教学型立体仓库提升与送物部分设计
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黄河科技学院毕业设计(文献翻译) 第10页使用CAD功能对空间3-,4-,5-,6-足并联机器人进行线性驱动的运动学分析摘要提出了一种用于设计的计算机模拟空间并联3-,4-,5-,6-驱动四肢的机器人的新的计算机辅助几何方法的机制。几个与3-,4-,5-,6-驱动四肢相关的新的空间平行机器人的合成。设计的模拟机制中的一些常见的计算机辅助几何制约因素和长度的驱动技术以及定义得以提出。根据一些新的和原有的空间并联3-,4-,5-,6-驱动的四肢机器人,分别应用这些技术,创建12种仿真机制。当通过使用尺寸驱动技术来修改驱动四肢的驱动尺寸,模拟机制的相应配置是多种多样的,运动学参数的移动平台得以解决了。计算机模拟的结果证明,计算机辅助几何的方法,不但相当地快速和简单,而且也从有利的观点说明了准确性和可重复性。关键词:计算机辅助几何,空间并联机器人,仿真机制1简介一些与3-或6-驱动四肢的1,2空间并联机器人已被用于许多实际应用中,这些良好的运动学和动力学性能被应用于机械臂,并联机床,漫步机的腿部,飞行模拟器,汽车或坦克模拟器,地震模拟器等4-6的高负荷生产能力。Tsai3证明了在一般情况下,驱动空间并联机器人四肢的数量等于其自由度数。进行空间并联机器人的合成,运动分析和优化设计的一些分析方法(如影响系数矩阵的方法7,螺丝的方法8以及空间矢量分析方法9,10)已用于空间3-或6-足并联机器人驱动肢体7-17运动学和动力学性能的研究。到现在为止,空间4-或5-足驱动的并联机器人还没有被用于许多实际应用程序中,主要是因为他们的研究还不是十分完善和成熟。这种分析方法适合于计算机编程和拥有精度和重复性的优势。然而,对计算分析空间并行机理的过程是相当复杂的,如进行尺寸合成,分析运动学和动力学,并确定奇异配置。在针对于CAD机制分析的基础上,对一些合适的方案进行了研究和编译18,19。由于这些分析方法是复杂的,其编程过程也是复杂的,而不是简单的,尤其是在多个解决方案的情况下的空间并行机制。因此,这种分析方法的应用受到限制。目前,计算机辅助几何技术是一种在功能设计、概念设计、三维建模以及对平面机理20-25的合成和分析方面都是极为有效的工具。然而,如何使用这个工具来解决运动学和空间3-,4-,5-,6-足驱动的并联机器人的SC分析问题,仍是一个尚未解决的关键问题。为了解决上述问题,通过使用有几何约束,等式约束和尺寸驱动功能的CAD软件分别设计空间3-,4-,5-,6-足驱动并行机器人的一些仿真机制。一种新型无需建模和三维实体组装的计算机辅助几何方法用以对动态运动学参数进行探索。2创建模拟机制的常用技术创建空间并联机器人的模拟机制之前,一些常见的技术和定义如下所述。第1步. 模拟机制中的尺寸分为驱动尺寸,传动尺寸,固定尺寸。驱动尺寸赋予驱动四肢的驱动移动平台。传动尺寸被赋予相应移动平台的位置和方向,以便在平等的基础上,解决运动学机制的参数。固定尺寸给出了移动平台的边线,边线的基础,并连接任何两个关节,以修改仿真机制的大小和配置。第2步. 模拟机制中的一些基本环节组成如下:(a)构成一条直线l,并给它一个初始的固定尺寸。这样,这条固定的尺寸线就相当于二进制中的一个环节。(b)在先进的CAD软件中的二维草图环境下,分别使用多边形命令,构成了等边三角形、等边四边形和正六边形。使用平面面域的命令,把它们分别转换成等边三角形平面,等边四边形平面和正六边形平面。举一个使用尺寸命令来初始固定多边形平面尺寸的例子。因此,这些多边形的平面可以作为基准或移动平台,但它们不能被同时使用,因为基准和移动平台,不能在二维草图环境下同时产生。因此,如果在二维草图环境下构成该基准,移动平台就必须采取如下2c,2d和2e的步骤在三维草图环境下产生,反之亦然。(c)构成三条线li(i=1,2,3),将它们采用点对点的同步命令连接起来,形成一个封闭的的三角形a1a2a3。接下来,给a1a2a3的每条边li赋初值。通过点点重合命令和点线重合命令将它的两端点a1和边l3C1分别连接而构成c1。构成c2线并连接它的两端以指向点a2和c1线上的a0点。设置c1、c2分别垂直于l3和l1,在这种方式中,相当于是在三维草图环境中构成的;同时,其中心点a0被确定,如图2.1a所示。(d)构成四条线li(i=1,2,3,4),通过使用点对点重合命令把它们连接起来,形成一个封闭的四边形(a1a2a3a4)。设置l1垂直于l2和l4,并设置l1平行于l3。因此,四点(a1,a2,a3,a4)总是在一平面上。分别连接线c1的两端a1和a3;分别连接线c2的两端a2和a4;使c1垂直于c2。举一个使用尺寸命令来初始四边形边的例子。在这种方式中,相当于在三维草图环境中构成了平面四边形(a1a2a3a4)的环节,中心点a0可以从c1和c2的交叉点来确定,如图2.1b。(e)构成六线li(i=1,2,.,6),采用点对点的同步命令把它们连接起来,形成一个封闭的六边形(a1a2a3a4a5a6)。分别连接它的两端a3和a6以构成一条线c1。采用点对点和点线约束命令,分别连接a1和c1线上的a0点以构成线c2。 设置c1分别平行l2和l5以及c2分别平行于l3和l6。给予相同的尺寸c2和边li。因此,这六个点a1(i=1,2,.,6)始终保留在平面a1a6a0上。在这种方式中,一个正六边形平面(a1a2a3a4a5a6)在三维草图环境中得以产生,其中心点a0可根据图2.1c中c1和c2的交叉点予以确定。(a)正三角形三元链接;(b)等边四边形链接以及(c)正六边形链接图2.1 相当于平面正三角形的三元,四边形,六边形的链接第3步. 一些在模拟机制中等同于接头的构成如下:(a)构成一条线l,并给它一个在长度上的驱动尺寸。这样,l就相当于一个棱柱的交点p或与棱柱交点P等同的驱动尺寸。(b)按照上述的第2步,构成一个链接和一条直线l,使用点对点重合命令将l的一端连接到链接(如基础,移动平台,或另一条线)的任一点P。因此,连接点p就相当于一个球形接头S。(c)按照上述的第2步,构成一个链接和一条直线l,通过使用点对点重合的命令把l的任一端或另一条线的末端连接到环节(如基准,或移动平台)上的顶点P,并且在这个环节上设置l垂直于另一条线。因此,连接点p就是等同于旋转的共同R。(d)构成两条线l1和l2,使用点线重合命令将l1的一端连接到l2上的p点,并设置l1垂直于l2。这样,连接点p就等同于一个圆柱体的共同点C。(e)构成两条线l1和l2,使用点线重合命令将l1的一端连接到l2上的p点,如图2.2a所示。这样,连接点P就相当于一个复合的交点PS。(a)等价的复合交点PS和(b)等价的UPU-驱动四肢r1图2.2 等价的平面等边三边形,四边形,六边形的连结第4步. 按照上述的第2步,分别构建一个基准B和一个移动平台M。按照上述的步骤3a和3b,构成一条线r1,并赋给R1在长度上的驱动尺寸,再通过使用点对点重合命令,把它的两端分别连接到点A1的B和m。这样,分别构成了两个在A1的等效球形接点S和a1点,这就相当于连接m和B的SPS驱动四肢r1。第5步. 