【正文】 .................................. 1 附錄一 .................................................................................................................... 2 1 第 1 章 緒論 研究的背景與內(nèi)容 概述 隨著生產(chǎn)力的發(fā)展 , 生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的調(diào)整 , 客觀上要求作為工業(yè)企業(yè)物資供應(yīng)基地的物資倉庫 進(jìn)行改建或擴(kuò)建 。 但由于現(xiàn)有工業(yè)企業(yè)的用地受到限制 ,物資倉庫用地難以擴(kuò)展 ,所以只能充分挖掘潛力 ,有效利用現(xiàn)有庫區(qū)面積 ,并向空間發(fā)展 ,向空間要貨位。其主要途徑是變單層庫房為多層庫或立體庫 。我國自 70 年代以來多層庫有了較快的發(fā)展 ， 立體庫也有一定的發(fā)展。根據(jù)我國的實(shí)際情況 ,從今后的發(fā)展趨勢看 ,多層庫和立體庫都會(huì)繼續(xù)得到發(fā)展 。 并且，隨著企業(yè)生產(chǎn)與管理的不斷提高 ，越來越多的企業(yè)認(rèn)識到物流系統(tǒng)的改善與合理性對企業(yè)提高生產(chǎn)率，降低成本非常重要。 自動(dòng)化立體倉庫是實(shí)現(xiàn)物流系統(tǒng)合理化的關(guān)鍵 。 它具有空間利用率高、便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化管 理、實(shí)時(shí)自動(dòng)結(jié)算庫存貨物種類和數(shù)量、立體倉庫信息庫可以和中央計(jì)算機(jī)系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行等許多優(yōu)點(diǎn)，對加快物流速度、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、降低生產(chǎn)成本都有重要意義，已開始應(yīng)用于汽車、電子、醫(yī)藥、煙草、建材、郵電等許多行業(yè) 。 而堆垛機(jī)對立體倉庫的出人庫效率有重要影響，是立體倉庫能否達(dá)到設(shè)計(jì)要求和體現(xiàn)其優(yōu)點(diǎn)的關(guān)鍵設(shè)備 之一。 有軌巷道堆垛起重機(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)，是在高層貨架的窄巷道內(nèi)作業(yè)的起重機(jī)，通常簡稱為堆垛機(jī)。堆垛機(jī)是立體倉庫中最重要的起重運(yùn)輸設(shè)備，可大大提高倉庫的面積和空間利用率，是自動(dòng)化倉庫的主要 設(shè)備，是代表立體倉庫特征的標(biāo)志。堆垛機(jī)的功能是堆垛機(jī)接受計(jì)算機(jī)指令后，能在高層貨架巷道中來回穿梭，把貨物從巷道口出人庫貨臺搬運(yùn)到指定的貨位中，或者把需要的貨物從倉庫中搬運(yùn)到巷道口出人庫貨臺，再配以相應(yīng)的轉(zhuǎn)運(yùn)、輸送設(shè)備通過計(jì)算機(jī)控制實(shí)現(xiàn)貨物的自動(dòng)出人庫。在立體倉庫中的搬運(yùn)設(shè)備有高位叉車、工業(yè)機(jī)器人、橋式堆垛機(jī)和有軌巷道式單雙立柱堆垛機(jī)。有軌巷道式雙立柱堆垛機(jī)由于效率高，高度可達(dá) 3040 m，便于實(shí)現(xiàn)無人操作，行走穩(wěn)定，載貨量大，噪聲小，在目前的立體倉庫中得到廣泛應(yīng)用。 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，物流人才的需求也在口益增長。目前，物流人才已經(jīng)被列為我國 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”。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 2 實(shí)訓(xùn)平臺，深化學(xué)生對現(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)域和層次的知識與能力融會(huì)在一起。 