畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）基于PLC控制的自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)的堆垛機(jī)設(shè)計(jì)

1、摘要摘要本文詳細(xì)介紹了基于 plc 控制的自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)的堆垛機(jī)設(shè)計(jì)，其中重點(diǎn)放在了行走機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)、貨叉伸縮機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算和 plc 控制程序上。在進(jìn)行行走機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)時(shí)，主要是通過(guò)對(duì)行走機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)方案的選取，運(yùn)行阻力所決定的行走電機(jī)的選取，由速比決定的減速器的選取，以及制動(dòng)裝置夾軌器的選取等主要部件的選取來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)的，在根據(jù)設(shè)計(jì)要求對(duì)各部件初步選型后，都進(jìn)行了校核，保證了選擇的合理性；貨叉是堆垛機(jī)存儲(chǔ)和取出貨物的主要工具，對(duì)其設(shè)計(jì)有較高要求，文中給出了比較詳細(xì)的分析及計(jì)算過(guò)程；plc 程序的設(shè)計(jì)，有比較詳細(xì)的流程，程序能夠?qū)崿F(xiàn)所要求的功能。在本文最后部分，對(duì)該堆垛機(jī)的穩(wěn)定性進(jìn)行了較為詳細(xì)的討論，保

2、證了堆垛機(jī)工作時(shí)運(yùn)行的平穩(wěn)性。本次設(shè)計(jì)的堆垛機(jī)性能良好、動(dòng)作靈活、操作方便、 、維護(hù)簡(jiǎn)單方便，滿足了生產(chǎn)的需要。關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：plc，堆垛機(jī)，機(jī)械，行走機(jī)構(gòu)，穩(wěn)定性，貨叉，堆垛機(jī)，機(jī)械，行走機(jī)構(gòu)，穩(wěn)定性，貨叉 abstractthis paper describes in detail the design of the stacking crane in stereoscopic warehouse controlled on the basis of plc.in my design ,i focuses on the design of walking mechanism、forks

3、and the programs of plc, at the beginning of design, firstly, i select the transmission of the walking mechanism, secondly, i choose the motor by the running resistance of the walking system. once the motor is selected，the speed ratio between the motor and the running wheels is defined. and the redu

4、cer is selected by the speed ratio. the other components such as brakes which are used to break when necessary can be selected by any commands of the system，so is the buffers，and so on. in according to the design requirements, the initial selected components must be conducted checks to ensure the ju

5、stifiability of choice. forks are the main tool of stackers storage and removal of goods, there have higher requirements for its design, and this paper gives a more detail analysis and calculations. the design of programs of plc,i provide the processes of the programs which meet the requirements of

6、the design. in the last part of this paper, the stability of the crane is checked in more details of discussion to ensure the stacker cranes working stability.the design of the crane works out in good condition, action and flexible, convenient operation, low failure rate, maintenance， simple and con

7、venient to meet the production needs. a suit system of stacker based on plc, and realized the automatic control.keywords:keywords: plcplc，stackingstacking cranecrane，machinemachine，travelingtraveling mechanismmechanism，stability,forksstability,forks目錄目錄摘要摘要.iabstract .ii目錄目錄 .1第第 1 章章 緒論緒論 .31.1 課題研

8、究的背景及內(nèi)容.31.1.1 課題的意義和價(jià)值.41.1.2 自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的研究現(xiàn)狀.51.1.3 堆垛機(jī)的研究現(xiàn)狀.71.1.3.1 單立柱有軌巷道堆垛機(jī)的分類.81.1.4 plc的發(fā)展過(guò)程及現(xiàn)狀.91.1.5 本課題的研究目標(biāo)及內(nèi)容.10第第 2 章章 堆垛機(jī)的結(jié)構(gòu)計(jì)算堆垛機(jī)的結(jié)構(gòu)計(jì)算 .122.1 堆垛機(jī)的主要參數(shù)及尺寸參數(shù).122.1.1 堆垛機(jī)的金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).122.1.2 起重重量.132.1.3 水平載荷.132.1.4 載荷狀態(tài).132.1.5 循環(huán)壽命.14第第 3 章章 水平運(yùn)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方案水平運(yùn)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方案 .153.1 水平運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)總體方案的確定.153.2 水平

9、運(yùn)行機(jī)構(gòu)具體布置的主要問(wèn)題.153.3 機(jī)構(gòu)的布置形式.153.4 堆垛機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算.163.4.1 主動(dòng)行走輪直徑的確定.163.4.2 運(yùn)行阻力計(jì)算.163.4.3 行走電動(dòng)機(jī)功率的計(jì)算.173.4.4 電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱校驗(yàn).183.4.5 減速器的選擇.183.4.6 各軸的轉(zhuǎn)速計(jì)算.183.4.7 各軸的輸入功率計(jì)算.193.4.8 各軸的轉(zhuǎn)矩計(jì)算.193.5 齒輪的設(shè)計(jì)與計(jì)算.193.5.1 齒輪的材料選擇.193.5.2 齒輪的計(jì)算.193.5.3 齒輪的應(yīng)力工作循環(huán)次數(shù)計(jì)算.193.5.4 齒輪傳動(dòng)的計(jì)算載荷.203.5.5 齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算.203.5.6 齒面的接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算

10、.213.6 夾軌器的選擇.223.6.1 主要技術(shù)參數(shù).223.6.2 結(jié)構(gòu)特點(diǎn).223.6.2.1 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖以及基本參數(shù)如下.233.7 軌道及車輪.243.7.1 軌道.243.7.2 車輪.243.7.2.1 車輪載荷的計(jì)算.243.7.2.2 車輪直徑的確定.243.7.3 車輪的載荷驗(yàn)核.253.7.4帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)的主要數(shù)據(jù).263.7.5軸承的選擇.283.8 中心軸的確定及校核.293.8.1 軸的校核.293.8.2 各種力作用下的各軸的強(qiáng)度校核.30第第 4 章章 堆垛機(jī)穩(wěn)定性計(jì)算堆垛機(jī)穩(wěn)定性計(jì)算 .334.1 堆垛機(jī)的穩(wěn)定性分析.334.2 運(yùn)行中立柱撓度的計(jì)算.334.

