【终稿全套】双立柱巷道物流堆垛起重机设计【8张CAD图纸+文档】
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SY-025-BY-2毕业设计(论文)任务书学生姓名陈才东系部汽车系专业、班级车辆工程B05-17班指导教师姓名王慧文职称教授从事专业车辆工程是否外聘是否题目名称双立柱巷道物流堆垛起重机设计一、设计(论文)目的、意义现代物流系统是在计算机、自适应控制、及gps、gis等技术的发展而建立起来的,它不仅改善了物流系统的组织形式和管理技术,而且降低了劳动消耗,提高了劳动生产率。仓储设备是其中最关键的技术设备,物品大部分时间都是在仓库中停留和周转,因此其设备和技术的先进性和控制水平将直接影响物流效率和劳动生产率。自动化立体物流仓库是先进的物流仓储设备,对其进行研究和设计是必要的。二、设计(论文)内容、技术要求(研究方法)1.设计内容1)概述,分析题目研究的内容和意义;2)自动化立体物流仓库的选型、设备的分析;3)双立柱巷道物流堆垛起重机组成、机构原理分析,选型和总体方案设计;4)双立柱巷道物流堆垛起重机整体和零件设计说明书。2、技术路线(研究方法)1)在现有的资料和实验室器材的基础上进行结构尺寸的分析、设计、布置,如有必要进行调研,参考相近似的同类机型。2)双立柱巷道物流堆垛起重机的选型分析、结构分析,运动分析和强度计算,液压系统图的设计,电气控制图的设计。3)在对各个主要部件、总成的尺寸参数进行设计后,利用CAD软件绘制装配装配图。三、设计(论文)完成后应提交的成果双立柱巷道物流堆垛起重机装配图及零件图纸若干,说明书一份。四、设计(论文)进度安排1调研,查阅相关文献,写文献综述及开题报告;第12周(3月2日3月15日)2对课题双立柱巷道物流堆垛起重机零件进行设计计算;第38周(3月16日4月26日)3期中考核; 第9周(4月27日5月3日)小四号宋体,加粗4对课题计算数据进行CAD绘制装配图及部分零件图;第1013周(5月4日5月31日)5对装配图、零件图进行修改;第14周(6月1日6月7日)6审核;第15周(6月8日6月14日)7修改、撰写说明书;第16周(6月15日6月21日)8毕业设计答辩准备及答辩;第17周(6月22日6月 28日)五、主要参考资料1巷道式堆垛起重机形式与基本参数,JB/T2960-19992有轨巷道式堆垛起重技术条件,JB/T7016-19933有轨巷道式堆垛起重技安全规范,JB/T5319。2-19914余华,汪浩有轨巷道堆垛机水平运行机构的设计,机电产品开发与创新,2004年第17 5吴国辉,张力单立柱有轨巷道式堆垛机运行过程的仿真分析,现代制造工程,2007年 第08期6宋章领,沈敏德,张红侠小型有轨巷道堆垛机的系列化设计,工程机械,2007年第38卷 第10期7刘惟信汽车设计J清华大学出版社,2001,78秦明森,王方智.实用物流技术.北京:中国物资出版社, 19919斯麦霍夫A A.自动化仓库M.北京:机械工业出版社, 198410施康,邹春曦 工程车辆作业稳定性试验研究J机械设计与制造工程,2000 11GB3811-83起重机设计规范S12GB50017-2003钢结构设计规范S13张晓萍,等.现代生产物流及仿真M.北京:清华大学出版社,1998.14宋甲宗,石永铎.物流机械化技术M.北京:机械工业出版社,1991.15ANSIB 30.13-1997.可控机械仓库起重机16JB/T 7016-93.有轨巷道堆垛起重机技术条件17 G.Partridge&P.w.MeMrnillanGlas,Teehnology,4,1963,17318ZuXiongChenandPWMemillanPhyChemGlass25(5),(1984)14219MessacA, IsmailY A. Multiobjective robustdesign using physical programming J. Structural and Multidisciplinary Optimization,2002, 23(5): 357371.20MessacA. Physical programming: effective optimization for computational designJ. AIAA Journa,l 1996, 34(1): 149158.21Au F TK, ChengY S, Tham L G et a.l Robust design of structures using convexmodelsJ. Computers and Structures, 2003,81: 26112619.六、备注指导教师签字:年 月 日教研室主任签字: 年 月 日2SY-025-BY-1毕业设计(论文)题目审定表指导教师姓名王慧文职称教授从事专业车辆工程是否外聘是否题目名称双立柱巷道物流堆垛起重机设计课题适用专业车辆工程课题类型X 课题简介:(主要内容、意义、现有条件、预期成果及表现形式。)一、主要内容:1通过对资料的分析研究课题的意义;2.自动化立体物流仓库的选型、设备的选择;3双立柱巷道物流堆垛起重机组成、机构原理分析,选型和总体方案设计;3双立柱巷道物流堆垛起重机零件设计;4自双立柱巷道物流堆垛起重机的经济和社会效益分析。二、意义:现代物流系统是在计算机、自适应控制、及gps、gis等技术的发展而建立起来的,它不仅改善了物流系统的组织形式和管理技术,而且降低了劳动消耗,提高了劳动生产率。仓储设备是其中最关键的技术设备,物品大部分时间都是在仓库中停留和周转,因此其设备和技术的先进性和控制水平将直接影响物流效率和劳动生产率。自动化立体物流仓库是先进的物流仓储设备,对其进行研究和设计是必要的。三、现有条件:实验室试验设备,计算机和相关资料。四、预期成果及表现形式:双立柱巷道物流堆垛起重机设计。双立柱巷道物流堆垛起重机整体装配图A0图纸2张,若干零件图,图纸量合计为A0图纸4张以上,计算说明书字数大于1.5万字。 指导教师签字: 年 月 日教研室意见1选题与专业培养目标的符合度好较好一般较差2对学生能力培养及全面训练的程度好较好一般较差3选题与生产、科研、实验室建设等实际的结合程度好较好一般较差4论文选题的理论意义或实际价值好较好一般较差5课题预计工作量较大适中较小6课题预计难易程度较难一般较易 教研室主任签字: 年 月 日系(部)教学指导委员会意见: 负责人签字: 年 月 日注:课题类型填写 W.科研项目;X.生产(社会)实际;Y.实验室建设;Z.其它。毕业设计(论文)过程管理材料题 目双立柱巷道物流堆垛起重机设计学生姓名陈才东系部名称汽车工程系专业班级车辆工程B05-17班指导教师王慧文职 称教授教研室车辆工程教研室起止时间2009.032009.06教 务 处 制SY-025-BY-3毕业设计(论文)开题报告学生姓名陈才东系部汽车工程系专业、班级车辆工程B05-17班指导教师姓名王慧文职称教授从事专业车辆工程是否外聘是否题目名称双立柱巷道物流堆垛起重机设计一、课题研究现状,选题的目的和意义1、目的和意义现代物流系统是在计算机、自适应控制、及gps、gis等技术的发展而建立起来的,它不仅改善了物流系统的组织形式和管理技术,而且降低了劳动消耗,提高了劳动生产率。仓储设备是其中最关键的技术设备,物品大部分时间都是在仓库中停留和周转,因此其设备和技术的先进性和控制水平将直接影响物流效率和劳动生产率。自动化立体物流仓库是先进的物流仓储设备,对其进行研究和设计是必要的。2、有轨巷道堆垛起重机技术现状与发展趋势1、 概述 有轨巷道堆垛起重机是随着立体仓库的出现而发展起来的专用起重机,通常简称为堆垛机。堆垛机是立体仓库中最重要的起重运输设备,是代表立体仓库特征的标志。其主要用途是在高层货架仓库的巷道内沿轨道运行,将位于巷道口的货物存入货格;或者相反,取出货格内的货物运送到巷道口,完成出入库作业。20世纪70年代初期,我国开始研究采用巷道式堆垛机的立体仓库,据不完全统计,到目前已建成三百余座。堆垛机做为立体仓库中最重要的起重运输设备,也得到了较快的发展。 2、 有轨巷道堆垛起重机的技术现状 按现行机械行业标准,有轨巷道堆垛机分类方式多种多样,如按支承方式、用途、控制方式、结构、运行轨迹等分类。但无论何种类型的堆垛机,一般都由水平行走机构、起升机构、载货台及货叉机构、机架和电气设备等基本部分组成。在目前立体仓库应用中,堆垛机最常见的是按结构形式和运行轨迹分类。 