立體倉庫模擬裝置及控制系統(tǒng)畢業(yè)論文

1、立體倉庫模擬裝置及控制系統(tǒng)畢業(yè)論文 立體倉庫模擬裝置及控制系統(tǒng)? 1?目 錄 第 1 章 緒論3 第 1.1 節(jié) 研究的背景與內(nèi)容. 3 1.1.1 概述. 3 1.1.2 有軌巷道堆垛機的開展現(xiàn)狀及特點3 1.1.3 有軌巷道堆垛機的類型 4 1.1.4 巷道堆垛機的特點. 6 第 1.2 節(jié) 設計的目的和意義. 6 第 1.3 節(jié) 設計的內(nèi)容及要求. 7 第 2 章 總體設計方案確實定. 7 第 2.1 節(jié) 堆垛機三維運動速度確實定8 第 2.2 節(jié) 堆垛機各個局部的方案選擇9 2.2.1 堆垛機起升機構傳動方式的選擇. 9 2.2.2 堆垛機行走機構傳動方式的選擇. 9 2.2.3 堆垛

2、機機架的設計思路10 2.2.4 堆垛機貨叉的設計思路10 2.2.5 堆垛機平安方案確實定12 2.2.6 堆垛機電控局部的設計12 第 2.3 節(jié) 堆垛機的技術參數(shù) 13 第 2.4 節(jié) 堆垛機的技術要求 14 第 3 章 堆垛機起升機構的設計. 18 第 3.1 節(jié) 起升機構的總體選型. 18 第 3.2 節(jié) 卷筒的設計 21 3.2.1 卷筒部件計算. 21 3.2.2 齒輪連接盤的計算 25 第 4 章 堆垛機行走機構和機架的選型設計 27 第 4.1 節(jié) 堆垛機行走機構的選型設計. 27 第 4.2 節(jié) 堆垛機機架的選型設計30 第 5 章 堆垛機貨叉的設計. 30 第 5.1 節(jié)

3、 貨叉?zhèn)鲃友b置的總體選型 30 第 5.2 節(jié) 貨叉?zhèn)鲃育X輪、齒條的計算. 31 第 5.3 節(jié) 貨叉?zhèn)鲃渔溳?、鏈條的設計計算 34 第 5.4 節(jié) 制動器的制動容量的設計 36立體倉庫模擬裝置及控制系統(tǒng)? 2?第 6 章 堆垛機平安裝置 36 第 6.1 節(jié) 防撞保護裝置. 37 第 7 章 堆垛機電控局部設計 38 第 7.1 節(jié) 電器控制系統(tǒng). 38 7.1.1 可編程控制器的結構及各局部的作用39 7.1.2 可編程控制器的工作原理 40 7.1.3 可編程控制器的主要功能和特點 41 第 7.2 節(jié) 電器傳動系統(tǒng). 42 7.2.1 常用變速系統(tǒng). 42 7.2.2 變頻器的分類.

4、43 7.2.3 變頻器的特點. 45 第 7.3 節(jié) 電控原理46 第 8 章 總 結47 參考文獻48 致 謝. 49立體倉庫模擬裝置及控制系統(tǒng)? 3?第 1 章 緒論 第 1.1 節(jié) 研究的背景與內(nèi)容 1.1.1 概述 隨著生產(chǎn)力的開展, 生產(chǎn)規(guī)模的擴大和產(chǎn)品結構的調(diào)整, 客觀上要求作為工業(yè)企 業(yè)物資供給基地的物資倉庫進行改建或擴建。但由于現(xiàn)有工業(yè)企業(yè)的用地受到限制,物 資倉庫用地難以擴展,所以只能充分挖掘潛力,有效利用現(xiàn)有庫區(qū)面積,并向空間開展, 向空間要貨位。其主要途徑是變單層庫房為多層庫或立體庫。我國自 70 年代以來多層 庫有了較快的開展,立體庫也有一定的開展。根據(jù)我國的實際情況

5、,從今后的開展趨勢 看,多層庫和立體庫都會繼續(xù)得到開展。并且,隨著企業(yè)生產(chǎn)與管理的不斷提高,越來 越多的企業(yè)認識到物流系統(tǒng)的改善與合理性對企業(yè)提高生產(chǎn)率,降低本錢非常重要。 自動化立體倉庫是實現(xiàn)物流系統(tǒng)合理化的關鍵。它具有空間利用率高、便于實現(xiàn)自 動化管理、實時自動結算庫存貨物種類和數(shù)量、立體倉庫信息庫可以和中央計算機系統(tǒng) 聯(lián)網(wǎng)運行等許多優(yōu)點, 對加快物流速度、 提高勞動生產(chǎn)率、 降低生產(chǎn)本錢都有重要意義, 已開始應用于汽車、電子、醫(yī)藥、煙草、建材、郵電等許多行業(yè)。而堆垛機對立體倉庫 的出人庫效率有重要影響,是立體倉庫能否到達設計要求和表達其優(yōu)點的關鍵設備之 一。 有軌巷道堆垛起重機是隨著立體

6、倉庫的出現(xiàn)而開展起來的專用起重機, 是在高層貨 架的窄巷道內(nèi)作業(yè)的起重機,通常簡稱為堆垛機。堆垛機是立體倉庫中最重要的起重運 輸設備,可大大提高倉庫的面積和空間利用率,是自動化倉庫的主要設備,是代表立體 倉庫特征的標志。堆垛機的功能是堆垛機接受計算機指令后,能在高層貨架巷道中來回 穿梭,把貨物從巷道口出人庫貨臺搬運到指定的貨位中,或者把需要的貨物從倉庫中搬 運到巷道口出人庫貨臺,再配以相應的轉運、輸送設備通過計算機控制實現(xiàn)貨物的自動 出人庫。在立體倉庫中的搬運設備有高位叉車、工業(yè)機器人、橋式堆垛機和有軌巷道式 單雙立柱堆垛機。有軌巷道式雙立柱堆垛機由于效率高,高度可達 30-40 m,便于實現(xiàn)

