自動化立體倉庫系統(tǒng)設(shè)計—堆垛機(jī)及其提升驅(qū)動裝置、貨叉裝置、載貨臺、松繩與過載保護(hù)裝置等設(shè)計含5張CAD圖
自動化立體倉庫系統(tǒng)設(shè)計—堆垛機(jī)及其提升驅(qū)動裝置、貨叉裝置、載貨臺、松繩與過載保護(hù)裝置等設(shè)計含5張CAD圖,自動化,立體倉庫,系統(tǒng),設(shè)計,堆垛,及其,提升,驅(qū)動,裝置,載貨,過載,保護(hù)裝置,CAD
目 錄
摘要 1
1.自動化立體倉庫的定義及發(fā)展?fàn)顩r 2
2.設(shè)計的目的和意義 3
3.堆垛機(jī)工作原理 3
4.提升驅(qū)動裝置 4
5.堆垛機(jī)載貨臺 5
6.堆垛機(jī)貨叉的結(jié)構(gòu) 5
7.過載松繩保護(hù)裝置 6
8.控制和管理系統(tǒng) 6
總結(jié) 8
參考文獻(xiàn) 9
摘要
自動化立體倉庫利用立體倉庫設(shè)備可實現(xiàn)倉庫高層合理化、存取自動化、操作簡便化，完全區(qū)別于耗費大量人力、物力、精力的傳統(tǒng)搬運貨物方式，大大提高了空間利用率、生產(chǎn)效率和管理成本，是當(dāng)前倉儲技術(shù)水平較高的表現(xiàn)形式。 其中，堆垛機(jī)是整個自動化立體倉庫的核心設(shè)備，通過手動操作、半自動操作或全自動操作實現(xiàn)把貨物從一處搬運到另一處。因此，它的設(shè)計研究和創(chuàng)新變革
直接影響了物流行業(yè)的發(fā)展趨勢、企業(yè)生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益。
關(guān)鍵詞：自動化立體倉庫；堆垛機(jī)。
1.自動化立體倉庫的定義及發(fā)展?fàn)顩r
自動化立體倉庫實質(zhì)上是集合了倉儲、輸送、管理的一門科學(xué)應(yīng)用工程，自動化強(qiáng)調(diào)了控制在自動化立體倉庫中的核心地位。自動化立體倉庫通過先進(jìn)的搬運設(shè)備、實現(xiàn)整個入庫、輸送、存儲、出庫過程的高度機(jī)械化、自動化、信息化。
自動化立體倉庫具備占地面積小、倉儲速度快、可靠性高、儲存量大等特征[14]。
立體倉庫的產(chǎn)生和發(fā)展是第二次世界大戰(zhàn)之后生產(chǎn)力和技術(shù)發(fā)展的結(jié)果。50年代初，美國出現(xiàn)了采用橋式堆垛起重機(jī)的立體倉庫；50年代末60年代初，出現(xiàn)了由司機(jī)操作的巷道式堆垛起重機(jī)立體倉庫；1963年美國率先在高架倉庫中采用計算機(jī)控制技術(shù)，建立了第一座計算機(jī)控制的立體倉庫。此后，自動化立體倉庫在美國和歐洲得到迅速發(fā)展，并形成了專門的學(xué)科。60年代中期，日本開始興建立體倉庫，并且發(fā)展速度越來越快，目前已成為當(dāng)今世界上擁有自動化立體倉庫最多的國家之一。據(jù)不完全統(tǒng)計，2020年，美國擁有各種類型的自動化立體倉庫20000多座，日本擁有38000多座，德國擁有10000多座，英國有4000多座，且向高度40米以上的巨型立體倉庫發(fā)展。
我國對立體倉庫及其物料搬運設(shè)備的研制開始并不晚，于1963年研制成功第一臺橋式堆垛起重機(jī)（北京起重運輸機(jī)械研究所機(jī)械部），1973年開始研制我國第一座由計算機(jī)控制的自動化立體倉庫，該倉庫1980年投入運行。到2003年為止，我國自動化立體倉庫數(shù)量已超過200座。根據(jù)商務(wù)部流通業(yè)發(fā)展司數(shù)據(jù)顯示，全國立體庫面積從2012年底的1.40億平方米增長至2017年的2.74億平方米，2017、2018年我國新建自動化立體庫均超過800座，截至2018年底，全國立體庫面積約2.91億平方米，保有量在5000座左右。2019年中國自動化立體倉庫保有量6000座左右。立體倉庫由于具有很高的空間利用率、很強(qiáng)的出入庫能力、采用計算機(jī)進(jìn)行控制管理而利于企業(yè)實施現(xiàn)代化管理等特點，現(xiàn)今已成為企業(yè)物流和生產(chǎn)管理不可缺少的倉儲技術(shù)，越來越受到企業(yè)的重視。
