【正文】 2021 屆畢 業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 1 頁 共 44 頁 第一章 緒論 本課題的 研究背景、 目的及研究意義 本課題的研究背景 自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù) (AS/RSAutomated Storage and Retrieval System)產(chǎn)生于 60 年代的美國(guó)，到現(xiàn)在為止大致經(jīng)歷了機(jī)械式立庫(kù)系統(tǒng)、自動(dòng)化立庫(kù)系統(tǒng)、集成化立庫(kù)系統(tǒng)、智能型立庫(kù)系統(tǒng)四代的發(fā)展歷程，并逐漸向第五代“ 3I (Inteligent 智能化，Integrated 集成化， Information 信息化 )立體庫(kù)系統(tǒng)過渡。至今，世界上己有將近 5000座自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)，數(shù)量最多的是日本，其次是美國(guó)。 自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)是指在不直接進(jìn)行人工處理的情況下自動(dòng)地存儲(chǔ)和提取物料的系統(tǒng)，它是以計(jì)算機(jī)綜合管理控制系統(tǒng)為基礎(chǔ)，加上多層貨架、堆垛機(jī)及其配套的運(yùn)行設(shè)施、托盤、貨箱等聯(lián)合組成。此外，還配有自動(dòng)安全消防監(jiān)控系統(tǒng)，它是機(jī)電一體化和現(xiàn)代信息技術(shù)在物資流通領(lǐng)域應(yīng)用的一個(gè)重要分支 [1]。 自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的出現(xiàn)和發(fā)展是第二次世界大戰(zhàn)以后生產(chǎn)和技術(shù)發(fā)展的結(jié)果。20 世紀(jì) 50 代初，美國(guó)出現(xiàn)了采用橋式堆垛起重機(jī)的倉(cāng)庫(kù)， 50 年代末到 60 年代初出現(xiàn)了司機(jī)操作的巷道式堆垛起重機(jī)。 1963 年美國(guó)首先在倉(cāng)庫(kù)業(yè)務(wù)中采用計(jì)算機(jī)控制，建立 了第一座計(jì)算機(jī)控制的立體倉(cāng)庫(kù) [2]。國(guó)外貨架的設(shè)計(jì)和制造過程己經(jīng)實(shí)現(xiàn)了規(guī)范化和數(shù)字化，像國(guó)際上著名公司 ABB、 Comas、 KUKA、 BOSCH、 NDC、SWISSLOG 等都是機(jī)器人自動(dòng)化生產(chǎn)線及物流與倉(cāng)儲(chǔ)自動(dòng)化設(shè)備的集成供應(yīng)商。 而在國(guó)內(nèi)，貨架的規(guī)范化和數(shù)字化設(shè)計(jì)與研究起步比較晚，我國(guó)于 1974 年在鄭州紡織機(jī)械廠建成第一座自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)至今，己有上千座自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)建成投入運(yùn)營(yíng)，這些倉(cāng)庫(kù)使用在機(jī)器制造業(yè)、電器制造業(yè)、航空港、輕工和化工企業(yè)、商儲(chǔ)業(yè)、軍需部門等 。 目前 ， 國(guó)內(nèi)對(duì)立體倉(cāng)庫(kù)的需求不斷增加。歷史和現(xiàn)實(shí)已 充分證明，使用自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)能夠產(chǎn)生巨大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。與發(fā)達(dá)國(guó)家比，我國(guó)在自動(dòng)化程度、信息處理、可靠性等方面還有很大的差距，所以一些大型的工程往往被國(guó)外廠商所承攬。由于技術(shù)設(shè)備落后和經(jīng)費(fèi)不足等原因，我國(guó)自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的發(fā)展速度遠(yuǎn)趕不上實(shí)際需要。目前，只有一些物流設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)，如太原剛玉物流2021 屆畢 業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 2 頁 共 44 頁 工程有限公司、湖州德馬物流有限公司和 相關(guān)的 科研院進(jìn)行這一些方面的工作，無論在基礎(chǔ)上，在軟件工具，或是應(yīng)用情況上，相對(duì)于國(guó)際先進(jìn)水平還有相當(dāng)大的差距，特別是設(shè)計(jì)方案的參數(shù)化、分析和優(yōu)化工作開展很少，亟待解決。 