自動化立體倉庫系統(tǒng)設(shè)計——堆垛機(jī)以及貨架系統(tǒng)等設(shè)計含6張CAD圖,自動化,立體倉庫,系統(tǒng),設(shè)計,堆垛,以及,貨架,CAD 自動化立體倉庫系統(tǒng)設(shè)計——堆垛機(jī)，以及貨架系統(tǒng)等設(shè)計 Design of Automated Warehouse System——Stacker and racking system design 摘 要 隨著物流運(yùn)輸行業(yè)的迅速發(fā)展，自動化立體倉庫得到了十分廣泛的使用。自動化立體倉庫是利用自動化的貨物搬運(yùn)裝置堆垛機(jī)來對貨物進(jìn)行入庫工作和出庫工作，它可以大大節(jié)省人力成本，實現(xiàn)自動控制。 自動化立體倉庫的最大特點(diǎn)是使用了智能控制技術(shù)，它主要是由巷道式堆垛機(jī)、貨架系統(tǒng)、自動控制系統(tǒng)、運(yùn)輸設(shè)備等組成。在整個倉庫中，貨物的周轉(zhuǎn)率大大的提升，因此，對自動化立體倉庫的研究，對我國的物流運(yùn)輸行業(yè)的發(fā)展有著巨大的意義，更對我國的理論技術(shù)研究有著長遠(yuǎn)的作用。 本文主要從自動化立體倉庫中的固定貨架系統(tǒng)設(shè)計和堆垛機(jī)的整車結(jié)構(gòu)設(shè)計出發(fā)，研究的主要內(nèi)容為下面幾個部分： 1）介紹了國內(nèi)外堆垛機(jī)的發(fā)展情況，分類和組成。 2）收集資料，利用三維建模軟件，畫出堆垛機(jī)三維模型，對堆垛機(jī)進(jìn)行了整體結(jié)構(gòu)方案設(shè)計。包含了堆垛機(jī)動力機(jī)構(gòu)、垂直升降機(jī)構(gòu)、載貨臺及其貨叉機(jī)構(gòu)、堆垛機(jī)橫向位移機(jī)構(gòu)和堆垛機(jī)的橫梁及立柱。 3）對自動化立體倉庫貨架系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計，主要包括了確定立體倉庫貨架系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式，在確定了其結(jié)構(gòu)形式之后，并對貨架系統(tǒng)進(jìn)行了強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性校核。 4）對固定貨架的貨架托盤進(jìn)行了設(shè)計，使得貨物可以安全裝載在托盤上。 5）對自動化立體倉庫內(nèi)部整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計，確定了倉庫的尺寸，要求滿足所需要的貨位。同時，各部分裝置也應(yīng)該布置合理，能夠以高效率對貨物進(jìn)行存取。 6）對堆垛機(jī)的各部分零件機(jī)構(gòu)進(jìn)行選型設(shè)計，保證各部分的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度滿足工作要求，使得各部分在工作過程中可以合理的運(yùn)行。 7）對堆垛機(jī)的控制功能進(jìn)行了分析， 并對其作用功能、實現(xiàn)路徑和要求做出了詳細(xì)的說明。 關(guān)鍵詞：自動化立體倉庫；堆垛機(jī)；立體貨架； Abstract With the rapid development of the logistics and the transportation industry, automated warehouses have been widely used. Automated three-dimensional warehouse uses automated cargo handling device stacker to carry out cargo in and out of the warehouse, which can greatly save labor costs and realize automatic control. The biggest feature of the automated three-dimensional warehouse is the use of intelligent control technology, which is mainly composed of lane stackers, racking systems, automatic control systems, and transportation equipment. In the entire warehouse, the turnover rate of goods has been greatly improved. Therefore, the research on automated warehouses is of great significance to the development of my country's logistics and transportation industry, and has a long-term effect on my country's theoretical and technical research. This article mainly starts from the design of the fixed rack system in the automated warehouse and the structure design of the stacker. The main content of the research is the following parts: 1) The development, classification and composition of stackers at home and abroad are introduced. 2) Collect data, use 3D modeling software to draw a 3D model of the stacker, and design the overall structure of the stacker. It includes the power mechanism of the stacker, the vertical lifting mechanism, the loading platform and its fork mechanism, the lateral displacement mechanism of the stacker, and the beams and columns of the stacker. 3) The automated three-dimensional warehouse racking system is designed, which mainly includes determining the structure of the three-dimensional warehouse racking system. After determining its structure, the racking system is checked for strength, rigidity and stability. 4) The shelf pallet of the fixed shelf is designed so that the goods can be safely loaded on the pallet. 5) The overall internal structure of the automated three-dimensional warehouse was designed, the size of the warehouse was determined, and the required cargo space was required. At the same time, each part of the device should also be reasonably arranged to be able to access the goods with high efficiency. 