自動化立體倉庫在人工的基礎(chǔ)上、逐漸加入了機(jī)械作業(yè)設(shè)備、AGV 運輸小車，融合了 RFID 射頻技術(shù)，集成了自動化控制系統(tǒng)，再加入人工智能，在實現(xiàn)倉儲運輸?shù)母叨茸詣踊A(chǔ)上，減少對于人工的依賴，并有一定的預(yù)測能力，自動對倉庫路徑進(jìn)行分析檢測，完成優(yōu)化，在存儲速度和存儲效率上實現(xiàn)進(jìn)一步提升[14]。
自動化立體倉庫應(yīng)用范圍很廣，幾乎遍布所有行業(yè)。在我國自動化立體倉庫應(yīng)用的行業(yè)主要有機(jī)械、冶金、化工、航空航天、電子、醫(yī)藥、食品加工、煙草、印刷、配送中心、機(jī)場、港口等[8]。
2.設(shè)計的目的和意義
傳統(tǒng)的倉儲設(shè)備簡單，主要借助人力維護(hù)，存取貨靠人力去操作，效率低下。而倉儲自動化的引入，把人從倉庫中解放出去。傳統(tǒng)的倉儲，存取貨的手續(xù)、環(huán)節(jié)較繁瑣，而倉儲自動化則簡化了這些環(huán)節(jié)，直接通過引入計算機(jī)、自動控制技術(shù)和人工智能等高新技術(shù)對倉儲機(jī)械的技術(shù)進(jìn)行升級[6]，倉儲機(jī)械的技術(shù)性能將較大提高，操作機(jī)械設(shè)備完成同樣的操作。系統(tǒng)的設(shè)計自動化倉庫，目的也就是為了簡化某些環(huán)節(jié)，還為了節(jié)省人力。
自動化立體倉庫相對于以往的倉儲設(shè)備，具有以下幾個方面的優(yōu)勢[6]：提高空間利用率；便于形成先進(jìn)的物流系統(tǒng)，提高企業(yè)生產(chǎn)管理水平；加快貨物的存取節(jié)奏，減輕勞動強(qiáng)度，提高生產(chǎn)效率；減少庫存資金積壓；貨物磨損小[8]。
本設(shè)計通過設(shè)計用于自動化立體倉庫的堆垛機(jī)，完成堆垛機(jī)及其提升驅(qū)動裝置、貨叉裝置、載貨臺、松繩與過載保護(hù)裝置等設(shè)計，能及時、準(zhǔn)確地把物品自動送到指定位置，從而加深對堆垛機(jī)的認(rèn)識與了解。
3.堆垛機(jī)工作原理
堆垛機(jī)的工作原理是由行走電機(jī)通過驅(qū)動軸帶動車輪在下導(dǎo)軌上做水平運動，由提升電機(jī)帶動載貨臺做垂直升降運動，載貨臺上的貨叉做伸縮運動。通過上述三維運動可將指定貨位上的貨物取出或?qū)⒇浳锼偷街付ǖ呢浳?。通過認(rèn)址器、光電識別，以及光通訊信號的轉(zhuǎn)化，實現(xiàn)計算機(jī)控制，也可實現(xiàn)觸摸屏的手動和半自動控制。堆垛機(jī)通過認(rèn)址器獲取實際運行位置，貨叉下面的行程開關(guān)控制貨叉伸出的距離，貨叉下面的接近開關(guān)控制貨叉的回中定位[24]。
圖1 有軌巷道式雙立柱堆垛機(jī)
1.天軌 2.天軌導(dǎo)向輪 3.上橫梁 4.立柱 5.鏈輪 6.載貨臺導(dǎo)向輪 7.載貨臺頂輪 8.電器柜 9.輪系 10.地軌 11.下橫梁 12.電機(jī) 13.卷筒 14.減速器 15.載貨臺 16.貨叉 17.載貨臺立板
4.提升驅(qū)動裝置
鏈條提升機(jī)構(gòu)主要由提升電機(jī)（包括減速器）、傳動鏈輪、傳動鏈條、雙聯(lián)鏈輪、提升鏈條和改向鏈輪組成。提升鏈條選用雙排滾子鏈，安全系數(shù)大于 5 ，它與載貨臺和上下橫梁上的改向鏈輪組成一個封閉結(jié)構(gòu)。當(dāng)提升電機(jī)通過傳動鏈條驅(qū)動雙聯(lián)鏈輪旋轉(zhuǎn)時，使提升鏈條運動，從而帶動載貨臺（包括貨叉、貨物）升降。提升電機(jī)通過 PLC變頻控制，避免在開始升降和停止時提升鏈條所受拉力過大。載貨臺主要由型鋼、鋼板焊接而成，主要用于安裝貨叉和一些安全保護(hù)裝置。為了保證載貨臺平穩(wěn)上下運行，在它的每個側(cè)面裝有沿立柱的 4 個導(dǎo)向輪和 2 個頂輪[27]。
