堆垛系统结构设计

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1、堆垛系统结构设计摘 要世界的发展日新月异，在科技大爆炸的现代，物流的发展也异常迅猛。在这样的大环境下，自动化立体仓库应运而生。这是一种可以替代人力的，新型自动化的存取货物并加以存储的智能系统。近些年来随着科技水平的不断提高，企业的软实力提高的同时，也要求有更高的效率的机械设备，来满足公司日常的需求。自动化立体仓库的出现为大型物流公司的物流运输和货物存储带来新的福音。自动化立体仓库中，堆垛机是它的重要组成部分。它于巷道中来去穿行，将货物存入指定的货架内，或者将货架内的货物取到指定位置。下面我将初步的介绍现在公司经常使用的单双立柱堆垛机的解决方案，本文着重讨论三个部件：升降机构、行走机构、货叉伸缩

2、机构的设计上，并用柔性装置加以辅助。本文，首先对堆垛机的整体设计方案进行初步描述。然后针对堆垛机各个部分的零件结合机械结构进行相应的受力。并加以计算。最后通过实际的数值进行机械部分的小队校核，得到更为精确的实际值。并在数据的帮助下进行安全稳定性的分析。 关键词： 自动化立体仓库；堆垛机；安全机构；设计AbstractThe development of the world is changing with each passing day. In the modern era of the big explosion of science and technology, the develop

3、ment of logistics is also exceptionally rapid. In such an environment, automatic three-dimensional warehouse emerged as the times require. This is a new type of intelligent system which can replace manpower and store goods automatically. In recent years, with the continuous improvement of science an

4、d technology level and the improvement of soft power of enterprises, more efficient machinery and equipment are required to meet the companys daily needs. The emergence of automated warehouse pairs brings new evangelism to the logistics transportation and goods storage of large logistics companies.

5、Stacker is an important part of automated warehouse. It travels through the roadways, stores goods in designated shelves, or takes goods from shelves to designated locations. Next, I will introduce the solution of the single and double pillar stacker which is often used in our company. This paper fo

6、cuses on the design of three parts: lifting mechanism, walking mechanism and fork expansion mechanism, which are assisted by flexible devices. Firstly, this paper gives a preliminary description of the overall design scheme of the stacker. Then the parts of each part of the stacker are combined with

7、 the mechanical structure to carry out the corresponding force. And calculate it. Finally, through the actual value of the mechanical part of the team check, get more accurate actual value. With the help of data, the security and stability analysis is carried out.Keywords: automation three-dimension

8、al storehouse; stacker cranes; safe organization; design目 录第1章 绪论11.1堆垛机简介11.2 堆垛机的发展21.3 有轨巷道式堆垛机31.3.1 有轨巷道式堆垛机的特点31.3.2 有轨巷道式堆垛机的类型41.4 堆垛机的结构设计综述61.4.1堆垛机结构的组成和形式61.4.2自动控制系统总述71.5 研究背景及内容81.5.1 研究背景及意义81.5.2研究的内容81.6 堆垛机所受载荷的简化方法9第2章 堆垛机立柱的设计计算112.2 单立柱堆垛机静态刚度分析142.3 堆垛机结构强度计算16第3章 堆垛机伸缩货叉的设计计算

9、193.1 伸缩货叉的扰度与强度203.1.1下叉的受力分析计算:203.1.2 中叉的受力分析计算213.1.3 上叉的设计分析计算233.2 货叉各参数的选择243.3 货叉内部零件的选取与校核253.3.1 轴承4的选取校核253.3.2 齿轮5的选取校核263.3.3 链轮、链条的选取校核283.4 货叉伸缩装置中的电机、减速器的选取29第4章 堆垛机行走机构的设计计算314.1 堆垛机走行轮的设计计算314.2 走行装置的电机、减速器32第5章 堆垛机起升机构的设计计算335.1 升降机构零部件的设计计算335.2 升降机构的电机减速器的选取335.3 制动器的制动容量的设计34第6

10、章 堆垛机工作过程35总结37参考文献39致谢39第1章 绪论二十一世纪以来，随着企业生产力和管理水平的不断提高，越来越多的企业意识到物流系统的完善与合理性对企业提高生产率、降低生产成本起着至关重要的作用，堆垛机是自动化立体仓库里面基础的起重设备。因此要发展改进自动化立体仓库，改进完善堆垛机是当中重要的手段。自动化立体仓库(Automated High-rise Warehouse)是集仓库运输仓储的一门综合科学项目。它以原有的技术为框架，结合现代计算机技术实现搬运仓储一体化的精要机械。它在同等的占地面积的同时，拥有更加合理的仓储方案。自动化的监控调度，精密的检测系统，堆垛机的自动运行共同协作

