立體倉庫堆垛機(jī)的設(shè)計(jì)

1、v1.0可編輯可修改11立體車庫堆垛機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)名院級師姓年教生業(yè)#學(xué)學(xué)專指鄭超李昭白鶴鵬封二佳機(jī)械工程學(xué)院機(jī)械10級單根立2014年1月6日目錄45v1.0可編輯可修改第一章緒論4自動化立體倉庫的起源與發(fā)展6課題的提出及主要任務(wù)71.2.1 課題的提出71.2.2 課題的主要任務(wù)7第二章堆垛機(jī)的分類8巷道式堆垛機(jī)的分類 8巷道式單立柱堆垛機(jī)8雙立柱巷道堆垛起重機(jī)9橋式堆垛起重機(jī)9第三章 堆垛機(jī)門架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算 10堆垛機(jī)各個(gè)部分運(yùn)動速度計(jì)算 10行走速度10升降速度11貨叉的伸縮速度11額定數(shù)據(jù)表12第四章減速電機(jī)的選取12行走裝置的減速電機(jī)的選取 12升降電動機(jī)的選用13伸縮運(yùn)動電機(jī)的

2、選用14第五章堆垛機(jī)伸縮貨叉機(jī)構(gòu)的校核 14叉架的受力分析計(jì)算1523v1.0可編輯可修改第六章結(jié)論16致譚巾17參考文獻(xiàn)18摘要自動化立體倉庫，也叫自動化立體倉儲，利用立體倉庫設(shè)備可實(shí)現(xiàn)倉庫高層 合理化，存取自動化，操作簡便化。堆垛機(jī)是整個(gè)自動化立體倉庫的核心設(shè)備，33v1.0可編輯可修改通過手動操作，半自動操作和全自動操作實(shí)現(xiàn)把貨物從一處搬運(yùn)到另一處。它由機(jī)架（上橫梁，下橫梁，立柱），水平行走機(jī)構(gòu)，載貨臺，貨叉及電氣控制系統(tǒng) 構(gòu)成。本文主要是通過對一套實(shí)驗(yàn)室教學(xué)裝置為基礎(chǔ)，以實(shí)際為參考而建立的虛擬自動化立體倉庫堆垛機(jī)系統(tǒng)，作者主要對堆垛機(jī)的分類進(jìn)行簡要的介紹， 對堆垛 機(jī)的各個(gè)部分的結(jié)構(gòu)進(jìn)

3、行詳細(xì)的研究首先對不同堆垛機(jī)簡介和描述， 然后通過巷 道堆垛機(jī)進(jìn)行整體分析并設(shè)計(jì)各個(gè)部分的結(jié)構(gòu)，完成對各個(gè)部分的受力校核。關(guān)鍵字：立體倉庫堆垛機(jī) 結(jié)構(gòu)受力校核#v1.0可編輯可修改隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和技術(shù)的進(jìn)步，企業(yè)物資倉儲的手段在不斷地改善，自動化 立體倉庫己成為當(dāng)今企業(yè)發(fā)展的強(qiáng)勁趨勢。近年來，隨著物流內(nèi)涵的不斷擴(kuò)展， 物流管理手段、技術(shù)都在不斷地改善和提高，縮短物流時(shí)間、節(jié)省物流費(fèi)用、提 高物流效率、使物流組織合理化是經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國家物流發(fā)展的共同特征，目前已擁有了現(xiàn)代化的物流業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施自動化立體倉庫系統(tǒng)是現(xiàn)代物流系統(tǒng)的一個(gè)重要 組成部分，廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)中。目前，它已經(jīng)成為企業(yè)生產(chǎn)和管理信息化

