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摘 要 近些年來(lái)，隨著企業(yè)管理和倉(cāng)儲(chǔ)工作的不斷提升，特別是大量電商的飛速發(fā)展。更多的企業(yè)開(kāi)始關(guān)注物流系統(tǒng)的創(chuàng)新和改進(jìn)。在物流的最重要環(huán)節(jié)倉(cāng)儲(chǔ)的工作中，自動(dòng)化程度逐漸提高，全新智能的存儲(chǔ)物流系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。伴隨著現(xiàn)代化技術(shù)和科技的發(fā)展，更高效率耕地成本的倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)不斷出現(xiàn)。堆垛機(jī)作為自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)中一個(gè)重要的儲(chǔ)存、移動(dòng)、提取的工具，它是隨著立體智能倉(cāng)庫(kù)的發(fā)展而逐漸出現(xiàn)的新的專用提升設(shè)備。它能能夠自動(dòng)的在倉(cāng)庫(kù)內(nèi)進(jìn)行穿梭運(yùn)動(dòng)，根據(jù)指令存取貨物。 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)就是根據(jù)堆垛機(jī)在企業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用，通過(guò)對(duì)堆垛機(jī)的發(fā)展?fàn)顩r以及分類進(jìn)行詳細(xì)的了解和闡述，然后對(duì)堆垛機(jī)的整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)。同時(shí)針對(duì)堆垛機(jī)的重點(diǎn)零部件門架和載貨臺(tái)進(jìn)行了詳細(xì)的分析計(jì)算，并對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)。根據(jù)任務(wù)書(shū)給定的基本參數(shù)，對(duì)其進(jìn)行了受力、結(jié)構(gòu)、承載都多方面的計(jì)算。最后形成了一個(gè)系統(tǒng)的堆垛機(jī)設(shè)計(jì)。 關(guān)鍵詞： 雙立柱堆垛機(jī)；門架；載貨臺(tái)；設(shè)計(jì)計(jì)算 Abstract In recent years, with the improving of the enterprise management and warehouse work, especially the rapid development of large amounts of electricity. More enterprises begin to pay close attention to the innovation and improvement of logistics system. The most important link in logistics, warehousing, gradually improve the degree of automation, a new intelligent storage logistics system arises at the historic moment. With the development of modern technology, science and technology, higher efficiency of cultivated land cost of storage system appear constantly. Stacker as a important in automated warehouse storage, moving, extraction tool, it is with the development of three-dimensional intelligent warehouse and developed a new special lifting equipment. It can automatically move back and forth movement in the warehouse, according to the instructions to access goods. This graduation design is according to the stacker in the application of enterprise production, based on the development status and classification of stacker understanding and expounds in detail, and then to design the overall structure of the stacker. At the same time for the key parts of the door frame and cargo stacking machines carried on the detailed analysis and calculation, and the structure design. According to the specification given basic parameters, force, structure, carry on the various calculation. Finally formed a system design of stacker. Keywords ：Double column piling machine; The door frame; Cargo units; Design calculation 目 錄 1緒論 1 1.1研究背景及內(nèi)容 1 1.1.1研究背景及意義 1 1.1.2研究的內(nèi)容 2 