11、2.1 立柱的相關(guān)計(jì)算.334.2.2 堆垛機(jī)外載荷計(jì)算8.334.2.2.1 單立柱堆垛機(jī)靜態(tài)剛度分析.364.2.2.2 單立柱堆垛機(jī)動(dòng)剛度計(jì)算.374.2.3 堆垛機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算.394.2.4 整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的計(jì)算.40第第 5 章章 堆垛機(jī)貨叉伸縮機(jī)構(gòu)的計(jì)算堆垛機(jī)貨叉伸縮機(jī)構(gòu)的計(jì)算 .415.1 堆垛機(jī)貨叉的結(jié)構(gòu).415.2 貨叉的設(shè)計(jì)計(jì)算.415.2.1 貨叉機(jī)構(gòu)的受力分析.415.2.2 貨叉撓度的計(jì)算.425.3貨叉電機(jī)的計(jì)算.455.4雙聯(lián)齒輪的確定.45第第 6 章章 堆垛機(jī)升降機(jī)構(gòu)的計(jì)算堆垛機(jī)升降機(jī)構(gòu)的計(jì)算 .466.1 電機(jī)的選取.466.2 減速器的選用.466.3

12、卷筒的計(jì)算.466.4 鋼絲繩的選用.46第第 7 章章 plc 的程序設(shè)計(jì)的程序設(shè)計(jì) .47參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn) .52致謝致謝 .53第第 1 章章 緒論緒論1.1 課題研究的背景及內(nèi)容課題研究的背景及內(nèi)容隨著經(jīng)濟(jì)全球化和信息技術(shù)的迅速發(fā)展，企業(yè)生產(chǎn)資料的獲取與產(chǎn)品營(yíng)銷范圍日趨擴(kuò)大，社會(huì)生產(chǎn)、物資流通，商品交易及其管理方式正在并將繼續(xù)發(fā)生深刻的變革與此相適應(yīng)，被普遍認(rèn)為企業(yè)在降低物質(zhì)消耗、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率以外的“第三利潤(rùn)源”的現(xiàn)代物流業(yè)正在全世界范圍內(nèi)廣泛興起。邁向2l世紀(jì)的物流技術(shù)，不僅是企業(yè)戰(zhàn)略的。商務(wù)物流”，而且是向整個(gè)社會(huì)實(shí)現(xiàn)物資供給的“社會(huì)物流”自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)簡(jiǎn)稱高架倉(cāng)庫(kù)。一般是指采用幾層

13、、十幾層乃至幾十層高的貨架用于儲(chǔ)存單元貨物，并用相應(yīng)的搬運(yùn)設(shè)備進(jìn)行貨物入，出庫(kù)作業(yè)的倉(cāng)庫(kù)。由于這類倉(cāng)庫(kù)能充分利用空間儲(chǔ)存貨物，故常形象地將其稱為“立體倉(cāng)庫(kù)”近年來(lái)隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和對(duì)外聯(lián)系得日益密切，物流研究受到了產(chǎn)學(xué)界的高度重視。先進(jìn)的生產(chǎn)制造模式、市場(chǎng)多元化的需求、產(chǎn)品生產(chǎn)周期的縮短以及供應(yīng)鏈的快速發(fā)反應(yīng)、生產(chǎn)制造的全球化等特點(diǎn)使得物流活動(dòng)在時(shí)間和空間上更加廣泛和頻繁。同時(shí)物流服務(wù)業(yè)也在蓬勃發(fā)展之中，各地專業(yè)化的物流中心、物流企業(yè)大量誕生電子商務(wù)對(duì)傳統(tǒng)物流業(yè)產(chǎn)生了巨大的沖擊和影響，在此環(huán)境下，要求包括貨物中轉(zhuǎn)和配送在內(nèi)的物流活動(dòng)反應(yīng)速度越來(lái)越快，前置時(shí)間越來(lái)越短，周轉(zhuǎn)次數(shù)越來(lái)越多。現(xiàn)

14、代化要求越來(lái)越促使工業(yè)生產(chǎn)社會(huì)化、專業(yè)化、集成化。立體倉(cāng)庫(kù)的出現(xiàn)與發(fā)展，是與工業(yè)、科技發(fā)展相適應(yīng)的。自動(dòng)立體倉(cāng)庫(kù)，是由計(jì)算機(jī)控制的機(jī)電一體化系統(tǒng)，尤其具有優(yōu)化的倉(cāng)庫(kù)管理和自動(dòng)化操作。它由計(jì)算機(jī)控制立體倉(cāng)庫(kù)的堆垛機(jī)來(lái)操縱存貨、取貨、加減速過(guò)程及認(rèn)址的控制，使貨物能自動(dòng)化出入庫(kù)，再經(jīng)傳輸機(jī)械將貨物傳送到場(chǎng)地或從場(chǎng)地存入立體倉(cāng)庫(kù)；同時(shí)對(duì)立體倉(cāng)庫(kù)的倉(cāng)儲(chǔ)物流數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算機(jī)管理。生產(chǎn)的高度機(jī)械化，自動(dòng)化必然要求物資的籌措供應(yīng)分發(fā)及時(shí)、迅速、準(zhǔn)確。這就促使立體倉(cāng)庫(kù)技術(shù)得到迅速的發(fā)展，并已成為工廠設(shè)計(jì)中高科技的一個(gè)象征它具有信息處理、系統(tǒng)監(jiān)控、系統(tǒng)控制、系統(tǒng)管理、信息反饋、物流數(shù)據(jù)采集及跟蹤管理系統(tǒng)等主要功能

15、，同時(shí)可以根據(jù)用戶的特殊要求來(lái)設(shè)置其他功能自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)的使用要求是：短(要求作業(yè)周期短)、頻(出入庫(kù)頻繁)、快(系統(tǒng)響應(yīng)快)、強(qiáng)(控制實(shí)時(shí)性強(qiáng))為了提高倉(cāng)庫(kù)作業(yè)的自動(dòng)化管理水平，越來(lái)越多的立體倉(cāng)庫(kù)普遍運(yùn)用了計(jì)算機(jī)控制的自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)，這一系統(tǒng)的倉(cāng)庫(kù)布置和設(shè)計(jì)，與使用機(jī)械化操作的設(shè)施是一樣的，不同之處在于所有的程序由計(jì)算機(jī)指導(dǎo)和監(jiān)控。只需在上位機(jī)輸入目的貨格的坐標(biāo)，就可以進(jìn)行觀摩和作業(yè)，由上位機(jī)控制plc，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制。本文是在此背景下，設(shè)計(jì)立體庫(kù)堆垛機(jī)及其控制系統(tǒng)，旨在深入探索新的控制和管理技術(shù)，深入研究和優(yōu)化自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)堆垛機(jī)控制問(wèn)題，為物流倉(cāng)儲(chǔ)作業(yè)提供各方面應(yīng)用的實(shí)驗(yàn)環(huán)境。1.1

