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作 者： 學(xué) 號(hào)： 系 ： 機(jī)械工程學(xué)院 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化 題 目： 立體倉庫巷道式堆垛機(jī)設(shè)計(jì) 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 中 文 摘 要 立體倉庫巷道式堆垛機(jī)設(shè)計(jì) 摘要： 隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，有軌巷道堆垛機(jī)作為立體倉庫的核心設(shè)備,應(yīng)用越來越廣 泛。我國(guó)物流業(yè)的蓬勃發(fā)展，對(duì)有軌巷道堆垛機(jī)的性能提出了更高的要求。 綜合比較了幾種升降方案后，升降裝置采用鋼絲繩卷筒式，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，受 力明確，用戶也比較熟悉。安全防墜器、高度限位裝置作為有軌巷道堆垛機(jī)的安 全保護(hù)裝置，當(dāng)有軌巷道堆垛機(jī)遇到突發(fā)事故時(shí)它可以防止載貨臺(tái)墜落事故的發(fā) 生，保證人員及貨物的安全。安全防墜器采用楔塊式制動(dòng)，靈敏度高、可靠性好、 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、能夠有效地防止載貨臺(tái)墜落事故的發(fā)生。貨叉采用帶有行程倍增機(jī)構(gòu) 的三級(jí)伸縮貨叉，貨叉收回時(shí)，其本身的長(zhǎng)度遠(yuǎn)小于堆垛機(jī)運(yùn)行巷道的寬度，貨 叉進(jìn)行存取貨物時(shí)，貨叉的行程遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于巷道的寬度。 關(guān)鍵詞：有軌巷道堆垛機(jī) 三級(jí)伸縮貨叉 安全防墜器 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 外 文 摘 要 Design of a railroad aisle stacking crane in stereoscopic warehouse Abstract With the development of economic, railroad aisle stacking crane is the core equipment of stereoscopic warehouse, it has become more widespread in recent years. Higher demands are also asked for the performance and reliability of the railroad aisle stacking crane. After the synthesis has compared several kind of constructions elevators overall plan, uses the steel wire to hoist the type, its structure simple, the stress is clear about, the users also familiar. The security guards against falling，highly the spacing installment takes the construction elevator the safekeeping of security installment which can avoid the falling of the cage to assure the people and goods safety as soon as the construction hoist meets accident. The security guards which make use of wedge block for brake. This safety anti-falling device have high sensitivity，good reliability，simple configuration and easy to test，which can availably avoid the failing accident of the cage. The Fork trip with a double body is a three-tier telescopic fork, when fork is recovered, the length of its own is far less than the width of roadway, when accessing to goods, the fork is much longer than the width of roadway. Keywords：railroad aisle stacking crane three-tier telescopic fork security guards 目 次 1 緒 論 .1 1.1 有巷軌道堆垛機(jī)的發(fā)展 .1 1.2 有軌巷道堆垛機(jī)的類型 .1 1.3 有軌巷道堆垛機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀及特點(diǎn) .3 2 有巷軌道堆垛機(jī)總體方案的確定 .5 2.1 有軌巷道堆垛機(jī)功能分析 .5 2.2.立柱模塊的設(shè)計(jì) .7 2.3 行走機(jī)構(gòu)模塊 .8 2.4 起升機(jī)構(gòu)模塊 .9 2.5 載貨臺(tái)模塊 .9 2.6 載貨臺(tái)斷繩保護(hù)裝置 .10 2.7 貨叉機(jī)構(gòu)模塊 .13 3 有軌巷道堆垛機(jī)基型產(chǎn)品設(shè)計(jì) .14 3.1 立柱模塊設(shè)計(jì) .14 3.2 行走機(jī)構(gòu)模塊 .18 3.3 起升裝置的選擇計(jì)算 .21 3.4 貨叉機(jī)構(gòu)模塊設(shè)計(jì) .23 結(jié) 論 .30 參 考 文 獻(xiàn) .31 致 謝 .33 1 1 緒論 1.1有巷軌道堆垛機(jī)的發(fā)展 有軌巷道堆垛機(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(jiǎn) 稱為堆垛機(jī)。巷道堆垛機(jī)是立體倉庫中最重要的起重運(yùn)輸設(shè)備，是代表立體倉 庫特征的標(biāo)志。其主要用途是在高層貨架倉庫的巷道內(nèi)沿軌道運(yùn)行，將位于巷 道口的貨物存人貨格或者取出貨格內(nèi)的貨物運(yùn)送到巷道口完成出入庫作業(yè) 1。 50 年代初，美國(guó)首先出現(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)了司機(jī)操作的巷道式堆垛起重機(jī)立體倉庫；1963 年美國(guó)率先在高 架倉庫中采用計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，建立了第一座計(jì)算機(jī)控制的立體倉庫。此后， 自動(dòng)化立體倉庫在美國(guó)和歐洲得到迅速發(fā)展，并形成了專門的學(xué)科。在 20 世紀(jì) 70 年代初期，我國(guó)開始研究采用有軌巷道式堆垛機(jī)的立體倉庫。1980 年我國(guó)第 一座自動(dòng)化立體倉庫在北京汽車制造廠投產(chǎn)，從此自動(dòng)化立體倉庫在我國(guó)得到 了迅速發(fā)展 2。 早期的堆垛機(jī)是在橋式起重機(jī)的起重小車上懸掛一個(gè)門架，利用貨叉在立 柱上的上下運(yùn)動(dòng)及立柱的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)來搬運(yùn)貨物，通常稱之為橋式堆垛機(jī) 3。 1960 年左右在美國(guó)出現(xiàn)了巷道堆垛機(jī)，這種堆垛機(jī)是在地面的導(dǎo)軌上行走，利 用貨架上部的導(dǎo)軌防止傾倒，或者在上部導(dǎo)軌上行走，利用地面導(dǎo)軌防止傾倒。 隨著立體倉庫的發(fā)展，巷道堆垛機(jī)逐漸替代了橋式堆垛機(jī)。日本從 1967 年 開始安裝高度為 25 高度的堆垛機(jī)。隨著計(jì)算機(jī)控制技術(shù)和自動(dòng)化立體倉庫的m 發(fā)展，堆垛機(jī)的應(yīng)用越來越廣泛，技術(shù)性能越來越好，高度也在不斷增加，到 1970 年實(shí)現(xiàn)了由貨架支承的高度為 40 的堆垛機(jī)。