第2章 物流系統(tǒng)設(shè)計(jì)

第2章物流系統(tǒng)設(shè)計(jì)

物流系統(tǒng)是機(jī)電一體化生產(chǎn)系統(tǒng)中的重要組成部分之一，其作用是將生產(chǎn)系統(tǒng)中的物料及時(shí)地輸送到有關(guān)的設(shè)備或者倉(cāng)庫(kù)設(shè)施。生產(chǎn)系統(tǒng)中物料的流程：供料系統(tǒng)物料輸送系統(tǒng)加工系統(tǒng)1§2.1供料系統(tǒng)設(shè)計(jì)一、概述

供料系統(tǒng)作用：將原料、毛坯或者其他物料適時(shí)、適量地送到生產(chǎn)系統(tǒng)或者系統(tǒng)中各個(gè)工位，包括從工位卸下物料。2供料系統(tǒng)的分類小型件料供料系統(tǒng)：它包括儲(chǔ)料裝置、輸料槽、定向定位裝置等。其中儲(chǔ)料裝置有兩種形式：料倉(cāng)式、料斗式。前者需要人工將坯件按一定的方向擺放到倉(cāng)內(nèi)，而后者只需將坯體倒入料斗，由料斗自動(dòng)完向。3供料系統(tǒng)的分類散狀物料供料系統(tǒng)工作原理：依靠物料自重實(shí)現(xiàn)流動(dòng)供料。組成部分：料倉(cāng)和給料機(jī)。4供料系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則供料速度或節(jié)拍與生產(chǎn)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)相適應(yīng)；盡量采用自動(dòng)化裝置、減輕操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度；充分利用機(jī)電一體化特性，簡(jiǎn)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；工作穩(wěn)定可靠，噪聲污染小，不損傷物料；經(jīng)濟(jì)性合理，使用壽命適當(dāng)。5二、料倉(cāng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)件料料倉(cāng)由于坯件的重量和形狀是千變?nèi)f化，因此料倉(cāng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)沒(méi)有固定模式。大體可以分成兩種結(jié)構(gòu)：坯體自重式、外力作用式。

6a和b為自重式c~h為外力作用式7散狀料料倉(cāng)料倉(cāng)的出口是所謂的倉(cāng)斗部分。物料在這里改變流向，經(jīng)過(guò)截面較小的出料口流出，而流出能力在很大程度上取決于它的結(jié)構(gòu)和形狀。89需要計(jì)算倉(cāng)斗壁傾角、出口尺寸及排料能力10倉(cāng)斗壁傾角其中是倉(cāng)斗壁傾角，單位為度。是物料與倉(cāng)斗壁的靜摩擦力，單位為度。對(duì)于矩形或者方形錐體料倉(cāng)，棱角式中h為倉(cāng)斗垂直高度，單位mma、b為倉(cāng)的邊長(zhǎng)，單位mm11出口尺寸以及排料能力式中B為出料口的寬度或直徑，單位為mm為物料典型塊尺寸，單位為mm出口尺寸指有效出口截面積：倉(cāng)斗出口的物料通過(guò)能力Q式中為物料堆積的密度A為出料口面積v為物料流速12三、機(jī)械式料斗設(shè)計(jì)平均供料率與生產(chǎn)率的關(guān)系料斗與料倉(cāng)裝置是不一樣的，前者是帶有定向結(jié)構(gòu)，使料斗中的坯體自動(dòng)定向。但是坯體在被送出料斗之前能否定向，具有一定偶然性，未完成定向的坯體在料斗出口處被分離，返回料斗中重新定向料斗料斗出口生產(chǎn)系統(tǒng)13因?yàn)橛蠳2存在，所以料斗的供料率不是恒值。為了保證正常生產(chǎn)，應(yīng)使斗料的平均供料率結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要考慮坯件的特點(diǎn)，如幾何尺寸、性狀、重心位置等選擇合適的定向方法，進(jìn)而確定料斗的形式。141516四、輸料槽設(shè)計(jì)（1）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)輸料槽的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)取決于坯件的形狀。根據(jù)運(yùn)動(dòng)方式分兩種：滾動(dòng)式和滑動(dòng)式為了防止坯件因速度較高造成碰撞而跳出槽外，可將輸料槽設(shè)計(jì)成全封閉式、半封閉或者可調(diào)整式。17a~d為滾動(dòng)式輸料槽e~h為滑動(dòng)式輸料槽18有些復(fù)雜的坯件不容易在料斗內(nèi)定向，或者在料斗內(nèi)不能完全定向，需在料斗外的輸料槽中再次定向，這就是非料斗定向，也稱為二次定向。a和b適合于重心偏置的桿體坯件c適合于圓頭或尖頭的套狀坯件d適合于蓋類或者不對(duì)稱坯件e和f適用于平放的帶肩輪、盤(pán)、環(huán)形坯件坯件的非料斗定向19五、送料與隔料機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)為了簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，送料與隔料功能經(jīng)常設(shè)計(jì)在同一個(gè)機(jī)構(gòu)上。20a-c為直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)式送料、隔料機(jī)構(gòu)。d-e為擺動(dòng)往復(fù)式送料、隔料機(jī)構(gòu)。f-g為旋轉(zhuǎn)式送料、隔料機(jī)構(gòu)。h為復(fù)合運(yùn)動(dòng)式送料、隔料機(jī)構(gòu)。21

