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河 北 科 技 大 學(xué) 畢業(yè)設(shè)計中期檢查表 一、學(xué)生自查情況 學(xué)生姓名 王延光 學(xué)號 110501222 專業(yè)班級 機(jī)械設(shè)計制造及其自動化 畢業(yè)設(shè)計課題名稱 立體倉庫巷道式雙立柱堆垛機(jī)設(shè)計 個人精力 實際投入 日平均工作時間 5h 周平均工作時間 30h 迄今缺席天數(shù) 3天 出勤率% 70% 指導(dǎo)教師每周指導(dǎo)次數(shù) 3 每周指導(dǎo)時間（小時） 3h 備注 周一、三、五指導(dǎo) 畢業(yè)設(shè)計工作進(jìn)度（完成）內(nèi)容及比重 已完成主要內(nèi)容 % 待完成主要內(nèi)容 % 外文翻譯，開題報告，堆垛機(jī)框架圖 30 裝配圖，設(shè)計說明書 70 存在問題 堆垛機(jī)貨叉機(jī)構(gòu)需仔細(xì)分析 二、指導(dǎo)教師檢查情況 1、學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計中的表現(xiàn)： 態(tài)度基本認(rèn)真，工作尚比較努力，有一定自我學(xué)習(xí)能力。 2、畢業(yè)設(shè)計工作進(jìn)度、質(zhì)量情況，工作量是否完成50%，學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計中所遇到的困難能否克服： 進(jìn)度正常，質(zhì)量尚可，完成尚不足50%，繼續(xù)努力可以克服困難。 3、存在的主要問題及改進(jìn)措施： 總體方案尚不清晰，需抓緊時間，加快進(jìn)度。 指導(dǎo)教師：秦志英 2015年 4月 20日 任務(wù)書填寫要求 1．畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書由指導(dǎo)教師根據(jù)各課題的具體情況填寫，經(jīng)專業(yè)負(fù)責(zé)人審查簽字后生效。此任務(wù)書應(yīng)在畢業(yè)設(shè)計開始前一周內(nèi)填好并發(fā)給學(xué)生； 2．任務(wù)書內(nèi)容必須用黑墨水筆工整書寫或按教務(wù)處統(tǒng)一設(shè)計的電子文檔標(biāo)準(zhǔn)格式（可從教務(wù)處網(wǎng)頁上下載）打印，不得隨便涂改或潦草書寫，禁止打印在其它紙上后剪貼； 3．任務(wù)書內(nèi)填寫的內(nèi)容，必須和學(xué)生畢業(yè)設(shè)計完成的情況相一致； 4．任務(wù)書內(nèi)有關(guān)“學(xué)院”、“專業(yè)”等名稱的填寫，應(yīng)寫中文全稱，不能寫數(shù)字代碼。學(xué)生的“學(xué)號”要寫全號（如：031201106）； 5．有關(guān)年月日等日期的填寫，應(yīng)當(dāng)按照國標(biāo)GB/T 7408—94《數(shù)據(jù)元和交換格式、信息交換、日期和時間表示法》規(guī)定的要求，一律用阿拉伯?dāng)?shù)字書寫。如“2004年3月21日”或“2004-03-21”。 畢業(yè)設(shè)計前期工作材料 學(xué)生姓名： 王延光 學(xué) 號： 110501222 學(xué) 院： 機(jī)械工程學(xué)院 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計制造及其自動化 題 目： 立體倉庫巷道式雙立柱堆垛機(jī)設(shè)計 指導(dǎo)教師： 秦志英（副教授） 材 料 目 錄 序號 名 稱 數(shù)量 備 注 1 畢業(yè)設(shè)計選題、審題表 1 2 畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書 1 3 畢業(yè)設(shè)計開題報告〔含文獻(xiàn)綜述〕 1 4 畢業(yè)設(shè)計外文資料翻譯〔含原文〕 1 5 畢業(yè)設(shè)計中期檢查表 1 2015年 6月 畢業(yè)設(shè)計外文資料翻譯 附 件： 1.外文資料翻譯譯文；2.外文原文。 指導(dǎo)教師評語： 基本掌握了檢索并閱讀外文文獻(xiàn)的方法，所選外文內(nèi)容與畢業(yè)設(shè)計題目基本相關(guān)，格式基本符合要求。 簽名： 秦志英 2015 年 4 月 15日 附件1：外文資料翻譯譯文 從距離最小化和堆棧重排角度解決路線集裝箱堆積問題方法 關(guān)鍵詞:組合優(yōu)化 天車調(diào)度 堆垛機(jī)問題 集裝箱堆放 混合整數(shù)規(guī)劃 摘要 我們考慮一個優(yōu)化問題的排序操作起重機(jī)來用于內(nèi)部運(yùn)動在海上集裝箱港口。關(guān)于塔式起重機(jī)(SCP)的問題一些文章也研究了這個問題的一些特性。然而,大多數(shù)文獻(xiàn)的范圍(包括SCP)局限于最小化的路線或距離起重機(jī)和由此產(chǎn)生的刺激　　成本。在實踐中,通常堆放的貨物集裝箱或堆積在多個單獨(dú)的列或者棧在港口。所以,起重機(jī)等需要經(jīng)常重新安排或調(diào)整集裝箱堆棧,以選擇任何必需的容器。如果大量重新堆垛,起重機(jī)花費(fèi)相當(dāng)大的精力集裝箱堆棧重排操作。最小化的問題對起重機(jī)總的精力/時間的努力，必須占兩個堆棧重組成本和刺激(路線距離)的成本。合并問題不同于標(biāo)準(zhǔn)路線距離最小化的情況下　　堆棧重排活動被認(rèn)為是。我們正式定義合并問題,識別它特征,因此設(shè)計出合適的模型。我們制定一些替代MIP 方法來解決這個問題。我們MIP配方的性能進(jìn)行比較和分析他們是否適合各種可能的情況。 1介紹 起重機(jī)的分配和調(diào)度容器——移動表示“狀態(tài)”操作已經(jīng)被充分研究過的國際米蘭- 模態(tài)貨運(yùn)集裝箱運(yùn)輸在貨物集裝箱碼頭，經(jīng)常被應(yīng)用于優(yōu)化模型提高整體性能和效率方面——轉(zhuǎn)在時間和吞吐量。具體來說,塔式起重機(jī)問題(SCP)地址的問題/成本最小化時間發(fā)生時，車輛的單位負(fù)荷能力指定部署到皮卡和交付之間的容器位置 主要貨物終端處理大量的集裝箱空間限制經(jīng)常強(qiáng)迫,堆放或容器堆在棧上列或堆。疊加發(fā)生在存儲碼(存儲容器,通常長時間)或在碼頭泊位區(qū)(起重機(jī)負(fù)載船舶或卸載容器)。另外，堆積最終導(dǎo)致無成本，只要集裝箱堆棧隨后重新獲取堆在另一個容器。然而,起重機(jī)調(diào)度和SCP的討論現(xiàn)有的文獻(xiàn)忽視疊加歌劇——的影響操作效率和時間表 堆棧重排的努力水平是不同的，活動執(zhí)行的起重機(jī)而身體運(yùn)動，沿通路終端移動容器?？偝杀景l(fā)生在集裝箱裝卸操作的總和(垂直)堆棧重排成本和(水平)——移動成本。我們處理的順序順序容器,所以以減少關(guān)注整體的處理成本統(tǒng)一-成本最小化。底層問題也可以擴(kuò)展到更一般的情況下(如印度河- 審判倉庫)和棧對象的其他例子需要有效地重新安排叉車。我們不解決一邊像時間窗限制約束。 內(nèi)部運(yùn)動的集裝箱貨物終端涉及到各種各樣的需要執(zhí)行的操作。我們使用圖1說明這個問題。這個圖顯示集裝箱堆放位置(ζ1…ζ6)貨物碼頭。圖顯示了最初的堆棧安排和所需的最終安排在這六個地點(diǎn)的容器。一個起重機(jī)分配來執(zhí)行所有的水平和垂直重排任務(wù)是必需的?？紤]集裝箱1,它被放置在一堆容器2、17和19在位置ζ6。1需要搬到一個新的容器　　在終端位置ζ5。起重機(jī)部署活動必須做到以下幾點(diǎn): 圖1：草圖顯示需要重排的典型SpRP數(shù)據(jù)實例的容器。 1.存取機(jī)必須從其當(dāng)前位置移動到皮卡ζ6集裝箱1點(diǎn)。我們稱之為空載水平運(yùn)動的努力(NLHM)。NLHM涉及順序相依的成本水平運(yùn)動,因為它依賴于直接的優(yōu)先級順序容器由起重機(jī)。 2.起重機(jī)現(xiàn)在必須重新排列堆棧位置ζ1移除容器19;17;2、堆積和堆積以上所需的容器1。我們稱之為垂直這一努力堆棧重排的努力(VSR)。VSR還依賴于順序容器由起重機(jī)。但這是完全與NLHM不同,在這個意義上,VSR任何容器j取決于處理的所有容器的累積效應(yīng)在這個特定的容器。 3.起重機(jī)攜帶容器1到目的地位置ζ5。我們叫這是滿載水平運(yùn)動(FLHM)。FLHM 　　涉及到一個水平運(yùn)動的固定成本。 4.起重機(jī)必須放棄容器1在堆棧的頂部目標(biāo)位置ζ5。我們忽視的成本和努力做的事情這個活動。最后棧1在ζ5的位置不是一個問題當(dāng)前討論的目的。 容器搬遷的總成本的總和，積累后果依賴成本(NLHM),累計- 序列相關(guān)的成本(VSR)和所有給定的固定成本容器(FLHM)。我們表示最小化的問題總和所有容器的容器堆積優(yōu)先路由問題(SpRP)。