堆垛機(jī)的運(yùn)行速度也不斷提m 高，目前堆垛機(jī)水平運(yùn)行速度最高達(dá) 2OO (小載重量的堆垛機(jī)己達(dá) 300in/ )，起升速度高達(dá) 120 貨叉伸縮速度達(dá) 50 4。in/mi/ min/ 1.2有軌巷道堆垛機(jī)的類型 按現(xiàn)行機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，有軌巷道堆垛機(jī)分類方式多種多樣，如按支承方式、 用途、控制方式、結(jié)構(gòu)、運(yùn)行軌跡等分類。在目前立體倉庫應(yīng)用中，堆垛機(jī)最 2 常見的是按結(jié)構(gòu)形式和運(yùn)行軌跡分類。 (1)按結(jié)構(gòu)形式，分為雙立柱有軌巷道堆垛機(jī)和單立柱有軌巷道堆垛機(jī) 雙立柱有軌巷道堆垛機(jī) 雙立柱有軌巷道堆垛機(jī)由兩根立柱、上橫梁、下橫梁和帶貨叉的載貨臺(tái)組 成，立柱、上橫梁和下橫梁組成一個(gè)長(zhǎng)方形的框架，一般稱為機(jī)架。立柱形式 有方管和圓管兩種，方管可兼作起升導(dǎo)軌，圓管需要附加起升導(dǎo)軌。這種堆垛 機(jī)的最大優(yōu)點(diǎn)就是強(qiáng)度和剛性都比較好，能快速起、制動(dòng)，并且運(yùn)行平穩(wěn)。一 般用在起升高度較高、起重量較大和水平運(yùn)行速度較高的立體倉庫中，其缺點(diǎn) 是自重較大。雙立柱堆垛機(jī)的起升機(jī)構(gòu)，普遍采用鏈條傳動(dòng)，由電機(jī)減速機(jī)驅(qū) 動(dòng)鏈輪轉(zhuǎn)動(dòng)，通過鏈條牽引載貨臺(tái)沿立柱或起升導(dǎo)軌作升降運(yùn)動(dòng)。 其結(jié)構(gòu)如圖 1.1 所示。 圖 1.1 雙立柱有軌巷道堆垛機(jī) 單立柱有軌巷道堆垛機(jī) 單立柱有軌巷道堆垛機(jī)的機(jī)架由一根立柱、下橫梁和上橫梁組成。立柱多 采用型鋼或焊接制作，立柱上附加導(dǎo)軌，整機(jī)重量較輕，消耗材料少，因此制 造成本相對(duì)較低，但剛性稍差。由于載貨臺(tái)和貨物對(duì)立柱有偏心作用，以及行 走、制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的水平慣性力作用，使單立柱有軌巷道堆垛機(jī)在使用上有較大 的局限性，不適于起重量大和水平運(yùn)行速度高的堆垛機(jī)。單立柱堆垛機(jī)的起升 結(jié)構(gòu)，普遍采用鋼絲繩傳動(dòng)，由電機(jī)減速機(jī)驅(qū)動(dòng)卷筒轉(zhuǎn)動(dòng)，通過鋼絲繩牽引載 貨臺(tái)沿立柱或起升導(dǎo)軌作升降運(yùn)動(dòng)。對(duì)于鋼絲繩傳動(dòng)，傳動(dòng)和布置相對(duì)容易， 但定位準(zhǔn)確性稍差。 其結(jié)構(gòu)如圖 1.2 所示。 3 圖 1.2 單立柱有軌巷道堆垛機(jī) (2)按運(yùn)行軌跡形式不同，分為直線運(yùn)行型堆垛機(jī)和曲線運(yùn)行型堆垛機(jī) 堆垛機(jī)水平驅(qū)動(dòng)裝置一般安裝在堆垛機(jī)下橫梁上，通過電機(jī)減速機(jī)驅(qū)動(dòng)車 輪轉(zhuǎn)動(dòng)，使堆垛機(jī)沿水平方向運(yùn)行，此種地面驅(qū)動(dòng)方式使用最為普遍。一般用 兩個(gè)承重車輪，沿鋪設(shè)在地面上的軌道（通常叫地軌）運(yùn)行。通過下部?jī)山M水 平輪沿軌道運(yùn)行導(dǎo)向，在堆垛機(jī)頂部?jī)山M導(dǎo)向輪沿上軌道（通常叫天軌）運(yùn)行 輔助導(dǎo)向。 直線運(yùn)行型堆垛機(jī) 直線運(yùn)行型堆垛機(jī)只能在巷道內(nèi)直線軌道上運(yùn)行，不能自行轉(zhuǎn)換巷道，只 能通過其他輸送設(shè)備轉(zhuǎn)換巷道。直線運(yùn)行型堆垛機(jī)可以實(shí)現(xiàn)高速運(yùn)行，能夠滿 足出入庫頻率較高的立體倉庫作業(yè)，應(yīng)用最為廣泛。 曲線運(yùn)行型堆垛機(jī) 曲線運(yùn)行型堆垛機(jī)行走輪與下橫梁是通過垂直軸鉸接的，能夠在環(huán)形或其 他曲線軌道上運(yùn)行，不通過其他輸送設(shè)備便可以從一個(gè)巷道自行轉(zhuǎn)移到另一個(gè) 巷道。此種堆垛機(jī)通常叫做轉(zhuǎn)軌堆垛機(jī)。曲線運(yùn)行型堆垛機(jī)在使用上有局限性， 只適用于出入庫頻率較低的立體倉庫。因?yàn)椴坏珗?chǎng)地要受到轉(zhuǎn)彎半徑的限制， 而且轉(zhuǎn)彎時(shí)速度特別慢，不能滿足出人庫頻率高的立體倉庫作業(yè)。 1.3有軌巷道堆垛機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀及特點(diǎn) 隨著經(jīng)濟(jì)全球化步伐的日益加快和信息技術(shù)的快速發(fā)展，傳統(tǒng)行業(yè)和消費(fèi) 方式正發(fā)生著深刻的變化，物流在經(jīng)濟(jì)活動(dòng)中的作用越來越受到企業(yè)的重視， 4 物流人才的需求也在日益增長(zhǎng)。目前，物流人才已經(jīng)被列為我國(guó) 12 大類緊缺人 才之一，有報(bào)道稱“物流人才的需求已超過 600 萬” 5。 物流實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)正是要搭建一座理論與實(shí)踐的橋梁，目前，我國(guó)許多高 校已經(jīng)建立了物流實(shí)驗(yàn)室，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，已經(jīng)有 160 多所高校建立了自己的 物流實(shí)驗(yàn)室。物流實(shí)驗(yàn)室為學(xué)生提供實(shí)訓(xùn)平臺(tái)，深化學(xué)生對(duì)現(xiàn)代物流理論的理 解，提高學(xué)生的操作能力,內(nèi)融機(jī)械、電氣、電子及計(jì)算機(jī)等技術(shù)于一體的綜合 技術(shù)，在這種技術(shù)中，不同領(lǐng)域和層次的知識(shí)與能力融會(huì)在一起。 隨著面向高校和科研的物流實(shí)驗(yàn)室的紛紛建立，作為現(xiàn)代物流實(shí)驗(yàn)室的核 心搬運(yùn)設(shè)備-小型有軌巷道堆垛機(jī)得到了廣泛的應(yīng)用。目前國(guó)內(nèi)許多公司開始 生產(chǎn)各種系列的小型有軌巷道堆垛機(jī)。 例如北京絡(luò)捷斯特科技發(fā)展有限公司，生產(chǎn)的小型有軌巷道堆垛機(jī)可容納 托盤尺寸 460460 ，可承載重量 15 ，定位精度為 1 。這種小型有軌mkgm 巷道堆垛機(jī)目前已經(jīng)在清華大學(xué)、南開大學(xué)等 30 多所高校的實(shí)驗(yàn)室中廣泛應(yīng)用。 深圳市飛鴻科技有限公司生產(chǎn)的小型堆垛機(jī)額定載重量為 15 ，采用 PLC 控制kg 方式，也在高校中得到了廣泛應(yīng)用。另外，國(guó)內(nèi)還有其它一些公司進(jìn)行小型有 軌巷道堆垛機(jī)的生產(chǎn)設(shè)計(jì)。 與工業(yè)級(jí)用的大型有軌巷道堆垛機(jī)相比，小型有軌巷道堆垛機(jī)在構(gòu)造上有 其自身的特點(diǎn)： (1)機(jī)架采用輕質(zhì)焊接鋼管和薄壁折彎件組成，導(dǎo)向輪和貨叉等零件也較多 采用工程塑料、尼龍和鋁合金等輕型材料，整機(jī)質(zhì)量輕，運(yùn)動(dòng)慣性小。 (2)由于起升高度低，承載能力小，機(jī)上的安全裝置比較簡(jiǎn)單，外型比較簡(jiǎn) 潔。 (3)由于起升高度低，一般不采用卷揚(yáng)式起升機(jī)構(gòu)，而是使用鏈條或鋼絲繩 牽引式起升機(jī)構(gòu)。行走輪和驅(qū)動(dòng)減速電機(jī)之間多采用撓性傳動(dòng)，方便驅(qū)動(dòng)電機(jī) 布置，減少機(jī)身寬度，以適應(yīng)狹窄巷道。 (4)伸縮貨叉一般采用三層式板叉，鋼絲滑輪直線差動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，步進(jìn)電機(jī) 或微型交流減速電機(jī)驅(qū)動(dòng)。 5 2 有巷軌道堆垛機(jī)總體方案的確定 2.1有軌巷道堆垛機(jī)功能分析 有軌巷道堆垛機(jī)基本功能是在控制系統(tǒng)或人工控制下，按照指令完成對(duì)貨 架內(nèi)及站臺(tái)貨物的存取和輸送。主要?jiǎng)幼髅枋觯?