1.2堆垛機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)概述 2 1.2.1堆垛機(jī)結(jié)構(gòu)的組成和形式 2 1.2.2巷道堆垛機(jī)的特點(diǎn) 2 1.3堆垛機(jī)所受載荷的簡(jiǎn)化方法 3 2堆垛機(jī)門架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算 5 2.1框架的彎矩和撓度 5 2.1.1由于水平載荷產(chǎn)生的彎距 6 2.1.2 由行走車輪的反力產(chǎn)生的彎距 7 2.1.3 有叉取作業(yè)產(chǎn)生的彎矩 8 2.2設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)計(jì)算校核 9 2.2.1框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)如下 9 2.2.2各部分的彎矩 9 2.2.3結(jié)構(gòu)構(gòu)件的彎曲應(yīng)力 10 3堆垛機(jī)伸縮貨叉機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算 11 3.1伸縮貨叉的擾度與強(qiáng)度 11 3.1.1下叉的受力分析計(jì)算 12 3.1.2中叉的受力分析計(jì)算 12 3.1.3前叉的設(shè)計(jì)分析計(jì)算 14 3.2貨叉各參數(shù)的選擇 15 3.3貨叉內(nèi)部零件的選取與校核 15 3.3.1軸承4的選取校核 15 3.3.2齒輪5的選取校核 16 3.3.3鏈輪、鏈條的選取校核 17 3.4貨叉伸縮裝置中的電機(jī)、減速器的選取 18 4堆垛機(jī)行走機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算 20 4.1堆垛機(jī)走行輪的設(shè)計(jì)計(jì)算 20 4.2走行裝置的電機(jī)、減速器的選取 20 5堆垛機(jī)升降機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算 22 5.1升降機(jī)構(gòu)零部件的設(shè)計(jì)計(jì)算 22 5.2升降機(jī)構(gòu)的電機(jī)減速器的選取 22 5.3制動(dòng)器的制動(dòng)容量的設(shè)計(jì) 23 6堆垛機(jī)的安全機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 24 結(jié)論 25 致謝 26 參考文獻(xiàn) 27 附錄 28 第一章 緒 論 作為自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的核心部件，堆垛機(jī)負(fù)擔(dān)著全部出庫(kù)、進(jìn)庫(kù)、盤庫(kù)等任務(wù)。自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的發(fā)展就是以堆垛機(jī)的發(fā)展為主要標(biāo)志。[1] 初期的立體倉(cāng)庫(kù)使用的堆垛機(jī)以橋式起重機(jī)為基礎(chǔ)，這種堆垛機(jī)是從起重機(jī)的大梁上懸掛一個(gè)門架(立柱)，利用門架的上下和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)來(lái)搬運(yùn)貨物。1960年左右，美國(guó)出現(xiàn)了沒(méi)有大梁的巷道式堆垛機(jī)，這種堆垛機(jī)是在地面上的導(dǎo)軌上行走，利用貨架上邊的導(dǎo)軌防止傾倒，或者相反，在上邊的導(dǎo)軌上行走，利用地面的導(dǎo)軌防止傾倒。隨著立體倉(cāng)庫(kù)的發(fā)展，巷道式堆垛機(jī)逐漸代替了橋式堆垛機(jī)。[2] 橋式堆垛機(jī)被淘汰的原因如下： （1） 與巷道式堆垛機(jī)相比，自重很大，必須用比較堅(jiān)固的建筑結(jié)構(gòu)。 （2） 為使堆垛機(jī)的大梁通過(guò)，在倉(cāng)庫(kù)的天栩與貨架之間要有很大的空間。 （3） 堆垛機(jī)的通道寬度大，而且也受大梁的跨度的限制(約為13-23 米)。 （4） 更為重要的是它難以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制等問(wèn)題。 但是，橋式堆垛機(jī)對(duì)重、長(zhǎng)物料的高堆垛可以發(fā)揮其特長(zhǎng)。如當(dāng)前在人工控制的鋼鐵倉(cāng)庫(kù)(盤料、鋼帶、鋼板、棒材、型鋼、管材等)還使用這種堆垛機(jī)，它可以搬運(yùn)長(zhǎng)達(dá)20米，重達(dá)20噸的貨物。 隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了計(jì)算機(jī)控制的堆垛機(jī)，而且，堆垛機(jī)的結(jié)構(gòu)也有了較大的改變。首先，由貨架支撐式改變?yōu)榈孛嬷问?；其次，大、中、小型立體倉(cāng)庫(kù)都有了發(fā)展，雙立柱堆垛機(jī)也隨之誕生，而且逐漸體現(xiàn)出其優(yōu)越性。 巷道式堆垛機(jī)是在所謂高層、高速、高密度儲(chǔ)藏的概念下的產(chǎn)物，它的歷史較短，目前正在發(fā)展之中。但現(xiàn)在差不多己經(jīng)定型，盡管各廠家各有獨(dú)創(chuàng)，結(jié)構(gòu)形式有些差異，但可以說(shuō)大同小異，所有的堆垛機(jī)都不外乎由機(jī)架、載貨臺(tái)、伸縮貨叉、軌道和控制系統(tǒng)等部分組成。 機(jī)架，除輕載荷、低層貨架用單立柱型堆垛機(jī)外，一般都是矩形框架結(jié)構(gòu)。它們的支撐與驅(qū)動(dòng)方式有：上部支撐上部驅(qū)動(dòng)型，下部支撐下部驅(qū)動(dòng)型，下部支撐上下同時(shí)驅(qū)動(dòng)型。另外，還有一種適用于小型立體倉(cāng)庫(kù)的用絲杠螺母驅(qū)動(dòng)的小型堆垛機(jī)。 