貨物終端每日處理集裝箱100件(見[31日33])和采用集裝箱堆棧大約8 - 10米高(見[32]),可以實現(xiàn)使用節(jié)省大量成本，起重機(jī)操作時間表,占VSR結(jié)合NLHM。SpRP是我們研究的動機(jī),其中，我們研究擴(kuò)展SCP,直到現(xiàn)在,也包括不小VSR成本。 NLHM為模板通過轉(zhuǎn)換問題(見[30日39]) ，到一個非對稱旅行商問題如下：我們模擬容器訪問節(jié)點(diǎn)圖,任何一對節(jié)點(diǎn)之間花費(fèi)一段不對稱弧Eij，這段弧在容器對應(yīng)位置之間。水平運(yùn)動是通過直接模仿完整的圖，n+1個節(jié)點(diǎn)表示，位置在N里，0和n個容器。邊緣E 包括所有定向邊緣需要連接任何一對i;j的節(jié)點(diǎn)從й。任何有效邊界ij消耗就是 E ij的距離。在哈密頓循環(huán)N解釋一個可行的操作順序來處理所有容器。NLHM成本降到最低,我們尋找哈密頓路徑最小化成本的所有邊緣遍歷。對于一個給定的SpRP實例X,我們定義了圖G 作為其水平圖。在SCP文學(xué)里NLHM的建模是一個標(biāo)準(zhǔn)(見[30日39])。 從圖1討論VSR成本,考慮集裝箱7。它需要從其皮卡位置ζ3交貨地點(diǎn)ζ5。我們　　忽視重量20集裝箱我們的討論。但是容器8在堆疊ζ3里高于容器7 。同時,集裝箱9應(yīng)該是進(jìn)入位置ζ3。考慮到起重機(jī)已經(jīng)處理容器9一些時間處理7,但是容器8尚未處理?，F(xiàn)在,如果容器獲取7, 存在容器8和9以上集裝箱7。這兩個集裝箱需要暫時從堆棧中刪除ζ3之前獲取集裝箱7。集裝箱7的堆棧后,這些容器必須放置在ζ3的位置原始訂單。因此,額外的堆疊兩個容器的成本發(fā)生在抓取集裝箱7從ζ3。 相反,考慮到起重機(jī)處理容器8, 然后7最后9。在這種情況下,當(dāng)7是被拿來8和9上面出現(xiàn)7。所以VSR成本7是零(忽視集裝箱的重量20)。因此,序列容器為8和9決定了VSR處理成本集裝箱7。應(yīng)用這個到其他位置時,放置或刪除一些容器j影響VSR其他容器的成本以后的時間。 1.1問題定義 考慮n無關(guān)的相同的容器(不感動的優(yōu)先購買權(quán))在一個已知的時間范圍。這些n容器堆積在列或堆棧?？赡軙懈嗟娜萜鳁Ｖ?除了n容器需要移動)。這些額外的容器的重量棧處理。任何容器,是包含與n個被處理的容器之一,最初的皮卡位置i和最終的目的地D位置i是已知的。i的物理距離位置，i是用C和D。一對容器i;j,距離從交貨地點(diǎn)DiPj來標(biāo)示Eij皮卡位置。在集裝箱堆棧i之上最初數(shù)量的容器i被指示為Hi。然而,i上面的實際數(shù)量的容器變化時更多的容器可能從i上面掉落。 一個起重機(jī)可將n容器。起重機(jī)停在一個特殊的位置0(倉庫)的開始嗎時間范圍,必須回到這個倉庫位置0的結(jié)束的時間范圍。這個起重機(jī)是唯一的資源的能力SpRP所需執(zhí)行的所有操作。任何行動參與NLHM FLHM或VSR繳費(fèi),轉(zhuǎn)化為一個成比例的成本。我們定義這些成本如下: 1. 成本發(fā)生的起重機(jī)的水平距離旅行單位是λh(無論NLHM或FLHM)。如果起重機(jī)i在位置D放置容器。然后移動到皮卡Pj容器的位置。為此,它距離Eij NLHM 努力和成本導(dǎo)致λh ×Eij。然后,起重機(jī)將攜帶容器j從位置Pj到Dj，穿越的距離 Cj。這導(dǎo)致耗費(fèi)λh ×Eij。 2. 起重機(jī)被移除并且從堆棧被一個容器(而重新安排集裝箱)替換的總花費(fèi)就是λv。考慮到容器j包含hj 在堆棧上面。如果就被獲取,VSR的花費(fèi)λh ×Eij必須會發(fā)生。這VSR成本是獨(dú)立于實際位置Pj和任何容器下面的堆棧。 因子λh,λv是固定的端口/終端和假設(shè)，并且作為SpRP初始參數(shù)。然后,涉及到的任何SpRP數(shù)據(jù)實例有以下參數(shù): 1. P?（n×1）向量的位置確定，作為初始來源或皮卡位置n容器。 2. D?（n×1）向量的位置確定，作為交付目的地(或下降位置)n容器。 3. H?（n×1）向量的初始堆棧高度的容器堆積，在皮卡堆棧點(diǎn)P我上面容器(定義i在原來的容器)容器。實際的數(shù)量的容器上面堆放我以后可能會改變,只要其他容器被移動。 4. C?（n×1）矢量傳感器之間的水平距離，點(diǎn)Pi和交付點(diǎn)Di任何容器i。 5. E?（n×1）向量之間的水平距離Di的的容器和小點(diǎn)Pj 容器, i為所有對容器;j為原始容器。E 不需要對稱的。 我們定義術(shù)語E0j的向量水平之間的距離，位置0和jth容器的傳感器位置Pj 。同樣的,我們定義術(shù)語Ei0作為向量之間的水平距離，交貨地點(diǎn)D i容器和位置0。最后,對于為了方便討論,我們定義設(shè)置N=（1，2 ，…）作為無序集所有n容器處理。 1.2假設(shè) 雖然研究SpRP,我們做以下簡化假設(shè): 1. 時間方面:我們忽視任何時間窗限制或集裝箱裝卸操作的最后期限。我們將使用一個，在幾個MIP配方方面的時間。我們假設(shè)時間花費(fèi)在執(zhí)行一個特定活動是數(shù)值等于成本或投資于這樣做活動。例如,如果VSR處理致力于容器i是λv×hi ，那么我們斷言,λv×hi 單位需要的時間，起重機(jī)從堆棧獲取容器i。所以,最小化總時間為任何SpRP需要完成的所有活動，實例導(dǎo)致總成本的最小化。 2. 暫存區(qū):存在一些小臨時暫存區(qū)，附近的小容器可能被放置的地方，在堆棧重排?？紤]到起重機(jī)的任務(wù)是與抓取容器ζi從一些位置。但是容器j 堆疊超過i。所以,起重機(jī)將首先取出并將j 放入暫存區(qū)域。然后旁邊的起重機(jī)將i挑選。此后,它將取代堆棧j的位置。最后,它會選i,開始朝著D。暫存區(qū)僅在堆棧重組活動中,必須使用并盡快空出。 3. 籌備重排容器:沒有起重機(jī)可以做任何預(yù)期或制備容器或重排堆棧。另外,對于一個給定的操作容器，不能預(yù)處理買下資方或中斷。例如,參照圖1, 假設(shè)首先一個起重機(jī)將處理容器9, 處理容器7和8 緊隨其后。然后我們假設(shè)起重機(jī)將首先交付容器9之上的堆棧位置ζ3容器7 和8。這對容器9完成所需的操作。此后,吊車將開始操作容器7。抓取集裝箱7,吊車將容器9 20 和8暫時放在暫存區(qū)域,然后獲取集裝箱7,然后取代容器9、20和ζ3和8 ，最后離開集裝箱7。具體來說,起重機(jī)不中斷容器9促進(jìn)以后的交付來自檢索ζ3的集裝箱7。 4. 最后在交貨地點(diǎn)產(chǎn)生的煙囪高度:假設(shè)容器i被交付給它的下降位置D。期間這個交付操作后,煙囪高度的容器在Di，高于或低于i的成本沒有影響。最后i在D棧序列SpRP并不重要。終端運(yùn)營商和工人可能需要知道這一點(diǎn)，未來的操作規(guī)范,但它不會影響成本/時間/精力SpRP。 圖7：內(nèi)的變異比較混合配方所需的時間(以秒為單位)達(dá)到最優(yōu)解 圖8：確定整體最佳MIP瓦里安 不可行性或subtour這樣的路線，預(yù)期在只有少數(shù)情況下才出現(xiàn)。執(zhí)行兩種途徑誘導(dǎo)之間的互連由兩組變量。所以路線可行性限制，最好的執(zhí)行通過補(bǔ)救或治療干預(yù)只有δ變量誘導(dǎo)出一個毫無意義的路線(違反傳遞性)。這個動作削減使治療干預(yù)的基本配方緊湊,容易解決。任何額外的約束或變量(如Wijk或Yk)是多余的、有害的。因此,定理1和2的應(yīng)用導(dǎo)致了一個新交叉之間的約束路由和疊加還導(dǎo)致了一個MIP制定執(zhí)行出最好的選項的探索。 4結(jié)論和未來工作 在本文中,我們介紹了SpRP新的貢獻(xiàn)，文獻(xiàn)(我們所知,SpRP之前沒有的文獻(xiàn)研究)。我們提出了幾個傳統(tǒng)MIP模型，作為解決SpRP配方的一部分，計算分析時,我們還顯示一些能力—具體配方不同配置的能力。一個重要貢獻(xiàn)是邏輯基礎(chǔ)(定理1和2)從不同的MIP方法結(jié)合的關(guān)鍵概念。這使用約束的相互適應(yīng)發(fā)展強(qiáng)大MIP配方。我們演示了這些方法的優(yōu)越性，這些在許多可能的配方/寬的方法能解決數(shù)據(jù)實例具有不同配置的問題。 盡管這些方法是引人注目的和有效的，在這工作也有一些數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，但加強(qiáng)我們開發(fā)的配方的方法仍難以解決，尺寸問題就是實例。此外,一些額外的實際問題和約束，如在海上遇到港口還需要解決。集裝箱港口可能有特定的時間限制，某些容器也必須達(dá)到一個離開船,火車或卡車。我們還需要考慮動態(tài)/在線實例。在未來的研究，我們相信,最好的方法來解決大SpRP數(shù)據(jù)(額外的約束)是通過開發(fā)實例，高效的啟發(fā)式方法。 