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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設(shè)計
學生姓名： 王延光 學 號： 110501222
專 業(yè)： 機械設(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．文獻綜述：
伴隨著科學技術(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)的自動化作為重點投資的領(lǐng)域，以此來達到提高生產(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)運而生的堆垛機是倉儲機械設(shè)備最重要的搬運設(shè)備，代表著自動化立體倉庫的技術(shù)水平，其運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。
巷道堆垛機是隨著立體倉庫的出現(xiàn)而發(fā)展起來的專用起重機，通常簡稱為堆垛機[2]因其具有較高收發(fā)效率，較低的儲運費用，縮減占地面積以及減少人力資源投入等優(yōu)點，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)外巷道堆垛機的技術(shù)現(xiàn)狀
堆垛機技術(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，堆垛機也在行走速度、定位精度和減噪等技術(shù)指標上有了很大的改進，并在機械制造、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，我國堆垛機存在最低存取貨物高度比較高，高速運行時噪音比較大，而且穩(wěn)定性差等問題，所以我國堆垛機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)模的擴大與快速響應(yīng)客戶要求的提出，堆垛機要在極短的時間內(nèi)完成揀選、配送等任務(wù)，必須不斷地提高堆垛機的響應(yīng)力、 縮短堆垛機的運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的存取速度提出了更高的要求，研制運行平穩(wěn)可靠、認址準確、起動制動靈敏、運行振動小、噪音小等綜合性能高的堆垛機成為今后的主要發(fā)展方向[4]
1．2堆垛機運行方式選擇
堆垛機按照運行方式可分為無軌巷道式和有軌巷道式[2] 。無軌堆垛機適用于作業(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相比，有軌巷道式堆垛機在結(jié)構(gòu)上有很大不一樣：它采用鋼輪在軌道上運行，使其能沿著倉庫巷道內(nèi)設(shè)置好的地軌水平運行，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。
1．3 堆垛機結(jié)構(gòu)形式選擇
巷道式堆垛機按結(jié)構(gòu)可分為單立柱型和雙立柱型[5] 。單立柱堆垛機的機架結(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。雙立柱堆垛機的機架結(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 5t，必要時還能更大 , 可用于高速運行。本文以雙立柱堆垛機為設(shè)計對象。
雙立柱機構(gòu)的堆垛機的機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。雙立柱堆垛機的最大優(yōu)點就是強度和剛度都比較好，并且運行平穩(wěn)。一般對于起升高度較高，起重量較大和水平運行速度較高的立體倉庫堆垛機，都采用雙立柱的結(jié)構(gòu)。雙立柱堆垛機的起升機構(gòu)一般都采用鋼絲繩傳動，有電機減速機驅(qū)動卷筒）轉(zhuǎn)動，通過鋼絲繩牽引載貨臺沿立柱作升降運動。如圖1為巷道式堆垛機
圖1巷道式堆垛機
1．4工作流程
堆垛機在接收到控制計算機發(fā)來的作業(yè)指令之后，由初始位置進入到巷道內(nèi)，于此同時載貨臺也沿立柱導(dǎo)軌垂直運動，水平位置和垂直位置基本到達指定貨位后，進行對位校準，貨叉叉取貨物，并將其托至載貨臺上，堆垛機由指定存取位置返回巷道口，貨叉運行將貨物放置到輸送機上。 堆垛機只有兩種作業(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)機自動控制方式下，作業(yè)任務(wù)指令由控制計算機發(fā)出；在單機自動控制方式下，作業(yè)任務(wù)指令有操作人員通過觸摸屏進行設(shè)置；
入庫操作主要流程為：貨物通過輸送機運送到該巷道口之后，在初始位置待命的堆垛機將貨物叉取到載貨臺上；在巷道內(nèi)運行過程中水平運動和垂直運動同時進行使載貨臺到達指定貨位并校位停準；貨叉運行將貨物叉放到貨架上，完成入庫操作之后，堆垛機運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：堆垛機在接收到指令后，有初始位置運行到指定的貨位校位停準之后，進行叉取操作，之后在巷道內(nèi)水平和垂直方向同時運動，到巷道口之后校位停準，將貨物叉放到輸送機之上，隨后堆垛機轉(zhuǎn)入下個指令的執(zhí)行當中，巷道口的輸送機將貨物輸送到出庫口；
1．5各個機構(gòu)介紹
（1）水平行走機構(gòu)是堆垛機的三大組成部分之一，主要由減速電機、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驅(qū)動行走輪組，在軌道上運動，從而完成堆垛機沿巷道水平方向上的行走運動。導(dǎo)向輪固定在下橫梁上起導(dǎo)向作用，使堆垛機水平運行時沿著軌道行走不跑偏。緩沖器用來吸收能量的，當堆垛機運行到巷道兩端時可減輕碰撞[7]。
行走機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡圖2 如下：
1-減速電機 2-傳動齒輪 3-箱座 4-主動軸 5-車輪 6-底盤 7-電機支架 8-車輪從動軸
圖2 水平行走機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡圖
（2）堆垛機垂直提升機構(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。堆垛機垂直提升的實現(xiàn)方式主要有：液壓提升系統(tǒng)和機械提升系統(tǒng)兩種類型。機械提升系統(tǒng)又可細分為鋼絲繩提升和鏈條提升兩種類型。機械提升系統(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對平層精度的要求[9]
（3）堆垛機貨叉采用3級直線差動機構(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為當堆垛機的貨叉上叉運行到最大距離時，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，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，最后進行必要的參數(shù)校核。
總方案設(shè)計：
圖4堆垛機框架
本項目所用堆垛機有如下幾部分構(gòu)成：金屬架構(gòu)、行走輪箱、垂直起升機構(gòu)、載貨臺及貨叉機構(gòu)等組成。能實現(xiàn)三個自由度運動功能，即堆垛機沿巷道水平運動、載貨臺垂直運動、存取貨機構(gòu)沿貨倉方向雙向伸縮
1. 水平運行機構(gòu)動力傳動 堆垛機的水平行走機構(gòu)由電動機、傳動機構(gòu)、同步機構(gòu)、行走車輪、導(dǎo)軌、導(dǎo)向輪和堆垛機底盤等部件組成。驅(qū)動動力由驅(qū)動電機輸出，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，將動力傳入堆垛機的主動軸，帶動行走車輪轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)水平行走運動。
2. 垂直機構(gòu)動力傳動 本項目中起升機構(gòu)選用鋼絲繩，整個起升機構(gòu)就是一個最為簡單的卷揚機。起升電機及卷筒用螺栓連接在堆垛機立柱背部的支座上，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. 貨叉機構(gòu)動力傳動 圖4貨叉機構(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9通過鏈條帶動上叉3沿著中叉2中的工字行導(dǎo)軌運行。中叉在齒輪，齒條的驅(qū)動下從中叉的中點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，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
圖4 貨叉結(jié)構(gòu)
參考文獻
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[11] 宋章領(lǐng)，沈敏德，薛云娜等.堆垛機貨叉靜態(tài)撓度計算[J]. 起重機運輸機械.2008（4）.
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畢業(yè)設(shè)計開題報告
指導(dǎo)教師意見：該學生查閱了一定量關(guān)于堆垛機的參考文獻，對文獻進行了一定理解和綜述，基本掌握了文獻檢索和綜述的方法。該學生對于所設(shè)計的雙立柱堆垛機有了基本認識，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