6) The selection and design of each part mechanism of the stacker ensures that the structural strength of each part meets the working requirements, so that each part can operate reasonably during the working process. 7) The control function of the stacker is analyzed, and its function, realization path and requirements are explained in detail. Keywords: automated warehouse; stacker; three-dimensional rack 目 錄 第一章 緒論 1 1.1課題研究背景及意義 1 1.2自動化立體倉庫堆垛機(jī)的分類及國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 2 1.3課題主要內(nèi)容 4 第二章 自動化立體倉庫系統(tǒng)設(shè)計之堆垛機(jī)總體方案設(shè)計 6 2.1自動化立體倉庫堆垛機(jī)的總體結(jié)構(gòu)方案設(shè)計 6 2.1.1自動化立體倉庫系統(tǒng)設(shè)計之堆垛機(jī)工作原理 6 2.1.2自動化立體倉庫系統(tǒng)設(shè)計之堆垛機(jī)總體設(shè)計 6 2.1.3自動化立體倉庫系統(tǒng)設(shè)計之堆垛機(jī)動力機(jī)構(gòu)設(shè)計 7 2.1.4自動化立體倉庫系統(tǒng)設(shè)計之堆垛機(jī)垂直升降機(jī)構(gòu)設(shè)計 7 2.1.5自動化立體倉庫系統(tǒng)設(shè)計之堆垛機(jī)水平上料機(jī)構(gòu)設(shè)計 8 2.1.6自動化立體倉庫系統(tǒng)設(shè)計之堆垛機(jī)橫向位移機(jī)構(gòu)設(shè)計 9 2.1.7自動化立體倉庫系統(tǒng)設(shè)計之堆垛機(jī)機(jī)架設(shè)計 10 2.1.8整體方案模型 10 2.2貨架系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計 12 2.3貨架托盤的設(shè)計 13 2.4自動化立體倉庫內(nèi)部整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計 14 2.5本章小結(jié) 16 第三章 自動化立體倉庫系統(tǒng)設(shè)計之堆垛機(jī)機(jī)構(gòu)設(shè)計 17 3.1自動化立體倉庫系統(tǒng)設(shè)計之堆垛機(jī)技術(shù)參數(shù) 17 3.2垂直升降機(jī)構(gòu) 17 3.2.1電機(jī)選型計算 17 3.2.2鏈設(shè)計計算 18 3.2.3軸的計算 19 3.2.4軸承分類和壽命計算 20 3.3水平上料機(jī)構(gòu) 23 3.3.1電機(jī)選型計算 23 3.3.2同步輪的計算 24 3.4貨架立柱的力學(xué)性能分析 26 3.5自動化立體倉庫堆垛機(jī)的控制系統(tǒng)要求 27 3.5.1堆垛機(jī)控制功能應(yīng)該滿足的條件 27 3.5.2堆垛機(jī)位置認(rèn)址方式 27 3.6本章小結(jié) 29 第四章 結(jié)論與展望 30 參考文獻(xiàn) 32 致 謝 38 V 第一章 緒論 1.1 課題研究背景及意義 隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，我國的國民經(jīng)濟(jì)水平提高，國民日常的消費(fèi)水平提升，使得現(xiàn)代商品流通速度加快，商品流通的加快使得我國物流行業(yè)的發(fā)展步步向前。物流和倉庫已經(jīng)成為現(xiàn)階段商業(yè)發(fā)展的重要組成部分，但是由于倉庫較大，物件太多，僅僅靠人工勞動根本無法滿足需求，為了提高在物流運(yùn)輸過程中貨物運(yùn)輸?shù)男屎唾|(zhì)量，使得企業(yè)在新時代制造業(yè)更具有競爭力，因此需要設(shè)計一款合理可靠的自動化立體倉庫系統(tǒng)，這個系統(tǒng)包含貨架、堆垛機(jī)等。設(shè)計這個系統(tǒng)目的是要能夠?qū)崿F(xiàn)高質(zhì)量批量生產(chǎn)目的。本文設(shè)計一款自動化立體倉庫系統(tǒng)，能夠改變傳統(tǒng)人工操作低效率甚至不合理的自動化立體倉庫堆垛機(jī)裝置，該裝置大大提升生產(chǎn)效率的同時還能夠提高在貨物運(yùn)輸過程中的成本，隨著批量生產(chǎn)和堆垛機(jī)裝置的廣泛應(yīng)用，因此在貨物搬運(yùn)環(huán)節(jié)的成本也隨之降低。 本文設(shè)計自動化立體倉庫系統(tǒng)中的堆垛機(jī)裝置，其主要功能就是通過將鏈條與滑筒相固定，電機(jī)驅(qū)動鏈條在鏈輪的張緊作用下移動實現(xiàn)堆垛機(jī)載貨臺的垂直升降；通過帶輪皮帶將電機(jī)動力傳遞至傳動齒輪，傳動齒輪與齒條嚙合驅(qū)動載貨板在水平方向移動；通過電機(jī)驅(qū)動滾輪運(yùn)轉(zhuǎn)使堆垛機(jī)在側(cè)輪的支承下在軌道上橫向移動。[4][10] 假設(shè)在導(dǎo)軌方向上：設(shè)坐標(biāo)軸為X，在垂直方向上：設(shè)坐標(biāo)軸為Z，在載貨板的運(yùn)動方向上：設(shè)坐標(biāo)軸為Y，本文設(shè)計的堆垛機(jī)裝置在自動化立體倉庫中可以在這三個方向上進(jìn)行位移，在堆垛機(jī)搬運(yùn)貨物的過程中，堆垛機(jī)可以在地軌上進(jìn)行橫向的位移，堆垛機(jī)上的載貨臺可以在垂直方向上進(jìn)行垂直升降運(yùn)動，同時，載貨臺上的載貨板可以進(jìn)行伸縮運(yùn)動，以實現(xiàn)將貨架托盤上的貨物送入貨架對應(yīng)的貨格當(dāng)中。[1]堆垛機(jī)可以通過在三個坐標(biāo)軸方向上運(yùn)動將貨物送往指定貨格，也實現(xiàn)了全自動功能，進(jìn)而大大提升了搬運(yùn)過程中的效率，降低勞動強(qiáng)度，提升高端制造業(yè)的競爭力，而且能夠滿足不同場合對自動化立體倉庫堆垛機(jī)裝置的需求。 傳統(tǒng)的能夠?qū)崿F(xiàn)自動分揀、抓取并能夠垂直運(yùn)行將貨物送到不同高度的貨架中的貨格功能模式是人工操作，隨著時代進(jìn)步，逐步引進(jìn)自動控制技術(shù)手段，通過計算機(jī)系統(tǒng)控制堆垛機(jī)的運(yùn)動，以實現(xiàn)在自動化立體倉庫中堆垛機(jī)自動存取搬運(yùn)貨物，大大解放勞動力。但是物流系統(tǒng)建設(shè)初期，自動控制技術(shù)并不成熟，只能實現(xiàn)半自動化生產(chǎn)，這種模式雖然提高生產(chǎn)效率和質(zhì)量，但是依然不能滿足人們需求，因此需要設(shè)計一款能夠提高效率和質(zhì)量垂直式物流分揀裝置，采取先進(jìn)的控制功能手段，進(jìn)而提升高端運(yùn)輸業(yè)的競爭力，持續(xù)創(chuàng)造社會效益。 1.2 自動化立體倉庫堆垛機(jī)的分類及國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 在自動化立體倉庫當(dāng)中，最主要的部分就是堆垛機(jī)，堆垛機(jī)在自動化立體倉庫中負(fù)責(zé)將貨物放置在貨架托盤上，利用貨叉或載貨板將托盤放置在對應(yīng)貨架具體的貨格當(dāng)中，以實現(xiàn)完整的貨物搬運(yùn)過程。