后記 作者期望得到有見地的評論，因為曾經(jīng)匿名評論者的評論已經(jīng)充分幫助改善了此文。 參考文獻(xiàn)（略） 附件2：外文原文（復(fù)印件） — 7 — 畢 業(yè) 設(shè) 計 學(xué)生姓名： 王延光 學(xué) 號： 110501222 學(xué) 院： 機(jī)械電子工程學(xué)院 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計制造及其自動化 題 目： 立體倉庫巷道式雙立柱堆垛機(jī)設(shè)計 指導(dǎo)教師： 秦志英 評閱教師： 紀(jì)運(yùn)廣 2015年6月  畢業(yè)設(shè)計開題報告 題 目： 立體倉庫巷道式雙立柱堆垛機(jī)設(shè)計 學(xué)生姓名： 王延光 學(xué) 號： 110501222 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計制造及其自動化 指導(dǎo)教師： 秦志英(副教授） 2015年 4 月 13 日 畢業(yè)設(shè)計開題報告 1．文獻(xiàn)綜述： 伴隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展、土地資源的日趨緊張、人力資源成本的逐漸升漲，越來越多的企業(yè)，將生產(chǎn)制造及物流配送系統(tǒng)的自動化作為重點(diǎn)投資的領(lǐng)域，以此來達(dá)到提高生產(chǎn)效率、節(jié)約生產(chǎn)成本的目的。因此，隨著工業(yè)自動化水平的不斷提高和物流業(yè)的速度發(fā)展，自動化立體倉庫技術(shù)得到迅速推廣，其技術(shù)水平和倉儲機(jī)械設(shè)備的動態(tài)性能也在不斷提高。自動化立體倉庫作為一個集機(jī)械、電控、軟件于一體的集成系統(tǒng)，越來越受到各類企業(yè)的青睞，廣泛應(yīng)用于加工制造、煙草、醫(yī)藥、食品、物流配送等行業(yè)。因此，針對不同企業(yè)生產(chǎn)的實際情況，合理規(guī)劃自動化立體倉庫的布局，設(shè)計自動化立體倉庫的關(guān)鍵設(shè)備對于發(fā)揮立體倉庫的綜合效益具有重要的現(xiàn)實意義。應(yīng)運(yùn)而生的堆垛機(jī)是倉儲機(jī)械設(shè)備最重要的搬運(yùn)設(shè)備，代表著自動化立體倉庫的技術(shù)水平，其運(yùn)行效率直接決定著自動化立體倉庫的工作效益。 物流(Logistics)是物資實體(物資及其載體)的物理流動過程,即物資場所(位置)的轉(zhuǎn)移及時間的占用[1]從第三代自動化物流起，廣泛采用現(xiàn)代化的物流設(shè)備，自動化立體倉庫也隨之發(fā)展起來，并迅速成為最典型的現(xiàn)代化物流設(shè)備，繼而成為現(xiàn)代化物流系統(tǒng)的核心組成部分。 巷道堆垛機(jī)是隨著立體倉庫的出現(xiàn)而發(fā)展起來的專用起重機(jī)，通常簡稱為堆垛機(jī)[2]因其具有較高收發(fā)效率，較低的儲運(yùn)費(fèi)用，縮減占地面積以及減少人力資源投入等優(yōu)點(diǎn)，所以作為貨物存取設(shè)備，很快在自動化立體倉庫中得到廣泛應(yīng)用。 1．1國內(nèi)外巷道堆垛機(jī)的技術(shù)現(xiàn)狀 堆垛機(jī)技術(shù)是伴隨著自動化倉儲技術(shù)慢慢發(fā)展起來的。最近幾年國內(nèi)的自動倉儲技術(shù)得到了快速發(fā)展，堆垛機(jī)也在行走速度、定位精度和減噪等技術(shù)指標(biāo)上有了很大的改進(jìn)，并在機(jī)械制造、汽車、紡織、鐵路、煙草等行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用。但是跟國外比較，我國堆垛機(jī)存在最低存取貨物高度比較高，高速運(yùn)行時噪音比較大，而且穩(wěn)定性差等問題，所以我國堆垛機(jī)在綜合性能方面還亟待改善[3] 隨著我國物流總量持續(xù)上升，自動化立體倉庫規(guī)模的擴(kuò)大與快速響應(yīng)客戶要求的提出，堆垛機(jī)要在極短的時間內(nèi)完成揀選、配送等任務(wù)，必須不斷地提高堆垛機(jī)的響應(yīng)力、 縮短堆垛機(jī)的運(yùn)行周期和要求更高的整體性能，以提高整個倉儲效率滿足其要求。隨著物流倉儲技術(shù)的快速發(fā)展，物流倉儲的高效率性對堆垛機(jī)的存取速度提出了更高的要求，研制運(yùn)行平穩(wěn)可靠、認(rèn)址準(zhǔn)確、起動制動靈敏、運(yùn)行振動小、噪音小等綜合性能高的堆垛機(jī)成為今后的主要發(fā)展方向[4] 1．2堆垛機(jī)運(yùn)行方式選擇 堆垛機(jī)按照運(yùn)行方式可分為無軌巷道式和有軌巷道式[2] 。無軌堆垛機(jī)適用于作業(yè)次數(shù)不太頻繁、作業(yè)高度不太大的倉庫，特別是在普通倉庫改造成中、低層貨架的倉庫時，尤為適用。與無軌巷道式堆垛機(jī)相比，有軌巷道式堆垛機(jī)在結(jié)構(gòu)上有很大不一樣：它采用鋼輪在軌道上運(yùn)行，使其能沿著倉庫巷道內(nèi)設(shè)置好的地軌水平運(yùn)行，作業(yè)高度視立體倉庫的高度而定。本文選擇設(shè)計有軌巷道式堆垛機(jī)。 1．3 堆垛機(jī)結(jié)構(gòu)形式選擇 巷道式堆垛機(jī)按結(jié)構(gòu)可分為單立柱型和雙立柱型[5] 。單立柱堆垛機(jī)的機(jī)架結(jié)構(gòu)由一根立柱、上橫梁和下橫梁組成，或僅由一根立柱和下橫梁組成，整機(jī)重量較輕，制造工時和材料消耗少，適用于起重量 2t 以下、起升高度在 16m 以下的倉庫。雙立柱堆垛機(jī)的機(jī)架結(jié)構(gòu)由兩根立柱和上、下橫梁組成一個矩形框架，結(jié)構(gòu)的剛度和強(qiáng)度較好，質(zhì)量比單立柱大，適用于各種起升高度的倉庫，起重量一般可達(dá) 5t，必要時還能更大 , 可用于高速運(yùn)行。本文以雙立柱堆垛機(jī)為設(shè)計對象。 雙立柱機(jī)構(gòu)的堆垛機(jī)的機(jī)架由兩根立柱和上橫梁，下橫梁組成一個長方形框架。立柱形式有方管和圓管。雙立柱堆垛機(jī)的最大優(yōu)點(diǎn)就是強(qiáng)度和剛度都比較好，并且運(yùn)行平穩(wěn)。一般對于起升高度較高，起重量較大和水平運(yùn)行速度較高的立體倉庫堆垛機(jī)，都采用雙立柱的結(jié)構(gòu)。雙立柱堆垛機(jī)的起升機(jī)構(gòu)一般都采用鋼絲繩傳動，有電機(jī)減速機(jī)驅(qū)動卷筒）轉(zhuǎn)動，通過鋼絲繩牽引載貨臺沿立柱作升降運(yùn)動。如圖1為巷道式堆垛機(jī) 圖1巷道式堆垛機(jī) 1．4工作流程 堆垛機(jī)在接收到控制計算機(jī)發(fā)來的作業(yè)指令之后，由初始位置進(jìn)入到巷道內(nèi)，于此同時載貨臺也沿立柱導(dǎo)軌垂直運(yùn)動，水平位置和垂直位置基本到達(dá)指定貨位后，進(jìn)行對位校準(zhǔn)，貨叉叉取貨物，并將其托至載貨臺上，堆垛機(jī)由指定存取位置返回巷道口，貨叉運(yùn)行將貨物放置到輸送機(jī)上。 堆垛機(jī)只有兩種作業(yè)任務(wù)：出庫作業(yè)任務(wù)和入庫作業(yè)任務(wù)。作業(yè)指令的接收方式隨控制方式的不同而不同。在聯(lián)機(jī)自動控制方式下，作業(yè)任務(wù)指令由控制計算機(jī)發(fā)出；在單機(jī)自動控制方式下，作業(yè)任務(wù)指令有操作人員通過觸摸屏進(jìn)行設(shè)置； 入庫操作主要流程為：貨物通過輸送機(jī)運(yùn)送到該巷道口之后，在初始位置待命的堆垛機(jī)將貨物叉取到載貨臺上；在巷道內(nèi)運(yùn)行過程中水平運(yùn)動和垂直運(yùn)動同時進(jìn)行使載貨臺到達(dá)指定貨位并校位停準(zhǔn)；貨叉運(yùn)行將貨物叉放到貨架上，完成入庫操作之后，堆垛機(jī)運(yùn)行到巷道口指定位置等待下次作業(yè)任務(wù)。 出庫操作主要流程為：堆垛機(jī)在接收到指令后，有初始位置運(yùn)行到指定的貨位校位停準(zhǔn)之后，進(jìn)行叉取操作，之后在巷道內(nèi)水平和垂直方向同時運(yùn)動，到巷道口之后校位停準(zhǔn)，將貨物叉放到輸送機(jī)之上，隨后堆垛機(jī)轉(zhuǎn)入下個指令的執(zhí)行當(dāng)中，巷道口的輸送機(jī)將貨物輸送到出庫口； 1．5各個機(jī)構(gòu)介紹 （1）水平行走機(jī)構(gòu)是堆垛機(jī)的三大組成部分之一，主要由減速電機(jī)、行走輪組、導(dǎo)向輪及緩沖器等組成[6]。其基本功能是減速電機(jī)驅(qū)動行走輪組，在軌道上運(yùn)動，從而完成堆垛機(jī)沿巷道水平方向上的行走運(yùn)動。導(dǎo)向輪固定在下橫梁上起導(dǎo)向作用，使堆垛機(jī)水平運(yùn)行時沿著軌道行走不跑偏。緩沖器用來吸收能量的，當(dāng)堆垛機(jī)運(yùn)行到巷道兩端時可減輕碰撞[7]。 