曳引式提升機(jī)構(gòu)是當(dāng)今電梯業(yè)廣泛采用的提升方式，主要由曳引力裝置、曳引輪、鋼絲繩、導(dǎo)向輪和反繩輪等構(gòu)件組成。曳引鋼絲繩一端連接載貨臺，另一端連接配重裝置，載貨臺、配重裝置和荷載的重力使鋼絲繩壓緊在曳引輪繩槽內(nèi)
產(chǎn)生足夠的摩擦力驅(qū)動重物沿導(dǎo)軌做上下運動。曳引式提升機(jī)構(gòu)的優(yōu)點是傳動機(jī)構(gòu)體積小巧，傳動電機(jī)相比卷筒式要小許多，而且提升高度不受限制，但是堆垛機(jī)與電梯不同的是要水平行走，所以配重裝置勢必會晃動產(chǎn)生噪音，而且配重裝
置需要設(shè)到立柱里面沿著立柱內(nèi)壁上下行走，維修和安裝比較麻煩。
卷筒式提升機(jī)構(gòu)是驅(qū)動載貨臺上下運動的常用機(jī)構(gòu)，一般由卷筒、減速電機(jī)、鋼絲繩及滑輪組組成，其工作原理是：減速電機(jī)驅(qū)動卷筒旋轉(zhuǎn)[27]。
5.堆垛機(jī)載貨臺
主要由上導(dǎo)輪架、下導(dǎo)輪架、垂直框架、水平框架等部分組成， 其上裝有貨叉伸縮機(jī)構(gòu)、 滑輪裝置、起升導(dǎo)向輪裝置、升降認(rèn)址裝置、貨物位置異常檢測裝置以及雙重入庫檢測裝置等。 它由提升機(jī)構(gòu)通過臺上安裝的滑輪裝置帶動，依靠起升導(dǎo)向輪裝置沿著立柱起升導(dǎo)軌升降，并與貨叉伸縮機(jī)構(gòu)配合進(jìn)行存取貨物作業(yè)[24]。
6.堆垛機(jī)貨叉的結(jié)構(gòu)
現(xiàn)在國內(nèi)外自動化立體倉庫堆垛機(jī)所用的存取貨裝置主要有:電磁或真空吸盤存取裝置；機(jī)械抓取式存取裝置；旋轉(zhuǎn)抓取裝置；伸縮貨叉存取裝置。其中, 伸縮貨叉式應(yīng)用最為普遍[29]。堆垛機(jī)伸縮貨叉一般采用 3 級直線差動機(jī)構(gòu), 這種結(jié)構(gòu)形式的貨叉由動力驅(qū)動和上、中底 3 叉以及導(dǎo)向部分構(gòu)成, 底叉固定在載貨臺上, 中叉可在齒輪齒條的驅(qū)動下, 相對于底叉向兩側(cè)伸出一定距離, 上叉在安裝于中叉上的增速機(jī)構(gòu)的帶動下相對中叉向外伸出更長的距離, 實現(xiàn)向貨位內(nèi)存取貨物。這種機(jī)構(gòu)的特點是上叉相對于中叉伸出的距離為伸出行程的 2/3, 而中叉相對于下叉伸出的距離為伸出行程的 1/3, 上叉與中叉之間 、中叉與下叉之間均有合適的導(dǎo)向接觸長度,保證 3層貨叉伸出時的相對剛度要求。其中底叉固定在載貨臺上, 中叉運行到貨叉行程的 1/3 距離, 此時有 2 個導(dǎo)向輪支承, 上叉相對于中叉運行貨叉行程的 2/3, 也有 2 個導(dǎo)向輪支承, 與中叉相連。
7.過載松繩保護(hù)裝置
過載松繩保護(hù)裝置是用來控制載貨臺的承載，它的作用是當(dāng)載物貨臺承受超過最大允許值時，為防止裝置與貨物的損壞，通過過載松繩保護(hù)裝置切斷起升電機(jī)回路電源或總電源，來使起升機(jī)構(gòu)及時停止運轉(zhuǎn)[24]。
斷繩保護(hù)裝置由螺桿、壓縮彈簧、左右安全鉗及連桿機(jī)構(gòu)等組成，其主要工作原理是在載貨臺滑輪組的聯(lián)結(jié)座下安裝螺桿和壓縮彈簧，當(dāng)起升鋼絲繩受載貨臺和貨物的重力作用，使壓縮彈簧處于壓縮狀態(tài)，一旦鋼絲繩斷裂，即滑輪組失去載貨臺和貨物重量的作用力作用，同時壓縮彈簧釋放，使連桿機(jī)構(gòu)動作，把安全鉗中的楔塊向上運動，由于楔塊的斜面作用使斷繩保護(hù)裝置夾緊在起升導(dǎo)軌上，從而保證載貨臺在斷繩時不致墜落。