輸送系統(tǒng)是物流系統(tǒng)的重要組成部分。它將生產(chǎn)系統(tǒng)中的各種設(shè)備、各個(gè)工序以及存儲(chǔ)倉(cāng)庫(kù)之間有機(jī)地連接起來(lái)，并適時(shí)、適量地把物料送達(dá)指定位置。重力驅(qū)動(dòng)式：依靠物料重力或人的推力實(shí)現(xiàn)物料輸送的輸送系統(tǒng)。用于輸送物料。動(dòng)力驅(qū)動(dòng)式：電動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力實(shí)現(xiàn)物料傳輸?shù)妮斔拖到y(tǒng)。輸送系統(tǒng)分類：§2.2輸送系統(tǒng)設(shè)計(jì)22一、帶輸送系統(tǒng)設(shè)計(jì)構(gòu)成：

輸送帶、傳動(dòng)系統(tǒng)（電動(dòng)機(jī)、減速器、傳動(dòng)鏈條和驅(qū)動(dòng)滾筒）、托輥、張緊裝置23（一）輸送帶設(shè)計(jì)1、輸送帶材料選擇

橡膠帶:防滑性好、輸送可靠；適合于多種輸送系統(tǒng)。

塑料帶:耐酸、油、堿；適合有腐蝕性的物料輸送。

繩心帶:輸送帶強(qiáng)度高，能承受沖擊，壽命長(zhǎng)；適合于高速、爬坡或長(zhǎng)距離的物料輸送。

鋼網(wǎng)帶:用于輸送高溫物料。2、輸送帶的接頭和強(qiáng)度計(jì)算機(jī)械接頭：適合于橡膠帶、繩芯帶和塑料帶硫化接頭：適合于橡膠帶和塑料帶24輸送帶的強(qiáng)度取決于帶的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和接頭形式橡膠帶的強(qiáng)度條件：其中：是穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)帶內(nèi)的最大張力，單位是N是指帶寬，單位是cm襯墊層數(shù)是安全系數(shù)帶芯強(qiáng)度繩芯帶強(qiáng)度條件：注意：為了防止帶產(chǎn)生疲勞損壞，應(yīng)控制帶的轉(zhuǎn)速：v輸送速度L周長(zhǎng)25（二）傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)1、電動(dòng)機(jī)和減速器的選擇2、驅(qū)動(dòng)滾筒牽引力計(jì)算電動(dòng)機(jī)要起動(dòng)力矩大。減速器可選蝸輪減速器、行星擺線針輪減速器，也可選圓柱齒輪減速器。是輸送帶繞入端張力，單位是N是輸送帶繞出端張力，單位是N輸送帶與滾筒的摩擦因數(shù)輸送帶在滾筒上的包角26（三）托輥設(shè)計(jì)（四）電動(dòng)滾筒的選擇設(shè)計(jì)原則是保證帶下垂量小于2.5%托輥間距。具體的數(shù)據(jù)可以查相關(guān)的表格。電動(dòng)滾筒已成為系列產(chǎn)品，設(shè)計(jì)是可直接查樣本來(lái)選。27（五）基本參數(shù)的確定1、輸送帶速度2、輸送帶的寬度成件物料：散裝物料：?jiǎn)挝簧a(chǎn)率，件/min散裝料堆積密度，t/m3物料在輸送帶的堆積面積，m2輸送帶速度，m/s