按照上述的第4步,设置驱动四肢r1垂直于基准B的一条边线。这样,连接r1和B的等效的回转交点R得以构成。这样,等效的SPS驱动四肢r1就被转化成等价的SPR驱动四肢r1。第6步. 按照上述的第4步,构成辅助线B1并使其一端连接到点A1的基准B。采用垂直约束命令,设置B1垂直于两个驱动四肢r1和B的一条边线(L3用于针对3-足驱动四肢以及4-足驱动四肢C1的情况)。这样,在B处的点A1构成一个相当于常见的接点U。同样,构成一条辅助线b1,将它的一端连接到点a1的m并使b1垂直于r1和m的一条边线(3-足驱动四肢的L3,4-足驱动四肢的C1)。因此,一个相当于通用的交点U在点a1处予以点形成。接下来,设置B1平行或垂直于b1。这样,一个等效的SPS驱动四肢r1就转换成一个等价的UPU驱动四肢r1,如图2.2b所示。第7步. 按照第4步和第6步,构成一个等效球在B上的点A1的共同点S和在m上的点a1的等价万向点A1。这样,一个等价的SPS驱动四肢r1就转化为等价的SPU驱动四肢r1。事实上,SPU的驱动四肢r1就相当于在模拟机制下的SPS驱动四肢r1,因为一个本地冗余的自由度,这是从本身旋转轴的驱动四肢产生的,不影响该移动平台的运动。因此,UPS在模拟机制中的驱动四肢r1可以被替换为相当于SPS的驱动四肢r1。由以下的Kutzbach Grubler方程2-4可以计算出空间并联机构的自由度, (2.1)其中k是链接的数量,j为环节数,k是空间动态=6的机制运作内的尺寸;fi是第i个共同的自由程度,F0是本地的冗余自由度,这并不影响机制的运动。 4空间4-足驱动的并联机器人空间4-足驱动的并联机构的新型设计,如图4.1a所示。它包括一个四足的移动平台m,一个四足的基准B,两个扩展UPU的四肢,两个扩展SPU的四肢。其中,m是一个以a0为中心的等边四边形(a1a2a3a4),B是一个以a0为中心的平面等边四边形(A1A2A3A4)。分别通过一个在点ai的球形交点S、与棱柱的交点P相关的驱动尺寸ri、点Ai的万向节U,把两个相同的SPU驱动尺寸从m连接到B,其中i=2,4。分别通过点ai的万向节U、与棱柱相关的驱动尺寸ri、点Ai的万向节U,把两个相同的UPU驱动尺寸从m连接到B,其中i=1,3。我们定义它为一个2-SPU-UPU的机制I。当2-UPU尺寸和2-SPU的尺寸被安排在不同的位置时,可以分别合成2-SPU-UPU的机制II和2-SPU-UPU的机制III其他两种形式,如图4.1b和c所示。 (a)2-SPU-UPU的机制I;(b)2-SPU-UPU的机制II;(c)2-SPU-UPU的机制III。图4.1 空间4-足驱动尺寸的并行机制通过查看图4.1的整个机理,我们知道,对于移动平台、四个气缸以及四个活塞棒和一个基准的=10;六万向节U,四棱柱交点P和两个球体交点S的j=12;万向节的f1=2,棱柱集合的f2=1,球体集合的f3=3;F0=0。因此,根据公式(2.1),整个机制的自由度是: (2.2)空间2-SPU-UPU并联机制的仿真机理是建立在三维草图环境中的,如图4.2a所示,其创建过程描述如下。(1)按照第2步中的常用技术,分别构成了与长度边线(60cm)相关的一个移动平台(a1a2a3a4),以及与长度边线(100cm)的基准(A1A2A3A4)。 (2)按照第6步和第7步中的常用技术,分别构成两条相当于UPU驱动尺寸(r1和r3)和两个等价的SPU驱动尺寸(r2和r4)。通过这种方式,可以创造一个空间2-SPU-UPU并联机制I下的模拟机理。 (3)通过类似的过程,2-SPU-UPU模拟机制I的移动平台的位置-方向就得以确定。同样的,2-SPU-UPU模拟机制II也得以创建,如图4.2b所示。 (a)模拟机制I和(b)模拟机制II。图4.2 在驱动尺寸2-SPU-UPU模拟机制下的并行机理 8结论通过在先进的CAD软件的三维草图环境中,应用计算机辅助几何约束和尺寸驱动技术,一些新的仿真机制和空间具有3-,4-,5-,6-足驱动四肢的并联机器人得以设计。当通过使用尺寸驱动技术来修改驱动四肢的驱动尺寸时,相应的模拟机制的配置是多种多样的。这样,每个模拟机制的移动平台的运动参数就可以得到解决。当模拟机制的所有驱动尺寸和固定尺寸被修改后,在每个模拟机制中的所有几何约束和尺寸约束却被始终保留。因此,一旦创建了一个模拟机制,它就可以反复合成具有不同尺寸和配置的同类型的空间并联机构。当修改模拟机制的驱动尺寸时,导向尺寸也会相应地随之更改。这样,在平行空间机构自由度的基础上,模拟机制的驱动尺寸的数量就可以确定了。通过应用驱动和导向的尺寸技术和记录功能,在同等基础上的移动平台的位置-方向就可以得到解决。在Microsoft Excel环境下通过拟合曲线和拟合方程技术,可以解决在同等基础上的移动平台的近似速度(转速)和近似运动(旋转加速加速)问题。仿真结果证明,计算机辅助几何方法相当于结构的合成和运动学分析的分析任务,不仅相当的便捷,还有也来自准确性和可重复性的优势观点。参考文献1D.Stewart,与六自由度相关的Proc平台.英国:机械工程研究所第一部分180期,1965,(15):371-386.2K.H.Hunt.并行驱动机器人手臂的跨结构运动学,德国:ASME研究反式自动售货机的力学105期,1983,(4):705-712.3Z.Huang,Q.Li.轻型移动并联机器人的类型合成原则,中国:北京科学45期,2002,(3),241-248.4L.W.Tsai,F.Tahmasebi.六自由度并联微型机器人的一类新的合成与分析.研究机器人10期,1993,(5),561-580.5F. Gao, W. Li, X. Zhao.2-,3-,4-,5-足自由度并联机器人的新运动结构设计.马赫机械理论37期,2002,:1395-1411.6L.W. Tsai, S. Joshi.空间3-UPU并联机械手的运动学和优化.德国:ASME反式力学研究122期,2000,(4):439-446.7Z. Huang, Y.F. Fang.并联驱动棱锥机制的3自由度运动学特征分析.马赫机械理论31期,1996,(8):1009-1018.8Z. Huang, J. Wang.通过二次变性来鉴定3自由度并联机器人的主要螺丝.马赫机械研究理论36期,2001,(8):893-911.9C.M. Gosselin.在球面三自由度并联机器人上的直接运动学.国际机器人研究12期,1993,(4):394-402.10C.M. Gosselin, J. Angeles.球面三自由度并联机器人的最佳运动学设计.ASME研究反式自动发射讯号116期,(4),1141-1147.11H.Y. Lee, B. Roth.一类平行机制正向位移分析的封闭形式的解决方案.IEEE国际机器人自动化会议上的议程,1993,720-724.12S.V. Sreentvasan, K.J. Waldron.6-6型Stewart平台的封闭形式的直接位移分析.马赫机械研究理论29期,1994,(2):855-864.13B. Dasgupta, T.S. Mruthyunjaya.常用6-6型Stewart平台的一个建设性的预估校正算法的直接位置运动问题.