本課題的目的 本課題的目的是物流倉(cāng)儲(chǔ)設(shè)備立體貨架參數(shù)化系統(tǒng)開發(fā)的參數(shù)化建模與總體設(shè)計(jì)，用 SolidWorks 建立物流倉(cāng)儲(chǔ)設(shè)備立體貨架參數(shù)化模型，開發(fā)程序計(jì)算出各個(gè)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)所有零部件和總裝的參數(shù)化驅(qū)動(dòng)與工程圖生成。 本課題的研究意義 目前常見的貨架類型有許多種，每種貨架都有其特定的結(jié)構(gòu)和應(yīng)用范圍，其結(jié)構(gòu)精度和承載能力都有嚴(yán)格的要求。如何在滿足需求的前提下選擇安全、經(jīng)濟(jì)的貨架類型是設(shè)計(jì)者和使用者共同面臨的問題 [3]。目前，國(guó)內(nèi)的貨架設(shè)計(jì)行業(yè)在技術(shù)創(chuàng)新和設(shè)計(jì)思想上明顯滯后于當(dāng)今科學(xué)技術(shù)的發(fā)展水平， 主要存在的問題有：①貨架設(shè)計(jì)仍以手工設(shè)計(jì)為主，計(jì)算機(jī)僅僅作為一個(gè)繪圖工具，沒有充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的功能。②貨架設(shè)計(jì)過程是一個(gè)系列化、參數(shù)化的過程，國(guó)內(nèi)的貨架設(shè)計(jì)還不具有參數(shù)化數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的效果，造成大量重復(fù)性的勞動(dòng)，影響設(shè)計(jì)效率和速度。③貨架設(shè)計(jì)結(jié)果幾乎全為工程二維平面圖，雖然不影響設(shè)計(jì)和生產(chǎn)，但是不能更好地體現(xiàn)貨架的三維設(shè)計(jì)效果，造成銷售人員和客戶的溝通困難 [4]。為了解決這些問題，本文采用基于對(duì)象的分析方法，通過研究常見貨架形式的組成部件和共同特性，運(yùn)用三維參數(shù)化設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品系列設(shè)計(jì)。以不破壞原有設(shè)計(jì)的 基本原理和基本結(jié)構(gòu)特性，產(chǎn)生和原有設(shè)計(jì)相似的新產(chǎn)品，可快速、安全、高質(zhì)量、低成本地生產(chǎn)新產(chǎn)品以滿足不斷變化的市場(chǎng)需求。 課題主要研究?jī)?nèi)容 本課題要解決的問題是彌補(bǔ)當(dāng)前對(duì)立體貨架設(shè)計(jì)中傳統(tǒng)簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)的不足，主要工作是設(shè)計(jì)規(guī)范的分析與自用規(guī)范和設(shè)計(jì)流程的形成，部分專題研究，熟悉掌握物流倉(cāng)儲(chǔ)設(shè)備立體貨架設(shè)計(jì)計(jì)算方法，熟練掌握 VB 軟件對(duì) SolidWorks 的二次開發(fā)技術(shù)，用 SolidWorks 建立物流倉(cāng)儲(chǔ)設(shè)備立體貨架參數(shù)化模型，開發(fā)程序計(jì)算出各個(gè)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)所有零部件和總裝的參數(shù)化驅(qū)動(dòng)與工程圖生成。 2021 屆畢 業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 3 頁 共 44 頁 擬采用的研究 手段 ： 本課題主要研究?jī)?nèi)容和研究方法如下 : (l)研究、分析、整理現(xiàn)行貨架設(shè)計(jì)規(guī)范，形成可行的自用設(shè)計(jì)規(guī)范和流程。 (2)用模擬參數(shù)進(jìn)行橫梁式貨架設(shè)計(jì)，檢驗(yàn)自用設(shè)計(jì)規(guī)范和流程。 (3)運(yùn)用成熟理論和技術(shù)，在自用設(shè)計(jì)規(guī)范和流程的框架下進(jìn)行部分專題研究 : 1）、根據(jù)結(jié)構(gòu)力學(xué)理論，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論建立一個(gè)合理、實(shí)用、計(jì)算量小的平面貨架的力學(xué)、數(shù)學(xué)模型。 