7、 無人操作,行走穩(wěn)定,載貨量大,噪聲小,在目前的立體倉庫中得到廣泛應用。 1.1.2 有軌巷道堆垛機的開展現(xiàn)狀及特點 隨著經(jīng)濟全球化步伐的口益加快和信息技術的快速開展,傳統(tǒng)行業(yè)和消費方式 正發(fā)生著深刻的變化,物流在經(jīng)濟活動中的作用越來越受到企業(yè)的重視,物流人才的需立體倉庫模擬裝置及控制系統(tǒng)? 4?求也在口益增長。目前,物流人才已經(jīng)被列為我國 12大類緊缺人才之一,有報道稱“物 流人才的需求已超過 600 萬 。物流實驗室的建設正是要搭建一座理論與實踐的橋梁, 目前,我國許多高校已經(jīng)建立了物流實驗室,據(jù)不完全統(tǒng)計,已經(jīng)有 160 多所高校建立 了自己的物流實驗室。物流實驗室為學生提供實訓平臺,深

8、化學生對現(xiàn)代物流理論的理 解,提高學生的操作能力,內(nèi)融機械、電氣、電子及計算機等技術于一體的綜合技術, 在這種技術中,不同領域和層次的知識與能力融會在一起。 另外,為了更好的模擬貨物在自動化立體倉庫各倉儲單元內(nèi)存儲的物流過程,研究 提高物流效率以及堆垛機性能和作業(yè)效率方法,許多物流研究中心業(yè)紛紛建立起來。山 東大學現(xiàn)代物流控制實驗中心是目前我國第一個現(xiàn)代的物流控制實驗室,在物流調(diào)度、 物流控制、 機械手揀選控制和機器視覺的綜合研究和開發(fā)應用方面目前處于國內(nèi)領先地 位。圖 1. 1 是研究中心的小型倉儲系統(tǒng) 圖 1.1 小型倉儲系統(tǒng) 1.1.3 有軌巷道堆垛機的類型 有軌巷道堆垛機可按其結構形式

9、、支承方式和運行軌跡等進行分類,一般可分為 以下幾種類型: 1按結構形式,分為雙立柱有軌巷道堆垛機和單立柱有軌巷道堆垛機: 雙立柱有軌巷道堆垛機 雙立柱有軌巷道堆垛機由兩根立柱、上橫梁、下橫梁和帶貨叉的載貨臺組成,立 柱、上橫梁和下橫梁組成一個長方形的框架,一般稱為機架。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。這種堆垛機的最大優(yōu)點就是強度和 剛性都比擬好,能快速起、制動,并且運行平穩(wěn)。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。其結構如圖 1.2 所示。立體倉庫模擬裝置及控制系統(tǒng)? 5?圖 1.2 雙立柱有軌巷道堆垛機 單立

10、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。立柱多采用型鋼 或焊接制作,立柱上附加導軌。整機重量較輕,消耗材料少,因此制造本錢相對較低, 但剛性稍差。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。單立柱堆垛機的起升結構,普遍采用鋼絲繩傳動,由電機減速機驅 動卷筒轉動,通過鋼絲繩牽引載貨臺沿立柱或起升導軌作升降運動。對于鋼絲繩傳動, 傳動和布置相對容易,但定位準確性稍差。其結構如圖 1.3 所示。 圖 1.3 單立柱有軌巷道堆垛機 2按支承方式分類,

11、有軌巷道堆垛機分為懸掛型和地面支承型。 懸掛型有軌巷道堆垛機 懸掛型有軌巷道堆垛機懸掛在巷道上方的軌道上運行, 其運行機構安裝在堆垛機門 架的上部。在地面鋪設導軌,使門架下部的導向輪以一定的間隙夾在導軌的兩側,從而 防止堆垛機運行時產(chǎn)生擺動和傾剎。懸掛式堆垛機有如下優(yōu)點:在設計門架時,可以不 考慮橫向的彎曲強度,鋼結構的自重可以減輕,加減速時的慣性擺動小,穩(wěn)定所需的時 間短;其缺點是維修和檢查不方便。 地面支承型有軌巷道堆垛機 堆垛機的運行軌道鋪設在地面上,堆垛機用下部行走輪支承和驅動,上部導向輪用 來防止堆垛機傾倒或擺動。和懸掛型有軌巷道堆垛機相比,這種堆垛機的立柱主要考慮立體倉庫模擬裝置及

12、控制系統(tǒng)? 6?軌道平面內(nèi)的彎曲強度,因此,需要加大立柱在行走方向截面的慣性矩。由于驅動裝置 均裝在下橫梁上,容易保養(yǎng)和維修。 3按其運行軌跡形式不同,分為直線運行型堆垛機和曲線運行型堆垛機。 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,不能自行轉換巷道。只能通過其 他輸送設備轉換巷道,直線運行型堆垛機可以實現(xiàn)高速運行,能夠滿足出入庫頻率較高 的立體倉庫作業(yè),應用最為廣泛。 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,不通過其他輸送設備便可以從一個巷道自行轉移到另一個巷道。曲線運行型 堆垛機在使用上有局限性,只適用于

