教學(xué)型立體倉庫提升與送物部分設(shè)計(jì)

1、1 緒 論隨著我國經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，現(xiàn)代物流技術(shù)在我國也得到了很大的提高，特別是作為現(xiàn)代物流技術(shù)典范的自動化倉庫技術(shù)尤其令人關(guān)注。自動化立體倉庫，是實(shí)現(xiàn)物流系統(tǒng)合理化的關(guān)鍵。它具有空間利用率高、便于實(shí)現(xiàn)自動化管理、實(shí)時自動結(jié)算庫存貨物種類和數(shù)量、立體倉庫信息庫可以和中央計(jì)算機(jī)系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行等許多優(yōu)點(diǎn)。對加快物流速度、提高勞動生產(chǎn)率、降低生產(chǎn)成本都有重要意義。1.1 課題背景及目的高層貨架倉庫簡稱高架倉庫。一般是指采用幾層、十幾層乃至幾十層高的貨架儲存單元貨物，用相應(yīng)的物料搬運(yùn)設(shè)備進(jìn)行貨物入庫和出庫作業(yè)的倉庫。由于這類倉庫能充分利用空間儲存貨物，故常形象地將其稱為“立體倉庫”。 立體倉庫的

2、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，自動化立體倉庫在美國和歐洲得到迅速發(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)今世界上擁有自動化立體倉庫最多的國家之一1。 我國對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年開始研制我國第一座由計(jì)算機(jī)控制的自動化立體倉庫

3、（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，我國自動化立體倉庫數(shù)量已超過200座。立體倉庫由于具有很高的空間利用率、很強(qiáng)的入出庫能力、采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制管理而利于企業(yè)實(shí)施現(xiàn)代化管理等特點(diǎn)，已成為企業(yè)物流和生產(chǎn)管理不可缺少的倉儲技術(shù)，越來越受到企業(yè)的重視。 根據(jù)立體倉庫控制系統(tǒng)要求，我們參考了德國西門子plc s7-200 cpu226 型號，此類型plc可以滿足多種多樣自動化控制的要求，它雖為小型機(jī)，但有些功能可與大中型plc相媲美。s7-200 具有很強(qiáng)大的指令系統(tǒng)，具有功能齊全的編程軟件和接口友好的工業(yè)控制組態(tài)軟件，同時它有多種功能模塊，便于組網(wǎng)，有良好的擴(kuò)展

4、性。此外，低廉的價格，很高的性價比也是我們采用它的重要原因。此系統(tǒng)為了保證堆垛機(jī)三維位置移動定位的精確性，在同一位置誤差不超過5 毫米，我們采用兩個步進(jìn)電機(jī)控制堆垛機(jī)的升降和行走。同時伸叉控制使用直流電動機(jī)為執(zhí)行組件，完成伸出收回動作。此系統(tǒng)的輸入信號分為兩部分，一是控制面板上的控制按鈕，包括急停按鈕、自動手動轉(zhuǎn)換開關(guān)、左右按鈕、上下按鈕、伸出和收回按鈕。另一部分是各方位的限位開關(guān)，包括：上下限位、左右限位、伸出限位和收回限位。此系統(tǒng)的輸出相對要復(fù)雜一些，s7-200 cpu226 支持兩路的pto 脈沖輸出，分別為q0.0 和q0.1。pto 可以輸出一串占空比50%的脈沖，我們可以控制脈沖

5、的周期和個數(shù)，其中周期可以根據(jù)需要選用微秒或毫秒，脈沖個數(shù)是一個32 位的無符號數(shù)。此系統(tǒng)用q0.0 來控制上下電機(jī)的運(yùn)動，q0.1 來控制左右電機(jī)的運(yùn)動。另外，步進(jìn)電機(jī)還有正反轉(zhuǎn)控制功能，用q0.2 來控制上下電機(jī)的運(yùn)動方向，用q0.3 來控制左右電機(jī)的運(yùn)行方向。同時，用q0.4 和q0.5 來控制伸叉電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。自動化立體倉庫（as/rs）是由立體貨架、有軌巷道堆垛機(jī)、出入庫托盤輸送機(jī)系統(tǒng)、尺寸檢測條碼閱讀系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)、自動控制系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)以及其它如電線電纜橋架配電柜、托盤、調(diào)節(jié)平臺、鋼結(jié)構(gòu)平臺等輔助設(shè)備組成的復(fù)雜的自動化系統(tǒng)。運(yùn)用一流的集成化物流理念，采用先進(jìn)

