【正文】 。本次 設(shè)計(jì)是對四年以來學(xué)習(xí)的總結(jié)，并鍛煉了總體 設(shè)計(jì)的能力。論文首先從堆垛機(jī)的特點(diǎn)及組成形式開始，接著分析門架的受 力情況及推導(dǎo)出門架的彎矩及撓度關(guān)系式，再設(shè)計(jì)出數(shù)據(jù)進(jìn)行校核，最終設(shè)計(jì) 出了滿足承受重載，高而窄的雙立柱門架； 詳細(xì)重點(diǎn)設(shè)計(jì)了行走機(jī)構(gòu) 的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，首先列出了行走機(jī)構(gòu)的常見傳動(dòng)方 案，并通過計(jì)算完成行走機(jī)構(gòu)各個(gè)部件的選型并確定了尺寸及電機(jī)、減速器的 選取，最終設(shè)計(jì)出了滿足條件、靈活、適用、簡捷、方便的行走機(jī)構(gòu)，并繪制 出了行走機(jī)構(gòu)零件圖和裝配圖；最后對堆垛機(jī)運(yùn)行過程中的整體穩(wěn)定性進(jìn)行了 分析計(jì)算。 V max— 堆垛機(jī)運(yùn)行最大速度 : 兩者之間的相對誤差為 : 在堆垛機(jī)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中，規(guī)定堆垛機(jī)立柱的振幅控制在 之內(nèi)，根據(jù) 計(jì)算結(jié)果可知，堆垛機(jī)運(yùn)行速度提高到 240m/min 以后，立柱的振動(dòng)振幅控制在 安全范圍之內(nèi)。用數(shù)學(xué)語言講，系統(tǒng) 振動(dòng)的位移函數(shù) Y(x} t)在時(shí)間上和空間上是分離的，即， 位移函數(shù)可以用下面 的式子表達(dá) : 式中， Y(x)表示梁的振動(dòng)位形，只依賴于變量； F(t)表示梁的振動(dòng)規(guī)律，只以來于變量。在鉛直方向 Y 方向的運(yùn)動(dòng) 方程為 : 西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 33 （ 437） 簡化方程得： （ 438） 微段的轉(zhuǎn)動(dòng)方程為 : (439) 簡化方程得 : (440) 將上式帶入公式，可得 : (441) 由材料力學(xué)知識得知 : (442) 綜合以上公式得 : (443) 這就是梁的振動(dòng)微分方程，其中包括四階空間導(dǎo)數(shù)和二階時(shí)間導(dǎo)數(shù)。系統(tǒng)的參數(shù)是單位體積質(zhì)量 ，橫截面積 A（ x），彎曲強(qiáng)度 , E 為彈性模量， 橫截面對垂直于 x 和 Y 軸且通過橫截面形心的軸的慣性矩。設(shè)質(zhì)量 m 的自由振動(dòng)可以表示為 . 而梁的振動(dòng)可以表示為 : (434) 全梁動(dòng)能的最大值為 : (435) 所以， ， 帶入公式 (432)得出立柱懸臂梁的振動(dòng)頻率為 : （ 436） 在以下前提條件下，本課題選用的系統(tǒng)仿真為懸臂梁的彎曲振動(dòng)，即 :梁 的各截面的中心軸在同一平面內(nèi)， 且在此平面內(nèi)作彎曲振動(dòng)，在振動(dòng)過程中仍 應(yīng)用平面假設(shè)，不計(jì)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和剪切變形的影響，同時(shí)截面繞中心軸的轉(zhuǎn)動(dòng)與 橫向位移相比可以忽略不計(jì)。假定梁自由振動(dòng)的振動(dòng)形式和懸臂梁在自由端加一集 中靜載荷時(shí) 的靜撓度曲線一樣。換算質(zhì)量 在工程中經(jīng)常用的有兩種方法 :剛度法和能量法。為懸臂梁在自由端的等效質(zhì)量。為了簡化計(jì)算，把 堆垛機(jī)簡化成理想狀態(tài)下的單質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)。建立堆垛機(jī)振動(dòng)模型，并解決其振動(dòng)問 題。 堆垛機(jī)啟動(dòng)以后，在達(dá)到最大加速度以前，一直是以非勻加速運(yùn)行的， 所以在運(yùn)行過程中，其立柱的振動(dòng)的振幅也是不停的改變。 β 1= β 2 = 根據(jù)堆垛機(jī)的制造和組裝要求，要求堆垛機(jī)下橫梁的水平彎曲， 其中 B 為主從動(dòng)輪距。 