13、出入庫頻率較低的立體倉庫。 本文研究的堆垛機是結構形式為雙立柱,支承方式為地面支承型,并且其運行軌跡 為直線型巷道堆垛機。 1.1.4 巷道堆垛機的特點 由于使用場合的限制,巷道堆垛機在結構和性能方面有以下特點: 1 整機結構高而窄,其寬度一般不超過儲料單元的寬度,因此限制了整機布置和結構 選型。 2 金屬結構件除應滿足強度和剛度要求外,還要有較高的制造和安裝精度。 3 采用專門的取料裝置,常用多節(jié)伸縮貨叉或貨板機構。 4 各電氣傳動機構應同時滿足快速、平穩(wěn)和準確。 5 配備可靠的平安裝置,控制系統(tǒng)應具有一系列連鎖保護措。 第 1.2 節(jié) 設計的目的和意義 倉儲自動化建設是一項系統(tǒng)工程,物資儲

14、運作業(yè)自動化是其重要的內(nèi)容。實現(xiàn)倉庫 物資儲運作業(yè)自動化,倉儲機械設備、設施及管理、信息、人才系統(tǒng)配套、協(xié)調(diào)開展是 重要的開展趨勢。 通過引入計算機、自動控制技術和人工智能等高新技術對倉儲機械的技術該做,倉 儲機械的技術性能將較大提高。載重量大、機動性強、操作方便、可維修性好的叉車、 無人叉車、牽引車、托盤運輸車、堆高車、堆垛機、碼垛機、管道輸送機、帶狀輸送機、 自動揀選機等先進的裝卸搬運機械設備將廣泛應用于倉儲系統(tǒng)。立體倉庫模擬裝置及控制系統(tǒng)? 7?本設計通過設計用于倉儲貨架的堆垛機,完成堆垛機水平行走機構、起升機構、載 貨臺及貨叉機構、機架和電氣設備的設計,能及時、準確地把物品自動送到指定

15、位置, 從而加深對堆垛機的認識與了解。 第 1.3 節(jié) 設計的內(nèi)容及要求 有軌巷道堆垛機的內(nèi)容包括: 第一,分析、論述目前堆垛機堆垛的原理、方法,堆垛機的設計思路,探討各種解 決途徑。 第二,論述本設計采用的方法、原理及可行性,進行結構設計、運動學計算和強度 計算。第三,堆垛機的工作方式及貨物識別控制原理。 第四,繪制堆垛機總裝圖和主要零部件圖及控制電氣原理圖。 有軌巷道堆垛起重機的設計要求包括: 1,結構簡單、操作方便。 2,堆垛方式準確可靠。 3,結構緊湊鞏固,使用維護方便,外形美觀。 第 2 章 總體設計方案確實定 為使堆垛機能夠準確、 快速、 平安、 自動搬運貨物出人庫, 必須滿足以下

16、設計要求: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 10 mm; 3具備平安保護 措施;4在滿足強度、剛度和可靠性的前提下,盡量減小堆垛機各局部的重量,以減小立體倉庫模擬裝置及控制系統(tǒng)? 8?提升功率和行走時的摩擦阻力;5保護倉庫環(huán)境,防止貨物污染受損。 堆垛機的組成: 圖 2.1 有軌巷道式雙立柱堆垛機 1.天軌 2.天軌導向輪 3.上橫梁 4.立柱 5.鏈輪 6.載貨臺導向輪 7.載貨臺頂輪 8.電器柜 9.輪系 10地軌 11.下橫梁 12.電機 13.卷筒 14.減速器 15.載貨臺 16.

17、貨叉 17.載貨臺立板 第 2.1 節(jié) 堆垛機三維運動速度確實定 1行走速度確實定:40×90036000mm36m 行走加速度為? 2?0.6 /?m s?最優(yōu)行走速度為0.5 36 0.6 2.324 / 139.43 / min?m s m ,取為 130m/min 2升降速度確實定貨 架高度為 7×1100=7700mm7.7m 最優(yōu)升降速度為?7.7?139 29.7 / min?36?3)貨叉速度確實定: 貨叉伸縮長度為 0.46m460mm 伸縮加減速度為? 2?0.2 /?m s?最優(yōu)伸縮速度為0.5 0.46 0.2 0.15 / 9.1 / min?m

18、s m ,取為 9m/min立體倉庫模擬裝置及控制系統(tǒng)? 9?取微升降高度為 8mm 第 2.2 節(jié) 堆垛機各個局部的方案選擇 2.2.1 堆垛機起升機構傳動方式的選擇 巷道式堆垛起重機的起升機構是使載貨臺垂直運動的機構, 主要由電動機、 制動器、 減速器、卷筒或鏈輪以及相應的柔性件組成。電動機通過減速器帶動柔性件使載貨臺升 降。常用的柔性件有鋼絲繩和起重鏈兩種。鏈條傳動的缺點是自重量大,有可能突然斷 裂,不平安,因而本傳動機構選用鋼絲繩,鋼絲繩的優(yōu)點是質量輕,使用平安,工作噪 聲低,便于維護保養(yǎng)等等。 在堆垛機特殊的工作環(huán)境下,為了使起升機構結構緊湊,本設計使用帶制動器的電 動機。這種電動機

19、具有錐形轉子,通電時,轉子在磁拉力作用下產(chǎn)生一定的軸向位移, 使尾部的錐形盤式制動器同時翻開。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。起升機構的位置布置在堆垛機的下部,位于立柱外側。 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。聯(lián) 軸器工作時,梅花瓣受壓。單向運轉時只有半數(shù)花瓣參與工作,半數(shù)不承載;反向運轉 時,亦是如此。此聯(lián)軸器具有結構簡單,零件數(shù)少,徑向尺寸小,不需潤滑;彈性塊受 壓,承載能力較高等特點。 減速器選用 JZQ 型減速器,它是特為起重機設計

