【文章內(nèi)容簡介】 大致如圖21。 圖21 水平行走機構(gòu)堆垛機的行走機構(gòu)，主要由驅(qū)動電機、電氣控制柜、減速機、主、從動輪、導(dǎo)向輪及下橫梁等部分組成。其主要功能是由水平行走電機經(jīng)過減速機驅(qū)動主動輪在地軌上運動，完成巷道堆垛機的巷道水平方向的行走運動，實現(xiàn)貨格列方向的定位。下橫梁兩側(cè)靠近端面位置分別安裝有兩個導(dǎo)向輪，對堆垛機水平行走起到很好的方向?qū)д饔肹9]。 本機構(gòu)的下橫梁運用 10mm 后的鋼板經(jīng)過加工焊接而成，主動輪和從動輪兩端的軸承安裝孔，在加工的過程中應(yīng)用加工中心旋轉(zhuǎn)工作臺經(jīng)過一次裝夾，鏜削而成，有效的保證了主動輪和從動輪軸線的平行性，對堆垛機的水平行走的平穩(wěn)性起到了很好的作用。兩邊的導(dǎo)向輪采用金屬輪外裹 PPVC 材料的方式制作，即保證了導(dǎo)向輪的剛度也有效的減小行走過程中的噪音。 貨叉部分堆垛機的存取貨裝置主要有機械抓取式存取裝置、電磁或真空吸盤存取裝置、旋轉(zhuǎn)抓取裝置和伸縮貨叉存取裝置，本項目選用最為常用的伸縮貨叉存取裝置[10]。 貨叉的傳動方式有很多種，常見的有：齒輪齒條傳動及鏈輪傳動和齒輪齒條傳動相結(jié)合的方式等[11]。本文選用齒輪齒條傳動方式，其主要由上叉、中叉、下叉、齒輪齒條傳動機構(gòu)、導(dǎo)向輪和貨叉電機等組成。其工作原理如下：下叉固定在載貨臺上，貨叉電機帶動動力輸入軸驅(qū)動下邊大齒輪，經(jīng)過齒輪齒條傳動機構(gòu)，最終實現(xiàn)中叉相對于下叉水平行走 400mm，上叉相對于下叉行走 800mm，以達到貨叉行程倍增的目標。 為了保證貨叉機構(gòu)設(shè)計完成后能實現(xiàn)在貨架上邊正常存取貨物。貨叉合攏時尺寸 800mm 小于巷道寬度 1000mm，貨架上貨物頂部距上位貨位之間有 60mm 間隙滿足微抬和微降間隙要求，貨物頂部距上位貨物托盤底部距離為 220mm 滿足貨叉的存貨物間隙，所以本次設(shè)計的貨叉能夠滿足堆垛機在巷道中行走并且自動存取貨物的功能。 載貨臺載貨臺是貨物的承載單元，其主要由導(dǎo)向輪、導(dǎo)輪架、載貨臺體、導(dǎo)向座、及滑輪組等組成，其上安裝有貨叉裝置、斷繩保護裝置、升降認址裝置、貨物位置異常檢測裝置等。 它的結(jié)構(gòu)設(shè)計主要考慮在滿足對貨叉和貨物的支撐剛度的前提下，盡可能的減輕其重量，按照載貨臺的承載參數(shù)和貨物托盤的尺寸，載貨臺體選用 100 100mm的方鋼，采取焊接的方式制成。在載貨臺上與立柱導(dǎo)軌接觸的三個面上都安裝有導(dǎo)向輪，以保證載貨臺沿著立柱導(dǎo)軌平穩(wěn)的升降。 為了減小載貨臺在升降過程中同立柱導(dǎo)軌之間的震動和產(chǎn)生的噪音，主要采取如下措施：(1)選用 PPVC 材料制作導(dǎo)向輪；(2)固定導(dǎo)向輪的導(dǎo)輪架要做成可調(diào)的，在安裝時根據(jù)現(xiàn)場實際情況，調(diào)整導(dǎo)向輪同立柱導(dǎo)軌之間的間隙。 