马赫机械研究理论31期,1996,(6):799-811.14R.I. Alizade, N.R. Tagiyev, J. Duffy.6自由度并联机器人的正向和反向位移分析.马赫机械研究理论29期,1994,(1):115-124.15K. Luck.以Burmester理论为基础的计算机辅助机制的合成.马赫机械研究理论29期,1994,(6):877-886.16R. Matone, B. Roth.并联机器人:如何模拟驱动计划和它们在奇异姿势上的影响的研究框架.德国:ASME反式力学研究121期,1999,(1):2-8.17P.N. 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Lu.3维自由表面上正交的3杆的虚拟机工具的计算机模拟制造.国际马赫机械工具制造43期,2002,(11):734-742. 毕业设计文献翻译 院(系)名称工学院机械系 专业名称机械设计制造及其自动化 学生姓名张晓倩 指导教师杨汉嵩2012年 03 月 03 日黄河科技学院毕业设计开题报告表课题名称教学型立体仓库提升与送物部分设计课题来源教师拟订课题类型AX指导教师学生姓名专 业机械设计制造及其自动化学 号一、调研资料的准备根据任务书的要求,在做本课题之前,查阅了与该课题相关的资料,有:机械制图、机械设计、机电一体化技术、机械控制工程基础与毕业设计指导手册等一系列与设计相关的材料。二、设计的目的与要求 毕业设计是大学教学中最后一个实践性教学环节,通过该设计过程,可以检验学生对所学知识融会贯通的程度,同时培养学生处理工程中实际问题的能力,因此意义特别重大。立体仓库提升与送物部分主要利用步进电机作为动力源输出转矩,电机输出轴通过联轴器与滚珠丝杠相连接,最后通过滚珠螺母带动载物台Y向或者Z向运动。载物台在滚动导轨上滚动。图1 教学型立体仓库参考模型立体仓库提升与松物部分的结构包括:(1) 电机底座;(2) Y向步进电机;(3) 联轴器;(4) 载物台;(5) 滚珠丝杠;(6) 行程开关;(7) 滚动导轨;(8) Y向支座;(9) Z向支座;(10) Z向步进电机。 综合利用机械设计制造及其自动化方面的知识,对教学型立体仓库的提升与送物部分进行分析、计算,完成其总体设计;再利用Auto CAD软件先对立体仓库提升与送料部分进行数据布局设计,并完成其装配图与部分零件图的造型图。三、设计的思路与预期成果 1、设计思路首先要深刻理解立体仓库的整体结构,弄清楚各部分工作的原理及相互之间的作用关系;其次根据所选参数并结合实际因素,综合运用各方面的知识对各部分进行设计;最后参照已有的资料和多方经验,创造性的完成立体仓库提升与送物部分的制图工作。2、预期的成果 (1)完成文献综述一篇,不少与3000字,与专业相关的英文翻译一篇,不少于3000字;(2)绘制装配图和部分零件图;(3)完成内容与字数都不少于规定量的毕业设计说明书一份; (4)刻录包含本次设计所有内容的光盘一张。四、任务完成的阶段内容及时间安排 2月19日之前完成开题报告;3月 5 日之前完成文献翻译;3月15日之前完成文献综述及总体方案设计;4月10日之前完成装配图和部分零件图的绘制;4月25日之前完成设计说明书;4月30日之前完成所有设计任务并修改; 5月19日毕业答辩。五、完成设计所具备的条件因素 我已修完机械制图、机械设计、机电一体化技术、机械控制工程基础、机器人技术及其应用、机械制造技术基础、电工学及毕业设计指导等课程,同时借助图书馆的相关文献资料并查询相关的网络等资源。 指导教师签名: 日期: 课题来源:(1)教师拟订;(2)学生建议;(3)企业和社会征集;(4)科研单位提供课题类型:(1)A工程设计(艺术设计);B技术开发;C软件工程;D理论研究;E调研报告 (2)X真实课题;Y模拟课题;Z虚拟课题要求(1)、(2)均要填,如AY、BX等。2目 录 1任务书 1 2开题报告 2 3指导教师评阅表 4 4主审教师评审表 55毕业设计(论文)答辩评审与总成绩评定表 6 6毕业设计说明书 7 7文献综述32 8文献翻译41 9光盘 10设计图纸或实验数据记录黄河科技学院毕业设计(文献综述) 第 10 页 立体仓库的发展历程及其提升与送物部分的设计概述摘要立体仓库在现代物料仓储与小区车辆停放等应用中,已经成为一个比较广泛的技术,并且随着土地资源的匮乏,立体仓库技术也显得越来越重要。出于对成本和自动化立体仓库功能单一的考虑,过去中小企业多数使用传统的仓库。随着外资企业物流管理模式的普及和近十年自动化立体仓库系统功能的完善,小型多功能自动化立体仓库迅速增加。现代的物流与仓储系统主要以自动化立体仓库为核心,并由仓库外围设备构成,全部设备均由管理控制系统实行监控1。它集机械、电子、控制技术、计算机技术于一体,具有科技含量高,货物存取效率高和自动化程度高等特点,满足现代化企业对高效仓储设施和管理自动化的要求,能够实现货物的迅速、准确存取,自动进行库存分析和管理,为物资采购、供应和计划调度提供科学依据。 关键词:立体仓库,自动化,多功能 前言高层货架仓库简称高架仓库。一般是指采用几层、十几层乃至几十层高的货架储存单元货物, 用相应的物料搬运设备进行货物入库和出库作业的仓库。由于这类仓库能充分利用空间储存货物, 故常形象地将其称为立体仓库。为了节省用地,发展多层库和立体库是有效途径,但不排除其他建库途径2。自动化立体仓库是一种集信息、储存、管理于一体的高技术密集型机电一体化产品,涉及的领域很广。通过对立体仓库自动控制系统硬件的设计,基本上达到了采用计算机自动控制技术提高立体仓库的管理水平,提高立体仓库的可靠性和可维修性,从而提高企业生产率和经济效益的目的3。1自动化立体仓库的发展历程世界上第一座自动化立体仓库于1956年在美国建立, 其目的为军事上自动化搬运弹药4。自动化立体仓库以其占地面积少, 差错少, 节省人力等优点, 大大提升了航空母舰战斗机群轮番战斗能力。之后的50年里, 随着国际贸易的增加和全球化浪潮的兴起, 自动化立体仓库技术逐渐有民用化趋势。在各个地区都掀起了自动化立体仓库的热潮。自动化立体仓库自上世纪60年代面世以来,大致经历了手工储存式仓库、机械式立体库系统、自动化立体库系统、集成化立体库系统、智能型立体仓库系统五代的发展,并逐步向第六代“3I”(Intelligent、Integrated、Information)型自动立体仓库过渡5。目前自动化立体仓库在我国使用率并不是很高。1980年, 我国第一座自行研制的自动化立体仓库开始投产以来, 在汽车、化工、电子、烟草等行业的应用逐年增长。当今, 我国仓储自动化设施的普及率还比较低, 企业大手笔投入建造自动化立体仓库的似乎也不多, 至今屈指可数。 1.1自动化立体仓库的优越性 自动化立体仓库可靠性高, 节省劳动力, 零件容易维修更换, 操作简单方便, 导致了工业生产中的生产物流成本下降, 建设费用和土地资源都得到有效节约。(1)提高空间利用率。早期立体仓库的构想, 其基本出发点就是提高空间利用率, 充分节约有限且宝贵的土地。一般来说, 自动化立体仓库其空间利用率为普通平库的2-5倍。这是相当可观的。 (2)便于形成先进的物流系统,提高企业生产管理水平。传统仓库只是货物储存的场所,保存货物是其唯一的功能,是一种 静态储存。自动化立体仓库采用先进的自动化物料搬运设备,不仅能使货物在仓库内按需要自动存取,而且可以与仓库以外的生产环节进行有机的连接,并通过计算机管理系统和自动化物料搬运设备使仓库成为企业生产物流中的一个重要环节。这是一种 动态储存,也是当今自动化仓库发展的一个明显的技术趋势。 (3)可以解决备品备件等零碎物料的复杂的特性。(4)自动化立体仓库相对于老仓库的优势,在体制和机制创新方面走在前面,市场化程度相对高,用人机制灵活,这也是立体化仓库效益迅速提升的关键支持点。除以上四点外,自动化立体仓库的仓库经营理念较为先进, 注重大客户原则与理念, 并在此基础上强强联手,相互依存,实现共赢。图1.1 立体仓库模拟图 1.2立体仓库机构的具体要求(1)仓库建设规模和储存能力应满足工厂本世纪内不断发展的需要。(2)仓库的结构与功能注重实用性,符合工厂所需物资品种储存的需要。(3)提供良好的保管条件和保管环境,有利于提高保管质量,减少物资消耗。(4)作业方便,机动灵活,多种作业方式并存,有利于提高作业效率和质量。(5)仓库建筑和设备应满足防火、防盗和人身安全方面的要求,确保仓库安全。(6)采取适用技术和设备,不虚荣华贵,降低工程造价和日后运用费用。2自动化立体仓库的运行机理行走电机通过驱动轴带动车轮在下导轨水平行走,提升电机通过链条带动载货台做垂直升降运动,载货台上的货叉做伸缩运动。通过上述三维运动可将指定货位的货物取出或将货物送人指定货位。行走认址器用于控制堆垛机水平行走位置:提升认址器用于控制载货台升降位置。通过认址器光电识别,以及光信号的转化,实现计算机控制,也可实现堆垛机的手动和半自动控制。堆垛机是库内运行频率最高的设备,直接涉及整座仓库使用的可靠性和安全性。堆垛机机架设计成双立柱并由上横梁和下横梁组成一个矩形框架,在保证具有良好结构刚度,受力均匀的条件下,尽量减轻重量节省材料。堆垛机采用链条传动,运转稳定,定位准确,结构紧凑。为降低成本也可以采用钢绳传动,但结构不尽紧凑,缠绕滚筒也略显不美观。安全装置都采用机械和电气双重保险装置。货叉导轨锻后加工,表面淬火,超精磨削,提高运行精度和使用寿命。传动驱动部分包括步进电动机的驱动和电磁铁的驱动,步进电动机须满足快速急停、定位以及退位时能快速运行、工作时能带动工作台并克服外力(如摩擦力)并以指令的速度运行。3自动化立体仓库的结构组成 3.1 高层货架 高层货架系统主要由立柱、承载臂、安全销、各种拉筋、出人库两端的钢结构、堆垛机运行的上、下导轨等部分组成。用于存储货物的钢结构。目前主要有焊接式货架和组合式货架两种基本形式。 3.2 托盘 也就是货箱,用于承载货物的器具, 亦称工位器具。 3.3 堆垛机用于自动存取货物的设备。按结构形式分为单立柱和双立柱两种基本形式; 按服务方式分为直道、弯道和转移车三种基本形式。堆垛机主要由升降机构、运行机构、货叉、伸缩机构、机架、电控等部分构成。为了保证运动的准确性,采用步进电机驱动,同步带和同步带轮传动6。1.货架 2.轨道 3.立柱 4.托盘 5.货叉 6.小车底盘图3.1 立体仓库的物理模型 3.4 输送机系统 立体库的主要外围设备, 负责将货物运送到堆垛机或从堆垛机将货物移走。输送机种类非常多, 常见的有辊道输送机, 链条输送机, 升降台, 分配车, 提升机, 皮带机等。 3.5 AGV系统 即自动导向小车。根据其导向方式分为感应式导向小车和激光导向小车。 3.6 自动化控制系统 驱动自动化立体库系统各设备的自动控制系统。目前以采用现场总线方式为控制模式为主。 3.7库存信息管理系统 亦称中央计算机管理系统。是全自动化立体库系统的核心。目前典型的自动化立体库系统均采用大型的数据库系统 ( 如ORACLE, SYBASE 等)构筑典型的客户机/服务器体系, 可以与其他系统(如ERP系统等)联网或集成。根据以上论述分析,自动化立体仓库是由高层货架、托盘、巷道堆垛机、输送机系统、AGV系统、自动化控制系统、库存信息管理系统等组成,是一个复杂的动力学系统。4自动化立体仓库的设计特点自动化立体化仓库具有储存能力大、适用性强、稳定性高、经济性好等优点。自动化仓库系统一般由巷道堆垛机、高层货架、托盘、周边输送系统、计算机管理与控制系统、信息采集系统、执行机构等部分组成。机械系统包括:堆垛机水平走行、升降、货又伸缩3个运动方向的机构设计,每个运动方向的机构都包括滑动丝杆螺母副设计、轴承的计算与选型、滑动导轨的设计及计算校核、直流电动机的计算选型和联轴器的设计计算等7。 4.1堆垛机 堆垛机技术参数:1)额定载荷(kg)。2)单元尺寸:LWH(mm)。3)电源:380V50Hz3Ph。安全滑触线供电方式。4)行走装置驱动类型:电机减速机驱动车轮转动;行走装置行走速度:060m/min(变频无级调速);行走装置速度变频控制;行走装置采用掉电动作型制动方式。5)升降装置由驱动电机减速机带动链轮转动;升降装置升降速度:015m/min(变频无级调速);升降装置变频速度控制;升降装置采用掉电动作的形式作为其制动方式。6)货叉电机减速机通过链条驱动链轮及齿轮;货叉伸缩变频调速速度20r/min;货叉伸缩速度变频控制;货叉采用掉电动作的形式来制动。堆垛机要注意安全措施的设计。如果堆垛机提升链条断裂,安全系统切断电机和电机制动器的电源,使电机停止转动,载货台制动器卡在立柱上,防止载货台下降。如果堆垛机超速下降,超速保护装置切断电机和电机制动器的电源,使电机停止转动。如果堆垛机触发上、下极限限位器,紧急终端限位器能切断堆垛机总电源。堆垛机还装有运行终端限速器和运行终端限位器。堆垛机的货叉上装有行程限位光电开关或机械式行程开关,载货台接近出库位置时或货叉出入库完了,使货叉电机开或停。此外,堆垛机装有急停按钮、音响报警装置、货叉上货物探测装置。堆垛机电器设备安全要求,符合JB5319.2一91标准。堆垛机下框架两端、载货台与上横梁、下框架之间均装有抗冲击性能良好的缓冲器。堆垛机车轮前方设置有清轨器。所选用的提升链条安全系数为大于9,以保证人身安全。 4.2控制系统 控制系统主要是堆垛机控制系统和输送设备控制系统。堆垛机控制系统采用单片机与PLC相结合的方法,其中单片机负责处理用户界面、运动规划和与上位机的通讯;PLC负责低层的逻辑控制和各种安全保护。这使堆垛机的控制即具有PLC的可靠性和安全性,又具有单片机的灵活性和良好的用户界面。 堆垛机与监控计算机之间采用无线通讯方式。通过在监控计算机端和堆垛机控制柜端安装的红外光通信设备,实现堆垛机与监控计算机之间的信息传递。 堆垛机控制柜采用两台变频器控制。一台变频器控制行走电机和货叉电机互锁,这种方式既降低了成本,又避免了货叉取送货时,行走电机突然动作的可能,保证了堆垛机的安全,也增加了堆垛机的平稳性。另一台变频器控制升降电机。 4.3设计攻关(1)堆栈车停位精度和重复精度8在关键设备中,采用伺服电机驱动,直线导轨和导向轮导向结构,并对堆栈轨道车的位置进行精确控制。选用高精度元器件,确保设备停位快速、准确。(2)有效降低噪音的措施采用运行平稳性高、传动噪音低的功能部件。