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燕 山 大 學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告 課題名稱：自動(dòng)化立體倉庫堆垛機(jī)設(shè)計(jì) 學(xué)院（系）：里仁學(xué)院 年級專業(yè)：08級機(jī)電2班 學(xué)生姓名：張仕進(jìn) 指導(dǎo)教師：邊輝 完成日期：2011年3月22日 一、綜述本課題國內(nèi)外研究動(dòng)態(tài)，說明選題的依據(jù)和意義 隨著科技的進(jìn)步，社會的發(fā)展，物流技術(shù)的應(yīng)用日益廣泛，以自動(dòng)化立體倉庫為代表的現(xiàn)代物流技術(shù)得到了長足的發(fā)展。 自動(dòng)化立體倉庫是指在不直接進(jìn)行人工處理的情況下，自動(dòng)地完成物品倉儲和取出的系統(tǒng)，它以高層立體貨架為主題，以堆垛機(jī)為首的搬運(yùn)設(shè)備為基礎(chǔ)，是集自動(dòng)控制技術(shù)、通信技術(shù)、機(jī)電技術(shù)于一體的高效率，大容量儲存機(jī)構(gòu)。 堆垛機(jī)則是隨著立體倉庫出現(xiàn)并發(fā)展起來的專用起重機(jī)，是立體倉庫最重要的起重運(yùn)輸設(shè)備，可大大提高空間面積和空間利用率，是自動(dòng)化倉庫的主要設(shè)備，是代表立體倉庫的特征標(biāo)志。 早起的堆垛機(jī)是在橋式起重機(jī)基礎(chǔ)上發(fā)展起來，通過在起重車上懸掛一門架，利用貨叉在立柱上運(yùn)動(dòng)旋轉(zhuǎn)運(yùn)輸貨物，稱為橋式堆垛機(jī)。1960年左右在美國出現(xiàn)了巷道式堆垛機(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，或者相反，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，巷道式堆垛機(jī)逐漸替代了橋式堆垛機(jī)。隨著現(xiàn)代社會計(jì)算機(jī)技術(shù)和微電子技術(shù)的日益發(fā)展，堆垛機(jī)的結(jié)構(gòu)性能也有了較大的改變，承載能力大幅度加強(qiáng)，自動(dòng)化性能更加提高，應(yīng)用更為廣泛。 自動(dòng)化立體倉庫的使用能夠產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。通過高層化貨架儲存，合理的使用了存儲空間，提高了空間利用率，使存儲空間向高空發(fā)展；通過自動(dòng)化技術(shù)，加速了了存儲的處理和運(yùn)行速度，提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低了工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，減少了勞動(dòng)力；自動(dòng)化立體倉庫結(jié)合計(jì)算機(jī)的管理，能夠充分保證先進(jìn)先出的合理作業(yè)，防止物品的腐蝕，老化，使作業(yè)效率明顯提高；結(jié)合通過計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)和控制，能夠準(zhǔn)確的對各種存儲物品信息進(jìn)行管理，有效地提高了倉庫的管理能力和存儲能力，便于清點(diǎn)和盤庫，合理安排庫存，節(jié)約資金；由于自動(dòng)化的應(yīng)用，使各種危害人體的有毒，易爆，低溫，黑暗，污染等特殊物品能夠在保證人員安全的情況下得到合理安全的存儲。 美國學(xué)者J.A.White將自動(dòng)化立體倉庫的發(fā)展分為五個(gè)階段，人工倉儲階段。機(jī)械化倉儲階段、自動(dòng)化倉儲階段、集成化倉儲階段和智能化倉儲階段。目前隨著現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，柔性制造系統(tǒng)（Flexible Manufacturing System）、計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（Computer Integrated Manufacturing System）和工廠自動(dòng)化（Factory Automation）在自動(dòng)化倉庫領(lǐng)域中廣泛的應(yīng)用，系統(tǒng)柔性化和靈活的傳輸設(shè)備是倉儲自動(dòng)化的趨勢，智能化倉儲雖然還處于初級發(fā)展階段，但它將是未來自動(dòng)化立體倉庫主要的發(fā)展方向。 現(xiàn)今國內(nèi)外研究的主要現(xiàn)狀是： 1， 自動(dòng)化程度不斷提高，PLC技術(shù)在立體倉庫中運(yùn)用的比重不斷增加。普遍性的使用掃描技術(shù)，使信息的傳遞速度和準(zhǔn)確性得到提高。 2， 大型自動(dòng)化倉庫不再是發(fā)展方向，為了適應(yīng)發(fā)展趨勢，規(guī)模小，反應(yīng)快，用途廣的中小型自動(dòng)化倉庫得到了發(fā)展，它結(jié)合先進(jìn)的控制技術(shù)，應(yīng)用到分段輸送和按預(yù)定路線輸送，保證了高度的柔性和生產(chǎn)率，滿足現(xiàn)代工業(yè)實(shí)用性和安全性的要求 3， 堆垛機(jī)方面，不斷改進(jìn)并推出外形優(yōu)化，性能更高的新型設(shè)備，通過不斷提高的電子技術(shù)，機(jī)械技術(shù)和控制技術(shù)，使堆垛機(jī)具有更好的探索能力，更快的速度和更精準(zhǔn)的定位。 