提升機構(gòu)提升機構(gòu)是實現(xiàn)載貨臺垂直提升的動力及傳動機構(gòu)，堆垛機常用的三種提升方式有：鏈條提升、鋼絲繩卷筒提升以及鋼絲繩曳引輪提升方式三種[12]。根據(jù)特點的不同采用鏈條提升方式比采用卷揚筒式更平穩(wěn)。曳引式提升機構(gòu)體積小巧而且提升高度不受限制，但是堆垛機要水平行走，所以配重裝置勢必會晃動產(chǎn)生噪音，而且配重裝置需要設(shè)到立柱里面沿著立柱內(nèi)壁上下行走，維修和安裝比較麻煩。 安全保護部分1) 終端限位保護 在堆垛機的水平方向，不僅設(shè)置了行程限位開關(guān)，而且在導(dǎo)軌的兩端安裝有機械擋護塊，雙重防護保證堆垛機在水平行走過程中不沖出軌道；在立柱的上下端分別安裝有限位開關(guān)，并且制作了防沖頂和防墜底的裝置來預(yù)防堆垛機在垂直升降過程中控制失靈，造成沖頂和墜底的危險；在貨叉的伸出終端設(shè)置硬限位，來控制貨叉伸縮的行程2) 電氣聯(lián)鎖保護 堆垛機在巷道中行走，擁有三個方向的運動，如果三個方向的運動協(xié)調(diào)不好的話，會導(dǎo)致堆垛機貨叉跟貨架或貨物的碰撞，造成不良后果[13]。所以在對堆垛機的控制過程中加入了聯(lián)鎖保護，堆垛機在水平行走過程中，載貨臺的垂直提升運動和貨叉的伸縮運動是被鎖定的，只有當(dāng)水平定位完成后，載貨臺才能垂直運動，貨叉在垂直方向定位完成后才執(zhí)行伸縮操作。在取到貨物后，先貨叉回中位，后載貨臺下降到低位，再堆垛機水平行走。3) 斷電保護 本文中的所有電機都帶有自動抱閘功能。比如突然斷電這種意外發(fā)生的時候，電機會掉電自鎖，并保持斷電狀態(tài)，直到意外排除人工恢復(fù)。4) 載貨臺超載保護 堆垛機為了防止超載，本文添加了機械式超載限制器。當(dāng)重量超過額定的重量時，電源會自動切斷。當(dāng)重量在額定重量以下，但在額定中量的80%以上時，會發(fā)出報警的信號。 本章小結(jié)本章在對堆垛機機械結(jié)構(gòu)傳統(tǒng)設(shè)計方法分析的基礎(chǔ)上，提出了有限元分析軟件，起到了至關(guān)重要的作用，采用新產(chǎn)品進行校核的新的設(shè)計方法。確定了堆垛機的整體結(jié)構(gòu)形勢為單位立柱巷道堆垛機，并對水平行走結(jié)構(gòu)、貨叉、載貨臺、提升機構(gòu)、安全防護進行了分析。在現(xiàn)有的條件下完成了設(shè)計對堆垛機的結(jié)構(gòu)的基本要求。 31 3 控制方案設(shè)計3 控制方案設(shè)計 堆垛機整體控制方案設(shè)計 控制系統(tǒng)是堆垛機的重要組成部分，堆垛機需要在立體庫中穿梭并完成存貨、取貨的功能，其必須具備水平行走、垂直提升和貨叉伸縮三方向的運動，并且具備較好的速度控制和準確的定位功能，控制系統(tǒng)的設(shè)計就顯得尤為重要，接下來本文從堆垛機控制方式和控制功能角度為堆垛機設(shè)計提供依據(jù)?？刂葡到y(tǒng)結(jié)構(gòu)拓撲圖大致如下圖31 上位機（自動） 觸摸屏（手動） 堆垛機排認證 無線數(shù)據(jù)傳輸 堆垛機貨物 檢測系統(tǒng) 堆垛機列 認址系統(tǒng) S7200 PLC 堆垛機極限 保護系統(tǒng) 堆垛機層 認址系統(tǒng)伺服控制系統(tǒng)貨叉變頻系統(tǒng)層 變頻系統(tǒng) 光電碼盤 貨叉運行機構(gòu) 層運行機構(gòu) 列運行機構(gòu) 圖31 堆垛機的控制方式堆垛機按電氣控制方式分類有三種控制方式。 （1）手動控制方式 手動方式一般用于兩個時候。堆垛機的安裝調(diào)試階段，通過人的反復(fù)操作確認安全和精準。還有堆垛機發(fā)生異常時的操作，可以通過手動方式在有聯(lián)鎖保護的條件下對堆垛機的行走、升降、伸縮貨叉等單獨進行操作，實現(xiàn)堆垛機在三個運行方向的任意定位。 （2）半自動控制方式 半自動控制方式是對本機自動控制方式運行過程的分解。在此方式下，操作人員可以直接在操作面板上設(shè)定作業(yè)內(nèi)容和地址，控制堆垛機單步在巷道中實現(xiàn)準確定位并進行貨物的存取等操作。這種控制方式一般應(yīng)用在堆垛機發(fā)生異常、單機運行或安裝調(diào)試的情況下。 （3） 單機控制方式 堆垛機在單機運行時就是處于這種控制方式。在該方式下堆垛機可以自動地完成立體庫中每一個貨位的貨物的入出庫操作。 （4）計算機控制方式 堆垛機正常運行時主要采用聯(lián)機自動方式，堆垛機通過光調(diào)制解調(diào)器接收來自控制計算機的操作指令，完成相應(yīng)的入出庫作業(yè)，并向控制計算機反饋作業(yè)狀態(tài)信息及故障信息。 控制功能分析堆垛機是自動化立體倉庫中的自動化搬運設(shè)備，其控制系統(tǒng)主要有以下控制功能： （1）動作控制 為了實現(xiàn)堆垛機的自動存取貨功能，控制系統(tǒng)就必須能夠具備控制其水平行走、垂直提升和貨叉伸縮的功能。 （2）位置控制 為了高效準確的存取貨物，堆垛機就必須以合適的速度和尋址定位方法實現(xiàn)其在貨位或出入貨口的準確定位，這就對堆垛機位置控制的可靠性提出了較高的要求，從堆垛機的工作流程可知，其定位包括：水平行走定位、垂直升降定位和貨叉伸縮定位。 （3）通訊功能 在自動化立體倉庫系統(tǒng)中，為了實現(xiàn)設(shè)備的自動運行，堆垛機與上位機、觸摸屏或其他倉庫設(shè)備需要進行頻繁的信息交換，由于堆垛機在巷道中運行，受周邊環(huán)境的影響有線的通訊方式基本不被采納，大多都選用無線通訊方式。 （4）保護功能 為了保證人身、貨物及設(shè)備的安全，堆垛機需配備有完善的硬件及軟件的安全保護裝置，并在電氣控制上采取一系列聯(lián)鎖和保護措施。如電機斷相保護、貨位虛實檢測、貨物超高、超大和超重檢測、貨叉回中位檢測、三運動方向動作聯(lián)鎖及各種極限開關(guān)等。 控制系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)及硬件選型 PLC技術(shù)與選型PLC 是可編程控制控制器（Programmable Logic Controller）的英文縮寫，是以微處理器為核心，并集微電子、網(wǎng)絡(luò)通訊和自動化控制技術(shù)于一體，主要由中央處理單元、存儲器、電源單元、輸入輸出單元、接口單元和外部設(shè)備組成[14]。