【文章內(nèi)容簡介】 求。堆垛機定位系統(tǒng)中的認(rèn)址技術(shù)作為控制技術(shù)中的關(guān)鍵技術(shù)，也自然成為業(yè)內(nèi)人士關(guān)注的焦點。堆垛機認(rèn)址可分為絕對認(rèn)址和相對認(rèn)址兩種形式，絕對認(rèn)址因其認(rèn)址準(zhǔn)確可靠的優(yōu)點而成為目前堆垛機普遍采用的認(rèn)址方法。絕對認(rèn)址的實現(xiàn)方式主要有三種：編碼器認(rèn)址、激光測距認(rèn)址和BPS（條形碼定位）認(rèn)址。相對應(yīng)的定位系統(tǒng)即：編碼器定位系統(tǒng)、激光測距定位系統(tǒng)和條形碼定位系統(tǒng)。 圖12單立柱巷道堆垛機三維模型圖目前編碼器認(rèn)址的最大問題是走行輪在地軌上打滑而導(dǎo)致編碼器出現(xiàn)計數(shù)錯誤，嚴(yán)重影響測量精度，從而降低堆垛機的可靠性。如果采用認(rèn)址片加以校驗，會改善這方面的情況，但堆垛機的運行速度不能太高，一般在120m/min以下，從而制約了堆垛機的運行效率。激光測距定位控制系統(tǒng)提高了堆垛機定位的可靠性，同時提高了堆垛機的運行效率，是目前應(yīng)用最廣泛的技術(shù)，但其對安裝和使用的要求較高，并且由于光線直線傳播的固有特性，它只能在直線軌道中應(yīng)用。直到德國樂易電子于2005年推出了一項具有創(chuàng)新性的新技術(shù)—BPS（BarcodePositioningSystem）條形碼定位系統(tǒng)。這種新型條形碼定位系統(tǒng)（BPS）通過讀取行進(jìn)路線上的條形碼確定準(zhǔn)確方位?？捎行崿F(xiàn)直線定位和曲線定位，并且測距范圍可達(dá)到10000米，為用戶實現(xiàn)全自動化管理提供了必要前提。BPS定位系統(tǒng)在自動化立體倉庫中的應(yīng)用表明，該系統(tǒng)使用簡單，反應(yīng)速度快，重復(fù)定位精度高，抗震性強，是一種較好的曲線定位解決方案。根據(jù)市場預(yù)測，傳統(tǒng)技術(shù)制造的20世紀(jì)70年代水平的堆垛機逐步將被淘汰，而高速度、高科技含量的新型堆垛機將迅速占據(jù)市場，所以我國堆垛機綜合性能急待改善。根據(jù)物流設(shè)備發(fā)展趨勢，針對近幾年用戶的反映，結(jié)合國內(nèi)外技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展情況等有關(guān)情報資料分析，找出我們存在的主要差距主要體現(xiàn)在運行速度、提升速度、貨叉速度、平穩(wěn)性及認(rèn)址精度。如圖13所示，堆垛機基本結(jié)構(gòu)主要由機架、行走機構(gòu)、升降機構(gòu)、載貨臺、貨叉（機械手）等裝置組成。此次畢業(yè)設(shè)計選擇的課題為單立柱巷道堆垛機提升裝置與載貨臺設(shè)計，主要研究堆垛機的結(jié)構(gòu)和工作原理，參考相關(guān)資料，研究單立柱巷道堆垛機提提升裝置與載貨臺的設(shè)計方法，確定總體設(shè)計方案，以及完成對提升裝置的電機、減速器的選型計算。并最終對各零部件的結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行計算、校核和確定。圖13 單立柱巷道堆垛機結(jié)構(gòu)圖 在現(xiàn)有資料的基礎(chǔ)上進(jìn)行結(jié)構(gòu)尺寸分析、設(shè)計、布置，如有比要進(jìn)行調(diào)研，參考相近似的同類機型。 