6、的控制、總線、通訊和信息技術(shù)，通過以上設(shè)備的協(xié)調(diào)動作，按照用戶的需要完成指定貨物的自動有序、快速準(zhǔn)確、高效的入庫出庫作業(yè)3。本課題研究的目的是研究出教學(xué)所用的立體倉庫的提升和送物部分的設(shè)計(jì)，為以后所開展的教學(xué)活動充分做好準(zhǔn)備，為同學(xué)們的實(shí)驗(yàn)課及二課活動增加更多的去向和培養(yǎng)方向，增加同學(xué)們的學(xué)習(xí)的積極性。1.2 國內(nèi)外研究狀況自動化立體倉庫是現(xiàn)代物流系統(tǒng)中迅速發(fā)展的一個重要組成部分, 它具有節(jié)約用地、減輕勞動強(qiáng)度、消除差錯、提高倉儲自動化水平及管理水平、提高管理和操作人員素質(zhì)、降低儲運(yùn)損耗、有效地減少流動資金的積壓、提高物流效率等諸多優(yōu)點(diǎn)。與廠級計(jì)算機(jī)管理信息系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)以及與生產(chǎn)線緊密相連的自動化

7、立體倉庫更是當(dāng)今cims(計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng))及fms(柔性制造系統(tǒng))必不可少的關(guān)鍵環(huán)節(jié)4。自動化所圍繞自動化倉儲系統(tǒng)開發(fā)了多種自動化系統(tǒng)硬件設(shè)備及軟件產(chǎn)品, 如: 不同類型的庫存管理軟件、系統(tǒng)仿真軟件、圖形監(jiān)控及調(diào)度軟件、堆垛機(jī)輸送機(jī)控制軟件、條形碼識別跟蹤系統(tǒng)、搬運(yùn)機(jī)器人、碼垛機(jī)械手、自動運(yùn)行小車、貨物分選系統(tǒng)、堆垛機(jī)認(rèn)址檢測系統(tǒng)、堆垛機(jī)控制系統(tǒng)、貨位探測器、高度檢測器、輸送系統(tǒng)、碼垛系統(tǒng)、自動輸送小車等產(chǎn)品。貨物在倉庫中的存儲過程是貨物流通的一個非常重要的環(huán)節(jié)，其構(gòu)成如圖 1 所示。據(jù)對沈陽市物流中心的調(diào)查，貨物的分揀和出入庫基本上仍然是手工作業(yè)，貨物流通的時間滯后在很大程度上是由這一環(huán)

8、節(jié)造成的，而且由于是人工作業(yè)，工作人員的勞動強(qiáng)度很大，貨物的損壞、丟失及其它管理不善也時有發(fā)生。從這個角度上說，在物流倉庫中引進(jìn)自動化倉庫技術(shù)是很有必要的。1.3 課題研究方法1.3.1 自動化立體倉庫的組成 自動化立體倉庫大致由三部分組成：1.高層立體式堆貨架；2.入出庫用搬運(yùn)機(jī)(堆垛機(jī)、貨物分配車等)；3.信息處理控制設(shè)備(計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)通信裝置等)。倉庫的平面布置一般有三種形式：l 型、u型和直線型，其余的形式都是這三種形式的變形，其中直線型布置簡潔，易于實(shí)現(xiàn)，應(yīng)用也最為廣泛 。圖1.1 自動化立體倉庫貨物流通過程示意圖1.3.2 自動化立體倉庫主要技術(shù)性能（1）控制系統(tǒng)：技術(shù)先進(jìn)，采用現(xiàn)

9、場控制總線直接通訊的方式，真正做到計(jì)算機(jī)只監(jiān)不控，所有的決策、作業(yè)調(diào)度和現(xiàn)場信息等均由堆垛機(jī)、出入庫輸送機(jī)等現(xiàn)場設(shè)備通過相互間的通訊來協(xié)調(diào)完成。 每個貨位的托盤號分別記錄在堆垛機(jī)和計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)庫里，管理員可利用對比功能來比較計(jì)算機(jī)的記錄和堆垛機(jī)里的記錄，并進(jìn)行修改，修改可自動完成和手動完成。 系統(tǒng)軟、硬件功能齊全，用戶界面清晰，便于操作維護(hù)。 堆垛機(jī)有自動召回原點(diǎn)的功能，即無論任何情況，只要貨叉居中且水平運(yùn)行正常時，可按照下達(dá)的命令自動返回原點(diǎn)。這意味著操作人員和維護(hù)人員可以盡量不進(jìn)入巷道。 智能的控制系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)真正的自動盤庫功能，避免了以往繁重的人工盤庫工作，減輕了倉庫管理人員的工作強(qiáng)度

10、，同時保證了出庫作業(yè)的出錯率為零。（2）監(jiān)控管理系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)管理、入庫管理、出庫管理、查詢、報(bào)表、單據(jù)與盤庫、報(bào)警、監(jiān)控與動畫等模塊1.3.3 自動化立體倉庫應(yīng)用領(lǐng)域自動化所先后參加了第二汽車制造廠立體庫、天水長城開關(guān)廠fms板材立體庫、上海寶鋼總廠備件立體庫、國家863計(jì)劃中cims實(shí)驗(yàn)工程立體庫、濟(jì)南第一機(jī)床廠中央立體庫、株洲南方航空動力機(jī)械有限公司物流系統(tǒng)、儀征化纖股份公司滌綸長絲立體庫、廣東震德塑料機(jī)械廠有限公司零部件自動化立體庫、浙江正泰電器集團(tuán)立體倉庫、伊利液態(tài)奶自動化立體倉庫、蒙牛乳業(yè)自動化立體倉庫和中國人民解放軍軍需、器材立體倉庫等百座自動化倉庫的建設(shè), 這些自動化倉庫都達(dá)到了