11、组成了高效的自动化立体仓库系统。对这些技术的分级完善和高精密的配合是完善这套系统的必要条件。我国乃至世界各国各地的商贸公司随着时间的推进已经更加明确的意识到自动化立体仓库的优点和地位。更加高效的自动化立体仓库必然会加快工作效率的提高。自动化立体仓库相比其他仓库具有许多突出的优点，空间利用率高，搬运效率强，作业安全可靠，并且可以应对特殊环境（低温、低毒、黑暗）下的作业。它通常有七个组成部分：1、负责货物存储的货架。2、承载货物的托盘机构。3、用于搬运货物的基础部件，巷道堆垛机。4、运送机系统。5、AGV系统。6、自动控制系统。7、中央计算机管理系统。这些机构相互配合共同调度。组成了更为精密的堆垛

12、机系统。在这些组成部件里面，堆垛机有着是举足轻重的地位，因此发展堆垛机会促进自动化立体仓库。堆垛机的高速发展和改进有着重要的意义。下面就堆垛机的机械结构，进行公式计算还有工作方式进行初研究。1.1 堆垛机的简介堆垛机是一种安装了起重装置的。有轨道或者无轨道的运输车。通过电机带动，将托盘上的货物运输到指定的位置，或者将货架中的货物取出。堆垛机上装有位置传感器，能识别货架的同时检测货箱名称，辨别货位高度，成功的将货物存储或提出货架。下面是堆垛机的立体模型。2图1.1.1 早期堆垛机1.2 堆垛机的发展历史早期的堆垛机是由桥式堆垛机，加以研发改进得到的。这种桥式堆垛机利用门架支撑小车，在立柱上上下运

13、动和旋转运动进行工作的。世界上第一台巷道堆垛机于1960年诞生在美国。这种堆垛机利用导轨在地面上进行行走，利用上部加以固定防止倾倒。或者相反悬挂于上部导轨，利用底部导轨加以辅助。在之后的时间里随着自动化立体仓库的发展和电脑科技的发展。堆垛机的性能也越来越好，应用也更加广泛，时至今日堆垛机的高度已经达到惊人的40m。有轨巷道堆垛机和桥式堆垛机有以下不同。（1） 桥式堆垛机自重较大，更加的笨重，但适合又长又大的货物。（2） 桥式堆垛机因为自重太大，所以更加重，要更好的支撑。（3） 相比巷道堆垛机，堆垛机的宽度更大，通过性好的同时也受到了大梁 的制约。有轨巷道堆垛机在结构上和桥式堆垛机有很大的不同。

14、桥式堆垛机将托盘放置在门架上，通过上下移动和旋转运动，将货物运输到货架之中。而有轨巷道堆垛机采用钢轮在轨道上行驶运输货物，依托的式结构的立柱。桥式堆垛机由于门架的间隙，导致货叉尖端会随着门架的位置发生改变。上面的一些特点间接的导致了无轨堆垛机精度的把控低于有轨堆垛机。1.3有轨式堆垛机1.3.1 有轨式堆垛机主要特点有轨巷道堆垛机的主要功能，是配合辅助的机械结构将货物通关轨道运输到指定的货架之中。或者将原本在货架上的货物取出运输到指定位置。或者将货格中的货物取出送到巷道口。（1） 堆垛机的形状又高又窄。因为堆垛机的货架很高，而因为堆垛机是轨道运行，这就决定了堆垛机的大小，堆垛机的宽度间接的制约

15、了搬运货物的宽度（货物宽度只能小于等于堆垛机宽度）。（2） 对结构的精度和刚度要求较高。堆垛机的金属钢架结构除了满足应有的强度的同时，动刚度和静刚度也是非常重要的指标。在停止制动的状态下顶端的水平位移要控制在20cm以内。立柱上的升降导轨的垂直度要保持在一定范围以内。一般为3cm到5cm。（3） 复杂的取货装置。取货装置不仅有常用的伸缩货叉，还有针对特殊货物的特殊形状的机械手。这样就能更好的满足搬运需求。（4） 堆垛机对电机的要求很高。第一，电机在工作的同时要保持起制动速度足够快，这样就能加快堆垛机的速度。第二，堆垛机的电机要能满足停止准确的要求，这样使堆垛机存取货物时位置更加准确。第三，堆垛

16、机的电机要有稳定的性能，因为是货架很高，属于高空作业，如果发生事故将带来巨大的损失。1.3.2 有轨堆垛机的类型按照不同的机械结构，支撑方式堆垛机分成了很多种不同的形式。 (1)按照不同的机械结构堆垛机可以分为单双立柱堆垛机： 双立柱有轨巷道堆垛机 双立柱有轨巷道堆垛机由上下横梁，两根立柱和载货台共同构成的机械装置构成。立柱的形式有方立柱和圆立柱两种形式，方立柱可兼做起升导轨。双立柱有轨巷道堆垛机，具有较好的机械强度，在苛刻的环境下能够快速并平稳的运行。双立柱有轨巷道堆垛机一般用在起升高度较高、起重量较大和水平运行速度较快的立体仓库中，其缺点是自重较大。下面是双立柱巷道堆垛机的结构简图。图1.