16、.11.1.1 課題的意義和價(jià)值課題的意義和價(jià)值國(guó)內(nèi)外其它行業(yè)采用自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)的情況己經(jīng)充分證明，使用自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)能夠產(chǎn)生巨大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。這些效益主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： (1)高層貨架存儲(chǔ)由于使用高層貨架，存儲(chǔ)區(qū)可以大幅度地向空間擴(kuò)展，充分利用倉(cāng)庫(kù)地面和空間，因此節(jié)省了庫(kù)存占地面積，提高了空間利用率。(2)自動(dòng)存取自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)使用機(jī)械和自動(dòng)化設(shè)備，運(yùn)行和處理速度快，提高了作業(yè)效率(3)計(jì)算機(jī)控制與管理計(jì)算機(jī)能夠準(zhǔn)確無(wú)誤地對(duì)倉(cāng)庫(kù)的各種信息進(jìn)行存儲(chǔ)和管理，降低了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，從而提高倉(cāng)庫(kù)的管理水平(4)作業(yè)效率明顯提高能充分保證“先進(jìn)先出”的合理作業(yè)原則。由于計(jì)算機(jī)管理、自動(dòng)作

17、業(yè)，可以方便地實(shí)施貨位和帳目的科學(xué)管理，改善庫(kù)存結(jié)構(gòu)，避免盲目壓貨，并改善勞動(dòng)環(huán)境。(5)節(jié)約費(fèi)用隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，我國(guó)有關(guān)行業(yè)開(kāi)始重視立體庫(kù)的研究，對(duì)于促進(jìn)傳統(tǒng)觀念的轉(zhuǎn)變、提高現(xiàn)代化物流意識(shí)，形成新型的商品流通產(chǎn)業(yè)等方面均產(chǎn)生了強(qiáng)勁的推動(dòng)作用。由于自動(dòng)倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)這一新技術(shù)的出現(xiàn)，使有關(guān)倉(cāng)儲(chǔ)的傳統(tǒng)觀念發(fā)生了根本性的改變。原來(lái)那種固定貨位，人工搬運(yùn)和碼放、人工管理、只是以存為主的倉(cāng)儲(chǔ)作業(yè)已改變?yōu)閮?yōu)化選擇貨位，按需要實(shí)現(xiàn)先入先出的機(jī)械化、自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)作業(yè)從對(duì)我國(guó)自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)使用的行業(yè)分布情況分析，絕大多數(shù)自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)還只是僅僅應(yīng)用于工廠企業(yè)領(lǐng)域，而且自動(dòng)化程度不高為此本文的任務(wù)是將自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)技術(shù)應(yīng)用

18、到物流領(lǐng)域中，設(shè)計(jì)出以plc為核心的控制器，以及適合自動(dòng)存儲(chǔ)的高速堆垛機(jī)位置控制系統(tǒng)儲(chǔ)存的同時(shí)可以對(duì)貨物進(jìn)行跟蹤以及必要的揀選和組配，并根據(jù)整個(gè)企業(yè)生產(chǎn)的需要，有計(jì)劃地將庫(kù)存貨物按指定的數(shù)量和時(shí)間要求送到恰當(dāng)?shù)攸c(diǎn)，以滿足均衡生產(chǎn)的需求隨著經(jīng)濟(jì)一體化和全球化的進(jìn)程加快，尤其是以電子商貿(mào)為代表的“新經(jīng)濟(jì)”的浮現(xiàn)和發(fā)展，使得物流這個(gè)概念幾乎深入所有的經(jīng)濟(jì)和管理理念。基于我國(guó)物流業(yè)有待專業(yè)管理和運(yùn)作的現(xiàn)狀及其具有廣闊發(fā)展空間的趨勢(shì)，為了保證整個(gè)倉(cāng)庫(kù)的性能指標(biāo)最優(yōu)，提高現(xiàn)代企業(yè)的物流技術(shù)及物料搬運(yùn)技術(shù)水平，就要對(duì)它的各子系統(tǒng)進(jìn)行合理控制，使其能夠協(xié)調(diào)運(yùn)轉(zhuǎn)，此自動(dòng)化立體倉(cāng)堆垛機(jī)的設(shè)計(jì)，旨在深入探索新的控制

19、技術(shù)，有利于培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐實(shí)驗(yàn)?zāi)芰蛣?chuàng)新思維能力。 1.1.21.1.2 自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的研究現(xiàn)狀自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的研究現(xiàn)狀自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)是在不進(jìn)行人工處理的情況下自動(dòng)存儲(chǔ)和取出物料的系統(tǒng)在現(xiàn)代物流系統(tǒng)中，自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)又稱為高層貨架倉(cāng)庫(kù)、自動(dòng)存儲(chǔ)檢索系統(tǒng)，它是物料搬運(yùn)和倉(cāng)儲(chǔ)科學(xué)中的一門(mén)綜合科學(xué)技術(shù)工程。自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)(automated storage and retrieval system)產(chǎn)生于60年代的美國(guó)，到現(xiàn)在大致經(jīng)歷了手工儲(chǔ)運(yùn)式、機(jī)械式立庫(kù)系統(tǒng)、自動(dòng)化立庫(kù)系統(tǒng)、集成化立庫(kù)系統(tǒng)，智能型立庫(kù)系統(tǒng)五代的發(fā)展，并逐步向第六代“3i”(inteligent智能化，integrated集成化

20、，information信息化)型自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)過(guò)渡131至今，世界上已有5000多座自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)，它是以計(jì)算機(jī)綜合管理控制系統(tǒng)為基礎(chǔ)，加上多層貨架、堆垛機(jī)、轉(zhuǎn)軌機(jī)及其配套的運(yùn)行設(shè)施、托盤(pán)、貨箱等聯(lián)合構(gòu)成。目前，自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)在發(fā)達(dá)國(guó)家已相當(dāng)普遍，日本是自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)發(fā)展最快，建造數(shù)量最多的國(guó)家此外美國(guó)、德國(guó)、瑞士、意大利、英國(guó)和法國(guó)等國(guó)家也建造了許多自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)發(fā)展至今，自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)在設(shè)計(jì)、制造、自動(dòng)化控制和計(jì)算機(jī)管理方面的技術(shù)也日趨成熟。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(cāng)庫(kù)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(cāng)庫(kù)1963年美國(guó)率先在立體倉(cāng)庫(kù)中采用計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，建立

21、了世界上第一座計(jì)算機(jī)控制的立體倉(cāng)庫(kù)。我國(guó)對(duì)立體倉(cāng)庫(kù)及其物料搬運(yùn)設(shè)備的研制開(kāi)始并不晚，上世紀(jì)70年代開(kāi)始研究并逐漸采用巷道式堆垛機(jī)的立體倉(cāng)庫(kù)，進(jìn)入80年代以來(lái)一些交通運(yùn)輸部門(mén)和部隊(duì)物資儲(chǔ)存對(duì)老式倉(cāng)庫(kù)進(jìn)行技術(shù)改造，開(kāi)始采用自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)1980年由北京機(jī)械工業(yè)自動(dòng)化研究所等單位研制建成我國(guó)第一座自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)，并在北京汽車制造廠投產(chǎn)從此以后，立體倉(cāng)庫(kù)在我國(guó)得到了迅速的發(fā)展。1991年3月長(zhǎng)春客車廠建造的雙排整體焊接式自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)，都取得了降低儲(chǔ)存成本提高儲(chǔ)存經(jīng)濟(jì)效益的良好效果。1995年建成的儀征化纖工業(yè)聯(lián)合公司滌綸長(zhǎng)絲自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)是目前由國(guó)內(nèi)獨(dú)立設(shè)計(jì)和制造的綜合自動(dòng)化程度最高的立體倉(cāng)庫(kù)尤其十