20、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。卷筒為與減速器配合的自制卷筒,通 過齒輪連接盤與減速器的低速軸齒輪軸端相連。此卷筒的特點是卷筒軸不受轉矩,只承 受彎矩,為封閉式傳動,不易受外界環(huán)境干擾。 鋼絲繩的一端固定在卷筒上,另一端固定在機架的上橫梁上,鋼絲繩通過安裝在立 柱上的定滑輪導向,帶動安裝在載貨臺上的兩個動滑輪使載貨臺升降。 2.2.2 堆垛機行走機構傳動方式的選擇 堆垛機的行走機構是堆垛機水平運行的驅動裝置。 一般由電動機、 聯(lián)軸器、 制動器、 減速箱和行走車輪組成。本設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

21、了系統(tǒng)的可靠性。采用帶平衡架及水平輪的車輪組,平 衡架使兩個車輪的輪壓相等,車輪為無輪緣圓柱車輪,是為了防止車輪在運行時輪緣啃 軌,同時為了防止出軌在軌道兩側加水平導向輪。立體倉庫模擬裝置及控制系統(tǒng)? 10?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。由于驅 動裝置裝在堆垛機下下部,容易維修保養(yǎng)。 2.2.3 堆垛機機架的設計思路 上橫梁是由四塊鋼板焊接而成的箱形結構,其與立柱間通過焊接聯(lián)結在一起。 立柱由角鋼和鋼板焊接而成的箱式矩形斷面,具有抗扭、抗彎剛度大,重量輕,耐 磨性好等特點。 下橫

22、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。下橫梁 與立柱間通過焊接聯(lián)結在一起。 2.2.4 堆垛機貨叉的設計思路 貨叉裝置是堆垛機存取貨物的執(zhí)行機構,裝設在載貨臺上。本機構采用二級直線差 動式伸縮貨叉,由上叉、下叉及起導向作用的滾針軸承等組成,以減少巷道的寬度,且 使之具有足夠的伸縮行程。 由于存取貨物時貨叉伸出的距離已經(jīng)超過本身的長度,所以貨叉為級伸縮裝置,下 叉固定在載貨臺本體上,起支承作用,上面的上叉叉取貨物。 貨叉的伸縮可以采用齒輪齒條傳動或者鏈輪鏈條傳動,本設計采用齒輪齒條傳動, 齒輪齒條傳動具有結構簡單,傳動關系清晰等優(yōu)點。 貨叉裝置采用二級直線式伸縮貨叉,叉體

23、體積小、剛性大,且具有超載保護功能。 貨叉主要由電動機、聯(lián)軸器、減速器、鏈輪鏈條傳動裝置、齒輪齒條傳動裝制、下 叉、上叉和滾針軸承等組成。立體倉庫模擬裝置及控制系統(tǒng)? 11?圖 2.1 貨叉結構示意圖 1.上叉叉板 2.上叉活動導軌 3.上叉支承板 4.上叉擋板 5.上叉齒條板 6.滾針軸承 7.下叉立板 8.下叉底 板 9.軸承支承板 10.傳動軸 11.鏈條 12.減速器 13.聯(lián)軸器 14.傳動齒輪 15.電動機 16.下叉擋板 結構示意圖如上圖 2-2 所示。上叉由上叉叉板、上叉支承板、上叉齒條板組成, 上叉叉板直接承載貨箱,為了防滑選用花紋鋼板,上叉支承板那么安裝有支承上叉的四個 滾

24、針軸承,使上叉相對于中叉運動,上叉齒條板下方焊接有齒條,由裝在中叉連接板上 的雙嚙合齒輪傳遞動力。中叉由中叉活動導軌、中叉連接板、中叉齒條板組成,中叉活 動導軌支承在四個滾針軸承上,四個滾針軸承分別裝在下叉立板和下叉支承板上,中叉 連接板那么把中叉齒條板、中叉活動導軌和雙嚙合齒輪連接起來,中叉齒條板下方焊接有 齒條,通過傳動軸上的齒輪傳遞動力。下叉由下叉支承板、下叉立板、下叉齒條板和下 叉底板組成,下叉支承板下部安裝有滾針軸承,支承起傳動軸,上部安裝有支承中叉活 動導軌的滾針軸承,下叉立板也安裝有支承中叉活動導軌的滾針軸承,下叉齒條板的頂 部裝有齒條,提供與雙嚙合齒輪嚙合的下齒條,下叉底板那么

25、是整個貨叉的支承板,其上 固定有電動機、減速器、下叉立板、下叉齒條板、下叉支承板和雙向擋板。焊接在下叉 底板上的雙向擋板那么限制貨叉的極限伸縮位置。 整個貨叉的傳動原理是,電動機通過聯(lián)軸器、減速器減速把動力傳遞給減速器軸端 的鏈輪,軸端鏈輪通過鏈條把動力傳遞給傳動軸,傳動軸上的鏈輪和減速器軸端的鏈輪 一樣大,鏈輪鏈條傳動比為 1。安裝在傳動軸軸端的齒輪通過中叉齒條板把動力傳遞給 中叉,使中叉以一定的速度相對于下叉運動,而安裝在中叉連接板上的雙嚙合齒輪以中立體倉庫模擬裝置及控制系統(tǒng)? 12?叉速度與中叉一起運動,雙嚙合齒輪下面與下叉齒條板上的齒條嚙合,上面與上叉齒條 板上的齒條嚙合,下叉齒條板不