行走機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡圖2 如下： 1-減速電機(jī) 2-傳動齒輪 3-箱座 4-主動軸 5-車輪 6-底盤 7-電機(jī)支架 8-車輪從動軸 圖2 水平行走機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡圖 （2）堆垛機(jī)垂直提升機(jī)構(gòu)由提升傳動系統(tǒng)、提升導(dǎo)向裝置、載車臺、提升鋼架、防墜安全裝置等幾部分組成。堆垛機(jī)垂直提升的實現(xiàn)方式主要有：液壓提升系統(tǒng)和機(jī)械提升系統(tǒng)兩種類型。機(jī)械提升系統(tǒng)又可細(xì)分為鋼絲繩提升和鏈條提升兩種類型。機(jī)械提升系統(tǒng)與液壓提升系統(tǒng)的性能特性分析對比如表 1 所示[8]： 表1 機(jī)械提升與液壓提升性能分析對比表 根據(jù)表中各提升方式特點(diǎn)的對比，并結(jié)合所收集的資料可看出：液壓系統(tǒng)的控制部分原理復(fù)雜，要求高。鋼絲繩提升系統(tǒng)的精度低，但裝置簡單成本低，對于大型立體倉庫，足以滿足立體車庫堆垛機(jī)對平層精度的要求[9] （3）堆垛機(jī)貨叉采用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、低3叉以及導(dǎo)向部分構(gòu)成，低叉固定在載貨臺上，中叉可在齒輪齒條的驅(qū)動下，相對于低叉向兩側(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。同時三層貨叉相對運(yùn)動時，采用了滾輪與滾道的純滾動摩擦，最大限度地減少了工作摩擦阻力[10] 下圖3為當(dāng)堆垛機(jī)的貨叉上叉運(yùn)行到最大距離時，各插板的支撐結(jié)構(gòu)簡圖，其中低叉固定在載貨臺上，中叉運(yùn)行到貨叉行程的1/3距離，此時有2個導(dǎo)向輪支撐，上叉相對于中叉運(yùn)行貨叉行程的2/3，剛好也有2個導(dǎo)向輪支撐，與中叉相連[11] 1低叉2中叉3上叉 圖3 叉板之間的支撐結(jié)構(gòu) ２．本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段及途徑： 本課題要解決的問題： 本課題要求設(shè)計一個雙立柱堆垛機(jī)，最大載重200kg，起升高度20m；要求確定總體方案，完成總體設(shè)計和裝配圖，以及各部分結(jié)構(gòu)設(shè)計和零件圖，最后進(jìn)行必要的參數(shù)校核。 總方案設(shè)計： 圖4堆垛機(jī)框架 本項目所用堆垛機(jī)有如下幾部分構(gòu)成：金屬架構(gòu)、行走輪箱、垂直起升機(jī)構(gòu)、載貨臺及貨叉機(jī)構(gòu)等組成。能實現(xiàn)三個自由度運(yùn)動功能，即堆垛機(jī)沿巷道水平運(yùn)動、載貨臺垂直運(yùn)動、存取貨機(jī)構(gòu)沿貨倉方向雙向伸縮 1. 水平運(yùn)行機(jī)構(gòu)動力傳動 堆垛機(jī)的水平行走機(jī)構(gòu)由電動機(jī)、傳動機(jī)構(gòu)、同步機(jī)構(gòu)、行走車輪、導(dǎo)軌、導(dǎo)向輪和堆垛機(jī)底盤等部件組成。驅(qū)動動力由驅(qū)動電機(jī)輸出，經(jīng)過減速器的減速，降低了輸入動力的轉(zhuǎn)速后，通過齒輪副，將動力傳入堆垛機(jī)的主動軸，帶動行走車輪轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)水平行走運(yùn)動。 2. 垂直機(jī)構(gòu)動力傳動 本項目中起升機(jī)構(gòu)選用鋼絲繩，整個起升機(jī)構(gòu)就是一個最為簡單的卷揚(yáng)機(jī)。起升電機(jī)及卷筒用螺栓連接在堆垛機(jī)立柱背部的支座上，和上橫梁導(dǎo)輪保持平行一致。驅(qū)動動力由驅(qū)動電機(jī)輸出，通過鋼絲繩帶動載貨臺沿立柱的導(dǎo)軌上下移動。 3. 貨叉機(jī)構(gòu)動力傳動 圖4貨叉機(jī)構(gòu)，下叉1側(cè)面裝有軸承4并固定在載貨臺的臺架上，中叉2的下板與工字行導(dǎo)軌相連，上叉3的頂板與立板相連，在立板上裝有軸承4。貨叉由減速電機(jī)9通過鏈條帶動上叉3沿著中叉2中的工字行導(dǎo)軌運(yùn)行。中叉在齒輪，齒條的驅(qū)動下從中叉的中點(diǎn)向前或向后移動大約自身長度的一半；上叉可從中叉的中點(diǎn)，通過鏈輪，鏈條的驅(qū)動下向前或向后伸出比自身稍長的長度。 1下叉 2中叉3上叉4軸承5齒輪7鏈輪8聯(lián)軸器9減速電機(jī) 圖4 貨叉結(jié)構(gòu)  參考文獻(xiàn) [1] 中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn) GB/T18354-2001 物流術(shù)語(下). [2] 陳軍. 物流自動化設(shè)備[M]. 徐州: 中國礦業(yè)大學(xué)出版社,2009. [3] 金琦淳,胡元,崔吉.自動化立體倉庫中堆垛機(jī)的設(shè)計[J].制造業(yè)自動化 2012,34(4):116-118 [4] 聶新年.巷道堆垛機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計.[J].裝備制造技術(shù),2010,(5):64-65. [5] 肖生苓. 現(xiàn)代物流裝備[M]. 北京: 科學(xué)出版社, 2009. [6] D. Wang, C. Li. Self-adaptive Dynamic Matrix Control for High-speed Machining Servo Control[J]. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 2003, 21(10): 733- 738 [7] 張巖軍. 有軌巷道堆垛機(jī)水平行走機(jī)構(gòu)的設(shè)計.[J]. 中國科技論文在線, 2010, 10: 1-8 [8] 張剛, 孟如. 巷道堆垛類機(jī)械式停車系統(tǒng)[J]. 農(nóng)業(yè)裝備與車輛工程, 2005, (3): 37-39 [9] 張建鋒, 武瑞之. 升降橫移式立體停車庫提升安全性研究. [J]. 機(jī)械制造, 2009, (3): 29-31 [10] 梁睦. 堆垛機(jī)三層貨叉直線差動機(jī)構(gòu)的設(shè)計[J]. 起重機(jī)運(yùn)輸機(jī)械，2005（3）. [11] 宋章領(lǐng)，沈敏德，薛云娜等.堆垛機(jī)貨叉靜態(tài)撓度計算[J]. 起重機(jī)運(yùn)輸機(jī)械.2008（4）. 9 — — 畢業(yè)設(shè)計開題報告 指導(dǎo)教師意見：該學(xué)生查閱了一定量關(guān)于堆垛機(jī)的參考文獻(xiàn)，對文獻(xiàn)進(jìn)行了一定理解和綜述，基本掌握了文獻(xiàn)檢索和綜述的方法。該學(xué)生對于所設(shè)計的雙立柱堆垛機(jī)有了基本認(rèn)識，初步確定了總體設(shè)計方案，對于后續(xù)工作建立了一定的工作思路，經(jīng)過后面的繼續(xù)努力，應(yīng)該能完成畢業(yè)設(shè)計任務(wù)。同意開題。 指導(dǎo)教師： 秦志英 2015年 4 月 16 日 河北科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計成績評定表 姓 名 王延光 學(xué) 號 110501222 成 績 專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計制造及其自動化 題 目 立體倉庫巷道式雙立柱堆垛機(jī)設(shè)計 指導(dǎo)教師評語及成績 指導(dǎo)教師： 年 月 日 評閱教師評語及成績 評閱教師： 年 月 日 答辯小組評語及成績 答辯小組組長： 年 月 日 答辯委員會意見 學(xué)院答辯委員會主任： 年 月 日 河北科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計答辯記錄表 學(xué)生姓名 王延光 學(xué)號 110501222 指導(dǎo)教師 秦志英 設(shè)計題目 立體倉庫巷道式雙立柱堆垛機(jī)設(shè)計 記 錄 內(nèi) 容 （主要記錄答辯委員所提的問題及答辯人對問題的回答） 評 價 內(nèi) 容 序號 評價 項目 評價標(biāo)準(zhǔn) 分值 得分 1 答辯自述部分 語言簡練，清晰明了，綜合概述全面、準(zhǔn)確，論點(diǎn)正確，分析歸納合理。 30 2 創(chuàng)新 工作中有創(chuàng)新意識，有重大改進(jìn)或獨(dú)特見解，有一定實用價值。 10 3 答辯回答問題部分 回答問題果斷正確，反映敏捷，說理清楚；有較強(qiáng)的分析問題和解決問題的能力；能回答難度較大的問題。 