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畢 業(yè) 設(shè) 計 中 文 摘 要
隨著全世界經(jīng)濟的持續(xù)發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的突飛猛進，現(xiàn)代物流作為現(xiàn)代經(jīng)濟的重要組成部分，以及在經(jīng)濟上，工業(yè)化進程中最為合理的綜合服務(wù)模式，正在全球范圍內(nèi)迅速發(fā)展。自動化立體倉庫作為現(xiàn)代物流系統(tǒng)的重要組成部分，是一種多層存取貨物的高架倉庫系統(tǒng)，是在不直接人工干預(yù)的情況下，自動地對貨物存儲和取出的系統(tǒng)。因此作為現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的一項高科技產(chǎn)物，它對提高生產(chǎn)率、降低成本有著非凡意義。
本文以設(shè)計了一臺能在倉庫中運輸、堆取貨物的機械設(shè)備——巷道式雙立柱堆垛起重機，并著重分析了其升降機構(gòu)、伸叉機構(gòu)、行走機構(gòu)等機構(gòu)的工作原理，并對各機構(gòu)進行分析設(shè)計、選取與尺寸計算。內(nèi)容包括：總體運動方案設(shè)計和結(jié)構(gòu)分析、起升機構(gòu)的設(shè)計、伸叉機構(gòu)設(shè)計、行走機構(gòu)設(shè)計、機體支架設(shè)計及其他裝置設(shè)計等內(nèi)容。各機構(gòu)以電機的選取入手，通過對鋼絲繩、卷筒、鏈輪鏈條、皮帶輪皮帶的工作性能的分析設(shè)計計算與選取，從而設(shè)計合適的雙立柱式巷道堆垛機起重機的機架，進而設(shè)計一臺性能完備的巷道式雙立柱堆垛起重機。
關(guān)鍵詞：雙立柱；自動化倉庫；巷道；物流；堆垛起重機；設(shè)計
畢 業(yè) 設(shè) 計 外 文 摘 要
Title Two-column hay stacker
Abstract
Along 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 it’s hoisting mechanism, stretch fork mechanism , walk mechanism, working principle, and it’s aimed at each mechanism to design, select , and size’s calculate of double post alley stacking crane. Overall sport scheme’s design and analyze of structure, the design of hoisting mechanism , stretch fork’s mechanism design , walk mechanism’s 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; Design
本科畢業(yè)設(shè)計 第Ⅰ頁 共 II 頁
目 錄
第1章 緒論 1
1.1課題背景 1
1.1.1巷道堆垛機發(fā)展現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢與優(yōu)勢 1
1.1.2雙立柱巷道堆垛機的分類 2
1.2設(shè)計參數(shù) 2
第2章 總體運動方案設(shè)計和結(jié)構(gòu)分析 3
2.1雙立柱巷道物流堆垛起重機的總體運動方案設(shè)計 3
2.2主要裝置 4
2.2.1底架 4
2.2.2立柱 4
2.2.3升降載貨臺 5
2.2.4 行走機構(gòu) 5
2.2.5升降機構(gòu) 5
2.2.6貨叉驅(qū)動機構(gòu) 5
2.2.7堆垛機的控制裝置 5
2.3本章小結(jié) 6
第3章 雙立柱巷道堆垛機起升裝置的設(shè)計 7
3.1電動機的選擇計算 7
3.1.1選擇電動機類型 7
3.1.2選擇電動機容量 7
3.2鋼絲繩和滑輪設(shè)計 8
3.3 起重卷筒設(shè)計 9
3.4 渦輪蝸桿減速器的選取 10
3.5 本章小結(jié) 10
第4章 堆垛機伸縮貨叉機構(gòu)的設(shè)計計算 11
4.1伸縮貨叉的擾度與強度 11
4.1.1下叉的受力分析: 11
4.1.2 中叉的受力分析 12
4.1.3 前叉的設(shè)計分析 14
4.2貨叉各參數(shù)的選擇 15
4.3貨叉內(nèi)部零件的選取與校核 15
4.4貨叉伸縮裝置中的電機和減速器的選取 19
4.5本章小結(jié) 19
第5章 堆垛機行走機構(gòu)的設(shè)計計算 20
5.1 堆垛機行走輪的設(shè)計計算 20
5.2 行走機構(gòu)電動機的選取 21
5.3 V帶輪與V帶的設(shè)計計算與選擇 21
5.4 行走機構(gòu)減速器的選取 23
5.5本章小結(jié) 24
第6章 雙立柱巷道堆垛機機體支架設(shè)計 24
6.1 機架設(shè)計計算的準則和要求 24
6.2機架的設(shè)計步驟 25
6.3其他裝置設(shè)計和選擇 25
6.4 其他裝置設(shè)計和選擇 27
結(jié)論 27
致謝 28
參考文獻 28
本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 第 29 頁 共 33 頁
1 緒論
