.65-91=401mm鏈輪的主要尺寸計算如下：分度圓直徑d=；齒頂圓直徑=p（0.54+cot）=12.7(0.54+cot)=91mm；齒根圓直徑=d-=85-7.95=77.05mm,取77mm。4.4 堆垛機貨叉靜度和擾度的計算貨叉機構的受理分析在允許范圍內對計算工況適當的簡化，假設堆垛機在運行過程中立柱不發(fā)生變形，根據貨叉的支撐結構，如下圖：1. 下叉板 2 從動鏈輪1（下叉） 3. 張緊輪 4. 電機（主動輪） 5. 從動輪26. 上叉板 圖4.2 貨叉結構簡圖根據貨叉結構簡圖，作貨叉受力分析圖，如下圖4.2 圖4.3 貨叉受力分析圖圖中a、b、c為額定間的尺寸分別為50cm、18cm、40cm，設、是材料的彈性模量,、分別為A、B、C的支反力，Q為貨物載荷。上叉板擾度計算貨叉在貨物的作用下在上叉板處和c處產生支反力，上叉板受力和變形如下圖4.3所 圖4.4 上叉板受力圖虛線表示變形，由上土可知，上叉板的B、C支點及力轉角微分方程和擾度方程分別為 N N= &=當=b時，=0，&=0，所以 =0.54 =1.86下叉板擾度計算 圖4.5 下叉板受力圖載荷Q在b段產生的作用反力為，在c點產生傾角，產生的擾度求得 =2941 N =10294 N =0.4 =2.5因此 =0.94 =4.36貨叉在叉取貨時的最大擾度一般規(guī)定不超過5mm，根據以上式子可知，貨叉結構設計的擾度符合要求 攀枝花學院畢業(yè)設計論文 5 堆垛機行走機構的設計計算5 堆垛機行走機構的設計計算5.1 堆垛機行走機構的整體設計 要滿足堆垛機能夠在自動化立體倉庫的貨架巷道里來回穿梭運行，實現(xiàn)貨物的存取要求，需要設計行走機構。主要包括：電動機、減速器、制動器、行走車輪。5.1.1 驅動方式的選取方案一：地面驅動式行走機構安裝在下橫梁上，行走軌道鋪設在地面上，堆垛機靠下部的車輪支承和驅動，上部的導向輪用以防止堆垛機的傾倒或擺動。這種驅動方式的優(yōu)點在于：驅動裝置由于裝在下橫梁上，容易保養(yǎng)維護，使用方便。起重范圍大，應用比較廣泛，適合于各種高度的立體倉庫。方案二：上部驅動式該驅動方式又可分為懸掛式和支承式兩種結構形式。行走機構安裝在堆垛機門架的上部，在地面上也沒有導軌，使門架下部的導軌以一定的間隙夾持在導軌的兩側，從而防止堆垛機運行時產生的擺動和傾斜，其升降裝置也安裝在門架的上部。這種驅動方式的優(yōu)點在于：在設計機架（即：金屬結構）時，可不考慮橫向的彎曲強度，鋼結構的自重可以減輕，加減速時的慣性和擺動小，穩(wěn)定靜止所需的時間就短。但是由于行走、升降等驅動裝置都安裝在堆垛機上部，保養(yǎng)、檢查與維修必須在高空作業(yè)，既不方便也不安全，而且立體倉庫的屋頂要承擔堆垛機的全部移動載荷重，從而增加了屋頂結構和貨架的重量。綜合以上兩種方案的對比，結合設計題目的要求，本設計中的驅動型式采用“下部支承地面驅動型”。5.1.2 車輪的的設計為使堆垛機能夠在軌道上平穩(wěn)運行，因此必須依靠車輪來實現(xiàn)這一運動。通常，車輪的形式有帶輪緣和無輪緣兩種。因為本設計中將采用貨叉作業(yè)，這樣將會產生啃軌現(xiàn)象。嚴重時使車輪與軌道劇烈磨損，并且大大增加附加載荷，使堆垛機運行扭擺。發(fā)出響聲，影響其正常工作，甚至出現(xiàn)開不動和脫軌現(xiàn)象。因此，在設計中，在下軌道上設置圓柱形（無輪緣）車輪（設計2個行走輪），并在下軌道側面安裝2個側面導向輪。上軌道設置2個有輪緣車輪作為導向輪，從而保證堆垛機的安全穩(wěn)定運行。5.1.3 電動機的選取本設計中，行走機構的電動機確定選用允許有較大振動和沖擊，轉動慣量小，過載能力大的YZR系列繞線型起重用三相異步電動機5.1.4 減速器的選取從堆垛機本身的工作場合考慮，本設計最終確定選用展開式一級圓柱齒輪減速器5.1.5 制動器的選取堆垛機在運行過程中，為了滿足能夠減速停車的要求，需要在運行機構中設置一個制動器以便控制制動力矩的大小，從而實現(xiàn)其功能。同時考慮堆垛機能平穩(wěn)工作，本設計中確定選用盤式常開式制動器。在走行方面的制動轉矩值的大小一般為電機額定轉矩的100%即可。5.2 軌道的設計本設計采用地面驅動式，需要設計上、下軌道來支承起堆垛機的全部自重，并能使堆垛機在其上順利運行。