同時，堆垛機(jī)性能的好壞可以用如下幾個因素來衡量：水平運(yùn)行速度、垂直運(yùn)行速度、貨叉或載貨板的伸縮速度、堆垛機(jī)在工作過程中的運(yùn)行穩(wěn)定性、堆垛機(jī)的控制系統(tǒng)的控制精度與穩(wěn)定性等，這些因素的好壞都直接影響著在工作過程中堆垛機(jī)的工作效率。 近年來，我國物流運(yùn)輸業(yè)蓬勃發(fā)展，國內(nèi)建立了不少的自動化立體倉庫。其中，堆垛機(jī)也有許多種形式，當(dāng)堆垛機(jī)按照其主要構(gòu)件形成分類，可以分為單立柱堆垛機(jī)和雙立柱堆垛機(jī)，其中單立柱堆垛機(jī)的通常用于提升高度小于或等于21m的自動化立體倉庫當(dāng)中，雙立柱堆垛機(jī)的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性要比單立柱堆垛機(jī)的好一點(diǎn)，故雙立柱堆垛機(jī)通常用于提升高度大于21m的自動化立體倉庫當(dāng)中。當(dāng)堆垛機(jī)按照導(dǎo)軌配置分類時，可以將堆垛機(jī)分為直線導(dǎo)軌式和曲線導(dǎo)軌式，其中直線導(dǎo)軌式堆垛機(jī)一般是在直線導(dǎo)軌上做往復(fù)運(yùn)動，曲線導(dǎo)軌式堆垛機(jī)一般是在曲線導(dǎo)軌或者直線導(dǎo)軌上做往復(fù)運(yùn)動。[19]當(dāng)按照堆垛機(jī)的規(guī)模大小進(jìn)行分類時，可以分為低層型、中層型、高層型。低層型的高度往往在10m以下，中層型的高度一般在10m到20m之間， 20m之上的為高層型。 到目前為止，自動化立體倉庫技術(shù)在全世界范圍內(nèi)已經(jīng)非常普及，不少物流、醫(yī)藥、食品、煙草等行業(yè)已經(jīng)廣泛的實用了自動化立體倉庫技術(shù)來搬運(yùn)儲存貨物。 美國在上個世紀(jì)的60年代首先推出了第一代自動化立體倉庫，同時，人類首次采用計算機(jī)進(jìn)行控制自動化立體倉庫在上個世紀(jì)70年代的初期，隨后，經(jīng)歷了不斷地發(fā)展，自動化立體倉庫逐漸的發(fā)展到了亞洲大陸與歐洲大陸，在世界開始廣泛的傳播起來。同時，在我國國內(nèi)，自動化立體倉庫技術(shù)從國外傳播過來到我國自主研發(fā)經(jīng)歷了多個階段。 在上個世紀(jì)的70年代初期，我國的鄭州紡織廠首先建立起了第一代自動化立體倉庫，這個立體倉儲系統(tǒng)許多功能還不是特別的先進(jìn)，工作過程中采用人工駕駛的方式來操作作業(yè)，同時，貨物存儲也必須依靠人來手工的方式進(jìn)行記憶，倉庫采用的控制系統(tǒng)時繼電器控制系統(tǒng)。在工作的過程中，由于技術(shù)不完善，這種自動化立體倉庫的工作效率低，產(chǎn)生的噪音也非常的大。 在上個世紀(jì)的90年代初期，我國建立了第二代自動化立體倉庫，這種倉庫使用了可編程控制器，即PLC技術(shù)來控制自動化立體倉庫中的堆垛機(jī)，同時在工作的過程中，用計算機(jī)作為輔助裝置，用來進(jìn)行監(jiān)控。但是當(dāng)時的技術(shù)水平也有不少的缺陷，系統(tǒng)的控制精度低，抗干擾能力弱，在堆垛機(jī)的運(yùn)行過程中有時會發(fā)生一定的故障，甚至是癱瘓的狀況。 在上個世紀(jì)末，第三代自動化立體倉庫開始新興起來，巷道式雙立柱堆垛機(jī)發(fā)展起來，采用了先進(jìn)的認(rèn)址方式，倉庫現(xiàn)場使用了總線的方法，但是20世紀(jì)末計算機(jī)技術(shù)并不是很先進(jìn)，以至于整個系統(tǒng)的響應(yīng)時間特別長，這樣一來，自動化立體倉庫的工作效率變會大大的降低。 在21世紀(jì)之初，第四代自動化立體倉庫開始新興起來，這種自動化立體倉庫的技術(shù)已經(jīng)相對成熟，無論是堆垛機(jī)的結(jié)構(gòu)或者系統(tǒng)的控制穩(wěn)定性和控制精度，都有了很大的提升。高效率、高速度、高精度、高穩(wěn)定性成為其顯著的特點(diǎn)。如今，自動化立體倉庫還會不斷地發(fā)展，目前自動化立體倉庫的發(fā)展方向是倉庫的自動化程度不斷地在提升，少量的人力就可以滿足對整個倉庫的控制，傳感與檢驗技術(shù)、伺服驅(qū)動技術(shù)、精密機(jī)械技術(shù)在倉庫中都廣泛使用，這些先進(jìn)的技術(shù)，為自動化立體倉庫的高效穩(wěn)定工作提供了強(qiáng)有力的保障。 1.3 課題主要內(nèi)容 本課題通過給定的立體倉庫中的幾種參數(shù)，以貨物最大外形尺寸（寬mm×高mm×長mm）：500×500×400，存儲貨物每件質(zhì)量最大為300kg，并且自動化立體倉庫有5000個貨位進(jìn)行設(shè)計研究。根據(jù)手冊對自動化立體倉庫進(jìn)行整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計，在設(shè)計完成之后，還要設(shè)計出合理的貨架系統(tǒng)，并且選用合理規(guī)格的貨架托盤，最后設(shè)計出滿足工作條件的堆垛機(jī)。 選擇和研究設(shè)計方案能夠降低生產(chǎn)成本和提高工作效率。設(shè)計自動化立體倉庫中堆垛機(jī)裝置能夠滿足實際生產(chǎn)需要進(jìn)而提升國民幸福指數(shù)。通過關(guān)鍵零部件選型和重要結(jié)構(gòu)設(shè)計計算，設(shè)計一款成熟可靠的自動化立體倉庫中堆垛機(jī)裝置，其主要功能為了實現(xiàn)能夠?qū)崿F(xiàn)自動分揀、抓取并能夠垂直運(yùn)行將貨物送到不同高度的貨架功能。為此要設(shè)計一個結(jié)構(gòu)緊湊，生產(chǎn)效率和質(zhì)量符合要求的堆垛機(jī)裝置。設(shè)計一款貨架托盤，以最大貨物外形尺寸為邊界，同時以貨物最大質(zhì)量為極限，通過選取合適的托盤材料和外形結(jié)構(gòu)設(shè)計出一個合理的貨架托盤，要求其能夠在工作過程中正常的承載貨物。同時設(shè)計出一個具有5000個貨位的自動化立體倉庫貨架系統(tǒng)，要求其滿足足夠貨位的同時，還要滿足一定的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性。最后對堆垛機(jī)的控制功能進(jìn)行分析，要求其能夠正常存放貨物。設(shè)計出來這些裝置之后，利用三維建模軟件對各部分進(jìn)行三維建模。 本設(shè)計的研究思路： 1.查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料，了解自動化立體倉庫堆垛機(jī)裝置國內(nèi)外發(fā)展情況，充分認(rèn)識該裝置對實際生產(chǎn)的重要意義，結(jié)合所學(xué)機(jī)械設(shè)計和機(jī)械原理知識，初步制定研究思路，確保設(shè)計堆垛機(jī)裝置能夠滿足實際需要。 2.根據(jù)所學(xué)機(jī)械原理相關(guān)知識，設(shè)計和選取合理的傳動原理，并制定整個裝置的設(shè)計方案，使得堆垛機(jī)裝置能夠滿足預(yù)期的目標(biāo)功能和實際工況。 3.為了保證堆垛機(jī)裝置結(jié)構(gòu)緊湊，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，對關(guān)鍵零部件、重要結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計計算，盡量使用更為經(jīng)濟(jì)合理的設(shè)計方案。 4.