22、堰第二汽車制造廠采用國(guó)內(nèi)較先進(jìn)的asrs物流管理系統(tǒng)，由五臺(tái)不同規(guī)模的微型計(jì)算機(jī)組成了分層分布式系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了倉(cāng)庫(kù)信息管理自動(dòng)化和倉(cāng)庫(kù)入庫(kù)及出庫(kù)作業(yè)的自動(dòng)化。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前我國(guó)已經(jīng)建成的立體倉(cāng)庫(kù)近300個(gè)，其中全自動(dòng)化的立體倉(cāng)庫(kù)有30多個(gè)此外，還有一些建設(shè)比較成功的立體倉(cāng)庫(kù)，如洛陽(yáng)第一拖拉機(jī)廠、清華大學(xué)cims實(shí)驗(yàn)室的立體倉(cāng)庫(kù)等。自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)具有很高的空間利用率，很強(qiáng)的入出庫(kù)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(cāng)儲(chǔ)技術(shù)，越來(lái)越受到企業(yè)的重視我國(guó)的自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)技術(shù)現(xiàn)己實(shí)現(xiàn)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工作。 在總體

23、設(shè)計(jì)方面，國(guó)外已有采用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的(cad)即根據(jù)約束條件來(lái)確定最佳的貨架高度、巷道數(shù)量、貨架尺寸和堆垛機(jī)數(shù)量以及出入庫(kù)運(yùn)行系統(tǒng)的參數(shù)，并用計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)來(lái)考核倉(cāng)庫(kù)的功能。貨架在國(guó)外已系列化、標(biāo)準(zhǔn)化，對(duì)貨架的承載能力(包括抗震)進(jìn)行了很多實(shí)驗(yàn)研究(包括破壞性實(shí)驗(yàn))，貨架計(jì)算采用計(jì)算機(jī)程序堆垛機(jī)產(chǎn)品已經(jīng)走入系列化，運(yùn)行噪聲低，備有各種安全保護(hù)裝置，調(diào)速性能好一般都具有完善的貨物位置檢測(cè)和貨物尺寸檢測(cè)。國(guó)外立體倉(cāng)庫(kù)普遍采用抗干擾能力強(qiáng)、工作可靠的可編程控制器來(lái)控制巷道堆垛機(jī)和出入庫(kù)系統(tǒng)，并且用計(jì)算機(jī)進(jìn)行貨位管理和庫(kù)存管理，倉(cāng)庫(kù)管理計(jì)算機(jī)與上級(jí)管理機(jī)聯(lián)網(wǎng)并能與控制系統(tǒng)相接，實(shí)現(xiàn)在線控制。例如，日

24、本名古屋附近的三菱汽車裝配總廠的自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)，其自動(dòng)化程度就非常高這座裝配廠每天(16d,時(shí))生產(chǎn)11520輛汽車。在長(zhǎng)達(dá)兩公里的巨大輸送帶上，能同時(shí)裝配5種完全不同車型的汽車，半成品裝配件(除車體在生產(chǎn)線上進(jìn)行焊接外)完全來(lái)自于立體倉(cāng)庫(kù)，倉(cāng)庫(kù)的庫(kù)存量只能維持兩天的生產(chǎn)，需要不斷的進(jìn)庫(kù)補(bǔ)充，這樣大的進(jìn)、出庫(kù)量及名目繁多的部件是人工無(wú)法勝任的當(dāng)前產(chǎn)品生命周期大大縮短，多品種、小批量生產(chǎn)方式的比重大幅度增加，產(chǎn)品的交貨期大大縮短。同時(shí)，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜、功能更為完善，用戶對(duì)于產(chǎn)品需求的個(gè)性化，都將促使制造技術(shù)和生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)觀念日新月異，這些無(wú)不要求制造業(yè)應(yīng)具有高度柔性與較強(qiáng)的應(yīng)變能力。必須采取一定

25、的策略來(lái)適應(yīng)不斷提高要求的庫(kù)存管理、運(yùn)行的柔性以及各種過(guò)程集成的程度，能夠時(shí)時(shí)監(jiān)控生產(chǎn)流程，設(shè)備狀態(tài)及物料的加工狀況，有效協(xié)調(diào)整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程，以提高企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。1.1.31.1.3 堆垛機(jī)的研究現(xiàn)狀堆垛機(jī)的研究現(xiàn)狀堆垛機(jī)的機(jī)械部分由運(yùn)行機(jī)構(gòu)、起升機(jī)構(gòu)、伸叉機(jī)構(gòu)及載貨臺(tái)和機(jī)架組成。它是在所謂高層、高速、高密度儲(chǔ)藏的概念下的產(chǎn)物。盡管各廠家各有獨(dú)創(chuàng)，結(jié)構(gòu)形式有些差異，但可以說(shuō)大同小異，所有的堆垛機(jī)都不外乎由機(jī)架、載貨臺(tái)、伸縮貨叉、軌道和控制系統(tǒng)等部分組成隨著微電子技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展，計(jì)算機(jī)控制的堆垛機(jī)日益增加，最新的開(kāi)發(fā)包括提高電子和控制技術(shù)，在使堆垛機(jī)具有更高定位精度的同時(shí)，提高搜索能力和運(yùn)行速度

26、。而且，堆垛機(jī)的結(jié)構(gòu)也有了較大的改變，不斷推出具有新的物理外形和更高性能的設(shè)備隨著大、中、小型立體倉(cāng)庫(kù)不斷的建立，堆垛機(jī)也由貨架支撐式改變?yōu)榈孛嬷问?，從而出現(xiàn)了形態(tài)各異的堆垛機(jī)。單立柱堆垛機(jī)應(yīng)用日益廣泛，不斷體現(xiàn)出優(yōu)越性。初期的立體倉(cāng)庫(kù)使用的堆垛機(jī)以橋式起重機(jī)為基礎(chǔ)，這種堆垛機(jī)是從起重機(jī)的大梁上懸掛一個(gè)門(mén)架(立柱)，利用門(mén)架的上下和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)來(lái)搬運(yùn)貨物。1960年左右，美國(guó)出現(xiàn)了沒(méi)有大梁的巷道式堆垛機(jī)，這種堆垛機(jī)是在地面上的導(dǎo)軌上行走，利用貨架上邊的導(dǎo)軌防止傾倒，或者相反，在上邊的導(dǎo)軌上行走，利用地面的導(dǎo)軌防止傾倒隨著立體倉(cāng)庫(kù)的發(fā)展，巷道式堆垛機(jī)逐漸代替了受重量和跨度限制的橋式堆垛機(jī)。目前在堆