另外，為了更好的模擬貨物在自動(dòng)化立體倉庫各倉儲單元內(nèi)存儲的物流過程，研究提高物流效率以及堆垛機(jī)性能和作業(yè)效率方法，許多物流研究中心業(yè)紛紛建立起來。山東大學(xué)現(xiàn)代物流控制實(shí)驗(yàn)中心是目前我國第一個(gè)現(xiàn)代的物流控制實(shí)驗(yàn)室，在物流調(diào)度、物流控制、機(jī)械手揀選控制和機(jī)器視覺的綜合研究和開發(fā)應(yīng)用方面目前處于國內(nèi)領(lǐng)先地位。圖 1. 1 是研究中心的小型倉儲系統(tǒng) 圖 11 小型倉儲系統(tǒng) 有軌巷道堆垛機(jī)的 類型 有軌巷道堆垛機(jī)可按其結(jié)構(gòu)形式、支承方式和運(yùn)行軌跡等進(jìn)行分類，一般可分為以下幾種類型 : (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)： ① 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組成，立柱、上橫梁和下橫梁組成一個(gè)長方形的框架，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。其結(jié)構(gòu)如圖 所示。 3 圖 12 雙立柱有軌巷道堆垛機(jī) ② 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)。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沿立柱或起升導(dǎo)軌作升降運(yùn)動(dòng)。對于鋼絲繩傳動(dòng)，傳動(dòng)和布置相對容易，但定位準(zhǔn)確性稍差。其結(jié)構(gòu)如圖 所示。 4 圖 13單立柱有軌巷道堆垛 機(jī) (2)按支承方式分類，有軌巷道堆垛機(jī)分為懸掛型和地面支承型。 ① 懸掛型有軌巷道堆垛機(jī) 懸掛型有軌巷道堆垛機(jī)懸掛在巷道上方的軌道上運(yùn)行，其運(yùn)行機(jī)構(gòu)安裝在堆垛機(jī)門架的上部。在地面鋪設(shè)導(dǎo)軌，使門架下部的導(dǎo)向輪以一定的間隙夾在導(dǎo)軌的兩側(cè) ，從而防止堆垛機(jī)運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生擺動(dòng)和傾剎。懸掛式堆垛機(jī)有如下優(yōu)點(diǎn) :在設(shè)計(jì)門架時(shí)，可以不考慮橫向的彎曲強(qiáng)度，鋼結(jié)構(gòu)的自重可以減輕，加減速時(shí)的慣性擺動(dòng)小，穩(wěn)定所需的時(shí)間短 。其缺點(diǎn)是維修和檢查不方便。 ② 地面支承型有軌巷道堆垛機(jī) 堆垛機(jī)的運(yùn)行軌道鋪設(shè)在地面上，堆垛機(jī)用下部行走輪支承和驅(qū)動(dòng)，上部導(dǎo)向輪用來防止堆垛機(jī)傾倒或擺動(dòng)。和懸掛型有軌巷道堆垛機(jī)相比，這種堆垛機(jī)的立柱主要考慮軌道平面內(nèi)的彎曲強(qiáng)度，因此，需要加大立柱在行走方向截面的慣性矩。由于驅(qū)動(dòng)裝置均裝在下橫梁上，容易保養(yǎng)和維修。 (3)按其運(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)。 ① 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。 5 ② 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。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。 本文研究的堆垛機(jī)是結(jié)構(gòu)形式為雙立柱，支承方式為地 面支承型，并且其運(yùn)行軌跡為直線型巷道堆垛機(jī)。 巷道堆垛機(jī)的特點(diǎn) 由于使用場合的限制，巷道堆垛機(jī)在結(jié)構(gòu)和性能方面有以下特點(diǎn)： (1) 整機(jī)結(jié)構(gòu)高而窄，其寬度一般不超過儲料單元的寬度，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。 