有軌巷道堆垛機(jī)在貨架巷道內(nèi)運(yùn)動(dòng)，可以分解為沿貨架巷道的水平方向的 行走運(yùn)動(dòng)、沿有軌巷道堆垛機(jī)立柱或立柱導(dǎo)軌的垂直起升運(yùn)動(dòng)和對(duì)出入庫站臺(tái) 的貨物的存取運(yùn)動(dòng)。機(jī)械結(jié)構(gòu)可以簡(jiǎn)單敘述為：在堆垛機(jī)的頂部和底部上分別 裝有一組或兩組導(dǎo)向輪，夾持著天軌和地軌(天軌安裝于貨架上，地軌安裝在地 面上)，行走電機(jī)驅(qū)動(dòng)與地軌接觸的行走輪，在天軌和地軌的約束下，堆垛機(jī)在 巷道內(nèi)水平行走；系著鋼絲繩或鏈條的載貨臺(tái)，在起升電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下拉動(dòng)載貨 臺(tái)使其沿立柱或者立柱兩側(cè)的導(dǎo)軌完成升降運(yùn)動(dòng)；貨叉電機(jī)驅(qū)動(dòng)一個(gè)行程倍增 機(jī)構(gòu)，使上叉完成左右存、取貨物運(yùn)動(dòng)。三種運(yùn)動(dòng)分別在控制系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制下， 完成貨物的出、人庫工作。 為完成有軌巷道堆垛機(jī)運(yùn)動(dòng)的基本功能，設(shè)備必須具備三個(gè)方向的驅(qū)動(dòng)和 傳動(dòng)功能，需要對(duì)設(shè)備運(yùn)行進(jìn)行有效的控制，有軌巷道堆垛機(jī)除了完成貨物的 存取外，設(shè)備安全也是其功能中的重要組成部分。 一般把有軌巷道堆垛機(jī)水平運(yùn)行的方向稱為 X 方向，起升運(yùn)行的方向稱為 Y 方向，貨叉運(yùn)行的方向稱為 Z 方向。有軌巷道堆垛機(jī)沿 X、Y 和 Z 三個(gè)方向的 直線運(yùn)動(dòng)完成貨物的搬運(yùn)是有軌巷道堆垛機(jī)的基本功能。 有軌巷道堆垛機(jī)總功能可分解為沿 X 方向的運(yùn)動(dòng)的分功能、沿 Y 方向的運(yùn) 動(dòng)的分功能和沿 Z 方向的運(yùn)動(dòng)分功能，如圖 2.1 所示： 有軌巷道堆垛機(jī)總功能 沿 Y 方向的分功 能 沿 Z 方向的分功 能 沿 X 方向的分功 能 圖 2.1 有軌巷道堆垛機(jī)總功能 6 沿 X 方向的水平運(yùn)動(dòng)的分功能主要由有軌巷道堆垛機(jī)的行走機(jī)構(gòu)來完成， 行走機(jī)構(gòu)主要有電機(jī)、主動(dòng)行走輪、被動(dòng)行走輪、行走輪軸、軸承等主要零部 件組成。電動(dòng)機(jī)裝在主動(dòng)行走輪上，驅(qū)動(dòng)有軌巷道堆垛機(jī)在地軌上運(yùn)行，當(dāng)電 機(jī)電源切斷時(shí)，電動(dòng)機(jī)能夠自動(dòng)制動(dòng)，使有軌巷道堆垛機(jī)停止在立體庫的巷道 中。 沿 Y 方向的起升運(yùn)動(dòng)的分功能主要由起升機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)。起升機(jī)構(gòu)主要有起 升電機(jī)、卷筒、鋼絲繩等零部件組成。鋼絲繩與載貨臺(tái)相連接，與上橫梁的鏈 輪組成封閉結(jié)構(gòu)。當(dāng)電動(dòng)機(jī)通過鋼絲繩傳動(dòng)帶動(dòng)載貨臺(tái)在立柱的導(dǎo)軌上進(jìn)行上 下運(yùn)動(dòng)。 沿 Z 方向伸縮的運(yùn)動(dòng)分功能主要由貨叉機(jī)構(gòu)來完成貨物的存取，貨叉主要 由電動(dòng)機(jī)、下叉、中叉、上叉、鏈傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及齒輪齒條傳動(dòng)組等零部件組成 6。 有軌巷道堆垛機(jī)三個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)都是在控制系統(tǒng)的控制下實(shí)現(xiàn)的。 因此，根據(jù)上面的對(duì)有軌巷道堆垛機(jī)進(jìn)行功能分析及功能分解，可以得出 有軌巷道堆垛機(jī)的功能模塊，如圖 2.2 所示： 有軌巷道堆垛機(jī) 控制模塊 立柱模塊 行走模塊 起升模塊 載貨臺(tái)模塊 貨叉模塊 立柱 下橫梁 起升電機(jī) 載貨臺(tái) 上叉 法蘭盤 卷筒 導(dǎo)向輪組 中叉 立柱導(dǎo)軌 下叉 緩沖器 驅(qū)動(dòng)電機(jī) 驅(qū)動(dòng)電機(jī)導(dǎo)向輪組 鏈傳動(dòng)組 齒輪齒條傳動(dòng)組 主動(dòng)行走輪組 被動(dòng)行走輪組 導(dǎo)向輪組 鋼絲繩 圖 2.2 有軌巷道堆垛機(jī)功能模塊 另外，為保證機(jī)器及人員的安全，應(yīng)有一些輔助安全保護(hù)功能： 運(yùn)動(dòng)防護(hù)功能是有軌巷道堆垛機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)中重要的安全功能，該功能部件 7 由安裝于地軌終端的機(jī)械緩沖裝置構(gòu)成。該功能部件保護(hù)有軌巷道堆垛機(jī)在控 制失去作用的條件下，將有軌巷道堆垛機(jī)運(yùn)行的動(dòng)能吸收，避免有軌巷道堆垛 機(jī)發(fā)生沖出軌道等惡性事故，終端防護(hù)緩沖堆垛機(jī)質(zhì)量和運(yùn)行速度有關(guān)，需要 按照標(biāo)裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與有軌巷道準(zhǔn)選擇。 載貨臺(tái)斷繩保護(hù)，當(dāng)堆垛起重機(jī)載貨臺(tái)的起吊裝置失控、載貨臺(tái)產(chǎn)生加速 度下墜時(shí)，應(yīng)有保護(hù)裝置對(duì)載貨臺(tái)施加制動(dòng)力，確保機(jī)構(gòu)、貨物及工作人員的 安全。 系統(tǒng)總體方案示意圖如下： 圖 2.3 堆垛機(jī)總體方案示意圖 1貨物 2貨叉伸縮機(jī)構(gòu) 3載貨臺(tái) 4司機(jī)室 5立柱 6下橫梁 7水平運(yùn)行機(jī)構(gòu) 8起升機(jī)構(gòu) 9鋼絲繩 10升降導(dǎo)軌 11頂部滑輪 12上部導(dǎo)輪 2.2.立柱模塊的設(shè)計(jì) 立柱模塊主要有立柱、導(dǎo)軌和法蘭盤組成，立柱通過法蘭盤與下橫梁聯(lián)結(jié)， 導(dǎo)軌是載貨臺(tái)沿立柱上下運(yùn)行的軌道。立柱采用熱軋 H 型鋼和鋼板焊接而成， 在滿足剛度和強(qiáng)度的情況下使得重量減輕，節(jié)省了材料，而且外形美觀。 立柱模塊結(jié)構(gòu)如圖 2.4 所示： 8 圖 2.4 立柱模塊結(jié)構(gòu)及截面圖 利用 pro/engineer 軟件將其生成三維圖如下： 圖 2.5 立柱模塊 用同樣的方法，生成立柱模塊的其它零件的三維模型，如圖 2.6： (a)導(dǎo)軌 (b)導(dǎo)軌堵頭 （c）立柱法蘭盤 圖 2.6 立柱模塊零部件三維模型 2.3行走機(jī)構(gòu)模塊 行走機(jī)構(gòu)模塊是有軌巷道堆垛機(jī)的重要組成部分，它主要有下橫梁、主動(dòng) 行走輪組、被動(dòng)行走輪組、下橫梁導(dǎo)向輪及緩沖器等零部件組成。 下橫梁是模塊零部件的支撐機(jī)構(gòu)，又是堆垛機(jī)的承載構(gòu)件，因此它要有足 夠的強(qiáng)度和剛度。主動(dòng)行走輪組和被動(dòng)行走輪組是堆垛機(jī)的重要部件，主、被 動(dòng)行走輪組結(jié)構(gòu)基本相同，主要由行走輪、行走輪軸、軸承等零件組成。通過 9 減速電機(jī)驅(qū)動(dòng)主動(dòng)行走輪組在地軌上運(yùn)動(dòng)，完成有軌巷道堆垛機(jī)沿巷道方向的 水平行走；法蘭盤固定在下橫梁的上部，用來固定減速電機(jī)，也是與立柱模塊 聯(lián)結(jié)的接口。下橫梁導(dǎo)向輪組通過支架固定在下橫梁上，兩組導(dǎo)向輪組夾在地 軌兩端，使有軌巷道堆垛機(jī)水平運(yùn)行時(shí)，能夠沿著地軌行走不至于跑偏，起到 導(dǎo)向的作用。緩沖器同上橫梁的一樣，主要用來吸收堆垛機(jī)運(yùn)行到巷道兩端時(shí) 發(fā)生碰撞產(chǎn)生的能量。 (a)下橫梁 (b) 直軸導(dǎo)向輪組 (c) 偏心軸導(dǎo)向輪組 圖 2.7 行走機(jī)構(gòu)模塊零件圖 2.4起升機(jī)構(gòu)模塊 有軌巷道堆垛機(jī)的起升機(jī)構(gòu)模塊主要完成堆垛機(jī)的載貨臺(tái)的升降運(yùn)動(dòng)，起 升機(jī)構(gòu)是由驅(qū)動(dòng)電機(jī)、卷筒、滑動(dòng)輪組和鋼絲繩組成，其結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單。 