近年來(lái)，隨著企業(yè)生產(chǎn)與管理的不斷提高，越來(lái)越多的企業(yè)認(rèn)識(shí)到物流系統(tǒng)的改善與合理性對(duì)企業(yè)提高生產(chǎn)率、降低成本非常重要。堆垛機(jī)是自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)中最重要的起重堆垛設(shè)備。本文著重就堆垛機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行初步研究。 1.1研究背景及內(nèi)容 1.1.1研究背景及意義 自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)是物流中的重要組成部分，它是在不直接進(jìn)行人工干預(yù)的情況下自動(dòng)地存儲(chǔ)和取出物流的系統(tǒng)。它是現(xiàn)代工業(yè)社會(huì)發(fā)展的高科技產(chǎn)物，對(duì)提高生產(chǎn)率、降低成本有著重要意義。近年來(lái)，隨著企業(yè)生產(chǎn)與管理的不斷提高，越來(lái)越多的企業(yè)認(rèn)識(shí)到物流系統(tǒng)的改善與合理性對(duì)企業(yè)的發(fā)展非常重要。堆垛機(jī)是自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)中最重要的起重堆垛設(shè)備，它能夠在自動(dòng)化立體的巷道中來(lái)回穿梭運(yùn)行，將位于巷道口的貨物存入貨格；或者相反取出貨格內(nèi)的貨物運(yùn)送到巷道口。 世界主要工業(yè)國(guó)家都把著眼點(diǎn)放在開(kāi)發(fā)性能可靠的新產(chǎn)品和采用高新技術(shù)上，更加注重實(shí)用性和安全性。在堆垛機(jī)方面，我們應(yīng)當(dāng)看到和世界發(fā)達(dá)國(guó)家的差距，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，找出不足，打破傳統(tǒng)思路，推出新的外形和更高性能的堆垛機(jī)。 相信，通過(guò)我們的不斷努力，必能設(shè)計(jì)出高速、安全、可靠性能高的堆垛機(jī)，為增強(qiáng)我國(guó)綜合國(guó)力，為我國(guó)填補(bǔ)一分科技空白。 1.1.2研究的內(nèi)容 在堆垛機(jī)設(shè)計(jì)中將做以下工作： （1） 堆垛機(jī)的門架的設(shè)計(jì)計(jì)算； （2） 堆垛機(jī)的貨叉伸縮機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算； （3） 堆垛機(jī)的行走機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算； （4） 堆垛機(jī)的升降機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算； （5） 堆垛機(jī)的安全機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算。 1.2堆垛機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)概述 1.2.1堆垛機(jī)結(jié)構(gòu)的組成和形式 堆垛機(jī)結(jié)構(gòu)主要有三個(gè)機(jī)構(gòu)組成： （1） 升降機(jī)構(gòu)有電動(dòng)機(jī)、制動(dòng)器、減速器、卷筒、鋼絲繩及防落安全裝置組成。升降機(jī)構(gòu)的工作速度一般控制在15m/min以內(nèi)。 （2） 行走機(jī)構(gòu)有電動(dòng)機(jī)、聯(lián)軸節(jié)、制動(dòng)器、減速器和行走輪組成。在其頂部設(shè)置導(dǎo)向輪沿固定在貨架上弦的導(dǎo)軌導(dǎo)行。下部裝有水平導(dǎo)輪沿貨架下部的水平導(dǎo)規(guī)導(dǎo)行。行走機(jī)構(gòu)的工作速度依據(jù)巷道長(zhǎng)度和物料出入庫(kù)頻率而定，正常工作速度控制在10~60m/min，設(shè)計(jì)時(shí)選取50m/min。 （3） 貨叉伸縮機(jī)構(gòu)是堆垛機(jī)的取放物料裝置，它有前叉、中間叉、固定叉、驅(qū)動(dòng)齒輪等組成。貨叉伸縮機(jī)構(gòu)的工作速度控制在15m/min，最高可達(dá)30m/min，設(shè)計(jì)時(shí)選取20m/min。 （4） 載荷要求500Kg以上。 1.2.2巷道堆垛機(jī)的特點(diǎn) 由于使用場(chǎng)合的限制，巷道堆垛機(jī)在結(jié)構(gòu)和性能方面有以下特點(diǎn)：[1] （1） 整機(jī)結(jié)構(gòu)高而窄，其寬度一般不超過(guò)儲(chǔ)料單元的寬度，因此限制了整機(jī)布置和結(jié)構(gòu)選型。 （2） 金屬結(jié)構(gòu)件除應(yīng)滿足強(qiáng)度和剛度要求外，還要有較高的制造和安裝精度。 （3） 采用專門的取料裝置，常用多節(jié)伸縮貨叉或貨板機(jī)構(gòu)。 （4） 各電氣傳動(dòng)機(jī)構(gòu)應(yīng)同時(shí)滿足快速、平穩(wěn)和準(zhǔn)確。 （5） 配備可靠的安全裝置，控制系統(tǒng)應(yīng)具有一系列連鎖保護(hù)措施。 1.3堆垛機(jī)所受載荷的簡(jiǎn)化方法 堆垛機(jī)的機(jī)架有立柱、上下梁組成，整機(jī)結(jié)構(gòu)高而窄。堆垛機(jī)工作時(shí)，將受到載貨臺(tái)、貨物的鉛垂作用，行走、制動(dòng)和加減速的水平慣性力作用以及起吊時(shí)的沖擊載荷作用；某些特殊環(huán)境下，還要受到風(fēng)力的作用。堆垛機(jī)每完成一個(gè)工作循環(huán)，以上載荷將重復(fù)出現(xiàn)一次。因次，堆垛機(jī)所受的是交替變化的載荷。為了保證堆垛機(jī)安全可靠的工作，其剛結(jié)構(gòu)部分的強(qiáng)度與剛度計(jì)算是必不可少的。 在此，就堆垛機(jī)所受載荷簡(jiǎn)化的基本方法作一說(shuō)明。