【文章內(nèi)容簡介】 重、堆垛設(shè)備，對立體倉庫物料的出入庫效率有著重要的影響，是立體倉庫能否達(dá)到設(shè)計要求和體現(xiàn)其優(yōu)點的關(guān)鍵設(shè)備之一，通常將其分為橋式堆垛起重機和巷道式堆垛起重機兩種。 橋式堆垛起重機是在橋式起重機的基礎(chǔ)上，結(jié)合叉車的特點發(fā)展起來的。在從起重小車懸垂下來的剛性立柱上有可升降的貨叉，立柱可以繞垂直中心線轉(zhuǎn)動，因此貨架間需要的巷道寬度比叉車作業(yè)時所需要的小。這種起重機支 承在兩側(cè)高架軌道上運行，除一般單元貨物外還可堆運長物件。起重量和跨度較小時也可在懸掛在屋架下面的軌道上運行，這時它的起重小車可以過渡到鄰跨的另一臺懸掛式堆垛起重機上。立柱可以是單節(jié)的或多節(jié)伸縮式的。單節(jié)立柱結(jié)構(gòu)簡單、較輕，但不能跨越貨垛和其他障礙物，主要適用于有貨架的倉庫。多節(jié)伸縮式的一般有2~4 節(jié)立柱，可以跨越貨垛，因此也可用于單元貨物直接堆碼成垛的無架倉庫。 巷道式堆垛起重機專用于高架倉庫。起重機在貨架之間的巷道內(nèi)運行，主要用于搬運裝在托盤上或貨箱內(nèi)的單元貨物；也可以開到相應(yīng)的貨格前，由機上人員按出庫要 求揀選貨物出庫。巷道式堆垛起重機由起升機構(gòu)、運行機構(gòu)、貨臺司機室和機架等組成。起升機構(gòu)采用鋼絲繩或鏈條提升載貨臺。機架有一根或兩根立柱，貨臺上的貨叉可以伸向巷道兩側(cè)的貨格存取貨物。貨叉一般為三節(jié)伸縮式，用齒輪齒條傳動或鏈傳動實現(xiàn)伸縮。這種起重機大多在地面上的一根鋼軌上運行，水平輪裝在頂部；高度不大時也可以懸掛在巷道頂部的工字鋼下翼緣上運行，水平輪裝在下部；起重量較小時，可以直接在貨架頂部鋪設(shè)的軌道上運行。巷道式堆垛起重機采用電力驅(qū)動，其控制方式有： ○ 1 手動控制； ○ 2 半自動控制，即起升和運行機構(gòu)由人操作來改變速度，但在制動時機構(gòu)能使貨叉自動對準(zhǔn)貨格； ○ 3 自動控制，起重機備有自動認(rèn)址系統(tǒng)。 隨著自動化立體倉庫的不斷發(fā)展，巷道式堆垛機逐漸取代了橋式堆垛機，其原因主要有以下幾點： 1）與巷道式堆垛機相比，自重很大，必須用比較堅固的建筑結(jié)構(gòu)； 2）為使堆垛機的大梁通過，在倉庫天棚與貨架之間要有很大的凈空間； 3）橋式堆垛機的通告寬度大，而且也受大梁的跨度的限制。 本科機械畢業(yè)設(shè)計論文 CAD 圖紙 401339828 巷道式堆垛起重機的結(jié)構(gòu)及設(shè)計要點 堆垛機主要由機架、行走機構(gòu)、 提升機構(gòu)、載貨臺及貨叉、電器控制和各種安全保護(hù)裝置構(gòu)成。 機架 機架是由上橫梁、立柱和下橫梁構(gòu)成的框架，它是堆垛機的主要承載構(gòu)件，整機結(jié)構(gòu)高而窄，立柱一般由方管制成。如果堆垛機的高度很高、起重量較大、運行速度較快，立柱最好由圓管制成。上橫梁及下橫梁一般由槽鋼和鋼板焊接而成。 堆垛機的機架沿天軌運行，為防止框架傾倒，在上橫梁上裝有導(dǎo)向輪。天軌一般由角鋼、槽鋼或熱扎 H 型鋼制成。 行走機構(gòu) 行走機構(gòu)主要由電機減速器、行走車輪、導(dǎo)向輪等組成。在堆垛機下橫梁的下面裝有兩個車輪，車輪一般由鑄鋼制成 。在每個車輪的側(cè)面有兩個導(dǎo)向輪，以保證堆垛機能夠在地軌上正常行駛。軸裝式電機減速器裝在前面的車輪上，它帶動堆垛機在地軌上運行，當(dāng)切斷電機電源時，電機能夠自動制動，使堆垛機停止在立體庫的巷道中。 提升機構(gòu) 提升機構(gòu)主要由電機減速器、驅(qū)動鏈輪、驅(qū)動鏈條、升降鏈輪、升降鏈條、配重塊等組成。