生產(chǎn)效率一定的條件下，提高帶速可減少單位長(zhǎng)度負(fù)載，降低成本。但是帶速又不能太高，否則將破壞輸送平穩(wěn)度。輸送成件物料：輸送散裝物料：系數(shù)帶速散裝物料堆積密度帶寬生產(chǎn)率b件料寬度283、滾筒尺寸1）滾筒直徑2）滾筒寬度一般情況下計(jì)算公式：硫化接頭輸送帶：機(jī)械接頭輸送帶：Fs輸送帶張力B輸送帶寬度i織物襯層厚度294、電動(dòng)機(jī)功率的計(jì)算其中：K：功率備用系數(shù),取1.2從電動(dòng)機(jī)至滾筒的傳動(dòng)效率輸送帶輸入、輸出端張力，N輸送帶速度，m/s滾筒功率KW30（六）輸送帶張力的計(jì)算采用逐點(diǎn)計(jì)算法Fsc輸出端張力F0輸送帶自重產(chǎn)生的摩擦力Fw物料重量產(chǎn)生的摩擦力Fa裝料加速阻力ω運(yùn)動(dòng)阻力系數(shù)q0輸送帶自重在L上的均布載荷qw物料重量在L上的均布載荷v輸送帶速度31所以：C是輸送帶彎曲段張力增大系數(shù)，可查表得到而輸送帶不打滑的條件：32二、鏈輸送系統(tǒng)設(shè)計(jì)鏈輸送系統(tǒng)由鏈條、鏈輪、傳遞系統(tǒng)組成，對(duì)于這一部分我們只講授它與帶輸送系統(tǒng)的不同之處。33（一）輸送鏈條機(jī)構(gòu)的選擇輸送鏈條的結(jié)構(gòu)：片式套筒滾柱鏈、彎片鏈、叉形鏈、焊接鏈、可拆鏈、履帶鏈、齒形鏈等。常用片式鏈。34（二）系統(tǒng)基本參數(shù)的確定1、鏈條的速度2、鏈輪齒數(shù)Z控制在8m/s以下根據(jù)鏈速有相應(yīng)的限制，具體可以查表物料多數(shù)由鏈條上的附件帶動(dòng)前進(jìn)。35（三）鏈條張力的計(jì)算是鏈輪節(jié)距vj鏈條平均速度空載邊、有載邊單位載荷和長(zhǎng)度計(jì)算重量3、鏈條支撐導(dǎo)軌的設(shè)置4、電動(dòng)機(jī)功率的確定：同帶輸送系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

