sf-50型砌塊碼垛機分板機設計,sf-50型砌塊碼垛機分板機設計,sf,50,砌塊,碼垛,板機,設計 大學 Education 畢 業(yè) 設 計 專 業(yè)： 班級學號： 學生姓名： 指導教師： 二〇一六年六月 設計 sf-50型砌塊碼垛機分板機設計 Machine design of sf-50 type block stacking machine 專業(yè)班級： 學生姓名： 指導教師： 學 院： 2016 年06月 摘 要 隨著機械化水平的不斷提高，產(chǎn)品包裝已由原有的手動包裝發(fā)展為機械包裝，提高了生產(chǎn)效率、降低了勞動成本、改善了勞動者的工作環(huán)境，包裝設備迅速向機電一體化方向發(fā)展。碼垛機是一種機電一體化的技術(shù)產(chǎn)品，中、低位碼垛機可以分別滿足中低產(chǎn)量的生產(chǎn)加工需要。近年來，碼垛技術(shù)不斷升級,吞吐量迅速提高，碼垛機以其適用范圍廣、機械結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、維修保養(yǎng)方便等優(yōu)勢,得到了廣泛的應用，并且應用場合在不斷地擴大。 本論文首先闡述了碼垛機在國內(nèi)外的研究及發(fā)展現(xiàn)狀，包括國內(nèi)外碼垛機的發(fā)展差距以及碼垛機今后的發(fā)展趨勢、對比分析了市面上的碼垛機的優(yōu)缺點。其次研究了sf-50型碼垛機分板機的結(jié)構(gòu)設計，包括總體結(jié)構(gòu)設計、升降系統(tǒng)設計、橫移系統(tǒng)設計、滾輪總成設計、夾持部分設計以及分板機的工作流程；對電動機進行了選擇；給出了主要工藝數(shù)據(jù)的計算方法；對關(guān)鍵技術(shù)進行了分析并繪制了裝配圖、零件圖。 最后，總結(jié)全文，反思不足。sf-50型碼垛機可按照要求的編組方式和層數(shù)，完成對磚板的碼垛，采用最優(yōu)化的設計使得垛形緊密、整齊，使傳輸更加方便快捷。 關(guān)鍵詞：包裝；碼垛機；結(jié)構(gòu)；設計 Abstract With the continuous improvement of machanization level,product packaging has been developed from the original manual packaging development for machinery packaging,improve the production efficiency,reduce the labor cost,improve the laborers working environment and quickly to the integration of mechanical and electrical packaging equipment.Stacker crane is a kind of electromechanical integration technology products,medium and low stacker crane can division can meet the needs of production and processing of low yield.In recent years,palletizing technology grows,throughput increase rapidly,stacker crane,with its applicability is wide and stable mechanical structure,maintenance is convenient wait for advantage,has been widely used,and the applications in the constantly expanding. At first,this paper expounds the stacker crane at home and abroad，research and development,the analysis of the developing gap of the stacker crane in the future development trend and has carried on the contrast to the stacker crane on market.Second,studied sf-50 type stacker machine structure design,including the design of overall structure,lateral movement lift system design,system design,roller assembly design,clamping part design ,and points and working process of main technical data,the key technology is analyzed and draw the assembly drawing and part drawing. Finally,summarized the full text,lack of reflection.sf-50 type stacker crane can be in accordance with the requirements of the organization mode and layer,complete the brick plate stacking,adopting the optimization design makes the form tight,neat,make transport more convenient and quick. Keywords：packing; palletizing; structure; design 