2.5載貨臺(tái)模塊 載貨臺(tái)是貨物單元承接裝置，用來支撐貨叉裝置。通過鏈條與起升機(jī)構(gòu)模 塊連接，通過起升機(jī)構(gòu)模塊驅(qū)動(dòng)載貨臺(tái)沿立柱導(dǎo)軌上下運(yùn)動(dòng)。 載貨臺(tái)模塊主要由載貨臺(tái)、導(dǎo)向輪組等零部件組成。載貨臺(tái)主要用來固定 鏈條和貨叉機(jī)構(gòu)，承受著貨叉和貨物的重量，要滿足強(qiáng)度和剛度要求。載貨臺(tái) 模塊包含多個(gè)導(dǎo)向輪組，導(dǎo)向輪組主要由導(dǎo)向輪、軸承和導(dǎo)向輪軸組成。導(dǎo)向 輪組主要與立柱導(dǎo)軌接觸，使載貨臺(tái)模塊與立柱模塊連接起來。 根據(jù)起重機(jī)等安全規(guī)范規(guī)定，其安全裝置除按起重機(jī)結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)外，還 應(yīng)具備如下條件： 應(yīng)有兩根以上的提升用鋼絲繩或鏈條； 應(yīng)有在提升用鋼絲繩或鏈條斷裂時(shí)，載貨臺(tái)在下降過程中自動(dòng)制動(dòng)的裝 置； 提升用鋼絲繩或鏈條的安全系數(shù)必須在10以上； 為防止載貨臺(tái)與下梁撞擊，應(yīng)設(shè)有防止下降過頭的安全裝置； 10 當(dāng)載貨臺(tái)上裝有貨叉時(shí)，構(gòu)造上應(yīng)保證只有在貨叉縮回時(shí)才能行走。 載貨臺(tái)導(dǎo)向輪如下圖： 2.8 載貨臺(tái)導(dǎo)向輪 2.6載貨臺(tái)斷繩保護(hù)裝置 垛起重機(jī)載貨臺(tái)架運(yùn)行安全可靠，根據(jù)JB5319.2一91堆垛起重機(jī)安全規(guī)范 中5.1.2條規(guī)定，當(dāng)承載鋼絲繩斷裂時(shí)，斷繩保護(hù)裝置應(yīng)能可靠地動(dòng)作，斷繩保 護(hù)裝置產(chǎn)生的制動(dòng)力應(yīng)不小于被制動(dòng)部分全部載荷的1.25倍，同時(shí)，在安全規(guī) 范5.1條中還要求安全裝置應(yīng)具有不依賴其他動(dòng)力、獨(dú)立可靠地工作的性能。 目前，鋼絲繩提升式施工升降機(jī)安全防墜器按制動(dòng)形式不同，大致分為滑 楔式、偏心輪式及銷式三類。 2.6.1滑楔式安全防墜器 滑楔式安全防墜器結(jié)構(gòu)示意圖如圖2.9所示，它主要由動(dòng)滑楔、定滑楔及控 制系統(tǒng)組成。其制動(dòng)原理為：當(dāng)控制機(jī)構(gòu)將動(dòng)滑楔向上推動(dòng)時(shí)，動(dòng)滑楔相對(duì)定 滑楔產(chǎn)生水平位移，動(dòng)滑楔與導(dǎo)軌接觸后產(chǎn)生摩擦力，摩擦力阻滯動(dòng)滑楔隨吊 籠一起下滑，而此時(shí)動(dòng)滑楔與定滑楔相對(duì)水平位移繼續(xù)增大，導(dǎo)致動(dòng)滑楔與導(dǎo) 軌摩擦力也繼續(xù)增大，直至制動(dòng)為止。 這類安全防墜器制動(dòng)快捷迅速，平穩(wěn)沖擊小，但對(duì)動(dòng)滑楔的制作精度、導(dǎo) 軌的直線度和平整度要求較高。 11 1.滑軌 2.動(dòng)滑楔 3.定滑楔 4.控制機(jī)構(gòu) 圖2.9滑楔式安全防墜器 2.6.2偏心輪式安全防墜器 1.滑輪 2.滑輪架 3.向滑輪 4.鋼絲繩 5.偏心輪 6.導(dǎo)軌 7.彈簧 圖2.10偏心輪式安全防墜器 偏心輪式安全防墜器結(jié)構(gòu)如圖2.10所示，它的制動(dòng)機(jī)構(gòu)由偏心輪機(jī)構(gòu)組成， 其制動(dòng)原理為：當(dāng)控制機(jī)構(gòu)將偏心輪向上旋轉(zhuǎn)后，偏心輪與滑軌接觸，產(chǎn)生摩 擦，隨著吊籠繼續(xù)下滑，偏心輪繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，由于偏心的原因，偏心輪對(duì)導(dǎo)軌的 正壓力增大，摩擦力也繼續(xù)增大，直至制動(dòng)為止。這類安全防墜器的制動(dòng)迅速 平穩(wěn)，但對(duì)偏心輪制作精度、滑軌的直線度和平整度要求較高，加工難度大。 2.6.3銷式安全防墜器 銷式安全防墜器機(jī)構(gòu)如圖2.11所示，它的制動(dòng)器由銷機(jī)構(gòu)組成，其制動(dòng)原 理為：當(dāng)控制機(jī)構(gòu)將銷彈出后，根部卡在吊籠橫梁上，端部卡在塔身橫桿上而 制動(dòng)。這類安全防墜裝置制動(dòng)時(shí)間短，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，比較經(jīng)濟(jì)實(shí)用。但銷對(duì)塔身 橫桿由于消耗重力功和慣性動(dòng)能而產(chǎn)生很大沖擊，故要求滑銷、吊籠橫梁和塔 身的強(qiáng)度較高。 12 1.滑輪 2.滑輪架 3.導(dǎo)向滑輪 4.鋼絲繩 5.彈簧 6.吊籠橫梁 7.卡銷 8.塔身橫桿 圖2.11銷式安全防墜器 2.6.4技術(shù)指標(biāo)要求 制動(dòng)時(shí)間與制動(dòng)距離是安全防墜器最為重要的性能指標(biāo)，根據(jù)施工升降 機(jī)規(guī)范 ，設(shè)定具體的設(shè)計(jì)指標(biāo)參數(shù)為： 制動(dòng)時(shí)間：t0.5 ；s 制動(dòng)距離：S0.1 。m 在滿足以上兩個(gè)設(shè)計(jì)指標(biāo)的同時(shí)，應(yīng)盡量提高安全防墜器的可靠性。同時(shí)， 還應(yīng)該考慮到如何簡(jiǎn)化機(jī)構(gòu)，使其便于安裝調(diào)試。 2.6.5安全防墜器總體方案的制定 通過對(duì)現(xiàn)有制動(dòng)形式的研究與分析，這里安全防墜器采用了瞬時(shí)式楔塊制 動(dòng)。該安全防墜器主要由驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和制動(dòng)機(jī)構(gòu)三部分組成。 1驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu) 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)是當(dāng)提升鋼絲繩斷裂時(shí)安全防墜器動(dòng)作的動(dòng)力源。 它的形式有電動(dòng)、液壓、氣動(dòng)，還可以采用彈簧、人工控制形式。對(duì)于驅(qū)動(dòng)機(jī) 構(gòu)的設(shè)計(jì)，應(yīng)盡量使其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、動(dòng)作靈敏，并根據(jù)實(shí)際情況合理地選用驅(qū)動(dòng) 形式。這里采用彈簧作為安全防墜器的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)； 2傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的作用是實(shí)現(xiàn)由發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)到制動(dòng)機(jī)構(gòu)之間運(yùn)動(dòng)的傳 遞，其形式有很多種，這里設(shè)計(jì)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)主要由連桿構(gòu)成，這是因?yàn)檫B桿機(jī) 構(gòu)具有傳動(dòng)準(zhǔn)確、工作靈活可靠，便于安裝調(diào)試的優(yōu)點(diǎn)； 3制動(dòng)機(jī)構(gòu) 制動(dòng)機(jī)構(gòu)的作用是當(dāng)升降機(jī)發(fā)生故障時(shí)，在驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的帶動(dòng) 下完成對(duì)載貨臺(tái)的制動(dòng)，安全防墜器制動(dòng)機(jī)構(gòu)形式的選擇取決于提升設(shè)備的形 13 式和布置方式以及軌道的形式。軌道一般分為軟性軌道和剛性軌道，軟性軌道 主要是鋼絲繩。升降機(jī)采用鋼絲繩提升載貨臺(tái)，軌道采用剛性軌道，材料為冷 拉鋼板。