為了防止發(fā)生事故，確保設(shè)備和人身安全，必須特別重視安全措施。自動化立體倉庫時最基本的是當(dāng)自動化倉庫運轉(zhuǎn)時操作庫內(nèi)絕對不許有人。在維修自動化立體倉庫時，維修者不得不進(jìn)入庫內(nèi)時，這時必須切斷電源，并有數(shù)人嚴(yán)格監(jiān)視。
8.控制和管理系統(tǒng)
控制和管理系統(tǒng)是立體化倉庫的中央調(diào)控系統(tǒng),它是信息化與物流相結(jié)合的產(chǎn)物,其實現(xiàn)了現(xiàn)代物流的智能化和動態(tài)化?？刂婆c管理系統(tǒng)對于立體倉庫而言的作用類似于中樞神經(jīng)對于人體而言的作用,它結(jié)合了全套的攝像監(jiān)控裝置和計算機(jī)電子設(shè)備,對立體倉庫的具體情況進(jìn)行實時監(jiān)控和記錄,同時還能夠根據(jù)具體訂單要求來對出、入庫任務(wù)進(jìn)行一致協(xié)調(diào)。其依靠著計算機(jī)實現(xiàn)對立體倉庫中的各種物品和設(shè)備的統(tǒng)一管理和調(diào)度[40]。
常見的堆垛機(jī)控制方式按照采用電氣化的程度分為：手動控制方式、半自動控制方式、單機(jī)控制方式和計算機(jī)控制方式。手動控制方式是依靠手工方式對堆垛機(jī)動作進(jìn)行單獨操作，動作包括走行部的行走、立柱的升降、貨叉的伸縮。半自動控制方式是在控制柜中進(jìn)行人工操作，堆垛機(jī)在巷道內(nèi)的動作由機(jī)器電動完成，能自動到達(dá)指定位置。單機(jī)控制方式是對單一堆垛機(jī)進(jìn)行自動控制，堆垛機(jī)的動作和作業(yè)均是由計算機(jī)完成的，只需發(fā)送指令就能選擇作業(yè)模式。計算機(jī)控制方式是通過上位機(jī)軟件控制，對大型立體倉庫的多堆垛機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行協(xié)調(diào)控制[12]。
（1）半自動工作模式
能夠順利實現(xiàn)堆垛機(jī)的自動存取貨功能，即在控制柜操作下自動完成堆垛機(jī)的水平行走、垂直提升和貨叉伸縮功能。并且能夠高效準(zhǔn)確的定位，即采取上述的任一認(rèn)址方式來達(dá)到尋址定位的能力，具體定位包括水平方向的行走定位、豎直方向的升降定位和縱向的貨叉伸縮定位。
（2）全自動工作模式
具有人機(jī)界面和通訊功能，在計算機(jī)上能顯示對話界面，提供操作者堆垛機(jī)當(dāng)前狀態(tài)信息和操作指令，具體的操作包括進(jìn)取貨動作、庫內(nèi)搬移、揀選出庫、添加入庫等。全自動模式下，無需控制柜人工操作，通過以太網(wǎng)通訊方式，將計算機(jī)指令輸送給堆垛機(jī)平臺進(jìn)行作業(yè)。
總結(jié)：
伴隨著科技的進(jìn)步和市場需求的擴(kuò)張，自動化立體倉庫也在不斷融合新興技術(shù)，加大倉儲運輸能力的提升。為了更好地滿足物流需求，現(xiàn)代化立體倉庫在不斷融合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，在自動化的基礎(chǔ)上強(qiáng)調(diào)智能化，從而在更短的操作周期內(nèi)提供更高的運輸能力，同時對倉儲物流工作可以實現(xiàn)一定程度的預(yù)測、智能管理功能。隨著現(xiàn)代信息科技的發(fā)展，現(xiàn)代物流對倉庫的要求越來越高。對倉庫的空間布局利用也產(chǎn)生的質(zhì)的變化，這些都得益于堆垛機(jī)的發(fā)展。本課題就針對堆垛機(jī)進(jìn)行設(shè)計計算。
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