27、垛機(jī)方面也不斷推出具有新的物理外形和更高性能的設(shè)備。最新的開(kāi)發(fā)包括提高電子和控制技術(shù)，在使堆垛機(jī)具有更高定位精度的同時(shí)，提高搜索能力和運(yùn)行速度，以期獲得更短的操作周期和更大的生產(chǎn)能力。目前，巷道式堆垛機(jī)的起升速度己經(jīng)可以達(dá)至90mmin，運(yùn)行速度達(dá)至240mmin，貨叉伸縮速度達(dá)至30mmin。在有的高度較大的立體倉(cāng)庫(kù)中，采用上、下兩層分別用巷道堆垛機(jī)進(jìn)行搬運(yùn)作業(yè)的方法提高出入庫(kù)能力?，F(xiàn)在運(yùn)用比較成熟的控制方式是用plc(可編程控制器)作執(zhí)行機(jī)的控制器，或單機(jī)控制，或由plc配置通訊模塊聯(lián)機(jī)控制。由于plc專為工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用設(shè)計(jì)，具有可靠性高、通用性強(qiáng)、維護(hù)工作量小等優(yōu)點(diǎn)監(jiān)控機(jī)對(duì)堆垛機(jī)的控制通

28、過(guò)與plc通信實(shí)現(xiàn)。plc由于體積小，可讀性好，可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)，編程簡(jiǎn)單而在工程實(shí)際中大量應(yīng)用。plc控制中堆垛機(jī)的認(rèn)址方式一般采用絕對(duì)認(rèn)址與相對(duì)認(rèn)址混合方式，位置定位通過(guò)兩對(duì)光電開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)但是這種方案的缺點(diǎn)是；堆垛機(jī)的認(rèn)址需要較多的認(rèn)址片，硬件成本比較高；其控制方式為開(kāi)環(huán)控制，控制精度較低，不便于實(shí)現(xiàn)堆垛機(jī)的實(shí)時(shí)監(jiān)控基于上述情況，對(duì)堆垛機(jī)的控制方案進(jìn)行研究具有一定的實(shí)際意義。1.1.3.11.1.3.1 單立柱有軌巷道堆垛機(jī)的分類單立柱有軌巷道堆垛機(jī)的分類（1）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)重量較輕，消耗材料少，

29、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 1.1 所示。圖 1.1 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(mén)架的上部。在地面鋪設(shè)導(dǎo)軌，

30、使門(mén)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(mén)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。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)行型堆垛機(jī)和曲線運(yùn)行型堆垛機(jī)。 直線運(yùn)行型堆垛

31、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)。1.1.41.1.4 plcplc 的發(fā)展過(guò)程及現(xiàn)狀的發(fā)展過(guò)程及現(xiàn)狀世界上公認(rèn)的第一臺(tái) plc 是 1969 年美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司（dec）研制的。限于當(dāng)時(shí)的元器件條件及計(jì)算機(jī)發(fā)展水平，早期的

32、plc 主要由分立元件和中小規(guī)模集成電路組成，可以完成簡(jiǎn)單的邏輯控制及定時(shí)、計(jì)數(shù)功能。20 世紀(jì) 70 年代初出現(xiàn)了微處理器。人們很快將其引入可編程控制器，使 plc 增加了運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送及處理等功能，完成了真正具有計(jì)算機(jī)特征的工業(yè)控制裝置。為了方便熟悉繼電器、接觸器系統(tǒng)的工程技術(shù)人員使用，可編程控制器采用和繼電器電路圖類似的梯形圖作為主要編程語(yǔ)言，并將參加運(yùn)算及處理的計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)元件都以繼電器命名。此時(shí)的 plc 為微機(jī)技術(shù)和繼電器常規(guī)控制概念相結(jié)合的產(chǎn)物。20 世紀(jì) 70 年代中末期，可編程控制器進(jìn)入實(shí)用化發(fā)展階段，計(jì)算機(jī)技術(shù)已全面引入可編程控制器中，使其功能發(fā)生了飛躍。更高的運(yùn)算速度、超小

33、型體積、更可靠的工業(yè)抗干擾設(shè)計(jì)、模擬量運(yùn)算、pid 功能及極高的性價(jià)比奠定了它在現(xiàn)代工業(yè)中的地位。20世紀(jì) 80 年代初，可編程控制器在先進(jìn)工業(yè)國(guó)家中已獲得廣泛應(yīng)用。這個(gè)時(shí)期可編程控制器發(fā)展的特點(diǎn)是大規(guī)模、高速度、高性能、產(chǎn)品系列化。這個(gè)階段的另一個(gè)特點(diǎn)是世界上生產(chǎn)可編程控制器的國(guó)家日益增多，產(chǎn)量日益上升。這標(biāo)志著可編程控制器已步入成熟階段。20 世紀(jì)末期，可編程控制器的發(fā)展特點(diǎn)是更加適應(yīng)于現(xiàn)代工業(yè)的需要。從控制規(guī)模上來(lái)說(shuō)，這個(gè)時(shí)期發(fā)展了大型機(jī)和超小型機(jī)；從控制能力上來(lái)說(shuō)，誕生了各種各樣的特殊功能單元，用于壓力、溫度、轉(zhuǎn)速、位移等各式各樣的控制場(chǎng)合；從產(chǎn)品的配套能力來(lái)說(shuō)，生產(chǎn)了各種人機(jī)界面單元

34、、通信單元，使應(yīng)用可編程控制器的工業(yè)控制設(shè)備的配套更加容易。目前，可編程控制器在機(jī)械制造、石油化工、冶金鋼鐵、汽車、輕工業(yè)等領(lǐng)域的應(yīng)用都得到了長(zhǎng)足的發(fā)展。我國(guó)可編程控制器的引進(jìn)、應(yīng)用、研制、生產(chǎn)是伴隨著改革開(kāi)放開(kāi)始的。最初是在引進(jìn)設(shè)備中大量使用了可編程控制器。接下來(lái)在各種企業(yè)的生產(chǎn)設(shè)備及產(chǎn)品中不斷擴(kuò)大了plc 的應(yīng)用。近十年來(lái)，隨著 plc 價(jià)格的不斷降低和用戶需求的不斷擴(kuò)大，越來(lái)越多的中小設(shè)備開(kāi)始采用 plc 進(jìn)行控制，plc 在我國(guó)的應(yīng)用增長(zhǎng)十分迅速。目前，我國(guó)自己已可以生產(chǎn)中小型可編程控制器。上海東屋電氣有限公司生產(chǎn)的 cf 系列、杭州機(jī)床電器廠生產(chǎn)的 dkk 及 d 系列、大連組合機(jī)床