通過上述設(shè)計可得出更優(yōu)設(shè)計方案、傳動原理以及關(guān)鍵零部件和重要結(jié)構(gòu)，通過三維軟件對自動化立體倉庫堆垛機(jī)裝置進(jìn)行建模不斷優(yōu)化設(shè)計方案，確保所設(shè)計的機(jī)構(gòu)能夠符合工況和實際需求。 5.根據(jù)自動化立體倉庫手冊設(shè)計出合理的貨架托盤，要求其的尺寸大小比貨物的最大外形尺寸大，同時滿足強(qiáng)度要求。 6.根據(jù)所學(xué)材料力學(xué)相關(guān)知識，設(shè)計出合理的自動化立體倉庫貨架系統(tǒng)，要求貨架滿足一定的貨位，并且在確定好貨架系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式后，對貨架進(jìn)行強(qiáng)度校核、剛度校核和穩(wěn)定性校核。確保貨架可以正常承載貨物。 第二章 自動化立體倉庫系統(tǒng)設(shè)計之堆垛機(jī)總體方案設(shè)計 2.1自動化立體倉庫堆垛機(jī)的總體結(jié)構(gòu)方案設(shè)計 2.1.1 自動化立體倉庫系統(tǒng)設(shè)計之堆垛機(jī)工作原理 通過分析了自動化立體倉庫中堆垛機(jī)的機(jī)械原理及其工作原理，設(shè)計了自動化立體倉庫系統(tǒng)中的堆垛機(jī)，其由電機(jī)、鏈和鏈輪、導(dǎo)輪、軸和軸承、帶輪皮帶、齒輪齒條、滾輪、減速器、驅(qū)動滾輪、側(cè)輪和軌道等零部件組成，通過一部機(jī)器就能完成對物料的水平運(yùn)輸、垂直升降和上料下料功能，滿足了在空間中堆垛機(jī)的三個直線運(yùn)動方向的自由度。本文選擇電動機(jī)作為動力裝置，通過將鏈條與滑筒相固定，電機(jī)驅(qū)動鏈條在鏈輪的張緊作用下移動實現(xiàn)堆垛機(jī)載貨臺的垂直升降；通過帶輪皮帶將電機(jī)動力傳遞至傳動齒輪，傳動齒輪與齒條嚙合驅(qū)動載貨板在水平方向移動；通過電機(jī)驅(qū)動滾輪運(yùn)轉(zhuǎn)使堆垛機(jī)在側(cè)輪的支承下在軌道上橫向移動。假設(shè)在導(dǎo)軌方向上：設(shè)坐標(biāo)軸為X，在垂直方向上：設(shè)坐標(biāo)軸為Z，在載貨板的運(yùn)動方向上：設(shè)坐標(biāo)軸為Y，通過分析所設(shè)計出的堆垛機(jī)，此堆垛機(jī)在三個坐標(biāo)軸方向上都可以進(jìn)行位移運(yùn)動，即滿足了設(shè)計目的。在立體倉庫中堆垛機(jī)通過貨架托盤可以將貨物送往貨架指定的貨格當(dāng)中，在上述機(jī)構(gòu)的相互配合下實現(xiàn)自動化立體倉庫中堆垛機(jī)的各項功能。 2.1.2 自動化立體倉庫系統(tǒng)設(shè)計之堆垛機(jī)總體設(shè)計 為了能夠?qū)崿F(xiàn)自動化立體倉庫中堆垛機(jī)的各項功能，將其組成機(jī)構(gòu)主要分為三個部分，動力產(chǎn)生部分、動力傳遞及執(zhí)行部分和支撐結(jié)構(gòu)部分，各部分相互配合以實現(xiàn)裝置的各項功能。 上述結(jié)構(gòu)方案包括四部分，第一部分為堆垛機(jī)動力機(jī)構(gòu)、第二部分為堆垛機(jī)垂直升降機(jī)構(gòu)，即堆垛機(jī)載貨臺部分，此部分包含了載貨板，貨架托盤放置在載貨板上，堆垛機(jī)通過載貨板來裝卸貨物，實現(xiàn)自動存取功能。第三部分為堆垛機(jī)橫向位移機(jī)構(gòu)，最后一部分為堆垛機(jī)的機(jī)架。同時，在堆垛機(jī)的動力裝置選擇上，選用電機(jī)作為動力裝置。堆垛機(jī)的垂直升降機(jī)構(gòu)，通過將鏈條與滑筒相固定，電機(jī)驅(qū)動鏈條在鏈輪的張緊作用下移動實現(xiàn)載貨臺機(jī)構(gòu)的垂直升降。堆垛機(jī)載貨臺上載貨板機(jī)構(gòu)，通過帶輪皮帶將電機(jī)動力傳遞至傳動齒輪，傳動齒輪與齒條嚙合驅(qū)動載貨板在水平方向移動。堆垛機(jī)的橫向位移機(jī)構(gòu)，通過電機(jī)驅(qū)動滾輪運(yùn)轉(zhuǎn)使堆垛機(jī)在側(cè)輪的支承下在軌道上橫向移動。堆垛機(jī)的機(jī)架，通過型鋼和鋼板焊接在一起提供了一個穩(wěn)定的運(yùn)行平臺，兼顧了操作方便，設(shè)計機(jī)架裝置，保證整體設(shè)計平穩(wěn)高效。在工作運(yùn)行過程中，通過立柱與橫梁的支撐，堆垛機(jī)可以平穩(wěn)高效的運(yùn)行。 2.1.3 自動化立體倉庫系統(tǒng)設(shè)計之堆垛機(jī)動力機(jī)構(gòu)設(shè)計 動力機(jī)構(gòu)的作用是為整套機(jī)械裝置提供生產(chǎn)運(yùn)行的動力，因此動力機(jī)構(gòu)設(shè)計選型是否合理決定著機(jī)械裝置能否按計劃完成設(shè)計目標(biāo)。目前在機(jī)械系統(tǒng)中常用的動力主要有柴油機(jī)、汽油機(jī)、電動機(jī)、液壓馬達(dá)和一些新能源動力機(jī)等。根據(jù)自動化立體倉庫堆垛機(jī)的設(shè)計方案和結(jié)構(gòu)特性，綜合考慮設(shè)備的后期維護(hù)和使用成本等因素，堆垛機(jī)的動力源采用電機(jī)較為合適。即在堆垛機(jī)的工作過程中，通過電動機(jī)來傳輸動力，使堆垛機(jī)可以在X、Y、Z三個方向上進(jìn)行位移，從而將貨架托盤上的貨物送到預(yù)定的貨位當(dāng)中，完成貨物運(yùn)輸?shù)娜蝿?wù)。 2.1.4 自動化立體倉庫系統(tǒng)設(shè)計之堆垛機(jī)垂直升降機(jī)構(gòu)設(shè)計 本次設(shè)計的堆垛機(jī)垂直升降機(jī)構(gòu)主要由電機(jī)、鏈和鏈輪、導(dǎo)輪、軸和軸承等組成，其作用是通過將鏈條與滑筒相固定，電機(jī)驅(qū)動鏈條在鏈輪的張緊作用下移動實現(xiàn)堆垛機(jī)載貨臺的垂直升降。以實現(xiàn)堆垛機(jī)在垂直方向上的位移運(yùn)動，設(shè)計的自動化立體倉庫堆垛機(jī)垂直升降機(jī)構(gòu)如圖2.1所示。 圖2.1 自動化立體倉庫堆垛機(jī)垂直升降機(jī)構(gòu) 2.1.5 自動化立體倉庫系統(tǒng)設(shè)計之堆垛機(jī)水平上料機(jī)構(gòu)設(shè)計 堆垛機(jī)水平上料機(jī)構(gòu)又稱為堆垛機(jī)的載貨臺，載貨臺上又包含了載貨板，其作用是通過電機(jī)驅(qū)動堆垛機(jī)的垂直升降機(jī)構(gòu)，使載貨臺運(yùn)動到確定的位置，利用載貨板將托盤上的貨物送到貨架中對應(yīng)的貨位當(dāng)中。自動化立體倉庫堆垛機(jī)水平上料機(jī)構(gòu)主要由電機(jī)、帶輪皮帶、齒輪齒條、滾輪和導(dǎo)軌等組成，其作用是通過帶輪皮帶將電機(jī)動力傳遞至傳動齒輪，傳動齒輪與齒條嚙合驅(qū)動載貨板在水平方向移動。設(shè)計的自動化立體倉庫系統(tǒng)設(shè)計之堆垛機(jī)水平上料機(jī)構(gòu)如圖2.2所示。 圖2.2 自動化立體倉庫堆垛機(jī)水平上料機(jī)構(gòu) 2.1.6 自動化立體倉庫系統(tǒng)設(shè)計之堆垛機(jī)橫向位移機(jī)構(gòu)設(shè)計 自動化立體倉庫堆垛機(jī)橫向位移機(jī)構(gòu)主要由電機(jī)、減速器、驅(qū)動滾輪、側(cè)輪和軌道等組成，其作用是通過電機(jī)驅(qū)動滾輪運(yùn)轉(zhuǎn)使堆垛機(jī)在側(cè)輪的支承下在軌道上橫向移動。以實現(xiàn)堆垛機(jī)的向前向后運(yùn)動。在運(yùn)行的過程中，可以通過減速器將電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩減小，以實現(xiàn)堆垛機(jī)在行進(jìn)過程中的平穩(wěn)，保證堆垛機(jī)工作安全，可靠性強(qiáng)。設(shè)計的自動化立體倉庫堆垛機(jī)橫向位移機(jī)構(gòu)如圖2.3所示。 