【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 的重量，同時(shí)降低了產(chǎn)品投入成本。不過(guò)這種結(jié)構(gòu)的堆垛機(jī)由于整體重心偏，并且在水平行走啟動(dòng)和停車過(guò)程中容易產(chǎn)生巨大沖擊而使機(jī)架產(chǎn)生大的變形和局部應(yīng)力集中，極大的限制了它的使用范圍，僅僅適合應(yīng)用 在載重輕、低速的場(chǎng)合。 2) 按運(yùn)行軌跡形式不同，堆垛機(jī)可分為直線運(yùn)行型堆垛機(jī)和曲線運(yùn)行型堆垛機(jī) 。 ①直線運(yùn)行型堆垛機(jī)，其軌道是直線的，堆垛機(jī)只能在其直線軌道上行走，不能自行的從一個(gè)巷道換到另外一個(gè)巷道。不過(guò)因?yàn)槠滠壍罏橹本€，該類型的堆垛機(jī)可以在高速情況下運(yùn)行，能夠?qū)崿F(xiàn)立體庫(kù)的高頻率作業(yè)，在物流行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。 ②曲線運(yùn)行型堆垛機(jī)又叫轉(zhuǎn)軌堆垛機(jī)，其行走輪與下橫梁是通過(guò)垂直軸鉸接的，可以自行地從一個(gè)巷道轉(zhuǎn)移到另外一個(gè)巷道，因此能夠在環(huán)形或其它曲線軌道上行走，完成存取貨物的功能 [5]。不過(guò)考慮場(chǎng)地的利用率問(wèn)題，軌道的轉(zhuǎn)彎半徑不宜過(guò)大，這樣堆垛機(jī)在轉(zhuǎn)彎時(shí)就不能高速運(yùn)行，因此此種堆垛機(jī)應(yīng)用在巷道比較多而堆垛機(jī)比較少且出入庫(kù)頻率不高的工作場(chǎng)合。 XXXX 大學(xué)本科畢業(yè)論文 4 堆垛機(jī)的發(fā)展 隨著自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的應(yīng)用范圍和技術(shù)手段不斷發(fā)展和完善，其在現(xiàn)代物流體系中起著越來(lái)越重要的作用。立體倉(cāng)虧最重要的部分是軌道堆垛機(jī)，軌道堆垛機(jī)因?yàn)樽饔脧V泛而得到推廣使用。在 1970 年左右巷道是堆垛機(jī)在我國(guó)得到了迅猛發(fā)展，在這之前我國(guó)早就開始研究采用巷道式軌道堆垛機(jī)在立體倉(cāng)庫(kù)中的應(yīng)用。在堆垛機(jī)的在機(jī)架機(jī)械中，機(jī)架 上安裝有伸縮貨叉，用來(lái)取貨和送貨，通過(guò)機(jī)架上的絲杠來(lái)控制貨叉的長(zhǎng)度。在二十世紀(jì)七十年代到八十年代間，巷道式堆垛機(jī)以及各種移動(dòng)式貨架開始運(yùn)用于自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)中，這使得物流運(yùn)輸?shù)臋C(jī)動(dòng)性大大提高，因此堆垛機(jī)的發(fā)展也越來(lái)越快 [6]。 在 19 世紀(jì)初堆垛機(jī)的雛形出現(xiàn)在美國(guó)。伴隨著工業(yè)革命的逐步發(fā)展，各工業(yè)國(guó)家都開始研究與生產(chǎn)堆垛機(jī)，多用于起重和運(yùn)送貨物。這個(gè)時(shí)候的巷道堆垛機(jī)一般由以下幾個(gè)部分組成，升降電機(jī)、運(yùn)行電機(jī)、固定軌道、底盤、機(jī)身、機(jī)架、伸縮貨叉，并且搭配必要的電 氣設(shè)備。巷道式堆垛機(jī)它的運(yùn)行軌道一般鋪設(shè)在地面上（這樣可以大大減少承重的來(lái)料），堆垛機(jī)的承重和行走則依靠的是下部的機(jī)械滑輪，其運(yùn)行軌跡是直線型巷道堆垛機(jī)。這種堆垛機(jī)的驅(qū)動(dòng)裝置安裝在底盤的兩側(cè)，有利于平時(shí)的保養(yǎng)、維修和拆運(yùn)。從 1967 年開始，工業(yè)剛起步的日本就掌握了安裝高度為 25 米高度堆垛機(jī)的技術(shù)。隨著各國(guó)技術(shù)交流逐漸增多，計(jì)算機(jī)控制技術(shù)和物流倉(cāng)儲(chǔ)技術(shù)也得到了很快的發(fā)展，技術(shù)越來(lái)越好，所以應(yīng)用越來(lái)越廣泛，同時(shí)為了滿足大型立體庫(kù)的技術(shù)要求，堆垛機(jī)的整機(jī)高度也在不停的提高。在 1970 年運(yùn)貨高度可達(dá) 40 米的堆垛機(jī)（ 其由貨架支承，軌道固定）問(wèn)世。