11、當(dāng)時的國內(nèi)最高水平, 有的達(dá)到了國際先進(jìn)水平。1.3.4 自動化立體倉庫供貨方式項(xiàng)目總承包（設(shè)計(jì)、制造、安裝、調(diào)試、服務(wù)）或控制及管理系統(tǒng)分承包。 自動化立體庫基本由一下部分組成: 高層貨架:用于存儲貨物的鋼結(jié)構(gòu)。目前主要有焊接式貨架和組合式貨架兩種基本形式。 托盤（貨箱）：用于承載貨物的器具，亦稱工位器具。 巷道堆垛機(jī):用于自動存取貨物的設(shè)備。按結(jié)構(gòu)形式分為單立柱和雙立柱兩種基本形式；按服務(wù)方式分為直道、彎道和轉(zhuǎn)移車三種基本形式。 輸送機(jī)系統(tǒng):立體庫的主要外圍設(shè)備，負(fù)責(zé)將貨物運(yùn)送到堆垛機(jī)或從堆垛機(jī)將貨物移走。輸送機(jī)種類非常多，常見的有輥道輸送機(jī)，鏈條輸送機(jī)，升降臺，分配車，提升機(jī)機(jī)，皮帶機(jī)等

12、。 agv系統(tǒng):即自動導(dǎo)向小車。根據(jù)其導(dǎo)向方式分為感應(yīng)式導(dǎo)向小車和激光導(dǎo)向小車。 自動控制系統(tǒng):驅(qū)動自動化立體庫系統(tǒng)各設(shè)備的自動控制系統(tǒng)。目前以采用現(xiàn)場總線方式為控制模式為主。 庫存信息管理系統(tǒng):亦稱中央計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)。是全自動化立體庫系統(tǒng)的核心。目前典型的自動化立體庫系統(tǒng)均采用大型的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)（如oracle，sybase等）構(gòu)筑典型的客戶機(jī)/服務(wù)器體系，可以與其它系統(tǒng)（如erp系統(tǒng)等）聯(lián)網(wǎng)或集成7。 1.3.5 自動化立體倉庫的優(yōu)越性自動化立體倉庫其優(yōu)越性是多方面的，對于企業(yè)來說,可從以下幾個方面得到體現(xiàn)： 1） 提高空間利用率 早期立體倉庫的構(gòu)想，其基本出發(fā)點(diǎn)就是提高空間利用率，充分節(jié)約

13、有限且寶貴的土地。在西方有些發(fā)達(dá)國家，提高空間利用率的觀點(diǎn)已有更廣泛深刻的含義，節(jié)約土地，已與節(jié)約能源、環(huán)境保護(hù)等更多的方面聯(lián)系起來。有些甚至把空間的利用率作為系統(tǒng)合理性和先進(jìn)性考核的重要指標(biāo)來對待。 立體庫的空間利用率與其規(guī)劃緊密相連。一般來說，自動化高架倉庫其空間利用率為普通平庫的2-5倍。這是相當(dāng)可觀的。2） 便于形成先進(jìn)的物流系統(tǒng)，提高企業(yè)生產(chǎn)管理水平 傳統(tǒng)倉庫只是貨物儲存的場所，保存貨物是其唯一的功能，是一種“靜態(tài)儲存”。自動化立體倉庫采用先進(jìn)的自動化物料搬運(yùn)設(shè)備，不僅能使貨物在倉庫內(nèi)按需要自動存取，而且可以與倉庫以外的生產(chǎn)環(huán)節(jié)進(jìn)行有機(jī)的連接，并通過計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)和自動化物料搬運(yùn)設(shè)備

14、使倉庫成為企業(yè)生產(chǎn)物流中的一個重要環(huán)節(jié)。企業(yè)外購件和自制生產(chǎn)件進(jìn)入自動化倉庫儲存是整個生產(chǎn)的一個環(huán)節(jié)，短時儲存是為了在指定的時間自動輸出到下一道工序進(jìn)行生產(chǎn)，從而形成一個自動化的物流系統(tǒng)，這是一種“動態(tài)儲存”，也是當(dāng)今自動化倉庫發(fā)展的一個明顯的技術(shù)趨勢。 以上所述的物流系統(tǒng)又是整個企業(yè)生產(chǎn)管理大系統(tǒng)（從訂貨、必要的設(shè)計(jì)和規(guī)劃、計(jì)劃編制和生產(chǎn)安排、制造、裝配、試驗(yàn)、發(fā)運(yùn)等）的一個子系統(tǒng)，建立物流系統(tǒng)與企業(yè)大系統(tǒng)間的實(shí)時連接，是目前自動化高架倉庫發(fā)展的另一個明顯的技術(shù)趨勢。 1.3.6 自動化立體倉庫在我國較少的原因1980年，我國第一座自行研制的自動化立體倉庫開始投產(chǎn)以來，在汽車、化工、電子、煙