[1] （1）起重重量P 實(shí)際起重重量包括吊具重量和額定重量之和，用S表示。考慮到貨物正常起吊時(shí)的動(dòng)載沖擊作用，則設(shè)計(jì)起重重量P= S 式中，稱為沖擊系數(shù)，與堆垛機(jī)分類有關(guān)： 1類 =1. 1 2類 =1.25 3類 =1.4 4類 =1.6 （2）水平載荷S 堆垛機(jī)沿水平方向加減速行走或旋轉(zhuǎn)時(shí)，必然存在與其加速度有關(guān)的水平慣性力。即S=S 式中，稱為動(dòng)載荷系數(shù)，由于加速度的不確定性，一般用額定速度v來(lái)確定。 水平行走時(shí) =0.0005v； 旋轉(zhuǎn)時(shí) =0.0004v. （3）風(fēng)力載荷S 風(fēng)力載荷S為風(fēng)壓力q與受風(fēng)面積的乘機(jī)，即S=qA 堆垛機(jī)工作時(shí)，風(fēng)壓力 q=1742.7 非工作狀態(tài)，風(fēng)壓力 q=148.1 式中，h為吊具高度，單位取mm （4)起吊沖擊載荷S 在正常情況下，起吊貨物的加速度可能很大，這時(shí)的沖擊載荷很大，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)另行考慮。 （5）載荷狀態(tài) 堆垛機(jī)工作時(shí)，其承載能力是上述各種載荷與自重S的不同組合： A 正常工作狀態(tài)：M（S+S+ S） B 特殊工作狀態(tài)：M（S+ S+ S）+ S C 起吊工作狀態(tài)：S+ S+ S D 停止：S+ S 以上各式中，M稱為作業(yè)系數(shù)，與堆垛機(jī)的分類有關(guān)： 1類 M=1.0； 2類M=1.05； 3類M=1.1；4類M=1.20 2 堆垛機(jī)門架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算 門架是堆垛機(jī)的主要結(jié)構(gòu)物，有單柱式和矩形框架式。按支承方式，又可分為安裝在貨架上的上部支承式和安裝在地面上的下部支承式。不論哪種型式都帶有伸縮貨叉和人工駕駛室（有時(shí)也沒(méi)有）的貨合。升降臺(tái)沿立柱升降，同時(shí)靠地上和頂上的導(dǎo)軌保持走行穩(wěn)定和支持貨叉伸出進(jìn)行裝卸作業(yè)時(shí)的翻轉(zhuǎn)彎矩。 在門架上安裝有卷?yè)P(yáng)、走行等機(jī)械裝置，以及配置有電氣控制開(kāi)關(guān)、控制裝置、配線等。下部支承式的集中放在門架下部。 由于行走起動(dòng)、停止及加減速時(shí)產(chǎn)生的慣性力，門架在通道的縱向發(fā)生撓曲，整個(gè)門架成為振動(dòng)體，其柱端的振動(dòng)較大。同樣，在通道的直角方向，立柱由于貨叉作業(yè)時(shí)的彎矩作用而發(fā)生彎曲，使伸長(zhǎng)著的伸縮叉的前端的撓度增大。 柱端振動(dòng)和貨叉前端的撓度超過(guò)極限，就成為堆垛機(jī)自動(dòng)定位的障礙，所以門架應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和撓度小的適當(dāng)剛度。 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)選取雙立柱下部支承式門架進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算。 2.1框架的彎矩和撓度 堆垛機(jī)的矩形門架是超靜定結(jié)構(gòu)。堆垛機(jī)門架的設(shè)計(jì)計(jì)算參數(shù)[3] Q——上梁及附件重量 Q——貨臺(tái)、貨物、附件及搭乘人員的總重量 Q——電氣控制盤的重量 Q——卷?yè)P(yáng)裝置的重量 Q——柱的單位長(zhǎng)度的平均重量 作用在門架上的慣性力： H=（/g）Q及 qh/g (:減速度，g =9.8米 /秒) h~h——下梁中心線分別到Q~ Q的中心高度 l——立柱的中心距 I——立柱AB、DC的斷面慣性距 ——上梁與下梁端部的偏轉(zhuǎn)角 R——因構(gòu)件兩端變位產(chǎn)生的彎距 E——縱彈性模量 C——由構(gòu)件的中間載荷在杠端產(chǎn)生的彎距，稱為載荷項(xiàng)。 K= I/ h——立柱的剛度 K=I/l——上下梁的剛度 n=K/ K——?jiǎng)偠缺? M——彎距 2.1.1由于水平載荷產(chǎn)生的彎距 作出作用于框架結(jié)構(gòu)的慣性力圖解[3]： 圖2-1框架結(jié)構(gòu)的受力分析 圖2-1(a) 列出角變位移方程： M= M= M=2EK M=2EK M=2EK+C M=2EK-C M=2EK M=2EK 其中載荷項(xiàng)： C=（1/h）[H h(h-h)+Hh( h- h)]+q h/12g C=（1/h）[H h(h-h)+Hh( h- h)]+q h/12g 有節(jié)點(diǎn)的彎距平衡方程式： M+ M=0 M +M=0 M+ M=0 M+ M=0 由隔離體靜力平衡方程式： M +M+ M +M+H h +H h+ Hh+ q h/2g=0 +++=4 R+（n/6EK）(C- C-H h-H h- Hh-q h/2g) 有上面各式，可先求出、、、、 R再帶入可求出 上下梁內(nèi)力——M M、M 、M； 、 立柱內(nèi)力——M = -M、M= - M M= - M、 M= - M 圖2-1(b) 列出角變位移方程式： M=2EK（2+-3R）-C M=2EK（2+-3R）+C M=2EK (2+) M=2EK (2+) M =2EK（2+-3R） M=2EK（2+-3R） M=2EK (2+) M=2EK (2+) 固端彎距（載荷項(xiàng)） C=（1/h）Hh(h-h)+ q h/12g C=（1/h）Hh(h-h)+ q h/12g C =C=C=C=C=C 有節(jié)點(diǎn)的彎距平衡方程式： M+ M=0 M+ M=0 M+M=0 M+ M=0 有隔離體靜力平衡方程式： +++=4R+(n/6EK)( C -C- Hh -q h/2g)=0 解上面各式，可先求出、、、、R。 