堆垛機(jī)是立體倉(cāng)庫(kù)的重要部分，技術(shù)是伴隨著自動(dòng)化倉(cāng)儲(chǔ)技術(shù)慢慢發(fā)展起來(lái)的。最近幾年國(guó)內(nèi)的自動(dòng)倉(cāng)儲(chǔ)技術(shù)中的堆垛機(jī)技術(shù)也與時(shí)俱進(jìn)，堆垛機(jī)也在結(jié)構(gòu)、減噪技術(shù)、安全運(yùn)行、速度和精度指標(biāo)上有了很大的提高，并在機(jī)械制造、食品生產(chǎn)、鐵路、船舶、航空、礦業(yè)、煙草等行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用。跟國(guó)外比較，我國(guó)堆垛機(jī)存在最低存取貨物高度比較低（世界一流水平），高速運(yùn)行的安全性和精確度都顯著提高，而且穩(wěn)定性等問(wèn)題也越來(lái)越好，所以我國(guó)堆垛機(jī)在綜合性能方面步入世界發(fā)達(dá)國(guó)家行列。 目前堆垛機(jī)技術(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家都把著力點(diǎn)放 在開發(fā)性能可靠的新產(chǎn)品和采用新技術(shù)的穩(wěn)定性上。隨著物流倉(cāng)儲(chǔ)技術(shù)的快速發(fā)展，物流倉(cāng)儲(chǔ)的高效率性對(duì)堆垛機(jī)的存取速度提出了更高的要求，研制運(yùn)行平穩(wěn)可靠、認(rèn)址準(zhǔn)確、起動(dòng)制動(dòng)靈敏、運(yùn)行振動(dòng)小、噪音小等綜合性能高的運(yùn)行速度達(dá)到 160～ 200m/min 以上的高速堆垛機(jī)成為今后的主要發(fā)展方向 [6]。 1 緒論 5 堆垛機(jī)實(shí)物圖如圖 12 圖 12 課題研究的目的和意義 倉(cāng)儲(chǔ)技術(shù)是現(xiàn)代物流發(fā)展的重要指標(biāo)，倉(cāng)儲(chǔ)在物流系統(tǒng)中起著非常重 要的作用。高效的、合理的倉(cāng)儲(chǔ)能加快物資流動(dòng)、降低成本并可以對(duì)資源進(jìn)行有效的控制和管理。隨著現(xiàn)代物流的快速發(fā)展，一方面，物流自動(dòng)化和信息化程度不斷提高；另一方面，土地成本和人工成本的提高也使企業(yè)產(chǎn)生了讓倉(cāng)庫(kù)向自動(dòng)化方向發(fā)展的十分迫切的需要。在這種情況下，能代表現(xiàn)代企業(yè)先進(jìn)水平的自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)也就應(yīng)運(yùn)而生。自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)是近年國(guó)際上快速發(fā)展起來(lái)的一種新型物流倉(cāng)儲(chǔ)設(shè)施，具有準(zhǔn)確高、自動(dòng)化程度高、安全可靠、功能齊全等優(yōu)勢(shì)，并成為工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家倉(cāng)儲(chǔ)建設(shè)的發(fā)展潮流。我國(guó)在 1973 年自主研制出第一座計(jì)算機(jī)控制的自動(dòng)化立體倉(cāng) 庫(kù)，深受國(guó)家的關(guān)注與支持。接下來(lái)的幾十年科學(xué)家和工程師們不斷努力創(chuàng)新，我國(guó) 20xx 年底擁有的數(shù)量已經(jīng)超過(guò) 3000 座，自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)也從高速發(fā)展階逐漸段步入了成熟應(yīng)用階段。據(jù)可靠調(diào)研，我國(guó)很多行業(yè)都用到自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)，主要應(yīng)用于機(jī)械制造、礦業(yè)、船舶、航空航天、食品加工、煙草等行業(yè)。與此同時(shí)，隨著經(jīng)濟(jì)全球化步伐日益加快和信息技術(shù)的飛速發(fā)展，物流在經(jīng)濟(jì)活動(dòng)中的重要性已經(jīng)日益凸現(xiàn)，物流人才的需求也在日益增長(zhǎng)。