26、動,那么上叉齒條板那么以二倍于中叉的速度向前運動。 當電動機反向時中叉與上叉那么反方向運動,從而實現(xiàn)貨叉的雙向存取貨物。焊接在 下叉底板上的雙向擋板與焊接在中叉連接板底部的雙向擋板配合使用, 當貨叉運行到極 限位置時上、下雙向擋板相碰,從而使貨叉停止運動。聯(lián)軸器為限力矩聯(lián)軸器,當力矩 超過設定值時,聯(lián)軸器內(nèi)部的鋼珠打滑,從而保護貨叉受到破壞,提高系統(tǒng)的平安性。 本貨叉?zhèn)鲃酉到y(tǒng)除了電動機、聯(lián)軸器和減速器安裝在貨叉左側以外,根本為對稱布 置,左半局部相當于左貨叉,右半局部相當于右貨叉,這樣鏈輪鏈條傳動布置于貨叉中 間,從而提高系統(tǒng)的平穩(wěn)性。 2.2.5 堆垛機平安方案確實定 為了保護人身、設備和貨

27、物的平安,堆垛機必須具有完善的平安保護措施: (1)堆垛機在行走、載貨臺升降和貨叉伸縮終端處都設有機械和電氣限位裝置。 (2)貨物檢測載貨臺上設有貨物超高、超長和超寬檢測裝置。在貨物進入載貨臺 時,當檢測到貨物超過設定高度、長度或寬度時,堆垛機便停止運行并報警。一般允許 誤差為 30一 40?mm,檢測元件采用對射或反射式光電傳感器。 (3)載貨臺上還設有檢測貨叉是否回位、貨叉上有無貨物和貨位中有無貨物的裝 置。如貨叉沒有回位,堆垛機不能水平運行?如貨叉上已有貨物,那么不能再取貨?人庫時, 必須檢測貨位中有無貨物,以防止發(fā)生事故。 (4)斷電保護如載貨臺升降過程中突然斷電,那么通過提升電機制動

28、使載貨臺停在 當前位置,不會掉落下來。 (5)載貨臺斷鏈保護提升鏈條通過壓簧與載貨臺相連,當鏈條由于長時間使用或 意外原因突然斷裂時,彈簧彈開鏈條,檢測裝置檢測到鏈條時,便驅動相應裝置使載貨 臺停在當前位置,不至于掉下來,同時整個堆垛機停止運行。 2.2.6 堆垛機電控局部的設計 巷道式堆垛起重機電氣設備主要包括電氣傳動和控制設備。 電氣傳動設備采用變頻調(diào)速,具有較好的調(diào)速性能。 控制設備采用可編程序控制器,具有可靠性高,抗干擾能力強等特點。立體倉庫模擬裝置及控制系統(tǒng)? 13?第 2.3 節(jié) 堆垛機的技術參數(shù) 堆垛機作為立體倉庫中重要的運輸設備,其各項技術參數(shù)的選用,將直接影響到整 座立體倉庫

29、的運行效率和經(jīng)濟效益。合理的選擇各項參數(shù),將大大提高整個系統(tǒng)的運行 效率和經(jīng)濟效益。我國現(xiàn)階段立體倉庫中,堆垛機技術參數(shù)的選用上,和世界先進水平 相比,存在著較大的差異。 (1)堆垛機的速度參數(shù)。與堆垛機的速度有關的參數(shù),主要指水平運行速度、起 升速度和貨叉伸縮速度。這三項參數(shù)的上下,直接關系到出入庫頻率的上下。 (2)堆垛機的尺寸參數(shù)。堆垛機的尺寸參數(shù)較多,例如起升高度、下降深度、整 機全長、最低貨位極限高度等。其中最低貨位極限高度,即貨叉上外表從最低一層貨格 的低位到地軌安裝水平面的垂直距離。該參數(shù)涉及合理利用有效空間,增加庫容量,亦 是評價堆垛機設計水平的標準之一。目前,國內(nèi)立體倉庫堆垛

30、機的最低貨位極限高度普 遍偏高。 (3)堆垛機的貨叉下?lián)隙?。貨叉下?lián)隙?是堆垛機的一項非常重要的性能參數(shù), 直接關系到堆垛機是否能正常工作。因結構型式、材料及加工熱處理工藝的限制,同等 狀況下,目前國內(nèi)立體堆垛機的貨叉下?lián)隙纫葒獯?20%30%。改良貨叉結構,合理 選材,提高工藝手段,是減少貨叉下?lián)隙?保證堆垛機工作性能的重要措施。 (4)堆垛機的噪音。堆垛機在高速運行和升降中,特別是在同時進行時,由于車 輪與軌道摩擦和提升鏈條或鋼絲繩的振動、摩擦等,將產(chǎn)生較大的噪音。標準中規(guī)定, 堆垛機在工作時,其噪聲值不高于 84 分貝。目前立體倉庫實際應用說明,對于行走速 度不超過 80米/秒的,還

31、可以保證,超過 100 米/秒以上的,一般難以保證。 (5)堆垛機的驅動機構。目前,國內(nèi)立體倉庫堆垛機的驅動機構中,電機減速機 普遍采用德國、日本、意大利的產(chǎn)品,也有少數(shù)采用國內(nèi)的電機減速機。由于堆垛機是 立體倉庫中最重要的運輸設備、各項技術參數(shù)和綜合性能要求都非常嚴格,如無故障率 應大于 97%,停準精度±10mm,以及噪音要求等。這就要求電機減速機的可靠性非常高。 因此,現(xiàn)階段在驅動機構中電機減速機的選用上,建議選用國外先進的產(chǎn)品,以保證堆 垛機的整機性能。 (6)堆垛機的起重量和載荷參數(shù)。包括額定起重量、總起重量、堆垛機總重量、 堆垛機設計重量和輪壓。額定起重量是堆垛機的主要性