由于導(dǎo)軌表面的光滑度，以及導(dǎo)軌與塔身之間的連接板都會(huì)影響載貨 臺(tái)的上下運(yùn)動(dòng)，因此為了防止載貨臺(tái)在上下運(yùn)動(dòng)過程中出現(xiàn)被卡、擱的情況， 將制動(dòng)楔塊做成非封閉的形式。采用雙向制動(dòng)機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)有兩個(gè)相對(duì)的動(dòng)滑 楔，布置在導(dǎo)軌兩側(cè)，兩個(gè)動(dòng)滑楔由導(dǎo)軌兩側(cè)等距抱緊。動(dòng)滑楔與導(dǎo)軌表面相 接觸，具有承載能力大，制動(dòng)準(zhǔn)確，工作可靠的優(yōu)點(diǎn)。 結(jié)構(gòu)原理如下： 1滾輪 2動(dòng)滑楔 3墊鐵 4U型螺栓 5拉臂支架 6拉臂 7活動(dòng)板 8立柱面 9彈簧 10拉桿 11提升滑輪 圖2.12 載貨臺(tái)斷繩保護(hù)裝置工作原理示意圖 27 貨叉機(jī)構(gòu)模塊 貨叉機(jī)構(gòu)是有軌巷道堆垛機(jī)主要工作機(jī)構(gòu)，貨叉機(jī)構(gòu)安裝在載貨臺(tái)上，能 夠雙向伸出，以便向貨格存取貨物。貨叉機(jī)構(gòu)主要有上叉、中叉、下叉、叉軌、 導(dǎo)向輪組和鏈傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等零部件組成。由于要求在設(shè)計(jì)貨叉時(shí)，其本身的長(zhǎng)度 要小于堆垛機(jī)運(yùn)行巷道的寬度，以防止小型有軌巷道堆垛機(jī)在運(yùn)行過程中與巷 道兩邊的貨架發(fā)生碰撞；在貨叉進(jìn)行存取貨物時(shí)，貨叉的行程又要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于巷 道的寬度，來完成貨物的存取。因此，貨叉在結(jié)構(gòu)上設(shè)計(jì)成行程倍增結(jié)構(gòu)，來 滿足貨叉功能要求。通常行程倍增結(jié)構(gòu)采用三級(jí)直線差動(dòng)式貨叉機(jī)構(gòu)，傳動(dòng)方 式采用齒輪齒條式或鏈輪鏈條式。圖2.13是齒輪齒條式傳動(dòng)的貨叉機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu) 圖。 這種結(jié)構(gòu)的貨叉工作原理是電機(jī)驅(qū)動(dòng)齒輪旋轉(zhuǎn)，通過齒輪齒條嚙合傳動(dòng)驅(qū) 14 動(dòng)中叉運(yùn)動(dòng)，安裝在上叉上的鏈輪鏈條機(jī)構(gòu)在中叉的驅(qū)動(dòng)下，推動(dòng)上叉運(yùn)動(dòng)。 由于安裝在上叉上鏈輪鏈條機(jī)構(gòu)相當(dāng)于一組動(dòng)滑輪機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了行程和速度的 倍增。 圖 2.13 齒輪齒條式傳動(dòng)的貨叉機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖 3 有軌巷道堆垛機(jī)基型產(chǎn)品設(shè)計(jì) 3.1立柱模塊設(shè)計(jì) 目前，在設(shè)計(jì)堆垛機(jī)的立柱時(shí)，主要是依據(jù)德國(guó)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（DIN15350 1992）中的巷道堆垛機(jī)鋼結(jié)構(gòu)計(jì)算規(guī)范，采用此規(guī)范中的經(jīng)驗(yàn)公式來計(jì)算、校 核。結(jié)合規(guī)范的說明和廠家產(chǎn)品的特點(diǎn)，在計(jì)算和校核堆垛機(jī)立柱強(qiáng)度和剛度 的時(shí)候，可以根據(jù)下面三個(gè)公式來計(jì)算。圖3.1是堆垛機(jī)受力結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。 15 圖3.1 堆垛機(jī)受力結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 圖中變量的意義如下： 立柱的質(zhì)量( )： kg柱G 貨物的質(zhì)量( )： Q 貨叉的質(zhì)量( )： k叉 載貨臺(tái)的質(zhì)量( )： g臺(tái)G 起升裝置的質(zhì)量( )： k升 行走電機(jī)的質(zhì)量( )： 行 司機(jī)室和斷繩保護(hù)裝置的質(zhì)量( )： kg司G 堆垛機(jī)的整機(jī)高度( )：mH 載貨臺(tái)下邊到上橫梁的距離( )： 兩行走輪的之間的間距( )： B 貨叉、貨物重心到導(dǎo)軌中心線的間距（ ）：m1L 16 司機(jī)室和斷繩保護(hù)裝置重心到導(dǎo)軌中心線的間距( )：m2L 載貨臺(tái)到導(dǎo)軌中心線的間距( )：m5L 載貨臺(tái)導(dǎo)輪壓力( )：NP 載貨臺(tái)導(dǎo)輪間距( )： S 立柱的剛度是以載貨臺(tái)滿載位于立柱最高位置時(shí)，頂端在巷道縱向平面內(nèi) 的撓度來表征。設(shè)計(jì)撓度應(yīng)小于許用值，即 ， f （ 為立柱高度） 。當(dāng)載貨臺(tái)升至立柱最高位置時(shí)，各種載荷102Hf 位置及結(jié)構(gòu)尺寸如圖 3.1 所示。載貨臺(tái)通過一對(duì)滾輪作用在升降導(dǎo)軌上的力為： (3.1)NLGLQSP2650)(132臺(tái)司叉 可以認(rèn)為，立柱在距頂端 截面上受力矩的 作用，即hM (3.2)mM125)(132臺(tái)司叉 立柱在力矩 作用下，端部產(chǎn)生的水平位移 主要由三部分組成：f 在 作用下，立柱端部的水平位移 ；0f 在 作用下，下滾輪處截面轉(zhuǎn)角 引起的頂部水平位移 = ；11fH 下橫梁和立柱聯(lián)接處截面轉(zhuǎn)角 引起的立柱頂部水平位移 = ；2 2 即 = + + 。f01f2 (1) 的計(jì)算(圖3.1) 由外載荷彎矩圖 和單位載荷彎矩圖 進(jìn)行圖乘得：pM1M = +0f )(21)(1hHEI柱 32321 MBbHBbEI梁 = =1.35 (3.3)2 3132BbII梁柱 ）（ m 式中 立柱截面垂直縱向平面軸的慣性矩， =22400柱 柱I4cm 17 下橫梁截面垂直縱向平面軸的慣性矩， =11600梁I 梁I4cm 材料彈性模量， =2.11011EEPa 圖中 立柱頂部水平位移的單位力P 立柱截面轉(zhuǎn)角的單位力偶M （2） 的計(jì)算（圖3.2）1f 圖3.2 堆垛機(jī)計(jì)算簡(jiǎn)圖 由 和單位載荷彎矩圖 進(jìn)行圖乘得：pM2M = +1)(hHEI柱 32131MBbbBEI梁 = (3.4)213II梁柱 ）（ 而 =0.32 (3.5)1fH231BbEIhEIMh梁柱 ）（ m (2) 的計(jì)算2f 18 圖3.3 下橫梁計(jì)算簡(jiǎn)圖 為求 ，單獨(dú)取下橫梁為研究對(duì)象，其計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖3.3，圖中 為下橫2f 0G 梁支承的上部總重量?？捎孟率奖硎荆?(3.6)升行柱司臺(tái)叉 GGQ0 由外載荷彎矩圖 和單位載荷彎矩圖 圖乘可得立柱和下橫梁聯(lián)接面轉(zhuǎn)pMM 角 ：2 = 321321 100 BbGBbEI梁 = (3.7)(321210bIG梁 而 = (3.8)Hf2)(21210bBEI梁 立柱一般位于下橫梁跨中附近，即 ，加之下橫梁的截面設(shè)計(jì)總盡量12 避免出現(xiàn)明顯的下?lián)?，所以由下橫梁變形引起的撓度f 2常忽略不計(jì)。 載貨臺(tái)升至最高位置時(shí)，立柱頂部總撓度可按下式計(jì)算： (3.9)mff67.10 3.2行走機(jī)構(gòu)模塊 行走機(jī)構(gòu)模塊主要包括主動(dòng)行走輪組、被動(dòng)行走輪組、下橫梁和緩沖器； 基本功能是以一定的速度安全可靠地完成物料在水平方向上的運(yùn)動(dòng)。主動(dòng)行走 輪組和被動(dòng)行走輪組結(jié)構(gòu)基本相同，因此，主要對(duì)主動(dòng)行走輪模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)。 3.2.1主動(dòng)行走輪直徑的確定 19 為了選擇行走輪，應(yīng)考慮以下因素以確定其直徑：(1)行走輪上的載荷；(2)制 造行走輪的金屬材料；(3)軌道形式；(4)行走輪轉(zhuǎn)速；(5)機(jī)構(gòu)工作級(jí)別。 