保證鏈條進(jìn)入、脫離軌道時(shí)中心線呈直線，避免張力突然變化引起抖動(dòng)。Fsdr、Fsdc繞入端、繞出端動(dòng)張力Fsjr、Fsjc繞入端、繞出端靜張力36三、懸掛輸送系統(tǒng)設(shè)計(jì)節(jié)省空間，易于與工藝流程結(jié)合37（一）牽引構(gòu)件的設(shè)計(jì)1、滑架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提式滑架：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適用于無(wú)特別要求的場(chǎng)合推式滑架：結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，適合于多條輸送線組合的生產(chǎn)系統(tǒng)382、鏈條與鏈輪設(shè)計(jì)鏈條設(shè)置成可拆卸鏈或雙鉸鏈39（二）吊具的選擇考慮便于物料輸送，并保證輸送過(guò)程中不滑落40（三）轉(zhuǎn)向裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)懸掛輸送系統(tǒng)在水平面內(nèi)轉(zhuǎn)彎的位置需設(shè)置轉(zhuǎn)向裝置41（四）驅(qū)動(dòng)裝置和張緊裝置的設(shè)計(jì)此部分與鏈輸送裝置類似,不同點(diǎn)是輸送線路長(zhǎng)或線路復(fù)雜時(shí)，要設(shè)置多個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置，分段驅(qū)動(dòng)。張緊裝置有墜重式、彈簧螺旋式和螺旋式42四、液體輸送系統(tǒng)設(shè)計(jì)該系統(tǒng)由各種金屬或非金屬管材、各種管件、及管法蘭、各種閥門(mén)、以及各種泵。各種元件均以標(biāo)準(zhǔn)化或系列化，故設(shè)計(jì)應(yīng)考慮合理選用標(biāo)準(zhǔn)件和通用件43（一）一般標(biāo)準(zhǔn)1、管路系統(tǒng)圖符號(hào)標(biāo)準(zhǔn)2、管路的分類（二）管材的選用（三）閥門(mén)的選用（四）泵的選用設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)物料特性、工作壓力和溫度，借助手冊(cè)和標(biāo)準(zhǔn)來(lái)選擇選用時(shí)應(yīng)考慮各種泵的特點(diǎn)，同時(shí)兼顧輸送系統(tǒng)的工況，查找相關(guān)手冊(cè)。選擇步驟：根據(jù)管材直徑、工作溫度及壓力、輸送物料性質(zhì)，選取管材選擇管道的質(zhì)材管材的規(guī)格和型號(hào)選取對(duì)應(yīng)的管件、法蘭、墊片等44五、氣力輸送系統(tǒng)設(shè)計(jì)輸送粉粒體物料生產(chǎn)效率高、設(shè)備簡(jiǎn)單、自動(dòng)化程度高等45（一）氣力輸送分類及應(yīng)用1、稀相氣力輸送2、密相動(dòng)壓氣力輸送3、密相靜壓氣力輸送4、筒式氣力輸送輸送的氣流通常為速度為12~40米/秒輸送的氣流通常為速度為8~15米/秒柱流氣力輸送，輸送的氣流通常為速度為0.2~2米/秒栓流氣力輸送的氣流壓力為0.15~0.3MPa利用空氣靜壓實(shí)現(xiàn)輸送設(shè)計(jì)時(shí)可根據(jù)物料的具體情況選擇輸送類型46（二）設(shè)計(jì)計(jì)算的內(nèi)容1）系統(tǒng)輸送能力計(jì)算2）輸送比計(jì)算3）物料的懸浮速度計(jì)算4）輸送氣流速度選取5）壓力損失計(jì)算6）風(fēng)量及氣源的功率計(jì)算47§2.2物料搬運(yùn)及存儲(chǔ)設(shè)備的選擇與設(shè)計(jì)物流技術(shù)已受到世界各國(guó)政府和企業(yè)的高度重視，企業(yè)對(duì)物流的重視主要基于以下兩點(diǎn)：(1)隨著機(jī)電一體化技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，單機(jī)或單元自動(dòng)化日趨普及，復(fù)雜尖端設(shè)備的面世，明顯減少了加工時(shí)間和準(zhǔn)備時(shí)間。