課題關(guān)鍵問題及解決方法 為使堆垛機能夠準(zhǔn)確、快速、安全、自動搬運貨物出入庫 ，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水平運動、載貨臺垂直運動、貨叉沿貨架方向伸縮運動；(2)滿足一定的定位精度 ，重復(fù)定位精度誤差不能超過10mm；(3)具備安全保護(hù)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的　重量，以減小提升功率和行走時的摩擦阻力。(5)保護(hù)倉庫環(huán)境，避免貨物污染受損。 研究單立柱巷道堆垛機提提升裝置與載貨臺的設(shè)計方法，參考相關(guān)資料，確定總體設(shè)計方案。完成提升裝置的電機、減速器的選型計算，對立柱等主要零部件的設(shè)計、計算、校核，確定結(jié)構(gòu)尺寸。繪制總裝配圖、提升裝置部件圖/載貨臺部件圖、零件圖等。堆垛機是整個自動化立體倉庫的核心設(shè)備，通過手動操作、半自動操作或全自動操作實現(xiàn)把貨物從一處搬運到另一處。它由機架、水平行走機構(gòu)、提升機構(gòu)、載貨臺、貨叉及電氣控制系統(tǒng)構(gòu)成。具體確定堆垛機的形式、確定堆垛機的速度、及其他參數(shù)配置。搜集大量有關(guān)堆垛機的資料，確定主要參數(shù)，在滿足強度要求的情況下進(jìn)行相關(guān)尺寸的計算，確定堆垛機的所有尺寸。以品種多、數(shù)量少、頻率高供給方式下的物流環(huán)境為背景，對于自動化立體倉庫的效能提出了越來越高的要求。早期的堆垛機，在橋式起重機的起重小車上懸掛一個門柱，利用貨叉在立柱上的上下運動及立柱的旋轉(zhuǎn)運動來搬運貨物，通常稱之為橋式堆垛機。但通常由于立柱高度的限制，橋式堆垛機的作業(yè)高度不能太高，而巷道堆垛機沿貨架倉庫巷道內(nèi)的軌道運行，使得作業(yè)高度提高。采用貨叉伸縮結(jié)構(gòu)，可以使巷道寬度變窄，提高自動化立體倉庫的利用率，它適用于各種高度的高層貨架倉庫，可以實現(xiàn)半自動、全自動和遠(yuǎn)距離高集中控制。日本大福公司于1999年在巷道堆垛機主體的高速化上下功夫，開發(fā)了AS21模式。AS21模式是以高效率動作為基礎(chǔ)，在高效能化（縮短循環(huán)時間）方面引用的一個概念，使巷道堆垛機的高效能化技術(shù)得到了大幅度的提升。該設(shè)計可以基本實現(xiàn)自動化立體物流倉庫正常運作的需要，同時也有一定的安全保護(hù)措施，作為大四應(yīng)屆生，在周老師的指導(dǎo)下，我們小組通力合作，共同完成了單立柱巷道堆垛機方案設(shè)計，尺寸確定以及各零部件校核工作。在整個設(shè)計過程中我們謹(jǐn)慎嚴(yán)謹(jǐn)，盡可能的考慮到各個影響因素，過程中有可能存在不足，考慮不周，但我們也學(xué)到了很多，一定會再接再厲。 單立柱巷道堆垛機的設(shè)計參數(shù)初始參數(shù)： 額定起重量：700kg 最大行走速度：80m/min 起升速度：22/ m/min 貨叉伸縮速度： 總高度： 貨架間距 行走速度： 5~240/min。 2 單立柱巷道堆垛機提升裝置設(shè)計 單立柱巷道堆垛機的特點 由于使用場合的限制，本單立柱巷道式堆垛機在結(jié)構(gòu)和性能方面具有以下幾個特點： （1）由于機架采用單立柱結(jié)構(gòu)，整機重量小，結(jié)構(gòu)緊湊，作業(yè)時，駕駛員的視野較好，但由于載貨臺和貨物對單立柱的幾何力矩作用可能會造成立柱的扭曲和變形，使整機剛性較差。 （2）本堆垛機沿著巷道天地軌運行,其作業(yè)具有三個方向動作。