【正文】 靜強度、動強度、局部穩(wěn)定性和整體穩(wěn)定性的驗算；2. 堆垛機的結(jié)構(gòu)設(shè)計2. 堆垛機的結(jié)構(gòu)設(shè)計 堆垛機主要由下橫梁 、貨叉機構(gòu)、立柱、上橫梁、平運行機構(gòu)、起升機構(gòu)、電護裝置和電氣控制系組成。上、下橫梁是由鋼板和型鋼焊接成箱形結(jié)構(gòu)，截面性能好，下橫梁上兩側(cè)的運行堆垛機由行走電機通過驅(qū)動軸 輪軸孔在落地鏜銑床一次裝夾加工完成，確保了主、被動輪軸線的平行，從而提高了整機運行平穩(wěn)性；立柱是由方鋼管制作，在方鋼管兩側(cè)一次焊接兩條扃鋼導(dǎo)軌 (材質(zhì) 16Mn)，導(dǎo)軌表面進行硬化處理，耐磨性好。門架是堆垛機的主要結(jié)構(gòu)物，有單柱式和矩形框架式。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。在門架上安裝有卷揚、走行等機械裝置，以及配置有電氣控制開關(guān)、控制裝置、配線等。 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，其柱端的振動較大。柱端振動：和貨叉前端的撓度一超過極限，就成為堆垛機自動定位的障礙，所以門架應(yīng)具有足夠的強度和撓度小的適當(dāng)剛度。堆垛機門架設(shè)計分三個模塊進行設(shè)計：(1) 立柱模塊 主要有立柱、導(dǎo)軌和法蘭盤組成，立柱通過法蘭盤與上橫梁和下橫梁聯(lián)結(jié)，導(dǎo)軌是載貨臺沿立柱上下運行的軌道，有時候堆垛機可以沒有軌道，載貨臺直接在立柱上運行。立柱模塊結(jié)構(gòu)如圖西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） (2)上橫梁模塊 上橫梁模塊主要有上橫梁、上橫梁導(dǎo)向輪組、上橫梁法蘭盤和緩沖器等零部件組成，上橫梁模塊結(jié)構(gòu)圖如圖2. 9所示。上橫梁上總共有兩對導(dǎo)向輪組，通過支架固定在上橫梁上，導(dǎo)向輪組夾在天軌兩端，防止小型有軌巷道堆垛機傾倒，在每組導(dǎo)向輪中有一個偏心軸，用來微調(diào)導(dǎo)向輪之間的間距夾緊天軌。緩沖器固定在上橫梁兩端，當(dāng)小型有軌巷道堆垛機運動到巷道兩端時,緩沖器用來吸收小型有軌巷道堆垛機運行能量，防止事故的發(fā)生。用來固定減速電機，也是與立柱模塊聯(lián)結(jié)的接口。緩沖器同上橫梁的一樣，主要用來吸收堆垛機運行到巷道兩端時發(fā)生碰撞產(chǎn)生的能量。這里按角變位移法解如下：堆垛機門架的設(shè)計計算參數(shù)： Q—上梁及附件重量Q—貨臺、貨物、附件及搭乘人員的總重量 Q—電氣控制盤的重量 Q—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：H=（/g）Q及 qh/g (:減速度，g = /秒) h~h—下梁中心線分別到Q~ Q的中心高度 l—立柱的中心距I—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。再求出上下梁及立柱的內(nèi)力有水平載荷產(chǎn)生的彎距，可由圖1 圖2疊加得出：M= M+ M M= M+ MM= M+ M M= M+ M又有節(jié)點方程式可得M= M M= M M= M M= M門架立柱端部的線變位 ： =+=h(R+R) 由行走車輪的反力產(chǎn)生的彎距受力分析圖如下：列出角變位移方程式： 行走輪受力分析圖M=2EK（2+）M=2EK（2+）M=2EK（2+）M=2EK（2+）M=2EK（2+）M=2EK（2+）M=2EK（2+）+CM=2EK（2+）C固端彎距：C=V =n(2+n)C/2EK (n+1)(n+3) = nc/ 2EK(n+1)(n+3) = = M=[1/(n+1)(n+3)][(2n+3)]M=[1/(n+1)(n+3)](n)M=[1/(n+1)(n+3)][n(n+2)]在此，M= M M= M M= M M= MV：走行車輪的反力，按1/2（堆垛機總重量+載重）求出。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M和M合成的彎矩。則載荷組合為M*（S+S+S）。3 堆垛機行走機構(gòu)的設(shè)計計算3. 堆垛機行走機構(gòu)的設(shè)計計算首先，堆垛機的驅(qū)動型式設(shè)計成“下部支承下部驅(qū)動型”，該型式的走行裝置安裝在下梁上，通過減速裝置驅(qū)動走行輪，走行輪支承堆垛機的全部重量，在單軌上走行。 對運行機構(gòu)設(shè)計的基本要求是：1. 機構(gòu)要緊湊，重量要輕，且能滿足要求；2. 維修檢修方便，機構(gòu)布置合理。2. 為了減少立柱的扭轉(zhuǎn)載荷，應(yīng)該使機構(gòu)零件盡量靠近立柱；盡量靠近端梁，使端梁能直接支撐一部分零部件的重量。 機構(gòu)的布置形式水平運行機構(gòu)由電機、減速機、車輪組、緩沖器等組成。圖1采用的是一般臥式減速器。綜合考慮后，本次設(shè)計選用圖2驅(qū)動形式。 走行輪的允許載重量等各參數(shù)間有下列關(guān)系式：P=KD（B2r）（kg） 且K=（kg/cm）式中，P—允許載重量（kg） D—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/cm） 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/cm）首先確定B=，r=, k=50 kg/cm, v=240m/min則 K===25（kg/cm） P=2000/2=1000kg則代入上式可得：D=，則車輪的軸徑為d=取d =50mm,車輪直徑可適當(dāng)取大為D=100mm軸上的軸承選取代號為1310，基本尺寸為：d=50mm, D=100mm, B=27mm.