单立柱巷道式堆垛机机械设计说明书

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1、.学院本科毕业设计论文巷道式堆垛机机械局部设计学生： 余 威 学生*： 7 院系： 机械工程学院 年级专业：2021级机械设计制造及其自动化 指导教师：新德 讲师 二一六年六月1.摘要本文详细论述了普遍应用在现代大中型企业中的单立柱有轨巷道式堆垛机的设计方案。文中对堆垛机的分类，特点及其构造进展了详细的表达。堆垛机是自动化立体仓库中最重要的起重堆垛设备，是随着立体仓库的出现而开展起来的专用起重机。它能够在自动化立体仓库的巷道中来回穿梭运行，将放置在巷道口的货物存入指定的货格，或者从货格中取出货物运送到巷口。设计重点主要包括：堆垛机的机架、升降机构、行走机构、货叉伸缩机构以及平安机构。文章在确定

2、堆垛机的总体设计方案的前提下，再对各个机构进展受力分析和设计计算，最后进展必要的相关校核并最终确定各个的机构实际取值。本次的毕业设计运用多种起重机的现代设计方法，特别是运用计算机辅助设计CAD的方法，在计算机上将堆垛机的设计图纸CAD化，大大提高了设计的效率，节省时间。关键词： 自动化立体仓库；堆垛机；升降机构；行走机构；货叉伸缩机构；平安机构 1.1.1.ABSTERCTThis article has discussed the designof the single-pillar type of Narrow-Aisle Stacker Crane which has been univ

3、ersally used in modern most enterprises in detail. This article described the kinds of stakers, features and the structure in detail. Stacker cranes is the most important part of the automation three-dimensional storehouse among the take heavy crane pile up equipment, it can in the tunnel of automat

4、ion 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.The design focus mainly include: The stackers rack, walkorganization, fork telescoping mechanism and safe organization

5、. Under the premise of overall design scheme of stacking crane, then for organization analyze by force condition calculate. Finally, check nuclear necessarily and definite every numerical.This Graduation Design use many kinds of Modern Designs of the crane, especially to use the method of puter-aide

6、d design(CAD),Stackers will be the design drawings of the CAD on the puter, which greatly improve the efficiency of the design and saving time.Keywords: Automation three-dimensional storehouse Stacker Crane Movement organization Walkorganization Fork telescoping mechanism Safe organization1.1. 目 录摘

7、要IABSTRACTII1 引言11.1 研究背景及意义11.2 研究的容及设计思路21.2.1 主要设计容21.2.2设计要求21.3 研究的开展趋势31.4 堆垛机所受载荷的简化方法32 堆垛机的整体构造设计方案52.1 堆垛机构造的主要构造组成52.2 单立柱有轨巷道式堆垛机的特点62.3 堆垛机的控制装置63堆垛机机架的构造设计计算93.1 堆垛机的机架构造93.1 机架立柱的尺寸设计93.2 机架的上、下横梁设计104堆垛机伸缩货叉机构的设计计算124.1 堆垛机伸缩货叉的构造设计124.1 货叉传动装置的总体选型124.2 货叉传动链轮，链条的设计计算124.3 堆垛机货叉静度和扰

8、度的计算135堆垛机行走机构的设计计算165.1 堆垛机行走机构的整体设计165.1.1 驱动方式的选取165.1.2 车轮的的设计165.1.3 电动机的选取165.1.4 减速器的选取175.1.5 制动器的选取175.2 轨道的设计175.3 行走机构电动机的选取181.5.4 堆垛机行走轮的设计计算185.5 行走机构减速器的选取195.6 行走机构联轴器的选择196 堆垛机升降机构的设计216.1 堆垛机升降机构的整体设计216.1.1 柔性件的选取216.1.2 卷筒的选取216.1.3 电动机的选取216.1.4减速器的选取226.1.5 制动器的选取246.2 升降机构零部件的

9、设计计算256.1.1 钢丝绳的计算256.1.2 卷筒的相关尺寸计算256.2升降机构传动装置的选取266.2.1 电动机的选择266.2.2 减速器的选择277 堆垛机维修与保养及其操作规程287.1 日常维护287.2 检查容287.3 修理287.4 适用围287.5管理容287.5.1操作规程287.5.2 平安操作规程30参考文献32结论33致341.1.1 引言随着世界经济的持续开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效劳模式和管理技术已被越来越多的企业所重视。随着全球物流事业

10、的快速开展，物流系统的进一步改善和合理性对优化资源配置、提高企业生产率、降低生产本钱起着至关重要的作用。因此，自动化立体仓库系统也越来越受到青睐。其核心设备巷道堆垛起重机则是代表自动化立体仓库的标志，对立体仓库的出入库效率有重要影响。自动化仓库是现代物流中的重要组成局部，它是在不直接进展人工处理的情况下自动存取物料的系统，是现代工业社会开展的高科技产物，对提高生产率、降低本钱有着重要的意义。在20世纪70年代初期，我国开场研究采用有轨巷道式堆垛机简称堆垛机的立体仓库。1980年我国第一座自动化仓库在汽车制造厂投产，从此自动化仓库在我国得到了迅速开展。本文从堆垛机的应用特点入手，着重就堆垛机的构