17、3.1 双立柱有轨巷道堆垛机结构图单立柱有轨巷道堆垛机单立柱有轨巷道堆垛机，相比双立柱少一根立柱。这种堆垛机的立柱多采用焊接的方式，或者固定形状的型钢。单立柱因为立柱少，这样堆垛机的自重较轻，铺设成本比较低，但是相对的机械性能没有双立柱好。因为堆垛机正常运行的时候会产生惯性，加之单立柱带来的偏心作用，这种堆垛机的使用环境有较大的局限。因为上述的机械结构导致这种堆垛机不适合运输重量较大的货物。还有，这种堆垛机采用钢绳传动，传动方式较为简单，但是精度却会因此下降。下面是单立柱有轨巷道堆垛机的立体模型。1.3.2单立柱巷道堆垛机模型(2)按照支撑类型的不同，堆垛机有以下分类。悬挂式堆垛机悬挂型有轨巷

18、道堆垛机运行机构铺设在巷道上方，在上方的门架上运行。利用地面上的导轨防止倾倒，在两端有辅助导向轮，防止剧烈运动产生的震动和偏移。悬挂式堆垛机有设计上的优势，这种堆垛机在设计的时候不用考虑弯曲强度加减速运行的同时能较快的稳定。因为运行机构在立柱上端导致维修和维护环节更加困难。地面支承型有轨巷道堆垛机这种堆垛机和悬挂式堆垛机的运行机构正好相反，运行机构在地面上，地面上的导轨同时提供支撑和和行走之用。因为是在地面上运行，所以要着重考虑设计时候的弯曲强度。这种堆垛机的因为结构，要加大行走方向的惯性矩。但是带来的好处是便于维修和保养。1.4 堆垛机机构的整体介绍1.4.1堆垛机机械机构和工作方式升降系统

19、，运行装置，取货装置以及载货台共同组成堆垛机的机械结构。以下是针对单双立柱堆垛机的详细介绍。1 运行装置堆垛机水平运行的机构叫做运行装置。运行装置一般由动力系统，联动系统制动系统，减速机系统和行走轮组成。按照运行方式的不同位置，堆垛机分为上部、中部、以及地面运行方式。地面运行方式，采用四轮支撑，沿着地面上的轨道单轨运行。堆垛机顶部有用螺栓将上横梁和立柱相连接的两组工字钢导向。将下横梁上的槽钢和钢板焊接。行走驱动机构以及主从动车轮、电器柜等都装在它的上面，下横梁的两侧还装有缓冲器，防止堆垛机在巷道两端因失控而产生很大的碰撞力。如果堆垛机要走弯道，还可对导向轨道做一些改进，本设计简化这方面的要求不

20、考虑。巷道长度和物料出入库频率决定了行走机构的工作速度，正常工作速度控制在50100m/min，最高可达到180m/min,为了准确停在要求的位置上，还设有一个46m/min的低速档。本次设计将90m/min选取为标定速度。2 升降系统让货台垂直运动的机构叫升降系统。升降系统由制动装置，动力系统，减速机系统，以及相互配合的柔性装置（钢绳或起重链）共同组成。多数升价系统需要很大的速度比，因此安装蜗轮蜗杆减速器或者其他速比较大的减速装置。起重链传动装置通常配有平衡块。用来平衡提升功率。为了起重机结构内部的紧凑性，电机自带制动系统。上横梁两侧的动静滑轮通过钢绳连接。垂直升降的支撑部件为立柱，立柱为一

21、抗扭曲的箱形结构，而导轨就装在立柱的两侧，立柱上还装有上下极限位置开关等部件。升降机构的工作速度一般控制在1230m/min，最高可达48m/min，但不管选择多大的工作速度，都设有低速档，一般为35m/min，以实现微动，使载物台能够平稳和准确地停在规定的位置，本次设计选择低速档起升速度20m/min， 3 货叉机构可以存取货物的执行机构是货叉机构，货叉机构装在载货台上。按照货叉数量的不同，可以分为单双多叉货叉。通常货叉采用三级差动伸缩货叉，有滚针来做导向作用，这样在增加宽度的同时又能满足伸缩行程。货叉有两种结构，链轮链条和齿轮齿条两种。多级货叉逐层驱动，链条固定在一端载货台上货用来驱动上叉

22、。伸缩叉工作速度最高可达30m/min，本设计选取10m/min.1.4.2自动控制系统总述本巷道堆垛机自动控制系统由控制器（这里选用PLC可编程序控制器）、通讯端口（在这里我们选用总线）、执行系统（通过异步电机和变频系统共同完成）、传感检测装置（通过光电开关控制）、速度位置控制系统（这里选用旋转编码器连高速计数器）、控制软件（这里根据选用的PLC厂家提供的编程语言编辑）构成。其中位置检测与控制系统是堆垛机自动控制系统中解决停位问题的关键部分（由于停位的不准确而引起的反复起停以及过早减速而无法充分利用最高速运动都使堆垛机的利用效率降低，直接影响自动化立体仓库的工作效率，而效率问题就是现代物流取