2）、建立立體貨架的實(shí)體模型。本專題主要利用 SOLIDWORKS 軟件的三維建模 功能，建立貨架的實(shí)體模型，實(shí)現(xiàn)模型驅(qū)動(dòng)。 3）、用 VB 軟件 對(duì) SolidWorks 的二次開發(fā)技術(shù)，用 SolidWorks 建立物流倉(cāng)儲(chǔ)設(shè)備立體貨架參數(shù)化模型，開發(fā)程序計(jì)算出各個(gè)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)所有零部件和總裝的參數(shù)化驅(qū)動(dòng)與工程圖生成。 結(jié)語 隨著各種 CAD/CAM 工具應(yīng)用到制造業(yè)中，這些工具也逐步應(yīng)用到了自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)和貨架設(shè)計(jì)與制造。這些工具的應(yīng)用表明己經(jīng)開始將利用現(xiàn)代信息技術(shù)來改進(jìn)傳統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程，標(biāo)志著自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)和貨架設(shè)計(jì)與制造數(shù)字化設(shè)計(jì)的開始。但是從數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造在自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)和貨架設(shè)計(jì)與制造的應(yīng)用現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)來看，多數(shù)科學(xué)文獻(xiàn)、學(xué)術(shù)刊物里對(duì)貨架的 研究都還停留在局部范圍，沒有對(duì)貨架進(jìn)行系統(tǒng)的研究，目前仍未形成一套完善的體系。立體貨架參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)開發(fā)是非常有研究意義的課題，它使用了先進(jìn)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)等手段，無論是對(duì)理論研究還是實(shí)際應(yīng)用，都是非常有價(jià)值的。本文通過查閱大量的資料及相關(guān)文獻(xiàn)，總結(jié)了立體貨架參數(shù)化設(shè)計(jì)的目的、意義，其國(guó)內(nèi)外的研究程度，及本課題所用的方法及相關(guān)工具 ， 以便于以后類似工程的設(shè)計(jì)。 2021 屆畢 業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 4 頁 共 44 頁 第二章 立體貨架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 貨架設(shè)計(jì)規(guī)范總結(jié)及自用設(shè)計(jì)流程規(guī)劃 貨架設(shè)計(jì)的基本規(guī)范 根據(jù)查閱的文獻(xiàn)資料，整理現(xiàn)行的設(shè)計(jì)方法，依 據(jù)《鋼貨架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（ CECS23:90），可以將貨架的基本設(shè)計(jì)規(guī)范歸結(jié)為 : 1) 設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 :鋼貨架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)應(yīng)遵守《鋼貨架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（ CECS23:90）的規(guī)定、《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》 (GBJ17— 88)、《冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》 (GBJ18— 87)、及《鋼結(jié)構(gòu)施工驗(yàn)收規(guī)范》等的要求。 2) 材料選擇 :鋼貨架承重結(jié)構(gòu)的鋼材，應(yīng)根據(jù)其重要性、荷載特征、連接方法、使用環(huán)境等具體情況選擇其鋼號(hào)和材質(zhì)。