【正文】 。此后，日本的自動化倉庫技術(shù)和設(shè)備的臺數(shù)都有了突飛猛進的發(fā)展，在各個部門都安裝了各種各樣的堆垛機。這是世界上第一座溫度在零下 40攝氏度的極低溫倉庫，解決了低溫條件下堆垛機工作的可靠性和技術(shù)方面的問題，取得了引人注目的成果。 美國學者 （包括立體倉庫）中的發(fā)展分為五個階段：人工倉儲階段，機械化倉儲階段，自動化倉儲階段，集成化倉儲階段和智能化倉儲階段五個階段： 第一階段是人工倉儲技術(shù)階段，在這一階段物資的輸送、存儲、管理和控制主要依靠人工實現(xiàn)，至今國內(nèi)外生產(chǎn)和服務(wù)行業(yè)中的許多環(huán)節(jié)都是這一技術(shù)的實例，它具有直觀、便于聯(lián)系、減少了過程銜接之間問題等優(yōu)點。這一階段經(jīng)歷的時間比較長。到了七、八十年代，尋磚石貨架、移動式貨架、巷道式堆垛機和 其他搬運設(shè)備都加入了自動控制的行列，但這時只是各個設(shè)備的局部自動化并各自獨立應(yīng)用，被稱為“自動化孤島”。信息自動化技術(shù)逐漸成為倉儲自動化技術(shù)的核心。信息技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)成為倉儲技術(shù)的重要支柱。 上個世紀 70年代初期，我國開始研究巷道式堆垛機的立體倉庫， 1980年由北京機械工業(yè)自動化研 究所等單位研制成的我國第一座自動化立體倉庫在北京汽車制造廠投產(chǎn)。據(jù)不完全統(tǒng)計，目前我國已建成的2020 屆本科畢設(shè)設(shè)計說明書 第 9 頁 共 35 頁 立體倉庫近三百座，其中全自動的立體倉庫有三十多個 。 第五階段是智能自動化倉儲技術(shù)階段，人工智能技術(shù)的發(fā)展推動了自動化向更高級的智能自動化方向發(fā)展。 立體倉庫巷道式堆垛機的發(fā)展現(xiàn) 狀 與特點 目前，自動化立體倉庫在發(fā)達國家已相當普遍，日本是自動化倉庫發(fā)展最快，建造數(shù)量最多的國家。發(fā)展至今，自動化倉庫在設(shè)計、制造、自動化控制和計算機管理方面的技術(shù)也日趨成熟。貨架在國外己系列化、標準化，對貨架的承載能力 (包括抗震 )進行了很多實驗研究 (包括 破壞性實驗 )，貨架計算采用計算機程序。一般都具有完善的貨物位置檢測和貨物尺寸檢測。例如，日本名古屋附近的三菱汽車裝配總廠的自動化立體倉庫，其自動化程度就非常高。在采用了計算機控制的進出庫情報資料和庫存情報處理技術(shù)和先進的智能控制技術(shù)后，這一切得到了很好的解決 [4]。這些新技術(shù)集中有以下幾種 : 自動導向小車系統(tǒng) (Automated Guided Vehicle )[5]； 磁性導軌裝置 ； 2020 屆本科畢設(shè)設(shè)計說明書 第 10 頁 共 35 頁 激光掃描儀 (Laser Scanner)； 條形碼識別 (Barcode Labels)； 命令揀選系統(tǒng) (OrderPicking System )[6]； 儲運機器人 ； 機械手 ； 智能卡車 。 其特點如下： ① 整體結(jié)構(gòu)高而窄。 ② 結(jié) 構(gòu)的剛度和精度要求高。制動時 ， 機架頂端水平位移一般要求不超過 20mm，結(jié)構(gòu)振動衰減時間要短。 ③ 取物裝置復雜。 ④ 堆垛機的電力拖動系統(tǒng)要同時滿足快速，平穩(wěn)和準確三個方面的要求。 ⑤ 安全要求高。 2 有巷軌道堆垛機總體方案的確定 課題研究任務(wù) 有軌巷道堆垛機基本功能是在控制系統(tǒng)或人工控制下，按照指令完成對貨架內(nèi)及站臺貨物的存取和輸送。機械結(jié)構(gòu)可以簡單敘述為：在堆垛機的頂部和底部上分別裝有一組或兩組導向輪，夾持2020 屆本科畢設(shè)設(shè)計說明書 第 11 頁 共 35 頁 著天軌和地軌 (天軌安裝于貨架上，地軌安裝在地面上 )，行走電機驅(qū)動與地軌接觸的行走輪，在天軌和地軌的約束下，堆垛機在巷道內(nèi)水平行走；系著鋼絲繩或鏈條的載貨臺，在起升電機的驅(qū)動下拉動載貨臺使其沿立柱或者立柱兩側(cè)的導軌完成升降運動；貨叉電機驅(qū)動一個行程倍增機構(gòu)，使上叉完成左右存、取貨物運動。 為完成有軌巷道堆垛機運動的基本功能，設(shè)備必須具備三個方向 的驅(qū)動和傳動功能，需要對設(shè)備運行進行有效的控制，有軌巷道堆垛機除了完成貨物的存取外，設(shè)備安全也是其功能中的重要組成部分。 課題詳細方案設(shè)計 總體方案 設(shè)計 為使堆垛機能夠準確、快速、安全、搬運貨物出入庫，必須滿足以下設(shè)計要求 （ 1）具備三維運動功能，即堆垛機沿巷道來回運動、載貨臺垂直運動、貨叉沿貨架方向雙向伸縮； （ 2）滿足一定的定位精度，重復定位精度誤差不能超過 10mm； （ 3）具備安全保護措施； （ 4）在滿足強度、剛度和可靠性的前提下，盡量減小堆垛機各部分的重量，以減小提升功率和行走時的摩擦阻力； （ 5）保護倉庫環(huán)境，避免貨物污染受損 [7]。在目前立體倉庫應(yīng)用中 ， 堆垛機最常見的是按結(jié)構(gòu)形式和運行軌跡分類。立柱形式有方管和圓管兩種，方管可兼作起升導軌，圓管需要附加起升導軌。一般用在起升高度較高、起重量較大和水平運行速度較高的立體倉庫中，其缺點是自重 較大。 其結(jié)構(gòu)如圖 1： 圖 1 雙立柱有軌巷道堆垛機 ②單立柱有軌巷道堆垛機 單立柱有軌巷道堆垛機的機架由一根立柱、下橫梁和上橫梁組成。由于載貨臺和貨物對立柱有偏心作用，以及行走、制動時產(chǎn)生的水平慣性力作用，使單立柱有軌巷道堆垛機在使用上有較大的局限性，不適于起重量大和水平運行 速度高的堆垛機。對于鋼絲繩傳動，傳動和布置相對容易，但定位準確性稍差。一般用兩個承重車輪 ， 沿鋪設(shè)在地面上的軌道（通常叫地軌）運行。 ①直線運行型堆垛機 直線運行型堆垛機只能在巷道內(nèi)直線軌道上運行，不能自行轉(zhuǎn)換巷道，只能通過其他輸送設(shè)備轉(zhuǎn)換巷道。 ②曲線運行型堆垛機 曲線運行型堆垛機行走輪與下橫梁是通過垂直軸鉸接的，能夠在環(huán)形或其他曲線軌道上運行，不通過其他輸送設(shè)備便可以從一個巷道自行轉(zhuǎn)移到另一個巷道。因為不 但場地要受到轉(zhuǎn)彎半徑的限制 ， 而且轉(zhuǎn)彎時速度特別慢 ， 不能滿足出人庫頻率高的立體倉庫作業(yè) [8， 9]。 2020 屆本科畢設(shè)設(shè)計說明書 第 14 頁 共 35 頁 其形式如圖 3： 1 2 2入庫臺 2出庫臺 1入庫臺 1出庫臺 圖 3 堆垛機轉(zhuǎn)彎示意圖 課題設(shè)計功能實現(xiàn) 一般把有軌巷道堆垛機水平運行的方向稱為 X方向，起升運行的 方向稱為 Y方向，貨叉運行的方向稱為 Z方向。