據(jù)教育部高校物流專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)公布的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，到 20xx 年，我國(guó)大專以上物流人才需求量為 30 萬(wàn)至 40 萬(wàn)，而國(guó)內(nèi)物流教育起步較晚，于是各高校紛紛投資興建物流實(shí)驗(yàn)中心，為培養(yǎng)高素質(zhì)物流人才搭建理論與實(shí)踐的平臺(tái) [7]。 XXXX 大學(xué)本科畢業(yè)論文 6 2 堆垛機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu) 堆垛機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案 堆垛機(jī)是自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)中的重要的物流運(yùn)輸設(shè)備，它受控于上位機(jī)，穿梭于立體貨架之間，主要承擔(dān)貨物的出庫(kù)、入庫(kù)和移庫(kù)等任務(wù)。良好的堆垛機(jī)應(yīng)該滿足以下幾點(diǎn)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)； (1)擁有多個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的控制，即水平方向的來(lái)回行走，實(shí)現(xiàn)堆垛機(jī)的列定位；載貨臺(tái)的上下運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)堆垛機(jī)的層定位；貨叉的雙向伸縮運(yùn)動(dòng)，實(shí) 現(xiàn)貨物的存取。 (2) 具 有 安全 防護(hù) 裝置，例 如：斷繩 保護(hù) 裝置、沖 頂保護(hù) 裝 置、過(guò)載 保 護(hù) 裝置 等。 (3)在機(jī)械結(jié) 構(gòu)滿足 強(qiáng)度、剛度及 可靠性的 原則下，各 部分 的質(zhì) 量盡 量 減少，減 小堆 垛機(jī)在 加速和 制動(dòng)時(shí)的 慣性沖 擊，同 時(shí)還 能節(jié)省 制 造 成 本。（ 4）減少堆垛機(jī)工作過(guò)程中的噪音，為工作人員提供一個(gè)好的工作環(huán)境。 堆垛機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)大致如圖 21。 圖 21 水平行走機(jī)構(gòu) 堆垛機(jī)的行走機(jī)構(gòu)，主要由驅(qū)動(dòng)電機(jī)、電氣控制柜、減速機(jī)、主、從動(dòng)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(jī)經(jīng)過(guò)減速機(jī)驅(qū)動(dòng)主動(dòng)輪在地軌上運(yùn)動(dòng)，完成巷道堆垛機(jī)的巷道水平方向的行走運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)貨格列方向的定位。下橫梁兩側(cè)2 堆垛機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu) 7 靠近端面位置分別安裝有兩個(gè)導(dǎo)向輪，對(duì)堆垛機(jī)水平行走起到很好的方向?qū)д饔?[9]。 本機(jī)構(gòu)的下橫梁運(yùn)用 10mm 后的鋼板經(jīng)過(guò)加工焊接而成，主動(dòng)輪和從動(dòng)輪兩端的軸承安裝孔，在加工的過(guò)程 中應(yīng)用加工中心旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)經(jīng)過(guò)一次裝夾，鏜削而成，有效的保證了主動(dòng)輪和從動(dòng)輪軸線的平行性，對(duì)堆垛機(jī)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(guò)程中的噪音。 貨叉部分 堆垛機(jī)的存取貨裝置主要有機(jī)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(xiàng)目選用最為常用的伸縮貨叉存取裝置 [10]。 貨叉的傳動(dòng)方式有很多種，常見(jiàn)的有：齒輪齒條傳動(dòng)及鏈輪傳動(dòng)和齒輪齒 條傳動(dòng)相結(jié)合的方式等 [11]。