23、胜的关键），在控制方式上，根据控制要求，对各机构采用闭环控制系统，从而满足对堆垛机高速度、高精度定位控制。闭环反馈的传感检测设备不采用传统的光电认址检测设备，而采用先进的高精度检测设备：旋转编码器。为了能对速度进行无级控制，采用了先进的变频调速控制技术。1.5 研究背景及内容1.5.1 研究背景及意义自动化立体仓库是现代物流运输的重要的支撑，是一种能够自动进行存取货物的智能系统。它是现代工业社会发展的科技结晶，自动化立体仓库对提高生产率、降低成本都有着至关重要的作用。近些年以来，随着企业生产力和管理水平的不断提高，越来越多的企业意识到物流系统的完善与合理性对企业提高生产率、降低成本非常重要。堆

24、垛机是自动化立体仓库里面最重要的组成部分之一。它的出现为大型物流公司的物流运输和货物存储带来新的福音。自动化立体仓库中，堆垛机是它的重要组成部分。它于巷道中来去穿行，将货物存入指定的货架内，或者将货架内的货物取到指定位置。在这个物质爆炸的时代，我相信中国能够结合我国的人口优势和较快的物流交互速度，发展出属于自己的高科技含量的新型堆垛机系统。让它为我国商贸发展带来巨大的帮助。1.5.2 堆垛机研究的相关内容下面是堆垛机设计中的相关计算。（1） 立柱机械部分的有关计算。（2） 货叉伸缩机构的计算。（3） 堆垛机走行装置的相关计算。（4） 堆垛机升降系统的相关计算。（5） 结合实际考虑安全部分的相关

25、计算。1.6 关于堆垛机载荷的相关计算 上下横梁和立柱的机械部分共同组成堆垛机的机架。堆垛机在正常工作时，受到其他部分带来的铅垂作用，以及惯性力引起的冲击载荷。除了这些通常受到的力以外，堆垛机还会受到特殊的外力作用。每次运行周期，堆垛机都会受到一次整合力。因为这样的交错并行的作用力，一个安全可靠的钢结构是不可缺少的。下面将进行对堆垛机所受的载荷进行进一步分析。 1）起重质量P 托盘和货物共同的质量和，用S表示。因为冲击载荷的关系，起重质量的表示为 上式中冲击系数为，堆垛机的类别不同冲击系数也会随之改变：的值通常取一下几种：1.1；1.25；1.4；1.62）水平方向的载荷S 水平方向上堆垛机正

26、常行驶的过程中，一定会产生相应的水平惯性力。公式表达为 上式中，因为水平加速度难以确定，动载荷系数，一般用额定的速度v来表示。 水平行走时 旋转时 .3）风压载荷 风压力q与受风面积A的乘机作为风压载荷S，即 堆垛机正常工作，风压力 堆垛机非工作时，风压力 上式中，堆垛机的高度为h（单位：mm）4)起吊冲击载荷S 因为正常工作时，堆垛机因为有很高的加速度，所以会有很高的冲击载荷。应该格外考虑。5）载荷状态 工作时的堆垛机，它的承受能力是上述的各种载荷与自重的不同组合： 1、堆垛机正常的工作状态： 2、堆垛机非正常的工作状态： 3、 堆垛机起吊时的工作状态： 4、堆垛机静止时的工作状态： 不同的

27、堆垛机有着不同的作业系数M的大小通常有以下几种： M的值为：1.0；1.05；1.1；1.2第2章 有关堆垛机立柱的设计计算堆垛机中立柱是其重要支撑部分，按照不同的框架形式堆垛机的立柱有单立柱式和框架式。按照支撑部位不同又可以分为上部支撑和下部支撑。它们统一由伸缩货叉和驾驶室货叉组成。在靠着地面或者上部保持支撑和平衡的同时，升降台沿着立柱升降。进行货物的运输和在货架上的装卸。在门架的下端安装有较为密集的支撑结构，连着走行装置，卷扬机等机械结构都固定在门架上端。 因为堆垛机在正常工作时的惯性力作用，门架容易形成挠度形变，从而形成较大的柱端震动。并且在堆垛机运行在轨道的直角方，发生弯曲形变下面就针

28、对立柱的相关载荷进行有关的计算。2.1 堆垛机外载荷计算图2.1.1堆垛机载荷受力图G：立柱重量G1：货叉电机驱动系统重量G2：水平驱动系统重量 G3：垂直驱动系统重量 G4电器柜重量 G5：货叉装置的重量； G6载货台的质量； P钢轮的压力 ；Q：标定的额定载荷；1.载货台上钢轮的压力计算对载货台OYZ平面上的滚轮压力计算如下图所示：P1=1/s(Q+G5)l1+G1l2+G6l3-Te kN 分析立柱在OXZ平面内受力可得侧滚轮压力： P2=1/s（Q+G5）l kN 2.总提升力计算由受力分析可得F2=0，得 T=Q+G5+G6+G1 kN 3.顶部立柱的相关作用力（1）升降载荷力的分析