50 4 資料 資料齊全，符合學(xué)校畢業(yè)設(shè)計（論文）規(guī)范化要求。 10 合計 答辯評委簽名： 年 月 日 畢 業(yè) 設(shè) 計 中 文 摘 要 隨著全世界經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的突飛猛進(jìn)，現(xiàn)代物流作為現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)的重要組成部分，以及在經(jīng)濟(jì)上，工業(yè)化進(jìn)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(yùn)輸、堆取貨物的機(jī)械設(shè)備——巷道式雙立柱堆垛起重機(jī)，并著重分析了其升降機(jī)構(gòu)、伸叉機(jī)構(gòu)、行走機(jī)構(gòu)等機(jī)構(gòu)的工作原理，并對各機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析設(shè)計、選取與尺寸計算。內(nèi)容包括：總體運(yùn)動方案設(shè)計和結(jié)構(gòu)分析、起升機(jī)構(gòu)的設(shè)計、伸叉機(jī)構(gòu)設(shè)計、行走機(jī)構(gòu)設(shè)計、機(jī)體支架設(shè)計及其他裝置設(shè)計等內(nèi)容。各機(jī)構(gòu)以電機(jī)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(jī)起重機(jī)的機(jī)架，進(jìn)而設(shè)計一臺性能完備的巷道式雙立柱堆垛起重機(jī)。 關(guān)鍵詞：雙立柱；自動化倉庫；巷道；物流；堆垛起重機(jī)；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(jī)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(jī)的分類 2 1.2設(shè)計參數(shù) 2 第2章 總體運(yùn)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(jī)的總體運(yùn)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(jī)構(gòu) 5 2.2.5升降機(jī)構(gòu) 5 2.2.6貨叉驅(qū)動機(jī)構(gòu) 5 2.2.7堆垛機(jī)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(jī)起升裝置的設(shè)計 7 3.1電動機(jī)的選擇計算 7 3.1.1選擇電動機(jī)類型 7 3.1.2選擇電動機(jī)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(jī)伸縮貨叉機(jī)構(gòu)的設(shè)計計算 11 4.1伸縮貨叉的擾度與強(qiáng)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(jī)和減速器的選取 19 4.5本章小結(jié) 19 第5章 堆垛機(jī)行走機(jī)構(gòu)的設(shè)計計算 20 5.1 堆垛機(jī)行走輪的設(shè)計計算 20 5.2 行走機(jī)構(gòu)電動機(jī)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(jī)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(jī)機(jī)體支架設(shè)計 24 6.1 機(jī)架設(shè)計計算的準(zhǔn)則和要求 24 6.2機(jī)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(xiàn) 28 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 第 29 頁 共 33 頁 1 緒論 20世紀(jì)，隨著世界全球經(jīng)濟(jì)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(jì)全球化席卷而來，世界各國面臨著前所未有的機(jī)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(jìn)程，提升產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)。堆垛起重機(jī)是車間立體倉庫中最重要的起重運(yùn)輸設(shè)備，是立體倉庫標(biāo)志性機(jī)器人。本文從堆垛機(jī)的應(yīng)用特點(diǎn)入手，著重就堆垛機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計進(jìn)行初步的研究[1]。 1.1課題背景 1.1.1巷道堆垛機(jī)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(jī)信息技術(shù)的進(jìn)步，導(dǎo)致現(xiàn)代企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模進(jìn)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(dāng)然的認(rèn)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(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，單純的機(jī)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(jī)，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(jī)完全是社會進(jìn)步的產(chǎn)物，其偶然中包含了更多的必然。 巷道堆垛起重機(jī)不管按照支撐方式、控制方式，還是結(jié)構(gòu)、用途、運(yùn)行軌跡等方式分類，都主要由水平行走機(jī)構(gòu)、垂直起升機(jī)構(gòu)、栽貨臺及貨叉機(jī)構(gòu)、機(jī)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(jī)可分為無軌堆垛機(jī)和有軌堆垛機(jī)。無軌堆剁機(jī)又稱三向堆垛叉車，顧名思義沒有固定的運(yùn)行軌道，具有靈活輕便的特點(diǎn)；有軌堆垛機(jī)則需沿巷道特定的軌跡運(yùn)行。有軌巷道堆垛機(jī)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(jìn)行手動、半自動、全自動和遠(yuǎn)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(jī)可分為架橋式堆垛機(jī)和巷道式堆垛機(jī)。架橋式堆垛機(jī)當(dāng)前在城市中的建筑工地上多見，如起重機(jī)一樣同時具有叉車和起重機(jī)的雙重結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，具有橋架和回轉(zhuǎn)小車，立柱也不像巷道式堆垛機(jī)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(jī)取貨裝置在立柱上的運(yùn)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(jī)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(yùn)和堆垛。 巷道堆垛機(jī)沿貨架倉庫巷道內(nèi)的軌道運(yùn)行，行走快速平穩(wěn)，作業(yè)高度可達(dá)上百米。其最精妙之處是采用貨叉伸縮機(jī)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(jī)適用于各種高度的高層貨架倉庫，除以上優(yōu)點(diǎn)之外，巷道堆垛機(jī)還要求有較高的運(yùn)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(zhǔn)確、要有安全保護(hù)裝置等特點(diǎn)[2]。 1.1.2雙立柱巷道堆垛機(jī)的分類 巷道堆垛機(jī)按結(jié)構(gòu)不同可分為單立柱型巷道堆垛機(jī)和雙立柱型巷道堆垛機(jī)[18]。 單立柱型巷道堆垛機(jī)的機(jī)架結(jié)構(gòu)相當(dāng)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(jī)構(gòu)正是由鋼絲繩傳動動力，拉動載貨臺沿著立柱運(yùn)動。