如圖 4所示： 圖 4 有軌巷道堆垛機總功能 沿 X方向的水平運動的分功能主要由有軌巷道堆垛機的行走機構(gòu)來完成，行走機構(gòu)主要有電機、主動行走輪、被動行走輪、行走輪軸、軸承等主要零部件組成。 沿 Y 方向的起 升運動的分功能主要由起升機構(gòu)來實現(xiàn)。鋼絲繩與載貨臺相連接，與上橫梁的 滑 輪組成封閉結(jié)構(gòu)。 有軌巷道堆垛機總功 能 沿 Y 方向的分功能 沿 Z 方向的分功能 沿 X 方向的分功能 2020 屆本科畢設(shè)設(shè)計說明書 第 15 頁 共 35 頁 沿 Z方向伸縮的運動分功能主要由貨叉機構(gòu)來完成貨物的存取，貨叉主要由電動機、下叉、中叉、上叉、雙嚙合齒輪、鏈傳動機構(gòu)及齒輪齒條傳動組等零部件組成 [10]。 堆垛機的組成 導向輪 器柜 貨臺 圖 5 有軌雙立柱巷道式堆垛機的結(jié)構(gòu)圖 堆垛機各個部分的方案選擇 堆垛機起升機構(gòu)傳動方式的選擇 巷道式堆垛起重機的起升機構(gòu)是使載貨臺垂直運動的機構(gòu)，主要由電動機、制動器、減速器、卷筒或鏈輪以及相應(yīng)的柔性件組成。常用的柔性件有鋼絲 繩和起重鏈兩種。 2020 屆本科畢設(shè)設(shè)計說明書 第 16 頁 共 35 頁 在堆垛機特殊的工作環(huán)境下，為了使起升機構(gòu)結(jié)構(gòu)緊湊，本設(shè)計使用帶制動器的電動機。斷電時，磁拉力消失，制動器在彈簧作用下又重新上閘，使電動機很快地停住。 聯(lián)軸器選用梅花形彈性聯(lián)軸器，此聯(lián)軸器是由帶突爪的 形狀相同的兩個半聯(lián)軸器和梅花形彈性元件組成，將梅花形彈性元件置于兩個半聯(lián)軸器的突爪之間以實現(xiàn)聯(lián)結(jié)。單向運轉(zhuǎn)時只有半數(shù)花瓣參與工作，半數(shù)不承載；反向運轉(zhuǎn)時，亦是如此。 減速器選用 JZQ 型減速器，它是特為起重機設(shè)計制造的低硬度齒面的減速器，制造工藝較容易，有很多中小型廠均有現(xiàn)成產(chǎn)品供貨。 堆垛機行走機構(gòu)傳動方式的選擇 堆垛機的行走機構(gòu)是堆垛機水平運行的驅(qū)動裝置。本設(shè)計選用三合一減速器，把突緣電動機、盤式制動器和減速器做成整體，選用標準件，提高了系統(tǒng)的可靠性。 本傳動系統(tǒng)為地面支承式 ， 三合一減速器和車輪組安裝在堆垛機下橫梁下方起支承和驅(qū)動作用，上部用導向輪運行在工字鋼的下翼緣上來防止堆垛機傾倒或擺動。 堆垛 機機架的設(shè)計思路 上橫梁是由四塊鋼板焊接而成的箱形結(jié)構(gòu)，其與立柱間通過焊接聯(lián)結(jié)在一起。 下橫梁也是由四塊鋼板焊接的箱式矩形斷面，具有較大的抗扭、抗彎剛度。 2020 屆本科畢設(shè)設(shè)計說明書 第 17 頁 共 35 頁 堆垛機貨叉的設(shè)計思路 貨叉機構(gòu)是有軌巷道堆垛機主要工作機構(gòu)，貨叉機構(gòu)安裝在載貨臺上，能夠雙向伸出，以便向貨格存取貨物。由于要求在設(shè)計貨叉 時，其本身的長度要小于堆垛機運行巷道的寬度，以防止小型有軌巷道堆垛機在運行過程中與巷道兩邊的貨架發(fā)生碰撞；在貨叉進行存取貨物時，貨叉的行程又要遠遠大于巷道的寬度，來完成貨物的存取。