【文章內容簡介】 ............................................................................................................................ ............................................................................................................................ 致謝 ........................................................................................................................................................................................................................................................36 III 1. 1. 11.. 緒論 1. 1. 11.. 緒論 近年來，隨著企業(yè)生產(chǎn)與管理的不斷提高，越來越多的企業(yè)認識到物流系 統(tǒng)的改善與合理性對企業(yè)提高生產(chǎn)率、降低成本非常重要。堆垛機是自動化立 體倉庫中最重要的起重堆垛設備。本文著重就堆垛機的結構設計進行初步研究。 11..11 研究背景及內容 11..11..11 有軌巷道堆垛機的發(fā)展 自動化立體倉庫是現(xiàn)代物流中的重要組成部分，它是在不直接進行人工處 理的情況下自動存取物料的系統(tǒng)，是現(xiàn)代工業(yè)社會發(fā)展的高科技產(chǎn)物，對提高 生產(chǎn)率、降低成本有著重要意義。在 20 世紀 70 年代初期，我國開始研究采用 有軌巷道式堆垛機 簡稱堆垛機 的立體倉庫。 1980 年我國第一座自動化立體倉 庫在北京汽車制造廠投產(chǎn)，從此自動化立體倉庫在我國得到了迅速發(fā)展。 巷道堆垛機是自動化立體倉庫中的核心物流設備，是隨著自動化立體倉庫 的出現(xiàn)而發(fā)展起來的專用起重機，它是倉庫中使用最廣泛的物料搬 運設備，也 是物流倉儲系統(tǒng)的最重要設備，其用途是在自動化立體倉庫的貨架巷道間來回 穿梭運行，將位于巷道口的貨物存入貨格，或者相反取出貨格內的貨物運送到 巷道口 [2]。 早期的堆垛機是在橋式起重機的起重小車上懸掛一個門架，利用貨叉在立 柱上的上下運動及立柱的旋轉運動來搬運貨物，通常稱之為橋式堆垛機 [3]。 1960 年左右在美國出現(xiàn)了巷道堆垛機，這種堆垛機是在地面的導軌上行走，利 用貨架上部的導軌防止傾倒，或者相反，在上部導軌上行走，利用地面導軌防 止傾倒 [[4]隨著立體 倉庫的發(fā)展，巷道堆垛機逐漸替代了橋式堆垛機。在口本從 1967 年開始安裝高度為 25 米高度的堆垛機。隨著計算機控制技術和自動化立 體倉庫的發(fā)展，堆垛機的應用越來越廣泛，技術性能越來越好，高度也在不斷 增加，到 1970 年實現(xiàn)了由貨架支承的高度為 40 米的堆垛機。堆垛機的運行速 度也不斷提高，目前堆垛機水平運行速度最高達 200m/min 小載重量的堆垛機 己達 300m/min ，起升速度高達 120m/min，貨叉伸縮速度達 50m/min 。 11..11..22 有軌巷道堆垛機的類 型 有軌巷道堆垛機可按其結構形式、支承方式和運行軌跡等進行分類，一般 可分為以下幾種類型 : 1 按結構形式，分為雙立柱有軌巷道堆垛機和單立柱有軌巷道堆垛機： ①雙立柱有軌巷道堆垛機 雙立柱有軌巷道堆垛機由兩根立柱、上橫梁、下橫梁和帶貨叉的載貨臺組 成，立柱、上橫梁和下橫梁組成一個長方形的框架，一般稱為機架。立柱形式 有方管和圓管兩種，方管可兼作起升導軌，圓管需要附加起升導軌。這種堆垛 機的最大優(yōu)點就是強度和剛性都比較好，能快速 起、制動，并且運行平穩(wěn)。一 般用在起升高度較高、起重量較大和水平運行速度較高的立體倉庫中，其缺點 是自重較大。 1 西安工業(yè)大學畢業(yè)設計（論文） 其結構如圖 1. 1 所示。 圖 1. 1 雙立柱有軌巷道堆垛機 ②單立柱有軌巷道堆垛機 單立柱有軌巷道堆垛機的機架由一根立柱、下橫梁和上橫梁組 成。立柱多 采用型鋼或焊接制作，立柱上附加導軌。整機重量較輕，消耗材料少，因此制 造成本相對較低，但剛性稍差。由于載貨臺和貨物對立柱有偏心作用，以及行 走、制動時產(chǎn)生的水平慣性力作用，使單立柱有軌巷道堆垛機在使用上有較大 的局限性。不適于起重量大和水平運行速度高的堆垛機。單立柱堆垛機的起升 結構，普遍采用鋼絲繩傳動，由電機減速機驅動卷筒轉動，通過鋼絲繩牽引載 貨臺沿立柱或起升導軌作升降運動。對于鋼絲繩傳動，傳動和布置相對容易， 但定位準確性稍差。 其結構如圖 1. 2 所示。 圖 1. 2 單立柱有軌巷道堆垛機 2 按支承方式分類，有軌巷道堆垛機分為懸掛型和地面支承型。 ①懸掛型有軌巷道堆垛機 懸掛型有軌巷道堆垛機懸掛在巷道上方的軌道上運行，其運行機構安裝在 堆垛機門架的上部。在地面鋪設導軌，使門架下部的導向輪以一定的間隙夾在 導軌的兩側，從而防止堆垛機運行時產(chǎn)生擺動和傾剎。懸掛式堆垛機有如下優(yōu) 點 :在設計門架時，可以不考慮橫向的彎曲強度，鋼結構的自重可以減輕，加減 速時的慣 性擺動小，穩(wěn)定所需的時間短 。其缺點是維修和檢查不方便。 35 西安工業(yè)大學畢業(yè)設計（論文） ②地面支承型有軌巷道堆垛機 堆垛機的運行軌道鋪設在地面上，堆垛機用下部行走輪支承和驅動，上部 導向輪用來防止堆垛機傾倒或擺動。和懸掛型有軌巷道堆垛機相比，這種堆垛 機的立柱主要考慮軌道平面內的彎曲強度，因此，需要加大立柱在行走方向截 面的慣性矩 。由于驅動裝置均裝在下橫梁上，容易保養(yǎng)和維修。 3 按其運行軌跡形式不同，分為直線運行型堆垛機和曲線運行型堆垛機。 ①直線運行型堆垛機 直線運行型堆垛機只能在巷道內直線軌道上運行，不能自行轉換巷道。只 能通過其他輸送設備轉換巷道，直線運行型堆垛機可以實現(xiàn)高速運行，能夠滿 足出入庫頻率較高的立體倉庫作業(yè)，應用最為廣泛。 ②曲線運行型堆垛機 曲線運行型堆垛機行走輪與下橫梁是通過垂直軸鉸接的，能夠在環(huán)形或其 他曲線軌道上 運行，不通過其他輸送設備便可以從一個巷道自行轉移到另一個 巷道。曲線運行型堆垛機在使用上有局限性，只適用于出入庫頻率較低的立體 倉庫。 本文研究的堆垛機是結構形式為雙立柱，支承方式為地面支承型，并且其 運行軌跡為直線型巷道堆垛機。 11..11..33 有軌巷道堆垛機的發(fā)展現(xiàn)狀及特點 隨著經(jīng)濟全球化步伐的口益加快和信息技術的快速發(fā)展，傳統(tǒng)行業(yè)和消費 方式正發(fā)生著深刻的變化，物流在經(jīng)濟活動中的作用越來越受到企業(yè)的重視， 物流人才的需求也在口益增 長。目前，物流人才已經(jīng)被列為我國 12 大類緊缺人 才之一，有報道稱“物流人才的需求已超過 600 萬”。物流實驗室的建設正是要 搭建一座理論與實踐的橋梁，目前，我國許多高校已經(jīng)建立了物流實驗室，據(jù) 不完全統(tǒng)計，已經(jīng)有 160 多所高校建立了自己的物流實驗室。物流實驗室為學 生提供實訓平臺，深化學生對現(xiàn)代物流理論的理解，提高學生的操作能力，內 融機械、電氣、電子及計算機等技術于一體的綜合技術，在這種技術中，不同 領域和層次的知識與能力融會在一起。 另外，為了更好的模擬貨物在自動化立體 倉庫各倉儲單元內存儲的物流過 程，研究提高物流效率以及堆垛機性能和作業(yè)效率方法，許多物流研究中心業(yè) 紛紛建立起來。山東大學現(xiàn)代物流控制實驗中心是目前我國第一個現(xiàn)代的物流 控制實驗室，在物流調度、物流控制、機械手揀選控制和機器視覺的綜合研究 和開發(fā)應用方面目前處于國內領先地位。圖 1. 3 是研究中心的小型倉儲系統(tǒng) 圖 小型倉儲系統(tǒng) 3 西安工業(yè)大學畢業(yè)設計（論文） 11..22 變頻調速技術簡介 11..22..11 變頻器概述 目前，交流調速傳動已經(jīng)上升為電氣調速傳動的主流。中、小容量范圍內， 采用自關斷器件的全數(shù)字控制 PWM 變頻器己經(jīng)實現(xiàn)了通用化。全數(shù)字控制方 式的軟件功能不但考慮到通用變頻器自身的內在性能，而且還融入了大量的實 用經(jīng)驗和技術、技巧，使得通用變頻器的 RAS 三性 Reliability, Availability, Serviceability，可靠性、可使用性、可維修性 功能得以充實。由于通用變頻器 具有調速范圍寬、調速精度高、動態(tài)響應快、運行效率高、功率因數(shù)高、操作 方便且便于同其他設備接口等一系列優(yōu)點，所以應用越來越廣泛，社會經(jīng)濟效 益十分顯著。 11..22..22 變頻器的分類： 1 按照主電路工作方式分類。當按照主電路工作方式進行分類時，變頻 器可以分為電壓型變頻器和電流型變頻器。電壓型變頻器的特點是將直流電壓 源轉換為交流電源，而電流型變 頻器的特點則是將直流電流源轉換為交流電源。 ①電壓型變頻器。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，并通過中間電路的電容進行平滑后輸出。整流電路和直 流中間電路起直流電壓源的作用，而電壓源輸出的直流電壓在逆變電路中被轉 換為具有所需頻率的交流電壓。在電壓型變頻器中，由于能量回饋給直流中間 電路的電容，并使直流電壓上升，還需要有專用的放電電路，以防止換流器件 因電壓過高而被破壞。 ②電流型變頻器。在電流型變頻器中，整流電路給出直 流電流，并通過中 間電路的電抗將電流進行平滑后輸出。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機。在電流型變頻器中，電動機定 子電壓的控制是通過檢測電壓后對電流進行控制的方式實現(xiàn)的。對于電流型變 頻器來說，在電動機進行制動