15、草等行業(yè)的應(yīng)用逐年增長。其中，最具典型意義的是我國家電龍頭企業(yè)海爾集團(tuán)國際物流中心的立體倉庫，該倉庫高22米，擁有18056個標(biāo)準(zhǔn)托盤位，包括原材料和產(chǎn)成品兩大自動化物流系統(tǒng)，全部實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)代物流的自動化和智能化。1.4 論文構(gòu)成及研究內(nèi)容本教學(xué)型立體倉庫由組合式貨架、全自動機(jī)械傳送裝置和立體倉庫控制中心組成。目前只設(shè)置x層y列的貨架，先行設(shè)計(jì)1排，今后需要在行擴(kuò)展。組合式貨架用于存放加工的原材料或者各種成品貨物，根據(jù)實(shí)際需要可以分成不同的區(qū)域（如原料區(qū)和成品區(qū)）。貨位數(shù)量為3層3列，托盤尺寸為60mm60mm，最大承載重量為1.5kg。全自動機(jī)械傳送裝置用于將立體倉庫中的貨物取出到出貨臺或者將

16、入貨臺上的貨物放置到設(shè)定的貨位，可實(shí)現(xiàn)3個方向運(yùn)動。由沿x方向上的水平運(yùn)動和z方向上的垂直運(yùn)動，以及載貨臺和貨叉y方向上的伸縮運(yùn)動組成8。教學(xué)型立體倉庫的機(jī)械部分由于機(jī)械部分傳動量小，所以水平方向（x方向）運(yùn)動由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動，最大運(yùn)行速度為30mm/s。垂直方向（z方向）運(yùn)動由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動升降臺作升降運(yùn)動，最大提升速度30mm/s。前后方向（y方向）的運(yùn)動由固定在升降臺上的載貨臺及貨叉帶動貨物一起作伸縮運(yùn)動，伸縮量為30mm，用于貨物的存取操作，貨叉驅(qū)動電機(jī)采用步進(jìn)電機(jī)，步進(jìn)速度按照貨叉速度（30mm/s）要求設(shè)定。2 機(jī)械部分的總體設(shè)計(jì)本課題要完成的主要內(nèi)容是對教學(xué)型立體倉庫提升與送物部分進(jìn)

17、行設(shè)計(jì)。主要是機(jī)械傳送裝置部分的設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)出滿足要求的教學(xué)型立體倉庫，并完成其總體裝配圖與部分零件圖。2.1 機(jī)械部分的功能機(jī)械部分接受指令后,能在高層貨架巷道中來回穿梭,把貨物從巷道口出入庫貨臺搬運(yùn)到指定的貨位中,或者把需要的貨物從倉庫中搬運(yùn)到巷道口出入庫貨臺,再配以相應(yīng)的轉(zhuǎn)運(yùn)、輸送設(shè)備通過計(jì)算機(jī)控制實(shí)現(xiàn)貨物的自動出入庫。在立體倉庫中的搬運(yùn)設(shè)備有高位叉車、工業(yè)機(jī)器人、橋式堆垛機(jī)和有軌式單雙立柱堆垛機(jī)。有軌巷道式雙立柱堆垛機(jī)由于效率高,高度可達(dá)3040m,便于實(shí)現(xiàn)無人操作 , 行走穩(wěn)定,載貨量大,噪聲小,在目前的立體倉庫中得到廣泛應(yīng)用。2.2 機(jī)械部分設(shè)計(jì)思路為使機(jī)械部分能夠準(zhǔn)確、快速、安全、

18、自動搬運(yùn)貨物出入庫 , 必須滿足以下設(shè)計(jì)要求: (1) 具備三維運(yùn)動功能 , 即機(jī)械部分沿巷道來回運(yùn)動、載貨臺垂直運(yùn)動、貨叉沿貨架方向雙向伸縮; (2) 滿足一定的定位精度 ,重復(fù)定位精度誤差不能超過5 mm; (3) 具備安全保護(hù)措施; (4) 在滿足強(qiáng)度、剛度和可靠性的前提下 , 盡量減小機(jī)械部分各部分的重量 , 以減小提升功率和行走時的摩擦阻力;(5) 保護(hù)倉庫環(huán)境 , 避免貨物污染受損。2.3 機(jī)械部分結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)要點(diǎn)根據(jù)以上設(shè)計(jì)思路設(shè)計(jì)教學(xué)型立體倉庫的機(jī)械部分結(jié)構(gòu)主要由行走機(jī)構(gòu)、提升機(jī)構(gòu)及載貨臺、貨叉、控制系統(tǒng)和各種安全保護(hù)裝置構(gòu)成。機(jī)械部分的行走機(jī)構(gòu)、起升機(jī)構(gòu)和載貨臺及貨叉機(jī)構(gòu)是通過