20世紀，隨著世界全球經(jīng)濟的蓬勃快速發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，以及經(jīng)濟全球化席卷而來，世界各國面臨著前所未有的機會和挑戰(zhàn)。尤其中國自改革開放以來，全國各界人士紛紛投入自主創(chuàng)業(yè)的浪潮中，各地各種各樣的工廠企業(yè)蜂擁而起。各種各樣的產(chǎn)品并未滿足中國人民的需要，并呈現(xiàn)供不應(yīng)求的狀況，現(xiàn)代物流的發(fā)展呈現(xiàn)出前所未有的快速發(fā)展趨勢，在中國只顯一角。物流系統(tǒng)的改善和其具備的合理性，有利于加速中國工業(yè)化進程，提升產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)。堆垛起重機是車間立體倉庫中最重要的起重運輸設(shè)備，是立體倉庫標志性機器人。本文從堆垛機的應(yīng)用特點入手，著重就堆垛機的結(jié)構(gòu)設(shè)計進行初步的研究[1]。
1.1課題背景
1.1.1巷道堆垛機發(fā)展現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢與優(yōu)勢
中國是人口大國，也是生產(chǎn)大國，自從我國躋身全球化，主動參與和世界各國競爭的浪潮中?？偹苤?，計算機信息技術(shù)的進步，導(dǎo)致現(xiàn)代企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模進一步膨脹，以及企業(yè)相互之間競爭日益激烈,市場對企業(yè)物流系統(tǒng)提出了新的要求，自動化立體倉庫正是實現(xiàn)物流系統(tǒng)合理化這一要求的關(guān)鍵。
隨著倉庫的不斷壯大，倉庫已經(jīng)不是想當然的認為只是雜亂無序的堆放貨物的概念了，而是向著自動化，立體化方向發(fā)展，并且能夠快速方便堆放和存取。這是中國乃至世界物流所必須滿足的條件。而要完成這一快速存放行動，人力已遠遠不夠，單純的機械拉載也不可能完成。這時，物流專業(yè)人士構(gòu)想并發(fā)明了立體倉庫堆垛機，并不斷地對其完善，使之越來越得心應(yīng)手?？梢赃@么說，堆垛機完全是社會進步的產(chǎn)物，其偶然中包含了更多的必然。
巷道堆垛起重機不管按照支撐方式、控制方式，還是結(jié)構(gòu)、用途、運行軌跡等方式分類，都主要由水平行走機構(gòu)、垂直起升機構(gòu)、栽貨臺及貨叉機構(gòu)、機架和電氣設(shè)備等基本部分組成。常見的主要分類形式如以下幾種：
①按照有無導(dǎo)軌，堆剁機可分為無軌堆垛機和有軌堆垛機。無軌堆剁機又稱三向堆垛叉車，顧名思義沒有固定的運行軌道，具有靈活輕便的特點；有軌堆垛機則需沿巷道特定的軌跡運行。有軌巷道堆垛機作業(yè)高度高，對倉庫的利用率高，對巷道要求寬度小，可以進行手動、半自動、全自動和遠距離集中控制，但必須配備出、入庫設(shè)備。
②按照用途不同，堆垛機可分為架橋式堆垛機和巷道式堆垛機。架橋式堆垛機當前在城市中的建筑工地上多見，如起重機一樣同時具有叉車和起重機的雙重結(jié)構(gòu)特點，具有橋架和回轉(zhuǎn)小車，立柱也不像巷道式堆垛機那樣，而是可伸縮的，立柱上裝有像貨叉一樣的取物裝置。橋式堆垛機取貨裝置在立柱上的運動可以實現(xiàn)任意高度的貨物的堆垛和取出。但由于立柱的高度有限，橋式堆垛機只能適用于12m以下的中等倉庫，且軌道寬度較大，只適用于笨重物料的搬運和堆垛。
巷道堆垛機沿貨架倉庫巷道內(nèi)的軌道運行，行走快速平穩(wěn)，作業(yè)高度可達上百米。其最精妙之處是采用貨叉伸縮機構(gòu)，即貨叉可以伸縮，這樣就可以通過巷道寬度變窄來提高倉庫的利用率；巷道堆垛機適用于各種高度的高層貨架倉庫，除以上優(yōu)點之外，巷道堆垛機還要求有較高的運行速度和生產(chǎn)效率、配備出入倉庫裝置較高的制造和安裝精度、多節(jié)伸縮貨叉或貨板、較高的電氣傳動調(diào)速且制動平衡、停車準確、要有安全保護裝置等特點[2]。
1.1.2雙立柱巷道堆垛機的分類
巷道堆垛機按結(jié)構(gòu)不同可分為單立柱型巷道堆垛機和雙立柱型巷道堆垛機[18]。
單立柱型巷道堆垛機的機架結(jié)構(gòu)相當簡單，由一根立柱、上橫梁和下橫梁組成一個工字形框架。立柱多采用較大的H型鋼或由生產(chǎn)家根據(jù)商家要求特制焊接定作的，立柱上附加凹槽導(dǎo)軌，立柱上段設(shè)有鋼絲繩卷筒。他的提升機構(gòu)正是由鋼絲繩傳動動力，拉動載貨臺沿著立柱運動。單立柱堆垛機正是憑借這種結(jié)構(gòu)簡單的特點被很多小型企業(yè)應(yīng)用。另外單立柱堆垛機總體質(zhì)量輕，制造起來消耗鋼材少，成本低，價格也就相對低，再主要是維修方便。但也有一定的不足，運行速度不能太大，載重量也不能太大，提升高度在10米左右。
雙立柱機構(gòu)的堆垛機的機架比起單立柱的要多一根立柱。立柱往往加工成方管，立柱上也可加工凹槽導(dǎo)軌。雙立柱堆垛機強度，剛度要比單立柱大的多，載重量和運行速度都比較大，提升高度往往在20米左右，運行平穩(wěn)無震動。對于大型立體倉庫，雙立柱堆垛機是不二之選。雙立柱堆垛機的起升機構(gòu)普遍采用鏈條（鋼絲繩）傳動，鏈條帶動上橫梁上的鏈輪或滑輪轉(zhuǎn)動。由于鏈條傳動多采用封閉鏈或配重裝置，受空間尺寸限制，傳動和布置較復(fù)雜，但定位較準確[2]。
1.2設(shè)計參數(shù)
表1.1 載重量為3噸的雙立柱巷道堆垛起重機的主要性能參數(shù)
序號
技術(shù)項目
技術(shù)指標
1
主體結(jié)構(gòu)形式
雙立柱、單深位、單貨臺
2
貨叉形式
單副伸縮式存取貨叉
3
適合高度
12m以下
4