29、 最大起升加速度决定，机体受到的动力系数，表示为1， （2）滚轮内的摩擦力计算 上式中的摩擦系数为f，（附、钢制滚轮的摩擦系数为0.08）（3）计算钢绳的张力 上式的提升效率为，在这里的取值在0.98到0.99之间。（1） 立柱顶端的压力计算 通过以上计算结果加以分析可得到结论，在受到外部载荷的同时。只有在堆垛机保持稳定的时候，堆垛机才能正常的工作，下面对堆垛机ZOY平面内进行受力分析。图2.1.2 XOZ平面受力简图 图2.1.3起升系统受力简图4 YOZ水平面的相关计算当堆垛机工作到最高位置，并同时以高速起停的情况下，堆垛机受到最大的和力状态。这时堆垛机受到惯性力以及载货台偏心力作用受力状

30、况如下图所示，下面对立柱的力矩进行计算: q=m0a m0：立柱的单位质量，m0=85kg/m2 P=(Q+G1+G5+G6)a kN M=P(H-h-s)+H2q/2+P1s kNm 图2.1.4 关于YOZ平面受力简图分析 图2.1.5 YOZ面立柱挠曲线图5 弯矩放大系数在轴向压力F，横向力P，偏心力矩q的合力下立柱共同受到这些力的合力将它变成压弯件。因为轴向力的弯矩作用立柱产生挠度变形。上图中f0是横向力和偏心力形成的挠度，在轴向力F的作用下，挠度由f0增大为f，根据弹性分析得 上式中， 立柱中心受到最大的载荷a=F/Fk,Fk，挠度放大系数为 在下端可以当固定端，同时横梁刚度大，形变

31、较小的同时，压杆稳定性可由以下公式计算。 上式中立柱的弹性模量为F，巷道方向垂直的惯性矩力为I。2.2 对单柱堆垛机的静态分析载货台位上升到立柱最高位置时，巷道的纵向平面的挠度的最小许用值，是立柱的静态刚度，用符号表示为f。经过上图单立柱静态分析图解可得，载货台在立柱最高位置的同时，受到偏心力的作用下，有以下三种水平位移。1：普通的立柱端部位移横向力挠度； f02：截面的转角引起端部水平位移； f11h3：接口处截面转角引起的水平位移； f22H（1） 合力挠度的计算结合受力分析图，可以画出载荷弯矩M和单位力弯矩图M1以及合力弯矩图M2.图2.2.1单柱堆垛机刚度受力计算图 将MP和 M1相结

32、合进行计算得:上式中：立柱截面和纵向平面的惯性矩用I柱 表示； 下横梁截面与纵向惯性矩用I梁 表示； 材料的惯性有关得的模量用I梁E 表示；。（2） 端部水平位移的计算通过图Mp和图M2综合计算得： （3） 立柱顶部水平位移的计算在研究立柱顶水平位移的时候。要将下横梁为研究对象，来取上部分支撑横梁的总重量，用式子表达为：通过图Mp和图 M1计算得得到连接面转角的值2：图2.2.2力矩计算简图综上所述进行分析得，影响立柱的挠度的主要因素是下横梁刚度。而立柱的高度与挠度呈现正比例关系。因此增强下横梁的刚度对减小立柱挠度是有必要的。在下横梁的设计中尽量减小下横梁产生的下挠。因此下横梁的变形对挠度的改

33、变不大。采用提前安装时将立柱后调，这样就会平衡所受载荷引起的挠度形变，同样采取偏心结构的从动轮也会减小数值的偏差。关于静刚度的校核，挠度许用数值没有常见的准则，因此用下式代替。2.3 堆垛机结构强度计算（1）强度计算堆垛机设计方法里面极限状态的设计方法中，双向压弯构件的强度计算如下公式：上式中，轴向压力为N（单位：kN），横截面积用A表示（单位：cm）；用M代表最大弯矩（单位Nm）；用W代表的截面抗弯模量；用Y代表塑性发展系数；材料的许应力用表示。 （2）结构强度的计算立柱与横梁连接点是危险截面，并且这种是双向压弯结构的零件。因此下面对此处强度进行校核计算（3）下横梁强度计算下图是在ZOX平面

34、内的受力情况图。图2.3.1下横梁强度计算简图下横梁自重的载荷为q梁 ，立柱底部弯矩用符号M表示，起重量和自重的总和用P总表示，用G电表示电器柜的质量。由上部分可以得出，轨道和立柱交接的地方为危险截面。式中Mmax极限弯矩，下横梁弯曲模量Wx表示。第3章 堆垛机伸缩货叉的设计计算在堆垛机的机构组成当中，货叉是其重要的部件。下图的货叉是三段式结构，即有堆叠在一起的上中下货叉。除了货叉的主体部分，还有相应的配合辅助装置，动力系统、减速机系统、柔性构件和轴承。它们在一起相互配合组成堆垛机的货叉部分。为了满足货叉对双向伸缩的行程要求，三层货叉形成的差动是更好的机械结构的选择。这样中间的货叉起到更重要的

