【正文】 堆垛機(jī)運(yùn)行機(jī)構(gòu)的選型和計(jì)算； （ 3） 對(duì)堆垛機(jī)的立柱、上下橫梁的強(qiáng)度、立柱軌道疲勞強(qiáng)度、整機(jī)靜強(qiáng) 度、動(dòng)強(qiáng)度、局部穩(wěn)定性和整體穩(wěn)定性的驗(yàn)算； 2. 堆垛機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 8 2. 堆垛機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 堆垛機(jī)主要由下橫梁、貨叉機(jī)構(gòu)、立柱、上橫梁、平運(yùn)行機(jī)構(gòu)、起升機(jī)構(gòu)、 電護(hù)裝置和電氣控制系組成。當(dāng)代通信產(chǎn) 品能提供比用戶所能使用 的更多的數(shù)據(jù)和 1/O 選擇，但傳統(tǒng)的接口技術(shù)使用的 是 RS485/422，它們的抗干擾能力和傳輸能力都不能滿足工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的需要。 節(jié)能應(yīng)用主要體現(xiàn)在提高運(yùn)行可靠性、臺(tái)數(shù)控制和調(diào)速控制并用。這里通用性指的 是通用變頻器可以對(duì)普通的異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制。矢量控制的基本思想是將異步電動(dòng)機(jī)的定子電流分為產(chǎn)生磁場(chǎng)的電 流分量 (勵(lì)磁電流 )和與其相垂直的產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的電流分量 (轉(zhuǎn)矩電流 )并分別加以 控制。它的基本特點(diǎn)是 對(duì)變頻器輸出的電壓和頻率同時(shí)進(jìn)行控制，通過(guò)使 U/f(電壓和頻率的比 )的值保 持一定而得到所需的轉(zhuǎn)矩特性。在這種控制方式中， 載頻被提高到入耳可以聽(tīng)到的頻率 (1020KHz)以上，從而達(dá) 到降低電動(dòng)機(jī)噪音 的目的。由于在采用電流 控制方式時(shí)可以將能量回饋給電源，而且在出現(xiàn)負(fù)載短路等情況時(shí)也更容易處 理，電流型控制方式更適 合子大容量變頻器。在電壓型變頻器中，整流電路或者斬波電路產(chǎn)生逆變電 路所需要的直流電壓，并通過(guò)中間電路的電容進(jìn)行平滑后輸出。圖 1. 3 是研究中心的小型倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng) 圖 小型倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng) 西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 變頻器概述 目前，交流調(diào)速傳動(dòng)已經(jīng)上升為電氣調(diào)速傳動(dòng)的主流。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(kù)頻率較低的立體 倉(cāng)庫(kù)。其缺點(diǎn)是維修和檢查不方便。不適于起重量大和水平運(yùn)行速度高的堆垛機(jī)。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。 1980 年我國(guó)第一座自動(dòng)化立體倉(cāng) 庫(kù)在北京汽車制造廠投產(chǎn)，從此自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)在我國(guó)得到了迅速發(fā)展。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。隨著計(jì)算機(jī)控制技術(shù)和自動(dòng)化立 體倉(cāng)庫(kù)的發(fā)展，堆垛機(jī)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，技術(shù)性能越來(lái)越好，高度也在不斷 增加，到 1970 年實(shí)現(xiàn)了由貨架支承的高度為 40 米的堆垛機(jī)。立柱多 采用型鋼或焊接制作，立柱上附加導(dǎo)軌。 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。 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。物流實(shí)驗(yàn)室為學(xué) 生提供實(shí)訓(xùn)平臺(tái)，深化學(xué)生對(duì)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(shí)與能力融會(huì)在一起。當(dāng)按照主電路工作方式進(jìn)行分類時(shí)，變頻 器可以分為電壓型變頻器和電流型變頻器。整流電路和直流中間電路起電流源的作 用，而電流源輸出的交流電流在逆變電路中被轉(zhuǎn)換為所需要的交流電流，并被 分配給各輸出相后作為交流電流提供給電動(dòng)機(jī)。 ② PWM 控制 PWM 控制是 Pulse Width Modulation(脈沖寬度調(diào)制 )控制的簡(jiǎn) 西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 稱，是在逆變電路部分同時(shí)對(duì)輸出電壓 (電流 )的幅值和頻率進(jìn)行控制的控制方 式。 (3)按照工作原理分類。轉(zhuǎn)差頻率控制是利用了速度傳感器的速度閉環(huán)控制，并可以在一定 程度上對(duì)輸出轉(zhuǎn)矩進(jìn)行控制，所以和 Ulf 控制方式相比，在負(fù)載發(fā)生較大變化 時(shí)仍能達(dá)到較高的速度和具有較好的轉(zhuǎn)矩特性。 西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 (4)按照用途分類。二 者的工作原理相同，但電路的結(jié)構(gòu)不同。 第一代具有通信功能的變頻器帶有一個(gè)獨(dú)立的“速度包” (Speed Pod)。 美國(guó)羅克韋爾自動(dòng)化公司的變頻器均可通過(guò)各種類型的 SCAN port 通信 模塊與相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)連通，包括 Control Net, Device Net, DH, DH+和 RIO, DH485 網(wǎng)絡(luò)，而且它們與法國(guó) IE 公司的 Modbus, Modbus Plus、美國(guó) Metasys 公司，日 本 OMRON 公司和德國(guó)西門子公司的 Profibus 均可連通。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 。 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。 (3) 下橫梁模塊下橫梁是模塊零部件的支撐機(jī)構(gòu)，又是堆垛機(jī)的承載構(gòu) 件，因此它要有足夠的強(qiáng)度和剛度。 A +? 39。 B +? 39。 ） +C CD M 39。 DA=2EK 1（ 2? 39。 CD =0 M 39。 B + ? 39。 再帶入可求出 上下梁內(nèi)力 — M 39。 BC M 39。 CD + M CD M DA1 = M 39。 各部分的彎矩 n=K/K 1=Ih 1/I 1l= 固端彎矩： C AB = C BA = Nm C CD = Nm C DC = Nm R=R 39。 對(duì)運(yùn)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本要求是： 1. 機(jī)構(gòu)要緊湊，重量要輕，且能滿足要求； 2. 維修檢修方便，機(jī)構(gòu)布置合理。綜合考慮后，本次設(shè)計(jì)選用圖 2 驅(qū)動(dòng)形式。 =，則車輪的軸徑為 d 3 min =C P /n = 取 d =50mm,車輪直徑可適當(dāng)取大為 D=100mm 軸上的軸承選取代號(hào)為 1310，基本尺寸為： d=50mm, D=100mm, B=27mm. (1)小型有軌巷道堆垛機(jī)的 運(yùn)行時(shí)的靜阻力 小型有軌巷道堆垛機(jī)沿軌道直線運(yùn)行時(shí)，行走輪與軌道之間以及行走輪與 軸承之間，都存在著摩擦阻力，另外軸與輪轂之間也存在著滑動(dòng)摩擦阻力、因 此，為了簡(jiǎn)化討論，假定全部載荷作用在一個(gè)行走輪上。 等效功率： Nx=K25 m 初步估算高速軸上聯(lián)軸器的飛輪矩： (GD2)ZL+(GD2)L= N m 以下。 m,重量 G=） ；在靠近減速器端，由 [2]選用兩個(gè)聯(lián)軸器 ZLD，在靠近減 速器端浮動(dòng)軸端直徑為 d=32mm。 M 39。通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)表明，靜止時(shí)的靜撓度是一定的， 但是在運(yùn)行過(guò)程中隨著加速度的不同，立柱的撓度也逐漸發(fā)生變化，立柱的變 形與加速度很很大的關(guān)系。由于堆垛機(jī)為雙立柱，兩個(gè)立柱在外力作用下產(chǎn)生的撓曲 變形在天軌的連接作用下幾乎一致的，故本課題只對(duì)其中一個(gè)進(jìn)行撓度分 析計(jì)算 (后面的振動(dòng)分析亦只分析一個(gè)立柱的 )。建立堆垛機(jī)振動(dòng)模型，并解決其振動(dòng)問(wèn) 題。假定梁自由振動(dòng)的振動(dòng)形式和懸臂梁在自由端加一集 中靜載荷時(shí) 的靜撓度曲線一樣。用數(shù)學(xué)語(yǔ)言講，系統(tǒng) 振動(dòng)的位移函數(shù) Y(x} t)在時(shí)間上和空間上是分離的，即， 位移函數(shù)可以用下面 的式子表達(dá) : 式中， Y(x)表示梁的振動(dòng)位形，只依賴于變量； F(t)表示梁的振動(dòng)規(guī)律，只以來(lái)于變量。 。 V max— 堆垛機(jī)運(yùn)行最大速度 : 兩者之間的相對(duì)誤差為 : 在堆垛機(jī)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中，規(guī)定堆垛機(jī)立柱的振幅控制在 之內(nèi)，根據(jù) 計(jì)算結(jié)果可知，堆垛機(jī)運(yùn)行速度提高到 240m/min 以后，立柱的振動(dòng)振幅控制在 安全范圍之內(nèi)。設(shè)質(zhì)量 m 的自由振動(dòng)可以表示為 . 