圖2.3 自動化立體倉庫堆垛機(jī)橫向位移機(jī)構(gòu) 2.1.7 自動化立體倉庫系統(tǒng)設(shè)計之堆垛機(jī)機(jī)架設(shè)計 堆垛機(jī)的機(jī)架部分包含了橫梁和堆垛機(jī)的立柱。它形成了堆垛機(jī)的整體結(jié)構(gòu)，使堆垛機(jī)上的各部分裝置連接在一塊，成為一個整體部分，在運(yùn)輸貨物的過程中，承載大部分的外力，因此，堆垛機(jī)的橫梁和立柱確保了運(yùn)輸過程中的平穩(wěn)性和安全性，它是本設(shè)計的一個重要板塊。 機(jī)架作為本裝置重要的組成部分，其主要作用是為了承載本裝置的各零部件以及提供合理的安裝接口。因此在設(shè)計機(jī)架的時候要考慮自動化立體倉庫堆垛機(jī)在完成貨物的水平和垂直運(yùn)輸過程中需要關(guān)注的重點(diǎn)和難點(diǎn)問題，保證裝置平穩(wěn)運(yùn)行，因此機(jī)架對于本裝置而言也較為重要。 機(jī)架材質(zhì)考慮到自動化立體倉庫堆垛機(jī)的使用場景，通常采用型鋼和鋼板鋼焊接成骨架，該材質(zhì)符合經(jīng)濟(jì)成本要求，而且其強(qiáng)度和剛度都能夠滿足設(shè)計要求，最重要是便于安裝、固定和后期維護(hù)。各機(jī)構(gòu)通過螺栓安裝在機(jī)架上，這樣設(shè)計方案可以有助于調(diào)整各機(jī)構(gòu)的間距，只需要通過調(diào)整螺栓位置就可以保證各機(jī)構(gòu)連接的質(zhì)量，這樣既安全可靠，又經(jīng)濟(jì)實惠，還符合設(shè)計要求。 2.1.8 整體方案模型 完成各機(jī)構(gòu)的設(shè)計后，并結(jié)合整體裝置的設(shè)計方案，利用三維軟件將各機(jī)構(gòu)進(jìn)行裝配，最終完成自動化立體倉庫堆垛機(jī)的三維模型建立。在整體裝配建模過程中，必然會出現(xiàn)局部設(shè)計不合理造成無法裝配的情況，要及時對不合理部分進(jìn)行修改，優(yōu)化整體設(shè)計方案，更好的完成裝置三維模型的裝配，如圖2.4所示。此圖為堆垛機(jī)設(shè)計完成之后的總裝圖。 圖2.4 整機(jī)三維模型 2.2貨架系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計 在自動化立體倉庫中，除了堆垛機(jī)以外，立體倉庫中貨架是其重要的組成部分。立體貨架系統(tǒng)在倉庫中承擔(dān)著重要的作用，它被用來存儲貨物，當(dāng)堆垛機(jī)用貨架托盤裝載完成貨物之后，通過運(yùn)輸將貨架托盤及貨物運(yùn)送到貨架中的貨格當(dāng)中。貨架系統(tǒng)的設(shè)計是否合理直接影響到整個立體倉庫的工作效率，在確定貨架系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式之后，還要對貨架系統(tǒng)的強(qiáng)度、剛度、和穩(wěn)定性進(jìn)行校核，以確保固定貨架在滿載的狀態(tài)下可以正常的工作。因此，設(shè)計出的貨架系統(tǒng)應(yīng)該能保證自動化立體倉庫的工作效率與貨架系統(tǒng)本身的安全性。自動化立體倉庫中貨架系統(tǒng)主要由如下幾部分組成：立柱、橫架、縱架、地腳組成，如下圖所示為立體貨架中其中一個貨格的示意圖： 1-貨架立柱 2-橫架 3-貨箱 4-貨架托盤 5-地腳 圖2.5 貨架示意圖 在上圖所示的貨架示意圖中，貨架立柱承擔(dān)了主要的重量，由于立體倉庫可能出現(xiàn)地面不平整的情況，因此，將貨架立柱底部裝上了地腳，以獲得平穩(wěn)。其中，一個貨格由4根貨架立柱組成，貨格中的橫架和縱架又將貨架立柱連接起來，縱架在貨架系統(tǒng)中不僅僅起到了提升貨架整體的強(qiáng)度與穩(wěn)定性，也作為貨架托盤的載體，具有重要的作用。同時，本設(shè)計要求具有5000個貨位，在此貨架系統(tǒng)中，每一組貨架有500個貨位，自動化立體倉庫將布置10組貨架，每組貨架一豎列有5個貨格，一組貨架將有100豎列，故倉庫貨架系統(tǒng)的容量設(shè)計符合了設(shè)計要求（5×100×10）。貨架系統(tǒng)中立柱部分的材料選用Q235冷彎方形空心型鋼材，其規(guī)格為100×6。每個貨格的尺寸為750×750×825（長mm×寬mm×高mm）,縱架的形狀為長方體形狀，它的尺寸為50×60×750（長mm×寬mm×高mm），在設(shè)計時，根據(jù)《自動化立體倉庫設(shè)計規(guī)范》JBT 9018-2011，將貨架托盤與貨架立柱之間留有一定的間隙，以便于在工作過程中方便裝卸貨物。貨架的整體高度為3.5m，每一組貨架的長度為62m。 2.3貨架托盤的設(shè)計 在自動化立體倉庫中，入庫的貨物外形尺寸可能會各不相同，若分別用不同的貨架托盤來裝載貨物會造成成本的大量浪費(fèi)，而且極其不合理。因此，為了保證運(yùn)輸成本，本自動化立體倉庫采用的貨架托盤采用統(tǒng)一的型號。由于托盤的材料各式各樣，在本設(shè)計中，統(tǒng)一選擇鋁合金來作為本倉庫中貨架托盤的材料，以便于保證其在工作過程中安全可靠。設(shè)計貨架托盤主要由面板、底部支撐、通孔組成，如下圖所示為本設(shè)計中貨架托盤的示意圖： 1-面板 2-底部支撐 3-通孔 圖2.6 貨架托盤 上圖所示為本自動化立體倉庫中使用的貨架托盤。本貨架托盤采用單面型，即只有一個面用來承重，就是貨架托盤的面板。面板上用來裝載貨物，面板具有一定的厚度，它的厚度為10mm。在面板上挖了8個通孔，通孔主要是用來減輕面板的質(zhì)量，以便減輕貨架系統(tǒng)的壓力，同時，通孔也減少了貨架托盤的材料，節(jié)約了材料成本。在面板的底部是貨架托盤的底部支撐，底部支撐用來支撐托盤上的貨物。此貨架托盤面板為一個正方形，它的尺寸為700×700（長mm×寬mm）。貨架托盤質(zhì)量為60kg。貨架托盤的底部支撐為長方體形狀，它的尺寸為700×40×80（長mm×寬mm×高mm），故在貨架托盤裝上固定貨架中的貨格中時，在貨架托盤的左右兩側(cè)分別與貨架立柱之間會留有25mm的間隙，當(dāng)貨架托盤裝上了最大外形尺寸的貨物時，貨架托盤與貨物在固定貨架中的貨格中總共會占據(jù)580mm的高度，與貨格頂部會空出來245mm的高度。 在自動化立體倉庫中，堆垛機(jī)從初始位置開始，將貨物裝載在貨架托盤上然后堆垛機(jī)利用其上的貨叉載貨板機(jī)構(gòu)將貨架托盤提升起來，在貨架之外貨叉進(jìn)行伸縮，當(dāng)堆垛機(jī)運(yùn)行到了目標(biāo)貨位時，貨叉載貨板開始伸向固定貨架對應(yīng)的貨格當(dāng)中，將貨架托盤放置在貨格當(dāng)中，最終貨物和貨架托盤一同被堆垛機(jī)上的貨叉載貨板機(jī)構(gòu)送上目標(biāo)貨位，載貨板又伸縮回堆垛機(jī)原本的位置，回到了最初的起點(diǎn)位置，這樣下來，堆垛機(jī)的一個工作循環(huán)完成，以此往復(fù)，通過堆垛機(jī)的運(yùn)行，貨物隨著貨架托盤不斷地被運(yùn)往固定貨架中的貨格當(dāng)中，重復(fù)工作，大大的節(jié)省了人力與物力。 2.4自動化立體倉庫內(nèi)部整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計 在上述過程中，設(shè)計出了完整的堆垛機(jī)整車結(jié)構(gòu)，因為雙立柱堆垛機(jī)在結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和穩(wěn)定性方面性能比單立柱堆垛機(jī)要更好，因此，在本立體倉庫中采用了雙立柱巷道式堆垛機(jī)，因為在本設(shè)計中固定貨架的高度不高，為5.25m，堆垛機(jī)的高度與固定貨架的高度相接近。因此，在本設(shè)計中，不用安裝天軌裝置以增加堆垛機(jī)的穩(wěn)定性，只采用地軌即可滿足貨物運(yùn)輸?shù)囊?，堆垛機(jī)的兩根立柱用45號鋼材橫梁連接起來即可。