本文選用齒輪齒條傳動(dòng)方式，其主要由上叉、中叉、下叉、齒輪齒條傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、導(dǎo)向輪和貨叉電機(jī)等組成。其工作原理如下：下叉固定在載貨臺(tái)上，貨叉電機(jī)帶動(dòng)動(dòng)力輸入軸驅(qū)動(dòng)下邊大齒輪，經(jīng)過(guò)齒輪齒條傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，最終實(shí)現(xiàn)中叉相對(duì)于下叉水平行走 400mm，上叉相對(duì)于下叉行走 800mm，以達(dá)到貨叉行程倍增的目標(biāo)。 為了保證貨叉機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)完成后能實(shí)現(xiàn)在貨架上邊正常存取貨物。貨叉合攏時(shí)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(jì)的貨叉能夠滿足堆垛機(jī)在巷道中行走并且自動(dòng)存取貨物的功能。 載貨臺(tái) 載貨臺(tái)是貨物的承載單元，其主要由導(dǎo)向輪、導(dǎo)輪架、載貨臺(tái)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(hù)裝置、升降認(rèn)址裝置、貨物位置異常檢測(cè)裝置等。 它的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要考慮在滿足對(duì)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(tái)的承載參數(shù)和貨物托盤的尺寸，載貨臺(tái)體選用 100 100mm 的方鋼，采 取焊接的方式制成。在載貨臺(tái)上與立柱導(dǎo)軌接觸的三個(gè)面上都安裝有導(dǎo)向輪，以保證載貨臺(tái)沿著立柱導(dǎo)軌平穩(wěn)的升降。 為了減小載貨臺(tái)在升降過(guò)程中同立柱導(dǎo)軌之間的震動(dòng)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(shí)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，調(diào)整導(dǎo)向輪同立柱導(dǎo)軌之間XXXX 大學(xué)本科畢業(yè)論文 8 的間隙。 提升機(jī)構(gòu) 提升機(jī)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)載貨臺(tái)垂直提升的動(dòng)力及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，堆垛機(jī)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(diǎn)的不同采用鏈條提升方式比采用卷?yè)P(yáng)筒式更平穩(wěn)。曳引式提升機(jī)構(gòu)體積小巧而且提升高度不受限制，但是堆垛機(jī)要水平行走，所以配重裝置勢(shì)必會(huì)晃動(dòng)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(hù)部分 1) 終端限位保護(hù) 在堆垛機(jī)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(jī)械擋護(hù)塊，雙重防護(hù)保證堆垛機(jī)在水平行走過(guò)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(lái)預(yù)防堆垛機(jī)在垂直升降過(guò)程中控制失靈，造成沖頂和墜底 的危險(xiǎn)；在貨叉的伸出終端設(shè)置硬限位，來(lái)控制貨叉伸縮的行程 2) 電氣聯(lián)鎖保護(hù) 堆垛機(jī)在巷道中行走，擁有三個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)，如果三個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)不好的話，會(huì)導(dǎo)致堆垛機(jī)貨叉跟貨架或貨物的碰撞，造成不良后果 [13]。