11、造设计进展初步的研究。巷道式堆垛机是立体仓库的核心物流设备，是随着自动化立体仓库出现而开展起来的专用起重机，它是仓库中使用最广泛的物料搬运设备，也是物流仓库系统中的最重要设备，其用途是在自动化立体仓库的货架巷道上来回穿梭运行，讲位于巷道口的货物存入货格，或者相反取出货格的货物运到巷道口。早期的堆垛机是在桥式起重机的起重小车上悬挂一个门梁，利用货叉在立柱上的上下运动及立柱的旋转运动来搬运货物，通常称之为桥式堆垛机。1960年左右在美国出现了巷道式堆垛机，这种堆垛机在地面的导轨上行走，利用货架上部的导轨防止倾斜，或者相反，在上部导轨上行走，利用地面导轨防止倾斜。随着计算机控制技术和自动化立体仓库的

12、开展，堆垛机的应用越来越广，技术性能越来越好，高度也越来越高，到1970年代实现了有货架支撑的高度为40米的堆垛机。堆垛机的运行速度也不断提高，目前堆垛机水平运行速度也不断提高，最高到达200m/min小载重量的堆垛机已经到达300m/min，起升速度到达50m/min。1.1 研究背景及意义自动化立体仓库作为现代物流系统的重要组成局部，是一种多层存放货物的高架仓库系统。它是在不直接进展人工干预的情况下由巷道堆垛机实现货物的存储和取出，整个过程由计算机网络管理和自动控制系统完成。自动化立体仓库最早诞生在美国，进入20世纪80年代，在世界开展迅速，使用围涉及几乎所有行业，它的出现标志着现代工业技

13、术步入了一个加速开展的阶段。50年代，出现了司机操作的巷道式起重机立体仓库。此后，自动化立体仓库在美国和欧洲得到迅速开展，并形成专门学科。60年代中期，日本开场兴建立体仓库，并且开展速度越来越快，成为当今世界上拥有自动化仓库最多的国家。自动化仓库技术的研究对优化资源配置、提高企业生产率，降低生产本钱有着非常重要的意义。堆垛机是自动化立体仓库中最重要的其重堆垛设备，它能够在仓库巷道中来回穿梭运行，将位于巷道口的货物存入货格，或者从货格里取出货物运送到巷道口。我国于1973年开场研制，据不完全统计，我国目前已建成300多座立体仓库。目前我过的自动化仓库技术已实现了与其他信息决策系统的集成，正在做智

14、能控制和模糊控制的研究工作。但同世界主要工业兴旺国家相比，存在着一定的差距。总结经历，查找缺乏，勇于创新，不断交流改进，相信我们在该项技术的研究上一定回取得突破性的进展。1980年，我国在汽车、化工、电子、烟草等行业的应用逐年增长。其中，最具代表性的是我国龙头企业海尔集团国际物流的立体仓库，该仓库高22米，拥有18056个标准托盘位，包括原材料和产品两大自动化物流系统，全部实现了现代物流的自动化和智能化。近几年，我国计算机自控技术的飞速开展，为我国自动化立体仓库开展提供了重要的技术支持。自动化立体仓库不仅具有节约和减轻劳动强度、提高物流效率、降低储运损耗、减少流动资金等优势，而且在沟通物流信息

15、、衔接产需、保证生产均匀、合理利用资源、进展科学储藏与生产经营决策方面发挥着独特的作用，使人们可以真正享受到现代计算机技术应用与企业物流管理的益处。1.2 研究的容及设计思路1.2.1 主要设计容1堆垛机的机架的设计计算；2堆垛机的货叉伸缩机构的设计计算；3堆垛机的行走机构的设计计算；4堆垛机的升降机构的设计计算；5堆垛机的平安机构的设计计算。1.2.2设计要求为使堆垛机能够准确、快速、平安、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水平运动、载货台垂直运动、货叉沿货架方向伸缩运动；(2)满足一定的定位精度 ，重复定位精度误差不能超过10mm；(3)

16、具备平安保护措施；(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的重量，以减小提升功率和行走时的摩擦阻力;(5)保护仓库环境，防止货物污染受损。1.3 研究的开展趋势以品种多、数量少、频率高供给方式下的物流环境为背景，对于自动化立体仓库的效能提出了越来越高的要求。早期的堆垛机，在桥式起重机的起重小车上悬挂一个门柱，利用货叉在立柱上的上下运动及立柱的旋转运动来搬运货物，通常称之为桥式堆垛机。但通常由于立柱高度的限制，桥式堆垛机的作业高度不能太高，而巷道堆垛机沿货架仓库巷道的轨道运行，使得作业高度提高。采用货叉伸缩构造，可以使巷道宽度变窄，提高自动化立体仓库的利用率，它适用于各种高度的

17、高层货架仓库，可以实现半自动、全自动和远距离高集中控制。日本大福公司于1999年在巷道堆垛机主体的高速化上下功夫，开发了AS21模式。AS21模式是以高效率动作为根底，在高效能化缩短循环时间方面引用的一个概念，使巷道堆垛机的高效能化技术得到了大幅度的提升。1.4 堆垛机所受载荷的简化方法堆垛机的机架有立柱、上下梁组成，整机构造高而窄。堆垛机工作时，将受到载货台、货物的铅垂作用，行走、制动和加减速的水平惯性力作用以及起吊时的冲击载荷作用；*些特殊环境下，还要受到风力的作用。堆垛机每完成一个工作循环，以上载荷将重复出现一次。因次，堆垛机所受的是交替变化的载荷。为了保证堆垛机平安可靠的工作，其钢构造

