高架式立体仓库结构设计(全套含CAD图纸)
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立体仓库为16巷道32排40列30层堆垛机总高度:28m 总长度:3.1m 总宽度:1m货架上下30层,层高1000mm货架每层40格,格宽1000mm货箱尺寸:长宽高600500800mm货格尺寸:长宽高10006001000mm钢绳直径d=6mm卷筒名义直径)卷筒总长取L=300mm卷筒壁厚取选择以绳槽底测量的直径为220mm的标准滑轮选用Y100L1-4型电动机,功率为2.2KW,额定力矩为2.3Nm 同步转速为1430r/min车轮轨道选用P15型号的轻轨轨高为79.37mm,头宽为41.86mm,底宽为79.37mm宽36000mm 货叉长度1000 货架宽600 货箱宽500 间距15002700货架长36000 宽600 29巷道 58排 78300*36000 变隙 1700/2=850A1 594*840 29700-36000XX大学毕 业 论 文作 者: 学 号: 系: 机械工程系 专 业: 机械设计制造及其自动化 题 目: 高架式立体仓库机械结构设计 指导者: 教授 (姓 名) (专业技术职务)评阅者: (姓 名) (专业技术职务) 2015年 5 月 27 日毕业设计(论文)中文摘要题 目 高架式立体仓库提升机结构设计摘要:近年来,随着企业生产与管理的不断提高,越来越多的企业认识到物流系统的改善与合理性对企业的发展非常重要。堆垛机是自动化立体仓库中最重要的起重堆垛设备,它能够在自动化立体的巷道中来回穿梭运行,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。本文详细论述了在现代大多数企业中普遍使用的双立柱堆垛机的设计方案,文章的重点放在其两个部件:升降机构、货叉伸缩机构的设计上,并对安全机构和控制部分进行简单的选取和计算其中包含电机,减速器的选取,齿轮,齿条的计算,卷筒的计算,轴的校核,电器原理图的配置等。首先,提出各个机构的总体设计方案;其次,对各个机构的受力情况进行了分析并计算,然后估算初取值,再进行校核,最后确定各个实际值。 关键词: 自动化立体仓库 堆垛机 升降机构 货叉伸缩机构毕业设计(论文)外文摘要Title DESIGN OF STACKER CRANE FOR AUTOMATIC WAREHOUSE AbstractIn recent years, along with the unceasing raising of enterprise production and management, more and more enterprises know that thing flows out reasonability and the improvement of system, is very important for the development of enterprise. Stacker cranes is automation three-dimensional storehouse in most important take heavy crane pile up equipment, it can in the tunnel of automation cube in the shuttle operation of round trip, will locate in tunnel the goods of mouth stock goods shelf; or opposite take out the goods transit in goods shelf go to tunnel mouth. This paper describes the majority of enterprises in the widespread use of modern double-column stacking machine design, the article focused on its two components: lifting mechanism, telescopic fork design of institutions, and security agencies and the control part simple selection and calculation including motor, reducer selection, gear, rack of calculation, the calculation of roll, axis calibration, electrical schematic diagram of the configuration. First, the proposed design programs of various agencies; Secondly, the force of the various agencies to conduct the analysis and calculation, and then estimate the initial value, and then checked, and finally establish the actual value.Keywords: automation three-dimensional storehouse stacker cranes lifting mechanism telescopic fork institutions 目 录1 绪论31.1 研究的背景与内容31.1.1 概述31.1.2 有轨巷道堆垛机的发展现状及特点31.1.3 有轨巷道堆垛机的类型41.1.4 巷道堆垛机的特点71.2 设计的目的和意义71.3 设计的内容及要求71.4 设计参数82 总体设计方案的确定92.1 堆垛机三维运动速度的确定102.2 堆垛机各个部分的方案选择102.2.1 堆垛机起升机构传动方式的选择102.2.2 堆垛机行走机构传动方式的选择112.2.3 堆垛机机架的设计思路112.2.4 堆垛机货叉的设计思路112.2.5 堆垛机安全方案的确定132.3 堆垛机的技术参数132.4 堆垛机的技术要求143 堆垛机起升机构的设计173.1 起升机构的总体选型173.2 卷筒的设计203.2.1 卷筒部件计算203.2.2 齿轮连接盘的计算244 堆垛机行走机构和机架的选型设计274.1 堆垛机行走机构的选型设计274.2 堆垛机机架的选型设计295 堆垛机货叉的设计315.1 货叉传动装置的总体选型315.2 货叉传动齿轮、齿条的计算315.3 货叉传动链轮、链条的设计计算355.4 制动器的制动容量的设计376 堆垛机安全装置386.1 防撞保护装置386.2 钢丝绳断绳保护装置387 结论40参考文献41致 谢421 绪论1.1 研究的背景与内容 1.1.1 概述自动化立体仓库是实现物流系统合理化的关键。它具有空间利用率高、便于实现自动化管理、实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联网运行等许多优点,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,已开始应用于汽车、电子、医药、烟草、建材、邮电等许多行业。而堆垛机对立体仓库的出人库效率有重要影响,是立体仓库能否达到设计要求和体现其优点的关键设备之一。