就機(jī)械制造而言，材料和零件在車間的總時(shí)間中，95%的時(shí)間處于停滯或搬運(yùn)狀態(tài)，物料在機(jī)床上的時(shí)間只占5%。在制造業(yè)中，總經(jīng)營(yíng)費(fèi)的30%～40%是物料搬運(yùn)費(fèi)，物料搬運(yùn)成為企業(yè)利潤(rùn)的重要來(lái)源。這一點(diǎn)已被國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家的實(shí)踐證實(shí)。(2)制造自動(dòng)化是制造業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)，自動(dòng)化水平的高低已成為衡量一個(gè)國(guó)家科技水平的重要標(biāo)志。48一、自動(dòng)搬運(yùn)小車的設(shè)計(jì)（一）概述自動(dòng)搬運(yùn)小車可以分為有軌自動(dòng)小車(RAV)和自動(dòng)導(dǎo)引小車（AGV）兩大類。有軌自動(dòng)小車是搬運(yùn)小車發(fā)展初期普遍采用的一種方式。但是在車間地面鋪設(shè)軌道，影響車間空間利用、噪聲大、造價(jià)高，并影響保潔工作。49（一）AGV的主要設(shè)計(jì)內(nèi)容自動(dòng)導(dǎo)引小車主要由車架、蓄電池、充電裝置、電氣系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)裝置、轉(zhuǎn)向裝置、自動(dòng)認(rèn)址和精確停位系統(tǒng)、移載機(jī)構(gòu)、安全系統(tǒng)、通訊單元和自動(dòng)導(dǎo)向系統(tǒng)等組成。501、自動(dòng)導(dǎo)向系統(tǒng)設(shè)計(jì)目前有7種導(dǎo)向方法：地鏈牽引導(dǎo)向是早期采用的技術(shù)方法，它靠嵌入地下的鏈索或纜繩來(lái)引導(dǎo)。電磁感應(yīng)導(dǎo)向，沿預(yù)定的運(yùn)行路線埋設(shè)地下電纜，電纜在地下深30～40mm，上面覆蓋有環(huán)氧樹(shù)脂層，導(dǎo)線通以低頻正弦波信號(hào)，使導(dǎo)線周圍產(chǎn)生交變電磁場(chǎng)。在小車上的一對(duì)探頭可以感應(yīng)出與小車運(yùn)行偏差成比例的誤差信號(hào)，經(jīng)放大處理后可驅(qū)動(dòng)導(dǎo)向電機(jī)，由此帶動(dòng)小車的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)就可使AGV沿預(yù)定的線路運(yùn)行。51慣性導(dǎo)向紅外線導(dǎo)向激光導(dǎo)向光學(xué)導(dǎo)向示教型導(dǎo)向，當(dāng)程控小車沿著要求的路徑行走一次，即記住行走路線。它實(shí)際上可學(xué)會(huì)新的行走路徑，并通知主控計(jì)算機(jī)它所學(xué)到的東西，主控計(jì)算機(jī)可通知其它的AGV關(guān)于這條新的路徑的信息。目前使用的自動(dòng)導(dǎo)向系統(tǒng)主要是電磁式和光學(xué)式，其中尤以電磁式更為普遍。521-導(dǎo)向感應(yīng)線圈2-交流電壓放大器3-整流器4-運(yùn)算放大器5-功率放大器6-直流導(dǎo)向電動(dòng)機(jī)7-減速器8-導(dǎo)向輪9-埋在地下的導(dǎo)線53沿預(yù)定軌跡，在路下面鋪設(shè)一根金屬導(dǎo)線，通以幾千至幾萬(wàn)Hz的正弦交流電，該電流以導(dǎo)向線為圓心產(chǎn)生一個(gè)交變磁場(chǎng)，車體上裝有導(dǎo)向檢測(cè)器，檢測(cè)出車體偏離導(dǎo)向線的程度，檢測(cè)出的信號(hào)經(jīng)放大整流等環(huán)節(jié)，控制導(dǎo)向電動(dòng)機(jī)正、反轉(zhuǎn)，達(dá)到導(dǎo)向的目的。自動(dòng)導(dǎo)向系統(tǒng)主要包括4個(gè)部分：信號(hào)檢測(cè)器，即感應(yīng)線圈導(dǎo)向電源交流電壓放大器功率放大器542、自動(dòng)認(rèn)址和精確停位系統(tǒng)自動(dòng)認(rèn)址和精確停位系統(tǒng)的任務(wù)是使小車能夠?qū)⑽锪蠝?zhǔn)確送到目的地。