再求出上下梁及立柱的內(nèi)力 有水平載荷產(chǎn)生的彎距，可由圖(a) 圖(b)疊加得出： M= M+ M M= M+ M M= M+ M M= M+ M 又有節(jié)點(diǎn)方程式可得 M= -M M= -M M= -M M= -M 門架立柱端部的線變位 ： =+=h(R+R) 2.1.2由行走車輪的反力產(chǎn)生的彎距 受力分析圖2-2如下[3]： 圖2-2 列出角變位移方程式： M=2EK（2+） M=2EK（2+） M=2EK（2+） M=2EK（2+） M=2EK（2+） M=2EK（2+） M=2EK（2+）+C M=2EK（2+）-C 固定端彎距： C=V =n (2+n) C/2EK (n+1)(n+3) = -nc/2EK (n+1)(n+3) = - = - M= [1/ (n+1) (n+3)] [(2n+3)] M= [1/ (n+1) (n+3)] (n) M= [1/ (n+1) (n+3)] [n (n+2)] 在此，M= - M M= - M M= - M M= - M V——走行車輪的反力，按1/2（堆垛機(jī)總重量+載重）求出。 2.1.3 有叉取作業(yè)產(chǎn)生的彎矩 由于貨叉作業(yè)，在門架上及與走行方向成直角的方向增加了彎矩，產(chǎn)生了擾度。但是，此彎矩相比前兩種相差很大，而且不會(huì)在貨叉伸出的情況下走行，所以可以認(rèn)為最大彎矩為M和M合成的彎矩。 2.2設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)計(jì)算校核 2.2.1框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)如下 上下梁（槽鋼200*90*8，I=8360厘米） 立柱（290*7.9矩形鋼管44角鋼，I=19014厘米） l=3m h=20m h=18m h=2m h=1m a=0.5m Q=350kg Q=2300kg Q=400kg Q=400kg q=0.85kg/cm /g=0.1 H=0.1Q 堆垛機(jī)總重量（自重+載重）=8000kg 載重增加25%作為試驗(yàn)載荷，為1500*（1+25%）=1875kg 根據(jù)1.1.3的討論，關(guān)于載荷的補(bǔ)加系數(shù)，對(duì)堆垛機(jī)的沖擊系數(shù)=1.4，作業(yè)系數(shù)M*=1.1。則載荷組合為M*（S+S+S）。 2.2.2各部分的彎矩 n=K/K=Ih/Il=2.73 固定端彎矩： C=24.9Nm C=28.6 Nm C=57.4 Nm C=34.5 Nm R=R+R=0.0018+0.00075=0.00255 行走停止時(shí)產(chǎn)生振動(dòng)的立柱上端的線變位： =17800.00255=4.54cm (注：值容許范圍一般在2.5—5cm,符合要求) 由水平載荷產(chǎn)生的各部分的彎矩： M=M*（M+M）=1.1（186.5+76.5）=289.4 Nm M= M*(M+M) =1.1(170.7+73.4)=266.1 Nm M= M*(M+M) =1.1(178.2+73.4)=276.8 Nm M= M*(M+M) =1.1(176.2+75)=276.3 Nm 由行走輪的反力產(chǎn)生的各部分的彎矩： V=M*(8000-2300-2300)/2=4906kg 固端彎矩： C=490645=220. 8Nm 因此： M=87.4 Nm M=28.2 Nm M=133.4 Nm 最大彎矩： M= -289.4+87.4= -201 Nm M= -266.1+28.2= -237.9 Nm M=266.1-28.2=237.9 Nm M=276.8+28.2=305.0 Nm M= -276.8-28.2= -305.0 Nm M= -276.3-87.4= -363.7 Nm M=276.3+133.4=409.7 Nm M=289.4-133.4=156.0 Nm 2.2.3結(jié)構(gòu)構(gòu)件的彎曲應(yīng)力 上下梁的斷面系數(shù)Z=498 cm，柱的斷面系數(shù)Z=789cm 則： = -2560N/cm = -3010N/cm =4780 N/cm =613 N/cm = -3870 N/cm = -4610 N/cm =8230 N/cm =2870 N/cm 隨著堆垛機(jī)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，這些應(yīng)力交變出現(xiàn)，在下梁A和D點(diǎn)產(chǎn)生最大應(yīng)力振幅。如用應(yīng)力比法，則K= -2870/8230= -0.35，按切口分類為a，可查出疲勞許用應(yīng)力為12500 N/cm。故能滿足上述彎曲應(yīng)力條件。[3] 3 堆垛機(jī)伸縮貨叉機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算 貨叉是堆垛機(jī)中最主要的部分，所設(shè)計(jì)的貨叉是三節(jié)伸縮式貨叉，即由上叉、中叉、下叉以及導(dǎo)向滾子等構(gòu)成的貨叉。它主要由電機(jī)、減速器、鏈輪、鏈條、齒輪、齒條、下叉、中叉、上叉、軸承等組成。如圖3-1所示。 圖3-1 貨叉 下叉1側(cè)面裝有軸承4并固定在載貨臺(tái)的臺(tái)架上，中叉2的下板與工字行導(dǎo)軌相連，上叉4的頂板與立板相連,在立板上裝有軸承4.貨叉電機(jī)通過(guò)鏈輪鏈條帶動(dòng)齒輪5旋轉(zhuǎn)，齒輪帶動(dòng)齒條及中叉2運(yùn)動(dòng),同時(shí)中叉2中的鏈輪7通過(guò)鏈條帶動(dòng)上叉3沿著中叉2中的工字行導(dǎo)軌運(yùn)行。中叉可在齒輪、齒條或鏈輪、鏈條的驅(qū)動(dòng)下從中叉的中點(diǎn)，向前或向后移動(dòng)大約自身長(zhǎng)度的一半，上叉可從中叉的中點(diǎn)，向前或向后伸出比自身稍長(zhǎng)的長(zhǎng)度。 3.1伸縮貨叉的擾度與強(qiáng)度 圖3-2 貨叉撓度 所設(shè)計(jì)的貨叉是指貨叉插入貨架中的部分，應(yīng)以厚度盡量薄，同時(shí)叉前端的擾度控制在最小，作為設(shè)計(jì)的目標(biāo)。 