同時，在自動化立體倉庫中安裝了滾筒輸送線，其目的是在貨物裝上堆垛機(jī)之前，貨物裝在了貨架托盤上之后，可以利用滾筒輸送線將貨架托盤及貨物送往每條堆垛機(jī)地軌的初始位置，這樣一來可以大大減少人力物力，提高了倉庫貨物的入庫與出庫的效率。 自動化立體倉庫的內(nèi)部包含了滾筒輸送線、貨架系統(tǒng)、堆垛機(jī)、地軌等，各個部分只有合理的布置，才能達(dá)到最高的工作效率。如下圖所示為本設(shè)計中的自動化立體倉庫的俯視圖： 1-滾筒輸送線 2-貨物待轉(zhuǎn)區(qū) 3-堆垛機(jī) 4-固定貨架 5-地軌 圖2.7自動化立體倉庫內(nèi)部整體結(jié)構(gòu)圖 在如圖所示的自動化立體倉庫中，倉庫的尺寸為120×30×9（長m×寬m×高m），共有10排貨架，每一排貨架的容量是500個貨位。在每一條軌道上放置了一臺堆垛機(jī)，本倉庫中共配置了5輛堆垛機(jī)，堆垛機(jī)通過其上的貨叉載貨板機(jī)構(gòu)的伸縮運(yùn)動將貨物送到它左右兩邊的固定貨架當(dāng)中，將貨物送到貨格中，貨叉縮回，堆垛機(jī)又回到了滾筒輸送線進(jìn)行取貨。該自動化立體倉庫的工作流程是：貨物進(jìn)入到自動化立體倉庫，首先會存放在貨物待轉(zhuǎn)區(qū)，入庫時貨物會被裝在貨架托盤上，在貨物裝好之后便會放在滾筒輸送線上，由滾動輸送線運(yùn)送到倉庫區(qū)域，到達(dá)倉庫區(qū)域之后，堆垛機(jī)利用貨叉載貨板將貨物隨貨架托盤取下，通過地軌送往到固定貨架中對應(yīng)的貨格當(dāng)中，這便是完整的一個入庫工作過程，在貨物出庫時，其工作方式與貨物入庫時的工作方式正好相反，這兩個工作過程是自動化立體倉庫主要進(jìn)行的作業(yè)。 2.5本章小結(jié) 在本章中，首先對本自動化立體倉庫中的搬運(yùn)裝置堆垛機(jī)進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計，包含了堆垛機(jī)動力機(jī)構(gòu)部分設(shè)計、堆垛機(jī)載貨臺部分的設(shè)計、堆垛機(jī)水平運(yùn)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計、堆垛機(jī)垂直升降機(jī)構(gòu)的設(shè)計和堆垛機(jī)機(jī)架的設(shè)計。在設(shè)計完成了堆垛機(jī)的整車結(jié)構(gòu)之后，確定了貨架系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式，設(shè)計出的貨架滿足了預(yù)定的貨位，同時設(shè)計出了與固定貨架配套的貨架托盤，用以承載貨物。在最后，設(shè)計了本自動化立體倉庫的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，合理的布置貨架系統(tǒng)與堆垛機(jī)，使得整體可以按照預(yù)定的工作模式進(jìn)行正常工作。 第三章 自動化立體倉庫系統(tǒng)設(shè)計之堆垛機(jī)機(jī)構(gòu)設(shè)計 3.1自動化立體倉庫系統(tǒng)設(shè)計之堆垛機(jī)技術(shù)參數(shù) 立體倉庫容量：5000個貨位； 存儲貨物每件質(zhì)量：不大于300kg/件； 貨物最大外形尺寸（寬mm×高mm×長mm）：500×500×400； 貨物外包裝材料：瓦楞紙箱、木板箱； 出入庫能力：≧4件/ min。 3.2垂直升降機(jī)構(gòu) 垂直升降機(jī)構(gòu)是堆垛機(jī)傳遞動力的部分，此部分需要選用合理的原動機(jī)（如內(nèi)燃機(jī)、電動機(jī)、液壓馬達(dá)、氣壓馬達(dá)等）與傳動機(jī)構(gòu)，比較上述四種原動機(jī)的類型，電動機(jī)的構(gòu)造簡單，并且它的種類和型號廣泛，便于選型，同時電機(jī)滿足不同類型機(jī)械的工作要求，液壓馬達(dá)對環(huán)境的影響大，會產(chǎn)生漏油現(xiàn)象影響工作效率的同時還會影響機(jī)械運(yùn)動精度，氣壓馬達(dá)工作的穩(wěn)定性差，在工作過程中會產(chǎn)生噪聲。內(nèi)燃機(jī)使用汽油或柴油作為燃料，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對零件的加工精度要求高，驅(qū)動效率低，因此，選用電動機(jī)作為垂直升降機(jī)構(gòu)的原動機(jī)。 在傳動機(jī)構(gòu)類型的選擇上，由于鏈傳動適用于低速重載的工作環(huán)境，同時在傳動過程中，無整體打滑現(xiàn)象，并且鏈傳動無彈性滑動，因此，鏈傳動的傳動效率高，所以選用鏈傳動作為傳動機(jī)構(gòu)。 3.2.1電機(jī)選型計算 本文選用電機(jī)作為整個裝置動力源，因此電機(jī)性能直接決定整個裝置的運(yùn)行情況。選用電機(jī)既要價格合理，降低整個裝置成本，也要能夠提高足夠的動力，保證整個裝置穩(wěn)定運(yùn)行；也不能選用動力遠(yuǎn)大于所需的電機(jī)，這樣會造成性能過剩，而且價格昂貴，不符合設(shè)計理念。因此選擇電機(jī)時，不能考慮單一指標(biāo)，要考慮多種因素，也要考慮工作環(huán)境，找一個性價比最高的電機(jī)。 計算電機(jī)功率： 考慮本裝置的整體結(jié)構(gòu)，本裝置需要承受重量為350KG，需要載荷為3500N，其運(yùn)行速度v=0.6m/s,因此 該機(jī)構(gòu)的傳動效率是 本裝置連接鏈傳動，鏈輪的直徑為65mm，則轉(zhuǎn)速為： 根據(jù)上述計算和論述，考慮到工作環(huán)境和實際需求，考慮設(shè)計余量，本裝置選取功率為3KW電機(jī)，其轉(zhuǎn)速為2880r/min，型號為Y100L-2。 3.2.2鏈設(shè)計計算 鏈傳動原理和皮帶類似，通過鏈輪帶動鏈條實現(xiàn)動力傳動，因此鏈傳動也適合較大中心距工作環(huán)境，但是鏈傳動屬于撓性傳動。鏈傳動適用于環(huán)境較為惡劣的工作環(huán)境。和帶傳動相比，鏈傳動工作平穩(wěn)可靠，因為鏈沒有彈性，因此沒有打滑現(xiàn)象；鏈傳動傳動效率較高，通常為，鏈輪也不會因為張緊承載額外載荷。和齒輪相比，鏈傳動合適較大中心距的工作環(huán)境，但是缺點(diǎn)也較為明顯，一是鏈條容易磨損，這樣就會出現(xiàn)振動和噪聲的情況，導(dǎo)致工作時，裝置聲音過大，嚴(yán)重情況易產(chǎn)出跳齒現(xiàn)象；二是鏈傳動的傳動比不穩(wěn)定，因此鏈傳動通常計算瞬時傳動比和瞬時鏈速。而且本裝置結(jié)構(gòu)和工作環(huán)境，采用鏈傳動更為合適。 1.本裝置根據(jù)設(shè)計需要和實際工況，選用滾子鏈，選擇鏈輪的材料為40Cr，其熱處理方式為淬火、回火，熱處理后的硬度為40到50HRC。[13]同時，在使用優(yōu)質(zhì)鏈條中，40Cr是一種重要的鏈輪。設(shè)計鏈條鏈輪減速比為1，鏈輪齒數(shù)為19（Z=Z1=Z2）,其轉(zhuǎn)速為176r/min，查相關(guān)機(jī)械知識手冊和圖表可知，選用鏈條型號05B，節(jié)距P=8mm，符合相關(guān)要求。計算鏈輪的功率，其計算公式如下： P=3×0.95KW=2.85KW， 計算功率 =1×3=3KW 2.鏈節(jié)數(shù) 中心距,根據(jù)設(shè)計要求 計算鏈節(jié)數(shù)： 為了避免使用過渡鏈節(jié)，將鏈節(jié)數(shù)LP=93節(jié)圓整為100節(jié) 鏈長L： 平均鏈速： 式中： Z1——小鏈輪的齒數(shù) n1——小鏈輪的轉(zhuǎn)速 P——節(jié)距 根據(jù)平均鏈速查閱手冊潤滑范圍選擇圖選擇潤滑方式為人工定期潤滑 3.2.3 軸的計算 選取軸的材料為經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理的45鋼，設(shè)定最小軸徑尺寸 —— ——。 