比如:在输送区间的所有范围内,安装有非金属导向装置,输送辊采用非金属材料,这样,托盘的金属导轮在运输过程中,既避免了与金属材料接触而产生噪音,又保证了运行平稳、可靠。(3)对环境污染物的有效防护由于生产工艺对厂房有较高的洁净度要求。因此设备设计中,采取技术措施,尽可能减少生产中对环境的附加污染。在动力传动部位下方,安装异物接收装置,对粉尘、油污等异物进行收集;采用集中的供气和排气方式,避免对环境造成二次污染。(4)减少冲击震动的措施选用导向平衡装置,采用伺服电机,安装直线运动导轨或导轮,配置缓冲器件,在地基与地面之间,安装防震垫等。所有这些措施,均会有效地降低设备运行中所产生的冲击震动。5自动化立体仓库的运行效果及应用自动化立体仓库实现了所需自制件和外购件都在立体库集中管理;有效利用了空间,节省了仓库占地面积;严格了账目管理,提高了管理水平;信息反馈及时准确,为决策提供了可靠依据;采用计算机管理与控制,为企业计算机联网创造了条件9。企业现代化生产规模的不断扩大和深化,使得仓库成为生产物流系统中的一个重要且不可缺少的环节。立体仓库正以它最小的占地面积和最佳的空间利用率,逐步替代着面积利用率极低且陈旧落后的平面仓库,这种替代促使仓储物流业的水平提高。为满足现代化生产与流通的需要,就必须采用以计算机控制技术为主要手段组成的自动化立体仓库。 以仓库为核心的存储系统是物流设备设施中的一大类,是直接用于物流活动,改进并提高其工作效率的各种设施设备的总称10。6自动化立体仓库的故障自诊断故障自诊断系统是一种建立在微机自动控制基础上的多功能、自动化、智能化系统,能自动获得在线的实时故障信息,并能自动对发生故障用声光显示,通过微机自动进行故障性质、程度、类别、部位、原因及趋势的诊断或预报。由于自动化立体仓库作为一种高度自动化、智能化的仓储系统,其机构复杂、层次性、模块性强,系统的诊断信息种类繁多,数量庞大,故障一旦发生,便很难确定故障点的位置和原因11。通过对机械状态测试、数据分析与故障诊断,可以确定机械的实时工作状态及所需的各种参数,以及确定机械的故障形式和故障部位,直至检测出发生故障的零部件或元器件,从而可以对有故障的机械进行快速监测和维修。运行故障主要形式为某一模块的某一动作未完成,如堆垛机的行走、上升不到位,堆垛机的松绳、超速、导引小车移动障碍、控制系统异常等等。立体仓库有关故障的数据主要源于两方面:设备控制器内部的各种反映设备运行状态的信号,包括I/O信号,设备功能控制产生的中间信号,以及设备内部以保护为目的的监控报警信号等;设备状态检测的结果。此外现场工人观察到的现象,对定位故障以及判断故障原因也有很大帮助。参考文献1 蒋蕊聪.自动化立体仓库J.中国储运,2007,06期,74-75.2 张晨阳.小型多功能自动化立体仓库设计J.湖北汽车工业学院学报,2003,03期, 12-15.3 龚志远.微型自动化立体仓库设计J.制造技术与机床,2011,08期,79-82.4 陈骏,施国洪,姚冠新.立体仓库自动控制系统设计J.江苏理工大学学报(自然科 学版),2000,05期,83-86.5 朱正礼,周以齐,吴耀华.立体仓库物理模型的设计J.起重运输机械,2001,09期, 12-14.6 贡文伟,赵艳萍,陈骏,施国洪.立体仓库故障自诊断研究J.中国安全科学学报, 2002,06期,69-72.7 李振,谭筱焕,沈彤.多层立体仓库的构思与实践J.物流技术,1998,02期,13 -15.8 韩勇德. 自动化立体仓库的构建J.物流技术与应用,2009,11期,108-110.9 郭萍茹.自动化立体仓库的实践J.机械管理开发,2003,01期,59-60.10 刘志刚,张建奇,鲍复民.自动化立体仓库机械结构设计J.机械与电子,2011, 10期,32-34.11 张怡.自动化立体仓库在物流教学中的应用J.中国市场,2011,28期,186-187.12 A.Tonge.Marlin.The UK Military UUV Programme-A Programme Overview. Proceedingsof the International UUV Conference, Newport,RI,2000,(4):31-38.13 J.Westwood. Future Prospects for AUVs. A Presentation to the Maridan PING Symposium. Copenhagen,1999,9.14 R.L.Wernli. AUVS-The Maturity of the Technology. OCEANS 99 MTS/IEE Coference Proceedings. 毕业设计 文献综述 院(系)名称工学院机械系 专业名称机械设计制造及其自动化 学生姓名 指导教师2012年 03 月 07 日 黄河科技学院毕业设计说明书 第 22 页1 绪论随着经济全球化步伐的加快,自动化立体仓库现已经成为代物流系统中迅速发展的一个重要组成部分, 它具有节约用地、减轻劳动强度、消除差错、提高仓储自动化水平及管理水平、提高管理和操作人员素质、降低储运损耗、有效地减少流动资金的积压、提高物流效率等诸多优点1。与计算机管理信息系统联网以及与生产线紧密相连的自动化立体仓库更是当今计算机集成制造系统(CIMS)及柔性制造系统(FMS)必不可少的关键环节。随着我国经济和科学技术的不断发展,物流供应链中蕴藏的巨大潜力越来越引起人们的注意。而物流中心则是物流供应链中重要的枢纽之一。它是接受并处理下游用户的订货信息,对上游供应方的大批量货物进行集中储存、加工等作业,并向下游进行批量转运的设施和机构。1.1课题的背景及目的立体仓库在现代物料仓储与小区车辆停放等应用比较广泛的一个技术,随着土地资源的匮乏,立体仓库技术显得越来越重要2。因此本课题的选择有一定的现实意义。本课题研究的目的是研究出教学所用到的立体仓库的提升与送物部分的设计,为以后所开展的教学活动做好硬件准备,以期给同学们以形象准确的实物印象和实验的积极性。1.2国内外自动化立体仓库的发展状况仓库的产生和发展是第二次世界大战之后生产和技术发展的结果。1963年美国率先在高架仓库中采用计算机控制技术,建立了第一座计算机控制的立体仓库。此后,自动化立体仓库在美国和欧洲得到迅速发展,并形成了专门的学科3。60年代中期,日本开始兴建立体仓库,并且发展速度越来越快,成为当今世界上拥有自动化立体仓库最多的国家之一。对立体仓库及其物料搬运设备的研制开始并不晚,1973年开始研制我国第一座由计算机控制的自动化立体仓库,该库1980年投入运行。到2003年为止,我国自动化立体仓库数量已超过200座。立体仓库由于具有很高的空间利用率、很强的入出库能力、采用计算机进行控制管理而利于企业实施现代化管理等特点,已成为企业物流和生产管理不可缺少的仓储技术,越来越受到企业的重视。 1.3自动化立体仓库的分类及其特点自动化立体仓库(AS/RS)是由立体货架、有轨巷道堆垛机、出入库托盘输送机系统、尺寸检测条码阅读系统、通讯系统、自动控制系统、计算机监控系统、计算机管理系统以及其他如电线电缆桥架配电柜、托盘、调节平台、钢结构平台等辅助设备组成的复杂的自动化系统。