32、能參數(shù)、它是堆垛機允許起升的 貨物和托盤(或貨箱)的質量的總和?？偲鹬亓渴潜黄鹕呢浳?托盤(或貨箱)、貨 叉、司機室、載貨臺、固定在載貨臺上的屬具(包括動滑輪組,起重鋼絲繩及其它零、 部件)及人的質量的總和。堆垛機總重量是堆垛機各局部質量的總和(包括機上電源裝立體倉庫模擬裝置及控制系統(tǒng)? 14?置、信號傳輸裝置、控制柜、平衡重和潤滑劑在內(nèi))。堆垛機設計重量是整機總質量中, 除去潤滑劑的堆垛機質量。輪壓是一個車輪傳遞到軌道或地面上的最大垂直載荷。按工 況不同,分為工作輪壓和非工作輪壓。 第 2.4 節(jié) 堆垛機的技術要求 堆垛機是自動化立體倉庫的心臟局部。 自動化立體倉庫的優(yōu)越性必須通過堆垛機才

33、 能充分表達出來。為此,堆垛機必須有嚴格的技術要求。 堆垛機的正常工作條件: (1)堆垛機正常工作的環(huán)境溫度范圍為-540 攝氏度,在 24 小時內(nèi)平均溫度不 超過 35攝氏度。在 40攝氏度的溫度條件下,相對 濕度不超過 50%。溫度較低時相對濕度可以高一些 (2)堆垛機工作環(huán)境的污染等級應在國家規(guī)定范圍之內(nèi)。 (3)堆垛機工作環(huán)境的污染等級應在國家規(guī)定范圍之內(nèi)。 (4)供電電網(wǎng)進線電源為頻率是 50赫茲,電壓是 380 伏的三相交流電,電壓波動 的允許偏差為? 10 ± %。 堆垛機用的金屬結構件的材質: 必須按國家規(guī)定的行業(yè)標準來選擇鋼材,如上橫梁、下橫梁、立柱和載貨臺等重要

34、構件。對車輪、齒輪、滑輪、卷筒和貨叉等重要零件的材質必須保證。 堆垛機結構件的焊接: 首先要求焊條、焊絲和焊劑必須與被焊接的材料相適應。焊接坡口應符合國家技術 標準。焊接不得有明顯缺陷,重要構件的主要受力部件的焊縫質量等級不得低于 GB/T3323?1987 中的? 級。 對通用零部件的要求: (1)對鏈條鏈輪的要求 堆垛機載貨臺頻繁地上下運動主要是靠鏈輪和鏈條來完成的。 為此要求采用短節(jié)距 精密滾子鏈。要求鏈輪的齒形和公差應符合 GB/T1243?1997 的規(guī)定,特別要求鏈輪 的輪齒和凹槽不得有損傷鏈條的外表缺陷。此外,必須經(jīng)常潤滑鏈條和鏈輪。鏈條強度 許用平安系數(shù)不得低于 6。 (2)對

35、鋼絲繩的要求 鋼絲繩必須采用 GB/T8918?1996 中規(guī)定的圓股鋼絲繩。絕對不能把鋼絲繩接長 之后再用。鋼絲繩強度許用平安系數(shù)不得小于 6。 (3)為了防止堆垛機停止時產(chǎn)生沖擊和振動,必須采用緩沖器減振立體倉庫模擬裝置及控制系統(tǒng)? 15?緩沖器采用橡膠、工程塑料或液壓方式。要求緩沖器能承受堆垛機以 70%的額定 載荷運行速度的撞擊。 (4)對螺栓和螺母的要求 要求主要受力部件所用螺栓性能等級不低于 8.8 級,螺母性能等級不低于 8級。要 求高強度螺栓性能等級不低于 10.9S 級,高強度螺母性能不低于 10H 級。 (5)制造和組裝要求 要求下橫要求堆垛機上橫梁的水平彎曲? 1? /1

36、000?f K ,K為上橫梁全長。梁的水平彎 曲? 2? /1000?f B ,B是主、從動輪軸距。按照機械工程實際經(jīng)驗,只允許下橫梁向上拱曲, 其上拱度? /1000?F B 。 在制造中必須嚴格要求按照標準制造堆垛機的每一個零部件。此外,對組裝后的堆 垛機框架必須嚴格檢查各種尺寸。要求導軌之間平行度誤差小于 6mm。對角線? 1?d?和? 2?d?的 誤差小于 4mm,道軌內(nèi)側 C 值的誤差為? 3mm ± ,兩道軌同一側面的平面度公差值在 4mm 以內(nèi),對角線檢測點在距立柱上、下安裝面 100mm 處,? 1?n?和? 2?n?之差在 3mm 之內(nèi)。 (6)性能要求 貨叉的工作

37、性能 堆垛機工作臺升降時,貨叉對各貨位存取位置和最高、最低工作位置應滿足設計要 求。貨叉在承載額定載荷條件下,工作行程應滿足設計要求,并且伸至最大行程時,貨 叉下?lián)隙葢∮?20mm。貨叉伸縮的額定速度誤差不大于? 5% ± ,貨叉伸縮和復位的停準 精度小于? 5mm ± 。為了平安,要求貨叉伸出過程中碰到障礙物,當阻力到達一定值時, 貨叉離合器打滑,使貨叉停止伸叉運動。 堆垛機的運行性能 堆垛機運行的額定速度應符合設計值,誤差應小于? 10mm ± 。 載貨臺升降性能 載貨臺的升降額定速度應符合設計要求,誤差應小于? 5% ± ,在速度換檔時不能有強