18、局部的强度与刚度计算是必不可少的。在此，就堆垛机所受载荷简化的根本方法作一一说明。1)起重重量PL实际起重重量包括货叉、重量和额定重量之和，用示。考虑到货物正常起吊时的动载冲击作用，则设计起重重量=式中，称为冲击系数，与堆垛机分类有关：(见表1-1)类 =1.1 类 =1.25 类 =1.4 类=1.6表1-1堆垛机分类 工作时间载荷 长中短轻中重2)水平载荷堆垛机沿水平方向加减速行走或制动时，其自身质量及起重质量必然会产生与其加速度有关的水平惯性力。即= 式中，称为动载荷系数，由于加速度的不确定性，一般用额定速度v来确定。水平行走时=0.0005v3风力载荷风力载荷SW为风压力q与受风面积的

19、乘机，即=qA堆垛机工作时，风压力 q=1742.7非工作状态，风压力 q=148.1 式中，h为吊具高度，单位取mm4)起升冲击载荷在正常情况下，起吊货物的加速度可能很大，这时的冲击载荷很大，设计时应另行考虑。5载荷状态堆垛机工作时，其承载能力是上述各种载荷与自重的不同组合：A 正常工作状态：M+ +B 特殊工作状态：M+ + C 起升工作状态： + + D 停顿： + 以上各式中，M称为作业系数，与堆垛机的分类有关：类M=1.0； 类M=1.05； 类M=1.1；类M=1.201.2 堆垛机的整体构造设计方案参考国外有关堆垛机厂家的分类和型号，结合堆垛机的具体工作环境，本次设计的单立柱有轨

20、巷道式堆垛机主要用于起重量在0.5t1t之间，起升高度不大于9米的自动化立体仓库里，采用此设备便于实现仓库的综合机械化、自动化。2.1 堆垛机构造的主要构造组成堆垛机构造主要有三个机构组成，整体构造如图(2-1)所示：1.水平行走机构 2,.下横梁 3.伸缩机构 4.立柱 5.拉升机构 6.上横梁图2.1 单立柱堆垛机构造图1 升降机构有电动机、制动器、减速器、卷筒、钢丝绳及防落平安装置组成。升降机构的工作速度一般控制在1525m/min，最高可达45m/min，设计时选取20m/min.(2)水平行走机构有电动机、联轴器、制动器、减速器和行走轮组成。在其顶部设置导向轮沿固定在货架上弦的上轨道

21、导行。下轨道设置两个行走轮沿敷设在地面上的单轨运行。为防止堆垛机出现脱轨或侧翻现象，在其车轮两侧装有侧面导向轮。行走机构的工作速度依据巷道长度和物料出入库频率而定，正常工作速度控制在50100m/min，最高可到达180m/min,设计时选取80m/min。本堆垛机将采用交流变频调速方式。(在交流异步电动机的诸多调速方法中,变频调速的性能最好,调速围大,稳定性好,运行效率高。货叉伸缩机构是堆垛机的取放物料装置，它有上叉、下叉、链条等组成。货叉伸缩机构的工作速度控制在15m/min，最高可达30m/min，设计时选取10m/min。2.2 单立柱有轨巷道式堆垛机的特点由于使用场合的限制，本单立柱

22、巷道式堆垛机在构造和性能方面具有以下几个特点：1由于机架采用单立柱构造，整机重量小，构造紧凑，作业时，驾驶员的视野较好，但由于载货台和货物对单立柱的几何力矩作用可能会造成立柱的扭曲和变形，使整机刚性较差。2本堆垛机沿着巷道天地轨运行,其作业具有三个方向动作。水平行走为*-*方向，能把货物送到任意一列；垂直升降为z-z方向，能把货物提升到任意一层；货叉伸缩为y-y方向，能存取货物；3金属构造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。4采用专门的叉取货物的装置，常用多节伸缩货叉或货板机构。5各电气传动机构应同时满足快速、平稳和准确的要求。6为保证人生和设备的平安，堆垛机必须配备有硬件

23、及软件的平安保护装置， 控制系统应具有一系列连锁保护措施。此外，在电气柜上设置报警系统，当堆垛机出现故障或探测器发现异常情况发出报警。2.3 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、平安保护功能、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顿在作业位置的功能。自动化立体仓库一般都采用高层货架构造，以*、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*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

24、一定的间隔装设的传感器来进展检测。(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致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展叉取操作的顺序控制功能。 (4)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到达20m/min,而载货台是沿堆垛机立柱的导轨上下运行的承载构造,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平安,其上必须配备完善的平安保护装置。本设计中设置以下几种保护装置:1)货叉上、下限自动停顿保护在堆垛机货叉在

25、进展升降运动时,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,也会发出停顿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)驾驶室的平安保护为确保驾驶室里操作人员的人身平安,驾驶室门平安与否非常重要。可设置一个限位开关来检测为使堆垛机能够在轨道上平稳运行，因此必须依靠车轮来实现这一运动。4)速度转换装置当堆垛机走到轨道的*一位置时应以高、中、低速 的*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

26、近开关。5)货叉保护装置堆垛机在进展工作过程中,为了确保当货叉伸缩到一定位置时就回自动停顿,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绳断裂时,能够自动可靠的将载货台停顿,防止溜车或坠车事故的发生.因此对这种平安保护装置的设计要灵敏度高、作用可靠、冲击小、构造简单.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别离。该装置原理如图2.2所示.图2.2 断绳保护装置1.3堆垛机机架的构造设计计算3.1 堆垛机的机架构造机