適合載荷
小于3t
3
最大走行速度,m/min
120(自動運轉(zhuǎn)時)
4
水平加速度,m/s
0.4(自動運轉(zhuǎn)時)
5
最大升降速度,m/ min
12（滿載）,20（空載）
6
升降加速度,m/s
0.5（自動運轉(zhuǎn)時）
7
最大伸叉速度
20（滿載）,30（空載）
8
伸叉加速度,m/s
0.4自動運轉(zhuǎn)
9
水平走行定位精度,mm
5
10
垂直升降定位精度, mm
5
11
伸叉定位精度,mm
5
12
行走驅(qū)動
下部驅(qū)動
13
升降驅(qū)動
電機帶動，鋼絲繩牽引
14
伸叉驅(qū)動
電機帶動鏈輪和鏈條驅(qū)動
15
作業(yè)形式
單一和復(fù)合循環(huán)
16
供電方式
低部安全滑觸線
17
控制操作方式
手動/自動/在線
2 總體結(jié)構(gòu)分析和運動方案設(shè)計
2.1雙立柱巷道堆垛起重機的整體運動方案設(shè)計
因為與單立柱相比，雙立柱堆垛機載重量大，強度高，剛性好，運動平穩(wěn)無顫動，能夠準確定位，被廣泛應(yīng)用于自動化立體倉庫中，基于這些優(yōu)點，我決定對雙立柱巷道堆垛起重機進行鉆研和設(shè)計。
作為當代通用堆垛機，安全，準確，快速性是其必須具備的特點，所以必須滿足以下設(shè)計要求：
（1）具備嚴格的三維運動功能，能在高且窄的巷道中進行快速升降作業(yè),能夠適應(yīng)便于高層、低層存取貨物。堆垛機能夠同時進行三維運動，且不相互干擾。
（2）堆垛機的結(jié)構(gòu)設(shè)計合理安全，具有良好的剛度和強度，不至于在承受載荷后，彎曲變形影響定位精度過。
（3）具備安全保護措施；
（4）在滿足以上優(yōu)良性能的前提下，盡可能地減少多余的零件設(shè)計，減輕堆垛機各部位的重量，來提升電機功率和減小行走時不必要的摩擦阻力；
根據(jù)以上設(shè)計要求制定雙立柱巷道物流堆垛起重機的總體運動方案[19]。
在這個課題中由于堆垛機上下橫梁均采用軌道作為堆垛機滑軌，在保證堆垛機沿貨叉方向的平穩(wěn)性已經(jīng)足夠了，所以上下軌道我均采用單軌道作為滑軌。這樣即可以節(jié)約占地空間，又可以降低軌道與機器的生產(chǎn)制造成本。
堆垛機的起升機構(gòu)多數(shù)采用鏈傳動或鋼絲繩傳動，為了減小體積在這里我采用鋼絲繩—卷筒傳動；在貨叉結(jié)構(gòu)中目的保證伸縮平穩(wěn)性的高精度，可以采用鏈輪—鏈條傳動；在水平行走的部分為了達到行走平穩(wěn)的要求采用皮帶輪傳動[3]。
堆垛機結(jié)構(gòu)如圖2.1、2.2所示
圖2.1單立柱堆垛機結(jié)構(gòu)簡圖 圖2.2雙立柱堆垛機結(jié)構(gòu)簡圖
2.2主要裝置
2.2.1底架
由兩端的行走輪支架及鋼板焊接成的矩形梁構(gòu)成，起支撐整體重量的作用。
2.2.2立柱
立柱截面為空心矩形，具有良好的強度，節(jié)省材料，還有減震的作用。
貨叉沿立柱上下運動，承受載荷后，會對立柱與貨叉結(jié)合處產(chǎn)生極大的力矩，所以在立柱兩側(cè)加工有垂直導(dǎo)向槽，可以通過導(dǎo)向輪對載貨臺起到一定的支撐作用。也能防止貨叉前后移動。
2.2.3升降載貨臺
為U型結(jié)構(gòu)，其豎支架內(nèi)側(cè)面有導(dǎo)向輪可以在立柱內(nèi)的導(dǎo)向槽內(nèi)沿著立柱升降，升降運動采用鋼絲繩牽引。
升降載貨臺水平支架上設(shè)有貨叉，可沿貨叉方向前后滑動，叉取貨架倉位上的貨物或?qū)⒇浳锓胖玫截浖苌?，貨叉為鏈輪鏈條式驅(qū)動。
2.2.4 行走機構(gòu)
堆垛機底架裝有的四個行走輪，支撐整個堆垛機的全部載荷 ,帶動堆垛機沿天地軌方向運動。堆垛機的行走是由裝在裝有皮帶輪，帶制動的減速電機驅(qū)動的皮帶輪轉(zhuǎn)動實現(xiàn)水平運動。減速電機靠自身減速實現(xiàn)水平平穩(wěn)可靠的行走。
2.2.5升降機構(gòu)
載貨臺以立柱外側(cè)的導(dǎo)向槽為導(dǎo)向，依靠夾在導(dǎo)向槽內(nèi)的導(dǎo)向輪起導(dǎo)向作用以保證上下運行，且不會發(fā)生偏移。由減速電機驅(qū)動繞有鋼絲繩的卷筒轉(zhuǎn)動，鋼絲繩牽引升降臺上下運動。所選用電機通過減速器來調(diào)節(jié)卷筒速度，讓升降更加平穩(wěn)可靠，并且可以將載貨臺穩(wěn)定準確的保持在某一高度。
垂直升降部分包括滑輪、卷筒。
2.2.6貨叉驅(qū)動機構(gòu)
減速電機驅(qū)動貨叉上的鏈輪，鏈輪帶動齒輪軸轉(zhuǎn)動，齒輪與裝在中叉上的齒條嚙合，帶動中叉運動，使得貨叉可以伸縮取貨。所選用電機通過自身減速讓貨叉伸縮更加平穩(wěn)可靠。
貨叉的伸縮速度可按載重的不同自動調(diào)節(jié)，且速度變化平滑，讓承載貨物保持穩(wěn)定[4]。
2.2.7堆垛機的控制裝置
堆垛機自動運行的控制系統(tǒng)包括以下功能。
1、位置功能
自動立體倉庫一般采用高層抽屜式貨架結(jié)構(gòu)，貨架的行、列、段的方向分別用X、Y、Z坐標表示。機器自動確定位置，首先是在某一位置發(fā)出減速指令讓堆垛機減速，而后在規(guī)定位置發(fā)出停機信號。這就要求堆垛機必須能夠時刻檢測出現(xiàn)在的位置?？梢栽诟鱾€坐標軸上安裝有傳感器，可以在任意位置對堆垛機進行定位。
2、速度控制
速度控制是指在提高作業(yè)效率的高速度的前提下，不至于使貨物由于慣性倒塌，以及防止堆垛機在高速沖撞引起的破壞，同時也為了便于最終穩(wěn)定微速達到高精度定位的目的。
3、貨叉控制
伸縮貨叉向前或向后進行順序叉取操作的控制功能，來完成堆垛機出庫和入庫作業(yè).