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,是在高层货架的窄巷道内作业的起重机,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,可大大提高仓库的面积和空间利用率,是自动化仓库的主要设备,是代表立体仓库特征的标志。堆垛机的功能是堆垛机接受计算机指令后,能在高层货架巷道中来回穿梭,把货物从巷道口出人库货台搬运到指定的货位中,或者把需要的货物从仓库中搬运到巷道口出人库货台,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人库。在立体仓库中的搬运设备有高位叉车、工业机器人、桥式堆垛机和有轨巷道式单双立柱堆垛机。有轨巷道式双立柱堆垛机由于效率高,高度可达30-40 m,便于实现无人操作,行走稳定,载货量大,噪声小,在目前的立体仓库中得到广泛应用。 1.1.2 有轨巷道堆垛机的发展现状及特点随着经济全球化步伐的口益加快和信息技术的快速发展,传统行业和消费方式正发生着深刻的变化,物流在经济活动中的作用越来越受到企业的重视,物流人才的需求也在口益增长。目前,物流人才已经被列为我国12大类紧缺人才之一,有报道称“物流人才的需求已超过600万”。物流实验室的建设正是要搭建一座理论与实践的桥梁,目前,我国许多高校已经建立了物流实验室,据不完全统计,已经有160多所高校建立了自己的物流实验室。物流实验室为学生提供实训平台,深化学生对现代物流理论的理解,提高学生的操作能力,内融机械、电气、电子及计算机等技术于一体的综合技术,在这种技术中,不同领域和层次的知识与能力融会在一起。另外,为了更好的模拟货物在自动化立体仓库各仓储单元内存储的物流过程,研究提高物流效率以及堆垛机性能和作业效率方法,许多物流研究中心业纷纷建立起来。山东大学现代物流控制实验中心是目前我国第一个现代的物流控制实验室,在物流调度、物流控制、机械手拣选控制和机器视觉的综合研究和开发应用方面目前处于国内领先地位。 图1.1仓储1.1.3 有轨巷道堆垛机的类型有轨巷道堆垛机可按其结构形式、支承方式和运行轨迹等进行分类,一般可分为以下几种类型:(1) 按结构形式,分为双立柱有轨巷道堆垛机和单立柱有轨巷道堆垛机:双立柱有轨巷道堆垛机双立柱有轨巷道堆垛机由两根立柱、上横梁、下横梁和带货叉的载货台组成,立柱、上横梁和下横梁组成一个长方形的框架,一般称为机架。立柱形式有方管和圆管两种,方管可兼作起升导轨,圆管需要附加起升导轨。这种堆垛机的最大优点就是强度和刚性都比较好,能快速起、制动,并且运行平稳。一般用在起升高度较高、起重量较大和水平运行速度较高的立体仓库中,其缺点是自重较大。其结构如图1.2所示。5 图1.2双立柱有轨巷道堆垛机单立柱有轨巷道堆垛机单立柱有轨巷道堆垛机的机架由一根立柱、下横梁和上横梁组成。立柱多采用型钢或焊接制作,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。由于载货台和货物对立柱有偏心作用,以及行走、制动时产生的水平惯性力作用,使单立柱有轨巷道堆垛机在使用上有较大的局限性。不适于起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导轨作升降运动。对于钢丝绳传动,传动和布置相对容易,但定位准确性稍差。其结构如图1.3所示。XX大学2015届本科毕业论文图1.3单立柱有轨巷道堆垛机(2) 按支承方式分类,有轨巷道堆垛机分为悬挂型和地面支承型。悬挂型有轨巷道堆垛机悬挂型有轨巷道堆垛机悬挂在巷道上方的轨道上运行,其运行机构安装在堆垛机门架的上部。在地面铺设导轨,使门架下部的导向轮以一定的间隙夹在导轨的两侧,从而防止堆垛机运行时产生摆动和倾刹。悬挂式堆垛机有如下优点:在设计门架时,可以不考虑横向的弯曲强度,钢结构的自重可以减轻,加减速时的惯性摆动小,稳定所需的时间短;其缺点是维修和检查不方便。地面支承型有轨巷道堆垛机堆垛机的运行轨道铺设在地面上,堆垛机用下部行走轮支承和驱动,上部导向轮用来防止堆垛机倾倒或摆动。和悬挂型有轨巷道堆垛机相比,这种堆垛机的立柱主要考虑轨道平面内的弯曲强度,因此,需要加大立柱在行走方向截面的惯性矩。由于驱动装置均装在下横梁上,容易保养和维修。(3) 按其运行轨迹形式不同,分为直线运行型堆垛机和曲线运行型堆垛机。直线运行型堆垛机直线运行型堆垛机只能在巷道内直线轨道上运行,不能自行转换巷道。只能通过其他输送设备转换巷道,直线运行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。曲线运行型堆垛机曲线运行型堆垛机行走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,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。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。本文研究的堆垛机是结构形式为双立柱,支承方式为地面支承型,并且其运行轨迹为直线型巷道堆垛机。 1.1.4 巷道堆垛机的特点 由于使用场合的限制,巷道堆垛机在结构和性能方面有以下特点: (1)整机结构高而窄,其宽度一般不超过储料单元的宽度,因此限制了整机布置和结构选型。 (2)金属结构件除应满足强度和刚度要求外,还要有较高的制造和安装精度。 (3)采用专门的取料装置,常用多节伸缩货叉或货板机构。 (4)各电气传动机构应同时满足快速、平稳和准确。 (5)配备可靠的安全装置,控制系统应具有一系列连锁保护措。1.2 设计的目的和意义仓储自动化建设是一项系统工程,物资储运作业自动化是其重要的内容。实现仓库物资储运作业自动化,仓储机械设备、设施及管理、信息、人才系统配套、协调发展是重要的发展趋势。通过引入计算机、自动控制技术和人工智能等高新技术对仓储机械的技术该做,仓储机械的技术性能将较大提高。载重量大、机动性强、操作方便、可维修性好的叉车、无人叉车、牵引车、托盘运输车、堆高车、堆垛机、码垛机、管道输送机、带状输送机、自动拣选机等先进的装卸搬运机械设备将广泛应用于仓储系统。本设计通过设计用于仓储货架的堆垛机,完成堆垛机水平行走机构、起升机构、载货台及货叉机构、机架和电气设备的设计,能及时、准确地把物品自动送到指定位置,从而加深对堆垛机的认识与了解。1.3 设计的内容及要求 有轨巷道堆垛机的内容包括: 第一,分析、论述目前堆垛机堆垛的原理、方法,堆垛机的设计思路,探讨各种解决途径。 第二,论述本设计采用的方法、原理及可行性,进行结构设计、运动学计算和强度计算。 第三,堆垛机的工作方式及货物识别控制原理。 第四,绘制堆垛机总装图和主要零部件图。 有轨巷道堆垛起重机的设计要求包括: 1.结构简单、操作方便。 2.堆垛方式准确可靠。 3.结构紧凑坚固,使用维护方便,外形美观。- 2 -XX大学本科毕业设计(论文)中期报告XX大学2015届本科毕业设计(论文)中期报告毕业设计(论文)题目:高架式立体仓库机械结构设计专业(方向):机械设计制造及其自动化学生信息: 姓名: 学号: 班级:指导教师信息:教师号: 姓名: 职称:教授报告提交日期:内容要求:一、 高架式立体仓库提升机结构设计总体方案确定有轨巷道堆垛起重机是伴随着自动化立体仓库的出现而成长起来的专用型起重机,它是在高层货架的巷道内进行作业的起重机,通常我们简称其为堆垛机。(1) 按结构形式,它可以分为双立柱有轨巷道堆垛机以及单立柱有轨巷道堆垛机:双立柱有轨巷道堆垛机双立柱有轨巷道堆垛机是主要由两根立柱、上下横梁、带货叉的载货台等组成,其中立柱、下横梁和上横梁可以组成一个长方形的框架,我们称之为机架。立柱的形式主要有方管、圆管两种,其中方管可以同时当做起升导轨;圆管则需要附加起升导轨。