升降鏈條與載貨臺相連接，它與升降鏈輪、力柱的鏈輪及載貨臺組成封閉結(jié)構(gòu)。當(dāng)電機減速器通過驅(qū)動鏈輪帶動升降鏈輪旋轉(zhuǎn)時，升降鏈輪再通過升降鏈條帶動載貨臺上下運動。 載貨臺及貨叉 載貨臺主要由槽鋼、方管及鋼板焊接而成 。在它的每個側(cè)面裝有四個導(dǎo)向輪和一個頂輪，以保證載貨臺能夠沿著升降軌道正常行駛。 貨叉是堆垛機中最主要的部分，它主要由電機減速器、鏈輪、鏈條、齒輪、齒條、下叉、中叉、上叉、軸承等組成。下叉?zhèn)让嫜b有軸承并固定在載貨臺的臺架上，中叉的下板與工字型導(dǎo)軌相連，上叉的頂板與立板相連，在立板上裝有軸本科機械畢業(yè)設(shè)計論文 CAD 圖紙 401339828 承。貨叉電機通過鏈輪、鏈條帶動齒輪旋轉(zhuǎn)，齒輪帶動齒條及中叉運動，同時中叉中的鏈輪通過鏈條帶動上叉沿著中叉的工字形導(dǎo)軌運動。 電器設(shè)備 電器設(shè)備主要包括電力拖動、控制、檢測和安全保護(hù)。在電器拖動方面目前主要采用交流變 頻調(diào)速及交流變極調(diào)速。堆垛機的控制一般采用可編程控制器（ PLC）及計算機等。堆垛機必須有自動認(rèn)址、貨位虛實等檢測功能。電力拖動要同時滿足快速、平穩(wěn)和準(zhǔn)確三方面的要求。 安全保護(hù)裝置 堆垛機是一種起重機械，它要在又高又窄的巷道內(nèi)高速運行。為保證人身及設(shè)備的安全，堆垛機必須有完善的安全保護(hù)措施。主要的安保措施有： 終端極限限位保護(hù)。堆垛機在行走、升降和伸縮貨叉的終端都應(yīng)設(shè)有限位保護(hù)裝置。 聯(lián)鎖保護(hù)。堆垛機在行走與升降時，貨叉伸縮電路要自動切斷；相反貨叉伸縮時，行走與升降電路切斷。 正位虛實檢測控制。只 有堆垛機在垂直和水平方向停準(zhǔn)時，貨叉才能伸縮。另外，堆垛機到某貨格入庫，在伸叉存入貨物前，需要先探測貨格內(nèi)有無貨物，以防止雙重入庫，造成事故。 載貨臺斷鏈保護(hù)。堆垛機正常工作時，起升導(dǎo)軌兩側(cè)的偏心輪與導(dǎo)軌脫開，使載貨臺能夠沿著起升導(dǎo)軌上下運動。當(dāng)由于以外及長期使用等原因造成提升鏈條突然斷裂時，偏心輪通過連桿機構(gòu)及彈簧作用卡在起升導(dǎo)軌的兩側(cè)，使載貨臺不致突然下落。 斷電保護(hù)。如果載貨臺升降過程中突然斷電，則通過升降電機制動使載貨臺不致于降落下來。 本科機械畢業(yè)設(shè)計論文 CAD 圖紙 401339828 第二章 堆垛機機架的結(jié)構(gòu)設(shè)計 自動化立體倉庫的結(jié)構(gòu)尺 寸及運行條件 堆垛機作為自動化立體倉庫中重要的起重設(shè)備，應(yīng)該充分滿足生產(chǎn)中所需的要求，其結(jié)構(gòu)尺寸應(yīng)根據(jù)所應(yīng)用的立體倉庫的規(guī)格及所搬運貨物的體積、重量等參數(shù)進(jìn)行設(shè)計。 本文所涉及的自動化立體倉庫應(yīng)用于汽車發(fā)動機零部件生產(chǎn)的物流系統(tǒng)，所存儲的貨物主要為發(fā)動機汽缸的鑄件、半成品及成品。根據(jù)貨物的尺寸和生產(chǎn)規(guī)模的要求，該立體倉庫的貨格尺寸為 80 70 80cm，貨架總共為 15 層， 30 列，貨架最底層距離地面高度為 50cm，因此倉庫貨架的整體尺寸為 24 。 堆垛機搬運的貨物的重量不超過 50kg，托盤重 量小于 5kg，從安全方面考慮，同時為使堆垛機的運行能力能夠充分滿足生產(chǎn)要求，保證生產(chǎn)活動的順利進(jìn)行，將堆垛機的最大承載能力定為 100kg。堆垛機的行走速度為 80m/s, 載貨臺提升速度為 ，貨叉伸縮速度為 。 