目錄 1 引言 1 1.1課題研究目的及研究意義 1 1.2碼垛機在國內(nèi)外的研究及發(fā)展 2 1.2.1碼垛機國外發(fā)展情況 2 1.2.2碼垛機國內(nèi)發(fā)展情況 2 1.2.3國內(nèi)碼垛機與國外碼垛機的發(fā)展差距 3 1.2.4碼垛機發(fā)展趨勢 5 1.3課題研究的主要內(nèi)容及技術(shù) 5 1.4目前市場上碼垛機的優(yōu)缺點對比分析 6 1.5本章總結(jié) 6 2 sf-50型碼垛機分板機的結(jié)構(gòu)設計 7 2.1sf-50型碼垛機分板機結(jié)構(gòu)及結(jié)構(gòu)參數(shù) 7 2.2sf-50型碼垛機分板機總體結(jié)構(gòu)設計 7 2.2.1支撐架的設計 8 2.2.2升降系統(tǒng)的設計 9 2.2.3橫移系統(tǒng)設計 10 2.2.4滾輪總成的設計 10 2.2.5夾持部分的設計 11 2.3本章小結(jié) 12 3工作流程及安全保障系統(tǒng)介紹 13 3.1sf-50型碼垛機分板機的工作流程 13 3.2sf-50型碼垛機分板機的安全保障系統(tǒng) 14 4 電動機的選擇及主要部件強度剛度校核 15 ?4.1?電動機類型的選擇 15 4.1.1?選擇電動機的容量 15 4.1.2?確定電動機的轉(zhuǎn)速 15 4.2鏈輪的設計和鏈條的選擇 16 4.2.1鏈輪的設計與相關(guān)計算： 16 4.2.2鏈條的選擇和計算 16 4.3軸承的選擇與校核 17 4.4中間軸的設計和強度校核 20 4.5本章小結(jié) 21 5結(jié)論 22 I 參考文獻 23 致 謝 25 II 1 引言 隨著企業(yè)對碼垛機工作能力的要求不斷提高,碼垛機市場飛速發(fā)展。目前，國內(nèi)通過近20年左右的摸索、研究和生產(chǎn)實踐已積累了較豐富的經(jīng)驗，已經(jīng)擁有了一批專門設計、制造碼垛機的技術(shù)隊伍。目前國內(nèi)工廠生產(chǎn)制造的碼垛機，結(jié)構(gòu)、規(guī)格及各項主要技術(shù)要求等已逐漸完善，初步形成了一系列應用范圍廣，操作簡便的產(chǎn)品，基本能夠滿足國內(nèi)各種類型企業(yè)生產(chǎn)的要求，本著簡單實用的原則，合理的設計了機型結(jié)構(gòu)，制造的質(zhì)量也逐漸向更高標準發(fā)展。從機械性能等方面看，在保證機床穩(wěn)定運轉(zhuǎn)的同時，也達到了安全高效的要求[1]。在聚丙烯自動碼垛機方面，受我國化工行業(yè)自動化水平發(fā)展的現(xiàn)狀制約，對國外產(chǎn)品有一定依賴性，我國的自動碼垛機大多都是從國外引進的。根據(jù)實際企業(yè)生產(chǎn)的需要，相信通過我們進一步的努力和學習，逐漸實現(xiàn)對控制系統(tǒng)的自動化改造和完善，學習研究國外先進的生產(chǎn)技術(shù)，我國碼垛機的自動化生產(chǎn)水平可逐步向國外的自動碼垛機生產(chǎn)水平靠攏[2]。 目前碼垛機已經(jīng)應用在各種工作領域當中，由于碼垛機具有可靠性高、碼垛效率高等優(yōu)勢，可以集成在任何生產(chǎn)線中，實現(xiàn)包裝、食品等行業(yè)多種多樣作業(yè)的碼垛物流，為生產(chǎn)現(xiàn)場提供智能化、網(wǎng)絡化的完善服務。 1.1課題研究目的及研究意義 （1）研究目的： 五年的學習使我擁有了一定的專業(yè)知識，進行畢業(yè)設計的目的是讓我們運用所學的知識來完成自己所選課題要求的設計，以此對我們大學的學習成果進行一個檢測，我選擇的sf-50型碼垛機分板機設計，是運用所學的相關(guān)知識進行系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分析及一些數(shù)據(jù)的校核等工作，培養(yǎng)我們收集資料以及整理、分析資料的能力，鞏固所學的知識，使我們在生產(chǎn)實踐中學會查閱有關(guān)的技術(shù)文獻，且能利用這些文獻，從而提高自學能力。 隨著科技的發(fā)展，碼垛機也經(jīng)過了幾年快速的發(fā)展，相關(guān)的碼垛產(chǎn)業(yè)也都日漸完善，但同一些發(fā)達國家相比較，我國的碼垛機市場還沒有發(fā)展成熟，國內(nèi)外還存在著相當大的差距，國內(nèi)市場還有很大的發(fā)展空間。為了滿足經(jīng)濟社會快速發(fā)展的需要，提高工作效率，sf-50型碼垛機分板機就是將養(yǎng)護好的磚板按一定排列方式放在托盤上，并將其層層推出，然后通過分板輸送機完成進一步的動作，避免操作者提起物料,減輕了操作者的勞動強度，可大大節(jié)省企業(yè)的生產(chǎn)成本和人力資源。碼垛機的使用大大地減少勞動人員的數(shù)量和工作強度，能最大限度的節(jié)省空間，在當今競爭如此激烈的社會里，碼垛機是生產(chǎn)線中必不可少的設備。 （2） 研究意義： 隨著生產(chǎn)力水平的不斷提高和科學技術(shù)的迅猛發(fā)展，改善工作環(huán)境、降低勞動強度日益被人們關(guān)注，我國人工包裝的低效率與產(chǎn)量的日益提高之間的矛盾日益突出，進而加速了企業(yè)現(xiàn)代化改革的步伐[3]。傳統(tǒng)的人工包裝生產(chǎn)效率低，已成為這些行業(yè)產(chǎn)量和包裝質(zhì)量提高的巨大障礙之一，勞動效率低，因而不能滿足企業(yè)現(xiàn)代化大生產(chǎn)的需要。為了便于產(chǎn)品的運輸和存儲，企業(yè)和用戶對產(chǎn)品包裝的要求越來越嚴格，包裝質(zhì)量和效率已成為加速企業(yè)升級和影響經(jīng)濟效益的重要因素，盡快提高產(chǎn)品的包裝效率和質(zhì)量，是用戶對這些包裝行業(yè)的要求，也已成為促進這些企業(yè)升級的迫切任務之一。