运用一流的集成化物流理念,采用先进的控制、总线、通讯和信息技术,通过以上设备的协调动作,按照用户的需要完成指定货物的自动有序、快速准确、高效的入库出库作业。(1)提高空间利用率 立体库的空间利用率与其规划紧密相连4。一般来说,自动化高架仓库其空间利用率为普通平库的2-5倍。这是相当可观的。 (2)便于形成先进的物流系统,提高企业生产管理水平自动化立体仓库采用先进的自动化物料搬运设备,不仅能使货物在仓库内按需要自动存取,而且可以与仓库以外的生产环节进行有机的连接,并通过计算机管理系统和自动化物料搬运设备使仓库成为企业生产物流中的一个重要环节。企业外购件和自制生产件进入自动化仓库储存是整个生产的一个环节,短时储存是为了在指定的时间自动输出到下一道工序进行生产,从而形成一个自动化的物流系统,这是一种“动态储存”,也是当今自动化仓库发展的一个明显的技术趋势。 1.4自动化立体仓库的应用自动化立体库在我国应用非常广泛:(1) 医药生产、配送;(2) 汽车制造:国内最早应用应用自动化立体库的领域之一;(3) 机械制造5:是广泛应用自动化立体库的领域之一;(4) 电子:联想等电子领域在2000年后开始采用自动化立体库系统;(5) 烟草制造业、配送:广泛采用自动化立体库系统,(6) 机场货运:目前各主要机场均采用立体库系统,用于行李处理;(7) 地铁:随着我国地铁建设的蓬勃兴起,自动化立体库应用大面积展开;(8) 服装、酒、牛奶;(9) 化工、印刷、出版、图书;(10) 军队、后勤、装备等尤为普遍;(11) 其他:还有很多领域应用了自动化立体库,如岩芯库、轮胎库、教学库等。2 总体方案设计总体设计是立体仓库的提升与送物部分设计的基础,是立体仓库具体内容的总体描述。因此,在对立体仓库的提升与送物部分进行详细设计之前,必须对立体仓库进行总体设计。立体仓库的总体设计要遵循立体仓库设计的基本准则及其相关要求。(1) 立体仓库设计的基本准则 仓库建设规模和储存能力应满足工厂本世纪内不断发展的需要。 仓库的结构与功能注重实用性,符合工厂所需物资品种储存的需要。 提供良好的保管条件和保管环境,有利于提高保管质量,减少物资消耗。 作业方便,机动灵活,多种作业方式并存,有利于提高作业效率和质量。 仓库建筑和设备应满足防火、防盗和人身安全方面的要求,确保仓库安全。 采取适用技术和设备,不虚荣华贵,降低工程造价和日后运用费用。(2) 提升与送物部分设计的参数要求 负载重量G=150N; 托盘尺寸为 300mm300mm20mm;提升与送物部分移动范围及其速度:X=600mm,移动速度VX=10m/min;Y=200mm,移动速度VY=3m/min;Z=600mm;移动速度VZ=5m/min;重复定位精度为0.01mm,定位精度为0.025mm。2.1提升与送物部分外形尺寸及重量估算 1、托盘尺寸为 300mm300mm20mm,根据重量=体积材料比重(硬铝) W=3003002010-32.810-2=50.4N 2、X向托板 450mm300mm30mm, WX=4503003010-32.810-2=113.4N 3、Y向上托板 300mm300mm20mm, WY上=3003002010-32.810-2=50.4N 4、Y向下托板 600mm300mm20mm, WZ下=6003002010-32.810-2=100.8N 4、X向导轨座(含电机) 重量 (45030020)10-32.810-2+10210=75.6N+100N=175.6N 5、Y向导轨座(含电机)重量 (60040020)10-32.810-2+1010=134.4N+100N=234.4N 6、夹具及工件重量(约) 150N 7、综上所述,提升与送物部分运动部件的总重量(约) 50.42+100.8+175.6+113.4+234.4+150=875N2.2圆柱导轨的计算与选择 2.2.1 圆柱导轨箱式SC系列的型号选择根据给定的提升与送物部分部件的总重量及负载和估算的WX、WY上和WY下,计算导轨的静安全系数: fSL=C0/P (2.1)由公式(2.1)可知:C0为导轨的基本静额定载荷;fSL=1.03.0(一般运行状况),3.05.0(运动时受冲击、振动)。系统受中等冲击,取fSL=3.0。又根据,工作载荷,得: 0.5() (2.2) PX=0.5875N=437.5N; PY=0.5(150+50.42)N=125.4N;Pz=0.5(150+50.42+100.8+234.4)N=293N; C0X=3.0437.5=1312.5N; C0Y=3.0125.4=376.2N;C0z=3.0586=879N。 根据计算的额定静载荷,同时确定其长度为: X向 450+600+30(余量)=1080mm; Y向 200+300+30(余量)=530mm; Z向 300+600+30(余量)=930mm。 再浏览“深圳腾展机电有限公司”网站6,查阅相应产品的“资料”,即可选取符合上述计算结果的直线轴承。图2.1 圆柱导轨箱式SC系列型号(部分)参照图2.1中的型号类型,综合分析考虑,选取符合要求的圆柱导轨型号,即:X向 SC13WUU;Y向 SC8WUU;Z向 SC10WUU。根据上述所选定的圆柱导轨箱式SC系列的型号,查阅对应的官方技术资料,分析并记录该型号对应的具体尺寸数据参见表2.1所示。表 2.1 圆柱导轨箱式SC系列尺寸参数型号尺寸(mm)轴径通用尺寸SCSCWhDwHGAJES11S2KLKwLwSC8UU811173422186245M483.418304258SC10UU1013204026218286M5104.321354668SC13UU131522443024.58335.5M5104.326396477注:表中各项所指示的零件尺寸部位参见图2.2中所示。图2.2 圆柱导轨箱式SC系列示意图 2.2.2 直线轴承的型号选择根据上述圆柱导轨箱式SC系列条件下的轴承配合形式,查取满足应用条件的内装轴承型号:图2.3 LM直线轴承系列(部分)参照图2.3中的型号定义,综合分析考虑,选取符合要求的直线轴承型号,即:X向 LMF13LUU;Y向 LMF8LUU;Z向 LMF10LUU。根据上述所选定的圆柱导轨型号,查阅对应的官方技术资料,分析并记录该型号对应的具体尺寸数据参见表2.2所示。表2.2 LM直线轴承尺寸参数型号尺寸(mm)DLD1HPCDKWA垂直度(m)d1d2h公差(m)公差(m)公差(m)LMF8LUU150-13450-0.3320-0.2524252124153.46.53.3LMF10LUU190-1655406293025294.584.4LMF13LUU236143633342933注:表中各项所指示的零件尺寸部位参见图2.4中所示。 图2.4 LM直线轴承示意图 2.2.3 轴支座的型号选择根据上述直线轴承箱式SC系列及对应条件下的轴承配合形式,设计满足应用条件的轴支座尺寸,见表2.3所示:表2.3 轴支座尺寸参数型号轴径尺寸(mm)重量(g)hAWHTEDCBSJSK8820214232.8618532145.5M424SK1010SK131323382030注:表中各项所指示的零件尺寸部位参见图2.2中所示。