2.1 有轨巷道堆垛起重机的结构形式 从结构形式上区别,目前立体仓库中堆垛机有双立柱结构和单立柱结构。 2.1.1 双立柱堆垛机。双立柱结构的堆垛机机架由两根立柱和上横梁、下横梁组成一个长方形框架。立柱形式有方管和圆管。方管兼作起升导轨,圆管附加起升导轨。双立柱堆垛机的最大优点就是强度和刚性都比较好,并且运行平稳。一般对于起重高度较高、起重量较大和水平运行速度高的立体仓库堆垛机多采用双立柱结构。双立柱堆垛机的起升机构,普遍采用链条传动,由电机减速机驱动链轮转动,通过链条引载货台沿立柱或起升机导轨作升降运动。由于链条牵引载货台或配重装置,受空间尺寸限制,传动和布置较复杂,但定位较准确。 2.1.2单立柱堆垛机。单立柱结构的堆垛机机架由一根立柱和下横梁组成。立柱多采用较大的H型钢或焊接制作,立柱上附加导轨。整机重量较轻,消耗材料少,因此制造成本相对较低,但刚性稍差。由于载货台及货物对立柱的偏心作用,以及行走、制动时产生的水平惯性力作用,使单立柱堆垛机在使用上有局限性。不适于起重重量大和水平运行速度高的堆垛机。单立柱堆垛机的起升结构,普遍采用钢丝绳传动,由电机减速机驱动卷筒转动,通过钢丝绳牵引载货台沿立柱或起升钢轨作升降运动。对于钢丝绳传动,传动和布置相对容易,但定位准确性稍差。 2.2 有轨巷道堆垛起重机的运行轨迹 堆垛机水平驱动装置一般安装在堆垛机下横梁上,通过电机减速机驱动车轮转动,使堆垛机沿水平方向运行。此种地面驱动方式使用最为普遍。一般采用两个承重车轮,沿敷设在地面上的轨道(通常亦叫做地轨)运行。通过下部两组水平轮沿轨道运行导向,在堆垛机顶部两组导向轮沿上轨道(通常亦叫做天轨)运行辅助导向。按其运行轨迹形式区别,有直线运行型堆垛机和曲线运行型堆垛机。 2.2.1 直线运行堆垛机。直线运行型堆垛机只能在巷道内直线轨道上运行,不能自行转换轨道。只能通过其他输送设备转换巷道,如堆垛机转运车。直线型堆垛机可以实现高速运行,能够满足出入库频率较高的立体仓库作业,应用最为广泛。 2.2.2 曲线运行型堆垛机。曲线运行型堆垛机车轮与下横梁是通过垂直轴铰接的,能够在环形或其他曲线轨道上运行,即可以走曲线,不通过其他输送设备便可以从一个巷道自行转移到另一个巷道。此种堆垛机通常亦叫做转轨堆垛机。曲线运行型堆垛机在使用上有局限性,只适用于出入库频率较低的立体仓库。因为不但场地要受到转弯半径的限制,而且转弯时速度特别慢,不能满足出入库频率高的立体仓库作业。 2.3 有轨巷道堆垛起重机的技术参数 堆垛机作为立体仓库中重要的运输设备,其各项技术参数的选用,将直接影响到整座立体仓库的运行效率和经济效益。合理的选择各项参数,将大大提高整个系统的运行效率和经济效益。我国现阶段立体仓库中,堆垛机技术参数的选用上,和世界先进水平相比,存在着较大的差别。 2.3.1 堆垛机的速度参数。与堆垛机的速度有关的参数,主要指水平运行速度、起升速度和货叉伸缩速度。这三项参数的高低,直接关系到出入库频率的高低。 2.3.2 堆垛机的尺寸参数。堆垛机的尺寸参数较多,例如起升高度、下降深度、整机全长、最低货位极限高度等。其中最低货位极限高度,即货叉上表面从最低一层货格的低位到地轨安装水平面的垂直距离。该参数涉及合理利用有效空间,增加库容量,亦是评价堆垛机设计水平的标准之一。目前,国内立体仓库堆垛机的最低货位极限高度普遍偏高。 2.3.3 堆垛机的货叉下挠度。货叉下挠度,是堆垛机的一项非常重要的性能参数,直接关系到堆垛机是否能正常工作。因结构型式、材料及加工热处理工艺的限制,同等状况下,目前国内立体堆垛机的货叉下挠度要比国外大20%30%。改进货叉结构,合理选材,提高工艺手段,是减少货叉下挠度,保证堆垛机工作性能的重要措施。 2.3.4 堆垛机的噪音。堆垛机在高速运行和升降中,特别是在同时进行时,由于车轮与轨道摩擦和提升链条或钢丝绳的振动、摩擦等,将产生较大的噪音。标准中规定,堆垛机在工作时,其噪声值不高于84分贝。目前立体仓库实际应用表明,对于行走速度不超过80米/秒的,还可以保证,超过100米/秒以上的,一般难以保证。 2.4 有轨巷道堆垛起重机的驱动机构 目前,国内立体仓库堆垛机的驱动机构中,电机减速机普遍采用德国、日本、意大利的产品,也有少数采用国内的电机减速机。由于堆垛机是立体仓库中最重要的运输设备、各项技术参数和综合性能要求都非常严格,如无故障率应大于97%,停准精度10mm,以及噪音要求等。这就要求电机减速机的可靠性非常高。因此,现阶段在驱动机构中电机减速机的选用上,建议选用国外先进的产品,以保证堆垛机的整机性能。 3、 有轨巷道堆垛起重机的应用情况 随着我国立体仓库的发展,有轨巷道堆垛起重机已广泛用于各行业和地区,有的已形成系列。 3.1 有轨巷道堆垛起重机的载重与高度 在国内立体仓库中,堆垛机的载重量、高度等大小不一。据了解,国内堆垛机的高度已达到36米,载重量达到4200公斤,货物宽达到4000mm。 3.2 有轨巷道堆垛起重机的行业分布 目前,我国的立体仓库中,应用堆垛机的行业较为广泛,应用于机械制造业、汽车制造业、纺织业、铁路、卷烟、医药等行业较多。因为这些行业的产品比较适合自动仓库存储。由于受人的观念影响,在物流过程中,生产过程库用的较多,成品库用的较少。 3.3 有轨巷道堆垛起重机的地区分布 目前国内立体仓库中,采用堆垛机的自动仓库,随地区的不同而不同,主要是地区经济的差异和人的观念不同。较多的应用在经济较发达的地区,如华东、华南、华北地区。 4、 有轨巷道堆垛起重机的安全性问题 堆垛机作为一种重要的起重设备,其安全性和可靠性尤为重要。生产制造及安装厂家必须具有资格证,设备经需方当地劳动部门验收。标准规定有多种安全保护装置,并在电气控制上采取一系列联锁和保护措施,目前应用较多的安全保护装置有: 4.1 终端限位保护 在水平行走、垂直升降和货叉伸缩的终端都有机械限位保护装置。 4.2电气联锁保护 堆垛机在出入库作业时,保护货叉不能动作;相反,货叉伸缩时,保证水平行走或垂直升降不能动作。 4.3 正位检测保护 堆垛机在出入库作业时,只有在水平(列)方向和垂直(层)方向停准时,货叉才能伸缩,即货叉运动是受条件控制的。 4.载货台断绳保护 当钢丝绳或链条断裂时,通过断绳保护装置使载货台卡住立柱或导轨,阻止其坠落。目前比较常见的载货台制动器有楔铁式和凸轮式两种,也有棘轮式结构。 另外,一般还有松绳保护,过载保护等。 5、 有轨巷道堆垛起重机的发展趋势 随着现代工业生产的发展,有轨巷道堆垛起重机技术在不断提高和完善。世界主要工业国家都把着眼点放在开发性能可靠的新产品和采用高新技术上,更加注重实用性和安全性。在堆垛机方面,我们应当看到和世界先进国家的差距,总结经验,找出不足,打破传统思路,推出具有新的外形和更高性能的堆垛机。在使用堆垛机具有更高定位精度的同时,提高运行速度,以获得更短的操作周期和更大的生产能力。 相信,通过我们的不断努力,更加高速、安全、可靠的堆垛机将不断从国外引进消化到国内,使有轨巷道堆垛起重机发展到一个新阶段二、设计(论文)的基本内容,拟解决的主要问题,设计思路(一)主要研究内容本课题的主要内容是研制开发双立柱巷道物流堆垛起重机的总体布置的方案和各系统的设计,计算和校对.结合国外堆垛机设计的一些先进技术和国内专家们做过的一些工作,对双立柱堆垛起重机的设计给出了详细的方法和较为合理的理论。根据以上设计思路所设计的有轨巷道式双立柱堆垛机的结构主要由机架、行走机构、提升机构及载货台、货叉、电气控制和各种安全保护装置构成1)机架机架是由上横梁、左右立柱和下横梁构成的长方形框架,主要用于承载。为了便于安装零件和减轻堆垛机重量,上、下横梁用槽钢制作,立柱用方通制作。上横梁上设有天轨阻挡器和缓冲器,下横梁上设有地轨阻挡器。2)行走机构行走机构选用DAMAG行走轮组件,安装在下横梁上,主要由行走电机(包括减速器)、行走轮及沿地轨的导向轮组成。为了保证堆垛机平稳运行,在上横梁上装有天轨导向轮。3)提升机构和载货台提升机构主要由提升电机(包括减速器)、传动链轮、传动链条、双联链轮、提升链条和惰链轮组成。提升链条选用双排滚子链,安全系数大于5,它与载货台和上下横梁上的惰链轮组成一个封闭结构。当提升电机通过传动链条驱动双联链轮旋转时,使提升链条运动,从而带动载货台(包括货叉、货物)升降。提升电机通过PLC变频控制,避免在开始升降和停止时提升链条所受拉力过大。载货台主要由扁通、钢板焊接而成,主要用于安装货叉和一些安全保护装置。