單立柱堆垛機(jī)正是憑借這種結(jié)構(gòu)簡單的特點(diǎn)被很多小型企業(yè)應(yīng)用。另外單立柱堆垛機(jī)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(yùn)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(jī)構(gòu)的堆垛機(jī)的機(jī)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(jī)強(qiáng)度，剛度要比單立柱大的多，載重量和運(yùn)行速度都比較大，提升高度往往在20米左右，運(yùn)行平穩(wěn)無震動。對于大型立體倉庫，雙立柱堆垛機(jī)是不二之選。雙立柱堆垛機(jī)的起升機(jī)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(zhǔn)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(jī)的主要性能參數(shù) 序號 技術(shù)項目 技術(shù)指標(biāo) 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(yùn)轉(zhuǎn)時) 4 水平加速度,m/s 0.4(自動運(yùn)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(yùn)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(yùn)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(jī)帶動，鋼絲繩牽引 14 伸叉驅(qū)動 電機(jī)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(yùn)動方案設(shè)計 2.1雙立柱巷道堆垛起重機(jī)的整體運(yùn)動方案設(shè)計 因為與單立柱相比，雙立柱堆垛機(jī)載重量大，強(qiáng)度高，剛性好，運(yùn)動平穩(wěn)無顫動，能夠準(zhǔn)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(diǎn)，我決定對雙立柱巷道堆垛起重機(jī)進(jìn)行鉆研和設(shè)計。 作為當(dāng)代通用堆垛機(jī)，安全，準(zhǔn)確，快速性是其必須具備的特點(diǎn)，所以必須滿足以下設(shè)計要求： （1）具備嚴(yán)格的三維運(yùn)動功能，能在高且窄的巷道中進(jìn)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(jī)能夠同時進(jìn)行三維運(yùn)動，且不相互干擾。 （2）堆垛機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計合理安全，具有良好的剛度和強(qiáng)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(hù)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(jī)各部位的重量，來提升電機(jī)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(jī)的總體運(yùn)動方案[19]。 在這個課題中由于堆垛機(jī)上下橫梁均采用軌道作為堆垛機(jī)滑軌，在保證堆垛機(jī)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(jī)器的生產(chǎn)制造成本。 堆垛機(jī)的起升機(jī)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(dá)到行走平穩(wěn)的要求采用皮帶輪傳動[3]。 堆垛機(jī)結(jié)構(gòu)如圖2.1、2.2所示 圖2.1單立柱堆垛機(jī)結(jié)構(gòu)簡圖 圖2.2雙立柱堆垛機(jī)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(qiáng)度，節(jié)省材料，還有減震的作用。 貨叉沿立柱上下運(yùn)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(yùn)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(jī)構(gòu) 堆垛機(jī)底架裝有的四個行走輪，支撐整個堆垛機(jī)的全部載荷 ,帶動堆垛機(jī)沿天地軌方向運(yùn)動。堆垛機(jī)的行走是由裝在裝有皮帶輪，帶制動的減速電機(jī)驅(qū)動的皮帶輪轉(zhuǎn)動實現(xiàn)水平運(yùn)動。減速電機(jī)靠自身減速實現(xiàn)水平平穩(wěn)可靠的行走。 2.2.5升降機(jī)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(yùn)行，且不會發(fā)生偏移。由減速電機(jī)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(yùn)動。所選用電機(jī)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(zhǔn)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(jī)構(gòu) 減速電機(jī)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(yùn)動，使得貨叉可以伸縮取貨。所選用電機(jī)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(jī)的控制裝置 堆垛機(jī)自動運(yùn)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(biāo)表示。機(jī)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(jī)減速，而后在規(guī)定位置發(fā)出停機(jī)信號。這就要求堆垛機(jī)必須能夠時刻檢測出現(xiàn)在的位置?？梢栽诟鱾€坐標(biāo)軸上安裝有傳感器，可以在任意位置對堆垛機(jī)進(jìn)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(jī)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(dá)到高精度定位的目的。 3、貨叉控制 伸縮貨叉向前或向后進(jìn)行順序叉取操作的控制功能，來完成堆垛機(jī)出庫和入庫作業(yè). 4、安全保護(hù)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(hù)裝置。此論文中設(shè)計了以下幾種安全保護(hù)裝置： （1）堆垛機(jī)貨叉在立柱上的上、下端自動停止保護(hù) 貨叉在進(jìn)行垂直升降運(yùn)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(fù)荷限制 當(dāng)在載貨臺超載時，應(yīng)立即切斷起升機(jī)構(gòu)動力，并及時報告給工作人員。當(dāng)載貨臺卡主引起鋼絲繩不緊張，堆垛機(jī)也會產(chǎn)生同樣反應(yīng)。 （3）速度過渡裝置 當(dāng)堆垛機(jī)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(hù)裝置 堆垛機(jī)在工作過程中，往往需要讓貨叉準(zhǔn)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(hù)裝置 當(dāng)鋼絲發(fā)生緊急狀況例如斷裂時,堆垛機(jī)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(hù)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(jī)構(gòu)——凸輪連桿機(jī)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(jī)構(gòu)的導(dǎo)軌分離[4]。 2.3本章小結(jié) 本章對堆垛機(jī)的構(gòu)成進(jìn)行了詳細(xì)的介紹以及安全保護(hù)裝置做了認(rèn)真分析，通過查閱資料對堆垛機(jī)整體總結(jié)構(gòu)思和設(shè)計計算，才對其重要部件進(jìn)行了選取。通過對堆垛機(jī)的整體考慮，選取了適合自己當(dāng)前水平的最好方案。 