【文章內(nèi)容簡介】 于自動化立體倉庫具有占地面積少，差錯少，節(jié)省人力等優(yōu)點，伴隨國際貿(mào)易的增加和全球化浪潮的興起，自動化立體倉庫技術(shù)逐漸有民用化趨勢。因為自動化立體倉庫可靠性高，節(jié)省勞動力，零件容易維修更換，操作簡單方便，導(dǎo)致了工業(yè)生產(chǎn)中的生產(chǎn)物流成本下降，建設(shè)費用和土地資源都得到有效節(jié)約。在美國各個地區(qū)都掀起了自動化立體倉庫的熱潮。 正確的理論一經(jīng)掌握，便成為了推動社會發(fā)展的一大動力。進(jìn)入 70 年代以后，日本通過采用自動化立體倉庫的建筑技術(shù)，整個 70 年代，日本 勞動人民在自動化技術(shù)和機(jī)器人技術(shù)的幫助下，先后建設(shè)了 2021 多座自動化立體倉庫，數(shù)量和整個歐洲的自動化立體倉庫數(shù)量相同。這一運動有效節(jié)約了整個日本國內(nèi)的勞動力和土地資源，為之后日本國內(nèi)的物流系統(tǒng)現(xiàn)代化奠定了基礎(chǔ)。 8 2 總體方案設(shè)計 自動化立體倉庫的建設(shè)是涉及機(jī)械、電子、電氣、土建和管理等多學(xué)科、多專業(yè)的工程。而且現(xiàn)代化倉庫的構(gòu)成是復(fù)雜的，它是一個由彼此相互作用的諸因素和各個環(huán)節(jié)所構(gòu)成的綜合系統(tǒng)。研究這些因素的性質(zhì)并弄清它們的相互作用，是建立自動化立體倉庫的一個重要步驟。通過總結(jié)分析，可以取得綜合解決下列問題 的必要資料，即：自動化管理的組織結(jié)構(gòu)和職能機(jī)構(gòu)的建立，最佳參數(shù)和技術(shù)裝備能力的確定，以及倉庫的合理平面布置的選擇等。自動化立體倉庫設(shè)計的一般順序為： 1．收集、研究原始資料； 2．選擇倉庫類型； 3．確定主要參數(shù)； 4．選擇貨架方案； 5．選擇機(jī)械設(shè)備類型； 6．計算機(jī)械設(shè)備的 類型； 7． 傳動部分的計算； 8． 立柱的剛度計算， 9． 零件的強度校核。 選擇倉庫類型 分離式 自動化立體倉庫和 整體式立體倉 庫相比，其使用鋼材要少得多，相同高度的 整體式立體倉 庫和 分離式 自動化立體倉庫相比， 后者 用鋼量為 60~90 ㎏ /㎡，前者 用 鋼量為 ~75 ㎏ /㎡；前者的機(jī)械設(shè)備為堆垛機(jī)、周邊機(jī)械、電氣控制和計算機(jī)，而后者機(jī)械設(shè)備為叉車， 分離式自動化立體倉庫的貨架獨立存在，在現(xiàn)有的建筑物內(nèi)也可以改造為自動化立體倉庫，也可將貨架拆除，用于其他目的，節(jié)省材料，方便快捷，故選用分離式立體倉庫。 選擇貨架結(jié)構(gòu) 根據(jù)設(shè)計要求，裝載貨物的貨架高度不必要太高，所以采用 木質(zhì) 結(jié)構(gòu) 托盤貨架，托盤式貨架具有裝卸方便，貨物放到貨架上之后，不再需要移動，直接可以由巷道式堆垛機(jī)入庫，成本低，效率高。 選擇堆垛機(jī)類型 堆垛機(jī)按規(guī)模分為：低層型 ，中層型和高層型，根據(jù)設(shè)計要求，貨物尺寸為600 ㎜ 600 ㎜ 800 ㎜ ,所以經(jīng)過初步計算可得，堆垛機(jī)的最大舉高為 2500 ㎜，所以應(yīng)選用低層巷道式下部驅(qū)動雙立柱堆垛機(jī)。 控制 系統(tǒng) 的選型 本設(shè)計中主要采用 四門子 系列 PLC 可編程控制器，通過通信模塊與一臺上位機(jī)連接，從而達(dá)到計算機(jī)控制整個自動化立體倉庫的運行。通過 PLC 可編程控制器接入堆垛機(jī)、升降臺、傳送帶、電動機(jī)，使系統(tǒng)按操作員的指令正常運行。 PLC系統(tǒng)組成圖如下圖所示。 中原工學(xué)院信息商務(wù)學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計） 9 上位機(jī)PL C可 編程控制器堆垛機(jī)升降臺傳 送 帶電動機(jī) 在自動化立體 倉庫的物流輸送過程中，堆垛機(jī)實現(xiàn)貨物在各出入庫端到貨格的搬運，其基本功能包括以下幾個部分： (1) 三維動作控制 控制堆垛機(jī)在水平、垂直、左右方向的運行； (2) 位置控制 控制堆垛機(jī)以適合的速度運行并精確的定位在貨格或入出庫口處； (3) 通訊功能 堆垛機(jī)與上位機(jī)和其它倉庫設(shè)備的通訊； (4) 保護(hù)功能 提供各種電氣和機(jī)械保護(hù)，保證堆垛機(jī)在高速、頻繁的運行和取送貨過程中不會發(fā)生事故； (5) 人機(jī)界面 通過 HMI 或其它輸入和顯示設(shè)備，提供本機(jī)或遙控操作及向操作人員提供堆垛機(jī)。 