为了保证载货台平稳上下运行,在它的每个侧面装有沿立柱的4个导向轮和2个顶轮。4)货叉主要由电机减速器、链轮、链连接装置、叉板、活动导轨、固定导轨、辊轮轴承和一些定位装置组成内侧辊轮轴承通过连接板和叉板连在一起,外侧辊轮轴承安装在固定导轨上,固定导轨安装在载货台横梁上, 2组轴承都嵌在工字型活动导轨中,当电机减速器通过链条驱动链轮时,通过链连接板带动活动导轨运动,再通过链轮和链连接板带动叉板双向伸缩,使叉板能以2倍于活动导轨的速度运动。为了使货叉伸缩到位,保证准确存、取货物,在货叉上装有机械定位装置(双向阻挡器)和电气定位感应开关(极限感受块和接近开关)组成的双重定位报护装置。另外,还有检测货叉是否回到原位的中位感应条和接近开关。5)电气设备及控制主要包括电力拖动、信号传输和堆垛机控制。堆垛机采用滑触线供电;由于用供电滑触线载波通讯易受电力杂波等干扰,所以采用抗干扰性好的红外通信方式与计算机等仓库设备进行信息交换。堆垛机运行特点是必须精确定位和准确认址否则就会取错货物,碰坏货物、货架,严重时会损坏堆垛机本身。堆垛机的位置控制采用绝对认址方式,用激光测距仪通过测量堆垛机到基点的距离和事先储存在PLC中的数据进行比较来确定堆垛机当前位置,成本较高,但可靠性很高。6)安全保护装置为了保护人身、设备和货物的安全,堆垛机必须具有完善的安全保护措施:a)堆垛机在行走、载货台升降和货叉伸缩终端处都设有机械和电气限位装置。b)货物检测载货台上设有货物超高、超长和超宽检测装置。在货物进入载货台时,当检测到货物超过设定高度、长度或宽度时,堆垛机便停止运行并报警。一般允许误差为3040 mm,检测元件采用对射或反射式光电传感器。c)载货台上还设有检测货叉是否回位、货叉上有无货物和货位中有无货物的装置。如货叉没有回位,堆垛机不能水平运行;如货叉上已有货物则不能再取货;入库时,必须检测货位中有无货物,以避免发生事故。d)断电保护如载货台升降过程中忽然断电,则通过提升电机制动使载货台停在当前位置不会掉落下来。e)载货台断链保护提升链条通过压簧与载货台相连,当链条由于长时间使用或意外原因忽然断裂时,弹簧弹开链条,检测装置检测到链条时便驱动相应装置使载货台停在当前位置,不至于掉下来,同时整个堆垛机停止运行。(二)拟解决的主要问题1通过对资料的分析研究课题的意义;2. 立体物流仓库的选型、设备的选择;3双立柱巷道物流堆垛起重机组成、机构原理分析,选型和总体方案设计;4双立柱巷道物流堆垛起重机零件设计;5自双立柱巷道物流堆垛起重机的经济和社会效益分析。(三) 设计思路为使堆垛机能够准确、快速、安全、自动搬运货物出入库,必须满足以下设计要求: 1 具备三维运动功能,即堆垛机沿巷道来回运动、载货台垂直运动、货叉沿货架方向双向伸缩; 2满足一定的定位精度,重复定位精度误差不能超过10 mm;3具备安全保护措施;4在满足强度、刚度和可靠性的前提下,尽量减小堆垛机各部分的重量,以减小提升功率和行走时的摩擦阻力;5仓库环境,避免货物污染受损。三、技术路线(研究方法)1、在现有的资料和实验室器材的基础上进行结构尺寸的分析、设计、布置,如有必要进行调研,参考相近似的同类机型。2、双立柱巷道物流堆垛起重机的选型分析、结构分析,运动分析和强度计算,液压系统图的设计,电气控制图的设计。3、在对各个主要部件、总成的尺寸参数进行设计后,利用CAD软件绘制装配装配图。四、主要参数及简图额定起重量:0.1 0.25 0.6 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0(T)起升范围:30(m)水平运行速度:80 100 125 140 160 180 200 250(m/min) 起升速度:16 20 25 31.5 40 63 80 100(m/min)货叉伸缩速度:12.5 16 20 31.5 40 50(m/min)(以上参数任选一种)有轨巷道式双立柱堆垛机1. 上横梁 2.天轨导向轮 3.立柱 4.载货台顶轮 5.载货台导向轮6.货叉7.传动链轮 8.提升电机9.传动链条10.双联链轮 11.下横梁 12.惰链轮13.行走轮 14.行走电机15.提升链条16.载货台五、进度安排1调研,查阅相关文献,写文献综述及开题报告;第12周(3月2日3月15日)2对课题双立柱巷道物流堆垛起重机零件进行设计计算;第38周(3月16日4月26日)3期中考核; 第9周(4月27日5月3日)小四号宋体,加粗4对课题计算数据进行CAD绘制装配图及部分零件图;第1013周(5月4日5月31日)5对装配图、零件图进行修改;第14周(6月1日6月7日)6、审核;第15周(6月8日6月14日)7、修改、撰写说明书;第16周(6月15日6月21日)8、毕业设计答辩准备及答辩;第17周(6月22日6月 28日)六、参考文献1巷道式堆垛起重机形式与基本参数,JB/T2960-19992有轨巷道式堆垛起重技术条件,JB/T7016-19933有轨巷道式堆垛起重技安全规范,JB/T5319。2-19914余华,汪浩有轨巷道堆垛机水平运行机构的设计,机电产品开发与创新,2004年第17 5吴国辉,张力单立柱有轨巷道式堆垛机运行过程的仿真分析,现代制造工程,2007年 第08期6宋章领,沈敏德,张红侠小型有轨巷道堆垛机的系列化设计,工程机械,2007年第38卷 第10期7刘惟信汽车设计J清华大学出版社,2001,78秦明森,王方智.实用物流技术.北京:中国物资出版社, 19919斯麦霍夫A A.自动化仓库M.北京:机械工业出版社, 198410施康,邹春曦 工程车辆作业稳定性试验研究J机械设计与制造工程,2000 11GB3811-83起重机设计规范S12GB50017-2003钢结构设计规范S13张晓萍,等.现代生产物流及仿真M.北京:清华大学出版社,1998.14宋甲宗,石永铎.物流机械化技术M.北京:机械工业出版社,1991.15ANSIB 30.13-1997.可控机械仓库起重机16JB/T 7016-93.有轨巷道堆垛起重机技术条件17 G.Partridge&P.w.MeMrnillanGlas,Teehnology,4,1963,17318ZuXiongChenandPWMemillanPhyChemGlass25(5),(1984)14219MessacA, IsmailY A. Multiobjective robustdesign using physical programming J. Structural and Multidisciplinary Optimization,2002, 23(5): 357371.20MessacA. Physical programming: effective optimization for computational designJ. AIAA Journa,l 1996, 34(1): 149158.21Au F TK, ChengY S, Tham L G et a.l Robust design of structures using convexmodelsJ. Computers and Structures, 2003,81: 26112619.22LombardiM. Optimization ofuncertain structures using non-probabilisticmodelsJ. Computers and Structures, 1998, 67(1 /3):99103.