这种双立柱有轨巷道堆垛机的最大优点是刚度和强度都相对较好,能够快速的起动、制动,并且运行较平稳。一般来说,这种堆垛机用在起重量较大、起升高度较高和水平运行速度较快的立体仓库中,其缺点是自重比较大。其结构如图1.1所示:图1.1双立柱有轨巷道堆垛机单立柱有轨巷道堆垛机单立柱有轨巷道堆垛机的机架只有一根立柱,它由单根立柱、下横梁以及上横梁组成。立柱一般来说采用型钢或焊接制作,立柱上另设有导轨。由于其整机重量较轻,消耗的材料较少,因而制造成本相对较低,但缺点是刚性稍差。因为载货台和货物对单根立柱有偏心力,在加上行走、制动时所产生的水平惯性力,这就使得单立柱有轨巷道堆垛机在使用上有了比较大的局限性。它不适用于起重量较大和水平运行速度较高的堆垛机。单立柱堆垛机的起升结构,一般采用钢丝绳传动,首先由电机减速机驱动卷筒转动,然后再通过钢丝绳牵引着载货台沿立柱或者起升导轨作升降运动。对于钢丝绳传动,传动和布置相对容易,但定位的准确性稍差,易产生误差。其结构如图1.2所示。 图1.2单立柱有轨巷道堆垛机在这里,由于提升高度比较高 ,而且货物的重量比较大,所以我们选择双立柱有轨巷道堆垛机。双立柱有轨巷道堆垛机一般采用钢绳进行起吊,下面对两种起吊方案进行讨论:方案一:使用定滑轮直接起吊,如下图1.3所示:图1.3 定滑轮起吊优点:起吊速度快,起吊高度和绳长相等缺点:起吊所需功率大,需要的大功率的电机,且提升机晃动大方案二:采用动滑轮方式起吊,如下图1.4所示:图1.4 动滑轮起吊优点:电机功率可以选小一些的,起吊运行平稳,启停平稳缺点:起吊高度等于一半的绳长总结:经过比较之后,还是选择方案二,虽然增长了缆绳的长度,但运行比较平稳,启停也比较平稳,所需的电机的功率也不用太大,成本较低。二、高架式立体仓库提升机结构设计结构详细设计2.1 设计参数 立体仓库为29巷道58排32列26层堆垛机总高度:30m 总长度:3.1m 总宽度:1m堆垛机额定起重量100kg行走最大速度125m/min(2.1m/s)升降最大速度30m/min(0.5m/s)货叉速度9m/min(0.15m/s)加减速度:升降0.6 行走0.6 伸缩0.2货架上下26层,层高1100mm货架每层32格,格宽900mm货箱尺寸:长宽高600500800mm货格尺寸:长宽高9006001100mm自动化立体仓库主要由货架,堆垛机,提升机构,自动控制系统等组成,本课题的主要任务是完成提升机构及堆垛机的结构设计。2.2 堆垛机起升机构传动方式的选择巷道式堆垛起重机的起升机构是能够让载货台实现垂直运动的机构,他主要由减速器、制动器、电动机、卷筒(链轮)以及相应的柔性构件组成。电动机通过减速器带动柔性构件从而实现载货台的升降。常用的柔性件有起重链和钢丝绳这两种。其中链条传动的缺点是自重较大,极可能突然断裂,安全系数低。因此我们这个传动机构选用的是钢丝绳,钢丝绳的优点是质量较轻,使用比较安全,工作噪声低,方便维护保养等。堆垛机在特殊的环境下工作,为了使起升机构的结构紧凑一些,我们在这里选择带制动器的电动机。这种电动机具有锥形的转子,在通电的时候,内部转子在磁力的作用下可以产生一定的轴向位移,与此同时可使尾部的锥形盘式制动器打开。在断电的时候,磁力消失,制动器在弹簧作用下又可以重新上闸,这样就可以使得电动机很快地停止。起升机构一般布置在堆垛机的下方,位于立柱的外侧。联轴器我选用的是梅花形弹性联轴器,这个联轴器是由两个形状相同的带突爪的半联轴器和梅花形的弹性元件组成,将梅花形弹性元件置在两个半联轴器的突爪之间,让两个相联结。在联轴器工作时,梅花瓣受压力的作用。单向运转时只有一半的花瓣参与了工作,另一半则不承载;反向运转时,也是这样。这个联轴器的特点有:零件数少,径向尺寸小,结构简单,不需润滑;弹性块受压,承载能力较高。减速器我选用的是JZQ型减速器,它是一种专为起重机而设计制造的低硬度减速器,制造工艺简单,很多的中小型厂均有销售。卷筒我选用的是可以与减速器配合的自制卷筒,通过齿轮的连接盘与减速器低速轴齿轮轴端相连接。此卷筒的基本特点是:卷筒轴只承受弯矩,而不受转矩的作用,为封闭式传动,不受外界的环境干扰。钢丝绳的一端固定在固定在机架的上横梁上,另一端固定在卷筒上,钢丝绳通过安装在立柱上的一组定滑轮导向,可以带动安装在载货台上的两个动滑轮来控制载货台的升降。三、提升机构的总体选型31 提升机构的总体选型1上横梁由四块钢板焊接而成的箱体结构,它与立柱之间通过焊接联结在一起。2立柱由钢板和角钢所焊接成的箱式矩形断面,具有重量轻,耐磨性好,抗扭、抗弯刚度大等等特点。3下横梁由四块钢板焊接的箱式矩形断面,有较大的抗扭、抗弯刚度。下横梁与立柱间通过焊接联结在一起。4.定机构的工作级别托盘单元承重100kg,加上200kg堆垛机自重,所以起重量Cp=300kg,而起升速度v=0.5m/s,接电持续率JC=25%,起升高度H=28m 堆垛机工作级别是依据堆垛机使用条件的两个重要数据来划分的,即载荷状态和利用等级,这也是堆垛机的设计依据,现由设计原始数据和堆垛机实际运动情况选定三个参数如下:利用等级T4,载荷情况L2,工作级别M45.计算钢丝绳最大静拉力并且选择合适的钢丝绳 采用单联滑轮组,此时:m=nm滑轮组倍率n悬挂物品挠性件分支数起升机构以钢丝绳滑轮组作为执行构件,选取悬挂物品挠性件分支数n为2,滑轮组倍率m为2钢丝绳的最大静拉力: Q起升载荷(N),起升质量,即起重量(kg)滑轮组分支数q滑轮组倍率a滑轮组钢丝绳卷入卷筒根数机构总效率,取为0.98本机构中q=2,a=1依据最大静拉力选择型的钢丝绳,钢丝强度极限取选择系数C=0.099钢丝绳直径为 取d=6mm 钢丝绳的最小破断拉力(纤维芯钢丝绳),钢丝绳的安全系数为,满足要求6.确定最小的卷绕直径 取弯曲频率系数,卷筒的工作级别系数,滑轮的工作级别系数,卷筒最小直径滑轮最小直径设计采用齿轮连接盘式的多层卷绕卷筒取以绳槽底测量的卷筒直径(即卷筒名义直径)卷筒为标准槽形的卷筒,槽距t=7mm,则总长 取L=300mm,满足要求卷筒槽形的槽底半径R3.3mm卷筒壁厚 取铸钢卷筒应进行退火处理,不得有裂纹,表面上不得有影响使用性能和有损外观的显著缺陷(如气孔、疏松、夹渣等)。7.滑轮的确定选择以绳槽底测量的直径为220mm的标准滑轮。8.选择电动机并验算制动力矩 选择的是绕线式交流感应电动机电动机的静功率为 v额定起升速度(m/s)机构效率,初算时近似取m机构电动机个数选用Y100L1-4型电动机,功率为2.2KW,额定力矩为2.3Nm 同步转速为1430r/min取,对绕线电动机,H=2.1,因此,满足要求制动安全系数取k=1.75(重要起升机构),效率取,于是,满足要求,其中最小制动转矩R卷筒半径,9.决定机构的传动比并选择减速器 传动系统的总速比为电动机额定转速与卷筒转速之比卷筒转速根据起升速度v计算: 传动总速比,选用JZQ标准减速器的第IV档速比i=23.34,额定功率为3.1KW,额定转速为1500r/min.JZQ250型减速器,质量为100kg9.联轴器的选择 此联轴器为减速器高速轴使用的联轴器,而减速器低速轴通过卷筒上的齿轮连接盘直接与卷筒连接。联轴器采用调剂性能较好的梅花形弹性联轴器,选用LM3型梅花形弹性联轴器即可,能长期传递的最大转矩为200Nm,满足要求。五、下一步还需要完成的主要工作1、继续完善机架、行走机构、垛机货叉部分的选型,计算校核2、完善细化装配图纸,并绘出零件图纸3、编写说明书4、完成英文文献翻译7XX大学本科毕业设计(论文)前期报告XX大学2015届本科毕业设计(论文)前期报告毕业设计(论文)题目:高架式立体仓库机械结构设计专业(方向):机械设计制造及其自动化学生信息:学号:姓名: 班级:指导教师信息:教师号: 姓名: 职称:教授报告提交日期: 2015.3.20一、 课题研究目的和意义自动化立体仓库他是仓库储存领域的一种最新的技术,他是以高层货架为主体,以成套的搬运设备为基础,以计算机控制技术为手段的高效率物流、大容量存储的机电一体化高科技集成系统,集规划、管理、机械、电气等等为一体,具体实现了自动化搬运、智能控、信息网络化,是现在仓库储存搬运技术的一个大的发展趋势。