教學(xué)型立體倉庫提升與送物部分設(shè)計

1、1 緒 論隨著我國經(jīng)濟和科學(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、便于實現(xiàn)自動化管理、實時自動結(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算機系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)運行等許多優(yōu)點。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)的物料搬運設(shè)備進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的立體倉庫；50年代末60年代初出現(xiàn)了司機操作的巷道式堆垛起重機立體倉庫；1963年美國率先在高架倉庫中采用計算機控制技術(shù)，建立了第一座計算機控制的立體倉庫。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（機械部北京起重運輸機械研究所），1973年開始研制我國第一座由計算機控制的自動化立體倉庫

3、（高15米，機械部起重所負責(zé)），該庫1980年投入運行。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、很強的入出庫能力、采用計算機進行控制管理而利于企業(yè)實施現(xiàn)代化管理等特點，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，但有些功能可與大中型plc相媲美。s7-200 具有很強大的指令系統(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，我們采用兩個步進電機控制堆垛機的升降和行走。同時伸叉控制使用直流電動機為執(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 來控制上下電機的運動，q0.1 來控制左右電機的運動。另外，步進電機還有正反轉(zhuǎn)控制功能，用q0.2 來控制上下電機的運動方向，用q0.3 來控制左右電機的運行方向。同時，用q0.4 和q0.5 來控制伸叉電機的正反轉(zhuǎn)。自動化立體倉庫（as/rs）是由立體貨架、有軌巷道堆垛機、出入庫托盤輸送機系統(tǒng)、尺寸檢測條碼閱讀系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)、自動控制系統(tǒng)、計算機監(jiān)控系統(tǒng)、計算機管理系統(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)。運用一流的集成化物流理念，采用先進

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，為以后所開展的教學(xué)活動充分做好準備，為同學(xué)們的實驗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。與廠級計算機管理信息系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)以及與生產(chǎn)線緊密相連的自動化

7、立體倉庫更是當今cims(計算機集成制造系統(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、堆垛機輸送機控制軟件、條形碼識別跟蹤系統(tǒng)、搬運機器人、碼垛機械手、自動運行小車、貨物分選系統(tǒng)、堆垛機認址檢測系統(tǒng)、堆垛機控制系統(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.入出庫用搬運機(堆垛機、貨物分配車等)；3.信息處理控制設(shè)備(計算機、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，采用現(xiàn)

9、場控制總線直接通訊的方式，真正做到計算機只監(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、出入庫輸送機等現(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和計算機的數(shù)據(jù)庫里，管理員可利用對比功能來比較計算機的記錄和堆垛機里的記錄，并進行修改，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。 堆垛機有自動召回原點的功能，即無論任何情況，只要貨叉居中且水平運行正常時，可按照下達的命令自動返回原點。這意味著操作人員和維護人員可以盡量不進入巷道。 智能的控制系統(tǒng)，可以實現(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、報表、單據(jù)與盤庫、報警、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計劃中cims實驗工程立體庫、濟南第一機床廠中央立體庫、株洲南方航空動力機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、廣東震德塑料機械廠有限公司零部件自動化立體庫、浙江正泰電器集團立體倉庫、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到了

11、當時的國內(nèi)最高水平, 有的達到了國際先進水平。1.3.4 自動化立體倉庫供貨方式項目總承包（設(shè)計、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: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。 輸送機系統(tǒng):立體庫的主要外圍設(shè)備，負責(zé)將貨物運送到堆垛機或從堆垛機將貨物移走。輸送機種類非常多，常見的有輥道輸送機，鏈條輸送機，升降臺，分配車，提升機機，皮帶機等

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):亦稱中央計算機管理系統(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/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)達國家，提高空間利用率的觀點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)合理性和先進性考核的重要指標來對待。 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。這是相當可觀的。2） 便于形成先進的物流系統(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的自動化物料搬運設(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)進行有機的連接，并通過計算機管理系統(tǒng)和自動化物料搬運設(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)計和規(guī)劃、計劃編制和生產(chǎn)安排、制造、裝配、試驗、發(fā)運等）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)海爾集團國際物流中心的立體倉庫，該倉庫高22米，擁有18056個標準托盤位，包括原材料和產(chǎn)成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。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1排，今后需要在行擴展。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，可實現(xiàn)3個方向運動。由沿x方向上的水平運動和z方向上的垂直運動，以及載貨臺和貨叉y方向上的伸縮運動組成8。教學(xué)型立體倉庫的機械部分由于機械部分傳動量小，所以水平方向（x方向）運動由步進電機驅(qū)動，最大運行速度為30mm/s。垂直方向（z方向）運動由步進電機驅(qū)動升降臺作升降運動，最大提升速度30mm/s。前后方向（y方向）的運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動，伸縮量為30mm，用于貨物的存取操作，貨叉驅(qū)動電機采用步進電機，步進速度按照貨叉速度（30mm/s）要求設(shè)定。2 機械部分的總體設(shè)計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