國內(nèi)目前生產(chǎn)全自動包裝碼垛設備的廠家較少，還主要依靠進口，國產(chǎn)設備市場急需國產(chǎn)化的全自動包裝生產(chǎn)線來提高生產(chǎn)效率，加速自動化水平對包裝碼垛自動生產(chǎn)線的研究具有重大的意義[4]。 1.2碼垛機在國內(nèi)外的研究及發(fā)展 1.2.1碼垛機國外發(fā)展情況 德國、日本、意大利等工業(yè)發(fā)達的國家先后在20世紀60年代研制出了半自動、全自動碼垛機,之后在多種產(chǎn)業(yè)領域碼垛機被廣泛應用，隨著科技的進步，這些國家通過科研人員不斷的研究和改造,碼垛機的結(jié)構(gòu)和性能等方面有了進一步的提升。 1.2.2碼垛機國內(nèi)發(fā)展情況 1、 國內(nèi)已擁有一批專業(yè)科技隊伍 通過不斷地的探究和生產(chǎn)實踐，國內(nèi)已擁有了一批專門研究和制造碼垛機的科研隊伍，這些研究生產(chǎn)碼垛機的單位逐漸積累了豐富的制造經(jīng)驗，結(jié)合我國的國情和科技發(fā)展現(xiàn)狀，已能生產(chǎn)出符合要求的實用型碼垛機。 2、已有一批專業(yè)制造單位 現(xiàn)如今國內(nèi)碼垛機的主要生產(chǎn)廠家已達到4、5家，結(jié)合當前生產(chǎn)控制元器件廠家的共同努力，我國的碼垛機生產(chǎn)企業(yè)己具備制造出一流水平碼垛機的能力和條件，伴隨著科技發(fā)展和前進，相信在最近幾年內(nèi)，我國生產(chǎn)出的碼垛機將達到國際先進水平。 3、國產(chǎn)機型已基本能滿足生產(chǎn)需要 目前國內(nèi)生產(chǎn)的碼垛機，床身結(jié)構(gòu)設計合理，機床制造質(zhì)量較高，能夠保證安全高效運轉(zhuǎn)，可基本滿足國內(nèi)大、中型企業(yè)生產(chǎn)的要求，為了滿足目前經(jīng)濟社會發(fā)展以及用戶的需要，進一步工作效率，為企業(yè)增加利潤，國內(nèi)生產(chǎn)碼垛機的廠家仍在繼續(xù)努力，并根據(jù)生產(chǎn)的需要，對控制系統(tǒng)進行的自動化改造和完善，將加速更高水平碼垛機的制造[5]。 4、能生產(chǎn)出配套的碼垛機控制元件 國內(nèi)在八十年代已能生產(chǎn)出制造碼垛機所需要使用的配套控制元件，并將其投入到實際生產(chǎn)運行當中。但與國外同類型的碼垛機控制元件制造的先進水平相比，還存在一定的差距，國內(nèi)生產(chǎn)的碼垛機控制元件主要是質(zhì)量較差、使用壽命較短。但是通過國內(nèi)技術(shù)人員繼續(xù)努力學習，國內(nèi)的碼垛機控制元器件將逐步接近或達到國外先進的制造水平。為了提高碼垛機的整體生產(chǎn)制造水平，國內(nèi)一些主要生產(chǎn)碼垛機的廠家，大都從國外進口控制系統(tǒng)的主要元器件，其中就包括敏感元件及氣動系統(tǒng)工程的主要元件等。 5、國產(chǎn)碼垛機有明顯的價格優(yōu)勢 國產(chǎn)碼垛機的價格一般都在54－75萬元左右一套，國產(chǎn)機器人碼垛機每套價格也在這個價格區(qū)間，與國外同類型碼垛機比較，國內(nèi)的全自動碼垛機價格僅為國外同類型新產(chǎn)品價格的一半左右。從經(jīng)濟層面來講，購買國產(chǎn)全自動碼垛機可節(jié)省大量的生產(chǎn)成本，更加經(jīng)濟合理，還可將節(jié)省下來的生產(chǎn)成本運用到需要的地方[6]。 6、備品備件問題容易解決 為了方便更換，需要準備碼垛機所需要的備品備件，這一問題非常容易解決，相關(guān)元件具有眾多價格便宜的供應渠道，經(jīng)濟實惠。 7、售后服務周到及時 目前國內(nèi)幾個主要制造碼垛機的廠家，都擁有比較及時和周到的產(chǎn)品售后服務，其他的碼垛機制造廠也能為消費者培訓相關(guān)的技術(shù)操作人員，他們積極協(xié)助用戶安裝調(diào)試機器，有的生產(chǎn)制造單位還給用戶提供整套的售后技術(shù)服務，從而保證了購買的單位能更好地使用該碼垛機生產(chǎn)線，促進經(jīng)濟發(fā)展。 本設備本著更高效便捷的原則，設計了一款外形美觀、結(jié)構(gòu)緊湊、安全性能高、操作方便的碼垛機分板機。 ??整個研究工作從國內(nèi)外碼垛機市場現(xiàn)況和技術(shù)發(fā)展趨勢出發(fā)，結(jié)合碼垛機配件制造企業(yè)的技術(shù)現(xiàn)狀，圍繞今后的發(fā)展態(tài)勢和前景等幾個方面進行分析，最終得出了研究結(jié)果。 1.2.3國內(nèi)碼垛機與國外碼垛機的發(fā)展差距 國內(nèi)從開始開發(fā)制造碼垛機直到現(xiàn)在，已經(jīng)歷了將近20年的時間。到現(xiàn)今為止，我國生產(chǎn)研發(fā)的碼垛機在各個方面都取得了很大的提高，比如說機床外型和規(guī)格、使用性能和質(zhì)量等，在技術(shù)性能和及各項參數(shù)等方面已經(jīng)逐步接近、達到了國外同類型碼垛機的發(fā)展水平，從根本上滿足了國內(nèi)企業(yè)的需要，但是同國外的先進水平相比，還存在著一些的差距，主要體現(xiàn)在： 　 1、 核心控制技術(shù)缺失 由于碼垛機器人核心制造技術(shù)的缺失，在國內(nèi)真正自主制造研發(fā)碼垛機器人的企業(yè)可以說是鳳毛麟角，更多的企業(yè)是做系統(tǒng)集成服務的，說白了就是國外產(chǎn)品的代理商。到了2013年，中國已發(fā)展成為世界上的工業(yè)機器人消費大國。中國機器人聯(lián)盟統(tǒng)計的相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，中國消費的工業(yè)機器人在2014年數(shù)量達4.5萬臺，根據(jù)該聯(lián)盟的數(shù)據(jù)推測，至2017年我國對工業(yè)機器人的需求量將達到10萬臺左右。但是，目前中國近80%的市場份額都被國外的機器人制造企業(yè)所占據(jù)，其中主要以ABB、KUKA、日本的不二和川崎這四家外國公司為主。 