采用高层货架进行储存,能够提高空间的利用率和货物的智能管理效率,由于使用了高架式立体仓库储存技术,储存区可以最大限度的向三维空间扩展,可以更加充分的利用仓库地面以及空间,进而提高空间的使用率。目前世界上最大的高架式立体仓库已经达到了50米,单位面积储存可达7.5吨,是普通仓库5-10倍,甚至更多。就目前来说,高架式立体仓库是物流系统的重要组成部分。现在大批的科学家以及工程师在不懈的投身于提高自动化立体仓库的效率提升的研究工作中。尤其是在近30年,自动化立体仓库的更方面已经取得了长足的发展,无论是在立体仓库的硬件设备,还在在自动控制和通讯技术方面,都有不小的进步,这就让现在的高架式立体仓库的工作效率大大提高。但随着现代机械制造对于立体仓库的工作效率的要求在不断的提升,所以现在研究自动化立体仓库就十分具有实际意义。二、本课题国内外的研究现状和发展趋势自动化立体仓库的产生和发展是在第二次世界大战之后,在50年代的时候,美国就出现了采用了桥式堆垛起重机的立体仓库;50年代末60年代初出现了巷道式堆垛起重机式立体仓库;世界上的第一座自动化立体仓库于1963年在美国建成,继美国之后,德国也相继开发了自动化立体仓库。在进入80年代后,自动化立体仓库的再全世界范围内的发展都是比较迅速的,涉及到了各行各业。对于我国来说,起步并不算晚,在1963年就由机械部北京起重运输机械研究所研制了第一台桥式堆垛起重机,1973年开始着手研制可以由计算机控制的立体仓库,在1980年投入使用。截止到目前为止,我国已拥有将近1000多座立体仓库。现在我国更有多家单位从事立体仓库的研究工作,比如西安迪普物流机械有限公司、太原双塔刚玉股份有限公司等等。而现代的自动化立体仓库也凭借其高效的利用率、强有力的入出库能力、便捷的计算机控制等优点成为了现代企业物流的核心。三、 本课题主要研究内容1、 立体仓库主要具有以下功能:入库、出库、库存、联网和设置这五项基本功能。双立柱式堆垛机2、 堆垛机结构: 机架机架的主要作用是承载,主要有两个横梁及两根立柱组成。其中上横梁须有天轨阻挡器和缓冲器,下横梁须有地轨阻挡器。 行走机构在这里可以选用DAM AG行走轮组件,应装在下横梁,由一个行走电机、减速器、行走轮和沿着地轨的导向轮组成。为了保证机构可以运行的平稳一些,上横梁应该装天轨导向轮。 提升机构和载货台主要包括提升电机(减速器)、传动链条、提升链条、传动链轮、提升链轮组成。其中,提升链条用双排滚子链条,他的安全系数应大于5,与载货台和两个横梁的链轮组成封闭结构。提升机通过变频PLC控制,从而避免了运动起始时所受拉力过大。为保证运动的平稳性,在他的每个侧面有沿立柱的4个导向轮和2个顶轮。其具体的运动过程如下: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。 货叉由点击减速器、叉板、辊轮轴承、链轮、链连接装置、活动导轨、固定导轨以及一些定位装置组成。如下图所示:内侧辊轮轴承通过连接板和叉板连接在了一起, 外侧辊轮轴承安装要在固定导轨上,固定导轨安装应在载货台的横梁上,2 组轴承都镶嵌在工字型的活动导轨中,为了使货叉的伸缩到位,进而保证准确的存货、取货,所以我在货叉上装上了机械定位装置(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。还有检测货叉是否可以准确回到原位置的中位感应条和接近开关。其主要工作过程如下:电机减速器通过链条驱动链轮,进而链连接板带动活动导轨运动,再通过链轮和链连接板 I 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。 电气设备及控制主要包括电力拖动、堆垛机控制、信号传输等。堆垛机一般采用滑触线供电,因而选择抗干扰较好的红外通信方式,堆垛机的运行特点是要做到精确定位以及准确辨认地址,所以堆垛机的位置控制采用绝对认址方式,即用激光测距仪测量堆垛机到基点的距离和本来就先存储在PLC中的数据比对,这样确定堆垛机的现在位置,虽成本高,但胜在准确性高,较为可靠。 安全保护装置(1) 在堆垛机行走轨道,载货台的升降以及货叉伸缩终端都有机械限位装置,来保证不会超程;(2) 货物检测载货台上面会有一个测量货物是否超高、超宽、超长的检测装置,此原件可以采用反射式的光电传感器;(3) 应在载货台上设置检测货叉是否准确归位、货叉上是否剩余货物的装置。如果货叉没有归位的话,堆垛机不能水平运动;如果货叉上已经有了货物的话,那么就不能再次取货。(4) 应当有断电保护装置,这样在载货台升降中突然停电的话,可以保证货物不会掉下来砸伤人。四、 可能遇到的问题以及初步解决方法1、 入库和出库管理入库和出库是整个高架式立体仓库的核心,他首先完成对整个货物的分类,包括毛坯件、毛坯组件、成品件、成品组件的自动化的分类;其次还应该可以根据计算机和具体设备的反馈信息进行综合处理,进而把货物准确的进行派送,送到指定的位置区域;在堆垛机取出货物并送出以后,核心计算机应准确记录,保证以后出现问题的话查而有据,同时也保证整个仓库系统的高效利用率。2、 AS/RS存储位置分配常用有四种存储策略:定位存储、分类存储、随机存储、共同存储。五、 计划进度表3月23日 4月3日4月4日 4月8日4月9日 4月20日4月21日 5月12日5月13日 5月27日5月28日 6月8日6月9日 6月18日6月19日 6月20日6月21日 6月27日调研,查阅相关资料,写开题报告修改完善开题报告设计方案分析确定方案并绘制总体装配草图绘制装配图绘制零件图完成设计说明书准备答辩答辩六、 参考文献1 刘昌祺. 自动化立体仓库设计.北京:机械工业出版社,2004.2 刘昌祺. 物流配送中心管理技术.北京:机械工业出版社,2004.3 刘昌祺. 物流配送中心规划与设计.北京:机械工业出版社,2004.4 刘昌祺. 物流配送中心拣货系统选择及设计.北京:机械工业出版社,2004.5 刘昌祺. 物流配送中心设施及设备设计.北京:机械工业出版社,2004.6 马明云.基于 Petri 网的 AS/RS 出入库调度优化与控制问题研究D.西安理工大学硕士学位论文,20077 朱仲力. 自动化立体仓库设计. 山东机械,1991,第四期:P17-198 真虹,张婕姝主编.物流企业仓储管理与实务M.北京:中国物资出版社,2003.9 龚秋生,堆垛机的机械结构及控制系统设计研究,沈阳理工大学硕士学位论文,201310 曹盈,自动化立体仓库的应用与工艺布局研究,20016XX大学2015届本科毕业设计说明书XX大学城市学院毕业设计说明书 作 者: 学 号: 系: 机械工程系 专业: 机械设计制造及其自动化 题 目: 高架式立体仓库机械结构设计 指导者: 教授 评阅者: 2015年6月13日毕业设计(论文)中文摘要题 目 高架式立体仓库提升机结构设计摘要:这些年来,随着工厂生产速度越来越快,很多的工厂已经开始意识到物流系统的改进和发展对于工厂的长远发展是极其重要的。自动化仓库堆垛机是最常用的起重堆垛装置,它可以实现在轨道上的往返运动,可以智能的把各种物品运送到指定货架当中去。在这里较具体的阐述了现在使用最多的双柱堆垛机的设计方案,本文重点阐述以下几个部分:仓库的总体布局、起升机构的设计,货叉伸缩机制等。首先,要现有一个大体的思路,包括电动机的选择和基本计算、减速器的选择、齿轮和齿条的计算,总体的设计方案等等,其次,对于每个机构都进行了受力分析,然后初步判断它的的初始值,随后检查验算,最后确定实际值。 