27、架是堆垛机的主要承载构件，主要由立柱和上、下横梁联接而成。通常有单柱式和矩形框架式。按支承方式，又可分为安装在货架上的上部支承式和安装在地面上的下部支承式。不管哪种型式都带有伸缩货叉和人工驾驶室有时也没有。立柱上附加导轨，使载货台沿导轨上下升降，同时还能够靠地上和顶上的导轨保持走行稳定和支持货叉伸出进展装卸作业时的翻转弯矩。在机架上安装有升降、走行等机械装置，以及配置有电气控制开关、平安保护装置等。下部支承式的集中放在机架的下部。由于载货台与货物对单立柱的力矩作用，以及走行时起动、制动及加减速产生的水平惯性力的作用，对立柱会产生动、静方面的影响。机架在通道的纵向发生挠曲，整个机架成为振动体，其

28、柱端的振动较大。同样，在通道的直角方向，立柱由于货叉作业时的弯矩作用而发生弯曲，使伸长的伸缩叉的前端的挠度增大。当柱端振动和货叉前端的挠度一超过极限，就成为堆垛机自动定位的障碍，所以机架应满足足够的强度和刚度要求。本次设计中采取立柱下部支承式，采用优质钢材焊接而成结实构造。当拼装成型后必须调整立柱的垂直度，以补偿在货架顶部载货时造成立柱的弹性变形。3.2 机架立柱的尺寸设计堆垛机机架的设计计算参数如下：Q载货台及其货物质量(1500kg)；q柱的单位长度的平均重量(60.6kg/m)；L立柱的高度(12m)；h载荷的离立柱的距离(1m)；E弹性模量，依材料而定；许用应力；b截面长；h截面宽；堆

29、垛机的立柱应具有足够的强度和适当的刚度，因此，为解决该类问题，本设计中按强度设计准则来设计截面尺寸。设计时，初取横截面的长、宽之比为b：h=1：2，初选截面为2907.9矩形钢管(I=19014cm)作为立柱材料.堆垛机的受力分析如图3.1所示。图3.1 立柱受力分析图如图3.1所示，立柱可以简化为简支梁来计算，立柱的设计应满足强度设计准则：= 式3.1自重引起的弯矩 Mq=q=60.06109载荷Q引起的弯矩 =50KN.M因此立柱中央截面的总弯矩 M总= Mq+=5.95+50=55.95 KN.m抗弯截面系数 W= 式3.2将3.2式带入3.1式得：=109mmh=2b218mm3.3

30、机架的上、下横梁设计设计时初选槽钢(高*腿长*腰厚)，截面面积=28.83,单位长度重量=22.63kg/m, I=8360，q=22.637kg/m对其进展刚度校核，上、下横梁应满足刚度设计准则许用转角；将上、下横梁简化为简支梁进展计算满足刚度要求，因此最终确定选用槽钢。1.4堆垛机伸缩货叉机构的设计计算4.1 堆垛机伸缩货叉的构造设计伸缩货叉是堆垛机存取货物的执行机构，本设计中采用了2层伸缩式机构。主要由固定叉、上叉、链条、链轮等组成。1.下叉 2 .固定轮 3.紧轮 4.驱动轮 5.固定轮 6.链条图4.1 货叉构造图固定叉1侧面装轴承固定在载货台的台架上，其上安装有固定链轮2和原驱动4

31、，在电机的驱动下，带动电机上的驱动链轮5使得上叉在链条传动下向前伸出，其中链条固定在上叉，行成闭合链条，带动上叉的伸缩运动。4.2货叉传动装置的总体选型取运行阻力系数W=0.85,于是 =WG=0.855000=8500N式中 G为运作货物重力取机构的总效率=0.9.则刚运行静功率为=应选电机型号为EI801-4的电磁制动三项异步电机，额定功率为0.55kw。转速为390r/min。4.3 货叉传动链轮，链条的设计计算1选择链轮的齿数小链轮齿数，取21；大链轮齿数,=121=21；在货叉传动系统中，增速或减速，所以上式中传动比为1 链轮选用40cr合金调质刚为材料进展制造，淬火温度为850，以

32、降低脆性。链轮构造采用整体式，链轮齿型按GB1244-8规定制造。2选定链节数初选中心距=40p，则链节数为=80+21=101取=100节3确定链节距p工况系数=1,链轮齿数=0.92，多排链系数=1，所以链条的额定功率选择链条型号为08A的单排链，抗拉载荷13.8KN，链节距p=12.7mm。中心距=40p=4012.7=500mm4确定中心距理论中心距a=5中心距减少量，取为91mm实际中心距=a-=501.65-91=401mm链轮的主要尺寸计算如下：分度圆直径d=；齿顶圆直径=p0.54+cot=12.7(0.54+cot)=91mm；齿根圆直径=d-=85-7.95=77.05mm