3 雙立柱堆垛機(jī)垂直起升裝置的設(shè)計 3.1電動機(jī)的選擇計算 3.1.1選擇電動機(jī)類型 異步電動機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行可靠、容易制造、堅固耐用、價格低廉、運(yùn)行效率較高[7]。 變頻調(diào)速，根據(jù)電機(jī)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(jī)出入庫操作穩(wěn)定和高速運(yùn)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(hù)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(jī)。 3.1.2選擇電動機(jī)容量 工作機(jī)所需功率P為 P= (2.1) 式中：P——發(fā)動機(jī)功率（kw） F——作用力（N） V——運(yùn)行速度 電機(jī)的輸出功率P為 P=KW (2.2) 式中，為異步電機(jī)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(jī)額定功率稍大于即可，查Y2系列三相異步電動機(jī)技術(shù)手冊，所選提升電動機(jī)型號為YVF2-180L-8，電機(jī)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(yán)謹(jǐn)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(jī)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(jī)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(jī)將動力傳遞給凸緣聯(lián)軸器，再傳遞至蝸桿。升降機(jī)構(gòu)中的減速器可根據(jù)機(jī)構(gòu)的傳動比從標(biāo)準(zhǔn)中選用。 堆垛機(jī)升降機(jī)構(gòu)的傳動比例由下式計算： （2.8） 式中：—電動機(jī)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(jī)的垂直升降機(jī)構(gòu)進(jìn)行了選擇和計算，并對其中的主要元件的強(qiáng)度剛度進(jìn)行了嚴(yán)謹(jǐn)全面校核計算，符合自己的設(shè)計要求。 4 堆垛機(jī)伸縮貨叉機(jī)構(gòu)的設(shè)計計算 4.1伸縮貨叉的擾度與強(qiáng)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(fù)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(jìn)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(dāng)x= 0時,A端的截面轉(zhuǎn)角 i= -( +b) （4.4） 當(dāng)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(diǎn)c點(diǎn)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(jìn)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(dāng)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(dāng) x=b時，B端的截面轉(zhuǎn)角 i= （4.10） 當(dāng)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(diǎn)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(biāo)原點(diǎn)，算得：P=W 以固定端D視為坐標(biāo)原點(diǎn)，算得：P=W 積分得出其撓度為： = -dx= -[ Px- P(x-d)] （4.14） 當(dāng)x=l時，代入式（4.7）算得： （4.15） i= -dx= -] （4.16） 當(dāng)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(diǎn)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(dāng)x=d時，D端的截面轉(zhuǎn)角 i= （4.20） 當(dāng)x=d時，將式代進(jìn)式 和式 中，分別算得E點(diǎn)的轉(zhuǎn)角和撓度： = - = -(l-l) 因此，總擾度為： 注：當(dāng)貨叉進(jìn)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(biāo)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(jī)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(diǎn)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(qiáng)度=[ 式中各參數(shù)： (1) 各值同前 (2) 因當(dāng)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(jī)和減速器的選取 齒輪5的轉(zhuǎn)速為 電機(jī)功率：P=/=0.55kw 選取電機(jī)功率為1.1kw，電機(jī)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(jī)的貨叉機(jī)構(gòu)進(jìn)行了細(xì)致仔細(xì)的分析，分別對貨叉機(jī)構(gòu)的上叉、中叉、下叉等進(jìn)行了結(jié)構(gòu)計算和受力的分析，尤其對撓度轉(zhuǎn)角進(jìn)行了詳細(xì)計算。 5 堆垛機(jī)行走機(jī)構(gòu)的設(shè)計計算 5.1 堆垛機(jī)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(jī)構(gòu)電動機(jī)的選取 行走機(jī)構(gòu)的電動機(jī)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(jī)構(gòu)的運(yùn)行速度 —行走機(jī)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(jī)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(jī)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(jī)行走機(jī)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(zhǔn)直徑 大帶輪直徑則小帶輪的基準(zhǔn)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(zhǔn)長度為 （5.11） 則 : 選取基準(zhǔn)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(bǔ)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(jī)構(gòu)減速器的選取 行走機(jī)構(gòu)中的減速器是根據(jù)皮帶輪傳動傳動比從標(biāo)準(zhǔn)中選用。 行走機(jī)構(gòu)由下式確定傳動比： （5.16） 式中， —電動機(jī)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(biāo)準(zhǔn)型號為SEW型R[6] 5.5本章小結(jié) 本章主要對堆垛機(jī)的行走機(jī)構(gòu)進(jìn)行了計算設(shè)計，對其中的重要部件進(jìn)行校核計算。 6 雙立柱巷道堆垛機(jī)機(jī)體支架設(shè)計 6.1 機(jī)架設(shè)計計算的準(zhǔn)則和要求 6.1.1機(jī)架設(shè)計的準(zhǔn)則 1、剛度要求 在保證一定外形的前提下，剛度是對機(jī)架的主要要求。例如，在齒輪減速器中，齒輪的嚙合性及運(yùn)轉(zhuǎn)性能是否良好一定程度上是有箱體的剛度決定的。機(jī)床的大部分零部件中，床身的剛度往往決定了機(jī)床的作業(yè)效率和加工產(chǎn)品精度。 2、強(qiáng)度要求 對于大部分的設(shè)備機(jī)架，往往剛度達(dá)到一定要求，就能滿足一定強(qiáng)度要求。但對于重載大型設(shè)備，強(qiáng)度要求必須上升的一定的高度。