关键词: 自动化立体仓库 堆垛机 升降机构 货叉伸缩机构 毕业设计(论文)外文摘要Title DESIGN OF STACKER CRANE FOR AUTOMATIC WAREHOUSE AbstractIn recent years, with the level of enterprise management and the improvement of production, many enterprises has begun to realize is very important improvement and development enterprise logistics system rationalit Poincar.Entreps t automatic stacking machine is the most common in stacking machine, can realize the three-dimensional space shuttle can be all kinds of transport of goods smart shelf space allocation.In the specific design using double stacked column machine is now more generally, the following sections of this article: overall design of warehouse layout and a lifting mechanism, dial fork t e lescopique.dhe has a great idea, including motor selection and calculation, reducer, gear, rack, and the system design. Secondly, each agency force analysis, preliminary determine the initial value and then checking to verify, finally determine the practical value.Keywords:Automated warehouse, Stacking machine, Lifting mechanism,Fork flex mechanism 目 录目录1 绪论- 1 -1.1 研究的背景与内容- 1 -1.2 设计的目的和意义- 5 -1.3 设计的内容及要求- 6 -1.4 设计参数- 6 -2 总体设计方案的确定- 7 -2.1 堆垛机3个方向运行速度的确定- 7 -2.2 堆垛机各个部分的方案确定- 8 -2.3 堆垛机的技术参数- 10 -2.4 堆垛机的技术要求- 10 -3 堆垛机行走机构与机架的选型及设计- 11 -3.1 行走机构的选型- 11 -3.2 堆垛机机架的选型设计- 14 -4 堆垛机提升机构的设计- 14 -4.1 提升机构的总体选型- 14 -4.2 卷筒的设计- 17 -5 堆垛机货叉的设计- 24 -5.1 货叉传动装置的总体选型- 24 -5.2 货叉装置传动齿轮、齿条的设计计算- 24 -5.3 货叉传动机构的链轮、链条设计计算- 28 -5.4 制动器的制动容量的设计- 31 -6 堆垛机安全装置- 31 -6.1 防撞保护装置- 31 -6.2 断绳保护装置- 32 -7 结论- 32 -致 谢- 34 -XX大学2015届本科毕业设计说明书1 绪论1.1 研究的背景与内容 1.1.1 概述自动化立体仓库他是仓库储存领域的一种最新的技术,这种技术的主体部分是高层的货架,它的基础是包括堆垛机在内的各种运输设施,是一种高效率的自动化系统,集规划、管理、机械、电气等等为一体,具体实现了自动化搬运、智能控、信息网络化,是现在仓库储存搬运技术的一个大的发展趋势。采用高层货架进行储存,能够提高空间的利用率和货物的智能管理效率,因为运用了最新型的仓库储存技术,因此存储区域可以更加充分的利用现有的空间,这样就提高了现有空间的使用率。目前世界上最大的高架式立体仓库已经达到了50米,单位面积储存可达7.5吨,是普通仓库5-10倍,甚至更多。就目前来说,大批的科学家以及工程师在不懈的投身于提高自动化立体仓库的效率提升的研究工作中。尤其是在近30年,自动化立体仓库的更方面已经取得了长足的发展,在软硬件两方面都收获颇丰。但随着现代机械制造对于立体仓库的工作效率的要求在不断的提升,所以现在研究自动化立体仓库就十分具有实际意义。 1.1.2 有轨巷道堆垛机的发展和特点美国在这方面走在世界的前列,世界上第一个就是在美国出现的,继美国之后,德国也相继开发了自动化立体仓库。1980年之后,自动化立体仓库开始迅猛的发展,其中包含了。我国也算是坐上了立体仓库研制发展的末班车,在19世纪60年代就成功研制了第一台桥式堆垛起重,70年代开始着手研制初具现代化规模的自动化立体仓库,在1980年投入使用。现在我国更有多家单位从事立体仓库的研究工作,比如西安迪普物流机械有限公司、太原双塔刚玉股份有限公司等等。而现代的自动化立体仓库也凭借其高效的利用率、强有力的入出库能力、便捷的计算机控制等优点成为了现代企业物流的核心。 图1.1仓储1.1.3 有轨巷道堆垛机的类型有轨巷道堆垛机可以根据它截然不同的结构、运行方式和支承等进行分类,通常情况下分为如下几种:(1) 根据不同的结构,它可以分为双立柱/单立柱有轨巷道堆垛机:双立柱有轨巷道堆垛机双立柱有轨巷道堆垛机的机架体是由两个立柱和两根横梁所构成一个长方形的框架。在这里立柱选用比较实用的方形,可以同时用做起升导轨;但是圆形的则需要另外添加一个新的起升导轨。这种双立柱有轨巷道堆垛机的最大优点是刚度和强度都相对较好,运动起来可以比较迅速的达到指定速度,运行过程中,行驶很平稳,刹车也迅速。一般来说,在货物重量比较大的时候,优先选用这种双立柱堆垛机,同时如果是在起升的高度很高并且系统所要求的运行速度快的立体仓库中,同样也优先选用这种堆垛机;它的缺点是自身比较沉重。其大体结构如下图1.2所示:图1.2双立柱有轨巷道堆垛机单立柱有轨巷道堆垛机单立柱有轨巷道堆垛机,顾名思义就是它的机架仅有一根立柱。立柱在这里采用的是型钢,也可以是焊接的,在立柱上需要重新铺设一个新的导轨。这种单立柱式的堆垛机制造成本相对来说比较低一些,因为它整体制作所需要的材料较少,但有利也就有弊,他的缺点就是刚性差。由于是单根的立柱,所以无论是取货还是送货的时候,堆垛机所携带的物品都会对这单根的立柱有一个偏心力的作用,当堆垛机在起步时,或者突然停止,肯定会有惯性的作用,这种情况就限制了单立柱堆垛机的应用范围。当需要起重的货物重量很重的时候,或者是需要的运行速度很快的时候,这种堆垛机都不太合适。这种堆垛机的起升装置的话,可以选用利用钢绳,首先由电机经过减速器的作用传动到卷筒,继而通过卷筒上的钢绳拉着载货台沿这根立柱或者起升导轨运动。这种采用的是钢丝绳传动,对于这种传动情况来说,他的布置比较简单,但是定位会不可避免的产生一些误差。其基本结构如下图1.3所示:图1.3单立柱有轨巷道堆垛机(2) 根据支承方法的不同,它可以分为悬挂型/地面支承型。悬挂型有轨巷道堆垛机悬挂型有轨巷道堆垛机也就是悬挂在空中,支承整个机体重量的在顶部,所以它的运行装置同样也在堆垛机机架的顶部。地面上需要作出相应的导轨,这样可以让机架底部的导向轮夹住导轨,这样便有效地预防了堆垛机的运行不稳定的问题。