4、的 標(biāo)志之一。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)主要以三維立體車庫為研究對象主要從車庫的機(jī)械結(jié)構(gòu)方面展開對自動化立體倉庫的研究。首先從機(jī)械式立體倉庫的總體結(jié)構(gòu)，了解三維立 體倉庫堆垛機(jī)的主體鋼架，升降機(jī)構(gòu)，橫移機(jī)構(gòu)及旋轉(zhuǎn)臺等組成部分的結(jié)構(gòu)及運(yùn) 行原理，分析倉庫的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)部件的堆垛機(jī)的種類及其特點(diǎn)，重點(diǎn)完成不同堆垛 機(jī)的結(jié)構(gòu)原理及其適應(yīng)場合。這些任務(wù)的完成要求我們熟練掌握和運(yùn)用所學(xué)過的 機(jī)械以及控制部分的知識，對我們進(jìn)一步鞏固和加強(qiáng)專業(yè)知識和培養(yǎng)專業(yè)技能有 很重要的實(shí)踐意義。55v1.0可編輯可修改第一章緒論自動化倉庫是近代物流系統(tǒng)中迅速發(fā)展的一個(gè)重要組成部分， 具有節(jié)約用地 和人力，作業(yè)迅速準(zhǔn)確，提高保管效率以及降

5、低儲運(yùn)費(fèi)用等許多優(yōu)點(diǎn)。 隨著物流 系統(tǒng)的進(jìn)一步合理化，采用電子計(jì)算機(jī)連線控制的自動化倉庫， 已經(jīng)發(fā)展成為連 接生產(chǎn)與消費(fèi)的重要環(huán)節(jié)，即不僅具有高效率儲存的功能，而且兼有控制生產(chǎn)或 銷售活動的功能。堆垛機(jī)是自動化立體倉庫中重要的起重設(shè)備，本文著重就堆垛 機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行初步研究。1.1自動化立體倉庫的起源與發(fā)展立體倉庫的產(chǎn)生和發(fā)展是第二次世界大戰(zhàn)之后產(chǎn)生和技術(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

6、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。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（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)，

7、越來越受到企業(yè)的重視。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(gè)標(biāo)準(zhǔn) #v1.0可編輯可修改托盤位，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。近幾年我國計(jì)算機(jī)自控技術(shù)的飛速發(fā)展，為我國自動化立體倉庫的發(fā)展提供 了重要的技術(shù)支持。自動化立體倉庫不僅具有節(jié)省和減輕勞動強(qiáng)度、提高物流效 率、降低儲運(yùn)損耗、減少流動資金積壓等優(yōu)勢，而且在溝通物流信息、銜接產(chǎn)需、 保證生產(chǎn)均衡、合理利用資源、進(jìn)行科學(xué)儲

8、備與生產(chǎn)經(jīng)營決策等方面發(fā)揮著獨(dú)特 的作用，使人們可以真正享受到現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用于企業(yè)物流管理的益處。課題的提出及主要任務(wù)1.2.1 課題的提出使用巷道式起重堆垛機(jī)的立體倉庫（或稱自動化倉庫），由于能節(jié)約勞動力， 作業(yè)迅速準(zhǔn)確，提高保管效率，降低物流費(fèi)用而問世。并且只要需要，課滿足在 規(guī)定的時(shí)間內(nèi)把指定的物品進(jìn)行自動收集和分發(fā)的要求，因而受到產(chǎn)業(yè)的重視自動化立體倉庫的優(yōu)點(diǎn)主要有以下方面：1 .由于能充分利用倉庫的垂直空間，其單位面積存儲量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于普通的單層倉庫 （一般是單層倉庫的4-7倍）。 目前，世界上最高的立體倉庫可達(dá) 40多米，容量多達(dá)30萬個(gè)貨位。2.倉庫作 業(yè)全部實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動化，

9、一方面能大大節(jié)省人力，減少勞動力費(fèi)用的支出， 另一方面能大大提高作業(yè)效率。3 .采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行倉儲管理，可以方便地做到“先進(jìn)先出"，并可防止貨物自然老化、變質(zhì)、生銹，也能避免貨物的丟失。4.貨 位集中，便于控制與管理，特別是使用電子計(jì)算機(jī)，不但能夠?qū)崿F(xiàn)作業(yè)的自動控 制，而且能夠進(jìn)行信息處理。5.能更好地適應(yīng)黑暗、低溫、有毒等特殊環(huán)境的 要求。例如，膠片廠把膠片卷軸存放在自動化立體倉庫里， 在完全黑暗的條件下， 通過計(jì)算機(jī)控制可以實(shí)現(xiàn)膠片卷軸的自動出入庫。6 .采用托盤或貨箱存儲貨物，貨物的破損率顯著降低。1.2.2 課題的主要任務(wù)77v1.0可編輯可修改本次畢業(yè)論文需要完成的主要任務(wù)

