【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 進行改建或擴建 。 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)我國的實際情況 ,從今后的發(fā)展趨勢看 ,多層庫和立體庫都會繼續(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。 自動化立體倉庫是實現(xiàn)物流系統(tǒng)合理化的關(guān)鍵 。 它具有空間利用率高、便于實現(xiàn)自動化管 理、實時自動結(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算機系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)運行等許多優(yōu)點，對加快物流速度、提高勞動生產(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)計要求和體現(xiàn)其優(yōu)點的關(guān)鍵設(shè)備 之一。 有軌巷道堆垛起重機是隨著立體倉庫的出現(xiàn)而發(fā)展起來的專用起重機，是在高層貨架的窄巷道內(nèi)作業(yè)的起重機，通常簡稱為堆垛機。堆垛機是立體倉庫中最重要的起重運輸設(shè)備，可大大提高倉庫的面積和空間利用率，是自動化倉庫的主要 設(shè)備，是代表立體倉庫特征的標(biāo)志。堆垛機的功能是堆垛機接受計算機指令后，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到指定的貨位中，或者把需要的貨物從倉庫中搬運到巷道口出人庫貨臺，再配以相應(yīng)的轉(zhuǎn)運、輸送設(shè)備通過計算機控制實現(xiàn)貨物的自動出人庫。在立體倉庫中的搬運設(shè)備有高位叉車、工業(yè)機器人、橋式堆垛機和有軌巷道式單雙立柱堆垛機。有軌巷道式雙立柱堆垛機由于效率高，高度可達(dá) 3040 m，便于實現(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。 有軌巷道堆垛機的發(fā)展現(xiàn)狀及特 點 隨著經(jīng)濟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)和消費方式正發(fā)生著深刻的變化，物流在經(jīng)濟活動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，有報道稱“物流人才的需求已超過 600 萬”。物流實驗室的建設(shè)正是要搭建一座理論與實踐的橋梁，目前，我國許多高校已經(jīng)建立了物流實驗室，據(jù)不完全統(tǒng)計，已經(jīng)有 160 多所高校建立了自己的物流實驗室。物流實驗室為學(xué)生提供 2 實訓(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)融機械、電氣、電子及計算機 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在一起。 另外，為了更好的模擬貨物在自動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)代物流控制實驗中心是目前我國第一個現(xiàn)代的物流控制實驗室，在物流調(diào)度、物流控制、機械手揀選控制和機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) 有軌巷道堆垛機的 類型 有軌巷道堆垛機可按其結(jié)構(gòu)形式、支承方式和運行軌跡等進行分類，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和單立柱有軌巷道堆垛機： ① 雙立柱有軌巷道堆垛機 雙立柱有軌巷道堆垛機由兩根立柱、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長方形的框架，一般稱為機架。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。這種堆垛機的最大優(yōu)點就是強度和剛性都比較好，能快速起、制動，并且運行平穩(wěn)。一般用在起升高度較高、起重量較大和水平運行速度較高的立體倉 庫中，其缺點是自重較大。其結(jié)構(gòu)如圖 所示。 3 圖 12 雙立柱有軌巷道堆垛機 ② 單立柱有軌巷道堆垛機 單立柱有軌巷道堆垛機的機架由一根立柱、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、制動時產(chǎn)生的水平慣性力作用，使單立柱有軌巷道堆垛機在使用上有較大的局限性。不適于起重量大和水平運行速度高的堆垛機。單立柱堆垛機的起升 結(jié)構(gòu)，普遍采用鋼絲繩傳動，由電機減速機驅(qū)動卷筒轉(zhuǎn)動，通過鋼絲繩牽引載貨臺沿立柱或起升導(dǎo)軌作升降運動。對于鋼絲繩傳動，傳動和布置相對容易，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 (2)按支承方式分類，有軌巷道堆垛機分為懸掛型和地面支承型。 ① 懸掛型有軌巷道堆垛機 懸掛型有軌巷道堆垛機懸掛在巷道上方的軌道上運行，其運行機構(gòu)安裝在堆垛機門架的上部。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) ，從而防止堆垛機運行時產(chǎn)生擺動和傾剎。懸掛式堆垛機有如下優(yōu)點 :在設(shè)計門架時，可以不考慮橫向的彎曲強度，鋼結(jié)構(gòu)的自重可以減輕，加減速時的慣性擺動小，穩(wěn)定所需的時間短 。其缺點是維修和檢查不方便。 ② 地面支承型有軌巷道堆垛機 堆垛機的運行軌道鋪設(shè)在地面上，堆垛機用下部行走輪支承和驅(qū)動，上部導(dǎo)向輪用來防止堆垛機傾倒或擺動。和懸掛型有軌巷道堆垛機相比，這種堆垛機的立柱主要考慮軌道平面內(nèi)的彎曲強度，因此，需要加大立柱在行走方向截面的慣性矩。由于驅(qū)動裝置均裝在下橫梁上，容易保養(yǎng)和維修。 (3)按其運行軌跡形式不同，分為直 線運行型堆垛機和曲線運行型堆垛機。 ① 直線運行型堆垛機 直線運行型堆垛機只能在巷道內(nèi)直線軌道上運行，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，直線運行型堆垛機可以實現(xiàn)高速運行，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 曲線運行型堆垛機 曲線運行型堆垛機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行，不通過其他輸送設(shè)備便可以從一個巷道自行轉(zhuǎn)移到另一個巷道。曲線運行型堆垛機在使用上有局限性，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，并且其運行軌跡為直線型巷道堆垛機。 巷道堆垛機的特點 由于使用場合的限制，巷道堆垛機在結(jié)構(gòu)和性能方面有以下特點： (1) 整機結(jié)構(gòu)高而窄，其寬度一般不超過儲料單元的寬度，因此限制了整機布置和結(jié)構(gòu)選型。 (2) 金屬結(jié)構(gòu)件除應(yīng)滿足強度和剛度要求外，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)伸縮貨叉或貨板機構(gòu)。 (4) 各電氣傳動機構(gòu)應(yīng)同時滿足快速、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措。 設(shè)計的目的和意義 倉儲自動化建設(shè)是 一項系統(tǒng)工程，物資儲運作業(yè)自動化是其重要的內(nèi)容。實現(xiàn)倉庫物資儲運作業(yè)自動化，倉儲機械設(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。 通過引入計算機、自動控制技術(shù)和人工智能等高新技術(shù)對倉儲機械的技術(shù)該做，倉儲機械的技術(shù)性能將較大提高。載重量大、機動性強、操作方便、可維修性好的叉車、無人叉車、牽引車、托盤運輸車、堆高車、堆垛機、碼垛機、管道輸送機、帶狀輸送機、自動揀選機等先進的裝卸搬運機械設(shè)備將廣泛應(yīng)用于倉儲系統(tǒng)。 本設(shè)計通過設(shè)計用于倉儲貨架的堆垛機，完成堆垛機水平行走機構(gòu)、起升機構(gòu)、載貨臺及 貨叉機構(gòu)、機架和電氣設(shè)備的設(shè)計，能及時、準(zhǔn)確地把物品自動送到指定位置，從而加深對堆垛機的認(rèn)識與了解。 設(shè)計的內(nèi)容及要求 有軌巷道堆垛機的內(nèi)容包括 : 第一，分析、論述目前堆垛機堆垛的原理、方法，堆垛機的設(shè)計思路，探討各種解決途徑。 6 第二，論述本設(shè)計采用的方法、原理及可行性，進行結(jié)構(gòu)設(shè)計、運動學(xué)計算和強度計算。 第三，堆垛機的工作方式及貨物識別控制原理。 第四，繪制堆垛機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的設(shè)計要求包括： 、操作方便。 。 3結(jié)構(gòu) 緊湊堅固，使用維護方便，外形美觀。 設(shè)計參數(shù) 立體倉庫為 8 巷道 16排 40列 7層 堆垛機總高度： 8m 總長度： 總寬度： 1m 堆垛機額定起重量 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 寬度方向為貨叉叉取方向 7 第 2 章 總體設(shè)計方案的確定 為使堆垛機能夠準(zhǔn)確、快速、安全、自動搬運貨物出人庫，必須滿足以下設(shè)計要求 :(1)具備三維運動功能，即堆垛機沿巷道來回運動、載貨臺垂直運動、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)具備安全保護措施 。(4)在滿足強度、剛度和可靠 性的前提下，盡量減小堆垛機各部分的重量，以減小提升功率和行走時的摩擦阻力 。(5)保護倉庫環(huán)境，避免貨物污染受損。 圖 有軌巷道式雙立柱堆垛機 圖 堆垛機的組成 7.載貨臺頂輪 堆垛機三維運動速度的確定 (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 堆垛機各個部分的方案選擇 堆垛機起升機構(gòu)傳動方式的選擇 巷道式堆垛起重機的起升機構(gòu)是使載貨臺垂直運動的機構(gòu)，主要由電動機、制動器、減速器、卷筒或鏈輪以及相應(yīng)的柔性件組成。電動機通過減速器帶動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。鏈條傳動的缺點是自重量大，有可能突然斷裂，不安全，因而本傳動機構(gòu)選用鋼絲繩，鋼絲繩的優(yōu)點是質(zhì)量輕，使用安全，工作噪聲低，便于維護保養(yǎng)等等。 在堆垛機特殊的工作環(huán)境下， 為了使起升機構(gòu)結(jié)構(gòu)緊湊，本設(shè)計使用帶制動器的電動機。這種電動機具有錐形轉(zhuǎn)子，通電時，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器同時打開。斷電時，磁拉力消失，制動器在彈簧作用下又重新上閘，使電動機很快地停住。起升機構(gòu)的位置布置在堆垛機的下部，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半聯(lián)軸器的突爪之間以實現(xiàn)聯(lián)結(jié)。聯(lián)軸器工作時，梅花瓣受壓。單向運轉(zhuǎn)時只有半數(shù)花瓣參與工作，半數(shù)不承載；反向運轉(zhuǎn)時，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。 減速器選用 JZQ 型減速器，它是特為起重機設(shè)計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。此卷筒的特點是卷筒軸不受轉(zhuǎn)矩，只承受彎矩，為封閉式傳動，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，帶動安裝在載貨臺上的兩個動滑輪使載貨臺升降。 堆垛機行 走機構(gòu)傳動方式的選擇 堆垛機的行走機構(gòu)是堆垛機水平運行的驅(qū)動裝置。一般由電動機、聯(lián)軸器、制動器、減速箱和行走車輪組成。本設(shè)計選用三合一減速器，把突緣電動機、盤式制動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行時輪緣啃軌，同時為了防止出軌在軌道兩側(cè)加水平導(dǎo)向輪。 本傳動系統(tǒng)為地面支承式，三合一減速器和車輪組安裝在堆垛機下橫梁下方起支承和驅(qū)動作用，上部用導(dǎo)