設(shè)計(jì)的目的和意義 倉儲自動(dòng)化建設(shè)是 一項(xiàng)系統(tǒng)工程，物資儲運(yùn)作業(yè)自動(dòng)化是其重要的內(nèi)容。實(shí)現(xiàn)倉庫物資儲運(yùn)作業(yè)自動(dòng)化，倉儲機(jī)械設(shè)備、設(shè)施及管理、信息、人才系統(tǒng)配套、協(xié)調(diào)發(fā)展是重要的發(fā)展趨勢。 通過引入計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制技術(shù)和人工智能等高新技術(shù)對倉儲機(jī)械的技術(shù)該做，倉儲機(jī)械的技術(shù)性能將較大提高。載重量大、機(jī)動(dòng)性強(qiáng)、操作方便、可維修性好的叉車、無人叉車、牽引車、托盤運(yùn)輸車、堆高車、堆垛機(jī)、碼垛機(jī)、管道輸送機(jī)、帶狀輸送機(jī)、自動(dòng)揀選機(jī)等先進(jìn)的裝卸搬運(yùn)機(jī)械設(shè)備將廣泛應(yīng)用于倉儲系統(tǒng)。 本設(shè)計(jì)通過設(shè)計(jì)用于倉儲貨架的堆垛機(jī)，完成堆垛機(jī)水平行走機(jī)構(gòu)、起升機(jī)構(gòu)、載貨臺及 貨叉機(jī)構(gòu)、機(jī)架和電氣設(shè)備的設(shè)計(jì)，能及時(shí)、準(zhǔn)確地把物品自動(dòng)送到指定位置，從而加深對堆垛機(jī)的認(rèn)識與了解。 設(shè)計(jì)的內(nèi)容及要求 有軌巷道堆垛機(jī)的內(nèi)容包括 : 第一，分析、論述目前堆垛機(jī)堆垛的原理、方法，堆垛機(jī)的設(shè)計(jì)思路，探討各種解決途徑。 6 第二，論述本設(shè)計(jì)采用的方法、原理及可行性，進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算和強(qiáng)度計(jì)算。 第三，堆垛機(jī)的工作方式及貨物識別控制原理。 第四，繪制堆垛機(jī)總裝圖和主要零部件圖及控制電氣原理圖。 有軌巷道堆垛起重機(jī)的設(shè)計(jì)要求包括： 、操作方便。 。 3結(jié)構(gòu) 緊湊堅(jiān)固，使用維護(hù)方便，外形美觀。 設(shè)計(jì)參數(shù) 立體倉庫為 8 巷道 16排 40列 7層 堆垛機(jī)總高度： 8m 總長度： 總寬度： 1m 堆垛機(jī)額定起重量 300kg 行走最大速度 180m/min(3m/s) 升降最大速度 45m/min() 貨叉速度 15m/min() 加減速度：升降 2/ms 行走 2/ms 伸縮 2/ms 貨架上下 7層，層高 1100mm 貨架每層 40格，格寬 600mm 貨箱尺寸：長寬高＝ 600 500 800mm 貨格尺寸：長寬高＝ 900 600 1100mm 寬度方向?yàn)樨洸娌嫒》较? 7 第 2 章 總體設(shè)計(jì)方案的確定 為使堆垛機(jī)能夠準(zhǔn)確、快速、安全、自動(dòng)搬運(yùn)貨物出人庫，必須滿足以下設(shè)計(jì)要求 :(1)具備三維運(yùn)動(dòng)功能，即堆垛機(jī)沿巷道來回運(yùn)動(dòng)、載貨臺垂直運(yùn)動(dòng)、貨叉沿貨架方向雙向伸縮 。 (2)滿足一定的定位精度，重復(fù)定位精度誤差不能超過10 mm。 (3)具備安全保護(hù)措施 。(4)在滿足強(qiáng)度、剛度和可靠 性的前提下，盡量減小堆垛機(jī)各部分的重量，以減小提升功率和行走時(shí)的摩擦阻力 。(5)保護(hù)倉庫環(huán)境，避免貨物污染受損。 圖 有軌巷道式雙立柱堆垛機(jī) 圖 堆垛機(jī)的組成 7.載貨臺頂輪 堆垛機(jī)三維運(yùn)動(dòng)速度的確定 (1)行走速度的確定： 40 900=36000mm=36m 8 行走加速度為 /ms 最優(yōu)行走速度為 0 . 5 3 6 0 . 6 2 . 3 2 4 / 1 3 9 . 4 3 / m i nm s m? ? ?，取為 130m/min (2)升降速度的確定貨 架高度為 7 1100＝ 7700mm= 最優(yōu)升降速度為 139 / m in36 m??