35、研究所生產(chǎn)的 s 系列、蘇州電子計(jì)算機(jī)廠生產(chǎn)的 yz 系列等多種產(chǎn)品已具備了一定的規(guī)模并在工業(yè)產(chǎn)品中獲得了應(yīng)用。此外，無(wú)錫華光公司、上海鄉(xiāng)島公司等中外合資企業(yè)也是我國(guó)比較著名的 plc 生產(chǎn)廠家。隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和基礎(chǔ)自動(dòng)化水平的不斷提高，今后一段時(shí)期內(nèi) plc 在我國(guó)仍將保持高速增長(zhǎng)勢(shì)頭。通用 plc 應(yīng)用于專用設(shè)備時(shí)可以認(rèn)為它就是一個(gè)嵌入式控制器，但 plc 相對(duì)一般嵌入式控制器而具有更高的可靠性和更好的穩(wěn)定性。實(shí)際工作中碰到的一些用戶原來(lái)采用嵌入式控制器，現(xiàn)在正逐步采用通用 plc 或定制 plc 取代嵌入式控制器。1.1.51.1.5 本課題的研究目標(biāo)本課題的研究目標(biāo)及內(nèi)容及內(nèi)容

36、目標(biāo)：設(shè)計(jì)安全可靠，具有經(jīng)濟(jì)性能和操作性能良好的堆垛機(jī)控制系統(tǒng)。全文著重對(duì)堆堆機(jī)整體結(jié)構(gòu)、貨架結(jié)構(gòu)以及 plc 構(gòu)成的控制器進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)，采取相應(yīng)的算法及可行措施，確保系統(tǒng)具有精確、可靠、先進(jìn)的性能?？刂乒δ苤饕ㄟ^(guò)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，簡(jiǎn)化了安裝過(guò)程，降低了安裝成本，增加了系統(tǒng)的適應(yīng)性，這在倉(cāng)庫(kù)柔性化的發(fā)展趨勢(shì)下具有廣闊前景。內(nèi)容：已知倉(cāng)庫(kù)貨架總高度為 10m， 行走速度：63m/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：（1）對(duì)堆垛機(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）

37、 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；（4）貨叉的相關(guān)設(shè)計(jì)及受力計(jì)算。第第 2 章章 堆垛機(jī)的結(jié)構(gòu)計(jì)算堆垛機(jī)的結(jié)構(gòu)計(jì)算2.1 堆垛機(jī)的主要參數(shù)及尺寸參數(shù)堆垛機(jī)的主要參數(shù)及尺寸參數(shù)包括最大起重量、載荷的幾何參數(shù)與運(yùn)行速度相關(guān)的參數(shù)（貨物的入出頻率 行走 起升及貨叉的伸縮） 堆垛機(jī)外型幾何參數(shù)，行走速度為 63m/min，最大起重重量為2000kg。2.1.12.1.1 堆垛機(jī)的金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)堆垛機(jī)的金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)單立柱機(jī)架由一根立柱、 上、下橫梁組成，剛度較差，但質(zhì)量較

38、輕。堆垛機(jī)的受力參數(shù)包括自重載荷、起升載荷、垂直慣性力與水平慣性的作用。 （1）自重載荷是工作eg中始終存在的固定和運(yùn)動(dòng)部件；（2）起升載荷 pq 上由以下部分重力組成：?jiǎn)卧浳铮òㄘ浵?、托盤(pán)）單元貨物的存取貨部件如貨叉、平臺(tái)等，載貨臺(tái)以及牽引構(gòu)件如鋼絲繩、鏈條等；（3）垂直慣性力由自重載荷系數(shù) f 及起升載荷系數(shù)來(lái)考慮確定。即：f=f+pq。eg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(pán)和緩沖器等零部件組成，上橫梁模塊結(jié)構(gòu)圖如圖 2.1 所示。圖 2.1 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

39、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，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(pán)焊接在上橫梁的下端，通過(guò)法蘭盤(pán)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)行量，防止事故的發(fā)生。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(pán).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

40、用。緩沖器同上橫梁的一樣，主要用來(lái)吸收堆垛機(jī)運(yùn)行到巷道兩端時(shí)發(fā)生碰撞產(chǎn)生的能量。圖 2.2 下橫梁模塊圖2.1.22.1.2 起重重量起重重量實(shí)際起重重量包括吊具重量和額定重量之和，用表示。 考慮到貨物正常起吊時(shí)的sl動(dòng)載沖擊作用，則設(shè)計(jì)起重重量 = lpsl上式中，稱為沖擊系數(shù)，與堆垛機(jī)分類有關(guān)： i 類 = 11， ii 類 = 125，類 = 14， iv 類 = 1602.1.32.1.3 水平載荷水平載荷堆垛機(jī)沿水平方向加速減速行走或旋轉(zhuǎn)時(shí)，必然存在與其 加速度有關(guān)的水平慣性力。即 = hssl 上式中，稱為動(dòng)載荷系數(shù)，由于加速度的不確定性，一般用額定速度 v 來(lái)確定。 水平行走時(shí)=

41、0000 5 v； 旋轉(zhuǎn)時(shí) =00004 v。 2.1.42.1.4 載荷狀態(tài)載荷狀態(tài) 堆垛機(jī)工作時(shí)，其承載能力是上述各種載荷與自重的不同組合，可分為 ega正常工作狀態(tài)：mx(+ +）eglshsb特殊工作狀態(tài)： mx(+ +)+ eglshswsc起吊工作狀態(tài)：+eglstsd停止：+egws以上表達(dá)式中，m 稱為作業(yè)系數(shù)，與前述堆垛機(jī)的分類有:i 類 m = 10， 類 m = 1.05； 類 m = 11， iv 類 m = 1.20。 2.1.52.1.5 循環(huán)壽命循環(huán)壽命堆垛機(jī)每完成一次入庫(kù)或出庫(kù)所需時(shí)間是由多種因素決定的，圖 1 所示為堆垛機(jī)行走時(shí)的加減速度情況。堆垛機(jī)完成入庫(kù)或

42、出庫(kù)一次工作循環(huán)所需平均時(shí)間稱為基本作業(yè)時(shí)間，用 t。來(lái)表示。 圖 1 堆垛機(jī)行走加減速度示意圖 設(shè)堆垛機(jī)開(kāi)動(dòng)率為 n，為堆垛機(jī)實(shí)際開(kāi)動(dòng)時(shí)間占工作時(shí) 間的百分比。若一天工作時(shí)間為 8h，則堆垛機(jī)每天可經(jīng)歷的工 作循環(huán)次數(shù)為 8x3 600 x nto (5) 式 (5)中，時(shí)間 to 單位為秒。 若堆垛機(jī)壽命按 10 年計(jì)，每年工作 300 天，每天工作 8h， 基本作業(yè)時(shí)間 to=100 秒，開(kāi)動(dòng)率 n=70，則堆垛機(jī)的循環(huán) 壽命為: 10 x300 x8x3 600 x0.7100 6x(次 )510圖 2.3 堆垛機(jī)行走加減速度示意圖第第 3 章章 水平運(yùn)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方案水平運(yùn)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方