通常行程倍增結(jié)構(gòu)采用三級齒輪齒條直線差動式貨叉機構(gòu)，其結(jié)構(gòu)如下： 圖 6 貨叉機構(gòu)結(jié)構(gòu)圖 這種結(jié)構(gòu)的貨叉工作原理是電機驅(qū)動齒輪旋轉(zhuǎn)，通過齒輪齒條嚙合傳動驅(qū)動中叉運動，安裝在中 叉上的雙嚙合齒輪同時與上下叉嚙合，而下叉是固定的，從而驅(qū)動上叉存取貨 [14,15]。 （ 2）貨物檢測載貨臺上設(shè)有貨物超高、超長和超寬檢測裝置。一般允許誤差為 3040 mm，檢測元件采用對射或反射式光電傳感器 [16]。如貨叉沒有回位，堆垛機不能水平運行；如貨叉上已有貨物，則不能再取貨；人庫時，必須檢測貨位中有無貨物，以避免發(fā)生事故。 （ 5）載貨臺斷鏈保護提升鋼絲繩通過壓簧與載貨臺相連，當鋼絲繩由于長時間使用或意外原因忽然斷裂時，彈簧彈開鏈條，檢測裝置檢測到鋼絲繩時，便驅(qū)動相應(yīng)裝置使載貨臺停在當前位置，不至于掉下來，同時整個堆垛機停止運行 [17]。 定機構(gòu)的工作級別 堆垛機工作級別根據(jù)堆垛機使用條件的兩個重要數(shù)據(jù) — 載荷狀態(tài)和利用等級來劃分，是堆垛機設(shè)計的依據(jù)，現(xiàn)由設(shè)計原始數(shù)據(jù)和堆垛機實際運行情況選定三個參數(shù)如下：利用等級 T4，載荷情況 L2，工作級別 M4。 起升機構(gòu)以省力鋼絲繩滑輪組作為執(zhí)行構(gòu)件，選取懸掛物品撓性件 分支數(shù) n為 2，滑輪組倍率 m為 2。 本機構(gòu)中 q=2， a=1 依據(jù)最大靜拉力選擇 6 7 型的鋼絲繩，鋼絲強度極限 MPai 1570?? ，取選擇系2020 屆本科畢設(shè)設(shè)計說明書 第 19 頁 共 35 頁 數(shù) C=。 鋼絲繩的最小破斷拉力 F0=（纖維芯鋼絲繩），鋼絲繩的安全系數(shù)為 9184 m a x 0 ???? S Fn＞ () 滿足要求。 卷筒最小直徑 mmdhhD d 96611621m in ????? () 滑輪最 小直徑 mmdhhD c 1 0 8611821m in ????? () 設(shè)計采用齒輪連接盤式的單層卷繞單聯(lián)卷筒，取以繩槽底測量的卷筒直徑（名義直徑） 140mm，則以鋼絲繩圈中心測量的卷筒直徑為 Dd=150mm。 L1—— 無繩槽卷筒端部尺寸，由結(jié)構(gòu)需要決定； L2—— 固定鋼繩所需長度，約為 3p。 選擇滑輪 根據(jù)鋼絲繩直徑選擇滑輪直徑 D=260mm。 為安全起見，選擇升降電機功率為 。 決定機構(gòu)的傳動比并選擇減速器 傳動系統(tǒng)的總速比為電動機額定轉(zhuǎn)速與卷筒轉(zhuǎn)速之比 卷筒轉(zhuǎn)速根據(jù)起升速度 v 計算： m i n/ 00 0060 rDvn dd ???????? ? () 傳動總速比 ??i ，選用 JZQ標準減速器的第 I檔速比 i=， 選用減速器為： JQZ250I4Z。 選用 LM6型梅花形彈性聯(lián)軸器即可，轉(zhuǎn)動慣量為 mkg? ，能長期傳遞的最大轉(zhuǎn)矩為 710Nm。在升降方面用來使運動中的載荷減速并在停止后保持安全，必須有足夠的制動轉(zhuǎn)矩。 載貨臺斷繩保護裝置 堆垛垛起重機載貨臺架運行安全可靠，根據(jù) 91堆垛起重機安全規(guī)范中，當承載鋼絲繩斷裂時，斷繩保護裝置應(yīng)能可靠地動作，斷繩保護裝置產(chǎn)生的制動力應(yīng)不小于被制動部分全部載荷的 ，同