而梁的振動(dòng)可以表示為 : (434) 全梁動(dòng)能的最大值為 : (435) 所以， ， 帶入公式 (432)得出立柱懸臂梁的振動(dòng)頻率為 : （ 436） 在以下前提條件下，本課題選用的系統(tǒng)仿真為懸臂梁的彎曲振動(dòng)，即 :梁 的各截面的中心軸在同一平面內(nèi)， 且在此平面內(nèi)作彎曲振動(dòng)，在振動(dòng)過(guò)程中仍 應(yīng)用平面假設(shè)，不計(jì)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和剪切變形的影響，同時(shí)截面繞中心軸的轉(zhuǎn)動(dòng)與 橫向位移相比可以忽略不計(jì)。為了簡(jiǎn)化計(jì)算，把 堆垛機(jī)簡(jiǎn)化成理想狀態(tài)下的單質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)。 圖 43 堆垛機(jī)立柱的受力分析 由疊加法可知，立柱頂端的撓度 f1 為 : f1=f F +f M +f q (41) 圖 44 立柱頂端撓度 —— 由慣性力 F,引起的立柱柱端撓度， m 西安工業(yè) 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 —— 各部分質(zhì)量引起的慣性力， N （ 42） （ 43） __________—— 貨物及貨叉質(zhì)量，上橫梁及導(dǎo)輪質(zhì)量，提升機(jī)構(gòu)質(zhì)量，電控柜質(zhì) 量， 行走機(jī)構(gòu)質(zhì)量； —— 各質(zhì)量的坐標(biāo)； A—— 堆垛機(jī)的加速度， —— 立柱材料的楊氏彈性模量， I—— 立柱橫截面對(duì)中性軸的 J 慣性矩， H—— 立柱高度 m； —— 由各質(zhì)點(diǎn)質(zhì)量對(duì)立柱軸線的力偶引起的立柱柱端撓度 m —— 各質(zhì)點(diǎn)質(zhì)量對(duì)立柱軸線的力偶， G—— 重力加速度， ； （ 44） —— 立柱自重產(chǎn)生的慣性均勻分布力引起的立柱柱端撓度， m （ 45） —— 立柱自重均勻分布質(zhì)量， kg/m —— 下橫梁與立柱連接處的轉(zhuǎn)角， rad —— 下橫梁的撓曲線方程 : (46) (47) — 由慣性力對(duì)立柱軸線的力偶引起的下橫梁與立柱連接處的轉(zhuǎn)角， rad —— 由引起的轉(zhuǎn)角 —— 由引起的轉(zhuǎn)角 西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 26 如圖 45 所示 圖 45 堆垛機(jī)立柱及下橫梁彎曲圖 (48) (49) (410) (411) —— 各質(zhì)量重力引起的下橫梁與立柱連接處的轉(zhuǎn)角， rad （ 412） —— 由 :引起的轉(zhuǎn)角 —— 由引起的轉(zhuǎn)角 西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文 ） 27 （ 413） (414) (415) (416) —— 下橫梁自重作用引起的下橫梁與立柱連接處的轉(zhuǎn)角， rad (417) (418) (419) 西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 28 (420) —— 下橫梁材料的楊氏彈性模量， MPa —— 下橫梁的長(zhǎng)度， m —— 下橫梁截面對(duì)中性軸的慣性矩， ma —— 立柱軸線到堆垛機(jī)前后行走輪的距離， m —— F 橫梁均勻分布力， kg/m (421) (422) (423) 由于立柱是受壓受彎構(gòu)件，考慮到軸向壓力作用使其撓度增加，其撓度為 : (424) 其中 , , (425) 對(duì)于懸臂梁來(lái)說(shuō)，由歐拉公式可得 : (426) 西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 29 金屬結(jié)構(gòu)中的鋼制壓桿其安全系數(shù)取 ~. 取 =1/3 表 41 堆垛機(jī)各技術(shù)參數(shù) 立柱慣性矩為 : I1= 103 m4 下橫梁慣性矩為 : I2= 103 m4 堆垛機(jī)在運(yùn)行中根據(jù)當(dāng)前位置與存儲(chǔ)在 PLC 中的目的地址相比較，選擇一 條適當(dāng)?shù)倪\(yùn)行曲線到達(dá)目的貨位，因此在運(yùn)行中的加速度并不是勻加速直線運(yùn) 動(dòng)，并且每選擇一條運(yùn)行曲線時(shí)，堆垛機(jī)在運(yùn)行時(shí)的加速度變化是不同的 ，而 頂端的撓度 f=f1+f2= β 1α + β 2 與堆垛機(jī)運(yùn)行時(shí)的加速度有關(guān)，由此可知，立 柱頂端的撓度在加速度達(dá)到最大即 a=，撓度最大。所以，堆垛機(jī)在提升速度 時(shí)要充分考慮加速度與撓度的變化關(guān)系。 m 緩沖器的選擇 小型有軌巷道堆垛機(jī)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中控制系統(tǒng)失控時(shí)，就會(huì)和巷道口的機(jī)械 裝置發(fā)生碰撞，為了減小碰撞時(shí)對(duì)堆垛機(jī)造成的危害，在小型有軌巷道堆垛機(jī) 上的下橫梁上分別安裝了緩沖器。 m, (GD2)L= m 式中 MI— 連軸器的等效力矩 .