七、备注指导教师意见:签字: 年 月 日7SY-025-BY-4毕业设计(论文)指导记录日期地点指导方式指导记录(指导内容、存在问题及解决思路)学生(记录人)签名: 指导教师签名:日期地点指导方式指导记录(指导内容、存在问题及解决思路)学生(记录人)签名: 指导教师签名:日期地点指导方式指导记录(指导内容、存在问题及解决思路)学生(记录人)签名: 指导教师签名:SY-025-BY-6毕业设计指导教师评分表学生姓名陈才东系部汽车工程系专业、班级车辆工程B05-17班指导教师姓名王慧文职称教授从事专业是否外聘是否题目名称序号评 价 项 目满分得分1选题与专业培养目标的符合程度,综合训练情况;题目难易度102题目工作量;题目与生产、科研、实验室建设等实际的结合程度103综合运用知识能力(设计涉及学科范围,内容深广度及问题难易度);应用文献资料能力154设计(实验)能力;计算能力(数据运算与处理能力);外文应用能力205计算机应用能力;对实验结果的分析能力(或综合分析能力、技术经济分析能力)106插图(图纸)质量;设计说明书撰写水平;设计的实用性与科学性;创新性207设计规范化程度(设计栏目齐全合理、SI制的使用等)58科学素养、学习态度、纪律表现;毕业论文进度10得 分 X= 评 语:(参照上述评价项目给出评语,注意反映该论文的特点) 指导教师签字: 年 月 日SY-025-BY-9毕业设计(论文)成绩评定表学生姓名陈才东性别男系部汽车工程系专业车辆工程班级B05-17班设计(论文)题目双立柱巷道物流堆垛起重机设计指导教师姓名王慧文职称教授指导教师评分(X)评阅教师姓名职称评阅教师评分(Y)答辩组组长职称答辩组评分(Z)毕业设计(论文)成绩百分制五级分制答辩委员会评语:答辩委员会主任签字(盖章): 系部公章: 年 月 日注:1、指导教师、评阅教师、答辩组评分按百分制填写,毕业设计(论文)成绩百分制=0.3X+0.2Y+0.5Z 2、评语中应当包括学生毕业设计(论文)选题质量、能力水平、设计(论文)水平、设计(论文)撰写质量、学生在毕业设计(论文)实施或写作过程中的学习态度及学生答辩情况等内容的评价。黑龙江工程学院本科生毕业设计目 录摘要IAbstractII第1章 绪论11.1课题背景11.1.1巷道堆垛机发展现状、发展趋势与优势11.1.2双立柱巷道堆垛机的分类31.2设计参数3第2章总体运动方案设计和结构分析52.1双立柱巷道物流堆垛起重机的总体运动方案设计52.2主要装置62.2.1底架62.2.2立柱62.2.3升降载货台62.2.4 行走机构62.2.5升降机构72.2.6货叉驱动机构72.2.7堆垛机的控制装置72.3本章小结8第3章 双立柱巷道堆垛机起升装置的设计93.1电动机的选择计算93.1.1选择电动机类型93.1.2选择电动机容量93.2钢丝绳和滑轮设计103.3 起重卷筒设计113.4 涡轮蜗杆减速器的选取123.5 本章小结12第4章 堆垛机伸缩货叉机构的设计计算134.1伸缩货叉的扰度与强度134.1.1下叉的受力分析:134.1.2 中叉的受力分析144.1.3 前叉的设计分析164.2货叉各参数的选择174.3货叉内部零件的选取与校核174.4货叉伸缩装置中的电机和减速器的选取214.5本章小结21第5章 堆垛机行走机构的设计计算225.1 堆垛机行走轮的设计计算225.2 行走机构电动机的选取235.3 V带轮与V带的设计计算与选择235.4 行走机构减速器的选取265.5行走机构联轴器的选择265.6本章小结26第6章 双立柱巷道堆垛机机体支架设计276.1 机架设计计算的准则和要求276.2机架的设计步骤286.3其他装置设计和选择296.4 其他装置设计和选择30结论34参考文献35致谢36附录A37附录B41本科学生毕业设计双立柱巷道物流堆垛起重机设计系部名称: 汽车工程系 专业班级: 车辆工程B05-17班 学生姓名: 陈才东 指导教师: 王慧文 职 称: 教授 黑 龙 江 工 程 学 院二九年六月 The Graduation Design for Bachelors DegreeThe Design of Double Column Alley Stack Crane Candidate:Chen Caidong Specialty:Vehicle EngineeringClass:B05-17Supervisor:Prof. Wang HuiwenHeilongjiang Institute of Technology2009-06 Harbin黑龙江工程学院本科生毕业设计摘 要随着世界经济的持续发展和科学技术的突飞猛进,现代物流作为现代经济的重要组成部分和工业化进程中最为经济合理的综合服务模式,正在全球范围内得以迅速发展。自动化立体仓库作为现代物流系统的重要组成部分,是一种多层存放货物的高架仓库系统,它是在不直接进行人工干预的情况下自动地存储和取出物流的系统。它是现代工业社会发展的高科技产物,对提高生产率、降低成本有着重要意义。本文以设计了一台能在仓库中运输、堆取货物的机械设备双立柱式巷道堆垛起重机,并着重分析了其升降机构、伸叉机构、行走机构等机构的工作原理,并对各机构进行分析设计、选取与尺寸计算。内容包括:总体运动方案设计和结构分析、起升机构的设计、伸叉机构设计、行走机构设计、机体支架设计及其他装置设计等内容。各机构以电机的选取入手,通过对钢丝绳、卷筒、链轮链条、皮带轮皮带的工作性能的分析设计计算与选取,从而设计合适的双立柱式巷道堆垛机起重机的机架,进而设计一台性能完备的双立柱式巷道堆垛起重机。关键词:双立柱;自动化仓库;巷道;物流;堆垛起重机;设计ABSTRACTAlong with continuously develop of the science technology and world economy, modern logistics which are an important part in the modern economy and a most economic reasonable comprehensive service mode in the process of industrialization, develops quickly in the global scope. Automated three-dimensional storehouse as an important composition part in logistics, is one kind of multilayered depositing cargo high structure warehouse systems. It dose not directly carries on the manual intervention in the situation automatically to save and to take out the system which the thing flows. It is the high tech product out of the development of modern industry society, which have the vital significance to enhance the productivity and reduce the cost. This paper is taking designing a machine named double pillar alley Stacking Crane of engaging in piling things or transportation in storehouse. It analyses its hoisting mechanism, stretch fork mechanism , walk mechanism, working principle, and its aimed at each mechanism to design, select , and sizes calculate of double post alley stacking crane. Overall sport schemes design and analyze of structure, the design of hoisting mechanism , stretch forks mechanism design , walk mechanisms design, organism frame design and other installation designs. Each mechanism with generator select to start, through calculating and selecting of the character of service of wire rope, reel, sprocket chain and the ship leather belt of leather belt to analyze and design, so to design the suitable frame of double pillar alley stacking crane, and then to design a double pillar alley stacker of complete natural capacity Keyword: Double Pillar; Automated Three-dimensional Storehouse; Alley; Logistics; Stacking Crane; Design46第1章 绪 论随着世界经济的持续发展和科学技术的突飞猛进以及经济全球化的趋势的加强,各国面临着前所未有的机遇和挑战。