n——，為60r/min。 本裝置軸的強(qiáng)度會因為采用聯(lián)軸器和鍵連接而大大降低，為了保證軸的強(qiáng)度，在設(shè)計的時候考慮設(shè)計余量，即軸的直徑要略大于計算直徑，這樣在裝置在特殊環(huán)境和工況下，也能保證軸的使用壽命，進(jìn)而保證裝置的穩(wěn)定運(yùn)行，因此軸的直徑要比計算出的數(shù)值略大，取整得52mm，且最小軸徑段的長度為75mm，其余軸段的軸徑為150mm，長度為225mm。由于平鍵連接對中性好，裝卸方便并且結(jié)構(gòu)簡單，因此軸與鏈輪之間通過平鍵連接。通過查表取軸端倒角為C2. 如下圖3-1所示的本文設(shè)計制造軸部件的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖3-1 軸 3.2.4 軸承分類和壽命計算 1）.軸承分類 軸承作為一個標(biāo)準(zhǔn)件，廣泛應(yīng)用在機(jī)械制造業(yè)中作為一個連接件，根據(jù)設(shè)計特點(diǎn)和實際工況，不同裝置采用不同類型和型號的軸承，滑動軸承和滾動軸承是在現(xiàn)代機(jī)械產(chǎn)品中最為常見的兩種軸承類型，比如減速器、航空發(fā)動機(jī)、雷達(dá)、液壓支架等領(lǐng)域都較為廣泛的使用，同時軸承在其中占有十分重要的地位。 滑動軸承本身要求對軸的支撐位置特別精確，同時用于工作轉(zhuǎn)速高的場合，也滿足受巨大的沖擊與振動載荷，它也在腐蝕性介質(zhì)等一些十分惡劣的工作環(huán)境當(dāng)中占有著重要的地位。它也有如下幾種失效形式：磨料磨損失效、疲勞剝落失效、刮傷、腐蝕等，在材料的選擇上，通常要求軸承的材料應(yīng)該具備較高的耐磨性、良好的磨合性、摩擦順應(yīng)性和足夠的抗腐蝕能力。 滾動軸承的使用也較為廣泛，它具有旋轉(zhuǎn)精度高，選用方便特點(diǎn)。除此之外，在啟動時，滾動軸承所需力矩小，絕大多數(shù)的滾動軸承已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，其由滾動體、內(nèi)圈、外圈和保持架組成基本結(jié)構(gòu)。[6]內(nèi)圈是與軸頸進(jìn)行裝配，外圈是與軸承座孔進(jìn)行修配，保持架是用來將滾動體均勻的隔開。 2) .軸承壽命計算 軸承作為自動化立體倉庫堆垛機(jī)裝置的主要連接件，其使用壽命直接決定了裝置的使用壽命，有的軸承不便更換，一旦壽命不符合設(shè)計要求，裝置也可能因為選用不當(dāng)軸承而報廢；有的軸承可以更換，但是更換軸承需要停機(jī)操作，一旦停機(jī)對整個裝置甚至企業(yè)利潤都有影響，因此選用可靠、適合、經(jīng)濟(jì)的軸承對整個裝置而言至關(guān)重要。選用軸承需要注意以下幾點(diǎn)： 1.對于選用軸承而言，最重要的一點(diǎn)就是考慮軸承所承受載荷情況，既要能夠承受裝置的最大載荷也要經(jīng)濟(jì)適合，由于不同軸承適用不同的載荷方向，因此在選用軸承時，載荷的大小和方向必須同時考慮。 2.除了載荷大小和方向之外，轉(zhuǎn)速也是選擇軸承的一個關(guān)鍵指標(biāo)，所選用的軸承必須能能夠承受裝置最大轉(zhuǎn)速，保證裝置平穩(wěn)運(yùn)行。 3.有的軸承能夠?qū)崿F(xiàn)調(diào)心功能，因此在特殊工況，考慮是否需要采用調(diào)心軸承，進(jìn)而滿足設(shè)計要求。 4.上述分析了軸承一旦報廢對整個裝置的影響很大，因此在設(shè)計裝置時，盡可能設(shè)計軸承方便安裝和拆卸，這樣一旦軸承出現(xiàn)問題，方便及時更換，對裝置的影響最低。 選擇合適的軸承對本裝置至關(guān)重要，所選用的軸承既不能承載過大，造成性能過剩，成本浪費(fèi)，也不能承載能力不足，導(dǎo)致降低整個裝置的壽命，因此軸承的使用壽命也是裝置的一項重要指標(biāo)。本裝置的軸承主要用在軸的連接，其轉(zhuǎn)速較低，因此不需要考慮受力而發(fā)生彎曲的情況，它主要承載徑向載荷，因此選用徑向接觸軸承。綜合考慮各方面因素，設(shè)計自動化立體倉庫堆垛機(jī)的垂直升降機(jī)構(gòu)采用深溝球軸承。 通過上述分析和計算得出其承載情況，因為承受徑向載荷，因此選用軸承代號為6308的深溝球軸承，其額定動載荷Cr=40.5kN，靜載荷Cor=24kN，由于轉(zhuǎn)速較低，采用的潤滑形式為脂潤滑，可以承受極限轉(zhuǎn)速為7000r/min。 1.計算滾動軸承的當(dāng)量動載荷P 通過受力分析可知，軸承承受徑向力為1750N，其承受的軸向力相對徑向力很小，因此可以忽略不計，則軸承承載的徑向力為。 。 軸承的當(dāng)量動載荷計算公式: 式中： fd——載荷系數(shù)，其數(shù)值根據(jù)經(jīng)驗而定 X——徑向動載荷系數(shù) Y——軸向動載荷系數(shù) Fr——純徑向載荷 Fa——純軸向載荷 通過查閱機(jī)械設(shè)計手冊可知，當(dāng)承受較大徑向力和可忽略的軸向力時，其系數(shù)X=1，Y=0,所以有 查閱機(jī)械設(shè)計手冊，fd =1.1，則 則計算該軸承的最短壽命為 通過計算可知軸承最短壽命為小時，符合裝置設(shè)計要求。 3.3水平上料機(jī)構(gòu) 3.3.1電機(jī)選型計算 自動化立體倉庫堆垛機(jī)水平上料機(jī)構(gòu)又為堆垛機(jī)的載貨臺機(jī)構(gòu)，載貨臺是堆垛機(jī)的核心部分，它的性能優(yōu)劣可以直接決定存儲貨物的效率，載貨臺部分由電機(jī)、減速器、皮帶、貨叉齒輪、齒條等組成，此部分的作用就是將托盤上的貨物通過貨叉伸縮來存放貨物。載貨臺部分選用電機(jī)作為此部分裝置動力源，因此電機(jī)性能直接決定整個裝置的運(yùn)行情況。選用電機(jī)既要降低整個裝置成本，也要能夠提高足夠的動力，保證整個裝置穩(wěn)定運(yùn)行。 計算電機(jī)功率： 考慮本裝置的整體結(jié)構(gòu)，本裝置需要承受重量為300KG，需要載荷為3000N，其運(yùn)行速度v=0.6m/s,因此 該機(jī)構(gòu)的傳動效率是 本裝置連接同步帶傳動，帶的直徑為56mm，則轉(zhuǎn)速為： 根據(jù)上述計算和論述，考慮到工作環(huán)境和實際需求，考慮設(shè)計余量，本裝置選取功率為3KW電機(jī)，其轉(zhuǎn)速為2830r/min，型號為Y100L-2。 3.3.2同步輪的計算 載貨臺裝置的傳動機(jī)構(gòu)選用同步帶實現(xiàn)傳遞。 同步帶工作原理相對簡單，帶和帶輪有能夠互相配合的齒，可以通過齒形嚙合實現(xiàn)傳遞動力，其傳動特點(diǎn)如下： 1）同步帶結(jié)構(gòu)簡單，結(jié)構(gòu)緊湊，因此其傳動效率相對其他傳動機(jī)構(gòu)較高也比較穩(wěn)定，而且不會出現(xiàn)滑動現(xiàn)象； 2）由于同步帶有彈性，同步帶在工作過程中能夠通過彈性輔助減震，因此同步帶工作時噪聲相對較小； 3）同步帶因為工作穩(wěn)定性高，傳動效率高達(dá)98%，因此具有節(jié)能功能； 4）同步帶由于結(jié)構(gòu)簡單、節(jié)湊，因此便于安裝和維護(hù)，因此性價比較高； 5）同步帶和鏈傳動相似，都可以應(yīng)用在大中心距的工作場合，甚至可以應(yīng)用在中心距達(dá)到數(shù)十米以上的工作環(huán)境； 6）同步帶傳動比相對較大，可以應(yīng)用在10:1的工作環(huán)境，其線速度最大能夠?qū)崿F(xiàn)50m/s，對傳動功率要求也較低，可以應(yīng)用在幾瓦到幾百千瓦工作環(huán)境。 由于本設(shè)計的裝置所需的功率和轉(zhuǎn)速均較低，因此選用同步帶為本設(shè)計的傳動設(shè)計。下面對設(shè)計中出現(xiàn)的同步帶輪進(jìn)行計算。