周邊機(jī)械的選擇 根據(jù)倉庫的工藝流程 以及設(shè)計任務(wù)書 的一些特殊要求， 適當(dāng)增加一些輔助設(shè)備 ：手持終端、叉車、平衡吊 等。 10 3 各系統(tǒng)的 設(shè)計 及計算 . 托盤貨架的基本參數(shù)設(shè)定 托盤 貨架 尺寸為： 1920 ㎜ 640 ㎜ 3000 ㎜； 托盤堆放載重：平均值 8000N，最大值 1000N； 貨架規(guī)模為： 1 排 3 層 3 列 =9 個托盤： 貨架自重： 500N； 計算由載荷加到貨位和支柱上的力 ： 貨重： W= 托盤堆放最大重力 充實率 水平力： F = W 振動系數(shù) 托盤支承所受的垂直力 ： 中間支柱： F/2 + F/2； 端支柱： F/2 . 托盤的參數(shù)設(shè)定 托盤基本尺寸： 500 ㎜ 700 ㎜ 130 ㎜； 托盤強度的參考如下表： 表 31 托盤的強度 內(nèi)容 允差 壓縮強度 變形量 4 ㎜ 撓度 %以下 抗彎強度 殘留撓度 %以下 面板強度 撓度 %以下 墜落強度 對角線變化率 3%以下 . 堆垛機(jī)的詳細(xì)設(shè)計與計算 門架是堆垛機(jī)的主要結(jié)構(gòu)物，有單柱式和矩形框架式。按支承方式，又可分為安裝在貨架上的上部支承式和安裝在地面上的下部支承式。不論哪種型式都帶有伸縮貨叉和人工駕駛室（有時也沒有）的貨合。升 降臺沿立柱升降，同時靠地上和頂上的導(dǎo)軌保持走行穩(wěn)定和支持貨叉伸出進(jìn)行裝卸作業(yè)時的翻轉(zhuǎn)彎矩。 在門架上安裝有卷揚、走行等機(jī)械裝置，以及配置有電氣控制開關(guān)、控制裝置、配線等。下部支承式的集中放在門架下部。由于走行起動、停止及加減速時產(chǎn)生的慣性力，門架在通道的縱向發(fā)生撓曲，整個門架成為振動體，其柱端的中原工學(xué)院信息商務(wù)學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計） 11 振動較大。同樣，在通道的直角方向，立柱由于貨叉作業(yè)時的彎矩作用而發(fā)生彎曲，使伸長著的伸縮叉的前端的撓度增大。柱端振動：和貨叉前端的撓度一超過極限，就成為堆垛機(jī)自動定位的障礙，所以門架應(yīng)具有足夠的強度和撓度小的 適當(dāng)剛度。 框架的彎矩和撓度 堆垛機(jī)的矩形門架是超靜定結(jié)構(gòu)。這里按角變位移法解如下： 堆垛機(jī)門架的設(shè)計計算參數(shù)： Q1 — 上梁及附件重量 Q2 — 貨臺、貨物、附件及搭乘人員的總重量 Q3 — 電氣控制盤的重量 Q4 — 卷揚裝置的重量 q— 柱的單位長度的平均重量 作用在門 架上的慣性力： Hi =（ ? /g） Qi 及 qh1 ? /g (? :減速度， g = 米 /秒 2 ) h1~h4 — 下梁中心線分別到 Q1 ~ Q4 的中心高度 l— 立柱的中心距 I1— 立柱 AB、 DC 的斷面慣性距 ? — 上梁與下梁端部的偏轉(zhuǎn)角 R— 因構(gòu)件兩端變位產(chǎn)生的彎距 E： 縱彈性模量 C— 由構(gòu)件的中間載荷在杠端產(chǎn)生的彎距，稱為載荷項。 K1= I1/ h1— 立柱的剛度 K=I/l— 上下梁的剛度 n=K/ K1— 剛度比 M— 彎距 作出作用于框架結(jié)構(gòu)的慣性力圖解： 12 圖 31 慣性力圖解 有叉取作業(yè)的彎度 由于貨叉作業(yè)，在門架上及與走行方向成直角的方向增加了彎矩，產(chǎn)生了擾度。但是，此彎矩相比前兩種相差很大，而且不會在貨叉伸出的情況下走行，所以可以認(rèn)為最大彎矩為 M1 和 M2 合成的彎矩。 設(shè)計數(shù)據(jù)計算校核 上下梁（槽鋼 360*320*16， I=8360 厘米 4 ） 柱（ 400*13 矩形鋼管 44 角鋼， I=19014 厘米 4 ） l=3m h1 =20m h2 =18m h3 =2m h4 =1m a= Q1 =350kg Q2 =2300kg Q3 =400kg Q4 =400kg q=? /g= Hi = 堆垛機(jī)總重量（自重 +載重） =8000kg 載重增加 25%作為試驗載荷，為 1500*（ 1+25%） =1875kg 關(guān)于載荷的補加系數(shù)，查閱資料對堆垛機(jī)的沖擊系數(shù) ? =，作業(yè)系數(shù) M*=，校核合格。 