在这种大形势之下,现代物流作为工业化进程中最为经济合理的综合服务模式和管理技术已被越来越多的企业所重视。物流系统的改善和合理性对优化资源配置、提高企业生产率、降低生产成本起着至关重要的作用。堆垛起重机是自动化立体仓库中最重要的起重运输设备,是代表立体仓库的标志。本文从堆垛机的应用特点入手,着重就堆垛机的结构设计进行初步的研究1。1.1课题背景1.1.1巷道堆垛机发展现状、发展趋势与优势随着计算机信息技术的发展,现代企业生产模的不断扩大和竞争的日益加剧,市场对企业物流系统提出了新的要求,自动化立体仓库是实现物流系统合理化的关键。它具有空间利用效率高、便于实现自动化管理、适时自动结算库存货物种类和数量、立体仓库信息库可以和中央计算机系统连网运行等许多优点,对加快物流速度、提高劳动生产率、降低生产成本都有重要意义,因此自动化仓库受到越来越多的关注并已开始应用于汽车、电子、医药、烟草、裁减、邮电等许多行业。仓库最早是在二战期间被美国用来存储油料、枪支、器械等物品。在当时看来这种简单的设备已经具有占地空间小、便于我品的存放与管理等优点。到十九世纪五六十年代我国的大部分生产厂家应用仓库来存储产品,到七八十年代仓库已经发展为自动化立体仓库并得到广泛应用。随着仓库的不断发展,仓库内的搬运设施也不断的优化,从最初的人力搬运转化为机械搬运。仓库内的搬运、取货设备最开始是由一辆引导车牵引一节装有起重机的车厢,由起重机来完成货物的存取与运输。这种方法与之前的人力相比具有了提高劳动生产率、降低劳动成本等优点,但行走所需空间大,这就降低了仓库的利用率。为了弥补这种不足,人们就想到了把引导车与起重机结合到一起来完成货物的存取与运输功能,巷道堆垛起重机就是随着立体仓库的出现而发展起来的专用起重机,通常简称堆剁机。堆剁机是立体仓库中最重要的起重运输、搬运、堆垛设备,是代表立体仓库特征的标志。其主要用途是在接受计算机的指令以后,能在高层货架巷道中来回穿梭,将货物从巷道口出入库货台搬运到指定的货格中,或把需要的货物从仓库中搬运到巷道口出入库货台,再配以相应的转运、输送设备通过计算机控制实现货物的自动出入库作业。其对立体仓库的出入货效率有重要影响,是立体仓库能否达到设计要求和体现其优点的关键内容之一。20世纪70年代初,我国开始研究采用旱稻式堆垛机的立体仓库,据不完全统计,到目前已建成三百余座。而堆垛机作为立体仓库中最重要的其中搬运设备,也得到了较快的发展。按照现行继续界行业标准,巷道堆垛起重机可以按照支撑方式、用途、控制方式、结构、运行轨迹等分类,但无论何种类型的堆垛机都主要由水平行走机构、起升机构、栽货台及货叉机构、机架和电气设备等基本部分组成。堆剁机的分类方式很多,主要分类形式有以下几种:按照有无导轨,堆剁机可分为有轨堆垛机和无轨堆垛机。有堆垛机需沿巷道内的轨道运行;无轨堆剁机又称为高架叉车。在立体仓库中运行的主要设备有轨道堆垛机、无轨道堆垛机和普通叉车。这三种设备相比较之下,有轨巷道堆垛机对巷到要求宽度小,对仓库的利用率高切作业高度高,可以进行手动、半自动、自动和远距离集中控制,但却必须配备出、入库设备。无轨巷道堆剁机由于无轨道限制可以服务于两个以上的巷道,并可完成高架区外的做业。按高度不同,堆剁机可分为低层型、中层型、高层形。低层行起重机一般起升高度在5m以下,主要用于分体式高层货架仓库及简易立体仓库中,中层型堆垛机的起升高度在5-15m之间,而高层型堆垛机的起升高度在15m以上,主要用于一体式的高层货架仓库中。按照驱动方式不同,堆垛机可分为上部驱动式、下部驱动式、和上下部相结合的驱动方式。按照用途不同,堆垛机可分为桥式堆垛机和巷道式堆垛机。桥式堆垛机具有起重机和叉车的双重结构特点,像起重机一样,具有桥架和回转小车,同时具有固定式和可伸缩式的立柱,立柱上装有货叉或者其他取物装置。桥式堆垛机的堆垛和取货是通过取货装置在立柱上的运动实现的,但由于立柱的高度限制,桥式堆垛机主要适用于12m以下中等跨度的仓库,且航道宽度较大,适用于笨重和长大物料的搬运和堆垛,并可服务于多条航道。巷道堆垛机沿货架仓库巷道内的轨道运行,使得作业高度提高;采用货叉伸缩机构,使货叉可以伸缩,这样就可以使巷道宽度变窄提高仓库的利用率;巷道堆垛机适用于各种高度的高层货架仓库,除以上优点之外,巷道堆垛机还要求有较高的运行速度和生产效率、配备出入仓库装置较高的制造和安装精度、多节伸缩货叉或货板、较高的电气传动调速且制动平衡、停车准确、要有安全保护装置等特点2。1.1.2双立柱巷道堆垛机的分类巷道堆垛机按结构不同可分为单立柱型巷道堆垛机和双立柱型巷道堆垛机。单立柱型巷道堆垛机的机架结构由一根立柱、上横梁和下横梁组成一个矩形框架。立柱多采用较大的H型钢或焊接制作,立柱上附加导轨。整车质量较轻,消耗材料少,因此制造成本相对较低,但结构刚度比双立柱差。由于载物台及货物对立柱的偏心作用,以及行走、制动时产生的水平惯性力的作用,使单立柱堆垛机在使用上有局限性。不适用于起重量大和水平运行速度高的堆垛机,适用于重量12t以下,起升高度在16m以下的仓库。单立柱堆垛机的起升结构普遍采用钢丝绳传动,由电机减速机驱动卷筒转动,通过钢丝绳牵引载物台沿立柱或起升钢轨作升降运动。对于钢丝绳传动,传动和布置相对容易,但定位准确性稍差。双立柱机构的堆垛机的机架由两根立柱和上横梁、下横梁组成一个长方形框架。立柱形式有方管和圆管。方管兼作起升导轨,圆管附加起升导轨。双立柱堆垛机的最大优点就是强度和刚性都比较好,并且运行平稳。一般对于起升高度较高、起重量较大和水平运行速度较高的立体仓库堆垛机,多采用双立柱结构。双立柱堆垛机的起升机构普遍采用链条(钢丝绳)传动,由电机减速机驱动链轮(卷筒)转动,通过链条(钢丝绳)牵引载货台沿立柱或起升导轨作升降运动。由于链条传动多采用封闭链或配重装置,受空间尺寸限制,传动和布置较复杂,但定位较准确2。1.2设计参数表1.1 载重量为3吨的双立柱巷道堆垛起重机的主要性能参数序号技术项目技术指标1主体结构形式双立柱、单深位、单货台2货叉形式单副伸缩式存取货叉3适合高度12m以下4适合载荷小于3t3最大走行速度,m/min120(自动运转时)4水平加速度,m/s0.4(自动运转时)5最大升降速度,m/ min12(满载),20(空载)6升降加速度,m/s0.5(自动运转时)7最大伸叉速度20(满载),30(空载)8伸叉加速度,m/s0.4自动运转 表1.1 载重量为3吨的双立柱巷道堆垛起重机的主要性能参数 续表9水平走行定位精度,mm510垂直升降定位精度, mm511伸叉定位精度,mm512行走驱动下部驱动13升降驱动电机带动,钢丝绳牵引14伸叉驱动电机带动链轮和链条驱动15作业形式单一和复合循环16供电方式低部安全滑触线17控制操作方式手动/自动/在线第2章 总体运动方案设计和结构分析2.1双立柱巷道物流堆垛起重机的总体运动方案设计因为与单立柱相比,双立柱巷道堆垛机具有强度和刚性都比较好,运行平稳且定位准确等优点,被广泛应用于自动化立体仓库中,结合这一现状,我决定对双立柱巷道堆垛起重机进行研究和设计。为使堆垛机能够准确、快速、安全、自动搬运货物出库,必须满足以下设计要求:(1)具备三维运动功能,能在高窄巷道中进行高升降行程作业,可以有效利用仓库空间,能适应最高层、 最低层、其他层货位及站台货位的存、取货物。货叉长度及伸叉行程适应托盘深度及货架宽度方向尺寸(包括巷道宽度),使单元负载得以正确平稳地方入货位中。在存取货时,堆垛机的行走及升降运动能同时动作,且行走及升降速度匹配,缩短了作业时间,即沿巷道来回运动、载货台垂直运动、货叉沿货架方向伸缩运动能同时进行;(2)堆垛机的结构设计成熟可靠,结构具有足够的强度及刚性要求,运行稳定可靠,满足一定的定位精度,重复定位精度不能超过10mm;(3)具备安全保护措施;(4)在满足强度、刚度和可靠性的前提下,尽量减小堆垛机各部分的重量,以减小提升功率和行走时的摩擦阻力;(5)所有零部件按标准要求采用优质材料制造,以提高堆垛机整机性能;堆垛机需调整的零部件以尽量减少,以简化维护工作并延长使用寿命;(6)堆垛机起升导轨光滑,保证堆垛机运行平稳;(7)保护仓库环境,避免货物污染受损。