承重結(jié)構(gòu)的鋼材通常宜采用《碳素結(jié)構(gòu)鋼》(GB700— 88)規(guī)定的 Q235 鋼和《低合金結(jié)構(gòu)鋼》 (GB1591— 88)規(guī)定的 16錳鋼。當(dāng)有可靠根據(jù)時(shí)，可采用其他鋼號(hào)。 3) 荷載及荷載效應(yīng)組合 :貨架結(jié)構(gòu)上的荷載可分為恒荷載、貨架活荷載、豎向沖擊荷載、水平荷載以及可能有的風(fēng)載、屋面活荷載 (或雪載 )和地震作用。貨架結(jié)構(gòu)應(yīng)按上列荷載效應(yīng)的最不利組合設(shè)計(jì)。 4) 構(gòu)件的基本設(shè)計(jì)規(guī)定 :按承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)貨架結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)采用荷載設(shè)計(jì)值和強(qiáng)度設(shè)計(jì)值進(jìn)行計(jì)算 ； 按正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)貨架結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)采用荷載標(biāo)準(zhǔn)值和容許變形進(jìn)行計(jì)算。 貨架設(shè)計(jì)流程 根據(jù)總結(jié)的貨架設(shè)計(jì)基本規(guī)范，應(yīng)用參數(shù)化設(shè)計(jì)思想與現(xiàn)有的 CAD/CAM 技術(shù)，結(jié)合現(xiàn)有的一組設(shè)計(jì)參數(shù)，初步構(gòu)造出貨架的設(shè)計(jì)流程 貨架的模擬設(shè)計(jì)參數(shù)如下 : 貨架高 18000mm，貨架厚度 1500mm，貨閣寬度 2500mm，貨閣高 2021mm，最低貨閣距地面為 200mm， 2 排 8 層 40 列 (合計(jì) 640 個(gè)貨位 )，巷道寬度 3500mm。 貨架設(shè)計(jì)要求：每個(gè)貨閣最大承載質(zhì)量 2021kg。 貨架相對(duì)應(yīng)的托盤，尺寸要求長(zhǎng) 25O0mm 寬 1500mm 高 100mm。 2021 屆畢 業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 5 頁 共 44 頁 設(shè)計(jì)流程如下 ： 1） 貨架選型 ： 根據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》 條例規(guī)定 :在鋼結(jié)構(gòu)的受力構(gòu)件 及其連接中，不宜采用 ： 厚度小于 4mm 的鋼板 。壁厚 小于 3mm 的鋼管 。截面小于L型 45?4 或 L 型 56?36?4 的角鋼 (對(duì)于焊接結(jié)構(gòu) )，或截面小于 L 型 50? 5 的角鋼(對(duì)螺栓連接 )。 2） 貨架材料的選取 ： 參照基本規(guī)范第２條 3） 確定整體尺寸 ： 參照基本規(guī)范之第 2條。 4） 貨架的載荷與工況分析 ： 參照基本規(guī)范第 3 條。 5） 貨架基本構(gòu)件的尺寸確定 ： 參照前面總結(jié) 的規(guī)范之第 4條。 6） 實(shí)體建摸與數(shù)據(jù)導(dǎo)入 ： 建立貨架立體 SolidWorks 模型后 ，用 VB 編程驅(qū)動(dòng)。 貨架簡(jiǎn)介與選型 貨架簡(jiǎn)介 貨架布局一般為矩陣網(wǎng)狀閣式，成單行式或多行式。行間有供堆垛機(jī)械進(jìn)行作業(yè)運(yùn)行的巷道。貨閣為貨架的存儲(chǔ)基本單位，貨架的每一個(gè)方格為貨閣，一個(gè)貨閣可以有一個(gè)或多個(gè)貨位，其所在的位置按統(tǒng)一規(guī)則編碼，成為其在計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)中的地址碼。倉(cāng)庫(kù)的進(jìn)出口裝有光、電或磁原理識(shí)別裝置和記錄裝置，以便對(duì)進(jìn)出倉(cāng)庫(kù)的貨物進(jìn)行識(shí)別和登記、識(shí)別標(biāo)志。 貨架的類型簡(jiǎn)介 (l)立體貨架 倉(cāng)庫(kù)的儲(chǔ)存方式自平面儲(chǔ)存向高層化立體儲(chǔ)存發(fā)展以來，貨架即成為立體倉(cāng)庫(kù)的主體。由滿足不同功能要求的各種不同形式的貨架所組成的多種多樣的自動(dòng)化、機(jī)械化倉(cāng)庫(kù)，已成為倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)以至整個(gè)物流系統(tǒng)或生產(chǎn)工藝流程中的重要環(huán)節(jié)。 (2)托盤貨架 托盤貨架以儲(chǔ)存單元化托盤貨物，配以巷道式堆垛機(jī)及其他儲(chǔ)運(yùn)機(jī)械進(jìn)行作業(yè)。高層貨架多采用整體式結(jié)構(gòu)，一般是由型鋼焊接的貨架片 (帶托盤 )，通過水平、垂直拉桿以及橫梁等構(gòu)件聯(lián)接起來。其側(cè)面間隙，考慮在原始位置貨物的停放精度，堆垛機(jī)的停位精度，堆垛機(jī)及貨架的安裝精度等 ； 貨物支承的寬度必須大于側(cè) 面間2021 屆畢 業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 6 頁 共 44 頁 隙，免得貨物一側(cè)處于無支承狀態(tài)。 (3)重力式貨架 重力式貨架的每一個(gè)貨格就是一個(gè)具有一定坡度的存貨滑道。 入 庫(kù)起重機(jī)裝入滑道的貨物單元能夠在自重作用下，自動(dòng)地從入庫(kù)端向出庫(kù)端移動(dòng)，直至滑道的出庫(kù)端或者碰上已有的貨物單元停住為止。位于滑道出庫(kù)端的第一個(gè)貨物單元被出庫(kù)起重機(jī)取走之后，在它后面的各個(gè)貨物單元便在重力作用下依次向出庫(kù)端移動(dòng)一個(gè)貨位。為減少貨箱與貨架之間的摩擦力，在存貨滑道上設(shè)有輥?zhàn)踊驖L輪。 (4)貫通式貨架 貫通式貨架在同樣的空間內(nèi)比通常的托盤貨架幾乎多一倍的儲(chǔ)存能力，因?yàn)槿∠挥诟髋咆浖苤g的 巷道，將貨架合并在一起，使同一層、同一列的貨物互相貫通。 (5)閣樓式貨架 這是一種充分利用空間的簡(jiǎn)易貨架。在己有的貨架或工作場(chǎng)地上建造一個(gè)中間閣樓以增加儲(chǔ)存面積。閣樓樓板上一般可放輕泡及中小件貨物或儲(chǔ)存期長(zhǎng)的貨物，可用叉車、輸送帶、提升機(jī)、升降臺(tái)提升貨物。閣樓上一般采用輕型小車或托盤牽引小車作業(yè)。 (6)屏掛式貨架 屏掛式貨架由百頁式掛屏和掛箱組成，適用于多品種或多規(guī)格的各種小型零件的儲(chǔ)存，也可設(shè)置在手推車或托盤上，做工序間臨時(shí)儲(chǔ)存，或裝配線供料用。 (7)移動(dòng)式貨架 移動(dòng)式貨架易控制，安全可靠。每排貨架 有一個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，由裝置于貨架下的滾輪沿鋪設(shè)于地面上的軌道移動(dòng)。其突出的優(yōu)點(diǎn)是提高了空間利用率，一組貨架只需一條通道，而固定型托盤貨架的一條通道，只服務(wù)于通道內(nèi)兩側(cè)的兩排貨架。所以在相同的空間內(nèi)，移動(dòng)式貨架的儲(chǔ)存能力比一般固定式貨架高得多。 (8)敞開式移動(dòng)貨架 敞開式移動(dòng)貨架其傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)于貨架底座內(nèi)，操作盤設(shè)于貨架端部，外形簡(jiǎn)潔，操作方便。貨架的前后設(shè)有安全分線開關(guān)，一遇障礙物整個(gè)貨架立即停止。 (9)封閉式移動(dòng)貨架 2021 屆畢 業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 7 頁 共 44 頁 封閉式移動(dòng)貨架當(dāng)不需要存取貨物時(shí)， 所有 貨架移動(dòng)到一起后，全部封閉，并可全部鎖住。在各貨架接 口處裝有橡皮封口，也稱為封閉式貨架。 (10)旋轉(zhuǎn)式貨架 旋轉(zhuǎn)式貨架設(shè)有電力驅(qū)動(dòng)裝置 (驅(qū)動(dòng)部分可設(shè)于貨架上部，也可設(shè)于貨架底座內(nèi)。貨架沿著由兩個(gè)直線段和兩個(gè)曲線段組成的環(huán)形軌道運(yùn)行。由開關(guān)或用小型電子計(jì)算機(jī)操縱。存取貨物時(shí)，把貨物所在貨格編號(hào)由控制盤按鈕輸入，該貨格則以最近的距離自動(dòng)旋轉(zhuǎn)至揀貨點(diǎn)停止。揀貨路線短，揀貨效率高。 橫梁式貨架的介紹 橫梁式貨架是最流行、最經(jīng)濟(jì)的一種貨架形式、安全方便，適合各種倉(cāng)庫(kù)，直接存取貨物。是最簡(jiǎn)單也是最廣泛使用的貨架?？沙浞值乩每臻g。采用方便的托盤存取方式，有效 配合叉車裝卸，極大提高作業(yè)效率。機(jī)械設(shè)備要求 ： 反平衡式叉車或堆高機(jī)。堆高機(jī)可提高地面空間使用率 30%，操作高度達(dá) 16 米多。橫梁式貨架的特點(diǎn) ： 流暢的庫(kù)存周轉(zhuǎn)，可提供百分之百的挑選能力，提高平均的取貨率，提供優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品保護(hù)。 橫梁式貨架的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如下圖 21所示 : 圖 21