19、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動及導(dǎo)軌絲杠的運(yùn)動實(shí)現(xiàn)機(jī)械部分的運(yùn)動和控制。其中絲杠傳動中采用滾珠絲杠螺母副傳動。3 機(jī)械部分提升與送物部分設(shè)計(jì)3.1 行走機(jī)構(gòu)行走機(jī)構(gòu)是機(jī)械部分水平運(yùn)動的驅(qū)動機(jī)構(gòu)。由電機(jī)減速機(jī)連接主動輪以及絲杠在導(dǎo)軌上的的運(yùn)動組成。行走機(jī)構(gòu)在整個帶動提升機(jī)構(gòu)及載貨臺、貨叉、貨物的水平運(yùn)動。行走機(jī)構(gòu)采用閉環(huán)調(diào)速，高速可達(dá)30mm/s，低速可達(dá)2mm/s以下，保證了生產(chǎn)效率和停準(zhǔn)精度兩方面的要求。 3.1.1 行走機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)分析行走機(jī)構(gòu)采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動絲杠轉(zhuǎn)動，進(jìn)而帶動滾珠絲杠副運(yùn)動，完成行走機(jī)構(gòu)的進(jìn)給。滾珠絲杠副可以參照圖紙（滾珠絲杠副）設(shè)計(jì)。3.1.2 行走機(jī)構(gòu)電機(jī)的選擇及設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)行走機(jī)構(gòu)的電機(jī)

20、采用42byg永磁感應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī)。如圖3.1所示。步進(jìn)電機(jī)的選擇應(yīng)先計(jì)算電機(jī)輸出的總力矩m：m=ma+mf+mt （1-3） ma=（jm+jt).n/t1.02102 （1-4） 式中ma -電機(jī)啟動加速力矩（n.m) jm、jt-電機(jī)自身慣量與負(fù)載慣量(kg.cm.s2) n-電機(jī)所需達(dá)到的轉(zhuǎn)速（r/min） t-電機(jī)升速時間（s） mf=(u.w.s)/(2i)102 （1-5） mf-導(dǎo)軌摩擦折算至電機(jī)的轉(zhuǎn)矩（n.m) u-摩擦系數(shù) -傳遞效率 mt=(pt.s)/(2i)102 （1-6） mt-切削力折算至電機(jī)力矩（n.m) pt-最大切削力（n）步 距 角：0.9/1.8 de

21、g 絕緣電阻：500vdc 100m 絕緣強(qiáng)度：500vac 1 minute溫 升：65k環(huán)境溫度：-10+55 絕緣等級：b 步進(jìn)電機(jī)的參數(shù)如表3.1所示：表3.1 步進(jìn)電機(jī)的參數(shù)型號相數(shù)電壓電流電阻電感靜轉(zhuǎn)矩機(jī)身長出軸長重量單位vamhn.mmmmmkg42byg00424.20.6760.1433180.2圖3.1 42byg永磁感應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī)3.1.3 行走機(jī)構(gòu)滾珠絲杠副的選擇及設(shè)計(jì) 1)精度選擇滾珠絲杠的精度直接影響數(shù)控機(jī)床的定位精度,在滾珠絲杠精度參數(shù)中, 其導(dǎo)程誤差對機(jī)床定位精度影響最明顯。一般在初步設(shè)計(jì)時設(shè)定絲杠的任意300mm行程變動量v300p應(yīng)小于目標(biāo)設(shè)定位的定位精度

22、值的1 /31 /2, 在最后精度驗(yàn)算中確定。2)絲杠導(dǎo)程的確定絲杠導(dǎo)程的選擇一般根據(jù)設(shè)計(jì)目標(biāo)快速進(jìn)給的最高速度為vmax、伺服電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速nmax及電機(jī)與絲杠的傳動比i來確定, 基本絲杠導(dǎo)程應(yīng)滿足下式為:3) 按額定動載荷初步確定滾珠絲杠規(guī)格滾珠絲杠副設(shè)計(jì)時一般按額定動載荷來確定滾珠絲杠副的尺寸規(guī)格。額定動載荷是指一批相同規(guī)格的滾珠絲杠經(jīng)過運(yùn)轉(zhuǎn)一百萬次后, 90%的絲杠副(螺紋表面或滾珠) 不產(chǎn)生疲勞剝傷(點(diǎn)蝕) 時的軸向載荷。在實(shí)際運(yùn)用中額定動載荷值可按下式計(jì)算c= fd fh fh pd /fn 式中: fh 為壽命系數(shù), 按滾珠絲杠預(yù)期壽命選取; fd為載荷性質(zhì)系數(shù), 按工作載荷性質(zhì)