33、,取77mm。4.4 堆垛机货叉静度和扰度的计算货叉机构的受理分析在允许围对计算工况适当的简化，假设堆垛机在运行过程中立柱不发生变形，根据货叉的支撑构造，如以下列图：1. 下叉板 2 从动链轮1下叉 3. 紧轮 4. 电机主动轮 5. 从动轮26. 上叉板 图4.2货叉构造简图根据货叉构造简图，作货叉受力分析图，如以下列图4.2图4.3 货叉受力分析图图中a、b、c为额定间的尺寸分别为50cm、18cm、40cm，设、是材料的弹性模量,、分别为A、B、C的支反力，Q为货物载荷。上叉板扰度计算货叉在货物的作用下在上叉板处和c处产生支反力，上叉板受力和变形如以下列图4.3所图4.4 上叉板受力图虚

34、线表示变形，由上土可知，上叉板的B、C支点及力转角微分方程和扰度方程分别为 N N= &=当=b时，=0，&=0，所以=0.54 =1.86下叉板扰度计算图4.5 下叉板受力图载荷Q在b段产生的作用反力为，在c点产生倾角，产生的扰度求得 =2941 N =10294 N=0.4=2.5因此 =0.94=4.36货叉在叉取货时的最大扰度一般规定不超过5mm，根据以上式子可知，货叉构造设计的扰度符合要求1.5堆垛机行走机构的设计计算5.1 堆垛机行走机构的整体设计要满足堆垛机能够在自动化立体仓库的货架巷道里来回穿梭运行，实现货物的存取要求，需要设计行走机构。主要包括：电动机、减速器、制动器、行走车

35、轮。5.1.1 驱动方式的选取方案一：地面驱动式行走机构安装在下横梁上，行走轨道铺设在地面上，堆垛机靠下部的车轮支承和驱动，上部的导向轮用以防止堆垛机的倾倒或摆动。这种驱动方式的优点在于：驱动装置由于装在下横梁上，容易保养维护，使用方便。起重围大，应用比较广泛，适合于各种高度的立体仓库。方案二：上部驱动式该驱动方式又可分为悬挂式和支承式两种构造形式。行走机构安装在堆垛机门架的上部，在地面上也没有导轨，使门架下部的导轨以一定的间隙夹持在导轨的两侧，从而防止堆垛机运行时产生的摆动和倾斜，其升降装置也安装在门架的上部。这种驱动方式的优点在于：在设计机架即：金属构造时，可不考虑横向的弯曲强度，钢构造的

36、自重可以减轻，加减速时的惯性和摆动小，稳定静止所需的时间就短。但是由于行走、升降等驱动装置都安装在堆垛机上部，保养、检查与维修必须在高空作业，既不方便也不平安，而且立体仓库的屋顶要承担堆垛机的全部移动载荷重，从而增加了屋顶构造和货架的重量。综合以上两种方案的比照，结合设计题目的要求，本设计中的驱动型式采用“下部支承地面驱动型。 车轮的的设计为使堆垛机能够在轨道上平稳运行，因此必须依靠车轮来实现这一运动。通常，车轮的形式有带轮缘和无轮缘两种。因为本设计中将采用货叉作业，这样将会产生啃轨现象。严重时使车轮与轨道剧烈磨损，并且大大增加附加载荷，使堆垛机运行扭摆。发出响声，影响其正常工作，甚至出现开不

37、动和脱轨现象。因此，在设计中，在下轨道上设置圆柱形无轮缘车轮设计2个行走轮，并在下轨道侧面安装2个侧面导向轮。上轨道设置2个有轮缘车轮作为导向轮，从而保证堆垛机的平安稳定运行。5.1.3 电动机的选取本设计中，行走机构的电动机确定选用允许有较大振动和冲击，转动惯量小，过载能力大的YZR系列绕线型起重用三相异步电动机5.1.4 减速器的选取从堆垛机本身的工作场合考虑，本设计最终确定选用展开式一级圆柱齿轮减速器5.1.5 制动器的选取堆垛机在运行过程中，为了满足能够减速停车的要求，需要在运行机构中设置一个制动器以便控制制动力矩的大小，从而实现其功能。同时考虑堆垛机能平稳工作，本设计中确定选用盘式常

38、开式制动器。在走行方面的制动转矩值的大小一般为电机额定转矩的100%即可。5.2 轨道的设计本设计采用地面驱动式，需要设计上、下轨道来支承起堆垛机的全部自重，并能使堆垛机在其上顺利运行。目前，常用的轨道主要有以下三种：起重机钢轨、铁路钢轨和方钢。综合堆垛机的具体工作场合和性能要求刚度强度的要求，并进展市场调查进展本钱考虑，上轨道可采用工字钢，其具有良好的抗弯强度，常选用含C、Mn较高的钢材轧制而成典型型材U71Mn。下轨道可采用铁路钢轨中的轻轨，常选用普通碳素构造钢的镇静钢和半镇静钢。其顶部做成凸状的，底部具有一定宽度，具有良好的抗弯强度。本设计采用地面驱动式前面已作介绍，具体容见2.5.1，

39、需要设计上、下轨道来支承起堆垛机的全部自重，并能使堆垛机在其上顺利运行。目前，常用的轨道主要有以下三种：起重机钢轨、铁路钢轨和方钢。综合堆垛机的具体工作场合和性能要求刚度强度的要求，并进展市场调查进展本钱考虑，上轨道可采用工字钢，其具有良好的抗弯强度，常选用含C、Mn较高的钢材轧制而成典型型材U71Mn。下轨道可采用铁路钢轨中的轻轨，常选用普通碳素构造钢的镇静钢和半镇静钢。其顶部做成凸状的，底部具有一定宽度，具有良好的抗弯强度。堆垛机轨道安装的好坏直接影响到堆垛机的运行质量。常用的安装方法有：压板固定法、钩形螺杆固定、焊接和螺栓联用固定。轨道的接头采用焊接方式，其顺序是由下而上，先轨底后轨腰、