4、安全保護裝置
確保操作人員的人身和貨物的安全必不可少，其上必須配備完善的安全保護裝置。此論文中設(shè)計了以下幾種安全保護裝置：
（1）堆垛機貨叉在立柱上的上、下端自動停止保護
貨叉在進行垂直升降運動時，不能超過立柱導(dǎo)軌的上下部分。因此在導(dǎo)軌上下端各設(shè)置一個限位傳感開關(guān)來實現(xiàn)該功能。
（2） 載貨臺負荷限制
當在載貨臺超載時，應(yīng)立即切斷起升機構(gòu)動力，并及時報告給工作人員。當載貨臺卡主引起鋼絲繩不緊張，堆垛機也會產(chǎn)生同樣反應(yīng)。
（3）速度過渡裝置
當堆垛機走到軌道的某一位置時，速度應(yīng)由高變低。本論文中可以設(shè)置安裝一個傳感接近反饋開關(guān)。
（4）貨叉保護裝置
堆垛機在工作過程中，往往需要讓貨叉準確伸縮停留在某一位置，等待下一步作業(yè)指令，可安裝一個傳感制動器來解決該問題。
（5）載貨臺斷繩保護裝置
當鋼絲發(fā)生緊急狀況例如斷裂時,堆垛機必須能夠立即將載貨臺停止，避免墜車事故的發(fā)生.這要求安全保護裝置必須非常高的靈敏度、結(jié)構(gòu)比較簡單，作用可靠。本論文中使用最常見簡單的機構(gòu)——凸輪連桿機構(gòu)，來實現(xiàn)這一功能要求。一旦鋼絲繩斷裂，彈簧力作用在連桿上，使凸輪快速卡在立柱導(dǎo)軌里阻止載貨臺墜落。正常工作時，彈簧作用于連桿來平衡載貨臺及其上貨物的質(zhì)量，彈簧處于壓縮狀態(tài)，凸輪與升降機構(gòu)的導(dǎo)軌分離[4]。
2.3本章小結(jié)
本章對堆垛機的構(gòu)成進行了詳細的介紹以及安全保護裝置做了認真分析，通過查閱資料對堆垛機整體總結(jié)構(gòu)思和設(shè)計計算，才對其重要部件進行了選取。通過對堆垛機的整體考慮，選取了適合自己當前水平的最好方案。
3 雙立柱堆垛機垂直起升裝置的設(shè)計
3.1電動機的選擇計算
3.1.1選擇電動機類型
異步電動機結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、容易制造、堅固耐用、價格低廉、運行效率較高[7]。
變頻調(diào)速，根據(jù)電機轉(zhuǎn)速與工作電源輸入頻率成正比的關(guān)系，能滿足堆垛機出入庫操作穩(wěn)定和高速運行的要求，變頻調(diào)速具有啟動性能好、調(diào)速范圍寬、速度變化平穩(wěn)和完善的過電壓過電流保護功能[5]。
按本文設(shè)計計算，選用YVF2系列變頻可調(diào)速三相異步交流電動機。
3.1.2選擇電動機容量
工作機所需功率P為
P= (2.1)
式中：P——發(fā)動機功率（kw）
F——作用力（N）
V——運行速度
電機的輸出功率P為
P=KW (2.2)
式中，為異步電機到卷筒軸的傳動總效率。
取凸緣聯(lián)軸器效率=0.99；滾動軸承效率；蝸桿傳動效；卷筒的傳動效率，則，
由
故
因載荷平穩(wěn)無波動，電機額定功率稍大于即可，查Y2系列三相異步電動機技術(shù)手冊，所選提升電動機型號為YVF2-180L-8，電機額定功率為=11KW
3.2鋼絲繩和滑輪設(shè)計
（1）鋼絲繩的選擇
本設(shè)計必須計算嚴謹精確，全面。計算公式如下：
（2.3）
式中：d——鋼絲繩最小允許直徑mm；
F——鋼絲繩最大靜拉力N；
C——選擇系數(shù)mm/。
選擇系數(shù)C由下式計算：
（2.4）
式中：n——安全系數(shù)；
k——鋼絲繩捻制系數(shù)；
w——鋼絲繩充滿系數(shù)。
對于大多數(shù)起升機構(gòu)n值為6；選取鋼絲繩，則；鋼絲繩填充系數(shù)，。
則
鋼絲繩的拉力 （2.5）
已知m=31000kg,g=9.8N/kg;
因為卷筒左右兩根鋼絲繩同時作用
可求得單根鋼絲繩上；
由此可求得
參照GB8918-88 選取d=12mm。
即所選鋼絲繩為：
根據(jù)鋼絲繩與滑輪配合關(guān)系表，查得的滑輪外徑，軸徑；選用A型滑輪；
則所選滑輪為： 滑輪A12
3.3 起重卷筒設(shè)計
卷筒上螺旋槽部分長為
P （2.6）
雙聯(lián)卷繞卷筒長度為
（2.7）
式中： D——卷筒名義直徑,
——鋼絲繩直徑
——最大卷起高度
a——滑輪組倍率
——卷筒計算直徑
——固定鋼絲繩的安全圈數(shù)
L1——無繩槽的卷筒端部尺寸
L2——固定端尾端所需長度，
已知：，查GB/T3811-1983，h常取6
則
查機械設(shè)計手冊表取
P——繩槽槽距
查表卷筒槽形得知，槽底半徑。
取Z=2，則
即所選卷筒為：卷筒
3.4 蝸輪渦桿減速器的選擇
電機將動力傳遞給凸緣聯(lián)軸器，再傳遞至蝸桿。升降機構(gòu)中的減速器可根據(jù)機構(gòu)的傳動比從標準中選用。
堆垛機升降機構(gòu)的傳動比例由下式計算：
（2.8）
式中：—電動機額定轉(zhuǎn)速；
—卷筒的轉(zhuǎn)速
代入式中算得：
查變速器和減速器設(shè)計手冊，選取減速器型號為：
3.5 本章小結(jié)
本章對堆垛機的垂直升降機構(gòu)進行了選擇和計算，并對其中的主要元件的強度剛度進行了嚴謹全面校核計算，符合自己的設(shè)計要求。
4 堆垛機伸縮貨叉機構(gòu)的設(shè)計計算
4.1伸縮貨叉的擾度與強度
貨叉在存取貨物時插入貨架中的部分,厚度設(shè)計的應(yīng)盡量薄,同時貨叉前端的擾度控制在最小，.貨叉各參數(shù)如下:
W: 負載 E: 材料的彈性系數(shù)
I ,I, I: 分別為下叉，中叉，上叉的重力方向的矩