23、選取;fh 為動載荷硬度影響系數(shù), 按滾珠及滾道表面硬度選取; fn 為轉(zhuǎn)速系數(shù), 按絲杠平均轉(zhuǎn)速nd 選取; pd 為平均軸向載荷。不同工況下, 平均軸向載荷及平均轉(zhuǎn)速計(jì)算方法有多種, 對加工中心而言, 可認(rèn)為屬通用型設(shè)備, 針對的是不同的用戶和不同的工況, 其工作條件及所占工作時間并無一定規(guī)律, 平均軸向載荷及平均轉(zhuǎn)速可按下面公式計(jì)算為pd = (2pmax + pm in ) /3 nd = ( 2nmax + nm in ) /3 式中: pmax最大軸向載荷; nmax為最高轉(zhuǎn)速; pmin為最小軸向載荷; nmin為最小轉(zhuǎn)速。最小軸向載荷為工作臺和工件作用下的導(dǎo)軌摩擦力, 最大軸向

24、載荷的計(jì)算即為機(jī)器承受最大負(fù)荷時滾珠絲杠副的傳動力, 它為切削力在滾珠絲杠軸向的分力與導(dǎo)軌摩擦力之和(此時導(dǎo)軌摩擦力是由工作臺、工件、夾具三者總的重量以及切削力在垂直導(dǎo)軌方向的分量共同引起。在計(jì)算出額定載荷后, 可按額定動載荷從樣本中選取滾珠絲杠的公稱直徑和型號。絲杠安裝方式的選擇包括絲杠支承方式和絲杠專用軸承的選擇, 滾珠絲杠不同的支承方式對絲杠的剛度、回轉(zhuǎn)精度, 臨界轉(zhuǎn)速有很大的影響, 一般根據(jù)絲杠的長度、回轉(zhuǎn)精度、剛度要求及轉(zhuǎn)速選擇不同的安裝方式9。滾珠絲杠包括絲杠、螺母、滾道和滾珠。螺母內(nèi)的滾珠在螺旋狀的滾道里滾動。滾珠絲杠螺母副的設(shè)計(jì)參照圖3.2設(shè)計(jì)?？紤]到絲杠及導(dǎo)軌的剛性不足，在滾

25、珠絲杠螺母副下方設(shè)計(jì)長度為100mm的固定導(dǎo)軌，以增加絲杠及導(dǎo)軌的剛度。滾珠絲杠副參數(shù)參照表3.2設(shè)計(jì)。注： 8-14螺帽標(biāo)準(zhǔn)品無刮刷器，如需刮刷器，請告知業(yè)務(wù)人員。螺帽均無油孔1：導(dǎo)程 da:珠徑 n：珠圈數(shù) k：剛性（kg/um） ca：動額定載荷（kgf） coa：靜額定載荷（kgf）圖3.2 滾珠絲杠副表3.2 滾珠絲杠副的參數(shù)滾珠螺桿、帽之基準(zhǔn)數(shù)據(jù)型號didadablwhxncacoaksfk10021021.2183052824223315830593.1.4 行走機(jī)構(gòu)聯(lián)軸器的選擇及設(shè)計(jì)聯(lián)軸器用于滾珠絲杠和電機(jī)之間的連接傳動，聯(lián)軸器采用溝槽式螺釘固定型cll，材料采用鋁制。如圖3.

26、3所示。聯(lián)軸器的參數(shù)參照表3.3所示。圖3.3 溝槽式螺釘固定型cll表3.3 聯(lián)軸器的參數(shù)型號dd1d2llmf容許扭矩螺釘緊固扭矩cll28553283421.73.2 提升機(jī)構(gòu)機(jī)械部分的提升機(jī)構(gòu)是機(jī)械部分垂直運(yùn)動的驅(qū)動機(jī)構(gòu)。由電機(jī)減速機(jī)連接主動輪以及絲杠在導(dǎo)軌上的的運(yùn)動組成。提升機(jī)構(gòu)帶動載貨臺、貨叉及貨物的垂直方向上的運(yùn)動。提升機(jī)構(gòu)也采用閉環(huán)調(diào)速，高速可達(dá)30mm/s，低速可達(dá)2mm/s以下，保證了生產(chǎn)效率和停準(zhǔn)精度兩方面的要求。 3.2.1 提升機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)分析行走機(jī)構(gòu)采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動絲杠轉(zhuǎn)動，進(jìn)而帶動滾珠絲杠副運(yùn)動，完成行走機(jī)構(gòu)的進(jìn)給。滾珠絲杠副可以參照圖gzt-00-02（滾珠絲杠副）