根据以上设计要求制定双立柱巷道物流堆垛起重机的总体运动方案。无轨堆垛机在使用过程中虽然因为没有轨道而节约了仓库的地面利用率,但却存在在存取货物时不便于控制的缺点,所以我决定针对有轨巷道堆垛机进行研和设计。在这个课题中由于采用上下两条轨道作为堆垛机滑轨已经可以保证堆垛机沿伸叉方向的平稳性,所以上下轨道我均采用单轨道作为滑轨,这样即可以节轨道占地空间又可以节约轨道与机器的制造成本。堆垛机的起升机构多数采用链传动或钢丝绳传动,为了减小体积在这里我采用钢丝绳卷筒传动;在伸叉结构中为了保证伸平稳性的高精度采用链轮链条传动;在控制行走的部分为了达到体积与平稳性的要求采用皮带轮传动3。堆垛机结构如图2.1、2.2所示 图2.1单立柱堆垛机结构简图 图2.2双立柱堆垛机结构简图2.2主要装置2.2.1底架是堆垛机整体支承座,由两端的行走轮支架及钢板组焊成的矩形梁构成。堆垛机运行时产生的动负荷及静负荷均由底架传至行走轮,底架具有很好的刚性。2.2.2立柱 矩形截面,减小行走运动时的立柱震动,维持走行运行平稳。 在立柱上加工升降导向槽,支撑升降台上下运动,行走时立柱上的导向轮沿着天轨做直线运动,防止立柱左右偏摆,有足够的稳定性。2.2.3升降载货台 为U型结构,其竖支架侧面有深沟球轴承可以在立柱内的导向槽内沿着立柱升降,升降牵引机构采用钢丝绳方式。 升降载货台水平支架上设有货叉,可左右滑动叉取货架上的货物或将货物放置到货架上,货叉为链轮链条式驱动。2.2.4 行走机构 堆垛机底部装有的四个行走轮支撑整机重量运行 ,使堆垛机沿天地轨方向运动。堆垛机的行走是由装在后行走轮轴上的带制动的减速电机带动的皮带轮所驱动的。所选用减速电机通过自身减速使行走更加平稳可靠。2.2.5升降机构 以立柱内侧的导向槽为导向,升降载货台依靠夹在导向槽内的深沟球轴承起导向作用以保证上下运行。由减速电机驱动的升降钢丝绳拉动升降台上下运动。所选用电机通过减速器实现速度降低,让升降更加平稳可靠。此电机能将载货台稳定的保持在一定的高度。升降部分包括卷筒、滑轮。2.2.6货叉驱动机构由减速电机驱动一个链轮链条机构,使得货叉可以伸缩取货。电机功率很小,在接触障碍时,电机堵转不会影响堆垛机和叉体的安全。所选用电机通过自身减速让升降更加平稳可靠。 货叉的伸叉速度可按空载的不同自动调整,且速度曲线柔顺平滑,让承载货物保持稳定4。2.2.7堆垛机的控制装置自动运行的堆垛机控制系统必须具有行走控制、升降控制、位置控制、速度控制、货叉控制、安全保护功能、自我诊断故障的功能等多种控制功能。1、位置功能位置控制就是确定堆垛机停止在作业位置的功能。自动化立体仓库一般都采用高层货架结构,以X、Y、Z坐标表示货架的行、列、段的方向,用三维坐标表示货物的位置。为了自动确定位置,也就是为了在某一位置发出减速指令使堆垛机减速,在规定位置发出停机信号,就必须检测现在的位置。本设计中位置的检测可由在个坐标轴上按一定的间隔装设的传感器来进行检测。2、速度控制 速度控制包括对提高作业效率有关的高速度,防止货物倒塌以及不至于使堆垛机发生冲击的加速度和减速度,以及为便于高精度定位的最终稳定微速度等的速度控制。3、货叉控制根据堆垛机出库和入库作业,伸缩货叉向左侧或右侧进行叉取操作的顺序控制功能. 4、安全保护装置堆垛机的立柱高度达10米,载货台的升降速度也达到20m/min,而载货台是沿堆垛机立柱的导轨上下运行的承载结构,上有货叉机构、驾驶室等。为了保证堆垛机正常工作,确保操作人员的人身和货物的安全,其上必须配备完善的安全保护装置。本设计中设置以下几种保护装置:(1)堆垛机货叉上、下限自动停止保护 在堆垛机货叉在进行升降运动时,不能超过导轨的上端和下端极限。因此可以在上下端各设置一个限位开关来实现该功能。(2)载货台负荷限制 在载货台超载时,发出报警信号并切断起升机构动力。当载货台被托住,钢丝绳松弛时,也会发出停止运动的报警信号并切断动力。因此可设置热继电器来作为检测装置,再安装一个蜂鸣器作为警报提示。(3)驾驶室的安全保护 为确保驾驶室里操作人员的人身安全,驾驶室门安全与否非常重要。可设置一个限位开关来检测其功能,若发现不安全则堆垛机就会完全停止工作。(4)速度转换装置 当堆垛机走到轨道的某一位置时应以高、中、低速 的某一速度行进时,就需要通过速度装换装置来实现这一功能。本设计中可以设置一个接近开关。(5)货叉保护装置 堆垛机在进行工作过程中,为了确保当货叉伸缩到一定位置时就回自动停止,可设置一个机械制动器来实现该功能。(6)载货台断绳保护装置 当钢丝发生断裂时,能够自动可靠的将载货台停止,避免溜车或坠车事故的发生.因此对这种安全保护装置的设计要求是灵敏度高、作用可靠、冲击小、结构简单。本设计中采取连杆凸轮机构来实现这一功能要求。一旦钢丝绳断裂,弹簧通过连杆机构使凸轮卡在升降机构的导轨里阻止载货台坠落。正常工作时,提杆平衡载货台及其上货物的质量,弹簧处于压缩状态,凸轮与升降机构的导轨分离4。2.3本章小结本章对堆垛机的组成进行了详细的介绍,通过设计构思和计算对其重要部件进行了选取。通过综合考虑对整体方案进行了对比,选取了适合自己的最佳方案。第3章 双立柱巷道堆垛机起升装置的设计3.1电动机的选择计算3.1.1选择电动机类型异步电动机结构简单、容易制造、价格低廉、运行可靠、坚固耐用、运行效率较高。 变频调速,可满足堆垛机出入库稳定操作和高速运行的要求。变频调速具有启动性能好、调速范围宽、速度变化平稳和完善的过电压过电流保护功能5。 按已知工作要求和条件选用YVF2系列变频可调速三相异步交流电动机。3.1.2选择电动机容量工作机所需功率P为P= (2.1)式中:P发动机功率(kw) F作用力(N) V运行速度 电机的输出功率P为P=KW (2.2)式中,为电动机至滚筒轴的传动装置总效率。取凸缘联轴器效率=0.99;滚动轴承效率=0.995;蜗杆传动效蜗=0.82;卷筒的传动效率卷=0.95,则=0.990.99520.820.95=0.764,由 PW=Fw.vw1000w=30009.812/60100087%6.8故 P0=PW=6.80.764=8.9kw因载荷平稳,电动机额定功率Pw只需稍大于P0即可,查Y2系列三相异步电动机技术手册,选取电动机额定功率Pm=11KW,即所选电动机型号为YVF2-180L-83.2钢丝绳和滑轮设计(1)钢丝绳的选择GB381183计算考虑全面,计算精确,计算方法如下: (2.3)式中:d钢丝绳最小直径mm; F钢丝绳最大静拉力N; C选择系数mm/。选择系数c按下式计算: (2.4) 式中:n安全系数; k钢丝绳捻制系数; w钢丝绳充满系数。 对于一般的起升机构n值为6;选取钢丝绳,则k=0.98;钢丝绳充满系数w=0.46,=1850MPa。则 钢丝绳的拉力 (2.5)已知m=31000kg,g=9.8N/kg;因为是左右两根钢丝绳同时作用 可求得单根钢丝绳上=1.510009.8=14700N;由此可求得 =0.096=11.64mm 参照GB8918-88 选取d=12mm。即所选钢丝绳为: 12NAT619S+1WR+NF1670ZS35.2723.59GB8918-88 根据钢丝绳与滑轮匹配关系表查得与d=12mm的滑轮外径D=315mm,轴径=45mm;选用A型滑轮;则所选滑轮型号为: 滑轮A12315-45 JB/T9005.363.3 起重卷筒设计卷筒上有螺旋槽部分长为P (2.6)双联卷绕卷筒长度为 LS=2(L0+L1+L2)+Lg (2.7)式中:D1卷筒名义直径,D1=hd钢丝绳直径最大卷起高度a滑轮组倍率卷筒计算直径固定钢丝绳的安全圈数 L1无绳槽的卷筒端部尺寸 L2固定端尾端所需长度,L23P已知:d=12mm,查GB/T3811-1983,h常取6D1=hd=12*6=192则 D0=D1+d=192+12=204mm查机械设计手册表8-1-60取D0=315mm绳槽槽距查表8-1-59卷筒槽形得知P=14mm,槽底半径R=6.5mm。取Z=2,则LS=2(198+60+20)+44=600mm即卷筒的标记为:卷筒A315*600-6.5*14-12*1-左JB/T9006.2-199963.4 涡轮蜗杆减速器的选取因为蜗杆与电机轴通过凸缘联轴器相连,所有蜗杆转速与电机轴转速相等,升降机构中的减速器可根据机构的传动比从标准中选用。