中原工學(xué)院信息商務(wù)學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計） 13 圖 32 叉取作業(yè)的撓度分布 各部分的彎矩 n=K/K1 =Ih1 /I1 l= 固端彎矩： CAB = CBA = Nm CCD = Nm CDC = Nm R=R39。 +R =+= 走行停止時產(chǎn)生振動的立柱上端的線變位： ? =1780? = (注： ? 值容許范圍一般在 — 5cm,符合要求 ) 由水平載荷產(chǎn)生的各部分的彎矩： M 1AD =M*（ M39。 AD +M AD ） =? （ +） = Nm M 1BC = M*(M39。 BC +M BC )=? (+)= Nm M 1CB = M*(M39。 CB +M CB )=? (+)= Nm 14 M 1DA = M*(M39。 DA +M DA )=? (+75)= Nm 由走行輪的反力產(chǎn)生的各部分的彎矩 : V=M*(80002300? ? 2300)/2=4906kg 固端彎矩 : C=4906? 45=220. 8Nm 因此 :M 2AB = Nm M 2BA = Nm M 2DA = Nm 最大彎矩 :MAB = += 201 Nm MBA = += Nm MBC == Nm MCB =+= Nm MCD = = Nm MDC = = Nm MDA =+= Nm MAD == Nm 結(jié)構(gòu)構(gòu)件的彎曲應(yīng)力 上下梁的斷面系數(shù) Z=498 cm3 ,柱的斷面系數(shù) Z1 =789cm3 則 :? AB = 2560N/cm2 BA? = 3010N/cm2 BC? =4780 N/cm2 CB? =613 N/cm2 CD? = 3870 N/cm2 DC? = 4610 N/cm2 DA? =8230 N/cm2 AC? =2870 N/cm2 隨著堆垛機(jī)往復(fù)運動 ,這些應(yīng)力交變出現(xiàn) ,在下梁 A 和 D 點產(chǎn)生最大應(yīng)力振幅 .如用應(yīng)力比法 ,則 K= 2870/8230= ,按切口分類為 a,可查出疲勞許用應(yīng)力為12500 N/cm2 .故能滿足上述彎曲應(yīng)力條件 。 堆垛機(jī)伸縮貨叉機(jī)構(gòu)的設(shè)計 貨叉是堆垛機(jī)中最主要的部分 , 所設(shè)計的貨叉 ,是三節(jié)伸縮式貨叉 ,即由上叉、中原工學(xué)院信息商務(wù)學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計） 15 中叉、下叉以及導(dǎo)向滾子等構(gòu)成的貨叉 . 它主要由電機(jī)、減速器、鏈輪、鏈條、下叉、中叉、上叉等部分組成。 堆垛機(jī)走行輪的設(shè)計 走行輪有主動輪與從動輪各 1 個，由于堆垛機(jī)在操作貨叉時的反作用力會對走行輪產(chǎn)生側(cè)壓，為了防止走行輪由于側(cè)壓脫軌與走行中的爬行現(xiàn)象，需安裝側(cè)面導(dǎo)輪驅(qū)動輪的末端齒輪采用輪軸直接連接的驅(qū)動方式。 走行輪的允許載重量等各參數(shù)間有下列關(guān)系式： P39。 =KD39。 （ B2r）（ kg） 且 K= vk?240240 （ kg/cm2 ） 式中， P39。 — 允許載重量（ kg） D39。 — 車輪的踏面直徑（ cm） B— 鋼軌寬（ cm） r— 鋼軌頭部的圓角半徑（ cm） K— 許用應(yīng)力系數(shù)（ kg/cm2 ） v— 走行速度（ m/min） k— 許用應(yīng)力（球墨鑄鐵的許用應(yīng)力為 50）（ kg/cm2 ） 首先確定 B=， r=, k=50 kg/cm2 , v=90m/min 則 K= vk?240240 = 9024050240?? =（ kg/cm2 ） P39。 =( 14321 2 Qql ????? )/4 =(350+2300+400+400+ 22021?? +350)/4=7200/4=1800kg 則代入上 式可得： D39。 =，則車輪的軸徑為 d 3min / nPC? = 取 d =50mm,車輪直徑可適當(dāng)取大為 D=100mm 則走行輪的轉(zhuǎn)速為 n=90? 1000/? 100=287r/min 軸上的軸承選取型號為 61810，基本尺寸為