目前，常用的軌道主要有以下三種：起重機鋼軌、鐵路鋼軌和方鋼。綜合堆垛機的具體工作場合和性能要求（剛度強度的要求），并進行市場調查進行成本考慮，上軌道可采用工字鋼，其具有良好的抗彎強度，常選用含C、Mn較高的鋼材軋制而成（典型型材U71Mn）。下軌道可采用鐵路鋼軌中的輕軌，常選用普通碳素結構鋼的鎮(zhèn)靜鋼和半鎮(zhèn)靜鋼。其頂部做成凸狀的，底部具有一定寬度，具有良好的抗彎強度。本設計采用地面驅動式（前面已作介紹，具體內容見2.5.1），需要設計上、下軌道來支承起堆垛機的全部自重，并能使堆垛機在其上順利運行。目前，常用的軌道主要有以下三種：起重機鋼軌、鐵路鋼軌和方鋼。綜合堆垛機的具體工作場合和性能要求（剛度強度的要求），并進行市場調查進行成本考慮，上軌道可采用工字鋼，其具有良好的抗彎強度，常選用含C、Mn較高的鋼材軋制而成（典型型材U71Mn）。下軌道可采用鐵路鋼軌中的輕軌，常選用普通碳素結構鋼的鎮(zhèn)靜鋼和半鎮(zhèn)靜鋼。其頂部做成凸狀的，底部具有一定寬度，具有良好的抗彎強度。堆垛機軌道安裝的好壞直接影響到堆垛機的運行質量。常用的安裝方法有：壓板固定法、鉤形螺桿固定、焊接和螺栓聯(lián)用固定。軌道的接頭采用焊接方式，其順序是由下而上，先軌底后軌腰、軌頭，逐層逐道進行堆焊，最后修補周圍。焊接時應注意以下問題：1）在施焊前，固定鋼軌接頭時，2根鋼軌端頭之間所留間隙是上寬下窄，以軌底間隙為準，一般控制在1518mm之間。2）當鋼軌端頭焊接完成后，應采取熱處理來消除其應力，可以用氣焊噴嘴圍繞軌頭、軌腰、軌底反復進行加熱。5.3 行走機構電動機的選取行走機構的電動機所需的功率為可按下式計算： （KW） 式（5.1）式中 行走阻力； v行走機構的運行速度； 行走機構的總效率，一般可取0.85-0.95由上式可知，現(xiàn)須確定行走阻力的大小，可按下式計算： （N） 式（5.2）式中 堆垛機的額定起重量和自重之和； 軸承摩擦系數，查表選取0.1； f車輪滾動阻力系數，查表選取0.3； D車輪直徑； d軸徑； 阻力摩擦系數，查表選取1.5；將相關數據帶入式（5.2）中，算得：=20050 N，并將其結果帶入式（5.1），最后算得所需電動機的功率P=29KW，因此選擇型號為YZR225M6，轉速為957r/min,額定功率為34KW，效率為90%且3490%=30.6，可選。安裝代號選取1M1003，國際基準機座號為160M。5.4 堆垛機行走輪的設計計算行走輪有主動輪和從動輪1個，采用輪軸直接連接的驅動方式。行走輪的允許載重量等各參數間有下列關系式：P=KD（B-2r）（kg） 式（5.3） K=（kg/cm） 式（5.4）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許用應力系數（kg/cm）； v走行速度（m/min）； 許用應力（球墨鑄鐵的許用應力為50kg/cm,即5MPa）。首先確定B=6.4cm，r=0.2cm, k=50 kg/cm, v=80m/min則 K=36.3（kg/cm）P= 1500kg將以上數據帶入式（5.3），式（5.4）中算得：D=8.5cm行走輪的輪壓主要根據疲勞計算輪壓選取，其計算公式為： = 式（5.5）式中，疲勞計算輪壓（N）； 工作時最大允許載重量（N）；正常工作時最小輪壓（N）；又根據車輪直徑的計算公式： 式（5.6）式中，轉速系數； 工作級別系數； 接觸應力常數；首先確定 =6.0,=0.82,=1.25,l=30mm，代入式（5.5），式（5.6）中算得：D=350mm車輪的轉速為： =212.3r/min車輪的軸徑為d=14mm，為滿足選擇合適的軸承，取d=15mm軸上的軸承選取型號為6202，基本尺寸為：d=15mm，D=35mm，B=11mm5.5 行走機構減速器的選取行走機構中的減速器可根據機構的傳動比從標準中選用。行走機構的傳動比由下式確定： 式（5.7）式中 電動機額定轉速； 車輪的轉速；代入相關數據到式（5.7）中算得：=4.48可選取減速器的標準型號為ZDY160（低速級中心距為160）。5.6 行走機構聯(lián)軸器的選擇聯(lián)軸器的具體規(guī)格根據載荷情況、計算轉矩、軸直徑和工作轉速來選擇。