图2.5 轴支座尺寸示意图2.3滚珠丝杠的设计及计算 1、滚珠丝杠的负荷包括铣削力及运动部件的重量所引起的进给抗力,应按铣削时的情况计算。已知:GX=875N;GY=50.42+150=250.8N; Gz=250.8+100.8+200=551.6N。 (1)最大动负荷Q的计算 (2.3)查表得,系数fW=1,fH=1,寿命值 L=60nT/106 (2.4) n=1000Vmax/t (2.5) 查表得,使用寿命时间T=15000h;初选丝杠螺距t=5mm,由公式(2.5)得丝杠转速n=10001.5/5=300r/min; 由公式(2.4)可知,L=6030015000/106=270。 又X向丝杠牵引力(为当量摩擦系数) =1.4140.01875=12.373N Y向丝杠牵引力 =1.4140.01250.8=3.546N Z向丝杠牵引力 Pz= =1.4140.01551.6=7.800N 由公式(2.3)可知,最大动载荷为: X向 1112.373=79.970NY向 113.546=22.919NZ向 1 1 7.800=50.414N查阅相关的官方技术资料表,取滚珠丝杠的公称直径X向 d0=10mm,选用滚珠丝杠螺母副的型号为102,其额定动载荷为305Kgf(1Kgf=9.8N),足够用。Y向 d0=8mm,选用滚珠丝杠螺母副的型号为82,其额定动载荷为225Kgf(1Kgf=9.8N),足够用。Z向 d0=10mm,选用滚珠丝杠螺母副的型号为102,其额定动载荷为305Kgf(1Kgf=9.8N),足够用。同时,滚珠丝杠的长为: X向 1080-30=1050mm; Y向 530-30=500mm; Z向 930-30=900mm。根据上述所选定的滚珠丝杠型号,查阅对应的官方技术资料,分析并记录该型号对应的具体尺寸数据参见表2.4所示。 表2.4 滚珠丝杠(82、102)尺寸参数型号规格(mm)dIDaDABLWXHnCa(Kgf)Coa(Kgf)82821.21629416233.4203135225102101835528274.522185305 注:表中各项所指示的零件尺寸部位参见图2.6中所示。 图2.6 滚珠丝杠局部示意图 2、滚珠丝杠支撑座根据上述所选定的滚珠丝杠型号,查阅对应的官方技术资料,分析并选取该型号对应的支撑座凸形固定侧类型为EK06、凸形支撑侧类型为EF06;其具体尺寸数据参见表2.5和表2.6所示。表2.5 凸形固定侧(EK08、EK06)尺寸参数型号尺寸(mm)轴径d1LL1L2L3BHbhB1H1PXYZMT0.020.02EK066205.5223.5422521131820305.59.511M312EK088237264523226172526386.61112M314注:表中各项所指示的零件尺寸部位参见图2.7中所示。 轴承座本体;轴承;压板;套筒;轴封;锁固螺帽;内六角止付螺丝附铜片图2.7 凸形固定侧示意图表2.6 凸形支撑侧(EF08、EF06)尺寸参数型号轴径d1LBHbhB1H1PXYZ使用轴承使用C型扣环0.020.02EF06612422521131820305.59.511606ZZS6EF0814523226172526386.61112 注:表中各项所指示的零件尺寸部位参见图2.8中所示。轴承座本体;轴承;C型扣环图2.8 凸形支撑侧示意图 3、滚珠丝杠螺母副几何参数计算 (1)基本参数 公称直径 d0 8mm/10mm 螺距7 t 5mm 接触角 45 (2)螺纹滚道 钢球直径Da 1.2mm 螺纹滚道法面半径R R=0.52Da=0.521.2=0.624mm 偏心距e e=(R-Da/2)sin=(0.624-1.2/2)sin45=0.017 螺纹升角 =arc tan=arc tan=11.252 (3)螺杆参数螺杆外径 d d=d0-(0.20.25)Da=8-0.21.2=7.76mm d=d0-(0.20.25)Da=10-0.21.2=9.76mm螺杆内径 d1 d1=d0+2e-2R=8+20.017-20.624=6.786mm d1=d0+2e-2R=10+20.017-20.624=8.786mm螺杆接触直径 dZ dZ=d0-Dacos=8-1.2cos45=7.152mm dZ=d0-Dacos=10-1.2cos45=9.152mm (4)螺母参数螺母螺纹外径 D D=d0-2e+2R=8-20.017+20.624=9.214mm D=d0-2e+2R=10-20.017+20.624=11.214mm螺母内径(外循环) D1 D1=d0+(0.20.25)Da=8+0.21.2=8.24mm D1=d0+(0.20.25)Da=10+0.21.2=10.24mm 4、传动效率计算 5、刚度验算 滚珠丝杠受工作载荷P引起的导程L0的变化量: QX=P=79.970N ,QY=P=22.919 , QZ=P=50.414N, L0=0.5cm ,E=20.6106(N/cm2) F=R2=3.14(0.6786/2)2=0.361cm210-6cm 因而,丝杠因受扭矩角而引起的导程变化量L1很小,可以忽略。综上所述,导程总误差 10-6=10.754(m/m) (2.6)查表知,E级精度的丝杠允许误差为15m,故刚度足够。 6、稳定性计算 由于丝杠两端采用止推轴承,故不需要稳定性验算。2.4步进电机的选用 (1)步进电机的步距角b8 取系统脉冲当量p=0.01mm/step,初选步进电机的步距角为b=1.5。 (2)步进电机启动力矩的计算设步进电机等效力矩为T,负载力为P,根据能量守恒原理,电机所做的功与负载力做功有如下关系: T=PS (2.7) 公式(2.7)中,为电机转角,为机械传动效率,S为移动部件相应位移。 若取=b,则S=p,且P=Ps+G,则: (2.8) 公式(2.8)中,T为电机轴的负载力矩,Ps为移动部件的负载(N),为导轨的摩擦系数,G为移动部件的重量(N),b为步进电机的步距角(rad); 这里,取=0.03(淬火钢滚珠导轨的摩擦系数),=0.96,Ps为丝杠牵引力,Psx=PHX=79.970N,Psy=PHY=22.919N,Psz=PHZ=50.414N; 考虑到重力的影响,X向电机负载较大,因此取G=GX=875N;GY=250.8N,GZ=551.6N。42.264Nmm 12.113Nmm 26.643Nmm 若不考虑启动时运动部件惯性的影响,则启动力矩: (2.9)由公式(2.9)取安全系数为0.3,则:=140.88Nmm; =40.377Nmm; =88.81Nmm。 对于工作方式为三相六拍的三相步进电机:=162.679Nmm 13.987Nmm30.766Nmm (4)步进电机所需功率的计算提升与送物部分最大快移速度为 X向 10m/min,Y向 3m/min,Z向 5m/min;步进电机所需功率: 18.441W (2.10) 1.589W 5.813W因YS系列三相异步电动机的体积小,重量轻,结构简单,运行可靠,维修方便。两个端盖式轴承。绝缘级为E级,防护等级IP44,广泛应用在机械传动设备上,如小型机床、冶金、纺织、化工、医疗器械及日用电器。 