2、零部件的加工質(zhì)量低 由于現(xiàn)在國產(chǎn)碼垛機機械部分的零部件制造缺少進行批量生產(chǎn)加工的條件，所以仍處于單件小批量生產(chǎn)的階段，與國外同類型零部件相比教加工的質(zhì)量和精度，仍然存在著一定的差距。造成國產(chǎn)碼垛機在投入生產(chǎn)以后的維修工作量較大，特別是關(guān)鍵零部件的使用壽命較短、損壞率高，比如制造加工氣墊盤，因為現(xiàn)在仍采用比較落后的加工手段，所以生產(chǎn)出來的氣墊盤的密封性不好，有漏氣現(xiàn)象，需要經(jīng)常保養(yǎng)維修。 3、控制系統(tǒng)元器件性能不過關(guān) 當前國內(nèi)生產(chǎn)的碼垛機控制系統(tǒng)的元器件，其在使用性能和壽命等方面同國外先進的元器件相比，還存在著不小的差距。有的定位不準，容易造成操作失靈。因此，在投入生產(chǎn)以后需要經(jīng)常維修和更換。 4、 碼垛效率低 國內(nèi)生產(chǎn)出來的碼垛機的碼垛能力，通常保持在每小時20噸左右，只有這樣才能保證生產(chǎn)要求，如果生產(chǎn)能力需要達到每小時30噸以上，由此看來，國產(chǎn)碼垛機需要作進一步改造。目前國內(nèi)從事碼垛機制造研究的單位，已經(jīng)積累出了豐富的經(jīng)驗，為能生產(chǎn)出更高質(zhì)量的碼垛機奠定了良好基礎，從國內(nèi)碼垛機的生產(chǎn)使用和制造情況來看，具有很多有利條件，其發(fā)展前途是充滿希望的。另外，由于當前工業(yè)發(fā)展大環(huán)境驅(qū)使，國家各級領導對國產(chǎn)化企業(yè)的工作相當重視，盡快實現(xiàn)實現(xiàn)碼垛機生產(chǎn)的國產(chǎn)化，已成為今后碼垛機制造的大趨勢[7]。 為了解決制約我國碼垛機制造業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵問題，我國碼垛機制造單位亟須通過一系列手段提升企業(yè)發(fā)展的核心競爭力，堅持自主創(chuàng)新，開發(fā)新產(chǎn)品。但是不少企業(yè)仍缺乏技術(shù)創(chuàng)新的能力，尚未能找到創(chuàng)新的道路，而一些實現(xiàn)了技術(shù)創(chuàng)新的生產(chǎn)企業(yè)，如果不能堅持繼續(xù)創(chuàng)新，一旦所創(chuàng)新的技術(shù)被競爭者所模仿，這些企業(yè)將重新陷入生產(chǎn)加工困境。因此，為了不斷推動我國包裝產(chǎn)業(yè)在未來的發(fā)展，要求企業(yè)在獲得經(jīng)濟效益的同時，需要不斷提高技術(shù)水平，完善技術(shù)創(chuàng)新機制，增強企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新能力。 1.2.4碼垛機發(fā)展趨勢 碼垛機作為包裝機械行業(yè)的主力軍，在科技迅猛發(fā)展的今天對各行各業(yè)的發(fā)展都起著非常重要的作用，企業(yè)更加需要自動化碼垛機的輔助功能，它是企業(yè)發(fā)展生產(chǎn)中不可缺少的設備。我國勞動力成本在經(jīng)濟發(fā)達的沿海地區(qū)不斷攀升，招工難現(xiàn)象在沿海地區(qū)日益明顯，造成了加工制造企業(yè)的生產(chǎn)成本不斷增加。因此，碼垛機得到了很快的發(fā)展，低位碼垛機是碼垛機中的一種最常用的形式，它具有占地面積小，設備投資較低，操作維護簡便的優(yōu)點[8]。 隨著食品包裝和石油化工等行業(yè)的興起發(fā)展，自動化碼垛機在實際的生產(chǎn)單元中發(fā)揮著越來越重要的作用，它不僅減輕了工人的勞動強度、降低了生產(chǎn)成本，還可以快速、準確地完成碼垛包裝作業(yè)，提高產(chǎn)品包裝品質(zhì)。為了降低生產(chǎn)成本、緩解勞動力短缺的壓力，越來越多的企業(yè)通過引進自動化機械設備來替代傳統(tǒng)的工人勞動力。由此看來，自動化碼垛設備的功能越來越強大，需求日益旺盛，自動化碼垛包裝機械將向多功能和高效率兩個方向發(fā)展。 近年來的自動碼垛機可以代替工人們在低溫、高熱等比較惡劣的環(huán)境中工作，所以提高了企業(yè)的勞動生產(chǎn)率，幫助人們完成單調(diào)、重復的體力勞動同時又保證產(chǎn)品包裝的質(zhì)量，并成為了一種新的企業(yè)發(fā)展趨勢。由于碼垛機的工作能力強、購買成本低、適用范圍廣以及維修保養(yǎng)方便，其應用范圍逐漸擴大。另外，當今制造領域出現(xiàn)的少批量多品種的發(fā)展趨勢，使得機器人碼垛技術(shù)得到迅速發(fā)展，碼垛機器人憑著工作能力強、柔性高、占地面積小等優(yōu)點，并且能夠同時對多種物料進行分類碼垛，從而迅速占領了國內(nèi)的碼垛機市場，且被廣泛應用到了各個行業(yè)，受到越來越多的用戶的青睞。所以，工廠將會普遍使用碼垛機器人，使得碼垛機器人在未來具有更加光明的發(fā)展前景。 1.3課題研究的主要內(nèi)容及技術(shù) 基于市場現(xiàn)有的碼垛設備，我從人機工程學的角度出發(fā),對碼垛機的結(jié)構(gòu)進行改進，各系統(tǒng)合理布局，為了避免操作者反復提起物料、提高吞吐量,增加了一些符合人機工程學方面的設施，大大減輕了操作者的勞動強度，提高了工作效率，由于物料以接近地面的高度送入碼垛機中，更易于包裝過程的監(jiān)視。叉車將養(yǎng)護好的磚板送至分板機的托盤上，利用液壓傳動完成夾持動作，通過電機驅(qū)動鏈傳動分別完成機構(gòu)的橫移和升降運動，將磚板放至分板輸送機上，繼續(xù)包裝。 