这种堆垛机有以下优点:在设计机架时,不需要考虑横向的弯曲强度,钢结构的自重会有一个适当的减轻,加减速时的惯性作用比较小,较容易进入到稳定运行的的状态;相对而言,这种类型的堆垛机也是有缺点的,比较显著的缺点就是维修难度大,对应的常规检查也很不便利。地面支承型有轨巷道堆垛机这种类型的堆垛机是沿着在地面上的导轨运行,它的运行装置在整个堆垛机的最下端,这样上横梁导向轮的作用就是保证运动过程的平稳性。这种类型的堆垛机与悬挂型堆垛机相比,它的驱动装置在整体结构的底部,这样相对而言就给保养和维修提供了便利。(3) 根据它运行方式的不一样,可以分为直线/曲线运行型堆垛机。直线运行型堆垛机直线运行型顾名思义就是只可以行走直线,不可以转弯和换道。如果要转弯的话,就需要通过其他的输送设备来实现变换巷道的功能,它的优点运送货物的速度很快,出入库的频率较高。曲线运行型堆垛机曲线运行型堆垛机的行走机构比较特别,它的行走轮和下横梁是通过垂直轴铰接的,使得它可以在环形轨道或其他曲线轨道上行走,这样它就可以自己转弯和变道,不需要借助其他的工具。这种类型的堆垛机有一个很明显的缺点,就是只适合用在出入库频率不高的立体仓库中。在本次设计中,我采用的是双立柱结构,地面支撑型,直线运行堆垛机。 1.1.4 巷道堆垛机的特点由于工作环境等各方面的限制,堆垛机应该有以下特点:1)堆垛机应是高且窄,宽度应该小于货架的宽度,这就限制了对应堆垛机的一定尺寸。2)金属结构应该制造比较精确,同时安装也应精确一些,而且还要满足对应的强度和刚度的要求。3)设计对应的专用货叉以保证取入料的精度,一般来说用的比较多的是货板机构,有时候也会用到多节伸缩货叉。4)电气传动机构需要满足稳、准、快等特点。1.2 设计的目的和意义作为一项现在很火的自动化技术,我们探索和研究它就具有很现实的实际意义。就现阶段来说,能够自动完成对应的出入库动作,实现其自动化是最重要的。我们现在可以从国外等引入一些高新技术,比如说现在很火的机器人技术,微机自动控制等,这些可以促进立体仓库自动化的提升。同时,各种各样功能更加强大的无人叉车、先进的堆垛机等设备将更广泛应用在仓储系统中。这次的课题通过设计仓库的总体布局,最重要的是设计了用于高架式立体仓库的提升机构堆垛机,以及堆垛机对应的一系列相关结构,实现了可以精确无误的地把物品送到特定的货格。而且我从设计的过程中也了解到了一些自动化仓储系统的知识。1.3 设计的内容及要求通过本毕业设计,主要培养调查研究,检索中文献和综述的能力;综合运用专业理论,只是分析与比较的能力;计算机用运用的能力;设计与绘图能力;动手实践能力;逻辑思维与形象思维相结合的文字(含外文)及语言表达能力。实现生产线的自动控制,达到节省人力、物力的目的。 原始数据: (1)仓库总体尺寸:80000mm 40000mm 30000mm (2)单元托盘货物重量为100kg 工作要求: (1)说明书要求打印。 (2)尽量采用CAD/CAM软件进行设计图的绘制,至少3张0#图纸。 1.4 设计参数 立体仓库为29巷道58排32列26层堆垛机总高度:30m 总长度:3.1m 总宽度:1m堆垛机额定起重量100kg行走最大速度125m/min(2.1m/s)升降最大速度30m/min(0.5m/s)货叉速度9m/min(0.15m/s)加减速度:升降0.6 行走0.6 伸缩0.2货架上下26层,层高1100mm货架每层32格,格宽900mm货箱尺寸:长宽高600500800mm货格尺寸:长宽高9006001100mm2 总体设计方案的确定堆垛机组成图2.1 有轨巷道式双立柱堆垛机1.天轨 2.天轨导向轮 3.上横梁 4.立柱 5.链轮 6.载货台导向轮 7.载货台顶轮 8.电器柜 9.轮系 10.地轨 11.下横梁 12.电机 13.卷筒 14.减速器 15.载货台 16.货叉 17.载货台立板2.1 堆垛机3个方向运行速度的确定 (1)货叉的速度:货叉的可运行长度为460mm 加减速度是最合理的伸缩速度是,约为9m/min (2)升降的速度:货架高度为26110028600mm=28.6m最合理的升降速度为,,即0.5m/s (3)行走的速度:32900=28800mm=28.8m加速度为所以可得最合理的行走速度是,取为125m/min2.2 堆垛机各个部分的方案确定 2.2.1 堆垛机提升机构传动方式的确定我们首先确定堆垛机的提升结构,首先,提供动力的电动机必不可少,然后还有减速器、卷筒等装置来实现对物体的提升。其大概工作过程如下:电动机通电自转,经过减速器的作用将力传送到滚筒上,使得卷筒随之旋转,固定在卷筒上的钢绳随之运动,进而实现载物台的上升和下降。在这里我选用的是质量较轻的钢绳,它的重量较小,比较安全,而且维修比较便利,制作成本也比较低。在这里我选用的是带制动器的电动机。这种电动机的停止比较迅速,准确性更高联轴器选梅花形弹性联轴器,这种联轴器的结构比较简单,承载能力较好。减速器采用JZQ型,JZQ型减速器可以说是起重机的专用减速器,国内很多厂家都有出售。钢绳起吊方式选用动滑轮方案,钢丝绳首先要在卷筒上固定,然后经过两个动滑轮,固定在机架体上,通过卷筒的转动带动钢绳的运动,进而通过动滑轮的作用带动载物台运动。 2.2.2 堆垛机运行机构的方案选择行走机构采用QS三合一系列减速机+夹轨器车轮组。可以有效提高行走速度,防止倾斜,检修维护方便。 2.2.3 堆垛机机架的设计思路在这里,无论横梁还是立柱,选用的都是钢结构,所以我选用了焊接这种比较简单的方法。 2.2.4 堆垛机货叉的方案确定货叉是堆垛机实现抓取物体的最重要的结构。货叉通过齿条传动,之所以选择齿条传动,是因为齿条传送易于理解,结构简便。货叉装置在这里采用的是二级直线式货叉,这种货叉比较小巧精致,且可承受载荷较大。货叉主要由两个叉板、传动机构、电动机、联轴器、减速器、链轮链条传动装置和滚针轴承等组成。图2.2 货叉装置结构示意图1.滚针轴承 2.支撑轴 3.上叉支撑板 4.垫片 5.螺母 6. 上叉叉板 7.上挡板 8.上叉齿条板 9.下叉立板1 10.活动导轨 11.下叉立板2 12.轴承支撑板 13.减速器 14.链轮 15.链条 16.传动轴 17.联轴器 18.传动齿轮 19.平键 20.齿条 21.滚针轴承2 22.挡圈 23.电动机 24.下挡板其大体结构如上图2.1所示。上叉叉板选用花纹钢板防滑。货叉传动系统由电动机、联轴器和减速器进行驱动,除传动系统外其他部件均为对称布置,来提高系统的平稳性。2.3 堆垛机的技术参数(1)速度参数。即6个方向的速度,包括上下,左右,前后这6个方向。速度参数直接关系到仓库整体的运行效率。(2)尺寸参数。包括提升高度、堆垛机的长度、宽度和叉取方向的叉取深度等等。(3)噪音。堆垛机运行时应当尽量安静,应小于84分贝。(4)驱动机构。驱动机构是整个机器的核心动力机构,要采用各项技术指标较高的元件,降低故障率,保证堆垛机长时间正常运行。(5)起重量和载荷参数。其中主要参数有额定提升单元重量,另外还包括提升总重量,轮压等等。2.4 堆垛机的技术要求堆垛机可以平稳工作需要满足以下几项:(1)工作环境的温度为应该大于-5,并且小于40,而且工作在40的时候,应满足相对湿度50。(2)堆垛机工作环境的应保持清洁,污染等级应在国家规定范围之内。(3)供电电源为380V的三相交流电,频率是50Hz,电压的波动可达。对通用零部件的要求:(1) 对链条链轮的要求选择短节距的精密滚子链。按GB/T12431997的标准选取。链条强度许用安全系数6。并且要经常进行润滑。(2) 对钢丝绳的要求采用GB/T89181996中规定的圆股钢丝绳。(3) 为保证堆垛机停止的平稳性,要求当堆垛机载重为其荷载70%而撞击的时候,缓冲器可以很好的承受。可选择橡胶制作,也可以选择液压装置。(4) 性能要求货叉的工作性能堆垛机正常运行时,货叉能快而准的抓取货物。