35、作用，分别通过两端的两个可动链轮来支撑上下货叉。在下货叉的下方机械打出齿条，链轮通过齿条间接的和下货叉进行联动，上下货叉的左端固定右边链轮啮合。在合理的伸缩长度的条件下，货叉的强度可以满足公众工作的需求。三层货叉运用啮合的方式有了相对较小的滚动摩擦，极大的减小了工作中的摩擦导致的能耗损失和磨损老化。3.1 伸缩货叉的挠度与强度图3.1.1侧面伸缩货叉的简化结构这里的货叉指的是接触货物的货叉部分，设计的过程中，保持货叉挠度最高，并且要有更加纤薄的身体。.货叉的科学设计参数如下。W: 载荷I 下叉惯性矩,I, 中叉惯性矩I上叉惯性矩:E: 材料的纵弹性系数3.1.1下叉受力分析的计算:如图所示，当

36、上叉是不变的长度。图3.1.2下叉的受力情况P=W l/b ,ax l时的弯矩为M= - P(x-a)i=i-dx= i- +(x-a) ( 1 )= ix-dx= ix-+(x-a) ( 2 )当x= i时, =0i= -( i+b ( 3 )将(3)代入(1),x=l时c点的倾角与为t= - = -l3.1.2 中叉的受力分析计算图a: 因载荷W的作用,在b间产生反力P,P,设点的倾角为i,扰度为图3.1.3叉的受力情况（a）M= Px=x = -= -i= -+i （4）= -+ ix+ （5） 因x=b时, =0, =0 则i= （6）将(6)代入(4),求x=b时的倾斜角i= - =

37、 -图中将b看作刚性、c点为固定端，设货叉中产生反力，反力引起的货叉挠度为和 ，则 图3.1.4 中叉的受力情况（b）M= - P(x-d)+ PxP=W P=W= -dx= - Px- P(x-d)在x=l时 = -(e+d) l-e(l-d)其次i= -dx= -当x=l时, i= -e(l-d)+(e+d)l所以 = i(l-l)3.1.3 上叉的设计分析计算图3.1.5上叉的受力情况则 M=x = -= - i= -+i (7) = -+ix+ (8)当x=d时, =0, =0 , i= (9)将（9）代入（7），当x=d时 i= - = -(l-l) 因此，当认定载货台和立柱为刚性时

38、，伸缩货叉工作的总扰度为 3.2 货叉各参数的选择a=65cm b=40cm c=20cm d=40cm e=15cml=100cm l=60cm l=75cm l=120cm故可取上叉、下叉、中叉长为：L= l=25=110cm L=b+c+d+25=110cm L= l-c+ 25=110cm上叉为板状，取宽度为110cm。过大的数据取值导致，结论不满足 3.3 货叉内部零件的校选3.3.1 轴承五的选取校核当叉伸缩机构的现有工作速度为10米每秒的时候。轴承受到的压力经计算得，F=150010/4=3750N转速为n=10000r/d (r/min), 取C=110 则 d=C=110 d

39、=16.2mm取d=20mm, 则n=10000/20=159.2r/min 查表7-2-52，选择深沟球轴承，代号为6404其基本参数为：d=20mm D=72mm B=19mm c=31.0KN c=15.2KN 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=0 P=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

40、承寿命满足条件。则轴承选取合适。3.3.2 齿轮5的选取校核1. 选取45号钢的齿轮，经过处理外表硬度的平均值为236.00 2. 对传动尺寸进行初步计算 齿轮面开式传动比为d= （1）转矩T=9.55P/n=162.43d Nmm （2）设计计算时，因为V的值未知，所以k的数值不能确定，预使k值为1.4 （3）齿宽的系数=1.1（4）将弹性系数定义为Z=189.8 （5）预选螺旋角度=12，取节点区域系数Z=2.46 （6）预选Z=23，齿条Z=这样重合度=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）初选螺旋角系

41、数Z=0.99（8）许用接触应力公式为= 齿轮的应力循环次数分别为N=60naL=1.08选接触疲劳极限应力为=595MPa 使寿命系数Z=1.06 使安全系数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. 传动尺寸的确定（1）关于载荷系数的有关计算这里使用系数K=1.0因V=选择动载系数K=1.15选择齿向载荷分布系数K=1.11选择齿间载荷分配系数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=50mm 4. 校核齿根弯