圖 43 堆垛機(jī)立柱的受力分析 由疊加法可知，立柱頂端的撓度 f1 為 : f1=f F +f M +f q (41) 圖 44 立柱頂端撓度 —— 由慣性力 F,引起的立柱柱端撓度， m 西安工業(yè) 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 —— 各部分質(zhì)量引起的慣性力， N （ 42） （ 43） __________—— 貨物及貨叉質(zhì)量，上橫梁及導(dǎo)輪質(zhì)量，提升機(jī)構(gòu)質(zhì)量，電控柜質(zhì) 量， 行走機(jī)構(gòu)質(zhì)量； —— 各質(zhì)量的坐標(biāo)； A—— 堆垛機(jī)的加速度， —— 立柱材料的楊氏彈性模量， I—— 立柱橫截面對中性軸的 J 慣性矩， H—— 立柱高度 m； —— 由各質(zhì)點(diǎn)質(zhì)量對立柱軸線的力偶引起的立柱柱端撓度 m —— 各質(zhì)點(diǎn)質(zhì)量對立柱軸線的力偶， G—— 重力加速度， ； （ 44） —— 立柱自重產(chǎn)生的慣性均勻分布力引起的立柱柱端撓度， m （ 45） —— 立柱自重均勻分布質(zhì)量， kg/m —— 下橫梁與立柱連接處的轉(zhuǎn)角， rad —— 下橫梁的撓曲線方程 : (46) (47) — 由慣性力對立柱軸線的力偶引起的下橫梁與立柱連接處的轉(zhuǎn)角， rad —— 由引起的轉(zhuǎn)角 —— 由引起的轉(zhuǎn)角 西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 26 如圖 45 所示 圖 45 堆垛機(jī)立柱及下橫梁彎曲圖 (48) (49) (410) (411) —— 各質(zhì)量重力引起的下橫梁與立柱連接處的轉(zhuǎn)角， rad （ 412） —— 由 :引起的轉(zhuǎn)角 —— 由引起的轉(zhuǎn)角 西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文 ） 27 （ 413） (414) (415) (416) —— 下橫梁自重作用引起的下橫梁與立柱連接處的轉(zhuǎn)角， rad (417) (418) (419) 西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 28 (420) —— 下橫梁材料的楊氏彈性模量， MPa —— 下橫梁的長度， m —— 下橫梁截面對中性軸的慣性矩， ma —— 立柱軸線到堆垛機(jī)前后行走輪的距離， m —— F 橫梁均勻分布力， kg/m (421) (422) (423) 由于立柱是受壓受彎構(gòu)件，考慮到軸向壓力作用使其撓度增加，其撓度為 : (424) 其中 , , (425) 對于懸臂梁來說，由歐拉公式可得 : (426) 西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 29 金屬結(jié)構(gòu)中的鋼制壓桿其安全系數(shù)取 ~. 取 =1/3 表 41 堆垛機(jī)各技術(shù)參數(shù) 立柱慣性矩為 : I1= 103 m4 下橫梁慣性矩為 : I2= 103 m4 堆垛機(jī)在運(yùn)行中根據(jù)當(dāng)前位置與存儲在 PLC 中的目的地址相比較，選擇一 條適當(dāng)?shù)倪\(yùn)行曲線到達(dá)目的貨位，因此在運(yùn)行中的加速度并不是勻加速直線運(yùn) 動(dòng)，并且每選擇一條運(yùn)行曲線時(shí)，堆垛機(jī)在運(yùn)行時(shí)的加速度變化是不同的 ，而 頂端的撓度 f=f1+f2= β 1α + β 2 與堆垛機(jī)運(yùn)行時(shí)的加速度有關(guān)，由此可知，立 柱頂端的撓度在加速度達(dá)到最大即 a=，撓度最大。由于堆垛機(jī)為雙立柱，兩個(gè)立柱在外力作用下產(chǎn)生的撓曲 變形在天軌的連接作用下幾乎一致的，故本課題只對其中一個(gè)進(jìn)行撓度分 析計(jì)算 (后面的振動(dòng)分析亦只分析一個(gè)立柱的 )。圖 4 42 分別為堆垛機(jī)的三維與二維模型。本小節(jié)通過對立柱撓度的分析，得出立柱頂端的變形量，并確定隨著加 速度的提高，對立柱的影響。所以，堆垛機(jī)在提升速度 時(shí)要充分考慮加速度與撓度的變化關(guān)系。通過大量的實(shí)驗(yàn)表明，靜止時(shí)的靜撓度是一定的， 但是在運(yùn)行過程中隨著加速度的不同，立柱的撓度也逐漸發(fā)生變化，立柱的變 形與加速度很很大的關(guān)系。為此研究堆垛機(jī)高速運(yùn) 行時(shí)立柱在慣性力及其他載荷作用下沿巷道縱向撓度問題及振動(dòng)問題對于解決 提升運(yùn)行速度 帶來的問題有一定的幫助。