10、如下：1、研究堆垛機(jī)的結(jié)構(gòu)，了解堆垛機(jī)的分類，結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及各自適合的不同 場合2、分三個(gè)部分進(jìn)行功能模塊設(shè)計(jì)：行走機(jī)構(gòu)，升降機(jī)構(gòu)，貨叉的伸縮機(jī)構(gòu), 并詳細(xì)闡述每部分設(shè)計(jì)要點(diǎn)與設(shè)計(jì)過程。3、對堆垛機(jī)的各個(gè)部分的材料，連接方式，電機(jī)進(jìn)行選取。4、對堆垛機(jī)的各個(gè)部分受力進(jìn)行分析。第二章堆垛機(jī)的分類巷道式堆垛機(jī)的分類按用途分：單元型，揀選型，單元一揀選型三種按控制方式分：手動，半自動和全自動三種按應(yīng)用巷道數(shù)量分：直道型，轉(zhuǎn)彎型和轉(zhuǎn)軌型三種按照金屬結(jié)構(gòu)的形式分：單立柱和雙立柱兩種圖1-1巷道式單立柱堆垛機(jī)巷道式單立柱堆垛機(jī)#v1.0可編輯可修改單立柱結(jié)構(gòu)的堆垛機(jī)機(jī)架由一根立柱和下橫梁組成。立柱多采用較大

11、的H型鋼焊接制作，立柱上附加導(dǎo)軌。整機(jī)重量較輕，消耗材料少，因此制造成本相 對較低，但剛性稍差。該設(shè)備的參數(shù)如下所示。主要性能：倉庫高度624m,最大40m運(yùn)行速度：標(biāo)準(zhǔn)型80m/min、高速型200m/min ；起升高度：標(biāo)準(zhǔn)型 Hmax = 20m/min、高速型 Hmax=50m/min貨叉伸縮速度：Vmax = 12m/min（標(biāo)準(zhǔn)性）、50m/min（高速型）。雙立柱巷道堆垛機(jī)機(jī)架由兩根立柱和上橫梁、下橫梁 組成一個(gè)長方形框架。立柱形式有方管 和圓管，方管兼做起開導(dǎo)軌，圓管需附 加起開導(dǎo)軌。1-2雙立柱巷道堆垛橋式堆垛起重機(jī)主要由橋架、大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)、小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)、電氣設(shè)備 等部分組成

12、。其工作原理可參 v1.0可編輯可修改考第五章橋式起重機(jī)部分。操縱司機(jī)室有單獨(dú)的起升機(jī)構(gòu)，保證司機(jī)有良好的視 野，同時(shí)司機(jī)室還安裝有安全裝置， 保證了操縱者的安全。起重機(jī)還裝有多種安 全裝置，保證了起重機(jī)的安全工作。圖1-3橋式堆垛起重機(jī)第三章堆垛機(jī)門架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算門架是堆垛機(jī)的主要結(jié)構(gòu)物，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(shí)也沒有）的貨合。升降臺沿立柱升降，同時(shí)靠地 上和頂上的導(dǎo)軌保持走行穩(wěn)定和支持貨叉伸出進(jìn)行裝卸作業(yè)時(shí)的翻轉(zhuǎn)彎矩。在門架上安裝有卷揚(yáng)、走行等機(jī)械裝置，以及配置有電氣控制開