[19-24] 1）確定計算功率 式中： Pca——計算功率，KW KA——工作情況系數(shù) P——所需傳遞的額定功率 2）小帶輪轉(zhuǎn)速計算 同步帶的轉(zhuǎn)速 3）選定同步帶帶型和節(jié)距 由同步帶選型圖3-1可以看出，由以上計算結(jié)果得知功率是3KW，所以選取8M型帶，節(jié)距。[6] 圖3-1同步帶選型圖 4）選取主動輪齒數(shù) 已知5M小帶輪最小齒數(shù)為10，現(xiàn)在選取小帶輪齒數(shù)為22。 5）小帶輪節(jié)圓直徑確定 6）大帶輪相關(guān)數(shù)據(jù)確定 設(shè)計的傳動比為1，可以計算出大帶輪齒數(shù)，節(jié)距 7）帶速v的確定 8）初定軸間間距 選取軸間間距。 9）同步帶帶長及其齒數(shù)確定 =() = =477mm 3.4貨架立柱的力學(xué)性能分析 在上述2.2貨架系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計當(dāng)中，所設(shè)計出的貨架系統(tǒng)共有5層，即貨架系統(tǒng)可以存放5層的貨物，它代表著在貨架系統(tǒng)當(dāng)中每個貨架立柱要承擔(dān)著其左右兩邊貨物及其貨架托盤的重力。通過分析可知，在貨架系統(tǒng)當(dāng)中，中間的貨架立柱受力最大，它要承擔(dān)左右兩邊的貨物重力和貨架托盤的重力，它是一個壓桿穩(wěn)定問題，受力的形式為上端自由、下端固定。貨架系統(tǒng)的總高度是3.5m，同時為了使得分析簡便，本節(jié)分析在極端的情況之下，貨架立柱受力情況。即假設(shè)5個貨物與貨架托盤的總重量施加在第5層貨架處，此處的高度為2.8m。由《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》GB 50017-2003可知，冷彎方形空心型鋼（規(guī)格為100×6）的最小慣性半徑為imin=0.03794m,截面面積為A=2.163×10-3m2。則貨架系統(tǒng)中中間立柱的受力為[8-18]： 貨架立柱的柔度為： 由《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》GB 50017-2003可知，柔度為74的Q235鋼的折減系數(shù)為=0.476，查表取安全系數(shù)[s]=1.8，則材料的許用應(yīng)力為[б]=130.5Mpa,則 貨架立柱的實際工作壓力為： 由此可知，貨架的立柱實際工作壓力： 則貨架立柱的穩(wěn)定性滿足了設(shè)計要求。 3.5自動化立體倉庫堆垛機(jī)的控制系統(tǒng)要求 3.5.1堆垛機(jī)控制功能應(yīng)該滿足的條件 堆垛機(jī)作為自動化立體倉庫中的主要動力，承擔(dān)著貨物的出入庫作業(yè)，堆垛機(jī)的控制功能可以直接影響著立體倉庫的工作效率，因此，對堆垛機(jī)的控制功能也有高的要求，有如下三方面的主要要求： 1）：高的工作穩(wěn)定性。在工作過程中堆垛機(jī)控制系統(tǒng)的抗干擾能力強(qiáng)，控制回路穩(wěn)定可靠。 2）：在工作過程中可以保持高的準(zhǔn)確率，可以將倉庫貨物隨著貨架托盤準(zhǔn)確的停放在立體貨架中的貨格當(dāng)中，不會因為系統(tǒng)誤差而使得貨架托盤不能正常的放入預(yù)定的位置。 3）：快速性。在工作過程中堆垛機(jī)控制系統(tǒng)反應(yīng)迅速，效率可以得到很好的保證。 堆垛機(jī)的控制方式一般有常規(guī)控制、參數(shù)設(shè)置控制和故障處理控制，常規(guī)控制模式之下又包含了手動控制模式和聯(lián)機(jī)自動控制模式。 同時，堆垛機(jī)的控制系統(tǒng)應(yīng)該具有如下幾個控制功能：動作控制、位置控制、保護(hù)功能。在上述堆垛機(jī)的設(shè)計當(dāng)中，X方向是橫向位移機(jī)構(gòu)沿軌道運(yùn)行，Y方向是載貨臺貨叉載貨板的伸縮運(yùn)動，Z方向是載貨臺沿著堆垛機(jī)立柱進(jìn)行運(yùn)動，這三個方向上的運(yùn)動便是堆垛機(jī)控制系統(tǒng)中動作控制所應(yīng)該實現(xiàn)的控制功能。 位置控制主要是實現(xiàn)三個位置方向上定位精度，要求堆垛機(jī)在停車時，各個構(gòu)件運(yùn)動到達(dá)合理的位置，以便與存取貨物。 保護(hù)功能主要指的是自動化立體倉庫中各部分工作單位應(yīng)該安全可靠，比如在裝卸貨物的過程中應(yīng)該檢測貨物的外形和貨物的位置，如果堆垛機(jī)載貨臺上的貨物在裝上之后發(fā)現(xiàn)與實際位置發(fā)生了很大的偏差，或者貨箱發(fā)生了擠壓導(dǎo)致變形，那么此時堆垛機(jī)上的檢測裝置會發(fā)出警報，堆垛機(jī)便停止了工作。同時對固定貨架中的貨格進(jìn)行虛實檢測，在貨物即將被送往貨格中前，可以用光電探測裝置探測貨格中是否有貨物，有貨物時則停止工作，無貨物時貨叉正常存放貨物。 3.5.2堆垛機(jī)位置認(rèn)址方式 在自動化立體倉庫當(dāng)中，為了使貨物可以自動尋址，需要給入庫貨物進(jìn)行編碼，使用條碼定位認(rèn)址，此定位系統(tǒng)由兩個部分組成：條碼帶及條碼讀取頭。在立體倉庫的工作過程中，會將條碼帶安裝在固定立體貨架之上，同時，條碼讀取頭會安裝在堆垛機(jī)上的載貨臺上，堆垛機(jī)運(yùn)行到貨位前時，條碼讀取頭便會識別并讀取安裝在固定貨架上的條碼信息，讀取完信息之后，條碼讀取頭內(nèi)部的解碼器便會將讀取的條碼信息轉(zhuǎn)變?yōu)榫嚯x信息，最終距離信息會傳輸?shù)絇LC當(dāng)中，這樣便會實現(xiàn)精確定位。如下圖所示為條碼識別系統(tǒng)的工作流程： 圖3-2條碼識別系統(tǒng)的工作流程 激光條碼識別系統(tǒng)的作用是將圖形化的條碼信息（即編碼信息）轉(zhuǎn)換成計算機(jī)系統(tǒng)可以識別的數(shù)字信息。激光條碼識別系統(tǒng)又有3部分子系統(tǒng)組成，[12]如下圖所示： 圖3-3激光條碼識別系統(tǒng)組成 在上述激光條碼掃描系統(tǒng)中，其主要組成部分為光學(xué)系統(tǒng)和光電轉(zhuǎn)換器件（探測器）組成。[28-40]同時，光學(xué)結(jié)構(gòu)是條碼掃描系統(tǒng)的主體，它具有一個掃描光路并且具有一個接受條碼符號反射光的系統(tǒng)。信號整形系統(tǒng)的首要任務(wù)是將條碼掃描系統(tǒng)掃描出來的光信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，在光信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娮有盘栔?，系統(tǒng)會將信號放大在進(jìn)行濾波，最后將電信號進(jìn)行整形，本系統(tǒng)的功能是將光信號處理成為所需要的標(biāo)準(zhǔn)電位矩形波信號。在譯碼系統(tǒng)當(dāng)中，其主要功能是按照標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字信號的大小，量化將上一階段信號整形系統(tǒng)中輸出的信息。計算機(jī)系統(tǒng)主要是儲存從譯碼器中得到的信息，根據(jù)命令對信息來處理并且管理。 通過條碼帶和條碼讀取頭的作用，堆垛機(jī)實現(xiàn)了智能存放作用，它具備了識別的功能，達(dá)到了自動化立體倉庫對堆垛機(jī)的要求。 3.6本章小結(jié) 在本章節(jié)中，主要對堆垛機(jī)的零件部分進(jìn)行了系統(tǒng)性的設(shè)計，對電動機(jī)進(jìn)行了選型，設(shè)計了軸和鏈，并對軸承壽命進(jìn)行了計算，對載貨臺部分零件進(jìn)行了設(shè)計計算。并對貨架系統(tǒng)進(jìn)行力學(xué)分析校核，結(jié)果是滿足條件。在最后對堆垛機(jī)的控制系統(tǒng)提