貨叉各參數(shù)如下：: W——載荷 I、I 、I—— 分別為下叉，中叉，上叉的重力方向的慣性矩 E——材料的縱彈性系數(shù) 3.1.1下叉的受力分析計(jì)算： 如圖3-3，假設(shè)l為不變形部分的長(zhǎng)度 . 圖3-3 下叉受力分析圖 P=W l/b ,ax l時(shí)的彎矩為 M= - P(x-a) i=i-dx= i- [+(x-a)] 式(3.1) = ix-dx= ix-[+(x-a)] 式(3.2) 當(dāng)x= i時(shí), =0 i= -( i+b) 式(3.3) 將(3.3)代入(3.1),x=l時(shí)c點(diǎn)的傾角與為 t= - = -l 3.1.2中叉的受力分析計(jì)算 圖3-4,因載荷W的作用,在b間產(chǎn)生反力P，P, 設(shè)點(diǎn)的傾角為i，擾度為 圖3-4 中叉的受力分析 M= Px=x = -= - i== -+i 式(3.4) = -+ ix+ 式(3.5) 因x=b時(shí)，=0, =0 則 i= 式(3.6) 將(3.6)代入(3.4),求x=b時(shí)的傾斜角 i= - = - 圖3-5,把b段作為剛性,c點(diǎn)作為固定端考慮,并設(shè)由于W在中叉產(chǎn)生的反力為P和P， 而由這些反力作用在叉子前端產(chǎn)生的擾度為和，則 圖3-5 中叉的撓度分析圖 M= - P(x-d)+ Px P=W P=W = -dx= -[ Px- P(x-d)] 在x=l時(shí)， = -[(e+d) l-e(l-d)] 其次i= -dx= -] 當(dāng)x=l時(shí)， i= -[-e(l-d)+( e+d)l] 所以 = i(l-l) 3.1.3前叉的設(shè)計(jì)分析計(jì)算 載荷W在d區(qū)間產(chǎn)生的反力有P，P，在E點(diǎn)的傾斜角為i， 擾度為受力分析如下： 圖3-6前叉的受力分析 則 M=x = -= - - i== -+i 式(3.7) = -+ix+ 式(3.8) 當(dāng)x=d時(shí), =0, =0 , i= 式(3.9) 將（3.9）代入（3.7），當(dāng)x=d時(shí) i= - = -(l-l) 因此，設(shè)載貨臺(tái)和立柱為剛性時(shí)，伸縮貨叉工作的總擾度為： Δ=++++ （注）當(dāng)托盤貨架進(jìn)深為110厘米時(shí)，Δ值應(yīng)控制在10~15毫米。 3.2貨叉各參數(shù)的選擇 a=65cm b=40cm c=20cm d=40cm e=15cm l=100cm l=60cm l=75cm l=120cm 故可取上叉、下叉、中叉長(zhǎng)為： L= l=25=110cm L=b+c+d+25=110cm L= l-c+ 25=110cm 上叉為板狀，并取其寬也為110cm，厚度取10cm,其余數(shù)據(jù)見(jiàn)裝配圖上標(biāo)注。因各數(shù)據(jù)取值都較大，故能滿足條件。 3.3貨叉內(nèi)部零件的選取與校核 3.3.1軸承4的選取校核 [4] 設(shè)計(jì)選取貨叉伸縮機(jī)構(gòu)的工作速度為：10m/min 則每各軸承所承受的壓力為：F=150010/4=3750N 轉(zhuǎn)速為：n=10000r/d (r/min)，取C=110 則 d=C=110 =16.2mm 取d=20mm, 則n=10000/20=159.2r/min 查表7-2-52，選擇深溝球軸承，代號(hào)為6404 其基本參數(shù)為：d=20mm D=72mm B=19mm c=31.0KN c=15.2KN 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。 3.3.2齒輪5的選取校核 [4] （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 （2）初步計(jì)算傳動(dòng)尺寸：軟齒面開(kāi)式傳動(dòng) d= 1）轉(zhuǎn)矩T=9.55P/n=162.43d Nmm 2）設(shè)計(jì)時(shí)，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Z2= 則得重合度=[1.88-3.2（1/ Z+1/ Z）]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)力為：[= 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(dòng)尺寸 1）計(jì)算載荷系數(shù) 取使用系數(shù)K=1.0 因此V= 取動(dòng)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)Kα=1.2 故K= K K K Kα=1.53 2）對(duì)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：.取壽命系數(shù)：Y.取安全系數(shù)：S 故 [ =1.0 則 ==4.29MPa〈176MPa=[ 故能滿足齒根彎曲疲勞極限設(shè)計(jì)合理。 3.3.3鏈輪、鏈條的選取校核 [4] 設(shè)軸徑：d=80mm，鏈傳動(dòng)比：i=1 鏈速： n=V=159.2r/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： 由此，可選取滿足條件的08A鏈，P=12.7mm （3）定鏈長(zhǎng)、中心距 初定中心距a=40p，則鏈節(jié)數(shù)： L=101節(jié) 鏈長(zhǎng)： L=LP/1000=10112.7/1000=1.28m 中心距： a==508mm 中心距調(diào)整量： 實(shí)際中心距： （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： 取d=16mm，取輪徑D=80mm 計(jì)算結(jié)果總匯： 鏈條規(guī)格：08A單排鏈，101節(jié)，長(zhǎng)1.28米 大小輪齒數(shù)都為：21，中心距： 壓軸力：F，軸徑：d=16mm，輪徑：D=80mm。 3.4貨叉伸縮裝置中的電機(jī)、減速器的選取[5] 齒輪5的轉(zhuǎn)速為： 可取齒輪5與減速器的外端接口傳動(dòng)比：i=3. 