堆垛机的运行性能堆垛机运行时,速度不应相差太多,与额定速度的误差应保持在以内。载货台升降性能载货台的升降额定速度误差不大于5%,在换档时应尽量保持整个机身的平稳性,这就要求有良好的制动能力,具体应使停准精度保持在以内。动/静载荷试验 堆垛机的额定起重量。在的载荷条件下,需要完成各个理论动作,这就是动载荷试验。同时还应该进行静载荷试验。静刚度试验当其刚好是额定载重,载物平台升到向上走到极限位置的时候要测量,他的静刚度值要小于。3 堆垛机行走机构与机架的选型及设计3.1 行走机构的选型 起重量,Q=2943N,运行速度v=2.3m/s,JC=25%,堆垛机自重m=5000kg,机构工作级别为M4,比值(1) 确定车轮直径 因为部件布置导致4个轮压是不一样的,我们假定不均匀系数1.2:所以可得单个车轮的受力为:从而可得车轮的最小轮压空载轮压:最大轮压为满载轮压:车轮的等效疲劳计算载荷为: (3.1)选择无轮缘带平衡架及水平轮的车轮组,这种车轮可以有效的保证堆垛机运行的平稳性,车轮D=250mm,车轮允许轮压为25.8KN。(2) 选择电动机 (3.2)运行静功率: (3.3) 电动机选用QS08三合一减速器,其内部包含电动机为YZR-112M型绕线型电动机,在JC=25%时,额定功率为1.831KW,同步转速为1000r/min,转动惯量,并且内部设有制动器。如图3.1为QS08三合一减速器。图3.1为QS08三合一减速器(3) 电动机发热验算 稳态功率 (3.4) YZR112型电动机,CZ=600时的允许功率为,发热满足要求。(4) 验算减速器 车轮的转速 (3.5)传动机构的速比为选用减速器的IX档,(5) 验算制动器 减速度取为,则减速时间于是制动转矩为: (3.6)QS08内含的盘式制动器的制动力矩为 ,满足要求。(6) 主动轮打滑验算 堆垛机运行时为单轮驱动,这样轮压可以降为总轮压的 (3.7)取粘着系数,则粘着力为:不打滑的条件为: (3.8)上式右端,满足要求D,d车轮及其轴径(mm)M运行的总质量(kg)v额定运行速度(m/s)起动时间(s)(7) 钢轨的选择轨道选用P15型号的轻轨,与车轮相匹配。3.2 堆垛机机架的选型设计天轨选用30a热轧工字钢,h=300mm,与上横梁导向轮相匹配。地轨选用型号为P15的轻轨,轨高为79.37mm,头宽为41.86mm,底宽为79.37mm,与行走车轮组相匹配。机架立柱由钢板和角钢组合焊接成抗扭、抗弯的相师矩形截面的结构,每段3m,用高强度螺栓由头部的法兰盘连接。立柱和横梁之间再进行焊接连接。立柱角钢选用6.3号热轧等边角钢。下横梁由四块50mm厚热轧钢板焊接而成,上横梁由20mm厚热轧钢板焊接而成。4 堆垛机提升机构的设计4.1 提升机构的总体选型 起重量Cp=100kg,提升速度v=0.5m/s,接电持续率JC=25%,提升高度H=28.6m1.确定机构工作级别 工作级由载荷状态和利用等级两个参数来划分选定三个参数如下表4.1:表4.1 提升机构参数利用等级载荷情况工作级别T4L2M42.计算并选择钢丝绳 采用单联滑轮组,此时:滑轮组倍率m=悬挂物品挠性件分支数n悬挂物品挠性件分支数n=2,即滑轮组倍率:m=2钢丝绳最大静拉力为: (4.1)所以钢绳选择型,钢绳强度极限取选择系数C=0.099钢丝绳直径为 (4.2)取d=6mm 最小破断拉力安全系数为,符合要求3.确定最小的卷绕直径卷筒最小直径, (4.3)滑轮最小直径 (4.4)选用单层卷绕齿轮连接盘式单联卷筒卷筒名义直径,加以钢丝绳之后测量的卷筒直径为146mm槽距t=7mm,则总长 (4.5)取L=300mm,满足要求卷筒壁厚 (4.6)取卷筒强度计算: (4.7)其中,P=7mm材料为铸造碳钢ZG270500,则,满足要求卷筒要进行退火处理,外观尽量保证其美观性,起码要保证不影响使用。滑轮采用220mm的标准滑轮。4.电动机的选择 选择绕线式交流感应电动机电动机的静功率为 (4.8)选用Y100L1-4型电动机各项参数如表4.2表4.2 Y100L1-4型电动机参数,满足要求。, 合格。5.选择减速器 卷筒转速根据起升速度v计算: (4.9)传动总速比选用标准减速器JZQ系列的第4档速比,额定功率为3.1KW,额定转速为1500r/min.JZQ250型减速器,质量为100kg6.联轴器的选择 减速器输入轴端选用LM3型梅花形弹性联轴器,低速轴直接与齿轮盘链接。4.2 卷筒的设计 4.2.1 卷筒部件计算 卷筒直径,卷筒长度,螺旋节距,卷筒壁厚,钢丝绳最大静拉力。(1)卷筒心轴计算 材料选用45钢调质。图4.1 卷筒心轴的支点位置图4.2 卷筒心轴的计算简图支座反力疲劳计算 (4.10)弯曲应力 (4.11) 对称循环载荷变化轴的材料为45号钢许用弯曲应力 (4.12)式中n=1.6安全系数故,通过静强度计算 低速轴零件 (4.13) (4.14)许用应力 (4.15),通过(2) 选择轴承 左端轴承 轴承的额定静负荷 (4.16)选用1205调心球轴承,左轴承的当量静负荷 (4.17)式中动负荷系数选取,安全右端轴承 右端轴承也选用1205轴承,右轴承的径向负荷 (4.18)轴向负荷,令,当量动载荷 (4.19) (4.20)所以 (4.21)故动负荷,安全(3) 绳端固定装置计算 钢丝绳直径d=6mm,选择梯形槽压板固定装置。M6的双头螺柱。绳端的作用力 (4.22)压板螺柱所受之拉力 (4.23)式中。当时 (4.24)螺柱受的合外力为: (4.25)式中Z2(螺柱数)(螺纹内径) (4.26)材料为Q235,则许用拉伸应力: (4.27) 式中取安全系数因为所以通过4.2.2 齿轮连接盘的计算(1) 选择齿轮连接盘材料 齿轮连接盘选用45号钢,调质处理 HBS245-275HBS(2) 齿面接触疲劳强度 (4.28) 齿轮连接盘内齿轮第公差组7级传动精度等级,分度圆直径 (4.29)悬臂布置内齿轮齿数Z40内齿轮转矩=9.55106P/n=9.551062.2/65.44=3.211N.mm (4.30)载荷系数 K= (4.31)使用系数KA=1动载荷系数KV=1.2齿向载荷分布系数=1齿间载荷分布系数1.1则载荷系数k的初值k=11.21.11.1=1.452弹性系数=189.8节点影响系数=2.5重合度系数=0.87许用接触应力 (4.32)接触疲劳极限应力=570N/应力循环次数得N=60nj=6076.71(83008)8.8 (4.33)则接触强度得寿命系数硬化系数=1接触强度安全系数57011/1.1=518N/故的设计初值=79.6mm 齿轮模数m=79.6/40=1.99所以取m=2mm内齿轮分度圆直径为因为,所以对于正常齿,齿顶高齿根高齿顶圆直径齿根圆直径选用减速器低速轴齿轮轴端的模数m=2mm,Z=40(3) 齿根弯曲疲劳强度校核 (4.34)齿形系数 内齿轮=2.60应力修正系数 内齿轮=1.60重合度系数 (4.35)许用弯曲应力 F= (4.36)弯曲疲劳极限=460 N/弯曲寿命系数 尺寸系数=1安全系数=1.3,则46011/1.3=353.85 N/ N/5 堆垛机货叉的设计5.1 货叉传动装置的总体选型,于是 (5.1)式中G运行质量的重力(N)则运行静功率为 (5.2)电动机的型号选用YEJ8014型的电磁制动三相异步电动机,额定功率为0.55KW,转速1390r/min。联轴器选用AQ01钢球离心式软起动安全联轴器。自带过载保护功能,传递功率为0.6KW。减速器选用WD3摆线针轮减速器,允许功率0.75KW。