水平行走為xx方向，能把貨物送到任意一列；垂直升降為yy方向，能把貨物提升到任意一層；貨叉伸縮為zz方向，能存取貨物； （3）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。 （4）采用專門的叉取貨物的裝置，常用多節(jié)伸縮貨叉或貨板機構(gòu)。 （5）各電氣傳動機構(gòu)應(yīng)同時滿足快速、平穩(wěn)和準(zhǔn)確的要求。 （6）為保證人生和設(shè)備的安全，堆垛機必須配備有硬件及軟件的安全保護(hù)裝置， 控制系統(tǒng)應(yīng)具有一系列連鎖保護(hù)措施。此外，在電氣柜上設(shè)置報警系統(tǒng)，當(dāng)堆垛機出現(xiàn)故障或探測器發(fā)現(xiàn)異常情況發(fā)出報警。 提升裝置部分設(shè)計 為了使堆垛機上貨物的存取機構(gòu)做升降運動，需要設(shè)計一個升降機構(gòu)，用以滿足該功能的要求。起升機構(gòu)主要包括：電動機、減速器、制動器、卷筒、柔性件、導(dǎo)軌組成。起升機構(gòu)的運轉(zhuǎn)是通過減速裝置使卷筒轉(zhuǎn)動，使柔性件卷入卷筒，柔性件機通過架立柱頂部的定滑輪與載貨臺相連，因此柔性件牽引載貨臺上升，當(dāng)達(dá)到指定貨格位置時，制動器動作，使載貨臺平穩(wěn)準(zhǔn)確的停住。起升機構(gòu)，也就是傳動機構(gòu)，常見的傳動形式有螺旋傳動、帶傳動、鏈傳動、齒輪傳動、蝸輪蝸桿傳動等,根據(jù)單立柱式堆垛機的結(jié)構(gòu)特點,在只有一根立柱的情況下，使用齒輪傳動會增加機架重量，提高加工難度，難以保持起升機構(gòu)的穩(wěn)定性，所以不適于齒輪傳動；而蝸輪蝸桿傳動比太大，只適合用于減速器，不適合在這里使用，所以其起升機構(gòu)多采用鋼絲繩傳動或者鏈傳動。一般牽引設(shè)備做機械往復(fù)運動過程中，經(jīng)常使用鏈條用來傳遞動力。鏈條傳動可承受足夠大的沖擊力而不至于斷裂，但鋼絲繩重量會比鏈條輕一半。而鏈條在運行沖擊下會伸長變形甚至脫齒，影響升降運行的準(zhǔn)確性，使用頻繁時更易斷裂，降低了設(shè)備的安全性和可靠性；此外鋼絲繩受損時鋼絲繩逐根斷裂而不會突然失控，留出安全控制余地。而鏈條在運行過程中常因拉力超差、節(jié)距改變等原因?qū)е骆湕l失效，無法挽回，并且鏈條在提升過程中會發(fā)出較大的聲響，尤其是長度較長，高度較高時噪聲巨大，本巷道堆垛機高度在8M以上，所以綜合考慮下來更適合鋼絲繩傳動。出于與行走機構(gòu)相同的精度要求，這里也會采用伺服電機，其由電機驅(qū)動卷筒轉(zhuǎn)動,通過鋼絲繩牽引載貨臺沿立柱或起升鋼軌作升降運動。 在堆垛機的起升機構(gòu)里需要靠柔性件來來起吊貨物。目前，起重機常用的柔性件主要有鋼絲繩和鏈條。鋼絲繩與鏈條相比，其優(yōu)點在于：強度高、承載能力大，彈性好，能承受較大的沖擊；自重較輕；工作可靠，在破斷以前，外面的鋼絲先斷裂和松散。因此容易發(fā)現(xiàn)和更換，安全可靠，及少驟然折斷；成本較低；高速運轉(zhuǎn)時工作平穩(wěn)、無噪音等。綜上所述，通過分析比較，設(shè)計中確定選用鋼絲繩作為起升機構(gòu)的柔性件。 卷筒的選取 為了卷繞和容納鋼絲繩，通過對鋼絲繩的收放，需要設(shè)置卷筒裝置來實現(xiàn)該功能。在起重機械中，主要采用圓柱形的鋼絲繩卷筒。按鋼絲繩在卷筒卷繞層數(shù)的不同可有以下兩種備選方案。方案一：單層卷繞卷筒方案二：多層卷繞卷筒 方案對比：單層卷繞卷筒表面通常切有螺旋形繩槽，鋼絲繩依次排列其內(nèi)，繩槽節(jié)距比鋼絲繩直徑稍大，繩槽半徑比鋼絲繩半徑梢大，這樣增了鋼絲繩與卷筒的接觸面積，防止卷繞過程中相鄰鋼絲繩間的相互摩擦。