40、轨头，逐层逐道进展堆焊，最后修补周围。焊接时应注意以下问题：1在施焊前，固定钢轨接头时，2根钢轨端头之间所留间隙是上宽下窄，以轨底间隙为准，一般控制在1518mm之间。2当钢轨端头焊接完成后，应采取热处理来消除其应力，可以用气焊喷嘴围绕轨头、轨腰、轨底反复进展加热。5.3 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 式5.1式中 行走阻力； v行走机构的运行速度；由上式可知，现须确定行走阻力的大小，可按下式计算： N 式5.2式中 堆垛机的额定起重量和自重之和；轴承摩擦系数，查表选取0.1； f车轮滚动阻力系数，查表选取0.3； D车轮直径； d轴径；阻力摩擦系数，查

41、表选取1.5；将相关数据带入式5.2中，算得：=20050 N，并将其结果带入式5.1，最后算得所需电动机的功率P=29KW，因此选择型号为YZR225M6，转速为957r/min,额定功率为34KW，效率为90%且3490%=30.6，可选。安装代号选取1M1003，国际基准机座号为160M。5.4 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以下关系式：P=KDB-2rkg 式5.3 K=kg/cm 式5.4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；

42、 v走行速度m/min；许用应力球墨铸铁的许用应力为50kg/cm,即5MPa。首先确定B=6.4cm，r=0.2cm, k=50 kg/cm, v=80m/min则 K=36.3kg/cmP=1500kg将以上数据带入式5.3，式5.4中算得：D=8.5cm行走轮的轮压主要根据疲劳计算轮压选取，其计算公式为：= 式5.5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： 式5.6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5.5，式5.6中算得：D=350mm车轮的转速为：=212.3

43、r/min车轮的轴径为d=14mm，为满足选择适宜的轴承，取d=15mm轴上的轴承选取型号为6202，根本尺寸为：d=15mm，D=35mm，B=11mm5.5 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： 式5.7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：=4.48可选取减速器的标准型号为ZDY160低速级中心距为160。5.6 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： 式5.8=工作情况系数取2.3,则2.3289=664.7由设计手册选取弹性柱销联轴

44、器TL8。它的许用转矩为，半联轴器材料为钢时，许用转速为3000r/min。1.6 堆垛机升降机构的设计6.1 堆垛机升降机构的整体设计为了使堆垛机上货物的存取机构做升降运动，需要设计一个升降机构，用以满足该功能要求。起升机构主要包括：电动机、减速器、制动器、卷筒、柔性件、导轨组成。起升机构的运转是通过减速装置使卷筒转动，使柔性件卷入卷筒，柔性件机通过架立柱顶部的定滑轮与载货台相连，因此柔性件牵引载货台上升，当到达指定的货格位置时，制动器动作，使载货台平稳、准确地停住。6.1.1 柔性件的选取在堆垛机的起升机构里需要靠柔性件来来起吊货物。目前，起重机常用的柔性件主要有钢丝绳和链条。钢丝绳与链条

45、相比，其优点在于：强度高、承载能力大，弹性好，能承受较大的冲击；自重较轻；工作可靠，在破断以前，外面的钢丝先断裂和松散。因此容易发现和更换，平安可靠，及少骤然折断；本钱较低；高速运转时工作平稳、无噪音等。综上所述，通过分析比较，设计中确定选用钢丝绳作为起升机构的柔性件。6.1.2 卷筒的选取为了卷绕和容纳钢丝绳，通过对钢丝绳的收放，需要设置卷筒装置来实现该功能。在起重机械中，主要采用圆柱形的钢丝绳卷筒。按钢丝绳在卷筒卷绕层数的不同可有以下两种备选方案。方案一：单层卷绕卷筒方案二：多层卷绕卷筒方案比照：单层卷绕卷筒外表通常切有螺旋形绳槽，钢丝绳依次排列其，绳槽节距比钢丝绳直径稍大，绳槽半径比钢丝

46、绳半径梢大，这样增了钢丝绳与卷筒的接触面积，防止卷绕过程中相邻钢丝绳间的相互摩擦。从而可以延长钢丝绳的使用寿命。但当起升重物量增加，需要较长的钢丝绳时，卷筒的长度和直径都将有所增加。多层卷绕卷筒虽可以减少卷筒的长度，但由于钢丝绳所受的挤压力大，相互摩擦力大，使钢丝绳的寿命降低。此外，如果卷筒卷速不变，由于钢丝绳每层卷绕半径不等，钢丝绳的卷绕速度或作用卷筒上的外力矩就随卷绕层数变化，运转起来不平稳。综上所述，结合堆垛机具体使用场合和性能要求，本设计中选择单层卷绕圆柱形卷绕卷筒。6.1.3 电动机的选取一般工厂里都有交流电网提供三相交流电，其本钱低，启动、制动、调速方便，机械活动围广，应选取电动机