升降机构的传动比由下式确定: (2.8)式中:电动机额定转速; 卷筒的转速,n=6*104V4D=12.13 代入相关数据到式(6.8)中算得:i=72012.13=59.36查减速器和变速器设计与选用手册,选取减速器型号为:SCWS 250-63-IIFJB/T638783.5 本章小结本章主要对堆垛机的升降机构进行了设计和计算,并对其中的重要部件进行了校核计算。符合自己的设计。第4章 堆垛机伸缩货叉机构的设计计算4.1伸缩货叉的扰度与强度 所设计的货叉是指货叉插入货架中的部分,应以厚度尽量薄,同时货叉前端的扰度控制在最小,作为设计的目标.货叉各参数如下:W: 载荷I ,I, I: 分别为下叉 中叉 上叉的重力方向的惯性矩E: 材料的纵弹性系数4.1.1下叉的受力分析:如图4.1所示 图4.1下叉的受力分析进行受力分析时,在AC段内取距A端为x的任意截面为研究对象,则该截面上产生的反力P=W l/b ax l时的弯矩方程为: M= - P(x-a) (4.1)用积分法求得BC端截面转角为: i = i-dx= i- +(x-a) (4.2)BC端截面挠度为:= ix-dx= ix-+(x-a) (4.3) 当x= 0时,A端的截面转角 i= -( +b) (4.4)当x=l时,将式(4.3)代入式(4.2)和式(4.1)中,分别算得在c点处的转角和挠度。 = - (4.5)= -l (4.6)4.1.2 中叉的受力分析如图4.2所示:因载荷W的作用,在b间产生反力P,P, 图4.2 中叉的受力分析计算进行受力分析时,在BF段内取距左端为x的任意截面为研究对象当时,可算得其转矩方程为: M= Px=x (4.7)用积分法算出其转角 i= -+i (4.8)挠度为: = -+ ix+ (4.9)当 x=b时,B端的截面转角 i= (4.10)当x=b时,将式(4.6)代入式(4.4)和式(4.5)中,分别算得此段的转角和挠度 i= - (4.11) = - (4.12)如图4.3所示:将b段作为刚性,c点作为固定端(即视为悬臂梁)考虑,并设由于W在中叉产生的反力为P和P,而由这些反力作用在货叉前端产生的 图4.3 受力分析转矩方程为:M= - P(x-d)+ Px (4.13)以固定端E视为坐标原点,算得:P=W 以固定端D视为坐标原点,算得:P=W用积分法算出其挠度为:= -dx= - Px- P(x-d) (4.14)当x=l时,代入式(4.7)算得:= -(e+d) l-e(l-d) (4.15)i= -dx= - (4.16)当x=l时,代入式(4.8)算得:i= -e(l-d)+(e+d)l (4.17)所以 = i(l-l) 4.1.3 前叉的设计分析载荷W在d区间产生的反力有P, P,在E点的倾斜角为i,挠度为,受力分析如图4.4所示:图4.4 前叉的受力分析转矩方程为:M=x 用积分法算出其转角为:i= -+i (4.18)挠度为:= -+ix+ (4.19)当x=d时,D端的截面转角i= (4.20)当x=d时,将式(4.11)代入式(4.9)和式(4.10)中,分别算得此段的转角和挠度:= - = -(l-l)因此,设载货台和立柱为刚性时,伸缩货叉工作的总扰度为 总=+注:当托盘货架进深为1100mm时,值应控制在1015mm8。4.2货叉各参数的选择a=650mm b=400mm c=200mm d=400mm e=150mml=1000mm l=600mm l=750mm l=120mm故可取上叉、下叉、中叉长为:L= l=25=1100mm L=b+c+d+25=1100mm L= l-c+ 25=1100mm上叉为板状,并取其宽也为1100mm,厚度取100mm,其余数据见装配图上标注。因各数据取值都较大,故能满足条件。 4.3货叉内部零件的选取与校核4.3.1 轴承的选取校核设计选取货叉伸缩机构的工作速度为10m/min,则每各轴承所承受的压力为F=150010/4=3750N转速为n=10000r/d (r/min), 取C=110 则 d=C=110d=16.2mm取d=20mm, 则n=10000/20=159.2r/min 查表,选择深沟球轴承,代号为6404其基本参数为:d=20mm D=72mm B=19mm c=31000N c=15200N 径向载荷F=150010/4=3750N轴向载荷F=0N F/ F=0e=0.26查表得x=1 y=0P=x F+y F= F=3750N又查表得:f=1.1 f=1 f=0.485 f=2.29 f=1C= P=3750=19.4kN31.0kN= c轴承的额定静载荷P=0.6 F+0.5 F=22503750N因P F 故取 P= F=3.75kNh=6000h 故轴承寿命满足条件。则轴承选取合适。4.3.2 齿轮的选取校核1、选取齿轮为45钢,调质处理,齿面硬度HB=217255,平均硬度为2362、初步计算传动尺寸为软齿面开式传动d= (1)转矩T=9.55P/n=162.43d Nmm(2)设计时,因V值未知,K不能确定,故可初选K=1.4(3)取齿宽系数=1.1(4)取弹性系数Z=189.8(5)初选螺旋角=12,取节点区域系数Z=2.46(6)初选Z=23,齿条Z=则得重合度=1.88-3.2(1/ Z+1/ Z)cos=1.7取轴面重合度=0.318Ztg=1.77取重合度系数Z=0.765(7) 取螺旋角系数Z=0.99(8) 许用接触应力由式=取接触疲劳极限应力为=595MPa齿轮的应力循环次数分别为N=60naL=1.08取寿命系数Z=1.06 取安全系数S=1.0则=630.7 MPa(9)齿轮的分度圆直径d,初算为u=Z/Z= 故则d=130mm3、确定传动尺寸(1)计算载荷系数取使用系数K=1.0因V=m/s取动载系数K=1.15取齿向载荷分布系数K=1.11取齿间载荷分配系数K=1.2故K= K K K K=1.53(2)对修正d=133.9mm(3)确定模数m=dcos/Z=5.69 取m=6(4)故d=141mm 并取b=50mm4、校核齿根弯曲疲劳强度=式中各参数:(1) 各值同前(2) 因当量系数Z=Z/cos12=23.5故取齿形系数Y=2.64,应力修正系数Y=1.58(3) 取重合度系数Y(4) 取螺旋角系数Y(5)许用弯曲应力取弯曲疲劳极限应力MPa取寿命系数Y, 取安全系数S 故 =1.0 MPa则 =4.29MPa176MPa=故能满足齿根弯曲疲劳极限。 设计合理。4.3.3 链轮链条的选取校核设轴径d=80mm,链传动比i=1链速n=V=79.6r/minP=0.11、选择链轮齿数:初步确定Z=212、定链的节距取K,齿数系数K,多排链系数K所需传递功率为kW由此,可选取满足条件的08A链,P=12.7mm 3、定链长、中心距初定中心距a=40p,则链节数L=101节链长L=LP/1000=10112.7/1000=1.28m中心距a=508mm中心距调整量mm实际中心距mm4、求作用在轴上的力工作拉力F=1000P/V=1500N作用在轴上的压力F=1.2F=1800N轴径mm取d=16mm 取轮径D=80mm计算结果总汇:链条规格:08A单排链,101节,长1.28米,大小轮齿数都为21,中心距mm,压轴力F,轴径d=16mm,轮径D=80 mm【10】。4.4货叉伸缩装置中的电机和减速器的选取齿轮5的转速为电机功率:P=Mn9555=Fv10-3/=0.55kw选取电机功率为1.1kw,电机型号为:YVF2-90S-6转速为980r/min,安装型式选取B3为此,减速器的传动比为i=980/45.17=21.7则选取减速器型号为TZSD112【12】。4.5本章小结本章对堆垛机的货叉机构进行了设计,分别对上叉、中叉、下叉等进行了结构计算和力的分析。最后确定了货叉的各部分参数。第5章 堆垛机行走机构的设计计算5.1 堆垛机行走轮的设计计算行走轮有主动轮和从动轮1个,采用轮轴直接连接的驱动方式。