行走輪直徑主要根據(jù)疲勞計(jì)算輪壓選取，其計(jì)算公式為 (3.10)32minaxccFRF 式中 疲勞計(jì)算輪壓( )；c N 堆垛機(jī)正常工作時(shí)行走輪的最大輪壓( )；maxR N 堆垛機(jī)正常工作時(shí)行走輪的最小輪壓( )；in 行走輪許用輪壓( )。cFN 表3.1 由車輪轉(zhuǎn)速?zèng)Q定的轉(zhuǎn)速系數(shù) 值1C 轉(zhuǎn)速 min/r160 125 112 100 80 63 56 501C 0.72 0.77 0.79 0.82 0.87 0.91 0.92 0.94 表3.2 由工作級(jí)別決定的 的值2C 工作級(jí)別 1 3M4 5M6 7 9M2C 1.25 1.12 1.00 0.9 0.8 表3.3 由材料抗拉強(qiáng)度決定的 值1K 抗拉強(qiáng)度 )/(2mNb500 600 650 700 7801K 3.8 5.6 6.0 6.6 7.2 注：（1）鋼制車輪一般應(yīng)經(jīng)熱處理，在確定許用的 值時(shí)，仍取材料未經(jīng)熱處理時(shí)的 。1Kb （2）當(dāng)車輪材料采用球墨鑄鐵時(shí)， 值按 =500 選取。1b2/mN 其行走輪疲勞計(jì)算輪壓計(jì)算公式為 (3.11)121DLKCFc 20 式中 轉(zhuǎn)速系數(shù)(按表3.1選取)；1C 工作級(jí)別系數(shù)(按表3.2選取)；2 行走輪直徑( )；Dm 行走輪與軌道接觸的有效長(zhǎng)度( )；Lm 與行走輪材料有關(guān)的許用接觸應(yīng)力常數(shù)(按表3.3選取)。1K 選車輪直徑 =250 ，工作等級(jí)為 5，速度為40 ，輪寬B=100Min/ ，車輪材料選用65Mn， b=735 ，可知： =0.72， =1.00， =100mPa1C2L ， =7.0，得1K =125000 4506000 ，所以安全。12DLCFcN 3.2.2行走輪軸的設(shè)計(jì) 在零件的定位和裝配方案確定后，軸的形狀便大體確定。各軸段所需的直 徑與軸上的載荷大小有關(guān)。初步確定軸的直徑時(shí)，可按照軸所受的扭矩初步估 算軸所需的直徑將初步求出的直徑作為承受扭矩的軸的最小直徑 ，然后mind 再按軸上零件的裝配方案和定位要求，從而確定各段軸的直徑。 對(duì)有伸出端的軸（輸入、輸出軸） ，最小直徑 為裝聯(lián)軸器的軸頭直徑。mind 對(duì)中間軸 為裝軸承的軸頸直徑。軸的最小直徑的計(jì)算分兩種情況來考慮。mind (1)心軸 心軸是僅受彎矩作用的軸，強(qiáng)度計(jì)算公式 (3.12)1.03DMW 式中 心軸計(jì)算截面的工作彎曲應(yīng)力( )；MPa 心軸計(jì)算截面的彎矩( )；mN 計(jì)算截面的截面模量， ；331.02DW 許用彎曲應(yīng)力( )。Pa (2)轉(zhuǎn)軸 轉(zhuǎn)軸是既受彎矩又受到扭矩作用的軸，按當(dāng)量彎矩計(jì)算，其當(dāng)量應(yīng)力為 21 (3.13)1013212daTMe 式中 轉(zhuǎn)軸計(jì)算截面的當(dāng)量工作應(yīng)力( )；e MPa 轉(zhuǎn)軸計(jì)算截面的合成彎矩( )；mN 轉(zhuǎn)軸計(jì)算截面的扭矩( )；T 軸的直徑( )；dm 根據(jù)扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力變化性質(zhì)而定的校正系數(shù)；a 許用疲勞應(yīng)力( )。1MPa 對(duì)有配合要求的軸段，應(yīng)盡量采用標(biāo)準(zhǔn)直徑，為了裝拆方便，并減少配合 表面的擦傷，在配合軸段前應(yīng)采用較小的直徑。 3.2.3行走電機(jī)的選擇 堆垛機(jī)的自重 =30000 ，貨物重量 =5000 ，行走速度1WN2WN ，滾動(dòng)阻力系數(shù) =0.02，動(dòng)力傳動(dòng)效率 =0.8，行走smV/67.0in/4 阻力 =700 。)(21R 最高時(shí)速時(shí)需要?jiǎng)恿Γ?=7001/0.8=875 ，為了安全起見，/RVP 選用電機(jī)功率為2.2 。kW 選擇電機(jī)：YEJ112M-6 2.2 k 型號(hào) 功率( ) 轉(zhuǎn)速( )min/r 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量( )2kg YEJ112M-6 2.2 940 0.07639 3.2.4緩沖器的選擇 堆垛機(jī)在運(yùn)動(dòng)過程中控制系統(tǒng)失控時(shí)，就會(huì)和巷道口的機(jī)械裝置發(fā)生碰撞， 為了減小碰撞時(shí)對(duì)堆垛機(jī)造成的危害，在堆垛機(jī)上的下橫梁兩端安裝了緩沖器。 緩沖器主要用來吸收發(fā)生碰撞時(shí)所產(chǎn)生的能量，緩沖器的緩沖容量 按下式計(jì)W 算： =( + ) /(29.81)=6 (3.14)W0G10VmkN 22 式中 緩沖器緩沖容量( )；WmkN 碰撞瞬時(shí)速度( )；0Vin/ 堆垛機(jī)自重( )；Gkg 額定起重量( )。1 選擇：HT3-630 型號(hào) 參數(shù) 緩沖容量 /WmkN緩沖行程 /S 緩沖力 /1PkN重量/ k HT3-630 6.3 150 88 145.8 3.3 升降裝置的選擇計(jì)算 3.3.1升降電機(jī)的選擇計(jì)算 貨箱重量 =5000 ，司機(jī)室、載貨臺(tái)重量 =13000 ，升降速度1WN2WN ，傳動(dòng)效率 =0.9。最高時(shí)速時(shí)需要?jiǎng)恿Γ?=( + )smV/5.0P12 / =(5000+13000)0.15/0.9=3 。k 因此，為保證安全，選擇升降電機(jī)功率為5.5 。k 選擇電動(dòng)機(jī)為繞線型異步電動(dòng)機(jī)：YZ160M1-6 5.5 W 型號(hào) 功率( )kW轉(zhuǎn)速( )min/r 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量( )2kg轉(zhuǎn)子繞組開路電 壓( )V YZ160M1-6 5.5 930 0.12 138 YZ 系列是最新設(shè)計(jì)的繞線子電動(dòng)機(jī)，具有過載能力大、機(jī)械強(qiáng)度高、效率 高、噪聲低、振動(dòng)小、堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩高、運(yùn)行可靠等特點(diǎn)，適用于驅(qū)動(dòng)各種類型的 起重冶金機(jī)械或其它類似設(shè)備的專用產(chǎn)品。 3.3.2鋼絲繩的選擇 鋼絲繩最大靜拉力： = =9000 (3.15)maxFN 鋼絲繩破斷拉力： 23 =90000 (3.16)0FmaxnN 式中 鋼絲繩的破斷拉力( )； 安全系數(shù)。 鋼絲繩直徑： =10 (3.17)maxFCd 式中 鋼絲繩最小直徑（ ）m 鋼絲繩最大靜拉力（ ）ax N 選擇系數(shù)（ ）C/ 選擇系數(shù) 的取值與機(jī)構(gòu)的工作級(jí)別有關(guān)，按表 3.1 選取。表中的數(shù)值是 對(duì)鋼絲繩充滿系數(shù) =0.46，折減系數(shù) =0.82 時(shí)的選擇系數(shù) 值。kC 表 3.1 和 值Cn 選擇系數(shù) 值 鋼絲繩公稱抗拉強(qiáng)度 MPab/機(jī)構(gòu)工作級(jí)別 1550 1700 1850 最小安全系數(shù) n M1-M3 0.093 0.089 0.085 4 M4 0.099 0.095 0.091 4.5 M5 0.104 0.100 0.096 5 M6 0.114 0.109 0.106 6 M7 0.123 0.118 0.113 7 M8 0.140 0.134 0.128 9 選擇的鋼絲繩標(biāo)記為： 18NAT67+NF170058.7035.10GB/T8918-1996 3.3.3滑輪的選擇 根據(jù)鋼絲繩直徑選擇滑輪外徑 D=225m 滑輪標(biāo)記為： A10225-45 JB/T9005.3-1999 3.3.4卷筒的選擇 卷筒上有螺旋槽部分長(zhǎng) =205 (3.18)pzD aHL)(10mx0m 24 單層單聯(lián)卷筒長(zhǎng)度 = + + =345 (3.19)L012m 式中 卷筒名義直徑（ ）D 最大起升高度（ ）axH 滑輪組倍率 卷筒計(jì)算直徑（ ）d0 m 無繩槽卷筒端部尺寸，由結(jié)構(gòu)需要決定1L 固定鋼絲繩所需長(zhǎng)度， 32 2Lp 繩槽槽距p 選擇的卷筒標(biāo)記為： A200345-613-52-左 JB/T9006.2-1999 3.3.5聯(lián)抽器 最大扭矩： =110 (3.20)1TKmN 式中 聯(lián)軸器許用扭矩（ )； 工作級(jí)別系數(shù)。 