【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ............................................................................................................................ ............................................................................................................................ 致謝 ........................................................................................................................................................................................................................................................36 III 1. 1. 11.. 緒論 1. 1. 11.. 緒論 近年來(lái)，隨著企業(yè)生產(chǎn)與管理的不斷提高，越來(lái)越多的企業(yè)認(rèn)識(shí)到物流系 統(tǒng)的改善與合理性對(duì)企業(yè)提高生產(chǎn)率、降低成本非常重要。堆垛機(jī)是自動(dòng)化立 體倉(cāng)庫(kù)中最重要的起重堆垛設(shè)備。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。 11..11 研究背景及內(nèi)容 11..11..11 有軌巷道堆垛機(jī)的發(fā)展 自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)是現(xiàn)代物流中的重要組成部分，它是在不直接進(jìn)行人工處 理的情況下自動(dòng)存取物料的系統(tǒng)，是現(xiàn)代工業(yè)社會(huì)發(fā)展的高科技產(chǎn)物，對(duì)提高 生產(chǎn)率、降低成本有著重要意義。在 20 世紀(jì) 70 年代初期，我國(guó)開(kāi)始研究采用 有軌巷道式堆垛機(jī) 簡(jiǎn)稱堆垛機(jī) 的立體倉(cāng)庫(kù)。 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。 巷道堆垛機(jī)是自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)中的核心物流設(shè)備，是隨著自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù) 的出現(xiàn)而發(fā)展起來(lái)的專用起重機(jī)，它是倉(cāng)庫(kù)中使用最廣泛的物料搬 運(yùn)設(shè)備，也 是物流倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)的最重要設(shè)備，其用途是在自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的貨架巷道間來(lái)回 穿梭運(yùn)行，將位于巷道口的貨物存入貨格，或者相反取出貨格內(nèi)的貨物運(yùn)送到 巷道口 [2]。 早期的堆垛機(jī)是在橋式起重機(jī)的起重小車上懸掛一個(gè)門架，利用貨叉在立 柱上的上下運(yùn)動(dòng)及立柱的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)來(lái)搬運(yùn)貨物，通常稱之為橋式堆垛機(jī) [3]。 1960 年左右在美國(guó)出現(xiàn)了巷道堆垛機(jī)，這種堆垛機(jī)是在地面的導(dǎo)軌上行走，利 用貨架上部的導(dǎo)軌防止傾倒，或者相反，在上部導(dǎo)軌上行走，利用地面導(dǎo)軌防 止傾倒 [[4]隨著立體 倉(cāng)庫(kù)的發(fā)展，巷道堆垛機(jī)逐漸替代了橋式堆垛機(jī)。在口本從 1967 年開(kāi)始安裝高度為 25 米高度的堆垛機(jī)。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)。堆垛機(jī)的運(yùn)行速 度也不斷提高，目前堆垛機(jī)水平運(yùn)行速度最高達(dá) 200m/min 小載重量的堆垛機(jī) 己達(dá) 300m/min ，起升速度高達(dá) 120m/min，貨叉伸縮速度達(dá) 50m/min 。 11..11..22 有軌巷道堆垛機(jī)的類 型 有軌巷道堆垛機(jī)可按其結(jié)構(gòu)形式、支承方式和運(yùn)行軌跡等進(jìn)行分類，一般 可分為以下幾種類型 : 1 按結(jié)構(gòu)形式，分為雙立柱有軌巷道堆垛機(jī)和單立柱有軌巷道堆垛機(jī)： ①雙立柱有軌巷道堆垛機(jī) 雙立柱有軌巷道堆垛機(jī)由兩根立柱、上橫梁、下橫梁和帶貨叉的載貨臺(tái)組 成，立柱、上橫梁和下橫梁組成一個(gè)長(zhǎng)方形的框架，一般稱為機(jī)架。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。這種堆垛 機(jī)的最大優(yōu)點(diǎn)就是強(qiáng)度和剛性都比較好，能快速 起、制動(dòng)，并且運(yùn)行平穩(wěn)。一 般用在起升高度較高、起重量較大和水平運(yùn)行速度較高的立體倉(cāng)庫(kù)中，其缺點(diǎn) 是自重較大。 1 西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 其結(jié)構(gòu)如圖 1. 1 所示。 圖 1. 1 雙立柱有軌巷道堆垛機(jī) ②單立柱有軌巷道堆垛機(jī) 單立柱有軌巷道堆垛機(jī)的機(jī)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(dǎo)軌。整機(jī)重量較輕，消耗材料少，因此制 造成本相對(duì)較低，但剛性稍差。由于載貨臺(tái)和貨物對(duì)立柱有偏心作用，以及行 走、制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的水平慣性力作用，使單立柱有軌巷道堆垛機(jī)在使用上有較大 的局限性。不適于起重量大和水平運(yùn)行速度高的堆垛機(jī)。單立柱堆垛機(jī)的起升 結(jié)構(gòu)，普遍采用鋼絲繩傳動(dòng)，由電機(jī)減速機(jī)驅(qū)動(dòng)卷筒轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)鋼絲繩牽引載 貨臺(tái)沿立柱或起升導(dǎo)軌作升降運(yùn)動(dòng)。對(duì)于鋼絲繩傳動(dòng)，傳動(dòng)和布置相對(duì)容易， 但定位準(zhǔn)確性稍差。 其結(jié)構(gòu)如圖 1. 2 所示。 圖 1. 2 單立柱有軌巷道堆垛機(jī) 2 按支承方式分類，有軌巷道堆垛機(jī)分為懸掛型和地面支承型。 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。