43、案3.1 水平運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)總體方案的確定水平運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)總體方案的確定根據(jù)以上計(jì)算可初步確定有以下方案：方案 1：選擇設(shè)計(jì)單立柱無(wú)軌道式堆垛機(jī)；方案 2：選擇設(shè)計(jì)單立柱雙軌道式堆垛機(jī)；方案 3：選擇設(shè)計(jì)單立柱單軌道式堆垛機(jī)；根據(jù)以上計(jì)算可知：此堆垛機(jī)的最大載荷重量為 2000kg，水平運(yùn)動(dòng)速度為 63m/min 以及所受的載荷均很小，故選擇第三種方案：?jiǎn)瘟⒅蛦诬壍蓝讯鈾C(jī)。其優(yōu)點(diǎn)在于支撐于地面可避免受力的分配不均所引起的種種問(wèn)題，單立柱適用于堆垛機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),單軌道可以適應(yīng)巷道內(nèi)狹窄的空間。另外水平行走機(jī)構(gòu)按行走軌跡有兩種型式-直線型和曲線轉(zhuǎn)軌型，針對(duì)本課題的要求選擇直線型。3.2 水平運(yùn)行機(jī)構(gòu)具體布

44、置的主要問(wèn)題水平運(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?，機(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

45、比較合理的驅(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，本次設(shè)計(jì)選用圖一所示結(jié)構(gòu) 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)算堆垛機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算3.4.13.4.1 主動(dòng)行走輪直徑的確定主動(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=（kg/cm ）vk2402402

46、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 ） v走行速度（m/min）2 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 , v=63m/min2則 k=40（kg/cm ）vk24024063240502402p =2195/2=1097.5kg則代入上式可得：d =6.7cm，則車輪的軸徑為 d=34mm3min/npc取 d =50mm,車輪直徑可適當(dāng)取大為 d=100mm軸上的軸承選取代號(hào)為 6210，基本尺寸為：d=5

47、0mm, d=90mm, b=20mm.3.4.23.4.2 運(yùn)行阻力計(jì)算運(yùn)行阻力計(jì)算(1)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：m=f+nf=2dfwd2 即有)2)(dfdudgpwf 考慮其它阻力的附加阻力，乘以一個(gè)系數(shù) k 即w=kdfdudgp)2)(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

48、(n)；f-行走輪滾動(dòng)摩擦系數(shù)；d、d-分別為車輪直徑和軸徑(mm)；-軸承摩擦系數(shù)。查得：滾動(dòng)阻力系數(shù) f=0.04，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 =21750（0.020.05/0.1+20.04/0.1）2=35235n 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 35235n3.4.33.4.3 行走電動(dòng)機(jī)功率的計(jì)算行走電動(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。堆垛

49、機(jī)水平運(yùn)行部分重 200kg，升降部分重 700kg，立柱重96.77kg/m10=967kg，故堆垛機(jī)自重 w=967+900=1867kg，行走速度 v=63m/s=1.05m/s，滾動(dòng)阻力系數(shù) u=0.02，動(dòng)力傳動(dòng)效率=0.9，行走阻力為r=（w+）u=（18670+6000）0.02=493.4n2w故最高時(shí)速需動(dòng)力 p=rv/=493.41.05/0.9=575.6w=0.58kw選用電動(dòng)機(jī) y802-2；額定功率 1.1kw，滿載轉(zhuǎn)速 2830r/min電動(dòng)機(jī)的重量 gd=45kg，電機(jī)軸d=19mm，長(zhǎng) l=285，效率 85.5%。13.4.43.4.4 電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱校驗(yàn)電動(dòng)

50、機(jī)的發(fā)熱校驗(yàn)等效功率：nx=k25rnj =0.751.30.58=0.55kw式中 k25工作類型系數(shù)，由1表 8-16 查得當(dāng) jc%=25 時(shí)，k25=0.75 r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：nxp,故初選電動(dòng)機(jī)發(fā)熱條件通過(guò)。3.4.53.4.5 減速器的選擇減速器的選擇車輪的轉(zhuǎn)數(shù)：nc=vdc/（dc）=63 1000/100=200.6r/min機(jī)構(gòu)傳動(dòng)比：i。=n1/nc=2830/200.6=14.15減速器的第一級(jí)傳動(dòng)比為 2.5,第二級(jí)的傳動(dòng)比為 2.8，考慮空間位子條件，用帶輪連接電動(dòng)機(jī)和減速器，傳動(dòng)比為 2.

51、02。圖 3.4 減速器的外觀圖3.4.63.4.6 各軸的轉(zhuǎn)速計(jì)算各軸的轉(zhuǎn)速計(jì)算電動(dòng)機(jī)輸出軸：=2830r/minmn減速器高速軸：=2830/2.02=1400r/minn12/inm減速器中間軸軸: = 1400/2.5r/min=560r/min 2312/inn 減速器低速軸：= 560/2.8r/min=200r/min3423/inn 3.4.73.4.7 各軸的輸入功率計(jì)算各軸的輸入功率計(jì)算電動(dòng)機(jī)的額定功率：=1.1kwmp減速器高速軸：=1.10.9=0.99kw1pmp 減速器中間軸軸: =0.990.97=0.9603kw12pp 12減速器低速軸：=0.9603 0.7

52、6=0.73kw12pp 233.4.83.4.8 各軸的轉(zhuǎn)矩計(jì)算各軸的轉(zhuǎn)矩計(jì)算減速器高速軸mnnpt8 . 61400/99. 09550/9550111減速器中間軸軸: mnnpt38.16560/9603. 09550/9550222減速器低速軸：mnnpt86.34200/73. 09550/95503333.5 齒輪的設(shè)計(jì)與計(jì)算齒輪的設(shè)計(jì)與計(jì)算3.5.13.5.1 齒輪的材料選擇齒輪的材料選擇一般齒輪要選擇用 20鋼，硬度為 56-62hrc，由圖5-28d 查得彎曲疲勞極限應(yīng)力rc2=450mpa；由圖 5-29d 查得接觸疲勞極限應(yīng)力=1500 mpa.limflimh3.5.2