4.1.1下叉的受力分析:
如圖4.1所示
圖4.1下叉的受力分析
對下叉進行受力分析，設(shè)距離A段為x，則在x處截面上產(chǎn)生的相反力
時的彎矩方程為：
（4.1）
積分求得BC端截面轉(zhuǎn)角為：
i = i-dx= i- [+(x-a)] （4.2）
BC端截面撓度為：
= ix-dx= ix-[+(x-a)] （4.3）
當x= 0時,A端的截面轉(zhuǎn)角
i= -( +b) （4.4）
當x=l時，將式4.3 代入式 4.2 和式 4.1 中，分別算出在支撐點c點處的轉(zhuǎn)角和撓度。
（4.5）
= - （4.6）
4.1.2 中叉的受力分析
如圖4.2所示：因載荷W的作用，在間產(chǎn)生反力P,P，
圖4.2 中叉的受力分析計算
進行受力分析時，在BF段內(nèi)，取距F左端距離為x的截面為研究對象
當時，可算得其轉(zhuǎn)矩方程為:
M= Px=x （4.7）
積分得出其轉(zhuǎn)角
i== -+i （4.8）
撓度為：
= -+ ix+ （4.9）
當 x=b時，B端的截面轉(zhuǎn)角
i= （4.10）
當x=b時，將式4.6代入式4.4和式4.5中，分別得出BF段的轉(zhuǎn)角和撓度
i= - （4.11）
= - （4.12）
如圖4.3所示：將d段作為研究對象,c點作為固定端,由于載荷W在中叉產(chǎn)生的反力為P和P,而由這些反力作用在貨叉前端
圖4.3 受力分析
彎矩方程為：
（4.13）
以固定端E視為坐標原點，算得：P=W
以固定端D視為坐標原點，算得：P=W
積分得出其撓度為：
= -dx= -[ Px- P(x-d)] （4.14）
當x=l時，代入式（4.7）算得：
（4.15）
i= -dx= -] （4.16）
當x=l時，代入式（4.8）算得：
i= -[-e(l-d)+(e+d)l] （4.17）
所以 = i(l-l)
4.1.3 前叉的設(shè)計分析
載荷W在d區(qū)間產(chǎn)生的反作用力有P, P，在E點的向下傾斜角為i，撓度為，受力分析如圖4.4所示：
圖4.4 前叉的受力分析
轉(zhuǎn)矩方程為：M=x
積分求得其轉(zhuǎn)角為：
i== -+i （4.18）
撓度為：
= - （4.19）
當x=d時，D端的截面轉(zhuǎn)角
i= （4.20）
當x=d時，將式代進式 和式 中，分別算得E點的轉(zhuǎn)角和撓度：
= - = -(l-l)
因此，總擾度為：
注：當貨叉進入貨架為1100mm時，值應(yīng)控制在。
4.2貨叉各參數(shù)的選擇
l=1000mm l=600mm l=750mm l=120mm
故可取上叉、下叉、中叉長為：
L= l=25=1100mm
L=b+c+d+25=1100mm
L= l-c+ 25=1100mm
上叉為平板狀，并取其寬為1100mm，板厚取100mm，其余設(shè)計參數(shù)標注于裝配圖上。并且因各數(shù)據(jù)取值都偏大，不用予以校核，能滿足條件。
4.3貨叉內(nèi)部零件的選取與校核
4.3.1 軸承的選取校核
由本設(shè)計選取貨叉伸縮機構(gòu)的伸縮速度為,所以各軸承所承受的壓力為
轉(zhuǎn)速為n=10000r/d (r/min)
則 d=C=110
,取C=110
d=16.2mm
取d=20mm, 則n=10000/20=159.2r/min
查表，選擇深溝球軸承，代號為
其基本參數(shù)為： B=19mm
c=31000N c=15200N
徑向載荷F=150010/4=3750N
軸向載荷F=0N
F/ F=0
>h=6000h 故軸承壽命滿足條件。則軸承選取合適。
4.3.2 齒輪的選取校核
1、選取齒輪為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，齒面硬度HB=217—255，平均硬度為236[6]。
2、初步計算傳動尺寸
為軟齒面開式傳動d=
（1）轉(zhuǎn)矩T=9.55P/n=162.43d N·mm
（2）設(shè)計時，因V值未知，K不能確定，故可初選K=1.4
（3）取齒寬系數(shù)=1.1
（4）取彈性系數(shù)Z=189.8
（5）初選螺旋角=12，取節(jié)點區(qū)域系數(shù)Z=2.46
（6）初選Z=23，齒條=
則得重合度=[1.88-3.2（1/ Z+1/ ）]cos=1.7
取軸面重合度=0.318Ztg=1.77
取重合度系數(shù)Z=0.765
(7) 取螺旋角系數(shù)Z=0.99
(8) 許用接觸應(yīng)力由式[=
取接觸疲勞極限應(yīng)力為=595MPa
齒輪的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)分別為N=60naL=1.08
取壽命系數(shù)Z=1.06 取安全系數(shù)S=1.0
則[===630.7 MPa
（9）齒輪的分度圓直徑d,初算為u=Z/Z= 故
則d==130mm
3、確定傳動尺寸
（1）計算載荷系數(shù)
取使用系數(shù)K=1.0
因V=m/s
取動載系數(shù)K=1.15
取齒向載荷分布系數(shù)K=1.11
取齒間載荷分配系數(shù)K=1.2
故K= K K K K=1.53
（2）對修正d==133.9mm
（3）確定模數(shù)m=dcos/Z=5.69 取m=6
（4）故d===141mm 并取b=50mm
4、校核齒根彎曲疲勞強度=[