且齒輪傳動(dòng)所需功率為： P=FV=（1500+2300） 則可選擇電機(jī)型號(hào)為：Y250M-6，額定功率為：37KW，轉(zhuǎn)速為：980r/min，效率為：90.8%，實(shí)際功率：90.8%>8KW 安裝型式選取B3，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)機(jī)座號(hào)為250M65。 為此，減速器的傳動(dòng)比為：i=980/23.78 則選取減速器型號(hào)為ZLY（低速級(jí)中心距）180。 第四章 堆垛機(jī)行走機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算 首先，堆垛機(jī)的驅(qū)動(dòng)型式設(shè)計(jì)成“下部支承下部驅(qū)動(dòng)型”，該型式的走行裝置安裝在下梁上，通過(guò)減速裝置驅(qū)動(dòng)走行輪，走行輪支承堆垛機(jī)的全部重量，在單軌上走行。 4.1 堆垛機(jī)走行輪的設(shè)計(jì)計(jì)算 走行輪有主動(dòng)輪與從動(dòng)輪各1個(gè)，由于堆垛機(jī)在操作貨叉時(shí)的反作用力會(huì)對(duì)走行輪產(chǎn)生側(cè)壓，為了防止走行輪由于側(cè)壓脫軌與走行中的爬行現(xiàn)象，需安裝側(cè)面導(dǎo)輪驅(qū)動(dòng)輪的末端齒輪采用輪軸直接連接的驅(qū)動(dòng)方式。 走行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） 且K=（kg/cm） 式中，P—允許載重量（kg） D—車輪的踏面直徑（cm） B—鋼軌寬（cm） r—鋼軌頭部的圓角半徑（cm） K—許用應(yīng)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=90m/min 則 K===36.4（kg/cm） P=()/4 =(350+2300+400+400+0.85+350)/4=7200/4=1800kg 則代入上式可得：D=8.2cm，則車輪的軸徑為d=11.2mm 取d =50mm,車輪直徑可適當(dāng)取大為D=100mm 則走行輪的轉(zhuǎn)速為n=901000/100=287r/min 軸上的軸承選取型號(hào)為61810，基本尺寸為：d=50mm, D=65mm, B=7mm. 4.2 走行裝置的電機(jī)、減速器的選取 走行裝置在額定速度下必需的功率為： P=（KW） 其中， 式中，—走行阻力 d—走行輪軸的直徑 —摩擦系數(shù) f—滾動(dòng)摩擦系數(shù) Q—堆垛機(jī)的總重量 由此，求得P= 則可選取電機(jī)型號(hào)為Y200L1-2，轉(zhuǎn)速為2950r/min,額定功率為30KW，效率為90%，且3090%=27，可選。 安裝型式選取B3，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)機(jī)座號(hào)為200L55。 為此，減速器的傳動(dòng)比為i=2950/287=10.28， 則可選取減速器標(biāo)準(zhǔn)型號(hào)為ZLY（低速級(jí)中心距）200。 第五章 堆垛機(jī)升降機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算 升降機(jī)構(gòu)采用鋼絲繩卷筒裝置結(jié)構(gòu)，用鋼絲繩作柔性件，質(zhì)量輕，工作安全，噪聲小，其傳動(dòng)裝置一般裝在下部。卷筒為帶溝的圓筒，鋼絲繩在溝內(nèi)纏繞的方向與纏入溝內(nèi)的鋼絲繩方向之間的角度不超過(guò)4度。 升降機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)傳動(dòng)鏈：電機(jī)-聯(lián)軸器-減速器-卷筒-鋼絲繩-貨臺(tái)。 5.1 升降機(jī)構(gòu)零部件的設(shè)計(jì)計(jì)算 定滑輪的軸徑與輪徑的設(shè)計(jì)計(jì)算： 則對(duì)定滑輪n=100020/3.14d, p=(1500+2300)10/4=9500N 則 mm 選取滑輪的軸徑d=50mm，輪徑D=100mm 則滑輪的轉(zhuǎn)速n=127.39r/min 選取卷筒的直徑為D=200mm,卷筒的軸徑取為d=85mm 則卷筒的轉(zhuǎn)速n= nD/ D=63.7r/min 每根鋼絲繩所承受的拉力為F=(1500+2300)10/4=9500N=9.5KN 則手選鋼絲繩為第二組619（a）類。 選取鋼絲繩公稱直徑為6mm，公稱抗拉強(qiáng)度為1570MPa 鋼芯鋼絲繩的最小破斷拉力為20.10KN>9.5KN,滿足要求。 5.2 升降機(jī)構(gòu)的電機(jī)減速器的選取 將載荷W+貨臺(tái)的自重G以速度v米/分提升時(shí)的功率為： =KW 由此，選取電機(jī)型號(hào)為Y315S-10，額定功率為55KW，效率為92%， 轉(zhuǎn)速為590r/min,選取安裝型式為B3，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)機(jī)座號(hào)為315S75。 則減速器的傳動(dòng)比為i=590/63.7=9.25 減速器的型號(hào)為ZLY（低速級(jí)中心距）180。 5.3 制動(dòng)器的制動(dòng)容量的設(shè)計(jì) 在堆垛機(jī)上使用的制動(dòng)器，在走行裝置上作走行減速與停止之用。在升降方面用來(lái)使運(yùn)動(dòng)中的載荷減速并在停止后保持安全，必須有足夠的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。一般規(guī)定，提升裝置的制動(dòng)器的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩應(yīng)為相當(dāng)于額定載重量的貨物被吊起時(shí)的最大轉(zhuǎn)矩值的1.5倍以上，但一般在走行方面的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩值為電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩的100%即可。 