sf-50型碼垛機分板機可以極好的保證磚板在碼垛過程中的良好運行，其故障率低，該部分的主控元件大都采用進口元器件，增加了到位閉鎖保護和斷電自鎖保護，大大提升了使用的安全性，降低了故障率，即使發(fā)生停電或是故障也可通過手動操作，在設備運動過程中，即使鏈條斷裂或其他傳動故障發(fā)生斷裂或失效，也能自動將夾持板卡住，防止磚板或是夾持板墜落，整個碼垛機分板機運作更為經(jīng)濟簡便，不到一鐘時間，而且無需管理人員到位操作，就能實現(xiàn)整個運作，節(jié)省了大量的人力物力，經(jīng)濟適用，維護簡單方便，僅需普通電工即可完成所有正常操作，而且維護成本更低，大大降低了勞動成本，為企業(yè)節(jié)省了大量的資源，提高了生產(chǎn)效率。 1.4目前市場上碼垛機的優(yōu)缺點對比分析 （1）優(yōu)點： 1）穩(wěn)定性比較高，便于維護和保養(yǎng) 2）靈活性強、轉(zhuǎn)換快 3）操作容易，培訓容易 4）整機PLC控制，全自動運行 5）國內(nèi)生產(chǎn)的碼垛機備品備件供應渠道廣 6）售后服務周到及時 7）操作簡便，能保證安全穩(wěn)定運轉(zhuǎn) （2）缺點： 1）機體龐大，對空間的要求比較高 2）功能少，只能放置分層 3）易損件多，備件多 4）零部件加工質(zhì)量低 5）碼垛效率低 6）自動碼垛機方面對國外的產(chǎn)品有一定依賴性，需要進口 1.5本章總結(jié) 本章從當今時代的發(fā)展需要出發(fā)，針對現(xiàn)代企業(yè)對包裝機械設備的要求不斷提高，對減少勞動時間、提高勞動生產(chǎn)率的需求日益顯現(xiàn)，為了解決這一問題，碼垛機有效解決了這一問題，結(jié)合國內(nèi)外碼垛機的研究發(fā)展現(xiàn)狀，和未來碼垛機的發(fā)展趨勢，綜合考慮市場上碼垛機的優(yōu)缺點，確定了本課題的研究對象為sf-50型碼垛機分板機，并對研究內(nèi)容作了總結(jié)。 2 sf-50型碼垛機分板機的結(jié)構(gòu)設計 2.1sf-50型碼垛機分板機結(jié)構(gòu)及結(jié)構(gòu)參數(shù) sf-50型碼垛機分板機的參數(shù)設計根據(jù)市場調(diào)研，和查閱相關(guān)資料，其參數(shù)如下：整個分板機尺寸根據(jù)中低位普通碼垛機設計，sf-50型碼垛機分板機長×寬×高≤3500×2000×1900mm。 sf-50型碼垛機分板機的主要特點在于：1）性能價格比高，穩(wěn)定性好，適應性強，便于維修和保養(yǎng)。 2）允許碼垛的單塊磚板的外形尺寸規(guī)格為，長×寬×高≤198×99×60mm；重量≦20N；每層碼垛50塊磚；重量≦1000N；30s碼垛一層。 3）碼垛機控制方式：自動。 4）運行速度升降6m/min,橫移速度6.6m/min。5）運行穩(wěn)定，且功率小，簡單實用。 圖2-1 sf-50型碼垛機分板機總圖 2.2sf-50型碼垛機分板機總體結(jié)構(gòu)設計 本設備是sf-50型碼垛機分板機，主要由1、支架 2、升降系統(tǒng) 3、橫移系統(tǒng) 4、滾輪總成 5、夾持部分四部分組成。 圖2-2 sf-50型碼垛機分板機二維圖總圖 1、支架 2、升降系統(tǒng) 3、橫移系統(tǒng) 4、滾輪總成 5、夾持部分 2.2.1支撐架的設計 圖2-3 雙支撐碼垛機分板機支撐架二維圖 雙支撐支架機構(gòu)型材的選擇與結(jié)構(gòu)設計，sf-50型碼垛機分板機的鋼結(jié)構(gòu)主要采用100*100*4的矩形鋼通過焊接成型，再用高強度螺栓連接成雙支撐框架形式，具有較好的剛度和強度，該分板機的全部重量都由該支架承受，因此材料都選用Q235-A型材，質(zhì)量可靠該材料性能優(yōu)良、加工方便、價格。 雙支撐支架由1橫移支架，2支撐架，3底面支架，4支座四部分組成的，運用雙支撐使受力均勻，減少單位面積受力面積，增加了穩(wěn)定性和載重量，提升了分板機的剛度和強度，減少了運行過程中的震動。增加了該部分的整體壽命，與市場上的一些碼垛機相比優(yōu)勢，更加明顯，克服了單邊受力不均衡，設備更加安全，使用壽命更長，使用戶更加放心。 圖2-4 單支撐碼垛機 2.2.2升降系統(tǒng)的設計 升降系統(tǒng)由五部分組成，1提升機構(gòu) 2夾持板 3導軌 4電機 5鏈輪鏈條 圖2-5升降系統(tǒng)的設計二維圖 提升機構(gòu)負責升降系統(tǒng)的上下升降移動，內(nèi)部有一些機械自鎖裝置等安全裝置，提升系統(tǒng)是整個碼垛機分板機的核心部分之一，因為它承載著磚板重量，而且他也是一個運用頻繁的部分，安裝有防下落裝置，鏈條斷裂自鎖保護，防傾斜保護等，安全措施，使夾持板上下移動更加靈敏快捷、安全等。 夾持板是用來放養(yǎng)護好的磚板的機構(gòu)。采用帶有防滑紋的新型鋼板，下面采用型材作為支撐，增加夾持板的剛度和強度，增加設備的安全性。 2.2.3橫移系統(tǒng)設計 橫移系統(tǒng)主要由1、導軌 2、滾輪 3、軸承座 4、電機 5.6、鏈輪鏈條 7、軸六部分組成。 圖2-6橫移系統(tǒng)的設計二維圖 橫移機構(gòu)負責橫移系統(tǒng)的水平移動，內(nèi)部有一些機械自鎖裝置等安全裝置，橫移系統(tǒng)是整個碼垛機分板機的核心部分的又一組成部分，因為它承載著磚板重量，而且他是一個運用最頻繁的部分之一，防傾斜保護等安全措施，使夾持板水平移動更加靈敏快捷、安全等。 2.2.4滾輪總成的設計 在該設備中總共有6組滾輪來支撐整個分板機，滾輪在整個車庫中分別是用來水平移動和升降運動的的，碼垛磚板時先將整個夾持板移出到位，待夾持好磚板后提升機構(gòu)開始提升至一定高度，水平橫移至分板輸送機的導軌之上，升降系統(tǒng)繼續(xù)工作，夾持板將磚板放在導軌上，完成進一步的工作，如此循環(huán)往復。6組滾輪分別被用在升降和橫移系統(tǒng)中使碼垛機分板機運行更加平穩(wěn)安全。滾輪總成是整個碼垛機分板機的一個模塊，滾輪上板與支架的連接運用螺栓連接，安裝方便快捷。維護、更換簡單，便于更換維護，降低維修成本。 圖2-7滾輪總成設計二維圖 2.2.5夾持部分的設計 圖2-8夾持部分設計二維圖 夾持部分主要由1、液壓缸 2、支撐架 3、夾持板 4、導桿四部分組成。 