式中各參數(shù)：
(1) 各值同前
(2) 因當量系數(shù)Z=Z/cos12=23.5
故取齒形系數(shù)Y=2.64，應(yīng)力修正系數(shù)Y=1.58
(3) 取重合度系數(shù)Y
(4) 取螺旋角系數(shù)Y
(5)許用彎曲應(yīng)力[
取彎曲疲勞極限應(yīng)力MPa
取壽命系數(shù)Y， 取安全系數(shù)S
故 [ =1.0 MPa
則 ==4.29MPa〈176MPa=[
故能滿足齒根彎曲疲勞極限。 設(shè)計合理。
4.3.3 鏈輪鏈條的選取校核
設(shè)軸徑d=80mm，鏈傳動比i=1
鏈速n=V=79.6r/min
P=0.1
1、選擇鏈輪齒數(shù)：初步確定Z=21
2、定鏈的節(jié)距
取K，齒數(shù)系數(shù)K，多排鏈系數(shù)K
所需傳遞功率為kW
由此，可選取滿足條件的08A鏈，P=12.7mm
3、定鏈長、中心距
初定中心距a=40p，則鏈節(jié)數(shù)
L=101節(jié)
鏈長L=LP/1000=10112.7/1000=1.28m
中心距a==508mm
中心距調(diào)整量mm
實際中心距mm
4、求作用在軸上的力
工作拉力F=1000P/V=1500N
作用在軸上的壓力F=1.2F=1800N
軸徑mm
取d=16mm 取輪徑D=80mm
計算結(jié)果及所有參數(shù)確定：鏈條規(guī)格：08A單排鏈，101節(jié)，長1280毫米，大小輪齒數(shù)都為21，中心距mm，壓軸力，軸徑d=16mm，輪徑D=80 mm【10】。
4.4貨叉伸縮裝置中的電機和減速器的選取
齒輪5的轉(zhuǎn)速為
電機功率：P=/=0.55kw
選取電機功率為1.1kw，電機型號為：YVF2-90S-6
轉(zhuǎn)速為980r/min,安裝型式選取B3
為此，減速器的傳動比為i=980/45.17=21.7
則選取減速器型號為TZSD112【12】。
4.5本章小結(jié)
本章對堆垛機的貨叉機構(gòu)進行了細致仔細的分析，分別對貨叉機構(gòu)的上叉、中叉、下叉等進行了結(jié)構(gòu)計算和受力的分析，尤其對撓度轉(zhuǎn)角進行了詳細計算。
5 堆垛機行走機構(gòu)的設(shè)計計算
5.1 堆垛機行走輪的設(shè)計計算
行走輪的允許載重量等各參數(shù)間有下列關(guān)系式：
P=KD（B-2r）（kg） (5.1)
K=（kg/cm） (5.2)
式中：P—容許載荷重量（kg）
D—車輪的最大直徑（cm）
B—鋼軌寬（cm）
r—鋼軌端部的圓角半徑（cm）
K—許用壓力系數(shù)（kg/cm）
v—走行速度（m/min）
k—許用應(yīng)力（球墨鑄鐵的許用應(yīng)力為50）（kg/cm）
首先確定B=6.4cm，r=0.2cm, k=50 kg/cm, v=80m/min
則 K===33.3（kg/cm）
行走輪所受壓力主要根據(jù)疲勞計算輪壓選取，其計算公式由下：
= （5.3）
式中：—疲勞計算的輪壓（N）；
—工作時最大允許載荷量（N）；
—正常工作時最小輪壓（N）
又根據(jù)車輪直徑的計算公式：
（5.4）
式中:—轉(zhuǎn)速系數(shù)；
—工作級別系數(shù)；
—接觸應(yīng)力常數(shù)
首先確定 =6.0，=0.82，=1.25,l=30mm，代入式（5.3），式（5.4）中算得：D=135mm
車輪的轉(zhuǎn)速為：
車輪的軸徑為d，為滿足選擇合適的軸承，取d=15mm
軸上的軸承選取型號為6202，基本尺寸為：d=15mm，D=35mm，B=11mm【13】。
5.2 行走機構(gòu)電動機的選取
行走機構(gòu)的電動機所需的功率為可按下式計算：
（kW） （5.5）
式中：—行走阻力；
v—行走機構(gòu)的運行速度
—行走機構(gòu)的總效率，一般可取0.85-0.95
由上式可知，只需求出行走阻力即可，行走阻力的大小由下式計算：
（5.6）
式中： G—堆垛機總重，約為5000kg
—滾動摩擦系數(shù)，查表取0.05
將（5.6）代入（5.5）即可得：
取為P=5.5kw,選取電機型號為YVF2-132M2-6m。
5.3 V帶輪與V帶的設(shè)計計算與選擇
1、設(shè)計功率為
（5.7）
式中 ——工況系數(shù)；
由于是起重機行走機構(gòu)，查表得=1.2，則
2、選定帶型
根據(jù)和,查表確定為P-I型。
3、傳動比為
（5.8）
由行走速度初步確定小帶輪的轉(zhuǎn)速為
則
4、確定小帶輪基準直徑
大帶輪直徑則小帶輪的基準直徑為
（5.9）
則
5、帶速為
（5.10）
則
此處
6、初定軸間距
按要求取
7、所需基準長度為
（5.11）
則 :
選取基準長度為609mm。
8.實際軸間距為
（5.12）
則
（1）安裝時所需最小軸間距為
（5.13）
查表得，則
（1） 張緊或補償身長所需最大軸間距為
（5.14）
則
9.小帶輪包角為
（5.15）
則
10.皮帶輪的結(jié)構(gòu)簡圖如圖5.1所示：
圖5.1皮帶輪結(jié)構(gòu)簡圖
5.4 行走機構(gòu)減速器的選取
行走機構(gòu)中的減速器是根據(jù)皮帶輪傳動傳動比從標準中選用。
行走機構(gòu)由下式確定傳動比：
（5.16）
式中， —電動機轉(zhuǎn)速；—行走車輪的轉(zhuǎn)速
代入相關(guān)數(shù)據(jù)到式（5.7）中算得：
可選取減速器的標準型號為SEW型R[6]