13、關(guān)、控制裝 置、配線等。下部支承式的集中放在門架下部。由于走行起動、停止及加減速時(shí)產(chǎn)生的慣性力，門架在通道的縱向發(fā)生撓曲， 整個(gè)門架成為振動體，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(shí)的彎矩作用而發(fā)生彎曲，使伸長著的伸縮叉的前端的撓度增大。柱端振動：和貨叉前端的撓度一超過極限，就成為堆垛機(jī)自動定位的障礙， 所以門架應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和撓度小的適當(dāng)剛度。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)選取雙立柱下部支承式門架進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算。堆垛機(jī)各個(gè)部分運(yùn)動速度計(jì)算加速度時(shí)容易是貨物倒塌。載人堆垛機(jī)的加減速度一般在0.5米/秒2。不容 易產(chǎn)生貨物倒塌的箱式托盤等減速度在 1米/秒2以下，走行停止前得爬行速度 （即

14、微動速度）宜為46米/秒2（爬行行程因堆垛機(jī)總質(zhì)量不同而異，約為米）?，F(xiàn)在趨向于采用更快的最高速度。另一方面，為確保貨臺的停位準(zhǔn)確，停止前得 升降微速希望在5米/分以下。行走速度#v1.0可編輯可修改vx1.0*bxVx二s選擇行走速度為4m/min式中 Vx 堆垛機(jī)的走行速度（米/秒）： bx堆垛機(jī)的走行加速度（米/秒2）;L最大走行距離（米）即使選擇的速度超過這個(gè)數(shù)值，作業(yè)周期的縮短也少于 果顯著少于這個(gè)數(shù)值，作業(yè)周期就要大大增加升降速度H VZ L 0.75 1.67 80 =min10%選擇的速度如Vwvw選擇升降速度為min。式中Vw 堆垛機(jī)的升降速度（米/秒）：H 最大走行距離（米

15、）即使超過這個(gè)速度，作業(yè)周期的縮短一般也遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于10%勺值貨叉的伸縮速度Vz ZbZ20.2iii0.20.1v1.0可編輯可修改選擇伸縮速度為So式中 VZ 堆垛機(jī)的升降速度（米/秒）：bz堆垛機(jī)的伸縮加速度（米/秒2）;Z最大伸縮距離（米）額定數(shù)據(jù)表通過上述計(jì)算堆垛機(jī)各部分?jǐn)?shù)據(jù)如下表所示表2-1堆垛機(jī)額定數(shù)據(jù)表走行速度4米/分走行加減速度米/秒2升降速度米/分升降加速度米/秒2貨叉伸縮速度米/秒貨架規(guī)格300*540*450單元貨架規(guī)格300*180*150貨架層數(shù)3貨架行數(shù)3#v1.0可編輯可修改1313第四章減速電機(jī)的選取行走裝置的減速電機(jī)的選取走行裝置在額定速度下必需的功率為：WrV

16、id 1Wr Q( f)P=6120 1 (KW其中，2 r式中，W一走行阻力 d 走行輪軸的直徑一摩擦系數(shù)f 一滾動摩擦系數(shù) Q 堆垛機(jī)的總重量68W350 (0.3 5/2 0.1) 4/3.5由此，求得P=6120 0.9直流減速電機(jī)的具有如下優(yōu)勢：1 .啟動轉(zhuǎn)矩大2 .回轉(zhuǎn)速度變動小3 .用途廣泛，效率高、用電省、維護(hù)方便4 .可依需要加裝制動器或高速裝置類型如下：出力：20W 30W 36W 40W 60W 65W 70W 100W 120W、200W電壓：12V、24V、90V、180V回轉(zhuǎn)速度：1RPM-3600RPM因此我們選用功率為70w1電壓為24v、轉(zhuǎn)速為120r/min

17、的直流減速電機(jī)作 為走行裝置的電機(jī)，電機(jī)由寶應(yīng)縣科龍直流電機(jī)制造有限公司生產(chǎn)。升降電動機(jī)的選用靜功率(kw)的計(jì)算公式為WV60 1000 Z式中W運(yùn)行機(jī)構(gòu)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)的靜阻(N);V堆垛機(jī)白升降速度(m/min)取min計(jì)算;v1.0可編輯可修改Z堆垛機(jī)運(yùn)行機(jī)構(gòu)的驅(qū)動電機(jī)數(shù)，一般取 Z=1;運(yùn)行機(jī)構(gòu)傳動的總效率，一般取。代入有：W60 1000 Z100 0.9460000 0.942W由上表查去電動機(jī) 功率為60W電壓為24V,轉(zhuǎn)速為50r/min直流減速電機(jī)作為升降電動機(jī)，電機(jī)由寶應(yīng)縣科龍直流電機(jī)制造有限公司生產(chǎn)。伸縮運(yùn)動電機(jī)的選用靜功率（kw）的計(jì)算公式為WV60 1000 Z式中W運(yùn)行