通過1液壓裝置來完成3夾持板的夾緊工作，其中4導桿的作用是保證夾持板受力均勻，防止在夾持過程中出現(xiàn)歪斜，影響整個碼垛工作。 夾持板是一種普通的重型夾持板，承受力重力大，市場上易于購買，運用標準的夾持板降低成本，耐用、耐磨、不易損壞。夾持板側(cè)面與20mm鋼板焊接，通過鋼板用螺栓與導桿固定，這樣既能克服底面不平、不好固定等條件，又能保證夾持板受力均勻。 2.3本章小結(jié) 本章從sf-50型碼垛機分板機的總體設計結(jié)構(gòu)的組成、種類和受力特點著手分析。結(jié)合其他種類碼垛機分板機的運行原理和設計特點，綜合考慮到碼垛機將來的研發(fā)方向與維修安裝時的費用,以及市場對其的需求性的特點，開創(chuàng)性的研發(fā)了新型雙支架碼垛機分板機。本章通過UG三維立體模型與CAXA工程圖詳細的介紹了sf-50型碼垛機的主體框架以及主要結(jié)構(gòu)的特點和工作原理。 3工作流程及安全保障系統(tǒng)介紹 3.1sf-50型碼垛機分板機的工作流程 為了保證碼垛工作能夠在規(guī)定時間內(nèi)有序的進行，sf-50型碼垛機分板機必須堅持以下工作流程： 叉車將養(yǎng)護好的磚板送至分板機的托盤上 分板機做橫移運動行至磚板所在位置 夾持板在鏈傳動的作用下，夾持一層磚板上升至固定高度 固定磚板 夾持板水平橫移至固定位置 夾持板豎直下降至分板輸送機的導軌上 夾持板松開，磚板在分板輸送機導軌上完成接下來的工作 圖3-1 分板機工作流程 sf-50型碼垛機分板機的碼垛過程與市面上的普通碼垛機類似，都是通過機構(gòu)的橫移和升降運動來完成磚板的碼垛，以此完成接下來的碼垛工作。但是sf-50型碼垛機更加注重機構(gòu)的受力均勻，以使設備能夠更好地完成工作。為了方便理解，sf-50型碼垛機分板機的工作流程可參考下圖： (a) (b) (c) (d) 圖3-2 sf-50型碼垛機分板機的工作流程圖 3.2sf-50型碼垛機分板機的安全保障系統(tǒng) 整個分板機具有非常完備的七大安全保障系統(tǒng)： 1)框架承重確保設備安全 2)液壓驅(qū)動保證運行平穩(wěn)更安全 3)防斷鏈保護裝置，防止在鏈條斷裂時夾持板墜落 4)油缸上升到位不沖頂保護 5）報警提示 6）防漏電保護 7）雙保險限位開關(guān) 4 電動機的選擇及主要部件強度剛度校核 ?4.1?電動機類型的選擇 根據(jù)計算得出的鏈條曳引力等相關(guān)數(shù)據(jù)，結(jié)合碼垛機的工作環(huán)境選擇升降系統(tǒng)采用Y系列籠型封閉式三相異步電動機,其電壓為380V，結(jié)構(gòu)均為自扇冷全封閉式結(jié)構(gòu)。 4.1.1?選擇電動機的容量 鏈條曳引力F=8000N，鏈條速度V=0.6m/s。 因此鏈條的輸出功率 （4-1） 從《機械手冊》查得：鏈傳動效率η1=0.96，滾動軸承效率η2=0.99，聯(lián)軸器效率η3=0.99。 總效率η總= η1η22η33=0.96×0.992×0.993=0.85? （4-2） 所以電動機所需的工作功率為: （4-3） 所以取Pd=6.0KW。? 由公式計算得： （4-4） 4.1.2?確定電動機的轉(zhuǎn)速 查閱《機械手冊》選擇了Y型封閉式三相異步電動機，技術(shù)數(shù)據(jù)表如下圖所示： 表4-1 Y型封閉式三相異步電動機主要參數(shù) 型號 額定功率 同步轉(zhuǎn)速 滿載轉(zhuǎn)速 最大轉(zhuǎn)矩 Y160M-6 7.5KW 1000r/min 970r/min 2.2N·m 綜上所述，由于sf-50型碼垛機在開放的環(huán)境中工作，結(jié)合計算所得的相關(guān)參數(shù)，由于橫向和縱向進給對起制動和調(diào)速要求較高，所以我選擇了Y型封閉式 三相異步電動機。 4.2鏈輪的設計和鏈條的選擇 鏈輪和鏈條組件的整體設計，定輪組件由軸承座，中間軸、軸承、鏈輪鏈條幾部分組成的，在提升過程中是整個sf-50型碼垛機分板機受力最大的部分，相當于一個動滑輪組織，承受著夾持板以及磚板雙倍的力，因此它的剛度與強度直接影響整個分板機的安全與使用壽命。 4.2.1鏈輪的設計與相關(guān)計算： 鏈輪是通過軸承一起裝在頂軸上的，用來提升夾持板的，此結(jié)構(gòu)采用定滑輪原理鏈條的兩端，一端固定在頂軸上，一端連接在升降機構(gòu)上，通過電機帶動鏈輪的轉(zhuǎn)動帶動鏈條提升夾持板上下移動，夾持板上升的速度是電機速度的兩倍，此種設計既節(jié)省空間，又更加安全穩(wěn)定，能夠更好的克服兩根鏈條的受力平衡。 鏈輪的受力圖如下圖所示： 圖4-1鏈輪受力圖 載車板提升速度6m/min,鏈輪直徑為130mm，內(nèi)直徑為60mm 轉(zhuǎn)速公式得： （4-5） 其中V=6m/min,D=130mm,因此得：S=15r/min 根據(jù)軸的設計，鏈輪成雙排并且雙排成一個整體，這樣承載力更強，鏈條采用16-A鏈條，因此鏈輪的寬度是12mm等于滾子鏈輪齒牙的寬度，材料也采用45鋼材料并經(jīng)過特殊工藝處理。 4.2.2鏈條的選擇和計算 根據(jù)（4-4）可知鏈輪的轉(zhuǎn)速為15r/min。 功率： （4-6） 其中F為7000，V為6m/min,因此P為4.2kW 根據(jù)鏈條功率的計算公式 （4-7） 其中：P0為額定功率（kW），為傳動功率（kW）；為主動鏈輪齒數(shù)系數(shù)，為排數(shù)系數(shù)，為工況系數(shù) 將以上數(shù)據(jù)帶入公式的 根據(jù)，n=16r/min，由資料查出選16-A滾子鏈。 