5.5本章小結(jié)
本章主要對堆垛機的行走機構(gòu)進行了計算設(shè)計，對其中的重要部件進行校核計算。
6 雙立柱巷道堆垛機機體支架設(shè)計
6.1 機架設(shè)計計算的準則和要求
6.1.1機架設(shè)計的準則
1、剛度要求
在保證一定外形的前提下，剛度是對機架的主要要求。例如，在齒輪減速器中，齒輪的嚙合性及運轉(zhuǎn)性能是否良好一定程度上是有箱體的剛度決定的。機床的大部分零部件中，床身的剛度往往決定了機床的作業(yè)效率和加工產(chǎn)品精度。
2、強度要求
對于大部分的設(shè)備機架，往往剛度達到一定要求，就能滿足一定強度要求。但對于重載大型設(shè)備，強度要求必須上升的一定的高度。其要求是在機器運轉(zhuǎn)中，最大載荷處的應(yīng)力都不大于允許應(yīng)力。
3、穩(wěn)定性要求
對于細長零件或薄壁零件，在受壓情況下會存在失穩(wěn)問題。失穩(wěn)一定時間內(nèi)會對機器整體產(chǎn)生巨大的破壞，這是設(shè)計必須注意的。
4、其他
如熱散發(fā)的要求；易受腐蝕及特定環(huán)境，如易被化學(xué)物質(zhì)侵蝕等的要求；高精密的小機械、儀表等注意熱變形的要求等。
6.1.2 機架設(shè)計的一般要求
從機械專業(yè)和經(jīng)濟角度看，在滿足機架設(shè)計要求的大前提下，根據(jù)機架的不同用途和所處環(huán)境，應(yīng)著重考慮以下要求。
1、 重量要輕，材料合適，成本較低
2、 結(jié)構(gòu)合理，便于制造，便于安裝、調(diào)整、修理和更換
3、工藝性好，本身的內(nèi)應(yīng)力小，受環(huán)境溫度變化引起的變形小。
（1）具有一定的抗震性。
（2）抗腐蝕性強，機架結(jié)構(gòu)盡量在使用期限內(nèi)最少次數(shù)修理。
（3）導(dǎo)軌面受力均勻，耐磨性好[14]。
6.2機架的設(shè)計步驟
1、首先確定堆垛機框架形狀和尺寸。根據(jù)設(shè)計準則和一般要求，初步確定堆垛機框架結(jié)構(gòu)的形狀和尺寸，以確保堆垛機內(nèi)外零部件能正常工作。并要求機架能夠在立體倉庫巷道內(nèi)最小阻力的運行。
圖6.1機架結(jié)構(gòu)簡圖
2、分析堆垛機整體載荷情況。載荷包括動載荷和靜載荷，機架上的設(shè)備重量、機架本身重量是靜載荷；設(shè)備運轉(zhuǎn)產(chǎn)生的額外載荷為動載荷。立柱上開有導(dǎo)向槽，來確保貨叉在升降過程中不會側(cè)翻。
3、本設(shè)計針對以上所要求的標準，主要是在符合載荷和運行速度的前提下，再結(jié)合雙立柱巷道堆垛機在實際倉庫中的工作狀況，確定機架的基本尺寸：
機架整體高為12m，兩個立柱之間的距離為1.8m，每個立柱的長為360mm，寬為240mm，立柱兩側(cè)設(shè)有導(dǎo)向凹槽，以保證貨叉在運動過程中的平穩(wěn)性；上橫梁為360*300中間空心的方鋼；下橫梁是厚度為300mm、寬為1200mm中空的鋼板，用以保證雙立柱巷道堆垛起重機的承載能力[15]。
6.3 其他裝置設(shè)計和選擇
6.3.1供電系統(tǒng)
由于堆垛機自身整體移動的特點，所以移動供電裝置一般采用滑觸供電裝置和電纜供電方法。堆垛機底部必須采用滑觸線供電方式，安全易于保養(yǎng)。這樣才能滿足高速度、無需檢修、耐用、無脫線的要求等。
6.3.2電氣設(shè)備
由于時間有限，本設(shè)計主要對堆垛機機械方面進行系列研究，電器方面只能粗略介紹。主要包括電力拖動、中央控制、局部檢測反饋和安全保護。在電力拖動方面，當前國內(nèi)用的最多的是交流變頻調(diào)速。堆垛機的中央控制一般采用可編程序控制器，計算機等。局部檢測反饋要求堆垛機必須具有自動認址、貨物檢測以及其他檢測等功能。
6.3.3天地軌
天地軌幾乎承載了整個堆垛機的全部重量，所以天地軌必須具備有足夠的強度和剛度。天軌可以固定在貨架或房頂上，地軌則固定在地面上。堆垛機最大作業(yè)范圍應(yīng)包含在天地軌的長度內(nèi)，天地軌兩端頭應(yīng)安裝緩沖器。
（1）天地軌安裝后直線度公差如下：
地軌安裝后直線度公差在200mm
測量長度應(yīng)不大于0.5mm
地軌全長測量長度內(nèi)應(yīng)不大于3mm
天軌安裝后直線度公差在200mm
測量長度應(yīng)不大于0.5mm
天軌全長測量長度內(nèi)應(yīng)不大于4mm
（2）安裝后天地軌間相互位置公差
天軌上表面于地軌下表面之間距離誤差應(yīng)不大與8mm
天軌與地軌之間的水平錯位不大于5mm
6.3.4操作設(shè)備
采用機載控制柜方式，控制柜安裝在堆垛機上，隨堆垛機運動，具有與中央計算機進行通訊和交換數(shù)據(jù)的功能。出入口區(qū)域的地面上設(shè)有急停按鈕，當堆垛機出現(xiàn)異常狀況時，沒有按計劃停車，則可以按下急停按鈕緊急停車。正常狀況下，工作人員是不會進入堆垛機內(nèi)作業(yè)，只有當異常發(fā)生并需排除故障時，才可以從堆垛機上進行手動操作。此外，堆垛機每個部位都有自己相應(yīng)的代號，當某一處發(fā)生故障時，堆垛機能將相應(yīng)的代號快速傳遞給中央計算機，并進行跟蹤。直至徹底將隱患排除。
6.3.5操作模式
（1）在線操作
通過數(shù)據(jù)接受器接收由地面發(fā)出的存、取貨命令的紅外線，機載控制柜將這些命令傳達給各個電機，從而自動完成存、取貨的操作，各個部位也會將堆垛機位置狀信息反饋給中央系統(tǒng)。