在地面鋪設(shè)導(dǎo)軌，使門架下部的導(dǎo)向輪以一定的間隙夾在 導(dǎo)軌的兩側(cè)，從而防止堆垛機(jī)運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生擺動(dòng)和傾剎。懸掛式堆垛機(jī)有如下優(yōu) 點(diǎn) :在設(shè)計(jì)門架時(shí)，可以不考慮橫向的彎曲強(qiáng)度，鋼結(jié)構(gòu)的自重可以減輕，加減 速時(shí)的慣 性擺動(dòng)小，穩(wěn)定所需的時(shí)間短 。其缺點(diǎn)是維修和檢查不方便。 35 西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） ②地面支承型有軌巷道堆垛機(jī) 堆垛機(jī)的運(yùn)行軌道鋪設(shè)在地面上，堆垛機(jī)用下部行走輪支承和驅(qū)動(dòng)，上部 導(dǎo)向輪用來(lái)防止堆垛機(jī)傾倒或擺動(dòng)。和懸掛型有軌巷道堆垛機(jī)相比，這種堆垛 機(jī)的立柱主要考慮軌道平面內(nèi)的彎曲強(qiáng)度，因此，需要加大立柱在行走方向截 面的慣性矩 。由于驅(qū)動(dòng)裝置均裝在下橫梁上，容易保養(yǎng)和維修。 3 按其運(yùn)行軌跡形式不同，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) 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。只 能通過(guò)其他輸送設(shè)備轉(zhuǎn)換巷道，直線運(yùn)行型堆垛機(jī)可以實(shí)現(xiàn)高速運(yùn)行，能夠滿 足出入庫(kù)頻率較高的立體倉(cāng)庫(kù)作業(yè)，應(yīng)用最為廣泛。 ②曲線運(yùn)行型堆垛機(jī) 曲線運(yùn)行型堆垛機(jī)行走輪與下橫梁是通過(guò)垂直軸鉸接的，能夠在環(huán)形或其 他曲線軌道上 運(yùn)行，不通過(guò)其他輸送設(shè)備便可以從一個(gè)巷道自行轉(zhuǎn)移到另一個(gè) 巷道。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)。 本文研究的堆垛機(jī)是結(jié)構(gòu)形式為雙立柱，支承方式為地面支承型，并且其 運(yùn)行軌跡為直線型巷道堆垛機(jī)。 11..11..33 有軌巷道堆垛機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀及特點(diǎn) 隨著經(jīng)濟(jì)全球化步伐的口益加快和信息技術(shù)的快速發(fā)展，傳統(tǒng)行業(yè)和消費(fèi) 方式正發(fā)生著深刻的變化，物流在經(jīng)濟(jì)活動(dòng)中的作用越來(lái)越受到企業(yè)的重視， 物流人才的需求也在口益增 長(zhǎng)。目前，物流人才已經(jīng)被列為我國(guó) 12 大類緊缺人 才之一，有報(bào)道稱“物流人才的需求已超過(guò) 600 萬(wàn)”。物流實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)正是要 搭建一座理論與實(shí)踐的橋梁，目前，我國(guó)許多高校已經(jīng)建立了物流實(shí)驗(yàn)室，據(jù) 不完全統(tǒng)計(jì)，已經(jīng)有 160 多所高校建立了自己的物流實(shí)驗(yàn)室。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。 另外，為了更好的模擬貨物在自動(dòng)化立體 倉(cāng)庫(kù)各倉(cāng)儲(chǔ)單元內(nèi)存儲(chǔ)的物流過(guò) 程，研究提高物流效率以及堆垛機(jī)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(lái)。山東大學(xué)現(xiàn)代物流控制實(shí)驗(yàn)中心是目前我國(guó)第一個(gè)現(xiàn)代的物流 控制實(shí)驗(yàn)室，在物流調(diào)度、物流控制、機(jī)械手揀選控制和機(jī)器視覺(jué)的綜合研究 和開(kāi)發(fā)應(yīng)用方面目前處于國(guó)內(nèi)領(lǐng)先地位。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) 3 西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11..22 變頻調(diào)速技術(shù)簡(jiǎn)介 11..22..11 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。中、小容量范圍內(nèi)， 采用自關(guān)斷器件的全數(shù)字控制 PWM 變頻器己經(jīng)實(shí)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(nèi)在性能，而且還融入了大量的實(shí) 用經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)、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(shí)。由于通用變頻器 具有調(diào)速范圍寬、調(diào)速精度高、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、運(yùn)行效率高、功率因數(shù)高、操作 方便且便于同其他設(shè)備接口等一系列優(yōu)點(diǎn)，所以應(yīng)用越來(lái)越廣泛，社會(huì)經(jīng)濟(jì)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(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。電壓型變頻器的特點(diǎn)是將直流電壓 源轉(zhuǎn)換為交流電源，而電流型變 頻器的特點(diǎn)則是將直流電流源轉(zhuǎn)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(guò)中間電路的電容進(jìn)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(zhuǎn) 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(guò)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(guò)中 間電路的電抗將電流進(jìn)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(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)。在電流型變頻器中，電動(dòng)機(jī)定 子電壓的控制是通過(guò)檢測(cè)電壓后對(duì)電流進(jìn)行控制的方式實(shí)現(xiàn)的。對(duì)于電流型變 頻器來(lái)說(shuō)，在電動(dòng)機(jī)進(jìn)行制動(dòng)