42、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 齿形系数的取值为Y=2.64，将应力改正系数变为Y=1.58（3）选取螺旋角系数Y（4）选取重合度系数Y（5）许用弯曲应力 弯曲疲劳的极限应力应选为 选取寿命系数Y， 安全系数的选择为S 所以 =1.0 这样 =4.29MPa176MPa= 故能满足齿根弯曲疲劳极限。 设计合理。3.3.3 链轮、链条的选取校核设定，链传动比为i=1，轴径数值为d=80mm 链的速度n=V=159.2r/minP=0.11. 确定链轮的齿轮数量：初步拟定为Z=212. 确定每个链节距的大小 选择K，齿轮数量系数为K，选择多排链的

43、系数为K 这里所需的传递功率为： 经上面计算，可以使用满足要求的08A链，P=12.7mm 3. 定链长、中心距 初步确定中心距a=40p，这样链节数为 L=101节 链的长度L=LP/1000=10112.7/1000=1.28m 由此得中心距的数值为a=508mm 同时计算中心距离调整大小 实际中心距4 计算轴上的作用力大小 对工作拉力计算F=1000P/V=1500N 轴上的作用压力为可得轴径大小为： 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，中心距压轴力，轴径d=16mm，轮径D=80 mm3.4 货叉伸缩装置中

44、的电机、减速器的选取齿轮5的转速为 可取齿轮5与减速器的外端接口传动比i=3. 且齿轮传动所需功率为P=FV=（1500+2300） 通过以上计算我们选择电机型号为Y250M-6，额定功率为37KW 转速为980r/min，效率为90.8%，且90.8%8KW 安装型式选取B3，国际标准机座号为250M65。 这里将i=980/23.78减速机的传动比例 这样减速机的型号确定下来取型号为ZLY的低速级中心距减速器。第4章 关于堆垛机移动设备的计算首先，确定堆垛机的驱动方式及类型，这里采用“下部支承下部驱动型”，该型式的设备下梁上装配移动行走装置，走行轮在减速装置的驱动下运动，走行轮支承堆垛机的

45、全部重量，同时在单轨道上运行。4.1 堆垛机走行轮的设计计算由主动轮和从动轮组成堆垛机的行走轮，因为堆垛机正常运行时产生的侧面压力。这种压力可能导致脱轨，我们采用末端齿轮轮轴直接连接的驱动方式来改善这种缺点。走行轮的允许载重量等各参数间有下列关系式：P=KD（B-2r）（kg） 且K=（kg/cm）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=90m/min则 K

46、=36.4（kg/cm） P=G总/2=(350+1700+450+400+0.851000+350)/2=4000/2=2000kg则代入上式可得：D=9.2cm，则车轮的轴径为d=17.2mm取d =70,车轮直径可适当取大为D=200mm则走行轮的转速为n=901000/(*200)=143.3r/min轴上的轴承选取型号为6014，基本尺寸为：d=70mm, D=110mm, B=20mm.4.2 走行装置的电机、减速器走行装置在额定速度下必需的功率为：P=（KW） 其中，式中，走行阻力 d走行轮轴的直径 摩擦系数 f滚动摩擦系数 Q堆垛机的总重量由此，求得P=则可选取电机型号为Y18

47、0M-4，转速为1470r/min,额定功率为18.5KW，效率为90%，且18.590%=16.6，可选。安装型式选取B3，国际标准机座号为200L55。为此，减速器的传动比为i=1470/143.3=10.26，则可选取减速器标准型号为ZLY（低速级中心距）200。第5章 堆垛机起升系统的设计计算升降机构的传动装置通常安装在其下部，通过类似卷扬机的传动原理进行工作。柔性机构采用钢绳，这样的装置进行工作时噪音小、并且整体机构质量轻。升降机构的设计传动链：电机-联轴器-减速器-卷筒-钢丝绳-货台5.1 升降机构零部件的设计计算定滑轮的轴径与轮径的设计计算：则对定滑轮n=100020/3.14d

48、, p=(1500+2300)10/4=7875N则 mm滑轮的轴径通常选用d=50mm，轮径D=100mm计算得滑轮的转速为n=127.39r/min卷筒直径通常取D=200mm,卷筒的轴径取为d=70mm计算得卷筒的转速n= nD/ D=63.7r/min钢绳在工作时承受的压力为F=(1450+1700)10/2=15750N=15.8KN因此得到钢绳的选取方向为第二组619（a）类。这样的钢绳公称直径为6mm，公称抗拉强度为1570MPa钢芯钢丝绳的最小破断拉力为20.10KN9.5KN,满足要求。5.2 升降机构的电机减速器的选取将载荷W+货台的自重G以速度v米/分提升时的功率为：=K

49、W由此，选取电机型号为Y315S-10，额定功率为55KW，效率为92%，转速为590r/min,选取安装型式为B3，国际标准机座号为315S75。则减速器的传动比为i=590/63.7=9.25减速器的型号为ZLY（低速级中心距）180。5.3 设计计算制动器有关的制动容量走行装置在进行工作时要有足够的制动转矩来保证安全，这里用制动装置负责工作时的减速或者停止运动。升降载荷提供升价过程中的停止后的安全。升降装置的制动矩形通常应为负载起重机时最大矩形值的1.5倍以上，与其名义重量相当，但移动矩形的正常值为电动机名义矩形的100%。第6章 堆垛机工作过程图6.1工作过程图堆垛机正常运行时根据外部