，取為 30m/min,即 (3）貨叉速度的確定： 貨叉伸縮長度為 =460mm 伸縮加減速度為 /ms 最優(yōu)伸縮速度為 0 . 5 0 . 4 6 0 . 2 0 . 1 5 / 9 . 1 / m i nm s m? ? ?，取為 9m/min 取微升降高度為 8mm 堆垛機(jī)各個(gè)部分的方案選擇 堆垛機(jī)起升機(jī)構(gòu)傳動(dòng)方式的選擇 巷道式堆垛起重機(jī)的起升機(jī)構(gòu)是使載貨臺垂直運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)，主要由電動(dòng)機(jī)、制動(dòng)器、減速器、卷筒或鏈輪以及相應(yīng)的柔性件組成。電動(dòng)機(jī)通過減速器帶動(dòng)柔性件使載貨臺升降。常用的柔性件有鋼絲繩和起重鏈兩種。鏈條傳動(dòng)的缺點(diǎn)是自重量大，有可能突然斷裂，不安全，因而本傳動(dòng)機(jī)構(gòu)選用鋼絲繩，鋼絲繩的優(yōu)點(diǎn)是質(zhì)量輕，使用安全，工作噪聲低，便于維護(hù)保養(yǎng)等等。 在堆垛機(jī)特殊的工作環(huán)境下， 為了使起升機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)緊湊，本設(shè)計(jì)使用帶制動(dòng)器的電動(dòng)機(jī)。這種電動(dòng)機(jī)具有錐形轉(zhuǎn)子，通電時(shí)，轉(zhuǎn)子在磁拉力作用下產(chǎn)生一定的軸向位移，使尾部的錐形盤式制動(dòng)器同時(shí)打開。斷電時(shí)，磁拉力消失，制動(dòng)器在彈簧作用下又重新上閘，使電動(dòng)機(jī)很快地停住。起升機(jī)構(gòu)的位置布置在堆垛機(jī)的下部，位于立柱外側(cè)。 聯(lián)軸器選用梅花形彈性聯(lián)軸器，此聯(lián)軸器是由帶突爪的形狀相同的兩個(gè)半聯(lián)軸器和梅花形彈性元件組成，將梅花形彈性元件置于兩個(gè)半聯(lián)軸器的突爪之間以實(shí)現(xiàn)聯(lián)結(jié)。聯(lián)軸器工作時(shí)，梅花瓣受壓。單向運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)只有半數(shù)花瓣參與工作，半數(shù)不承載；反向運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，亦是如此。 此聯(lián)軸器具有結(jié)構(gòu)簡單，零件數(shù)少，徑向尺寸小，不需潤滑；彈性塊受壓，承載能力較高等特點(diǎn)。 減速器選用 JZQ 型減速器，它是特為起重機(jī)設(shè)計(jì)制造的低硬度齒面的減速器，制造工藝較容易，有很多中小型廠均有現(xiàn)成產(chǎn)品供貨。卷筒為與減速器配合的自制卷筒，通過齒輪連接盤與減速器的低速軸齒輪軸端相連。此卷筒的特點(diǎn)是卷筒軸不受轉(zhuǎn)矩，只承受彎矩，為封閉式傳動(dòng)，不易受外界環(huán)境干擾。 9 鋼絲繩的一端固定在卷筒上，另一端固定在機(jī)架的上橫梁上，鋼絲繩通過安裝在立柱上的定滑輪導(dǎo)向，帶動(dòng)安裝在載貨臺上的兩個(gè)動(dòng)滑輪使載貨臺升降。 堆垛機(jī)行 走機(jī)構(gòu)傳動(dòng)方式的選擇 堆垛機(jī)的行走機(jī)構(gòu)是堆垛機(jī)水平運(yùn)行的驅(qū)動(dòng)裝置。一般由電動(dòng)機(jī)、聯(lián)軸器、制動(dòng)器、減速箱和行走車輪組成。本設(shè)計(jì)選用三合一減速器，把突緣電動(dòng)機(jī)、盤式制動(dòng)器和減速器做成整體，選用標(biāo)準(zhǔn)件，提高了系統(tǒng)的可靠性。采用帶平衡架及水平輪的車輪組，平衡架使兩個(gè)車輪的輪壓相等，車輪為無輪緣圓柱車輪，是為了避免車輪在運(yùn)行時(shí)輪緣啃軌，同時(shí)為了防止出軌在軌道兩側(cè)加水平導(dǎo)向輪。 本傳動(dòng)系統(tǒng)為地面支承式，三合一減速器和車輪組安裝在堆垛機(jī)下橫梁下方起支承和驅(qū)動(dòng)作用，上部用導(dǎo)