38、烈的振動,并有良好的制動性能,其停準精度小于? 10mm ± 。 動載荷試驗 在堆垛機調(diào)試過程中,必須進行動載荷試驗,試驗載荷為1.25? n?G?,? n?G?時堆垛機的 額定起重量。在1.25? n?G?載荷條件下,進行堆垛機運行、載貨臺的升降和貨叉伸縮試驗。 要求各局部運動和功能正常。 靜載荷試驗 對堆垛機除了動載荷試驗外,還要進行靜載荷試驗。靜載試驗載荷? k?P?計算如下:立體倉庫模擬裝置及控制系統(tǒng)? 16?k n?P KG (2.1) 式中 K?靜載試驗的載荷系數(shù) ?1.25 1 / 2?K j + (2.2) 式中j ?提升載荷系數(shù),按如下規(guī)定選取: 理論加速度? 2?

39、0.6 /?a m s 1.1 0.0022? n?v j + ; 理論加速度? 2?1.3 /?a m s 1.2 0.0044? n?v j + ; 理論加速度? 2?1.3 /?a m s ? 1.3 0.0066? n?v j + 。 式中? n?v?額定提升(下降)速度(m/min) 靜剛度試驗 堆垛機的靜剛度試驗載荷是額定起重量。在載貨臺升到立柱上限位置時進行測量, 當提升高度不大于 10m 時,其靜剛度值應小于? / 2000?n?H? ;當提升高度大于 10m 時,其靜 剛度值應小于? /1500?n?H? 。? n?H?為堆垛機全高。 堆垛機的無故障率 S 為了確保自動化立體

40、倉庫的正常運行,要求堆垛機的無故障率大于 97%。無故障 率 S的計算公式如下:?100%?p t?p?S S?S?S - (2.3) 式中? p?S?商定的試驗循環(huán)作業(yè)次數(shù);?t?S?在試驗過程中發(fā)生的故障次數(shù) 堆垛機的噪聲 要求堆垛機噪聲必須控制在 84dBA之內(nèi)。 為了設計和制造出性能優(yōu)良的堆垛機,堆垛機的設計參考要點如下: 1.起吊重力 起吊重力包括吊具重力。額定載荷等于起吊重力減去吊具重力。 2.水平載量 為求吊具急停時的慣性力,把外框作為杭架結構來分析。為了求出決定鋼結構的變 形,必須計算應力和應變。 3.增加系數(shù) 在設計貨叉時,為防止特殊載荷條件下貨物傾倒,貨叉尺寸應比相應原設計

41、尺寸增 加。 4.使用循環(huán)次數(shù)(壽命)立體倉庫模擬裝置及控制系統(tǒng)? 17?堆垛機工作時間按 8h/日,300 日/年,1個工作循環(huán)為 100s,開動率為 0.7,壽命 按 10 年計算,那么 ?5?10 300 3600 8 0.7 /100 6 10循環(huán) 5.重復載荷次數(shù) 區(qū)分 重 復 次 數(shù) 1 級 小于? 5?10?次 2級? 5 5?10 6 103 級? 5 6?6 10 2 104 級? 6?2 10以上立體倉庫模擬裝置及控制系統(tǒng)? 18?第 3 章 堆垛機起升機構的設計 第 3.1 節(jié) 起升機構的總體選型 起重量?300?p?C kg ,起升速度 v0.5m/s,接電持續(xù)率 JC

42、25%,起升高度 H8m 1.定機構的工作級別 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, 是堆垛機設計的依據(jù),現(xiàn)由設計原始數(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 2.計算鋼絲繩最大靜拉力并選擇鋼絲繩 采用單聯(lián)滑輪組,此時:mn m?滑輪組倍率 n?懸掛物品撓性件分支數(shù) 起升機構以省力鋼絲繩滑輪組作為執(zhí)行構件,選取懸掛物品撓性件分支數(shù) n為 2,滑輪 組倍率 m為 2 鋼絲繩最大靜拉力為:?0?300 9.81?1502?2 1 0.98?Q?S N?qah (3.1) Q?起升載荷(N),? g?C?Q? p

43、 ,?2?/?819? s?m?g ?p?C? ?起升質量,即起重量(kg) qa?滑輪組分支數(shù) q?滑輪組倍率 a?滑輪組鋼絲繩卷入卷筒根數(shù)?0 h ?機構總效率,取為 0.98 本機構中 q2,a1 依據(jù)最大靜拉力選擇67 型?的鋼絲繩,鋼絲強度極限? MPa?i? 1570 s 取選擇系數(shù) C0.099 鋼絲繩直徑為? ?0.099 1502 3.84?d C S mm (3.2) 取? mm?d? 6?鋼絲繩的最小破斷拉力? 0? 8.34?F KN (纖維芯鋼絲繩),鋼絲繩的平安系數(shù)為立體倉庫模擬裝置及控制系統(tǒng)? 19?0?1000? 1000 8.34?5.55 4.5?1502?