17、行設(shè)計。主要是機械傳送裝置部分的設(shè)計。設(shè)計出滿足要求的教學(xué)型立體倉庫，并完成其總體裝配圖與部分零件圖。2.1 機械部分的功能機械部分接受指令后,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到指定的貨位中,或者把需要的貨物從倉庫中搬運到巷道口出入庫貨臺,再配以相應(yīng)的轉(zhuǎn)運、輸送設(shè)備通過計算機控制實現(xiàn)貨物的自動出入庫。在立體倉庫中的搬運設(shè)備有高位叉車、工業(yè)機器人、橋式堆垛機和有軌式單雙立柱堆垛機。有軌巷道式雙立柱堆垛機由于效率高,高度可達3040m,便于實現(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 機械部分設(shè)計思路為使機械部分能夠準確、快速、安全、

18、自動搬運貨物出入庫 , 必須滿足以下設(shè)計要求: (1) 具備三維運動功能 , 即機械部分沿巷道來回運動、載貨臺垂直運動、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) 具備安全保護措施; (4) 在滿足強度、剛度和可靠性的前提下 , 盡量減小機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) 保護倉庫環(huán)境 , 避免貨物污染受損。2.3 機械部分結(jié)構(gòu)及設(shè)計要點根據(jù)以上設(shè)計思路設(shè)計教學(xué)型立體倉庫的機械部分結(jié)構(gòu)主要由行走機構(gòu)、提升機構(gòu)及載貨臺、貨叉、控制系統(tǒng)和各種安全保護裝置構(gòu)成。機械部分的行走機構(gòu)、起升機構(gòu)和載貨臺及貨叉機構(gòu)是通過

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

20、采用42byg永磁感應(yīng)子式步進電機。如圖3.1所示。步進電機的選擇應(yīng)先計算電機輸出的總力矩m：m=ma+mf+mt （1-3） ma=（jm+jt).n/t1.02102 （1-4） 式中ma -電機啟動加速力矩（n.m) jm、jt-電機自身慣量與負載慣量(kg.cm.s2) n-電機所需達到的轉(zhuǎn)速（r/min） t-電機升速時間（s） mf=(u.w.s)/(2i)102 （1-5） mf-導(dǎo)軌摩擦折算至電機的轉(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 絕緣強度：500vac 1 minute溫 升：65k環(huán)境溫度：-10+55 絕緣等級：b 步進電機的參數(shù)如表3.1所示：表3.1 步進電機的參數(shù)型號相數(shù)電壓電流電阻電感靜轉(zhuǎn)矩機身長出軸長重量單位vamhn.mmmmmkg42byg00424.20.6760.1433180.2圖3.1 42byg永磁感應(yīng)子式步進電機3.1.3 行走機構(gòu)滾珠絲杠副的選擇及設(shè)計 1)精度選擇滾珠絲杠的精度直接影響數(shù)控機床的定位精度,在滾珠絲杠精度參數(shù)中, 其導(dǎo)程誤差對機床定位精度影響最明顯。一般在初步設(shè)計時設(shè)定絲杠的任意300mm行程變動量v300p應(yīng)小于目標設(shè)定位的定位精度

22、值的1 /31 /2, 在最后精度驗算中確定。2)絲杠導(dǎo)程的確定絲杠導(dǎo)程的選擇一般根據(jù)設(shè)計目標快速進給的最高速度為vmax、伺服電機的最高轉(zhuǎn)速nmax及電機與絲杠的傳動比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(點蝕) 時的軸向載荷。在實際運用中額定動載荷值可按下式計算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)速計算方法有多種, 對加工中心而言, 可認為屬通用型設(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、載荷的計算即為機器承受最大負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)計參照圖3.2設(shè)計?？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。注： 8-14螺帽標準品無刮刷器，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、帽之基準數(shù)據(jù)型號didadablwhxncacoaksfk10021021.2183052824223315830593.1.4 行走機構(gòu)聯(lián)軸器的選擇及設(shè)計聯(lián)軸器用于滾珠絲杠和電機之間的連接傳動，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 提升機構(gòu)機械部分的提升機構(gòu)是機械部分垂直運動的驅(qū)動機構(gòu)。由電機減速機連接主動輪以及絲杠在導(dǎo)軌上的的運動組成。提升機構(gòu)帶動載貨臺、貨叉及貨物的垂直方向上的運動。提升機構(gòu)也采用閉環(huán)調(diào)速，高速可達30mm/s，低速可達2mm/s以下，保證了生產(chǎn)效率和停準精度兩方面的要求。 3.2.1 提升機構(gòu)設(shè)計分析行走機構(gòu)采用步進電機驅(qū)動絲杠轉(zhuǎn)動，進而帶動滾珠絲杠副運動，完成行走機構(gòu)的進給。滾珠絲杠副可以參照圖gzt-00-02（滾珠絲杠副）