27、設(shè)計(jì)。3.2.2 提升機(jī)構(gòu)電機(jī)的選擇及設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)行走機(jī)構(gòu)的電機(jī)采用42byg永磁感應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī)如圖3.1。參數(shù)參照行走機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)如表3.1。3.2.3 提升機(jī)構(gòu)滾珠絲杠副的選擇及設(shè)計(jì)滾珠絲杠包括絲杠、螺母、滾道和滾珠。螺母內(nèi)的滾珠在螺旋狀的滾道里滾動。滾珠絲杠螺母副的設(shè)計(jì)參照圖3.2設(shè)計(jì)?？紤]到絲杠及導(dǎo)軌的剛性不足，在滾珠絲杠螺母副下方設(shè)計(jì)長度為100mm的固定導(dǎo)軌，以增加絲杠及導(dǎo)軌的剛度。參數(shù)設(shè)計(jì)參照行走機(jī)構(gòu)滾珠絲杠副參數(shù)如表3.2。3.2.4 提升機(jī)構(gòu)聯(lián)軸器的選擇及設(shè)計(jì)聯(lián)軸器用于滾珠絲杠和電機(jī)之間的連接傳動，聯(lián)軸器采用溝槽式螺釘固定型cll，材料采用鋁制。如圖3.3所示。聯(lián)軸器的參數(shù)參照

28、表3.3所示。3.3 載貨臺載貨臺主要由扁通、鋼板焊接而成 , 主要用于安裝貨叉和一些安全保護(hù)裝置。它的運(yùn)動由步進(jìn)電機(jī)連接主動輪在導(dǎo)板上的的運(yùn)動組成。載貨臺帶動貨叉和貨物在內(nèi)外方向上做伸縮運(yùn)動。3.3.1 載貨臺步進(jìn)電機(jī)的選擇及設(shè)計(jì)載貨臺的步進(jìn)電機(jī)采用2相式步進(jìn)電動機(jī)，如圖3.4所示。圖3.4 2相式步進(jìn)電動機(jī)電機(jī)參數(shù)如表3.4所示表3.4 2相式步進(jìn)電機(jī)參數(shù)型號步距角相電流相電阻相電感保持轉(zhuǎn)矩定位轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)動慣量接線圖電機(jī)重量機(jī)身長度單位度amhmn.mmn.mg.cm2gl8hy001-21.80.66.51.71822a60303.3.2 載貨臺滾珠絲杠副的選擇及設(shè)計(jì)滾珠絲杠包括絲杠、螺母、

29、滾道和滾珠。螺母內(nèi)的滾珠在螺旋狀的滾道里滾動。滾珠絲杠螺母副的設(shè)計(jì)參照圖3.2設(shè)計(jì)，具體尺寸設(shè)計(jì)如表3.5所示：表3.5 載貨臺滾珠絲杠副的參數(shù)滾珠螺桿、帽之基準(zhǔn)數(shù)據(jù)型號didadablwhxncacoaksfk0410410.8102031215142.9242512.53.3.3 載貨臺聯(lián)軸器的選擇和設(shè)計(jì)聯(lián)軸器用于滾珠絲杠和電機(jī)之間的連接傳動，聯(lián)軸器采用溝槽式螺釘固定型cll，材料采用鋁制。如圖3.3所示。聯(lián)軸器的參數(shù)參照表3.6所示。表3.6 載貨臺聯(lián)軸器的選擇和設(shè)計(jì)型號dd1d2llmf容許扭矩螺釘緊固扭矩clj1433164.252110.853.4 貨叉本設(shè)計(jì)采用輸送伸縮式貨叉，由

30、于伸縮貨叉是輸送貨物的重要工具，一般都由前叉、中間叉、固定叉以及導(dǎo)向滾子組成10。按驅(qū)動方式貨叉可分為：1.差動齒輪動驅(qū)動方式；2.齒輪齒條驅(qū)動方式；3.鏈輪鏈條傳動方式；4.液壓驅(qū)動方式 。固定叉裝在載貨臺上，中間叉可在齒輪、齒條或鏈條、鏈輪的驅(qū)動下，從中間叉的中點(diǎn)，向左或右移動自身長度的一半。前叉可從中間叉的中點(diǎn)向左或向右伸出比自身稍長的長度。前叉由兩根滾子鏈條或鋼絲繩驅(qū)動，鏈條或鋼絲繩的一端固定在固定叉(或貨臺上)，另一端固定在前叉上。如圖3.5 所示。伸縮式貨叉具有如下結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：1.結(jié)構(gòu)緊湊，所占空間?。?.傳動方式簡單，動作靈活；3.重量輕，可以減小運(yùn)行慣性力。圖3.5 貨叉機(jī)構(gòu)運(yùn)動