由實(shí)驗(yàn)可知，運(yùn)行速度及加速度越大， 振幅越大。 m 緩沖器的選擇 小型有軌巷道堆垛機(jī)在運(yùn)動(dòng)過程中控制系統(tǒng)失控時(shí)，就會和巷道口的機(jī)械 裝置發(fā)生碰撞，為了減小碰撞時(shí)對堆垛機(jī)造成的危害，在小型有軌巷道堆垛機(jī) 上的下橫梁上分別安裝了緩沖器。 M 39。 0 M 39。 m 與原估算的基本相符，故不需要再算。 m, (GD2)L= m,重量 G=） ；在靠近減速器端，由 [2]選用兩個(gè)聯(lián)軸器 ZLD，在靠近減 速器端浮動(dòng)軸端直徑為 d=32mm。[MI]=630N m 由 [2]表 3320 查的 :電動(dòng)機(jī) Y160M18,軸端為圓柱形 ,d1=48mm,L=110mm。 m 式中 MI— 連軸器的等效力矩 . MI= el ?M 1 ? =2 = N m 以下。 m 現(xiàn)選用 YWZ200/25 的制動(dòng)器，查 [1]表 1810 其制動(dòng)力矩 M=50 N 選擇制動(dòng)器 由 [1]中所述 ,取制動(dòng)時(shí)間 tz=5s 按空載計(jì)算動(dòng)力矩 ,令 Q=0,得 : Mz= ?? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ?? ? + ? + η 2 0 2 1 / 1 ( 2 ) 375 1 i GD mc GD t n M m C z j 式中 /0 / min 2 ( ) i p p D M p m c j ? η = = ( ) 2 336 1344 ? = m 滿載起動(dòng)時(shí)間 : t q (Q=Q)= 375( ) 1 m Mq Mj n ? ? ?? ? ?? ? ? + + / 2 η 0 2 / 2 ( ) ( ) i Q G D mc GD C = 375(2 ) 2890 ? ?? ? ?? ? + 2 20210 = 空載啟動(dòng)時(shí)間 : t q (Q=0) = 375( ) 1 m Mq Mj n ? ? ?? ? ?? ? ? + + η 2 / 0 2 / 2 ( ) ( ) i Q G D mc GD C = 375(2 ) 2890 ? ?? ? ?? ? + 2 20210 = 起動(dòng)時(shí)間在允許范圍內(nèi)。 m 初步估算高速軸上聯(lián)軸器的飛輪矩： (GD2)ZL+(GD2)L= N Vdc/ Vdc = 249/240= 由于 N‘ jNe,故所選的電動(dòng)機(jī)和減速器都合適 驗(yàn)算起動(dòng)時(shí)間 起動(dòng)時(shí)間： Tp= 375( ) 1 m Mq Mj n ? ? ?? ? ?? ? ? + + η 2 / 0 2 / 2 ( ) ( ) i Q G D mc GD C 式中 n1=2890rpm 滿載時(shí)運(yùn)行靜阻力矩： Mj（ Q=Q） = η /0 ( ) i M m Q=Q = 720 =205N Dc） =240 1000/π 100=764r/min 機(jī)構(gòu)傳動(dòng)比： i。 Nj = = 式中 K25— 工作類型系數(shù)，由 [1]表 816 查得當(dāng) JC%=25 時(shí)， K25= r— 由 [1]按照起重機(jī)工作場所得 tq/tg=，由 [1]圖 837 估得 r= 由此可知： NxNe,故初選電動(dòng)機(jī)發(fā)熱條件通過。 等效功率： Nx=K25靜功率 (kw) 的計(jì)算公式為 式中 W運(yùn)行機(jī)構(gòu)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)的靜阻 (N)； V堆垛機(jī)的運(yùn)行速度 (m/min)取 240m/min 計(jì)算； Z堆垛機(jī)運(yùn)行機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)數(shù)，一般取 Z=1； η 運(yùn)行機(jī)構(gòu)傳動(dòng)的總效率 ,一般取 。 于是計(jì)算得到滿載時(shí)的運(yùn)行阻力為 720N. 率的計(jì)算 有軌巷道堆垛機(jī)的運(yùn)行機(jī)構(gòu)的電動(dòng)機(jī)的功率，是根據(jù)堆垛機(jī)滿載穩(wěn)定運(yùn)行 時(shí)的靜阻力進(jìn)行計(jì)算。 圖 摩擦阻力計(jì)算 由彎矩平衡條件得 ：