其要求是在機(jī)器運(yùn)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(xì)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(jī)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(jī)械、儀表等注意熱變形的要求等。 6.1.2 機(jī)架設(shè)計的一般要求 從機(jī)械專業(yè)和經(jīng)濟(jì)角度看，在滿足機(jī)架設(shè)計要求的大前提下，根據(jù)機(jī)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(qiáng)，機(jī)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(jī)架的設(shè)計步驟 1、首先確定堆垛機(jī)框架形狀和尺寸。根據(jù)設(shè)計準(zhǔn)則和一般要求，初步確定堆垛機(jī)框架結(jié)構(gòu)的形狀和尺寸，以確保堆垛機(jī)內(nèi)外零部件能正常工作。并要求機(jī)架能夠在立體倉庫巷道內(nèi)最小阻力的運(yùn)行。 圖6.1機(jī)架結(jié)構(gòu)簡圖 2、分析堆垛機(jī)整體載荷情況。載荷包括動載荷和靜載荷，機(jī)架上的設(shè)備重量、機(jī)架本身重量是靜載荷；設(shè)備運(yùn)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(biāo)準(zhǔn)，主要是在符合載荷和運(yùn)行速度的前提下，再結(jié)合雙立柱巷道堆垛機(jī)在實際倉庫中的工作狀況，確定機(jī)架的基本尺寸： 機(jī)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(yùn)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(jī)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(jī)自身整體移動的特點(diǎn)，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(jī)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(jī)機(jī)械方面進(jìn)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(hù)。在電力拖動方面，當(dāng)前國內(nèi)用的最多的是交流變頻調(diào)速。堆垛機(jī)的中央控制一般采用可編程序控制器，計算機(jī)等。局部檢測反饋要求堆垛機(jī)必須具有自動認(rèn)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(jī)的全部重量，所以天地軌必須具備有足夠的強(qiáng)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(jī)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(jī)載控制柜方式，控制柜安裝在堆垛機(jī)上，隨堆垛機(jī)運(yùn)動，具有與中央計算機(jī)進(jìn)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(dāng)堆垛機(jī)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(jìn)入堆垛機(jī)內(nèi)作業(yè)，只有當(dāng)異常發(fā)生并需排除故障時，才可以從堆垛機(jī)上進(jìn)行手動操作。此外，堆垛機(jī)每個部位都有自己相應(yīng)的代號，當(dāng)某一處發(fā)生故障時，堆垛機(jī)能將相應(yīng)的代號快速傳遞給中央計算機(jī)，并進(jìn)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(jī)載控制柜將這些命令傳達(dá)給各個電機(jī)，從而自動完成存、取貨的操作，各個部位也會將堆垛機(jī)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(biāo)，堆垛機(jī)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(jī)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(yùn)行速度對堆垛機(jī)的框架進(jìn)行了規(guī)劃設(shè)計。通過計算，發(fā)現(xiàn)機(jī)架結(jié)構(gòu)合理，安全便宜，符合要求。 結(jié) 論 在物流發(fā)達(dá)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(fèi)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(biāo)，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(jī)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(rèn)為，堆垛機(jī)將會迎來未來100年的昌盛。 本次“雙立柱巷道堆垛機(jī)設(shè)計”屬于機(jī)械設(shè)計，主要對機(jī)架設(shè)計以及堆垛機(jī)的幾個主要組成機(jī)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(jī)的運(yùn)行機(jī)理。通過本設(shè)計得出以下結(jié)論： 1.通過堆垛機(jī)的行走機(jī)構(gòu)的設(shè)計計算，確定了主要零部件的尺寸及電動機(jī)、減速器的選取； 2.分析堆垛機(jī)提升機(jī)構(gòu)的工作原理，選取了合適的電機(jī)、鋼絲繩、卷筒等； 3.在貨叉伸縮機(jī)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(jìn)行仔細(xì)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(hù)裝置的雙立柱巷道式堆垛機(jī)。 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(yán)謹(jǐn)?shù)乃季S使我受益非淺；王老師一絲不茍的鉆研精神，嚴(yán)謹(jǐn)求實的治學(xué)態(tài)度，執(zhí)著忘我的工作作風(fēng)，獨(dú)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(yuǎn)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(jìn)行畢業(yè)論文工作中所給予的幫助，他們的不倦教誨和點(diǎn)撥定將成為我今日點(diǎn)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(xiàn) 1 委國辰.物流機(jī)械設(shè)備的運(yùn)用于管理：中國物資出版社，2002.3 2 姜大力，張劍芳.現(xiàn)代物流設(shè)備 ：首都經(jīng)濟(jì)貿(mào)易大學(xué)出版社，2004.4 3 秦同瞬，楊承新.物流機(jī)械技術(shù)：人民交通出版社，2003.5 4 常紅，孟初陽.物流機(jī)械：人民交通出版社，2003.5 5 王耀斌，簡曉春.物流裝卸機(jī)械：人民交通出版社，2003.4 6 成大先.機(jī)械設(shè)計手冊第四版第五卷：化學(xué)工業(yè)出版社，2002.6 7 程乃士,減速器和變速器設(shè)計與選用手冊：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.2 8 孔令中.現(xiàn)代物流設(shè)備與選用：北京工業(yè)出版社，2006.1 9 徐潁.新編機(jī)械設(shè)計師手冊下冊：機(jī)械工業(yè)出版社，1996.5 10 中國機(jī)械工程協(xié)會.中國機(jī)械設(shè)計大典：江西科學(xué)技術(shù)出版社，2002.1 11 中國機(jī)械設(shè)計大典編委會.機(jī)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(jī)械制圖：高等教育出版社，2001.6 13 成大先.機(jī)械設(shè)計第七版：化學(xué)工業(yè)出版社，2001.6 14 龔桂義.機(jī)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(jī)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