4， 貨架采用了裝配式結(jié)構(gòu)，高層化，有利于批量生產(chǎn)，降低生產(chǎn)成本，提高精度，便于現(xiàn)場安裝和調(diào)試。在高度較大的立體倉庫中，分上下兩層，分別使用巷道式堆垛機(jī)進(jìn)行搬運(yùn)作業(yè)的方法提高出入庫能力。 5， 通過計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)倉庫與堆垛機(jī)等搬運(yùn)設(shè)備，倉庫與倉庫之間的聯(lián)網(wǎng)，有效地對了解堆垛機(jī)等的狀態(tài)，合理性的進(jìn)行物流管理。 6， 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷提高，人工智能技術(shù)專家系統(tǒng)（Expert System）在自動(dòng)化倉庫的應(yīng)用日益增多，使自動(dòng)化立體倉庫更加智能化。 二、研究的基本內(nèi)容，擬解決的主要問題 本課題的主要任務(wù)是在已有研究成果的基礎(chǔ)上對自動(dòng)化立體倉庫堆垛機(jī)進(jìn)行機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和基本電控線路的設(shè)計(jì)。根據(jù)現(xiàn)今的研究成果，巷道式堆垛機(jī)按照結(jié)構(gòu)，支撐方式和運(yùn)行方式進(jìn)行劃分，因此，選擇設(shè)計(jì)的堆垛機(jī)應(yīng)從這三方面進(jìn)行考慮。按照運(yùn)行方式可分為直線型有軌巷道式堆垛機(jī)和曲線型有軌巷道式堆垛機(jī)，按支撐方式可以分為懸掛型有軌巷道式堆垛機(jī)和地面支撐型有軌巷道式堆垛機(jī)。按機(jī)械結(jié)構(gòu)劃分可分為雙立柱有軌巷道式堆垛機(jī)和單立柱有軌巷道式堆垛機(jī)。由于直線型相對于曲線形可以實(shí)現(xiàn)高速運(yùn)行，能夠滿足高頻率出入庫的立體倉庫作業(yè)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)較為簡單，因此在運(yùn)行方式上選擇直線型；在支撐方式上地面支撐型與懸掛型相比較，需要考慮立柱主要軌道平面內(nèi)的彎曲強(qiáng)度，但是由于驅(qū)動(dòng)裝置均在下橫梁上，容易保養(yǎng)和維護(hù)，因此支撐方式上選擇地面軌道式支撐。在機(jī)械結(jié)構(gòu)上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組成，立柱、上橫梁和下橫梁組成機(jī)架。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。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。整機(jī)重量較輕，消耗材料少，因此制造成本相對較低，但剛性稍差。由于載貨臺和貨物對立柱有偏心作用，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)。因此在結(jié)構(gòu)上選擇通用性較好的雙立柱堆垛機(jī)。因此，要設(shè)計(jì)的堆垛機(jī)基本結(jié)構(gòu)為雙立柱地面支撐型有軌巷道式直線型堆垛機(jī)。 為使堆垛機(jī)能夠準(zhǔn)確、快速、安全、自動(dòng)搬運(yùn)貨物出入庫，設(shè)計(jì)的基本要求為： （1） 具有三維運(yùn)動(dòng)功能，堆垛機(jī)能夠沿著軌道來回運(yùn)動(dòng)，載貨臺垂直升降，貨叉可以沿著貨架方向雙向收縮； （2） 滿足一定的定位精度，重復(fù)定位精度誤差不超過10mm； （3） 對堆垛機(jī)立柱、上下橫梁，要按照自重的最輕原則，結(jié)構(gòu)要簡單，減輕堆垛機(jī)整體重量，以減小提升功率和行走的摩擦阻力； （4） 所設(shè)計(jì)的堆垛機(jī)要具有保護(hù)措施，保證堆垛機(jī)安全； （5） 保護(hù)倉庫環(huán)境，避免貨物受損。 因此在堆垛機(jī)機(jī)械設(shè)計(jì)過程中要解決的問題有： （1） 分析堆垛機(jī)堆垛的原理和方法，確定堆垛機(jī)的設(shè)計(jì)基本思路； （2） 進(jìn)行堆垛機(jī)各結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和計(jì)算； （3） 設(shè)計(jì)堆垛機(jī)的基本電氣系統(tǒng)，識別控制系統(tǒng)； （4） 繪制堆垛機(jī)的總裝圖、零件圖和控制電氣原理圖。 三、研究步驟、方法及措施 對于第二節(jié)中提到的問題，在整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中進(jìn)行分析規(guī)劃： 1，收集資料。通過對現(xiàn)今國內(nèi)外對自動(dòng)化立體倉庫堆垛機(jī)研究入手，收集各種關(guān)于堆垛機(jī)的資料，重點(diǎn)對同類研究雙立柱有軌巷道式堆垛機(jī)的資料論文進(jìn)行收集、匯總。