從而可以延長鋼絲繩的使用壽命。但當(dāng)起升重物量增加，需要較長的鋼絲繩時，卷筒的長度和直徑都將有所增加。多層卷繞卷筒雖可以減少卷筒的長度，但由于鋼絲繩所受的擠壓力大，相互摩擦力大，使鋼絲繩的壽命降低。此外，如果卷筒卷速不變，由于鋼絲繩每層卷繞半徑不等，鋼絲繩的卷繞速度或作用卷筒上的外力矩就隨卷繞層數(shù)變化，運轉(zhuǎn)起來不平穩(wěn)。 綜上所述，結(jié)合堆垛機具體使用場合和性能要求，本設(shè)計中選擇單層卷繞圓柱形卷繞卷筒。 電動機的選取 一般工廠里都有交流電網(wǎng)提供三相交流電，其成本低，啟動、制動、調(diào)速方便，機械活動范圍廣，故選取電動機作為起升機構(gòu)的原動機。按電動機轉(zhuǎn)子繞組結(jié)構(gòu)不同可有以下兩種備選方案。[2]方案一：繞線式異步電機方案二：鼠籠式異步電機 方案對比 ：繞線式異步電機的轉(zhuǎn)子電阻可以調(diào)節(jié)，因此起動電流不是很大，通常不會超過額定電流的2—，而且也便于調(diào)速。鼠籠式異步電機的構(gòu)造簡單，操縱方便，價格也較便宜，但起動電流較大，達(dá)到額定電流的4—6倍，調(diào)速性能差，不能承受較頻繁的起動，通常只用在起動不頻繁、功率較小的工作機構(gòu)中。根據(jù)具體工作環(huán)境，堆垛機的啟動負(fù)載大，啟動、制動、換向頻繁，要求有較高的工作穩(wěn)定性。 綜合以上兩種方案的對比，本設(shè)計中選用允許有較大振動和沖擊，轉(zhuǎn)動慣量小，過載能力大的YZR系列繞線型起重用三相異步電動機?！p速器的選取在電動機和卷筒之間需要設(shè)計一個傳動裝置用以傳遞運動和作用，并藉以改變運動的形式、速度大小和轉(zhuǎn)矩的大小。本設(shè)計中采用減速器作為起升機構(gòu)的傳動裝置。(1)傳動方式的選擇起重機械中常有以下四種備選方案。方案一：二級圓柱齒輪減速器方案二：蝸輪減速器方案三：行星齒輪減速器方案對比：二級圓柱齒輪減速器效率高，功率范圍大，現(xiàn)已標(biāo)準(zhǔn)化，因而使用范圍普遍；蝸輪減速器雖然結(jié)構(gòu)尺寸小，傳動比較大，重量輕，但效率低，壽命較短，在長期連續(xù)使用時就顯得不經(jīng)濟(jì)，一般只用于小型起重機；行星齒輪減速器的結(jié)構(gòu)緊湊，傳動比也較大，但價格比較昂貴。綜上所述，從產(chǎn)品的成本、性能和具體使用場合考慮，本設(shè)計中選取二級圓柱齒輪減速器。(2)輸出（入）軸的配置 根據(jù)機械設(shè)計手冊輸出（入）軸有以下四種備選方案。方案一：展開式?！? 特點：結(jié)構(gòu)簡單，但齒輪相對與軸承的位置不對稱，因此要求軸有較大的剛度，高速級齒輪布置在遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)矩輸入端，這樣，軸在轉(zhuǎn)矩作用下產(chǎn)生的扭矩變形和軸在彎矩作用下產(chǎn)生的彎曲變形可部分的相互抵消，以減緩沿齒寬分布不均勻的現(xiàn)象。用于載荷比較平穩(wěn)的場合，高速級一般做成斜齒，低速級一般做成直齒。結(jié)構(gòu)簡單，應(yīng)用廣泛。方案二：分流式　　特點：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，但由于齒輪相對于軸承對稱布置，與展開式相比載荷沿齒寬分布均勻，軸承受載較均勻。適用于變載荷的場合。高速級一般用斜齒，低速級可用直齒或人字齒。方案三：同軸式特點：減速器橫