鏈條的結(jié)構(gòu)如圖所示，采用短節(jié)距精密滾子鏈，其基本參數(shù)和尺寸如下： 圖4-2鏈條圖 表4-2 A系列滾子滾子鏈規(guī)格和主要參數(shù) ISO鏈號 節(jié)距P 滾子直徑d1 內(nèi)節(jié)內(nèi)寬b1 銷軸直徑d2 銷軸長度L 極限拉伸載荷Q 每米長重q max min max max min mm mm mm mm mm KN Kg/m 12A-1 19.05 11.91 12.57 5.94 27.70 31.80 1.50 16A-1 25.40 15.88 15.75 7.92 35.00 56.70 2.60 20A-1 31.75 19.05 18.90 9.53 44.70 88.50 3.91 4.3軸承的選擇與校核 （1） 軸承的選擇： 表4-3 軸承規(guī)格和主要參數(shù) 軸 型號 內(nèi)孔直徑 外圈直徑 寬度 Cr Cor 1軸 6005 25mm 47mm 12mm 10KN 5.85KN 2軸 6005 25mm 47mm 12mm 10KN 5.85KN 3軸 6009 45mm 75mm 16mm 21KN 14.8KN （2）軸承壽命的計算: 根據(jù)工作環(huán)境，軸承的選擇軸頸分別如上表所示， 轉(zhuǎn)速16r/min 軸承的徑向力： （4-8） 軸承的軸向力： （4-9） 由軸向力的計算可知，軸承受擠壓，由 （4-10） 由教材表13-5，運用插值法計算得：e1=0.15＞0 e2=0.252＜0.53 由教材表13-5，運用插值法計算得：X1=1,Y1=0 X2=1,Y2=0 由教材表13-6，受輕微沖擊，查的： 當量動載荷： （4-11） 由公式可算得軸承壽命： （4-12） 因此軸承壽命滿足要求。 深溝球軸承由套圈﹑保持架﹑鋼球等部分組成。具有結(jié)構(gòu)簡單，運行平穩(wěn)，價錢合理，維護方便等特點，應用最為廣泛。主要承受徑向載荷，也可同時承受小的軸向載荷，在增大的徑向油隙時，可以承受較大的負載，也可有一定的傾斜，但是有傾斜存在，就會降低軸承使用壽命。 圖4-4軸承參數(shù)圖 通過查閱相關(guān)手冊試選軸承代號6005和6009 ，相關(guān)數(shù)據(jù)如上表所示。 極限轉(zhuǎn)速/脂（r/min）=7000 極限轉(zhuǎn)速/油（r/min）=9000 查閱機械手冊得知載荷系數(shù)分別為e1=0.15，e2=0.252。X=1 由（4-11）可知量動載荷分別為2790.56N和3762.93N 由公式 （4-13） 可以得出基本額定動載荷。 其中：基本額定動載荷C，沖擊載荷因數(shù) ，溫度因數(shù)，速度因數(shù)，壽命因數(shù)，力矩載荷因數(shù) 將以上數(shù)據(jù)帶入（4-13）得：C2=10×103 N 因為軸承6009的故選取合適 校核軸承的額定靜載荷根據(jù)公式： （4-14） 其中：安全因數(shù)取1，靜載荷力， 因CO＜Cr故6009軸承滿足要求。 4.4中間軸的設計和強度校核 （1）中間軸是固定在支撐架上承載夾持板板和磚板的，中間裝軸承和鏈輪，兩端采用軸階定位，它的強度與剛度直接影響整個分板機的剛度和使用壽命的，是整個分板機的關(guān)鍵部件。 查閱資料后選取45號鋼，調(diào)質(zhì)處理，許用彎曲應力［σ-1］=60MPa。 可用公式算出軸的最小直徑，查閱教材表15-3，取A0=110，可得 （4-15） 圖4-5中間軸受力圖 （1） 中心軸的受力分析： 作用在中心軸是的扭矩為：T=6.78×104N·mm 圓周力：N （4-16） 徑向力： （4-17） 軸向力： （4-18） 由于起動載荷為名義載荷的1.5倍，故： 最大圓周力：Ft1=1032.54N Ft2=3809.7N 最大徑向力：Fr1=381.615N Fr2=1408.005N 最大軸向力：Fa1=182.07N Fa2=671.76N 最大彎矩:=2.01×105N·mm 最大轉(zhuǎn)矩:=94270N·mm (3) 校核計算： 查閱資料，計算抗彎截面系數(shù)：W=18305.8323mm3，由校核公式進行校核： （4-19） ＜［σ-1］=60Mpa 因此滿足強度條件。 4.5本章小結(jié) 本章對sf-50型碼垛機分板機的關(guān)鍵部件進行了分析和計算，參照有關(guān)國標部件的參數(shù)，并以機械手冊上的公式為依據(jù)，得出一些部件所受的載荷力，為進一步的產(chǎn)品選型提供了依據(jù)。這一部分也是sf-50型碼垛機分板機必不可少的一部分。 5結(jié)論 隨著人民生活水平的提高和工業(yè)的快速發(fā)展，加快碼垛速度，提高工作效率的要求加速了碼垛機的發(fā)展。如何設計出占地面積合理、安全高效、操作簡便的碼垛機是我們需要考慮的重點。本著加快存取速度，提高自動化效率的要求，在前人工作的基礎上，我選擇研究sf-50型碼垛機分板機。 本課題是以實際研發(fā)項目為研究背景，是針對當前提高工作效率、降低生產(chǎn)成本的問題，提出了用sf-50型碼垛機來解決這些問題，本著充分利用空間資源的原則，使整個碼垛機在造價上更加符合要求，并且整個碼垛機分板機在運行的過程中也相當安全可靠。 在以后的研究過程中該課題還需做出進一步的完善，需要完善的內(nèi)容有： （1） 由于碼垛機設計涉及的知識面較廣，需要充分考慮各個方面的因素，比如機床升降和橫移系統(tǒng)的裝配精度，及其穩(wěn)定性，經(jīng)過不斷的計算、研究和調(diào)試，終于將誤差縮小到了允許的范圍內(nèi)，符合機床的誤差要求，保證機床安全平穩(wěn)運行。 （2） 合理分析在外界不可抗力的作用下（如地震等等），分板機支撐架結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性，保證其穩(wěn)定性，并且設置緊急制動系統(tǒng)，以保證安全性。 參考文獻 [1]趙震.包裝機械行業(yè)發(fā)展的未來[J].機械工業(yè)標準化與質(zhì)量，2012(10)：21. [2]張昊，李文藝，董忠等.多品種分類碼垛機視覺識別系統(tǒng)研究[J].制造業(yè)自動化,2013（11）：16. [3]孫浩，趙玉剛，姜文革等.碼垛機器人結(jié)構(gòu)設計與運動分析[J].