31、簡圖圖3.6 貨叉載荷圖3.4.1 貨叉設(shè)計(jì)分析 貨叉是送物機(jī)構(gòu)存、取貨的關(guān)鍵部件，它在工作時前叉要伸入貨架中，所以在設(shè)計(jì)貨叉時，應(yīng)以前叉的厚度盡量薄，同時，叉前端的撓度應(yīng)控制在最小為設(shè)計(jì)目標(biāo)。將貨叉分解為固定叉、中間叉和前叉分別進(jìn)行考慮伸縮貨叉的撓度與強(qiáng)度。如圖 3.6 貨叉的圖所示。3.4.2 固定叉如圖 7 ，假設(shè)l 為不變形部分的長度，q額定載荷，e材料的縱彈性系數(shù)人為變形量； 固定叉、中間叉、前叉的在重力方向的慣性矩。所以 圖3.7 固定叉3.4.3 中間叉 如圖 8 (a)所示，因載荷 q的作用，在（b）間產(chǎn)生反力 p1、p2,設(shè) c 點(diǎn)的傾角為撓度為 2(假設(shè) l3 為不變形部分

32、的長度)10。圖3.8 中間示意圖當(dāng)x=b時的傾斜角i2 和撓度2為：據(jù)圖 5(b) 示，把b段作為剛性，c點(diǎn)作為固定端考慮，并設(shè)由于 w在中間產(chǎn)生的反力為p3 和p4 ，而由于這些反力作用在叉子前端產(chǎn)生的撓度為3 和4 ，則: 3.4.4 前叉 由圖 9 所示，載荷q在d 區(qū)間產(chǎn)生的反力有p3 、p4 ,在e點(diǎn)的傾斜角為i5 ，撓度為5 。圖3.9 前叉受力分析圖因此，在設(shè)載貨臺和立柱為剛性時，伸縮貨叉工作的總撓度為： =1+2+3+4+5 此值應(yīng)控制在510mm 。4 控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)采用plc控制，將電機(jī)通過導(dǎo)線連接到plc控制臺，由計(jì)算機(jī)通過plc對機(jī)械送物部分編程后進(jìn)行整體控制。機(jī)械

33、部分運(yùn)行特點(diǎn)是必須精確定位和準(zhǔn)確認(rèn)址 ,否則就會取錯貨物 , 碰壞貨物、貨架 , 嚴(yán)重時會損壞機(jī)械送物部分本身。機(jī)械部分的位置控制采用絕對認(rèn)址方式 , 用激光測距儀通過測量機(jī)械部分各點(diǎn)間的距離并且與事先儲存在 plc 中的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較來確定機(jī)械部分的當(dāng)前位置 , 成本較高 , 但可靠性很高14。因plc程序設(shè)計(jì)不屬于本設(shè)計(jì)要求范圍內(nèi)的，在這里就不多做設(shè)計(jì)。圖4.1 控制系統(tǒng)運(yùn)行圖5 安全保護(hù)裝置為了保護(hù)人身、設(shè)備和貨物的安全 , 機(jī)械部分必須具有完善的安全保護(hù)措施:(1) 機(jī)械部分在行走、載貨臺升降和載貨臺伸縮終端處都設(shè)有機(jī)械和限位裝置。(2) 貨物檢測 載貨臺上設(shè)有貨物超高、超長和超寬檢測裝

34、置。在貨物進(jìn)入載貨臺時 , 當(dāng)檢測到貨物超過設(shè)定高度、長度或?qū)挾葧r , 堆垛機(jī)便停止運(yùn)行并報(bào)警。一般允許誤差為 35 mm , 檢測組件采用對射或反射式光電傳感器。(3) 載貨臺上還設(shè)有檢測載貨臺是否回位、載貨臺上有無貨物和貨位中有無貨物的裝置。如載貨臺沒有回位 , 機(jī)械部分不能水平運(yùn)行; 如載貨臺上已有貨物 ,則不能再取貨; 入庫時 , 必須檢測貨位中有無貨物 , 以避免發(fā)生事故。(4) 斷電保護(hù) 如載貨臺升降過程中忽然斷電 , 則通過提升電機(jī)制動使載貨臺停在當(dāng)前位置 ,不會掉落下來15。結(jié)論和展望在倉庫領(lǐng)域中，物資的輸送、存儲、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。自動化倉

35、庫技術(shù)在物資存儲行業(yè)中受到人們的重視，其控制重點(diǎn)轉(zhuǎn)向物資的控制和管理要求實(shí)時、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)備的控制器之間以及它們與主計(jì)算機(jī)之間的通信可以及時地匯總信息，倉庫計(jì)算機(jī)及時地記錄訂貨和到貨時間，顯示庫存量，計(jì)劃人員可以方便地作出供貨決策，管理人員隨時掌握貨源及需求 。信息技術(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)存取和搬運(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，自動化技術(shù)逐漸成為倉庫自動化技術(shù)的核心。隨著物流業(yè)在我國的興起、現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展和日益激烈的市場競爭會對立體倉庫提出更高的要求 , 同時各種新技術(shù)的出現(xiàn)也必將推動立體倉庫朝著更加智能化、柔性化的方向發(fā)展; 立體倉庫將更加緊密地和訂單處理、柔性加工、銷售、采購、物料流通、財(cái)務(wù)和決策結(jié)合在一起 , 帶來更大的社會效益