選擇聯(lián)軸器型號(hào)為 TLL1 型帶制動(dòng)輪彈性套柱銷聯(lián)軸器。 3.4貨叉機(jī)構(gòu)模塊設(shè)計(jì) 堆垛機(jī)貨叉一般采用 3 級(jí)直線差動(dòng)機(jī)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)形式的貨叉由動(dòng)力驅(qū)動(dòng) 和上、中、底 3 叉以及導(dǎo)向部分構(gòu)成，底叉固定在載貨臺(tái)上，中叉可在齒輪齒 條(或鏈輪鏈條) 的驅(qū)動(dòng)下，相對(duì)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(dòng)下相對(duì)中叉向外伸出更長(zhǎng)的距離，實(shí)現(xiàn)向貨位內(nèi)存取貨 物。 這種 3 級(jí)直線差動(dòng)機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)是上叉相對(duì)于中叉伸出的距離為伸出行程的 2/3，而中叉相對(duì)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 25 與下叉之間均有合適的導(dǎo)向接觸長(zhǎng)度，保證 3 層貨叉伸出時(shí)的相對(duì)剛度要求。 同時(shí)，三層貨叉相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，采用了滾輪與滾道的純滾動(dòng)摩擦，最大限度地減 小了工作摩擦阻力。 圖 3.4 為當(dāng)堆垛機(jī)的貨叉上叉運(yùn)行到最大距離時(shí)各叉板的支承結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖， 其中底叉固定在載貨臺(tái)上，中叉運(yùn)行到貨叉行程的 1/3 距離，此時(shí)有 2 個(gè)導(dǎo)向 輪支承，上叉相對(duì)于中叉運(yùn)行貨叉行程的 2/3，剛好也有 2 個(gè)導(dǎo)向輪支承，與 中叉相連。 1 底叉2 中叉3 上叉 圖3.4叉板之間的支承結(jié)構(gòu) 3.4.1貨叉撓度的計(jì)算 如果貨叉伸出作業(yè)時(shí)，叉端撓度太大，就會(huì)影響有軌巷道堆垛機(jī)正常作業(yè)， 嚴(yán)重時(shí)會(huì)與貨架發(fā)生干涉，造成事故。因此，貨叉設(shè)計(jì)的基本原則是在保證貨 叉強(qiáng)度的前提下，使其前端撓度盡量小。假設(shè)有軌巷道堆垛機(jī)在運(yùn)動(dòng)過程中立 柱不發(fā)生變形，根據(jù)貨叉的支承結(jié)構(gòu)，做出受力分析簡(jiǎn)圖如圖3.5所示。 圖3.5貨叉機(jī)構(gòu)的受力分析 圖中， ， ， ， ， ， ， ， ， 和 分別是各支點(diǎn)間的尺寸，abcdefghmn ， ， 分別是下叉、中叉和上叉的慣性矩， 是材料的彈性模量。 =551I23I Ea ， =45 ， =16 ， =45 ， =8 ， =100 ， =61 ， =69cmccmceccmn ， =126 ， =467.3 ， =969.5 ， =467.3 ， =6000 h1I42I43I4QN (包括貨叉伸長(zhǎng)部分重量和貨箱重量在內(nèi))，彈性模數(shù) =2.11011 。EPa 上叉撓度計(jì)算 貨叉在貨物的作用下，在上叉 處和 處的產(chǎn)生支反力上叉受力和撓度變D 形簡(jiǎn)圖如圖3.6所示。 26 圖3.6上叉撓度簡(jiǎn)圖 由上圖利用受力平衡和彎矩平衡可求得上叉支點(diǎn) 、 處的支點(diǎn)反力、轉(zhuǎn)DE 角微分方程和撓度方程，其公式分別為 = (3.21)dFQe = (3.22)e = = + 0 (3.23)idxEI3 2i = + 0+ 0 (3.24)IeQ36i 當(dāng) = 時(shí)， =0， =0，所以xd0 = (3.25)0i36EIe 將式代入(3.25)帶入到式(3.23)得 處的傾角為E = (3.26)1i36IeQd 所以載荷 在 點(diǎn)產(chǎn)生的撓度為E = (hm)=0.0048 (3.27)13Iedcm 中叉撓度計(jì)算 由于載荷的作用，在支點(diǎn) 處產(chǎn)生反力為 ，設(shè)在 點(diǎn)的傾角為 ，撓度BbFC2i 為2 。( 為不變形部分的長(zhǎng)度)如圖3.7所示。h 27 圖3.7 部分為不變形時(shí)中叉撓度簡(jiǎn)圖h 由上圖求出 、 點(diǎn)的支反力及 段的彎矩方程分別為：BCBC = (3.28)bFQn = + (3.29)c = = (3.30)Mbx 則撓度曲線微分方程為： = = (3.31)2dx2EIbQnx2 所以傾角和撓度方程分別為： = = + 0 (3.32)idxbIn2i = + 0 + (3.33)EIQ2 36i 當(dāng) = 時(shí)， =0， =0，所以有xb0 = (3.34)0i26In 把式（3.34）代人到式(3.32)和(3.33)得，當(dāng) = 時(shí)的傾角和撓度分別為：xb = (3.35)2i23EIQnb = =0.0378 (3.36)22Ihcm 把 段看成剛性， 點(diǎn)作為固定端考慮，如圖3.8所示，設(shè)載荷 在中叉產(chǎn)bCQ 生的反力為 和 ，這些反力在前叉產(chǎn)生的傾角為 和 ，撓度為 和 。dFe 0i101 28 圖3.8 C點(diǎn)為固定時(shí)中叉撓度簡(jiǎn)圖 產(chǎn)生的貨叉前端產(chǎn)生的傾角和撓度為：dF = = (3.37)3i2)(EImhPdIQec2 = =0.03 (3.38)3)(62Ieccm 其次 產(chǎn)生的貨叉前端產(chǎn)生的傾角和撓度為：eF = (3.39)4idEIQm2)( = =0.26 (3.40)4)(36)(22hIecm 下叉撓度計(jì)算 假設(shè) 為不變形部分，則載荷 在 段產(chǎn)生的作用反力為 和 ，在 點(diǎn)5l QbbFcC 產(chǎn)生的傾角為 ，產(chǎn)生的撓度為 ，如圖3.9所示。i5 圖3.9下叉撓度簡(jiǎn)圖 同理根據(jù)受力平衡和彎矩平衡可求得下叉各支點(diǎn)的反力以及各反力產(chǎn)生的 傾角和撓度，其計(jì)算公式分別為： = (3.41)bFQan = (3.42)c 29 = (3.43)5igEIabF16)( = = =0.0756 (3.44)5hIb1)( hgEIQan16)(cm 因此，假設(shè)載貨臺(tái)和立柱為剛性時(shí)，貨叉前端的總撓度為貨叉上、下、中 叉的總和，分別為 = + + + + =0.33 (3.45)12345cm 即總撓度 =3.3 ，貨叉在叉取貨物時(shí)的最大撓度一般規(guī)定不超過 15 ，因此貨叉是安全的。m 3.4.2貨叉機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算 輪齒的受力計(jì)算 齒輪齒條傳動(dòng)是齒輪傳動(dòng)的一種特殊形式，它可以完成機(jī)構(gòu)的直線運(yùn)動(dòng)。 根據(jù)電機(jī)輸出的功率和齒輪的轉(zhuǎn)速可求出齒輪軸的轉(zhuǎn)矩。 (3.46)1 510.9nPT 設(shè)沿嚙合線作用在齒面上的正壓力 ，把正壓力 分解成圓周力 與徑向nFntF 力 ，則有rF (3.47)12dTt (3.48)coss1Ftn (3.49)tgr 其中 為齒輪的分度圓直徑， 為嚙合角，對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)齒輪 =20。1d 輪齒的強(qiáng)度計(jì)算 輪齒的強(qiáng)度設(shè)計(jì)主要有齒根彎曲疲勞強(qiáng)度和齒面接觸強(qiáng)度計(jì)算兩種，當(dāng)齒 輪傳動(dòng)時(shí)，齒根部發(fā)產(chǎn)生的應(yīng)力最大，其齒輪的齒根彎曲疲勞強(qiáng)度的條件為 (3.50)FSaFdFYZmKT213 30 即有 (3.51)3321FSadYZKTm 其中 為齒寬系數(shù)， 為齒形系數(shù)， 應(yīng)力校正系數(shù)。根據(jù)計(jì)算出1bFaSaY 的模數(shù)值，選取標(biāo)準(zhǔn)值。 