其工作条件:环境温度不超过40,最低-15;相对湿度不超过90%;海拔不超过1000m;电源频率50Hz,电压220/380V;工作方式S1;安装方式IMB14(无底脚,有轴伸,端盖上带凸缘,凸缘有通孔,凸缘在D端,借凸缘安装)。所以,查表选用X向YS4522,Y、Z向YS4512型步进电机,电机有关参数见表2.7:表2.7 YS4512电机技术数据9型号功率/W电流/A电压/V转速/(r/min)最大转矩外形尺寸(mmmmmm)YS4512160.08538028002.4150100115YS4522250.122.5联轴器的选择 1、选择一种合适的联轴器类型可考虑以下几点10:(1) 所传递的转矩大小和性质以及对缓冲减震功能的要求;(2) 联轴器的工作转速高低和引起的离心力大小;(3) 两轴相对位移的大小和方向;(4) 联轴器的可靠性和工作环境;(5) 联轴器的制造、安装、维护和成本。 2、计算联轴器的计算转矩由于机器启动时的动载荷和运转中可能出现的过载现象,所以应当按轴上的最大转矩作为计算转矩Tca。计算转矩按下式计算 Tca=KAT (2.11)公式(2.11)中,T为公称转矩,Nm;KA为工作情况系数,查表,选取KA=1.3;根据公称转矩: 6 (2.12) X向 685.268Nmm Y、Z向 654.571Nmm故由公式(2.11)得计算转矩为:X向 Tca=1.385.268Nmm=110.848Nmm Y、Z向 Tca=1.354.571Nmm=70.942Nmm 3、确定联轴器型号首先根据为了补偿两轴的相对位移的考虑而选取联轴器类型为挠性联轴器;再根据计算转矩Tca,按照 TcaT (2.13)的条件,由联轴器标准中选定该联轴器的型号: X向 TGA-C28-8-10; Y向 TGA-C28-6-10; Z向 TGA-C28-8-10。上式(2.13)中的T为该型号联轴器的许用转矩,具体尺寸数据参见表2.8:表2.8 挠性联轴器(TGA-C28-6/8-10)尺寸参数d1(mm)d2(mm)D(mm)L(mm)L1(mm)轴向偏差(mm)61028.628.15.000.15M额定扭矩(Nm)最大扭矩(Nm)最高转速(rpm)重量(g)拧紧力矩(Nm)M31.63.25000462.0 注:表中各项所指示的零件尺寸部位参见图2.9中所示。 图2.9 挠性联轴器示意图 4、校核最大转速根据被连接轴的转速n不应该超过所选联轴器所允许的最高转速nmax,参照表2.8中相关数值,得:TGA-C28-6/8-10满足nnmax。结 论企业现代化生产规模的不断扩大和深化,使得仓库成为生产物流系统中的一个重要且不可缺少的环节。立体仓库正以它最小的占地面积和最佳的空间利用率,逐步替代着面积利用率极低且陈旧落后的平面仓库,这种替代促使仓储物流业的水平得以提高。自动化立体仓库的仓库经营理念较为先进, 注重大客户原则与理念, 并在此基础上强强联手,相互依存,实现共赢11。本文设计的教学型立体仓库提升与送物部分就是二者相结合的产物,特别是在Z轴的设计上还增加了稳固加强筋,以降低运作时引发的振动与不稳定性,为制造业提供了一种全新的实验加工方法。在设计的初始,因为我对立体仓库的样式、运作机理还不太了解,也不清楚教学型立体仓库应是怎么样的,至于总体设计也就更找不到满意的切入点了。幸好有杨老师的悉心指导,他不仅带领我到学校的理工实验大楼的实验室里参观了一款类似的教学型立体仓库的模型,还给予了我一定的解释和材料支持,让我对立体仓库提升与送物部分的总体设计有了基本概念,并得到了相应的感性认知。在设计的过程中,我遇到的一些问题,如立体仓库提升与送物部分工作台尺寸大小的确定、直线轴承与支撑支座的配合、滚珠丝杠的选择等等。但是,这些问题都在老师和同学们的帮助下比较圆满的得以解决了。由于本设计中用到不少标准件,通过设计的整个过程,让我学会了选择标准件的重要性、方便性、经济性,明白了设计的细致和耐心之处,让我对机械设计制造及其自动化专业的课程有了一个全面而系统的回顾及总结。经过一个多月的忙碌,我已设计出基本符合要求的教学型立体仓库提升与送物部分。由于水平、学识所限,再加上实践经验的不足,我的设计之中难免会有一些不足之处,还请老师给予适当的指导和建议。致 谢本文是在杨汉嵩老师的悉心指导下完成的。他严谨的治学态度,专业知识的熟练运用,都使我受到了很大的启发和帮助,也给我留下了深刻的印象。在设计的过程中,老师总是会耐心的回答我的问题;在做出适当引导的前提下,还添加了很多风趣幽默的谈话,让我在轻松的环境中,更加肯定老师的正确的指导,让我更加有耐心的进行我的毕业设计工作。俗话说:“师傅领进门,修行在个人”,我知道了老师的合理化建议的意义,知识的力量是给予自己的最大财富,我是必须亲身经历了才能有这么深刻的体会。这次的设计过程,我愈加明白了在科学上的独立思考的快乐,体会了在苦思冥想之后的开心,我感受到了学习的乐趣。我将在今后的工作中,我将以积极上进、追求向上的理念,做好本职工作;在生活中,乐观向上、精彩生活、充实精神文化生活。我会谨记老师给予我的指导,铭记老师的恩情,经常和老师取得联系,继续向老师请教遇到的问题。参考文献1 yanxi5288mm.自动化立体仓库.百度百科EB/OL. http:/baike.baidu.com/view/1459430.htm,2012-04-09.2 龚志远.微型自动化立体仓库设计J.制造技术与机床,2011,08期,79-82.3 朱正礼,周以齐,吴耀华.立体仓库物理模型的设计J.起重运输机械, 2001,09期,12-14.4 张晨阳.小型多功能自动化立体仓库设计J.湖北汽车工业学院学报,2003,03 期,12-15.5 黄健求.机械制造技术基础M.北京:机械工业出版社,2005.6 直线连动轴承系列.资料下载.深圳市腾展精密机电有限公司DB/OL. http:/www.tgbballscrew.com.tw/Down/list_1.html,2012-02-29.7 朱冬梅,胥北澜,何建英.画法几何及机械制图M.北京:高等教育出版社, 2008:200-209.8 秦增煌.电工学上册,电工技术M.北京:高等教育出版社,2004:200-228.9 吴宗泽,罗圣国.机械设计课程设计手册M.北京:高等教育出版社, 2006:167-181.10 濮良贵,纪名刚.机械设计(第八版)M.北京:高等教育出版社,2006.11 张怡.自动化立体仓库在物流教学中的应用J.中国市场,2011,28期,186- 187.12 Kenneth G Budinshi,Michael K.Budinshi.Engineering Materials Properties and Selection.Pearson Education Ltd,LondonM.2002.13 Donald R.Askeland,Pradeep P.Phule.The Science and Engineering of Materials.Brooks/Cole-Thomson LearningM,2003.
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