制造業(yè)自動化，2013（14）：20. [4]馬振貴.產(chǎn)業(yè)升級中國全速邁進機器人時代[J].上海信息化，2014（10）：32. [5]閆迎亮.機械碼垛相對人工碼垛效率的提升[J].中國機械，2016（16）：11. [6]劉廣德.懸掛式碼垛機設計說明[Z],2006. [7]黃真,趙永生,趙鐵石.高等空間機構(gòu)學[M].北京:高等育出版社，2006:182-186. [8]胡洪國,高建華,楊汝清.碼垛技術(shù)綜述[J].組合機床與自動化加工技術(shù)，2000(6):7- 9. [9]周鵬云.機械手碼垛技術(shù)在大米加工企業(yè)中的應用[J].糧食與飼料工業(yè)，2011（1）：20. [10]雷敏.適度包裝對策研究[J].中國包裝工業(yè)，2013（2）：15. [11]岳滿林,蔣繼紅,王沫楠,高安邦.全自動包裝碼垛生產(chǎn)線控制系統(tǒng)設計[J]. 設計與計算, 2006（10）：12. [12]楊汝清,高建國,胡洪國.高速碼垛關(guān)鍵技術(shù)研究[J].高技術(shù)通訊,2004（12）：25. [13]陳懋圻.機械制造工藝學[M].沈陽:遼寧科學技術(shù)出版社，2010. [14]成大先.機械設計手冊[M].化學工業(yè)出版社, 2007.11. [15]胡永生.機械制造工藝原理[M].北京:北京理工大學出版社,2009. [16]劉鴻文.簡明材料力學[M].高等教育出版社, 2010.11. [17]李榮隆.現(xiàn)代工程制圖學（下）[M]. 南京大學出版社,2008.8. [18]蔡群.現(xiàn)代工程制圖學（上）[M]. 南京大學出版社,2008.4. [19]周元康，林昌華，張海兵.機械設計課程設計[M]. 重慶大學出版社, 2011.1. [20]劉鴻文.簡明材料力學[M].高等教育出版社, 2010.11. [21]Sorenti P.Rapid palletizing:simulation in the fast lane.Indus-trial Robot,2006,23(3):16～ 19. [22]Clyde E Witt.Transport packaging:the next frontier of cost reduction.Material Handling Engineering,2011(11):61～ 62. [23]Packaging and material handling:building blocks to better Productivity.Modern Material Handling,2009(10):10～ 11. [24]Les Gould.How to pick a palletizer.Modern Material Han- dling,2012(10):52. [25]How to choose,justify a palletizing system.Modern Material Handling,2007(9):49～ 50. [26]Peter I Corke. Robotics Toolbox for Matlab［M］.Pinjarra Hills， Australia: CSIRO，Manufacturing Science and Technology，2001. [27]George A. Weimer IV.New robotics technology adds value to material handling,pallerizing Material Handling Engineering 2009(6):61～ 65. [28]P Krepchin.How to Choose,Justify a Palletizing System.Mod-ern Material Handling,2011(9):48～ 50. [29]Hemmingson Eric.Palletizing robots for the consumer goodsin- dustry.Industrial Robot,2008,25(6):384～ 388. [30]Zhang chaoqun,Deng xijun,Cai hegao.Design of the control systems of the rubber bagging and palletizing line based on PLC.High Technology News,2007,7(8,8):14～ 18. 致 謝 首先，我要感謝我的導師閆利文教授！從畢業(yè)論文的選題到最終完成，我的每一步都經(jīng)過了閆老師的認真指導，在論文寫作過程中，閆老師經(jīng)常不定期檢查我對該課題的完成情況，給我提出了很多建議和幫助，為我完成畢業(yè)論文奠定了堅實的基礎。閆老師淵博的專業(yè)知識和幽默風趣的談吐使我受益良多，在我今后的學習工作和生活中起了很好的導向作用。在畢業(yè)設計期間，我非常敬佩閆利文老師的專業(yè)素養(yǎng)和科學嚴肅認真的科學研究精神。借此機會，我要向閆老師表示衷心的感謝，祝愿閆老師身體健康、工作順利！謝謝閆老師的耐心指導和悉心幫助。 在本課題研究以及整個機構(gòu)裝配圖、零件圖的繪制過程中，同學們對我?guī)椭芏啵驗橛辛怂麄儫o私的幫助才使得本課題的研究工作得以順利進行。我在被幫助的同時，加深了我對知識的理解和記憶，同時也減少了設計過程中的彎路，在此對他們表示衷心的感謝，感謝你們的熱心幫助和無私的付出。在做設計的過程中，我的UG、CAXA等制圖軟件的操作水平之前相比有了很大的提高，與此同時比較全面的掌握了Word的相關(guān)功能，使我能夠按時保質(zhì)保量完成畢業(yè)設計。 謝謝審閱本論文的老師、領導，感謝你們?yōu)槲宜冻龅膶氋F精力和時間，謝謝你們?yōu)槲宜岢龅膶氋F意見和建議，你們辛苦了！ 最后，衷心感謝一直支持我的親人和朋友們，特別是我的父母，因為有他們的無私幫助，才使得我順利的完成學業(yè)。謝謝幫助過我的所有的人。 26