機架設(shè)計概述 機架設(shè)計應(yīng)滿足的一般要求 機架的設(shè)計主要應(yīng)保證其剛度、強度及穩(wěn)定性的要求，在此前提下，還應(yīng)使機架的重量盡量輕，以節(jié)約材料，降低成本。而且機架還要有良好的抗振性，能夠?qū)⑹芷日駝拥恼穹拗圃谠试S范圍內(nèi)。運行時噪聲小，溫度場分布合理，熱變形對機架精度的影響 小。結(jié)構(gòu)合理，工藝性好，便于安裝與調(diào)整。另外有導(dǎo)軌的機架要求導(dǎo)軌面受力合理，耐磨性良好。 機架的設(shè)計步驟 一、初步確定機架的結(jié)構(gòu)形狀及尺寸 機架的結(jié)構(gòu)形狀和尺寸，取決于安裝在它內(nèi)部與外部的零件和部件的形狀與尺寸，裝配情況、安裝與拆卸等要求。同時也取決于工藝、所承受的載荷、運動等情況。然后，綜合上述情況，利用經(jīng)驗公式或有關(guān)資料提供的經(jīng)驗數(shù)據(jù)，同時本科機械畢業(yè)設(shè)計論文 CAD 圖紙 401339828 結(jié)合設(shè)計人員的經(jīng)驗，并參考現(xiàn)有同類型機架，初步擬定出機架的結(jié)構(gòu)形狀和尺寸。 堆垛機機架結(jié)構(gòu)草圖如圖 所示，由上橫梁、底板和兩根立柱構(gòu)成框形結(jié)構(gòu)。為了 便于安裝零件和減輕堆垛機機架的重量，上橫梁選擇熱扎普通槽鋼。 對于立柱的截面形狀有圓形、矩形和工字形三種選擇。當(dāng)截面面積相同時，圓形截面有較高的抗扭剛度，宜用于受扭為主的機架；工字形截面的抗彎強度最大，但抗扭性很低，宜用于承受純彎的機架；矩形截面抗彎、抗扭分別低于工字形截面和圓形截面，但其綜合剛性最好（各種形狀的截面，其封閉空 圖 機架結(jié)構(gòu)草圖 心截面的剛度比實心截面的剛度大）。堆垛機在行進(jìn)和升降貨臺的過程中，拉、壓、彎曲、扭轉(zhuǎn)均會出現(xiàn)，對抗彎性和抗扭性都有要求，而且所提升的貨物 不是很重，因此選擇矩形空心截面。另外，截面面積不變，曾大封閉空心截面的外形輪廓尺寸，減小壁厚，亦可提高截面的抗彎、抗扭剛度。即在滿足相同剛度要求的情況下，通過使用空心的、大尺寸截面，可以節(jié)省材料，減小立柱重量，節(jié)約成本。 根據(jù)立體倉庫貨架的尺寸，兩立柱軸線間距離為 。由于堆垛機上導(dǎo)軌與倉庫貨架最頂端橫梁等高，載貨臺最低位置應(yīng)與貨架最底層等高，所以立柱長度初定為 。 二、常規(guī)計算 常規(guī)計算是利用理論力學(xué)、材料力學(xué)、彈性力學(xué)等固體力學(xué)理論和計算公式，對機架進(jìn)行強度、剛度和穩(wěn)定性等方面的校核，而后修 改設(shè)計，以滿足設(shè)計要求。 本科機械畢業(yè)設(shè)計論文 CAD 圖紙 401339828 上導(dǎo)軌設(shè)計 導(dǎo)軌類型的確定 上導(dǎo)軌基本不承受載荷，主要起導(dǎo)向作用，因此在選擇導(dǎo)軌類型時主要從滿足導(dǎo)向精度方面考慮，即運動的直線度。由 [2] P9107 表 ，選擇塑料導(dǎo)軌。該類型導(dǎo)軌在普通的金屬滑動導(dǎo)軌副中的一件（一般在移動件）的導(dǎo)軌面上，用釘接、粘接或噴涂上一層通用的工程塑料板、纖塑層壓板或者專用的導(dǎo)軌軟帶和耐磨涂層。 塑料導(dǎo)軌的優(yōu)點在于： （ 1）有良好的自潤滑性和耐磨性。 （ 2）對金屬的摩擦系數(shù)小，因而能降低滑動件驅(qū)動力，提高傳動效率。 （ 3）靜、 動摩擦系數(shù)相接近，使滑動平穩(wěn)。 （ 4）加工簡單，表面可用通用機械加工方法（銑、刨、磨等）加工。 （ 5）由于塑料較軟，落入導(dǎo)軌中的塵屑、磨粒可嵌入其中，不會對金屬導(dǎo)軌面產(chǎn)生拉傷。 （ 6）磨損后，拆除舊的塑料層，更換新的即可。 （ 7）可以減小導(dǎo)軌重量。 導(dǎo)軌材料的確定 塑料材料，查 [1] P3254 表 3320，選擇聚酰胺（尼龍 66），該材料機械性能較好，可替代金屬用作工程結(jié)構(gòu)，在各種環(huán)境下均能保持優(yōu)良的性能。 金屬材料，查 [1] P374 表 3129，選擇灰鑄鐵 HT200，具有較好的耐 磨性和良好的減振性，鑄件粗加工后，需要進(jìn)行人工時效處理。 導(dǎo)軌截面形狀的確定 直線運動導(dǎo)軌的截面形狀主要有四種：矩形、三角形、燕尾形和圓柱形，并可互相組合，每種導(dǎo)軌副之中還有凹凸之分。 根據(jù)實際情況，由 [2] P9108 表 ，選擇雙三角形導(dǎo)軌組合方式，如圖 所示，該方式不需要鑲條調(diào)整間隙，接觸剛度好，導(dǎo)向性和精度保持性好。 本科機械畢業(yè)設(shè)計論文 CAD 圖紙 401339828 圖 滑動導(dǎo)軌剖面 每條導(dǎo)軌為對稱凹形三角形導(dǎo)軌，這樣利于保存潤滑油。盡管凹形容易留有灰塵，但如前所述，塑料導(dǎo)軌可以減小塵粒對導(dǎo)軌的磨損。另外，三角 形導(dǎo)軌面磨損后能自動補償，減小間隙。導(dǎo)軌上部固定于貨架上，每段導(dǎo)軌長度在貨架設(shè)計中確定，此處不作處理。導(dǎo)軌下部固定于堆垛機上橫梁，為減輕堆垛機重量，將其制作成兩個長為 100mm 的滑塊，對稱焊接在上橫梁槽鋼上。 查 [2] P9110 表 ，得導(dǎo)軌截面尺寸如下： 表 21 導(dǎo)軌截面尺寸 B b A α 20mm 2mm 70mm 90176。 導(dǎo)軌上、下部分結(jié)構(gòu)尺寸如圖 所示： (a) 本科機械畢業(yè)設(shè)計論文 CAD 圖紙 401339828 (b) 圖 導(dǎo)軌尺寸 上橫梁的設(shè)計 上橫梁通過焊接與兩根立柱聯(lián)接，保持立柱間的相對穩(wěn) 定性。另外，上導(dǎo)軌的滑動部分固定于上橫梁上，對其產(chǎn)生下壓力。為保證上橫梁具有一定的剛度、強度和良好的穩(wěn)定性，按照 GB/T 7071988 標(biāo)準(zhǔn)，選用熱扎槽鋼材料制作。查 [1] P3112 表 3153，初選槽鋼型號為 10 號，其尺寸參數(shù)如下： 圖 槽形鋼截面尺寸 本科機械畢業(yè)設(shè)計論文 CAD 圖紙 401339828 表 22 槽形鋼尺寸 尺寸 /mm 截面面積 cm2 h b D t r r1 100 48 參考數(shù)值 xx yy Z0 Wx /cm3 Ix /cm4 ix /cm Wy /cm3 Iy /cm4 iy /cm /cm 198 按 GB/T 6991999， JB/T 63971992 標(biāo)準(zhǔn)，選上橫梁材料為 45 號鋼。 根據(jù)材料力學(xué)，上橫梁可看作兩端固定梁，受滑塊的下壓力。當(dāng)堆垛機行走時，滑塊所受的摩擦力方向為軸向，在此處可忽略不計。其剪力圖、彎矩圖如圖 所示： 圖 上橫梁受力圖 其中， q— 勻布載荷， M— 彎矩， Q— 剪力 計算最大彎矩和最大剪力： 3631 0 0 2 0 1 0 0 2 2 0 3 0 1 0 0 2 0 1 0 1 0 03003 0 0 1 0 7 .2 5 1 0 2 .1 7 5Vcmm V k g? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ??? ? ? ? ? ? 本科機械畢業(yè)設(shè)計論文 CAD 圖紙 401339828 其中， V— 導(dǎo)軌下部的體積， m— 導(dǎo)軌下部質(zhì)量，