（2）自動操作
通過在操作面板上輸入倉位三維坐標，堆垛機就會自動完成一次存取貨的操作。
（3）手動操作
使用手動操作按鈕，人為的控制堆垛機在xyz各方向的動作，這主要用于作業(yè)前簡單的調(diào)試熱身工作。
6.4本章小結(jié)
本章主要結(jié)合車間，載荷大小，運行速度對堆垛機的框架進行了規(guī)劃設(shè)計。通過計算，發(fā)現(xiàn)機架結(jié)構(gòu)合理，安全便宜，符合要求。
結(jié) 論
在物流發(fā)達的今天，距離已不再阻礙產(chǎn)品的交換，這就意味著全世界至少在中國，商品交易越來越公正化，透視化。又因為在中國這一最大的社會主義國家，實現(xiàn)共同富裕這一中國夢也小有成效。近些年，人們消費水平普遍增長，同時對各種各樣的產(chǎn)品需求越來越大。新鮮多樣的產(chǎn)品已不再是商家競逐的目標，相反生產(chǎn)廠家更愿意著力于更快更多的生產(chǎn)，然后快速銷售出去。那么誰能夠更好的加速貨物流動，誰將是這個時代的佼佼者。而巷道式雙立柱堆垛機將是完成這一壯舉必不可少的工具，更好的幫助生產(chǎn)者立于不敗之地。因此我認為，堆垛機將會迎來未來100年的昌盛。
本次“雙立柱巷道堆垛機設(shè)計”屬于機械設(shè)計，主要對機架設(shè)計以及堆垛機的幾個主要組成機構(gòu)之間相互協(xié)調(diào)，共同完成對貨物的存取，分析研究了堆垛機的運行機理。通過本設(shè)計得出以下結(jié)論：
1.通過堆垛機的行走機構(gòu)的設(shè)計計算，確定了主要零部件的尺寸及電動機、減速器的選?。?
2.分析堆垛機提升機構(gòu)的工作原理，選取了合適的電機、鋼絲繩、卷筒等；
3.在貨叉伸縮機構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計中，首先根據(jù)載荷，畫出貨叉的受力圖，并由彎矩，撓度，轉(zhuǎn)角公式，設(shè)計出貨叉的內(nèi)外部大致結(jié)構(gòu)尺寸，并對其進行仔細校核驗算，最終設(shè)計出了滿足條件、的貨叉結(jié)構(gòu)。
最后，設(shè)計出了一種各部件配合緊湊、柔性大，靈敏度高、帶有安全保護裝置的雙立柱巷道式堆垛機。
致 謝
能順利完成本次畢業(yè)論文設(shè)計，首先與我的指導(dǎo)老師王慧文老師的悉心教導(dǎo)分不開的，在此，我先向王老師致以我深深的謝意！
本次論文設(shè)計從論文的選題、撰寫、修改直到打印完成自始自終都是在王老師的悉心指導(dǎo)和不斷勉勵下完成的王老師淵博的學(xué)識、嚴謹?shù)乃季S使我受益非淺；王老師一絲不茍的鉆研精神，嚴謹求實的治學(xué)態(tài)度，執(zhí)著忘我的工作作風(fēng)，獨樹一幟的思維方式，無時無刻不在影響著我，一定讓我終身難忘。他的言傳身教，將會永遠指導(dǎo)著我今后的學(xué)習(xí)和工作中勇往直前。
在此，還要感謝車輛工程專業(yè)的各位老師，在大學(xué)四年里給我專業(yè)知識上的教導(dǎo)以及進行畢業(yè)論文工作中所給予的幫助，他們的不倦教誨和點撥定將成為我今日點滴知識的來源。
感謝圖書館、電子閱覽室的各位老師予以我的關(guān)心和幫助。
還要感謝我的學(xué)友和朋友對我的關(guān)心和幫助，他們的啟發(fā)和友愛互助的精神給予我論文寫作極大的幫助。
最后，再次向在這次畢業(yè)設(shè)計中所有幫助過我的人表示忠心的感謝！
參 考 文 獻
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2 姜大力，張劍芳.現(xiàn)代物流設(shè)備 ：首都經(jīng)濟貿(mào)易大學(xué)出版社，2004.4
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4 常紅，孟初陽.物流機械：人民交通出版社，2003.5
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10 中國機械工程協(xié)會.中國機械設(shè)計大典：江西科學(xué)技術(shù)出版社，2002.1
11 中國機械設(shè)計大典編委會.機械設(shè)計圖冊：江西科學(xué)技術(shù)出版社，2002.1
12 大連理工大學(xué)工程畫教研室.機械制圖：高等教育出版社，2001.6
13 成大先.機械設(shè)計第七版：化學(xué)工業(yè)出版社，2001.6
14 龔桂義.機械設(shè)計課程設(shè)計圖冊第三版：高等教育出版社，2002.6
15 有軌巷道式高層貨架倉庫設(shè)計規(guī)范，JB/T9018-1999
16 巷道式堆垛起重機形式與基本參數(shù)，JB/T2960-1999
17 有軌巷道式堆垛起重技術(shù)條件，JB/T7016-1993
18 有軌巷道式堆垛起重術(shù)語，JB/T5319.1-1991
19 有軌巷道式堆垛起重技安全規(guī)范，JB/T5319.2-1991
20 Solidworks.Solidworks 2001 AOI Help [EB/OL].2001
21 OMRON CORPORATION.CPM2A 可編程控制器程序設(shè)計手[Z].1999
22 Yong Huang and Seiji Yansuno bu.A practical design method