6 堆垛機(jī)的安全機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 堆垛機(jī)的立柱高度高達(dá)20米，載貨臺(tái)升降速度也達(dá)到20米/分，而載貨臺(tái)是沿堆垛機(jī)立柱的升降導(dǎo)軌上下運(yùn)行的承載結(jié)構(gòu)，上有貨叉機(jī)構(gòu)、司機(jī)室等，其升降運(yùn)行靠卷筒系統(tǒng)。為了保證堆垛機(jī)正常工作，確保載貨臺(tái)上人員、貨物的安全，載貨臺(tái)都必須裝有安全機(jī)構(gòu)。 巷道堆垛機(jī)安全機(jī)構(gòu)的作用是：當(dāng)載貨臺(tái)發(fā)生斷繩事件時(shí)，能自動(dòng)可靠的將載貨臺(tái)停止，避免發(fā)生溜車或墜車事故。因此，對(duì)這種安全機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求是靈敏度高、作用可靠、沖擊小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝方便。 本文設(shè)計(jì)一種帶柔性裝置的堆垛機(jī)夾軌機(jī)構(gòu)。 其設(shè)計(jì)要點(diǎn)是：在楔快結(jié)構(gòu)中加入滾珠，它在夾軌塊和固定塊之間的關(guān)滑槽內(nèi)滾動(dòng)，還需滾珠盒用于固定滾珠軸，它與固定塊之間的相對(duì)位置由調(diào)節(jié)螺栓調(diào)整并用聯(lián)接彈簧相連。 當(dāng)斷繩時(shí)，兩夾軌塊上移，并和立柱導(dǎo)軌兩面吸合，同時(shí)又和固定塊接觸并行成楔塊作用，在楔塊作用下壓緊導(dǎo)軌，產(chǎn)生摩擦阻力使載貨臺(tái)停止下降。加入滾珠后，夾軌作用后壓力達(dá)到最大時(shí)，夾軌塊連同載貨臺(tái)以恒壓值在導(dǎo)軌上平面滑動(dòng)一個(gè)位移而停止，因而載貨臺(tái)沖擊明顯減少，導(dǎo)軌上的局部擠壓力和磨損情況大大改善。 具體尺寸詳見(jiàn)安全機(jī)構(gòu)裝配圖。[8] 結(jié)論 本次“雙立柱巷道堆垛機(jī)機(jī)械部分的設(shè)計(jì)”從門架設(shè)計(jì)以及幾個(gè)主要重點(diǎn)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)著手，分析了堆垛機(jī)的運(yùn)行機(jī)理。論文首先從堆垛機(jī)的特點(diǎn)及組成形式開(kāi)始，接著分析門架的受力情況及推導(dǎo)出門架的彎矩及撓度關(guān)系式，再設(shè)計(jì)出數(shù)據(jù)進(jìn)行校核，最終設(shè)計(jì)出了滿足承受重載的雙立柱門架。 詳細(xì)重點(diǎn)設(shè)計(jì)了貨叉伸縮機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，首先分析貨叉的受力圖，并推導(dǎo)出彎矩?fù)隙裙?，設(shè)計(jì)出貨叉的外部結(jié)構(gòu)尺寸，接著又設(shè)計(jì)校核了貨叉內(nèi)部零件的尺寸，最終設(shè)計(jì)出了滿足條件、靈活、適用、簡(jiǎn)捷、方便的貨叉結(jié)構(gòu)，并選取出適宜的電機(jī)、減速器；介紹了堆垛機(jī)的升降機(jī)構(gòu)和行走機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算，并確定了尺寸及電機(jī)、減速器的選??；最后，設(shè)計(jì)出了一種體積小、靈敏度高、動(dòng)作可靠、帶柔性裝置的堆垛機(jī)安全機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案，并給出詳細(xì)尺寸及夾軌原理。 該雙立柱式堆垛機(jī)應(yīng)用于重載荷、高層貨架的自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)中，是自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)中用來(lái)取貨堆垛的核心設(shè)備。 致謝 能順利完成本次畢業(yè)論文設(shè)計(jì)，首先與我的導(dǎo)師的悉心教導(dǎo)分不開(kāi)的，在此，我先向老師致以我深深的謝意！ 本次論文設(shè)計(jì)從論文的選題、撰寫、修改直到打印完成自始自終都是在老師的悉心指導(dǎo)和勉勵(lì)下完成的。老師淵博的學(xué)識(shí)、敏銳的思維、民主而嚴(yán)謹(jǐn)?shù)淖黠L(fēng)使我受益非淺；毛老師一絲不茍的鉆研精神，嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的治學(xué)態(tài)度，執(zhí)著忘我的工作作風(fēng)，獨(dú)樹(shù)一幟的思維方式，無(wú)時(shí)無(wú)刻不在影響著我，讓我終身難忘。她的言傳身教，將永遠(yuǎn)指導(dǎo)著我今后的學(xué)習(xí)和工作。 感謝圖書(shū)館、資料室、微機(jī)室的各位老師的關(guān)心和幫助。 感謝機(jī)械教研室的諸位老師，在進(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)撥是我今日點(diǎn)滴知識(shí)的來(lái)源。 還要感謝我的學(xué)友和朋友對(duì)我的關(guān)心和幫助，他們的啟發(fā)和友愛(ài)互助的精神給予我論文寫作極大的幫助。 最后，再次向他們表示忠心的感謝！ 參考文獻(xiàn) [1]．吉國(guó)宏.自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)—堆垛機(jī)設(shè)計(jì)[M]：北京：中國(guó)鐵道出版社，1979. 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