行走轮的允许载重量等各参数间有下列关系式: P=KD(B-2r)(kg) (5.1)K=(kg/cm) (5.2)式中:P允许载重量(kg) D车轮的踏面直径(cm) B钢轨宽(cm) r钢轨头部的圆角半径(cm) K许用应力系数(kg/cm) v走行速度(m/min) k许用应力(球墨铸铁的许用应力为50)(kg/cm)首先确定B=6.4cm,r=0.2cm, k=50 kg/cm, v=80m/min则 K=33.3(kg/cm)行走轮的轮压主要根据疲劳计算轮压选取,其计算公式为:= (5.3)式中:疲劳计算轮压(N); 工作时最大允许载重量(N); 正常工作时最小轮压(N)又根据车轮直径的计算公式: (5.4)式中:转速系数; 工作级别系数; 接触应力常数首先确定 =6.0,=0.82,=1.25,l=30mm,代入式(5.3),式(5.4)中算得:D=135mm车轮的转速为: =283.1r/min车轮的轴径为d=14mm,为满足选择合适的轴承,取d=15mm轴上的轴承选取型号为6202,基本尺寸为:d=15mm,D=35mm,B=11mm【13】。5.2 行走机构电动机的选取行走机构的电动机所需的功率为可按下式计算: (kW) (5.5)式中:行走阻力; v行走机构的运行速度 行走机构的总效率,一般可取0.85-0.95由上式可知,现须确定行走阻力的大小,可按下式计算:=G (5.6)式中: G堆垛机总重,约为5000kg 滚动摩擦系数,查表取0.05将(5.6)代入(5.5)即可得: 取为P=5.5kw,选取电机型号为YVF2-132M2-6m。5.3 V带轮与V带的设计计算与选择1、设计功率为 (5.7)式中 工况系数;由于是起重机行走机构,查表得=1.2,则2、选定带型根据=6.6KW和,查表确定为P-I型。3、传动比为 (5.8)由行走速度初步确定小带轮的转速为则4、确定小带轮基准直径由大带轮与电机同轴确定大带轮基准直径为电机的输出轴直径,即则小带轮的基准直径为 (5.9)则5、带速为 (5.10)则此处6、初定轴间距按要求取7、所需基准长度为 (5.11)则 :选取基准长度为609mm。8.实际轴间距为 (5.12)则(1)安装时所需最小轴间距为 (5.13)查表得,则(1) 张紧或补偿身长所需最大轴间距为 (5.14)则9.小带轮包角为 (5.15)则10.带轮的结构简图如图5.1所示: 图5.1皮带轮结构简图5.4 行走机构减速器的选取行走机构中的减速器可根据机构的传动比从标准中选用。行走机构的传动比由下式确定: (5.16)式中, 电动机额定转速;车轮的转速代入相关数据到式(5.7)中算得:=3.46可选取减速器的标准型号为SEW型R9765.5行走机构联轴器的选择联轴器的具体规格根据载荷情况、计算转矩、轴直径和工作转速来选择。计算转矩有下式确定: (5.17)48.7Nm = 由设计手册选取弹性柱销联轴器HL2。它的许用转矩为215Nm,半联轴器材料为钢时,许用转速为5600r/min6。5.6本章小结本章主要对堆垛机的行走机构进行了设计,对其中的重要部件进行设计计算。第6章 双立柱巷道堆垛机机体支架设计6.1 机架设计计算的准则和要求6.1.1 机架设计的准则1、工况要求任何机架的设计首先必须保证机器的特定工作要求。例如,保证机架上安装的零部件能顺利运转,机架的外形或内部结构不至有阻碍运动件通过的突起;设置执行某一工况所必须的平台;保证上下料的要求、人工操作的方便及安全等。2、刚度要求在必须保证特定外姓条件下,对机架的主要要求是刚度。例如,机床的零部件中,床身的刚度则决定了机床的生产率和加工产品的精度;在齿轮减速器中,箱体的刚度决定了齿轮的啮合性及运转性能。3、强度要求对于一般设备的机架,刚度达到要求,同时也能满足强度要求。但对于重载设备的强度要求必须引起足够的重视。其准则是在机器运转中可能发生的最大载荷情况下,机架上任何点的应力都不大于允许应力。此外,还要满足疲劳强度的要求。4、稳定性要求对于细长的或薄壁的受压结构及手弯-压结构存在失稳问题,某些板壳结构也存在失稳问题或局部失稳问题。失稳对结构回产生很大的破坏,设计是必须注意。5、美观目前对机器要求不仅要能完成特定的工作,还要使外形美观。6、其他如散热的要求;防腐蚀及特定环境的要求;对于精密机械、仪表等散热变形小的要求等。6.1.2 机架设计的一般要求在满足机架设计准则的前提下,必须根据机架的不同用途和处所环境,考虑下列各项要求,并有所偏重。1、 机架的重量轻,材料选择合适,成本低。2、 结构合理,便于制造。3、 结构应使机架上的零部件安装、调整、修理和更换都方便。4、结构设计合理,工艺性好,还应使机架本身的内应力小,由温度变化引起的变形小。(1)抗震性能好。(2)耐腐蚀,使机架结构在服务期限内尽量少修理。(3)有导轨的机架要求导轨面受力合理,耐磨性好14。6.2机架的设计步骤1、初步确定机架的形状和尺寸。根据设计准则和一般要求,初步确定机架结构的形状和尺寸,以保证其内外部零部件能正常运转。并要求机架能够在巷道内无阻碍的运行。图6.1机架结构简图2、根据机架的制造数量、结构形状及尺寸大小,初定制造工艺。3、分析载荷情况,载荷包括机架上的设备重量、机架本身重量、设备运转的动载荷等。对于高架结构,还要考虑风载、雪载和地震载荷。确定结构的形式,采用有双槽的立柱,以保证货叉在升降过程中不侧翻。4、针对以上所述的各项要求与准则,结合双立柱巷道堆垛起重机在自动化立体仓库中的工作状况,并考虑到双立柱巷道堆垛起重机自身各个装置与机构间的配合情况,确定机架的基本尺寸:机架高为12m,两个立柱之间的距离为1800mm,每个立柱的长为360mm,宽为240mm,立柱中中设有双槽,以保证货叉在运动过程中的平稳性;上横梁为360*300中间空心的方钢;下横梁是厚度为300mm、宽为1200mm中空的钢板,用以保证双立柱巷道堆垛起重机的承载能力15。6.3 其他装置设计和选择1、供电系统堆垛机的移动供电装置,一般采用滑触供电装置和电缆供电方法。根据自动化仓库的特点,应满足高速度、无需检修、耐用、无脱线现象等。堆垛机采用底(顶)部滑触线供电方式,滑触线设置符合使用安全及易于保养的要求。2、电气设备 主要包括电力拖动、控制、检测和安全保护。在电力拖动方面,目前国内多用的是交流变频调速,交流変极调速和可控硅直流调速。对堆垛机的控制一般 采用可编程序控制器、单片机、单板机、计算机等。堆垛机必须具有自动认址、货物虚实等检测以及其他检测,电力拖动系统同时满足快速、平稳和准确三个方面的要求3、天地轨天地轨是整个堆垛机的承载部件,因而天地轨必须有足够的刚度。天地轨分别固定在货架及地面上。天地轨的全长除能涵盖堆垛机最大作业范围外,两端头还保留有适当缓冲长度。每段地轨结合面以45度对接,对接处有一定高度差限制要求。(1)天地轨安装后直线度公差如下:地轨安装后直线度公差在200mm测量长度应不大于0.5mm地轨全长测量长度内应不大于3mm天轨安装后直线度公差在200mm测量长度应不大于0.5mm天轨全长测量长度内应不大于4mm(2)安装后天地轨间相互位置公差天轨上表面于地轨下表面之间距离误差应不大与8mm天轨与地轨之间的水平错位不大于5mm4、安全装置堆垛机是一种起重机械,它要求在又高又窄的巷道内高速运行。为了保证人身及设备的安全。堆垛机必须配备有完善的硬件及软件的安全保护装置,并在电气控制上采用一系列连锁和保护措施。除了一般起重机常备的安全保护措施(如各机构的终端限位和缓冲、电机过热和过电流保护、控制电路的零位保护等)外,还应根据实际需要,增设各种保护。主要有如下安全保护装置。(1)水平极限保护在巷道两端点均设置强制减速检测装置及紧急停止极限开关,堆垛机在接近巷道两端时,先减速缓行而后定位停止,避免超程行走。如在正常范围内仍未停止,则紧急停止极限开关将迫使堆垛机停止运行。(2)缓冲器正常状态下堆垛机不触及缓冲器,万一电器线路故障,发生超程行走时,设置于巷道两端的缓冲器能将堆垛机制动住。缓冲器为聚氨脂橡胶,可以吸收堆垛机意外超程行走时的冲力。(3)垂直极限开关在立柱两端点均设置强制减速检测装置及紧急停止极限开关,堆垛机升降载货台在接近立柱两端时,先减速缓行而后定位停止,避免超程升降。如在正常范围内仍未停止,则紧急停止极限开关将立即迫使堆垛机升降载货台停止。(4)断绳保护装置当载货台的牵引钢丝绳断裂时,断绳保护装置将抱死载货台,使堆垛机立即停止运行并报警。(5)动作连锁装置堆垛机处于行走及升降动作时,货叉不能伸出。货叉处于伸出状态时,堆垛机不能行走,而载货台只能低速适量升降。(6)货叉保护装置货叉伸出途中触及障碍物时,电机堵转变频器报警,或者出现任务超时报警,提示堆垛机故障。货叉没有完全缩回到中位,则堆垛机不能行走。(7)过载保护装置堆垛机上所有驱动电机线路上,由变频控制过流,以免电机因过载而受损。(8
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