設(shè)計(jì)自動(dòng)認(rèn)址系統(tǒng)時(shí)，主要應(yīng)考慮兩方面的內(nèi)容：如何將地址信息發(fā)出去如何接收并且識(shí)別地址信息3、控制系統(tǒng)55二、搬運(yùn)機(jī)器人的設(shè)計(jì)機(jī)器人的設(shè)計(jì)屬于專業(yè)化的設(shè)計(jì)，但由于搬運(yùn)機(jī)器人動(dòng)作比較簡(jiǎn)單，精度要求不高，某些情況可以自己設(shè)計(jì)，將裝卸料機(jī)械手配以行走機(jī)構(gòu)。56從結(jié)構(gòu)上看，搬運(yùn)機(jī)器人的行走機(jī)構(gòu)有車輪式、腳式、履帶式等。其中應(yīng)用最廣、動(dòng)作最穩(wěn)定的是車輪式行走機(jī)構(gòu)。根據(jù)搬運(yùn)需要，車輪式行走機(jī)構(gòu)可設(shè)計(jì)成三個(gè)輪子、四個(gè)輪子或六個(gè)輪子。57為了適應(yīng)各種生產(chǎn)環(huán)境，車輪式行走機(jī)構(gòu)還可以設(shè)計(jì)成不同的結(jié)構(gòu)。58三、自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)的設(shè)計(jì)自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)又叫立體倉(cāng)庫(kù)，是用高層貨架貯存貨物，用專門(mén)的堆垛機(jī)械進(jìn)行出庫(kù)或入庫(kù)作業(yè)的倉(cāng)庫(kù)。59（一）總體設(shè)計(jì)1、基本準(zhǔn)則自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)是物流系統(tǒng)的子系統(tǒng)，因此設(shè)計(jì)自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)時(shí)，先要考慮符合整個(gè)物流系統(tǒng)要求和整個(gè)布局的限制，其次應(yīng)把握物料的種類和數(shù)量及其規(guī)律，以便計(jì)算庫(kù)容量。2、確定物料單元和貨位尺寸603、確定倉(cāng)庫(kù)容量和總體尺寸倉(cāng)庫(kù)容量是指同一時(shí)間內(nèi)可存儲(chǔ)在倉(cāng)庫(kù)中的物料單元總數(shù)，其大小取決于生產(chǎn)系統(tǒng)的生產(chǎn)綱領(lǐng)和工藝過(guò)程，需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行計(jì)算。L=NLXlB=NBXb+[Bd+（150~400）]XnH=NHXhH/L=0.15~0.4B/L=0.4~1.2L、B、H---倉(cāng)庫(kù)長(zhǎng)、寬、高，單位均為mm；NL、NB、NH---長(zhǎng)、寬、高方向上的貨位數(shù)，即NLNBNH=N，N為倉(cāng)庫(kù)容量；l、b、h---貨位長(zhǎng)、寬、高，單位均為mm；Bd---堆垛機(jī)寬度，單位為mm；n---巷道數(shù)。614、總體布局對(duì)于采用巷道式堆垛機(jī)的立體倉(cāng)庫(kù)，巷道式堆垛機(jī)只能在高架區(qū)的巷道內(nèi)運(yùn)行，故還需要各種搬運(yùn)設(shè)備與之配套銜接，使入庫(kù)作業(yè)區(qū)、出庫(kù)作業(yè)區(qū)（包括檢驗(yàn)、理貨、包裝、發(fā)運(yùn)等作業(yè)）與高層貨架區(qū)聯(lián)結(jié)起來(lái)，構(gòu)成一個(gè)完整的物流系統(tǒng)。究竟采用什么搬運(yùn)設(shè)備與之配套，是總體設(shè)計(jì)中要解決的問(wèn)題。1）自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)和作業(yè)區(qū)的銜接方式62貨物在立體倉(cāng)庫(kù)的流動(dòng)形式有三種，即同端