對(duì)于閉式齒輪傳動(dòng)，最常見的損壞形式是輪齒工作表面的點(diǎn)蝕，通常按照 齒面接觸強(qiáng)度計(jì)算，其強(qiáng)度設(shè)計(jì)的校核公式： (3.52)HtEHubdKFZ15.21 即有 (3.53) 233311 2. HEdZuTd 根據(jù)計(jì)算出的節(jié)圓直徑，求出滿足要求的齒寬 =20 (3.54)1Bdm 3.4.3貨叉電機(jī)的選擇 行走速度 =21 =0.35 ，滾動(dòng)摩擦系數(shù) =0.03，貨叉可動(dòng)部分Vin/s/ 重力 =700 ，貨箱重力 =5000 ，行走阻力 =( + ) =171 ，動(dòng)力1WN2WNR1W2N 傳動(dòng)效率 =0.9(齒輪減速電機(jī))0.9(鏈條) =0.81。 最高時(shí)速時(shí)需要?jiǎng)恿Γ?，為保證安全，選擇kRVP047.81.359 貨叉電機(jī)功率為0.75 。k 選擇電機(jī)：YEJ90S-6 0.75 W 型號(hào) 功率( )k轉(zhuǎn)速( )min/r 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量( )2kg YEJ90S-6 0.75 910 0.015142 31 結(jié) 論 在對(duì)現(xiàn)有有軌巷道堆垛機(jī)的認(rèn)真研究的基礎(chǔ)上，本文從有軌巷道堆垛 機(jī)的結(jié)構(gòu)和功能出發(fā)，完成了對(duì)有軌巷道堆垛機(jī)的整體的設(shè)計(jì)。 在對(duì)現(xiàn)有的安全防墜器的研究基礎(chǔ)上，權(quán)衡各種型式安全防墜器的利 弊，在現(xiàn)有的安全防墜器的基礎(chǔ)上，為該堆垛機(jī)設(shè)計(jì)了一臺(tái)瞬時(shí)式楔塊制 動(dòng)的安全防墜器。該裝置在靈敏度、制動(dòng)時(shí)間、制動(dòng)距離上與現(xiàn)有的安全 防墜器相比有很大的優(yōu)越性。 通過對(duì)現(xiàn)有的貨叉的研究，完成了三級(jí)直線貨叉的設(shè)計(jì)，并對(duì)其結(jié)構(gòu)、 下?lián)隙冗M(jìn)行了計(jì)算、校核，其結(jié)果完全滿足預(yù)定的要求。 有軌巷道堆垛機(jī)的設(shè)計(jì)，是一個(gè)綜合性課題，牽扯的內(nèi)容很多，不僅 需要扎實(shí)的設(shè)計(jì)理論基礎(chǔ)，還需要豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。由于作者知識(shí)水平和 時(shí)間的限制，本課題還有很大的研究空間，本人以為還有待在以下方面進(jìn) 行完善： 1. 有軌巷道堆垛機(jī)的立柱及載貨臺(tái)依賴于經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)，未進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化。 2. 有軌巷道堆垛機(jī)的電氣控制系統(tǒng)未做研究。 有軌巷道堆垛機(jī)隨著立體倉庫及人類的需求在不斷的發(fā)展，本人能力 有限，此課題牽扯的知識(shí)面又廣，論文的錯(cuò)誤不足之處在所難免，敬請(qǐng)大 家批評(píng)指正。 32 參 考 文 獻(xiàn) 1 日吉國(guó)宏.自動(dòng)化倉庫堆垛機(jī)設(shè)計(jì).北京：人民鐵道出版社，1979，12 2 郭環(huán)，禹永偉自動(dòng)化立體倉庫中的堆垛機(jī)設(shè)計(jì)物流技術(shù)， 2002，3(114)：7678 3 陳忠閣.有軌巷道堆垛起重機(jī)技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì).物流技術(shù)， 2000，6：13 14 4 劉瀏.步進(jìn)電機(jī)在中小型堆垛機(jī)上的應(yīng)用.物流技術(shù)，2002年第6期 5 楊維梁，董福盛.堆垛機(jī)的結(jié)構(gòu)及其維護(hù)保養(yǎng).大眾標(biāo)準(zhǔn)化，2005年第7期 6 甘仲平，金國(guó)峰.堆垛機(jī)模塊化設(shè)計(jì)研究起重運(yùn)輸機(jī)械， 2007，4：85 87 7 程軍紅.齒輪齒條直線差動(dòng)行程增倍機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用.機(jī)械傳動(dòng)， 2005：7374 8 梁睦.堆垛機(jī)三層貨叉直線差動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì).起重運(yùn)輸機(jī)械，2005：4143 9 董良，王棟生，郝隆譽(yù).堆垛機(jī)的失重同步制動(dòng)機(jī)構(gòu).2003，6：5859 10 Lubomir janovsky. Elevator machine design principles and concepts. London：England Ellis Horwood Limited，1987：117124 ，128 131 11 王佳偉.一種新型施工升降機(jī)的設(shè)計(jì)與分析：學(xué)位論文，哈爾濱工業(yè) 大學(xué)：2006 12 楊長(zhǎng)睽.起重機(jī)械.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1982：89103 13 濮良貴.機(jī)械零件.北京：高等教育出版社，1982：4148 14 西南交通大學(xué)主編起重運(yùn)輸機(jī)械北京：中國(guó)鐵道出版社， 1983：32 33 15 Anon. Teijin Seiki Introduces ED1006 Elevator Hoist. Elevator World.v49,n6, June,2004：105108 16 馬仲安.SS 型貨用施工升降機(jī)防墜安全裝置的選擇及改進(jìn).建筑機(jī)械. 1998,(7):67 17 R.Gouvinhas, J.Corbett. The development of a design method for production machinery companies. Journal of Engineering Design.1999, 4(10)：352 364 18 陳金玉.立體倉庫堆垛機(jī)的設(shè)計(jì).現(xiàn)代物流，2006，4：4850 33 19 劉廣金,程顯氓.物料升降機(jī)安全保護(hù)裝置.機(jī)械設(shè)計(jì).1996,7:3941 20 Latham, R.W.Basic Factors of Hoist Design. Transactions of the Institution of Mining & Metallurgy. Section A.v85,Jan,2003:821 21 李宏,衛(wèi)曉平,張波.升降機(jī)的安全裝置.起重運(yùn)輸機(jī)械.2001,(6):911 22 張永紅.SS 型施工升降機(jī)斷繩保護(hù)裝置的結(jié)構(gòu)分析.建筑機(jī)械化.2005, (12):2628 23 方世杰,姜好德.剛性軌道提升機(jī)防墜器的設(shè)計(jì).起重運(yùn)輸機(jī)械.2005, (11):1517 24 胡宗武，顧迪民.起重機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算.北京:科技出版社，1987：210212 34 致 謝 值此論文完成之際，謹(jǐn)向我的導(dǎo)師戴士杰教授表示衷心的感謝！本文 是在導(dǎo)師的細(xì)心指導(dǎo)下完成的，論文大到構(gòu)思、關(guān)鍵問題的解決，小到標(biāo) 點(diǎn)符號(hào)，字里行間都傾注了導(dǎo)師的關(guān)懷和心血，導(dǎo)師不僅以其淵博的學(xué)識(shí) 理論、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、敏銳的學(xué)術(shù)洞察力使我在學(xué)術(shù)上受益匪淺，而且 言傳身教，以其高尚的人格和強(qiáng)烈的責(zé)任心教導(dǎo)我人做事的道理。在此， 謹(jǐn)向他的辛勤培養(yǎng)和悉心關(guān)懷表示衷心的感謝。 另外，感謝和我一塊兒設(shè)計(jì)但做控制系統(tǒng)的王磊，在此次課程設(shè)計(jì)期 間給了我很大的幫助和建議。 非常感謝百忙中抽空指導(dǎo)評(píng)審論文的評(píng)閱老師和答辯委員會(huì)的老師們， 衷心祝你們身體健康，幸福如意。