53、3.5.2 齒輪的齒輪的計(jì)算計(jì)算其傳動(dòng)的許用應(yīng)力和許用彎曲應(yīng)力分別為：2 lim/hhnhzs =/flimfnstyyfs式中：實(shí)驗(yàn)齒輪的接觸疲勞極限（） ；limhamp 實(shí)驗(yàn)齒輪的彎曲疲勞極限（） ；limfamp 、分別由圖表查?。挥蓤D可查得limhlimf=1500；=450；limhamplimfamp -實(shí)驗(yàn)齒輪的應(yīng)力修正系數(shù)，按國(guó)家校準(zhǔn)，取 2.0;sty、-接觸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度計(jì)算的安全系數(shù)=1.0，=1.25hsfshsfs -接觸疲勞強(qiáng)度和彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的壽命系數(shù)，用于考慮應(yīng)力循環(huán)次數(shù)的影響。nzny=1.15,=2.5nzny3.5.33.5.3 齒輪的應(yīng)力工作循環(huán)次數(shù)

54、計(jì)算齒輪的應(yīng)力工作循環(huán)次數(shù)計(jì)算 =6014001（250165）=16.81060hnnjl 8所以： =15001.15/1.0=1725 mpalim/hhnhzs =/=450 2 2.5/1.3=1731mpaflimfnstyyfs 3.5.43.5.4 齒輪傳動(dòng)的計(jì)算載荷齒輪傳動(dòng)的計(jì)算載荷計(jì)算載荷ncnfkf avkk k k k式中：k-載荷系數(shù)； -使用系數(shù)；ak -動(dòng)載系數(shù)；vk -齒間載荷分配系數(shù)；k -齒間載荷分布系數(shù)；k -齒輪法向力；nf使用系數(shù)=1.25ak動(dòng)載系數(shù)=1.1vk齒間載荷分配系數(shù)=1.0k齒間載荷分布系數(shù)=1.3k所以 k=1.251.11.01.3=

55、1.79；3.5.53.5.5 齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算 112/ffasafkt y ybd m式中：-齒形系數(shù)；查表得=2.62fayfay -應(yīng)力校正系數(shù)；查表得=1.59saysay563116 . 12450minlim1xnfstffpyysy已知=6.8nm，k=1.31t初步確定各參數(shù)知=39，取=97，=，u=97/39=2.4871z5 .97395 . 212 izz2z5 . 0d15則=/cos=39/ cos=431vz1z3315查表知小齒輪復(fù)合齒形系數(shù)=4.061fsy108cos97cos3322zzv=1.72cos)11(2 . 388.

56、1 21vvvazz15cos)1081431(2 . 388. 1 6 . 0y可求的模數(shù)為=1.432259. 006. 4563395 . 015cos8 . 63 . 16 .12nm取=2mmnm中心距為a=160.1cos2)(21zzmn15cos2)9739(2取 a=161mm可知 cos=0.881612)9739(22)(21azzmn可得=28.35則小齒輪分度圓直徑為mmzmdn3 .6588. 0392cos11mmzmdn24088. 0972cos22mmdbd323 .655 . 012，取為 40mmmmbb4237)105(21hpehuubdktzz)1

57、(109211取mpazze8 .189,85. 0mpah327)487. 21487. 2(3 .65328 . 63 . 185. 08 .18910921z1,5 . 1,wnlimnlimlimzszzshwhhhp，取計(jì)算得1000mpahp.,hp故合格h3.5.63.5.6 齒面的接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算齒面的接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算hh式中：-接觸應(yīng)力；h -許用接觸應(yīng)力；h=h31121/dhektudu z z 式中：區(qū)域系數(shù)，對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)齒輪，=2.5；hz hz -齒寬系數(shù)。d由以上計(jì)算得=0.15mph32 1.794733002/ 2681.2xxxxh所以符合要求3.6 夾軌器的選

58、擇夾軌器的選擇夾軌器是軌道式行走設(shè)備不可缺少的安全保護(hù)裝置，當(dāng)主機(jī)不工作時(shí),可以靠夾軌器把它固定在軌道上 ,以防被大風(fēng)吹走而發(fā)生傾倒事故.目前國(guó)內(nèi)每年都有幾起因夾軌器不可靠而造成主機(jī)被風(fēng)吹跑,引起翻車的事故 ,給國(guó)家造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失.重錘式和彈簧式兩種夾軌器是利用連桿機(jī)和杠桿夾鉗各自把重錘重力和彈簧頂力傳遞到夾鉗的鉗口上 ,使夾鉗夾緊軌道而達(dá)到固定主機(jī)的作用.當(dāng)主機(jī)工作需要在軌道上行走時(shí) ,操縱電器裝置 ,使夾軌器上的液壓泵站投入工作,各自抬起重錘和空縮彈簧 ,通過(guò)相同途徑使夾鉗張開(kāi) .該設(shè)備具有結(jié)構(gòu)新穎 ,外形美觀，對(duì)軌道直線的適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn) .根據(jù)機(jī)械結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，選擇xjyt-600 型夾

59、軌器。3.6.13.6.1 主要技術(shù)參數(shù)主要技術(shù)參數(shù)1.防滑力：見(jiàn)結(jié)構(gòu)圖 5.1 中列表；2.電機(jī)功率：5.5kw；3.額定壓力：見(jiàn)說(shuō)明書(shū)；4.適用軌道：按照客戶指定型號(hào)（qu120qu80）； 5.油泵電機(jī)每小時(shí)起動(dòng)補(bǔ)油次數(shù)不大于 2 次。3.6.23.6.2 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 1.結(jié)構(gòu)緊湊,造型美觀. 2.夾鉗座與夾鉗座支架為浮動(dòng)連接,對(duì)中性好,以滿足起重機(jī)跑偏要求. 3.特殊的鉗口設(shè)計(jì)(專利產(chǎn)品),增加摩擦系數(shù),以提高抗風(fēng)能力.4.配有限位開(kāi)關(guān),可與行走機(jī)構(gòu)進(jìn)行聯(lián)鎖保護(hù),確保起重機(jī)行走安全可靠. 5.液壓站元件可根據(jù)用戶的需要配置,即可配置國(guó)產(chǎn)或進(jìn)口的液壓元件.3.6.2.13.6.2.

60、1 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖以及基本參數(shù)如下結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖以及基本參數(shù)如下圖 3.5 夾軌器尺寸圖外觀圖如圖所示圖 3.6 夾軌器的外觀圖3.7 軌道及車輪軌道及車輪3.7.13.7.1 軌道軌道軌道一般有鐵路鋼軌（p 型） ，起重機(jī)專用鋼軌（qu 型）以及方鋼或扁鋼等類型。根據(jù)載荷情況，選擇鐵路鋼軌（p 型）的 p24，如下圖所示：圖 3.7 鋼軌3.7.23.7.2 車輪車輪3.7.2.13.7.2.1 車輪載荷的計(jì)算車輪載荷的計(jì)算堆垛機(jī)車輪所承受的載荷與運(yùn)行機(jī)構(gòu)傳動(dòng)系統(tǒng)的載荷無(wú)關(guān)，可直接根據(jù)其外載荷平衡條件求得。車輪的疲勞計(jì)算載荷可由堆垛機(jī)的最大和最小輪壓確cp=2x35235+12670/3=74693.3