50、信息的采集，来确定合理的工作方式。外部信息包括货物存取的目标位置，是存储还是拿取货物。在正常自动工作时，上位机提供作业信息；在半自动工作时，工作信息由工作人员处获得。完全由人员操控一般不存在仓库作业的环节，这种工作方式一般用于检修和维护。堆垛机根据不同的作业要求有着不同的工作方式。在正常取货工作状态下，堆垛机找到目标位置后，将货叉低于托盘一定的高度，待货叉进入到取货位时，略微上升提起货物完成取货过程。与取货工作状态相反，存储货物堆垛机托盘上的货物被送到目标货架时，载货台略微上升将货物送入目标位置，然后将货叉抽取出来，逐层收缩并完成存储货物的工作。堆垛机的运行速度有高速和低速两种，这样就能大大的

51、提高堆垛机的运行效率。堆垛机在前往目标位置的过程中采用高速行驶加快效率，在接近目标位置时采用低速以便堆垛机的稳定运行。总结很高兴我有一段在大学期间做毕业设计的经历，它检验了我们在大学期间所学到的知识，是一次综合的检验，通过设计我们可以发现自己在某一方面的不足，并利用这次设计加以弥补，能有这次经历很难得。这次毕业设计，我学到了很多的课外知识。反复理解和全面掌握书本上的基础知识，做到举一反三，灵活运用。它培养我们查找、采集、运用资料和单独完成老师分配任务的能力。在此条件下，身为机械系学生，熟悉了机械设计的标准规范，运用了相关工具书，提高自身设计计算、数据处理、绘制图纸和编写技术说明书的综合能力。现

52、在，我的设计也到了最后的阶段完成的差不多了。但诚如老师以前对我们所言，毕业课题的设计是次要的，关键在于对一种方法、一种思路的把握。首次的毕业设计让我在摸索中找到方向，但因为能查到的资料有限，所以遇到了一些困难设计的内容也不是特别完美。但是我相信有了这次经历，我今后的路会更加的宽阔光明。我相信只要努力去办还是能做到的，现在磨杵成针的精神是深有体会。致谢时间如白驹过隙去的很快，让人不及回味。四年生活的尾声，随着本次论文的结束也终于要划上句号。在学校需要上传各类文件，尤其是其中包含的问题，要真心的感谢理工大学丁红昌老师，从课题的选择到具体的写作过程，丁老师都为我提供了种种专业知识和课题方向上的帮助，

53、告诉我解决的思路，也会及时的关注我们的论文进程，督促我们写论文，在此我对李老师表示真心的感谢。四年的学习积累，在我最后完成论文时，不仅是查阅资料，还是完成论文都是奠定了坚定的基础。大学四年学习生涯已然步入尾声，回想起与过去难忘时光，收获的不仅仅是友谊还有眼泪和感动，学习的不单单是书本还有生活和成长，这一切感恩遇到的每一位老师，每一位同学，每一位帮助过自己的朋友。参考文献1 成大先主编，机械设计手册(第2版)，机械工业出版社2 寇尊权主编，机械设计课程设计，吉林科学技术出版社3 冯辛安主编，机械制造装备设计，机械工业出版社4 龚振邦主编，机器人机械设计，电子工业出版社,19955 刘昌祺，物流配

54、送中心设计，北京：机械工业出版社，20016 杨长暌，起重机械，北京：机械工业出版社，19827 郭环、禹永伟编，自动化立体仓库中堆垛机的设计， 辽宁国能集团铁岭精工机械有限公司，2002.38 谭庆昌主编，机械设计，高等教育出版社，20049 张小川编著，现代仓储物流技术与装备，化学工业出版社，200310 侯洪生主编，AUTOCAD计算机绘图实用教程，科学出版社11 刘远伟主编，物流机械，机械工业出版社，200612 侯洪生主编，机械工程图学，科学出版社，200113 周骥平、王岗，机械制造自动化技术，北京：机械工业出版社，200114 机械设计联合编写组，机械设计手册，北京：化学工业出版

55、社，198315 装卸作业与机具编写组，装卸作业与机具，冶金工业出版社，197816交通部标准计量研究所主编，装卸机械技术性能手册，技术标准出版社，198217 Lubomir Janovsky. Elevator mechanical design principles and concepts. London:Englang Ellis Horwood Limitted,1987:117124,12813118 W.P.Dayawansa,D.cheng et al.Global(f,g)invariance of nonlinear systems.SLAMJ.Contr.Optimiz,1988.26:1119-113219 Russell W.HENKE.Introduction to Fluid Power Circuits and Systems, Addisonweslex Publishing Company, 1970行走轮CATIA截图