27、設(shè)計。3.2.2 提升機構(gòu)電機的選擇及設(shè)計本次設(shè)計行走機構(gòu)的電機采用42byg永磁感應(yīng)子式步進電機如圖3.1。參數(shù)參照行走機構(gòu)設(shè)計如表3.1。3.2.3 提升機構(gòu)滾珠絲杠副的選擇及設(shè)計滾珠絲杠包括絲杠、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)計參照圖3.2設(shè)計?？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)計參照行走機構(gòu)滾珠絲杠副參數(shù)如表3.2。3.2.4 提升機構(gòu)聯(lián)軸器的選擇及設(shè)計聯(lián)軸器用于滾珠絲杠和電機之間的連接傳動，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裝置。它的運動由步進電機連接主動輪在導(dǎo)板上的的運動組成。載貨臺帶動貨叉和貨物在內(nèi)外方向上做伸縮運動。3.3.1 載貨臺步進電機的選擇及設(shè)計載貨臺的步進電機采用2相式步進電動機，如圖3.4所示。圖3.4 2相式步進電動機電機參數(shù)如表3.4所示表3.4 2相式步進電機參數(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)動慣量接線圖電機重量機身長度單位度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)計參照圖3.2設(shè)計，具體尺寸設(shè)計如表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)計聯(lián)軸器用于滾珠絲杠和電機之間的連接傳動，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)計型號dd1d2llmf容許扭矩螺釘緊固扭矩clj1433164.252110.853.4 貨叉本設(shè)計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，向左或右移動自身長度的一半。前叉可從中間叉的中點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：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，可以減小運行慣性力。圖3.5 貨叉機構(gòu)運動

31、簡圖圖3.6 貨叉載荷圖3.4.1 貨叉設(shè)計分析 貨叉是送物機構(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)計目標。將貨叉分解為固定叉、中間叉和前叉分別進行考慮伸縮貨叉的撓度與強度。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，將電機通過導(dǎo)線連接到plc控制臺，由計算機通過plc對機械送物部分編程后進行整體控制。機械

33、部分運行特點是必須精確定位和準確認址 ,否則就會取錯貨物 , 碰壞貨物、貨架 , 嚴重時會損壞機械送物部分本身。機械部分的位置控制采用絕對認址方式 , 用激光測距儀通過測量機械部分各點間的距離并且與事先儲存在 plc 中的數(shù)據(jù)進行比較來確定機械部分的當前位置 , 成本較高 , 但可靠性很高14。因plc程序設(shè)計不屬于本設(shè)計要求范圍內(nèi)的，在這里就不多做設(shè)計。圖4.1 控制系統(tǒng)運行圖5 安全保護裝置為了保護人身、設(shè)備和貨物的安全 , 機械部分必須具有完善的安全保護措施:(1) 機械部分在行走、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。在貨物進入載貨臺時 , 當檢測到貨物超過設(shè)定高度、長度或?qū)挾葧r , 堆垛機便停止運行并報警。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 , 機械部分不能水平運行; 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 如載貨臺升降過程中忽然斷電 , 則通過提升電機制動使載貨臺停在當前位置 ,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，靠人工實現(xiàn)已經(jīng)遠不能夠需要。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，其控制重點轉(zhuǎn)向物資的控制和管理要求實時、協(xié)調(diào)和一體化，計算機之間、數(shù)據(jù)采集點之間、機械設(shè)備的控制器之間以及它們與主計算機之間的通信可以及時地匯總信息，倉庫計算機及時地記錄訂貨和到貨時間，顯示庫存量，計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、財務(wù)和決策結(jié)合在一起 , 帶來更大的社會效益