47、作为起升机构的原动机。按电动机转子绕组构造不同可有以下两种备选方案。方案一：绕线式异步电机方案二：鼠笼式异步电机方案比照 ：绕线式异步电机的转子电阻可以调节，因此起动电流不是很大，通常不会超过额定电流的22.5倍，而且也便于调速。鼠笼式异步电机的构造简单，操纵方便，价格也较廉价，但起动电流较大，到达额定电流的46倍，调速性能差，不能承受较频繁的起动，通常只用在起动不频繁、功率较小的工作机构中。根据具体工作环境，堆垛机的启动负载大，启动、制动、换向频繁，要求有较高的工作稳定性。综合以上两种方案的比照，本设计中选用允许有较大振动和冲击，转动惯量小，过载能力大的YZR系列绕线型起重用三相异步电动机。

48、6.1.4减速器的选取在电动机和卷筒之间需要设计一个传动装置用以传递运动和作用，并藉以改变运动的形式、速度大小和转矩的大小。本设计中采用减速器作为起升机构的传动装置。(1)传动方式的选择起重机械中常有以下三种备选方案。方案一：二级圆柱齿轮减速器，其构造如下： 图6.1 二级圆柱齿轮减速器方案二：蜗轮减速器，其构造如下： 1. 电动机 2. 联轴器 3. 减速器 4. 联轴器 5.滚筒 6. 链 图6.2 涡轮减速器构造图方案三：行星齿轮减速器方案比照：二级圆柱齿轮减速器效率高，功率围大，现已标准化，因而使用围普遍；蜗轮减速器虽然构造尺寸小，传动比较大，重量轻，但效率低，寿命较短，在长期连续使用

49、时就显得不经济，一般只用于小型起重机；行星齿轮减速器的构造紧凑，传动比也较大，但价格比较昂贵。综上所述，从产品的本钱、性能和具体使用场合考虑，本设计中选取二级圆柱齿轮减速器。(2)输出入轴的配置根据机械设计手册输出入轴有以下四种备选方案。方案一：展开式，其构造如下： 图6.3 展开式构造图特点：构造简单，但齿轮相对与轴承的位置不对称，因此要求轴有较大的刚度，高速级齿轮布置在远离转矩输入端，这样，轴在转矩作用下产生的扭矩变形和轴在弯矩作用下产生的弯曲变形可局部的相互抵消，以减缓沿齿宽分布不均匀的现象。用于载荷比较平稳的场合，高速级一般做成斜齿，低速级一般做成直齿。构造简单，应用广泛。 方案二：分

50、流式，其构造如下：1. 电动机 2. 联轴器 3. 减速器 4. 联轴器 图6.4 分流式构造图特点：构造复杂，但由于齿轮相对于轴承对称布置，与展开式相比载荷沿齿宽分布均匀，轴承受载较均匀。适用于变载荷的场合。高速级一般用斜齿，低速级可用直齿或人字齿。 方案三：同轴式特点：减速器横向尺寸较小，两对齿轮浸入油中深度大致一样，但轴向尺寸和重量都较大，且中间轴较长，刚度差，沿齿宽载荷分布不均匀，高速轴的承载能力难于充分利用。 方案四：同轴分流式特点：每对啮合齿轮仅传递全部载荷的一半，输入轴和输出轴只承受转矩，中间轴只承受全部载荷的一半，故与传递同样功率的其他减速器相比，轴颈尺寸可以缩小。综上所述，比

51、照四种方案的特点，从堆垛机本身的工作场合考虑，本设计最终确定选用展开式二级圆柱齿轮减速器。(3)输入、输出端的形式输入端采用带专用联轴器的输入轴，输出轴为空心轴，用联轴器与卷筒相连。(4)润滑方式的选择因为浸油润滑具有构造简单，润滑可靠，本钱较低的优点，因此本设计中采用浸油润滑的润滑方式。 制动器的选取堆垛机在工作过程中，为了使存取的重物的升降运动能够停顿或者支持重物并使其保持在空中，需要在起升机构中设置一个制动器来保证堆垛机工作的平安性和可靠性以及实际工作特点的要求。一般规定，提升装置的制动器的制动转矩应为相当于额定载重量的货物被吊起时的最大转矩值的1.5倍以上。通常情况，制动器按其构造形式

52、可有以下三种备选方案。方案一：带式制动器方案二：块式制动器方案三：盘式制动器方案比照：带式制动器构造简单、紧凑，制动力矩较大，但是制动时轴上产生较大的弯曲载荷，制动带磨损不均匀；块式制动器工作可靠，两个对称的瓦块磨损均匀，制动力矩大小与旋转方向无关，制动轮轴不受弯曲作用。但缺点是制动力矩较小，与带式制动器相比其构造尺寸较大；盘式制动器制动平稳，制动轮轴不受弯曲作用，可用较小的轴向压力产生较大的制动力矩，使堆垛机的机构布置很紧凑，目前应用也比较广泛。综上所述，也同时为了满足升降机构必须要有足够的制动转矩的要求，本设计中选用常闭盘式制动器。6.2 升降机构零部件的设计计算6.2.1 钢丝绳的计算起

53、升机构中钢丝绳的直径按最大静载荷来确定。钢丝绳中最大静拉力可根据式6.1来确定： N 式6.1 式中， 最大起升载荷其中包括货叉和重量；滑轮组倍率，根据公式算得a为2；滑轮组总效率；代入相关数据到式6.1中估算得钢丝绳中最大静拉力=7653N可根据式6.2确定钢丝绳的直径：mm 式6.2式中， 钢丝绳最小直径； C与工作级别有关的选择系数，本设计中选取0.093代入相关数据到式6.2中算得=8.14mm则根据钢丝绳的最小直径在其产品性能中选取型号为：6W199.2155光右交GB110274的钢丝绳。其公称直径为9.2mm,公称抗拉强度为1550MPa。6.2.2 卷筒的相关尺寸计算卷筒的直径