所以在對(duì)堆垛機(jī)的控制過(guò)程中加入了聯(lián)鎖保護(hù)，堆垛機(jī)在水平行走過(guò)程中，載貨臺(tái)的垂直提升運(yùn)動(dòng)和貨叉的伸縮運(yùn)動(dòng)是被鎖定的，只有當(dāng)水平定位完成后，載貨臺(tái)才能垂直運(yùn)動(dòng)，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(tái)下降到低位，再 堆垛機(jī)水平行走。 3) 斷電保護(hù) 本文中的所有電機(jī)都帶有自動(dòng)抱閘功能。比如突然斷電這種意外發(fā)生的時(shí)候，電機(jī)會(huì)掉電自鎖，并保持?jǐn)嚯姞顟B(tài)，直到意外排除人工恢復(fù)。 4) 載貨臺(tái)超載保護(hù) 堆垛機(jī)為了防止超載，本文添加了機(jī)械式超載限制器。當(dāng)重量超過(guò)額定的重量時(shí)，電源會(huì)自動(dòng)切斷。當(dāng)重量在額定重量以下，但在額定中量的 80%以上時(shí)，會(huì)發(fā)出報(bào)警的信號(hào)。 2 堆垛機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu) 9 本章小結(jié) 本章在對(duì)堆垛機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)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(jìn)行校核的新的設(shè)計(jì)方法。確定了堆垛機(jī)的整體結(jié)構(gòu)形勢(shì)為單位立柱巷道堆垛機(jī)，并對(duì)水平行走結(jié)構(gòu)、貨叉、載貨臺(tái)、提升機(jī)構(gòu)、安全防護(hù)進(jìn)行了分析。在現(xiàn)有的條件下完成了設(shè)計(jì)對(duì)堆垛機(jī)的結(jié)構(gòu)的基本要求。 XXXX 大學(xué)本科畢業(yè)論文 10 3 控制方案設(shè)計(jì) 堆垛機(jī)整體控制方案設(shè)計(jì) 控制系統(tǒng)是堆垛機(jī)的重要組成部分，堆垛機(jī)需要在立體庫(kù)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(yùn)動(dòng)，并且具備較好的速度控制和準(zhǔn)確的定位功能，控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)就顯得尤為重要，接下來(lái)本文從堆垛機(jī)控制方式和控制功能角度為堆垛機(jī)設(shè)計(jì)提供依據(jù)。 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)拓?fù)鋱D大致如下圖 31 圖 31 堆垛機(jī)的控制方式 堆垛機(jī)按電氣控制方式分類有三種控制方式。 （ 1）手動(dòng)控制方式 手動(dòng)方式一般用于兩個(gè)時(shí)候。堆垛機(jī)的安裝調(diào)試階段，通過(guò)人的反復(fù)操作確認(rèn)安全 S7200 PLC 觸摸屏（手動(dòng)） 上位機(jī)（自動(dòng)） 無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸 堆垛機(jī)列 認(rèn)址系統(tǒng) 堆垛機(jī)排認(rèn)證 堆垛機(jī)層 認(rèn)址系統(tǒng) 光電碼盤 堆垛機(jī)極限 保護(hù)系統(tǒng) 貨叉運(yùn)行機(jī)構(gòu) 層運(yùn)行機(jī)構(gòu) 列運(yùn)行機(jī)構(gòu) 堆垛機(jī)貨物 檢測(cè)系統(tǒng) 伺服控制系統(tǒng) 層 變頻系統(tǒng) 貨叉變頻系統(tǒng) 3 控制方案設(shè)計(jì) 11 和精準(zhǔn)。還有堆垛機(jī)發(fā)生異常時(shí)的操作，可以通過(guò)手動(dòng)方式在有聯(lián)鎖保護(hù)的條件下對(duì)堆垛機(jī)的行走、升降、伸縮貨叉等單獨(dú)進(jìn)行操作，實(shí)現(xiàn)堆垛機(jī)在三個(gè)運(yùn)行方向的任意定位。 （ 2）半自動(dòng)控制方式 半自 動(dòng)控制方式是對(duì)本機(jī)自動(dòng)控制方式運(yùn)行過(guò)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(jī)單步在巷道中實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確定位并進(jìn)行貨