(1)小型有軌巷道堆垛機的運行時的靜阻力小型有軌巷道堆垛機沿軌道直線運行時，行走輪與軌道之間以及行走輪與軸承之間，都存在著摩擦阻力，另外軸與輪轂之間也存在著滑動摩擦阻力、因此，為了簡化討論，假定全部載荷作用在一個行走輪上。 由彎矩平衡條件得： 即有 考慮其它阻力的附加阻力，乘以一個系數(shù)K即 式中 M驅(qū)動力矩(MPa)；P+G堆垛機的額定起重量和自重之和(N)；f行走輪滾動摩擦系數(shù)；D、d分別為車輪直徑和軸徑(mm)；μ軸承摩擦系數(shù)。于是計算得到滿載時的運行阻力為720N.有軌巷道堆垛機的運行機構(gòu)的電動機的功率，是根據(jù)堆垛機滿載穩(wěn)定運行時的靜阻力進行計算。靜功率(kw)的計算公式為 式中W運行機構(gòu)穩(wěn)定運行時的靜阻(N)；V堆垛機的運行速度(m/min)取240m/min計算；Z堆垛機運行機構(gòu)的驅(qū)動電機數(shù)，一般取Z=1；η運行機構(gòu)傳動的總效率,。等效功率：Nx=K25Nj = =式中K25—工作類型系數(shù)，由[1]表816查得當(dāng)JC%=25時，K25= r—由[1]按照起重機工作場所得tq/tg=，由[1]圖837估得r=由此可知：NxNe,故初選電動機發(fā)熱條件通過。Dc）=2401000/100=764r/min機構(gòu)傳動比：i。Vdc/ Vdc=249/240=由于N‘jNe,故所選的電動機和減速器都合適 驗算起動時間起動時間：Tp=式中n1=2890rpm滿載時運行靜阻力矩：Mj（Q=Q）= ==205Nm初步估算高速軸上聯(lián)軸器的飛輪矩：(GD2)ZL+(GD2)L= Nm滿載起動時間:t= ==空載啟動時間:t= ==起動時間在允許范圍內(nèi)。由[1]中所述,取制動時間tz=5s按空載計算動力矩,令Q=0,得:Mz=式中= =m現(xiàn)選用YWZ200/25的制動器，查[1]表1810其制動力矩M=50 Nm以下。m式中MI—連軸器的等效力矩. MI==2= Nm由[2]表3320查的:電動機Y160M18,軸端為圓柱形,d1=48mm,L=110mm。[MI]=630Nm,重量G=） ；在靠近減速器端，由[2]選用兩個聯(lián)軸器ZLD，在靠近減速器端浮動軸端直徑為d=32mm。m, (GD2)L=m與原估算的基本相符，故不需要再算。m 緩沖器的選擇小型有軌巷道堆垛機在運動過程中控制系統(tǒng)失控時，就會和巷道口的機械裝置發(fā)生碰撞，為了減小碰撞時對堆垛機造成的危害，在小型有軌巷道堆垛機上的下橫梁上分別安裝了緩沖器。由實驗可知，運行速度及加速度越大，振幅越大。為此研究堆垛機高速運行時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問題對于解決提升運行速度帶來的問題有一定的幫助。通過大量的實驗表明，靜止時的靜撓度是一定的，但是在運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。所以，堆垛機在提升速度時要充分考慮加速度與撓度的變化關(guān)系。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。圖4 42分別為堆垛機的三維與二維模型。由于堆垛機為雙立柱，兩個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進行撓度分析計算(后面的振動分析亦只分析一個立柱的)。 圖43 堆垛機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——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，提升機構(gòu)質(zhì)量，電控柜質(zhì)量，行走機構(gòu)質(zhì)量；——各質(zhì)量的坐標(biāo)；A——堆垛機的加速度，——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)角如圖45所示圖45 堆垛機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 （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) (420)——下橫梁材料的楊氏彈性模量，MPa將以上數(shù)據(jù)帶入公式，可得: =其中，C 1 = C2 。由（427）下橫梁彎曲撓度的最大值在中間位置x= m時有: v()=由上式結(jié)果可知: f中點= v() B/1000=4885/1000=即:堆垛機在調(diào)速以后以最大的加速度運行時，下橫梁的水平彎曲在控制范圍之內(nèi)，不影響堆垛機的整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。當(dāng)加速度達(dá)到最大時，立柱柱端的振幅也最大，對此時柱端進行振動分析，得出最大振幅，用以解決在提升速度以后引起的振動問題。由于雙立柱堆垛機的兩個立柱在運行過程中以共同的頻率，共同振幅的振動的，所以在本文僅對其中一個立柱進行振動分析，該立柱相當(dāng)于一個懸臂梁.堆垛機是由無窮多個質(zhì)點構(gòu)成的彈性系統(tǒng)，并且在構(gòu)件的連接處采用彈性阻尼隔振技術(shù)，求解這樣的多自由度系統(tǒng)有一定的難度。 圖47堆垛機振動模型由上一節(jié)可知，把堆垛機立柱簡化為懸臂梁，并根據(jù)材料力學(xué)知識我們可以得知，懸臂梁的靜撓度S在外力P的作用下為: （428）此時，懸臂梁起彈簧的作用，自由端產(chǎn)生的靜變形所需要的力就是梁的彈簧系數(shù)k, （429） 圖48懸臂梁根據(jù)梁端的振動微分方程： （430）得出立柱的