計算轉矩有下式確定： 式（5.8） =工作情況系數取2.3,則2.3289=664.7由設計手冊選取彈性柱銷聯(lián)軸器TL8。它的許用轉矩為，半聯(lián)軸器材料為鋼時，許用轉速為3000r/min。攀枝花學院畢業(yè)設計論文 6 堆垛機升降機構的設計6 堆垛機升降機構的設計6.1 堆垛機升降機構的整體設計為了使堆垛機上貨物的存取機構做升降運動，需要設計一個升降機構，用以滿足該功能要求。起升機構主要包括：電動機、減速器、制動器、卷筒、柔性件、導軌組成。起升機構的運轉是通過減速裝置使卷筒轉動，使柔性件卷入卷筒，柔性件機通過架立柱頂部的定滑輪與載貨臺相連，因此柔性件牽引載貨臺上升，當到達指定的貨格位置時，制動器動作，使載貨臺平穩(wěn)、準確地停住。6.1.1 柔性件的選取在堆垛機的起升機構里需要靠柔性件來來起吊貨物。目前，起重機常用的柔性件主要有鋼絲繩和鏈條。鋼絲繩與鏈條相比，其優(yōu)點在于：強度高、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；高速運轉時工作平穩(wěn)、無噪音等。綜上所述，通過分析比較，設計中確定選用鋼絲繩作為起升機構的柔性件。6.1.2 卷筒的選取為了卷繞和容納鋼絲繩，通過對鋼絲繩的收放，需要設置卷筒裝置來實現(xiàn)該功能。在起重機械中，主要采用圓柱形的鋼絲繩卷筒。按鋼絲繩在卷筒卷繞層數的不同可有以下兩種備選方案。方案一：單層卷繞卷筒方案二：多層卷繞卷筒方案對比：單層卷繞卷筒表面通常切有螺旋形繩槽，鋼絲繩依次排列其內，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，防止卷繞過程中相鄰鋼絲繩間的相互摩擦。從而可以延長鋼絲繩的使用壽命。但當起升重物量增加，需要較長的鋼絲繩時，卷筒的長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變化，運轉起來不平穩(wěn)。綜上所述，結合堆垛機具體使用場合和性能要求，本設計中選擇單層卷繞圓柱形卷繞卷筒。6.1.3 電動機的選取一般工廠里都有交流電網提供三相交流電，其成本低，啟動、制動、調速方便，機械活動范圍廣，故選取電動機作為起升機構的原動機。按電動機轉子繞組結構不同可有以下兩種備選方案。方案一：繞線式異步電機方案二：鼠籠式異步電機方案對比 ：繞線式異步電機的轉子電阻可以調節(jié)，因此起動電流不是很大，通常不會超過額定電流的22.5倍，而且也便于調速。鼠籠式異步電機的構造簡單，操縱方便，價格也較便宜，但起動電流較大，達到額定電流的46倍，調速性能差，不能承受較頻繁的起動，通常只用在起動不頻繁、功率較小的工作機構中。根據具體工作環(huán)境，堆垛機的啟動負載大，啟動、制動、換向頻繁，要求有較高的工作穩(wěn)定性。綜合以上兩種方案的對比，本設計中選用允許有較大振動和沖擊，轉動慣量小，過載能力大的YZR系列繞線型起重用三相異步電動機。6.1.4減速器的選取在電動機和卷筒之間需要設計一個傳動裝置用以傳遞運動和作用，并藉以改變運動的形式、速度大小和轉矩的大小。本設計中采用減速器作為起升機構的傳動裝置。(1)傳動方式的選擇起重機械中常有以下三種備選方案。方案一：二級圓柱齒輪減速器，其結構如下： 圖6.1 二級圓柱齒輪減速器方案二：蝸輪減速器，其結構如下： 1. 電動機 2. 聯(lián)軸器 3. 減速器 4. 聯(lián)軸器 5.滾筒 6. 鏈 圖6.2 渦輪減速器結構圖方案三：行星齒輪減速器方案對比：二級圓柱齒輪減速器效率高，功率范圍大，現(xiàn)已標準化，因而使用范圍普遍；蝸輪減速器雖然結構尺寸小，傳動比較大，重量輕，但效率低，壽命較短，在長期連續(xù)使用時就顯得不經濟，一般只用于小型起重機；行星齒輪減速器的結構緊湊，傳動比也較大，但價格比較昂貴。綜上所述，從產品的成本、性能和具體使用場合考慮，本設計中選取二級圓柱齒輪減速器。(2)輸出（入）軸的配置根據機械設計手冊輸出（入）軸有以下四種備選方案。方案一：展開式，其結構如下： 圖6.3 展開式結構圖特點：結構簡單，但齒輪相對與軸承的位置不對稱，因此要求軸有較大的剛度，高速級齒輪布置在遠離轉矩輸入端，這樣，軸在轉矩作用下產生的扭矩變形和軸在彎矩