54、可根据式6.3进展计算： 式6.3式中， 卷筒的最小卷绕直径； h与工作级别有关的选择系数，本设计中选取14； d钢丝绳的直径；代入相关数据到式6.2中算得：128.8mm。设计中取=130mm。卷筒的壁厚可根据经历公式6.4进展计算： 式6.4 =0.02130+811mm卷筒的转速可根据式6.5进展计算： 式6.5式中 v起升速度；D卷筒卷绕直径，D=+d；带入相关数据到式6.5中算得：卷筒的转速n=45r/min6.3升降机构传动装置的选取6.3.1 电动机的选择要将载货台、货物、及搭乘人员以20m/min的速度提升时，所选取的电动机的功率可根据式6.6进展计算： 式6.6式中 最大起升

55、载荷其中包括货叉和重量； V起升速度，设计中选取20m/min；机构总效率，设计中取0.9；代入相关数据到式6.6中算得：P=5.6KW再根据机构的工作级别、作业特点以及电动机的工作特性，所选择的电动机的额定功率应满足式6.7： KW 式6.7式中 电动机的额定功率；稳态负载平均系数，查表选取该值为0.80；代入相关数据算得：电动机的额定功率=4.48KW由此，选择型号为YZR280S10，额定功率为27KW，转速为582r/min，效率为92%，且2790%=24.844.48KW,可选。安装代号选取1M1003，国际基准机座号为280S。6.3.2 减速器的选择升降机构中的减速器可根据机构

56、的传动比从标准中选用。升降机构的传动比由下式确定： 式(6.8)式中 电动机额定转速；卷筒的转速代入相关数据到式6.8中算得：=12.93可选取减速器的标准型号为ZLY180低速级中心距为180。1.7 堆垛机维修与保养及其操作规程生产的正常运行、正确使用和经常维护与保养是堆垛机平安工作和延长使用寿命的根本因素。因此，应给与足够的重视7.1 日常维护当设备安装调试完后，必须坚持日常的维护工作，建立日检查、月检查和年检查的维护制度7.2 检查容1立柱上下横梁是否变形和扭曲2货叉变形情况，导向面和导向轮的磨损程度3各焊接件和铸件是否开裂、腐蚀；螺栓、定位销、铆钉是否松动4起升钢丝是否损坏5升降导轨

57、是否变形、扭曲、松动6过载松绳平安装置及断绳平安装置是否磨损7要求按时补充和更换润滑油，经常保持装备的整洁，本机的各机构都采用分散润滑方式，因此必须随时检查油嘴和油路的畅通无阻7.3 修理1构件焊缝开裂，应将有裂纹的局部铲除后，补焊2钢丝绳损坏，及时更换3当轴承工作时出现轧轧声时，检查轴承是否磨损和损坏，如有，则更换4货叉伸缩定位不准时，检查是否链条松弛所致，此时需要及时更换调整链条7.4 适用围本规程适用于立体仓库堆垛机控制系统的操作与平安操作。7.5管理容7.5.1操作规程将方式选择旋钮旋至手动位置，可在手动操作面板上控制堆垛机前进、后退与起升、下降，货叉左伸、右伸。手开工作模式为点动式工

58、作方式。在对堆垛机进展手动操作的时候，货叉必须在中位，才能进展前进、后退与高速起升、高速下降动作。有起升、运行、货叉三个部件六个自由度的运行。每个部件的运行都有高速与低速两种工作状态。低速前进、低速后退：堆垛机以7.8M/Min的速度运行，作用围前进限位后退限位。高速前进：堆垛机以100M/Min的速度运行，作用围后退限位33列，以20M/Min的速度运行，作用围33前进减速，以7.8M/Min的速度运行，作用围前进减速前进限位。高速后退：堆垛机以100M/Min的速度运行，作用围前进限位3列，以20M/Min的速度运行，作用围3列后退减速,以7.8M/Min的速度运行，作用围后退减速后退限位

59、。低速起升、低速下降：堆垛机以4.8M/Min的速度运行，作用围上升限位下降限位。高速上升：堆垛机以30M/Min的速度运行，作用围下降限位上升减速，以4.8M/Min的速度运行，作用围上升减速上升限位。高速下降：堆垛机以30M/Min的速度运行，作用围上升限位下降减速,以4.8M/Min的速度运行，作用围下降减速下降限位。低速左伸、低速右伸：货叉以4M/Min的速度运行，作用围左限位右限位。高速左伸、高速右伸：货叉以20M/Min的速度运行，作用围左限位右限位。在操作堆垛机时，不要高速冲击作用围的边沿，例如：不要高速把货叉伸到左限位，而应该提前换为低速，让系统自动停顿伸叉。参考方位：以站立在堆垛机上的操作员操作时的方位为参考方位半自动：将方式选择旋钮旋至半自动位置，可在手动操作面板上控制堆垛机前进、后退与起升、下降，货叉左伸、右伸，但不同手动运行的是堆垛机前进、后退与起升、下降必须运行到货位时才会停车。半自开工作模式是为了适应，纯手动出入库时使用。其工