以研究各類堆垛機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)為主，進(jìn)行參考。 2，結(jié)合所收集的各種資料，對堆垛機(jī)進(jìn)行機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和計(jì)算，需要考慮具體的堆垛機(jī)各部件的剛度、強(qiáng)度、自重等。需要考慮快速啟動(dòng)、制動(dòng)還有運(yùn)行過程中的慣性等。其中需要考慮的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和計(jì)算包括：雙立柱的設(shè)計(jì)計(jì)算，行走機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算，升降機(jī)的設(shè)計(jì)計(jì)算，貨叉的設(shè)計(jì)計(jì)算，安全機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算，軌道的強(qiáng)度計(jì)算。設(shè)計(jì)要滿足堆垛機(jī)快速定位快速移動(dòng)的要求。 3，堆垛機(jī)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)好后，運(yùn)用Solidworks2010進(jìn)行3D實(shí)體造型設(shè)計(jì)。其中包括機(jī)立柱、上橫梁、下橫梁、電機(jī)減速器、行走車輪，導(dǎo)向輪、驅(qū)動(dòng)鏈輪鏈條、升降鏈輪鏈條、配重塊。保護(hù)機(jī)構(gòu)等。并進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真，修改問題因素。 4，運(yùn)用Solidworks2010繪制工程圖，零件圖，徒手繪制零件圖，用CAD繪制電氣原理圖，寫設(shè)計(jì)說明書。 四、研究工作進(jìn)度 第一周：了解課題，收集資料和參考文獻(xiàn) 第二周：整理資料，完成文獻(xiàn)綜述 第三周：初步確定設(shè)計(jì)方案，撰寫開題報(bào)告 第四周：進(jìn)行堆垛機(jī)初步模擬、仿真，制作PPT 第五周：按結(jié)構(gòu)分解堆垛機(jī)，計(jì)算各結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù) 第六周：通過參數(shù)確定步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、軸承等標(biāo)準(zhǔn)件參數(shù) 第七周：用solidworks設(shè)計(jì)并繪制結(jié)構(gòu)的三維圖（機(jī)架機(jī)構(gòu)，行走機(jī)構(gòu)） 第八周：用solidworks設(shè)計(jì)并繪制結(jié)構(gòu)的三維圖（升降機(jī)構(gòu)，貨叉機(jī)構(gòu)，安全機(jī)構(gòu)） 第九周：校核各機(jī)構(gòu)參數(shù)，檢測方案 第十周：用solidworks對結(jié)構(gòu)三維圖進(jìn)行裝配，制作PPT 第十一周：用solidworks對堆垛機(jī)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真，繪制堆垛機(jī)裝配圖（電腦繪制） 第十二周：繪制堆垛機(jī)零件圖（電腦繪制） 第十三周：繪制堆垛機(jī)零件圖（手繪） 第十四周：設(shè)計(jì)并繪制堆垛機(jī)電氣原理圖，了解有限元分析 第十五周：對升降機(jī)構(gòu)，行走機(jī)構(gòu)等重要機(jī)構(gòu)進(jìn)行有限元分析 第十六周：編寫畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第十七周：制作PPT，準(zhǔn)備畢業(yè)答辯 五、主要參考文獻(xiàn) [1] 李堅(jiān).單立柱有軌巷道式堆垛機(jī)結(jié)構(gòu)及多體系統(tǒng)動(dòng)態(tài)仿真分析.重慶.重慶大學(xué).2006 [2] 徐灝，邱宣懷等編。機(jī)械設(shè)計(jì)手冊，第五卷。機(jī)械工業(yè)出版社，1992機(jī)器人設(shè)計(jì)圖冊。機(jī)械工業(yè)出版社，1992 [3] 陳滌.新堆垛機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì).北京.北京起重機(jī)械研究所.2002 [4] 陳娟 鐘永彥.堆垛機(jī)控制系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)的研究與實(shí)現(xiàn).廣西.梧州學(xué)院學(xué)報(bào)，2008.12 18 [5] 劉丹.基于自動(dòng)化立體倉庫堆垛機(jī)的運(yùn)動(dòng)仿真研究.西安.西安科技大學(xué).2011 [6] 周耀輝.立體倉庫電控系統(tǒng)研究.哈爾濱.哈爾濱工程大學(xué).2006 [7] 陳月婷.自動(dòng)化立體倉庫控制系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)與研究.濟(jì)南.濟(jì)南大學(xué).2008 [8] 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