與單片機相比其具功能強大、程序設(shè)計簡單易學(xué)、使用范圍廣、維護方便、抗干擾能力強、穩(wěn)定性好和對惡劣環(huán)境超強的適應(yīng)能力等諸多優(yōu)點，因而在機械、能源、化工、交通、電力等領(lǐng)域有非常廣泛的應(yīng)用，同機器人和 CAD/CAM 一起成為現(xiàn)代工業(yè)控制的三大支柱。 S7200 系列PLC價格低廉，結(jié)構(gòu)小巧，可靠性高，運行速度快，編程指令集豐富，具有強大的多中集成功能和實時性，性價比高并能滿足我們控制的要求，所以選擇其作為控制核心，并選擇CPU226作為主機控制單元[15]。本機具有以下主要技術(shù)數(shù)據(jù)： 1）集成24輸入/16輸出，共40個數(shù)字量I/O點。 2）具有連接7個擴展模塊的能力，最大數(shù)字量I/O點可擴展到248路，最大模擬量I/O點可擴展到35路。 3）具有13K字節(jié)的存儲功能，用于程序和數(shù)據(jù)的存儲。 4）擁有獨立的30kW的高速計數(shù)器6個，獨立的20kW高速脈沖輸出2路。 5) 擁有PID控制器。 6) 具有RS485通訊/編程口2個。 7) 具有PPI通訊協(xié)議、MPI通訊協(xié)議及自由方式的通訊能力 交流伺服控制技術(shù)及伺服放大器的選型伺服系統(tǒng)亦稱為隨動系統(tǒng)，它以位移、速度、加速度、力、力矩等連續(xù)機械量為控制量，能自動地、連續(xù)地、準確地復(fù)現(xiàn)輸入指令的變化規(guī)律，是能隨時跟蹤指定目標的控制系統(tǒng)[16]。其應(yīng)用范圍非常廣泛，不僅能夠完成轉(zhuǎn)動控制、直線運動控制，簡單的曲線運動控制而且能夠依靠多套伺服的配合加上電氣元件，實現(xiàn)復(fù)雜的空間曲線運動的控制。 伺服系統(tǒng)具有高穩(wěn)定性、高精度、響應(yīng)快、調(diào)速范圍寬和低速時能輸出大轉(zhuǎn)矩等優(yōu)點。伺服系統(tǒng)有很多種分類方法。按照控制原理不同可分為開環(huán)、全閉環(huán)和半閉環(huán)伺服系統(tǒng)；按照信息傳遞的不同分為連續(xù)控制與采樣控制[19]。按照被控制量性質(zhì)不同可分為位置控制、速度或加速度控制、力或力矩控制、速度或位置的同步控制等伺服系統(tǒng)等。本文主要從速度控制方面介紹速度控制伺服系統(tǒng)是伺服系統(tǒng)的重要組成部分，它由速度控制單元、伺服電動機、速度檢測裝置等構(gòu)成。速度控制伺服系統(tǒng)的核心是速度控制單元，用來控制電動機的轉(zhuǎn)速。而且速度控制伺服系統(tǒng)的輸出端必須有檢測角速度的裝置，其中測速發(fā)電機、磁電式速度傳感器、電容式轉(zhuǎn)速傳感器及霍爾速度傳感器等是應(yīng)用比較普遍的速度傳感器。 對于機械系統(tǒng)而言，為獲得速度等運動輸出，其基本輸入量應(yīng)當(dāng)是控制力，即通過將速度傳感器的檢測信號轉(zhuǎn)換成“控制力”，系統(tǒng)中的其它各種輸入方式最終都是通過“力”來表現(xiàn)，所謂運動控制，都是對“力”的控制。 下面以最簡單的單輸入、單輸出控制問題為例解析速度控制系統(tǒng)，其基本控制關(guān)系框圖如下圖32 系統(tǒng)