5.2 货叉装置传动齿轮、齿条的设计计算 圆周长度为故齿轮转速为(1) 选择齿轮、齿条材料齿轮:45钢调质处理 齿条:45钢正火处理 (2)齿面接触疲劳强度 (5.3) 计算出在0.13和0.22之间,取确定齿轮齿条传动精度等级为第公差组8级齿轮的分度圆直径 (5.4)齿宽系数按齿轮相对轴承为悬臂布置取为齿轮齿数20齿条长度为1000mm货叉传动系统中的链轮链条传动的传动比为1传动轴上的齿轮的转速为:双啮合齿轮的转速也为13r/min则齿轮转矩T1=9.55106P/n=9.551060.42/48=83560Nmm (5.5)载荷系数K= (5.6)使用系数KA=1齿向载荷分布系数=1.22齿间载荷分布系数由0动载荷系数KV=1.18及r1.88-3.2(1/+1/)COS=1.68 (5.7)查得1.21则载荷系数k的初值k=11.181.221.211.74弹性系数=189.8节点影响系数=2.5重合度系数=0.87许用接触应力 (5.8)接触疲劳极限应力, =570N/=460 N/应力循环次数为N1=60nj=60481(83008)=5.5 (5.9)N2=N1/4.6 (5.10)接触强度得寿命系数硬化系数=1接触强度安全系数57011/1.1=518 N/46011/1.1=418 N/故的设计初值=40mm (5.11)齿轮模数m=40/20=2mm所以取m=3mm齿轮分度圆直径=203=60mm圆周速度v=0.18m/s (5.12)与估取相近,满足要求因为齿宽系数0.4所以齿轮齿宽对于正常齿,齿顶高齿根高齿顶圆直径齿根圆直径取齿条齿根高齿条齿顶高齿条宽度齿条总高度式中为轮齿底部到齿条底部的高度齿距齿厚齿槽宽(3) 齿根弯曲疲劳强度校核计算 (5.13)齿形系数 齿轮=2.55齿条=2.45应力修正系数 齿轮=1.63齿条=1.65重合度系数 (5.14)许用弯曲应力F= (5.15)弯曲疲劳极限=460 N/=390 N弯曲寿命系数尺寸系数=1安全系数=1.25则46011/1.25=368 N/ (5.16)=39011/1.25=312 N/故21.46835602.551.630.70/(601806)=11.78N/21.46835602.451.650.7/(501806)=13.74N/5.3 货叉传动机构的链轮、链条设计计算(1) 选择链轮的齿数和 小链轮齿数,取为21大链轮齿数另传动比i=1,因为在货叉的传动系统中,链轮以及链条之间传动不需要改变速度,完全是1:1的速度传递。链轮材料为40Cr合金调质钢,淬火温度850,采用油淬,硬度可达到HRC40-50,淬火之后在500回火来降低其脆性。(2) 确定链节数 初定中心距,则链节数为 (5.17)取节(3) 确定链节距 工作情况系数链轮齿数系数多排链系数所选链条的额定功率 (5.18)选择链条型号为08A的单排链,抗拉载荷13.8KN链节距,中心距(4) 确定中心距 理论中心距 (5. 19)中心距减少量取为91mm实际中心距(5) 验算链速v 电动机转速为1390r/min,减速器减速比为107,所以链轮转速为 (5.20)(6) 作用在轴上的压力 链条有效拉力 (5.21)压轴力系数 (5.22)链轮主要尺寸计算如下:,取为85mm,取为77mm5.4 制动器的制动容量的设计制动器供整机的行走之后停止之用,还有就是载物台升降停止。载物台由于大部分时间都在负载状态运行,所以要有足够的制动转矩来满足制动要求,一般要达到1.5倍的最大转矩。校核参照第四章内容。6 堆垛机安全装置安全项目如表所示:表6-1自动化机械的一切运转都需要按照指定的设计来,否则会造成一些不可挽回的损失。由于仓库为高度自动化系统,所以当系统运行时,仓库内禁止有人。6.1 防撞保护装置选用底座焊接式弹簧缓冲器,缓冲力15KN。运行机构惯性力为:,满足要求缓冲容量为1KNm,缓冲行程为135mm6.2 断绳保护装置原理如下图6-2所示:图6-2 断绳保护装置1.钢丝绳 2.动滑轮 3.滑轮连接杆 4.支承板 5.钢丝绳2 6.压缩弹簧 7.导轨 8.止停块原理:当钢丝绳1断裂时,导致连杆3失重,对钢丝绳2失去拉力,导致压缩状态的弹簧弹开,推动两个止停块8向外运动,卡在导轨上,使载货台停止在原位置。7 结论自动化立体仓库的发展发展的速度已经是相当的迅速,全球范围内也有多家企业进入到这个行业,这充分的说明了这个行业具有很大的空间。随着各种新方法新技能的出现,现在的工业越来越有效率,同时随着市场竞争越来越激烈,也提出了更高的要求,那边是越来越速度,越来越高效。我坚信,在未来的几十年里,运输效率更高的自动化立体仓库一定会霸占整个物流市场,给我们带来意想不到的发展。在堆垛机方面,利用更加先进的计算机技术提高出入库的速度和准确性,从而提高整个自动化仓库系统的效率,使自动存储更加方便快捷。本设计以现有设备为基础,综合自己想法和现有技术,主要对自动化仓库中堆垛机系统部分进行设计,同时考虑到立体仓库的整体布局。主要针对的是堆垛机的各个运动机构的结构设计,总体布局方面仅仅是浅尝辄止。当然,不可否认,现阶段我的知识量还不是很充足,也没有什么实际操作经验,各个方面难免会犯一些小错误。如果以后有机会的话,再进行此类的设计,肯定会更加娴熟。参考文献1 柯明扬机械制造工艺学M北京:北京航空航天大学出版社,1996:132-1532 陈于萍互换性与测量技术基础M北京:机械工业出版社,2003:32-563 关慧贞,冯辛安机械制造装备设计M机械工业出版社,2009:51-59 4 黄如林,汪 群金属加工工艺及工装设计M北京:化学工业出版社,2006:27-645 李名望机床夹具设计实例教程J北京:化学工业出版社,2009:82-1136 Mechanical Drive(Reference Issue)Machine DesignM52(14),1980:97-1057 Rajput R KElements of Machanical EngineeringMKatson PublHouse,1985:55-638 Hindhhede I,UffeMachine Design Fundermentals A Practical ApproachMNew York:Wiley,1983:77-899 Kuehnle M RToroidal Drive ConceptsProduct EngineeringAug1979:21-3610 Robert J Funfanmentals of RoboticsAnalysis and Control M.New Jersey:Prentice Hall,1990:94-10911 赵瑾互换性与测量技术基础M武汉:华中科技大学出版社,2006:34-7012 赵如海金属机械加工工艺人员手册M上海:上海科学技术出版社,2009:15-4013 艾兴,肖师冈切削用量简明手册M北京:机械工业出版社,1994:91-13614 冯之敬机械制造工程原理M北京:清华大学出版社,2008:117-13415 李益民机械加工工艺简明手册M北京:机械工业出版社,1994:10-4016 杨叔子机械加工工艺师手册M北京:机械工业出版社,2001:5-3617 王光斗,王春福机床夹具设计手册M上海:上海科学技术出版社,1988:92-1021致 谢在设计整个的过程中,我的导师郭兰申老师给予了我极大的帮助,在这里我想对郭老师真心的说一声谢谢。郭老师的耐心让我很是敬佩。其次,感谢在这几个月一起陪我进行毕业设计的同学们,当我遇到问题卡壳的时候,你们的帮助让我一次又一次解决了困难。感谢大学学习生活中所有教育过我、培养过我、帮助过我的老师和同学们,有了你们让我学到了丰富的知识,填充了自己,有了你们让我的大学生活多姿多彩。最后,还要感谢我的母校河北工业大学城市学院,没有这4年所学的知识,我是万万不可能有如此的蜕变。- 33 -
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