44、F?n?S ,滿足要求 3.確定最小的卷繞直徑 取彎曲頻率系數(shù)? 1?2 ?h? ,卷筒的工作級別系數(shù)? 16?1 ?h? ,滑輪的工作級別系 數(shù)? 18?1 ?h? , 卷筒最小直徑?mm?d?h?h?D?d? 96?6?1?16?2?1?min ? , (3.3) 滑輪最小直徑?mm?d?h?h?D?c? 108?6?1?18?2?1?min ? (3.4) 設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(即卷筒名義直徑)? 140?d?D mm ,那么以鋼絲繩圈中心測量 的卷筒直徑為 146mm 卷筒為標準槽形的卷筒,槽距 t7mm,那么總長?2 8 1000?6 6

45、7 287?3.14 146?d?qH?L t mm?D p+ + (3.5) 取 L300mm,滿足要求 卷筒槽形的槽底半徑 R=3.3mm 卷筒壁厚?0.02 6 10 0.02 140 6 10 8.8 12.8?D d + + (3.6) 取? mm?10 d 卷筒強度計算:?cp?P?F?A s d s? ?1?/?1? (3.7) 其中? ? 1502?F N ,? 750?1 ?A? ,? mm?10 d ,P7mm 材料為鑄造碳鋼 ZG270?500,那么? MPa?s?cp? 135?2?270?2 s s?/?1?1502?0.75 13.4 135?10 7? cp?MP

46、a MPa s s ,滿足要求 鑄鋼卷筒應進行退火處理,不得有裂紋,外表上不得有影響使用性能和有損外觀的顯著 缺陷(如氣孔、疏松、夾渣等)。 選擇以繩槽底測量的直徑為 220mm 的標準滑輪。立體倉庫模擬裝置及控制系統(tǒng)? 20?4.選擇電動機并驗算制動力矩 選擇的是繞線式交流感應電動機 電動機的靜功率為?300 9.81 0.5?1.73?1000 1000 0.85 1?st?Qv?P KW?m h(3.8) v?額定起升速度(m/s) h ?機構效率,初算時近似取? 850 h m?機構電動機個數(shù) 選用 Y100L1-4 型電動機,功率為 2.2KW,額定力矩為 2.3Nm 同步轉速為 1

47、430r/min 取? 32 ?M l ,對繞線電動機,H2.1,因此?2.1 300 9.81 0.5?1.58 2.2?1000 1 2.3 1000 0.85? n?M?H Qv?KW P KW?ml h× ,滿足要求 制 動 安 全 系 數(shù) 取 k1.75 ( 重 要 起 升 機 構 ), 效 率 取? 1?0 h , 于 是?0?300 9.81 73?1.75 1 8.05?2 23.34 1000?b?QR?T k Nm?qi h? ? ,滿足要求,其中?b?T?最小制動轉矩 R?卷筒半徑,?146?73?2?R mm 5.決定機構的傳動比并選擇減速器 傳動系統(tǒng)的總速比

48、為電動機額定轉速與卷筒轉速之比 卷筒轉速根據(jù)起升速度 v計算:?60 30 1000?1000 65.44 / min?3.14 146?d? d?v?n r?D p(3.9) 傳動總速比?1430?21.85?65.44?i ,選用 JZQ 標準減速器的第 IV檔速比 i23.34, 額定功率為 3.1KW,額定轉速為 1500r/minJZQ?250 型減速器,質量為 100kg 6.聯(lián)軸器的選擇 此聯(lián)軸器為減速器高速軸使用的聯(lián)軸器, 而減速器低速軸通過卷筒上的齒輪連接盤直接 與卷筒連接立體倉庫模擬裝置及控制系統(tǒng)? 21?聯(lián)軸器采用調(diào)節(jié)性能較好的梅花形彈性聯(lián)軸器 選用 LM3 型梅花形彈性

49、聯(lián)軸器即可,轉動慣量為?2?00090? m?kg × ,能長期傳遞的最大轉矩 為 200Nm,滿足要求 第 3.2 節(jié) 卷筒的設計 3.2.1 卷筒部件計算 卷筒名義直徑 D140mm,螺旋節(jié)距 t7mm,卷筒長度 L200mm,壁厚? 10mm d= ,鋼絲繩 最大靜拉力? ? 1502?S N (1)卷筒心軸計算 軸的材料為 45號鋼,調(diào)質處理。 通過做草圖得到卷筒心軸的支點位置如下列圖 3.1 所示, 圖 3.2 為卷筒心軸的力學計算簡 圖。 圖 3.1 卷筒心軸的支點位置立體倉庫模擬裝置及控制系統(tǒng)? 22?圖 3.2 卷筒心軸的計算簡圖 .支座反力?1502316 25.5

50、 1502 46.5?1602?316?A?R N - +?1502 316 46.5 1502 25.5?1402?316?B?R N - +軸右輪轂支承處最大彎矩?46.5 1402 46.5 65190?B?M R N mm w × 軸左輪轂支承處最大彎矩?25.5 1602 25.5 40850?A?M R N mm w × 計算選用右輪轂支承處最大彎矩 .疲勞計算 對于疲勞計算采用等效彎矩,選等效系數(shù)? 1.1 j ,等效彎矩?1.1 65190 71710?d d?M k M N mm w × × (3.10) 彎曲應力?3 3?71710?

51、24.1?0.1 0.1 31?d?M? MPa?d w s (3.11) 軸的載荷變化為對稱循環(huán) 軸的材料為 45號鋼?1?6003000.43 258?b s b?MPa MPa MPa w s s s s - 立體倉庫模擬裝置及控制系統(tǒng)? 23?許用彎曲應力 ? 1?1?1?K n w w s s - - × (3.12) 式中 n1.6?平安系數(shù) K?應力集中系數(shù),? 1.4 1.15 1.61?x m?K K K × ?1.4?x?K ?與零件幾何形狀有關的應力集中系數(shù)?1.15?m?K ?與零件外表加工光潔度有關的應力集中系數(shù) 故 ?1?258 1?100?1.61 1.6?MPa w s - ?1 w w s s - ,通過 .靜強度計算 卷筒軸屬于起升機