18、機(jī)構(gòu)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)的靜阻（N）;V堆垛機(jī)白升降速度（m/min）取20m/min計(jì)算;Z堆垛機(jī)運(yùn)行機(jī)構(gòu)的驅(qū)動電機(jī)數(shù)，一般取 Z=1;“一一運(yùn)行機(jī)構(gòu)傳動的總效率，一般取。代入有:WV60 1000 ZP 100 0.27360000 0.9P 30W#v1.0可編輯可修改由上表查去電動機(jī) 功率為36W電壓為24V,轉(zhuǎn)速為40r/min直流減速電 機(jī)作為升降電動機(jī)，電機(jī)由寶應(yīng)縣科龍直流電機(jī)制造有限公司生產(chǎn)。第五章堆垛機(jī)伸縮貨叉機(jī)構(gòu)的校核貨叉是堆垛機(jī)中最主要的部分，所設(shè)計(jì)的貨叉是指貨叉插入貨架中的部分， 應(yīng)以厚度盡量薄，同時(shí)叉前端的擾度控制在最小，作為設(shè)計(jì)的目標(biāo).貨叉各參數(shù)如下：W載荷I:為重力方向的慣

19、性矩E:材料的縱彈性系數(shù)叉架的受力分析計(jì)算：在載荷W的作用下叉架端部的變形如下，其中擾度為5, '1' I查書的撓曲線方程為：FX2 v(3L6EIX)Fl3.、vmax其中端部最大撓度為3EI3100*0.200.00113*200*0.0128mm叉架的材料為鑄鐵，許用撓度v=,vmax v,因此，該叉架滿足條件1515v1.0可編輯可修改第六章結(jié)論本次“雙立柱巷道堆垛機(jī)的設(shè)計(jì)”屬于工程制圖設(shè)計(jì)，從門架設(shè)計(jì)以及幾個(gè) 主要重點(diǎn)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)著手，分析了堆垛機(jī)的運(yùn)行機(jī)理。論文首先從堆垛機(jī)的 特點(diǎn)及組成形式開始，再對設(shè)計(jì)出數(shù)據(jù)進(jìn)行校核，最終設(shè)計(jì)出了滿足承受重載， 高而窄的雙立柱門

20、架；詳細(xì)重點(diǎn)設(shè)計(jì)了貨叉伸縮機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，首先分析貨叉的受力圖，并推導(dǎo) 出彎矩?fù)隙裙剑O(shè)計(jì)出貨叉的外部結(jié)構(gòu)尺寸，接著又設(shè)計(jì)校核了貨叉內(nèi)部零件 的尺寸，最終設(shè)計(jì)出了滿足條件、靈活、適用、簡捷、方便的貨叉結(jié)構(gòu)，并選取 出適宜的電機(jī)、減速器；介紹了堆垛機(jī)的升降機(jī)構(gòu)和行走機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算，并確定了尺寸及減速電機(jī)的選?。蛔詈?，設(shè)計(jì)出了一種體積小、靈敏度高、動作可靠、 帶柔性裝置的堆垛機(jī)安全機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案，并給出詳細(xì)尺寸及夾軌原理。本次設(shè)計(jì)，囊括了大學(xué)四年所學(xué)知識的方方面面，是我在以后的學(xué)習(xí)工作之前，對各個(gè)學(xué)科課程的一次深入的綜合性的練習(xí)， 鍛煉了自己發(fā)現(xiàn)問題、分析問 題、解決問題的能力，并為以后的工作學(xué)習(xí)打